Файл: Гессен В.Ю. Защита сельских электрических сетей от аварий.pdf

Токи к. з. в сельских сетях 10 кВ невелики по абсо­ лютной величине и значительно меньше тех, на которые рассчитывают аппаратуру общепромышленного назна­

главным образом для выбора и настройки защит, а также для решения вопросов, связанных с грозозащитой, по­ скольку дугогасящее действие грозозащитных аппаратов зависит от величины тока к. з. При этом может пред­ ставить интерес величина наименьшего возможного тока к. з. Д л я сетей с изолированной нейтралью, к которым относятся распределительные сети 10 кВ, это двухфаз­ ное к. з. Если сопротивлением генераторов по сравнению с сопротивлениями остальных элементов схемы можно пренебречь, т. е. при удаленных к. з., то ГЦ' принимают равным 0,87 / к .

При расчетах токов к. з. в сетях н. н. можно не учи­ тывать сопротивления линий, питающих потребитель­

к. з. на шинах ТП или в точках, отдаленных от нее не­ значительным сопротивлением линии, на величину тока к. з. оказывают влияние сопротивления обмоток транс­ форматоров тока и токовых катушек автоматических вы­ ключателей (активное сопротивление обмотки трансфор­ матора тока в зависимости от номинального первичного тока находится в пределах от 0,07 до 0,3 Ом, а индуктив­ ное — от 0,01 до 0,48 Ом).

Ток однофазного к. з. /к"в четырехпроводной сети (замыкание между фазным и нулевым проводом) опре­ деляют, пользуясь соотношением

где: {Уф — фазное напряжение; 2 ( 1 ) — полное сопротивление петли однофазного к. з.

Сопротивление петли 2 ( 1 ) складывается из сопротив­ ления трансформатора при однофазном к. з., сопротив­ лений последовательно включенных элементов измери­ тельной аппаратуры, переходных сопротивлений кон­ тактов, сопротивления фазного и сопротивления нуле-

38

вого провода. При к. з., удаленных от ТП, принимают в расчет только сопротивление петли «фазный — нулевой провод». Активная составляющая сопротивления вычис­ ляется как сумма активных сопротивлений фазного и ну­ левого провода согласно приложению i , индуктивное со­ противление для проводов из цветных металлов прини­ мают из расчета 0,7 Ом на 1 км расстояния от ТП до места короткого замыкания. Если провода стальные, то к вы­ шеуказанной величине индуктивного сопротивления (внешнего) добавляют внутреннее индуктивное сопротив­ ление по данным табл. 1.

При к. з. в точках, близких к ТП, приходится учи­ тывать сопротивление силового трансформатора, а в не­ которых случаях также и переходные сопротивления контактных поверхностей (тысячные доли ома), сопро­ тивления токовых катушек и сопротивления обмоток трансформаторов тока. Вопрос о том, какие из этих со­ противлений следует принимать в расчет, решается пу­ тем сравнения их величин с величиной сопротивления петли «фазный — нулевой провод».

В расчетах токов однофазного короткого замыкания в электроустановках 380/220 В, питающихся от силовых трансформаторов со схемой соединения обмоток «звезда— звезда с заземленной нейтралью», сопротивление транс­

вление

динения обмоток «треугольник — звезда с заземленной нейтралью» сопротивление трансформатора принимают таким же, как при симметричном к. з. (стр. 32).

ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

Классификация. Перенапряжениями называются по­ вышения напряжения и разностей напряжений электри­ ческих установок, которые могут быть опасными для изо­

возникают под действием имеющихся в электрической цепи источников энергии, атмосферные перенапряжения— в результате воздействия на электроустановку атмосфер­ ного электричества при грозовых разрядах.

Внутренние перенапряжения. Причиной внутренних перенапряжений могут быть переходные процессы, сопро­ вождающие резкие изменения режима работы электри­ ческой сети при коммутационных операциях, коротком замыкании, замыканиях на землю через дугу в сетях с изо­ лированной нейтралью, а также резонансные явления, обусловленные появлением высокочастотных составляю­ щих напряжения и неблагоприятным соотношением между емкостным и индуктивным сопротивлением элек­ трической сети.

При отключении ненагруженной линии повышение напряжения может произойти вследствие повторных зажиганий электрической дуги между контактами вы­ ключателя. Когда выключатель начнет размыкать цепь, между его расходящимися контактами может возникнуть электрическая дуга емкостного тока (неиагруженная линия представляет собой емкостную нагрузку). Дуга гаснет, когда мгновенное значение переменного тока достигает нуля, электрическая прочность изоляции вос­ станавливается с некоторым запаздыванием, и в момент погасания дуги промежуток между контактами выключа­ теля имеет незначительную электрическую прочность.

40

При емкостной нагрузке, т. е. при угле сдвига фаз на­ пряжения и тока, равном 90°, в момент погасания дуги напряжение равно амплитудному значению. При этом емкость линии может остаться заряженной до амплитуд­ ного значения фазного напряжения. Через полпериода напряжение на контактах, связанных с источником энер­ г и и — ш и н а м и распределительного устройства, снова до­ стигнет амплитудного значения, но противоположной полярности. Следовательно, разность потенциалов между контактами выключателя окажется равной удвоенной амплитуде фазного напряжения. Если электрическая прочность промежутка между контактами выключателя еще не успеет восстановиться, промежуток пробьется. Снова возникнет дуга. Начнется колебательный процесс перезарядки емкости линии. Амплитуда колебаний на­ пряжения будет равна удвоенному фазному напряжению. Если частота колебаний при этом окажется существенно больше 50 Гц, то мгновенное значение напряжения ча­ стоты 50 Гц еще не успеет заметно измениться, а напря­ жение, обусловленное колебательным процессом, уже достигнет максимального значения. Напряжение на ли­ нии окажется почти втрое большим, чем амплитуда фаз­ ного напряжения. Снова возможен пробой промежутка, возникновение дуги, дальнейшее повышение напряже­ ния и т. д.

При включении ненагруженной линии волна напряже­ ния, появившаяся в линии в момент замыкания контак­ тов выключателя или в момент искрового пробоя между его сближающимися контактами, устремится к концу линии. Отражение волны от разомкнутого конца линии приводит к удвоению первоначальной амплитуды. Если включение производилось в момент, когда мгновенное значение фазного напряжения было максимальным, на­ пряжение на проводе этой фазы может достичь удвоенной величины амплитуды фазного напряжения.

При отключении коротких замыканий в линии возни­ кает колебательный переходный режим, обусловленный резким изменением напряжения от близкого к нулю до нормального напряжения. При коротком замыкании на­ пряжение считают равным нулю, при отключении к. з. напряжение восстанавливаетя до нормального. Пе­ реходный режим может сопровождаться повышением напряжения вследствие наложения колебаний переход­ ного режима на напряжение основной частоты 50 Гц.

41

Повышения напряжения возникают также при отклю­ чении ненагруженных силовых трансформаторов. Отно­ сительно небольшой ток намагничивания силового транс­ форматора не всегда способен поддержать горение дуги на расходящихся контактах выключателя, и выключатель может оборвать этот ток до перехода его через нуль. Переходный процесс в этом случае обусловлен резким изменением тока в трансформаторе: от мгновенного зна­ чения, равного величине обрываемого тока, до нуля. Изменение тока в трансформаторе приводит к возникно­ вению электродвижущей силы (э. д. с ) , величина кото­ рой зависит от скорости изменения тока. Быстрое изме­

При нормальном уровне изоляции электрических установок напряжением до 35 кВ включительно рас­ смотренные случаи коммутационных перенапряжений не опасны для изоляции, так как развитие перенапряже­ ний ограничивается значительными активными сопро­ тивлениями линий, а запас электрической прочности изо­ ляции в электроустановках этих классов напряжения достаточно велик.

Д л я электроустановок напряжением 10 кВ опасны однофазные замыкания на землю, которые могут привести к возникновению перемежающейся дуги. Допустим, произошло повреждение изоляции одной из фаз относи­ тельно земли так, что между местом повреждения и зем­ лей произошел пробой воздушного промежутка и загоре­ лась дуга. Иными словами, пошел переменный ток между поврежденной и неповрежденными фазами через дугу, землю и емкость здоровых фаз относительно земли. Периодически изменяясь, ток дважды за период стано­ вится равным нулю, и электрическая цепь как бы преры­ вается. Дуга при этом гаснет, напряжение на промежутке восстанавливается и начнет восстанавливаться электри­ ческая прочность промежутка, в котором горела дуга. Если нарастание электрической прочности промежутка происходит быстрее, чем восстановление напряжения на промежутке, дуга больше не загорится. Если же напря­ жение возрастет скорее, чем восстановится электриче­ ская прочность, дуга загорится вновь. В электрической сети дважды за период будут происходить пробой изо­ ляции, возникновение дуги и ее погасание. При зажига­ нии дуги и ее погасании будут возникать высркочастот-

4?

мые колебания и, как следствие этого, — перенапряже­ ния в сети.

Условия восстановления электрической прочности зависят от величины тока через дуговой промежуток. Электроды, между которыми горит дуга, при большом токе настолько разогреваются, что восстановления элек­ трической прочности промежутка вообще не происходит, и горит устойчивая дуга. В этом случае перенапряжения не возникают, но в месте горения дуги может произойти авария вследствие разрушения той части установки, где горит дуга. Емкостный ток недостаточен для поддержа­ ния устойчивой дуги, но при достаточной величине он может быть причиной возникновения перемежающейся дуги. Следует отличать п е р е м е ж а ю щ у ю с я электри­ ческую дугу от п р е р ы в и с т о й дуги, обусловленной случайными прикосновениями к проводам сети с изо­ лированной нейтралью каких-либо заземленных пред­ метов, например ветвей деревьев на участках плохой расчистки трассы.

Чтобы в электрической сети напряжением 10 кВ поддерживалась перемежающаяся дуга, необходим ем­ костный ток 30 А или больше. Этому соответствует около

. кого тока электрическая прочность промежутка восста­ навливается быстро (продуктов горения дуги в проме­ жутке мало) . и перемежающаяся дуга не поддержи­ вается.

При несимметричных коротких замыканиях форма кривой напряжения может исказиться. В э. д. с. генера­ торов появляются высокочастотные составляющие, т. е. на э. д. с. частотой 50 Гц накладываются электродвижу­ щие силы с частотой в три, пять, семь и т. д. раз, превы­ шающей основную частоту. При одной из этих частот емкостное сопротивление линии может оказаться рав­ ным индуктивному сопротивлению генераторов и транс­ форматоров, в свою очередь это может вызвать резонанс­ ное повышение напряжения соответствующей частоты. Обычно амплитуда напряжения высокочастотных соста­ вляющих не превышает 5% амплитуды напряжения ос­ новной частоты. При коротких замыканиях доля высоко­ частотных составляющих в кривой напряжения увели­ чивается. В случае резонанса при повышенной частоте напряжение этой частоты может оказаться соизмеримым

43