Двухфазное к.З.

При 2-х фазном к.з. (К⁽²⁾) токи и напряжения разных фаз не одинаковы.

В повреждённых фазах в месте 2-х фазного к.з. проходят одинаковые по величине, но противоположные по направлению токи, а в повреждённой фазе ток к.з. отсутствует. Например, для случая 2-х фазного к.з. между фазами В и С фазные токи:

Междуфазное напряжение между замкнувшимися фазами:

а фазные напряжения замкнувшихся фаз:

Т ак же как и при 3-х фазном к.з., фазные токи в повреждённых

фазах отстают от создающей их э.д.с. (при замыкании фаз В и С ) на угол , определяемый соотношением активных и реактивных сопротивлений цепи.

Векторная диаграмма токов и напряжений при приведена на рис. 1-1,б. По мере удаления от места 2-х фазного к.з. фазные напряжения и и междуфазное напряжение будет увеличиваться.

С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей 2-х фазное к.з. представляет меньшую опасность, чем 3-х фазное к.з.

Однофазное к.З.

Однофазное к.з. может возникнуть только в сетях с заземлённой нейтралью (сети 110 кВ и выше).

Векторная диаграмма токов и напряжений в месте 1-фазного к.з. фазы С приведена на рис. 1-1,г.

В месте 1-фазного к.з. фазы С фазное напряжение повреждённой фазы и фазные токи к.з. неповреждённых фаз будут равным нулю:

;

Ток к.з. протекает только в замкнувшейся на землю фазе С

Напряжения неповреждённых фаз (А и В) будут превышать э.д.с. соответствующих фаз ( и ) из-за того, что в неповреждённых фазах наводится э.д.с. взаимоиндукции под действием тока к.з. протекающего в повреждённой фазе.

В некоторых случаях ток 1 ф. к.з. может быть больше тока 3ф. к.з., однако этот режим представляет меньшую опасность для нормальной работы энергосистемы чем 3-х и 2-х фазные к.з. так как в месте повреждения снижается до нуля только фазное напряжение поврежденной фазы. (В нашем случае .

Замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью

В сетях с малыми токами замыкания на землю (в сетях работающих с изолированной нейтралью или с нейтралью заземлённой через дугогасящую катушку), замыкания одной фазы на землю сопровождаются значительно меньшими токами чем при 1 ф. к.з.

Векторная диаграмма токов и напряжений этого режима представлена на рис. 1-2.

Рис. 1-2. Однофазное замыкание на землю фазы А в сети с изолированной нейтралью.

При замыкании на землю одной фазы, фазное напряжение поврежденной фазы относительно земли становится равным нулю, а напряжения неповрежденных фаз и увеличиваются в раз и становятся равными междуфазным напряжением и . Через место повреждения проходит ток замыкающийся через ёмкости неповрежденных фаз "В" и "С". Ёмкость поврежденной фазы зашунтирована местом замыкания и поэтому ток через неё не проходит.

Величина тока в месте замыкания на землю:

где:
Х	суммарное сопротивление цепи замыкания на землю;

Поскольку активные сопротивления генераторов, трансформаторов и кабельных линий много меньше, чем ёмкостное сопротивление сети ими можно пренебречь.

Тогда

где:
ƒ	частота сети (50 Гц);
С	ёмкость одной фазы сети относительно земли.

Так как при замыкании на землю фазы "А" напряжения фаз "В" и "С" относительно земли равны по величине междуфазному напряжению и сдвинуты на угол 60⁰, то:

и (1-4)

Для снижения тока замыкания на землю применяются специальные компенсирующие устройства – дугогасящие катушки (ДГК), которые включаются между нулевыми точками трансформаторов или генераторов и землёй. В зависимости от настройки ДГК ток замыкания на землю можно уменьшить до нуля или до некоторой небольшой величины.

Поскольку токи замыкания на землю небольшие (обычно не более 5-30А), а все междуфазные напряжения остаются неизменными однофазное замыкание на землю непосредственной опасности для потребителей не представляет и защита от этого вида повреждения, как правило, должна действовать на сигнал. Следует иметь ввиду, что повышенные в фазные напряжения неповрежденных фаз относительно земли, могут привести к пробою их изоляции и к возникновению 2х фазного к.з. Поэтому дежурный персонал после срабатывания сигнализации должен обнаружить место замыкания и вывести из работы поврежденный участок.

При к.з. вследствие увеличения тока возрастает падение напряжения в элементах системы, что приводит к понижению напряжения во всех точках сети. Наибольшее снижение напряжения происходит в месте к.з.

Увеличение тока и снижение напряжения, происходящие в результате к.з., приводят к ряду опасных последствий:

• ток к.з. Iк согласно закону Джоуля-Ленца выделяет в активном сопротивлении r цепи в течение времени t тепло, при этом происходят большие разрушения в месте к.з., а также недопустимый нагрев токоведущих частей электрооборудования и проводов линий электропередач, что может вызвать повреждение их изоляции и токоведущих частей;

• понижение напряжения при к.з. нарушает работу потребителей, так как основным потребителем электроэнергии являются асинхронные электродвигатели момент вращения которых M_Д пропорционален квадрату напряжения U на их зажимах M_Д=КU². При глубоком снижении напряжения момент вращения электродвигателей может оказаться меньше момента сопротивления механизмов, что приводит к их остановке.

Кроме того, из‑за снижения напряжения при к.з. нормальная работа осветительных установок и компьютерной техники также нарушается.

• снижение напряжения при к.з. может привести к нарушению устойчивости параллельной работы генераторов и как следствие к развалу энергосистемы и прекращению питания всех её потребителей.

На рис. 1-3 приведены примеры влияния понижения напряжения при к.з. на работу потребителей и на энергосистему.

Рис. 1-3. Влияние понижения напряжения при к.з. на работу потребителей (а) и энергосистемы (б).

Наибольшее снижение напряжения происходит в месте к.з. (точка К) и в непосредственной близости от места к.з. Напряжение в точке М: , где - э.д.с. источника питания, Z_м – сопротивление от источника питания до точки М.

На примере системы приведенной на рис. 1-3,б можно пояснить причины развала энергосистемы. При возникновении к.з. в точке К у шин электростанции А напряжение в месте к.з. станет равным нулю, в результате чего электрическая нагрузка генераторов электростанции А станет равным нулю и частота вращения турбин генераторов начнёт быстро увеличиваться т.к. в турбины поступает количество пара (или воды) соответствующей электрической нагрузке до аварийного режима, а регуляторы скорости турбины действуют медленно и не могут предотвратить ускорения вращения турбин генераторов станции А.

В иных условиях находятся генераторы электростанции В, т.к. они удалены от точки К и поэтому напряжение на их шинах может быть близким к нормальному.

Так как генераторы электростанции А разгрузились, то вся нагрузка энергосистемы ляжет на генераторы электростанции В, которые могут при этом перегрузиться и уменьшить частоту вращения.

Таким образом, в результате к.з. скорость вращения генераторов электростанций А и В становится различной, что приводит к нарушению их синхронной работы.

Аварии с нарушением устойчивости системы по величине ущерба являются самыми тяжелыми.

К ненормальным режимам в электроустановках относятся опасные для электрооборудования или устойчивой работы энергосистемы режимы, связанные с отклонением от допустимых значений, значений величин тока, напряжения и частоты.

Наиболее характерные ненормальные режимы: перегрузка оборудования; повышение напряжения; качания в системе.

Перегрузка оборудования – это превышение тока по оборудованию сверх номинального значения.

Если ток превышает номинальное значение, то за счёт выделяемого им дополнительного тепла, через некоторое время температура токоведущих частей и изоляции оборудования превысит допустимую величину, что приведёт к ускоренному износу изоляции и её повреждению.

Характер зависимости допустимой длительности перегрузки от величины тока: t= (I) показан на рис. 1-4 и определяется конструкцией оборудования и типом используемых в оборудовании изоляционных материалов.

Рис. 1-4. Зависимость t=ƒ(I) допустимой длительности перегрузки от величины тока.

Для предупреждения повреждения оборудования при перегрузках необходимо принимать меры по разгрузке или отключению оборудования.

Повышение напряжения – это превышение напряжения на оборудовании сверх допустимого значения.

Обычно повышение напряжения возникает на гидрогенераторах при внезапном отключении его нагрузки из‑за увеличения частоты вращения и возрастания вследствие этого э.д.с. статора до опасных для его изоляции значений.

Опасное для изоляции оборудования повышение напряжения может возникнуть также при одностороннем отключении или включении длинных линий электропередачи с большой ёмкостной проводимостью.

При повышениях напряжения необходимо его снижать вручную или отключать оборудование от сети.

Качания в системах – периодическое изменение ("качание") тока, напряжения, активной и реактивной мощности.

Качания возникают при выходе из синхронизма работающих параллельно генераторов. Ток во всех элементах сети, связывающих вышедшие из синхронизма генераторы, колеблется от нуля до максимального значения, во много раз превышающего нормальную величину. Напряжение падает от нормального до некоторого минимального значения, имеющего разную величину в каждой точке сети.

В точке "С" (рис. 1-3), называемой электрическим центром качаний напряжение снижается до нуля, а в остальных точках сети напряжение падает, но остаётся больше нуля, нарастая от центра качаний С к источникам питания А и В. Одновременно происходят качания активной и реактивной мощности.

Возрастание тока вызывает нагрев оборудования, а уменьшение напряжения нарушает работу потребителей системы.

Кроме перечисленных ненормальных режимов, имеются и другие, ликвидация которых возможна при помощи релейной защиты и системной автоматики.

Выводы:

1. В электроустановках могут возникать повреждения и ненормальные режимы.

2. Основные виды повреждений (к.з.):

3‑х фазные к.з., 2‑х фазные к.з., 1 фазные к.з., 2‑х фазные к.з. на землю, замыкания на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью.

3. Наиболее характерные ненормальные режимы: перегрузка, повышение напряжения, качания в системе.