Металлическое замыкание на землю это

Обновлено: 17.05.2024

Замыкание фазы на землю создает ненормальный режим и представляет опасность по ряду причин:

возможность появления перенапряжения, 2,4–3,5-кратного по сравнению с фазным [1, 2, 3], что может привести к пробою изоляции неповрежденных фаз и переходу ОЗЗ в «двухместное» или двойное замыкание на землю, близкое по своим характеристикам к двухфазным коротким замыканиям (КЗ). Риск возникновения таких двойных замыканий заметно вырос в последнее время в связи со старением изоляции электрических машин и аппаратов на многих энергообъектах и отсутствием средств на их модернизацию и замену;
возникает опасность поражения электрическим током обслуживающего персонала и потребителей;
при длительном наличии ОЗЗ в сети происходит ускоренное старение изоляции и повреждение электрооборудования;
возможны явления феррорезонанса (особенно при поочередном отключении потребителей), от которых чаще всего выходят из строя трансформаторы напряжения.

По перечисленным причинам замыкания на землю необходимо отключать. В сетях, работающих в условиях повышенной опасности для обслуживающего персонала, защита от замыканий на землю выполняет функции защитного отключения и по условиям техники безопасности должна работать без выдержки времени на отключение. Для защиты электродвигателей от замыканий на корпус необходимо применять специальные защиты, обладающие высокой чувствительностью, поскольку токи замыкания на корпус менее 5 А могут представлять для изоляции опасность [4].

Индивидуальные защиты присоединений

Любое развитие техники идет методом от простого к сложному. Наиболее простыми защитами от замыканий на землю являются защиты по току и напряжению нулевой последовательности НП промышленной частоты. Для реализации таких защит достаточно устройства, реагирующего на действующее значение тока или напряжения соответственно. Однако простота таких устройств сказывается на их возможностях. Общая неселективная защита по напряжению нулевой последовательности только сигнализирует о появлении замыкания на землю на любом присоединении секции. Среди недостатков токовых защит НП можно отметить следующие: фиксированная уставка, отстройка тока срабатывания от суммы тока небаланса нулевой последовательности и собственного емкостного тока линии, отказ в срабатывании при перемежающихся замыканиях при защите как кабельных линий (КЛ), так и воздушных (ВЛ) [5]. Для защит на токовых реле РТ 40/0,2 и РТЗ-50 возможны излишние срабатывания при внешних ОЗЗ из-за резкого увеличения токов нулевой последовательности при дуговых замыканиях за счет высокочастотных составляющих [6, 7]. А для защит на реле РТЗ-51 при питании от сети постоянного тока 110 или 220 В возможны ложные срабатывания в моменты коммутации в сети, возникающие по различным причинам [8].

При реализации токовых защит НП на микропроцессорных (МП) терминалах появилась возможность использовать сложные характеристики зависимости тока срабатывания от времени. Поэтому появились защиты с обратнозависимой времятоковой характеристикой, для них [9] не требуется отстройка от собственного емкостного тока присоединения. Однако такой принцип действия защит имеет ряд существенных недостатков. Основной недостаток заключается в том, что селективность срабатывания обеспечивается выдержкой времени, в связи с этим создание зависимых систем с различными выдержками времени становится практически невозможным. Работа таких защит возможна только на отключение, иначе по истечении некоторого времени все защиты начнут сигнализировать о наличии замыкания на землю. При отказе выключателя поврежденного присоединения произойдет неселективное отключение присоединения со вторым по величине током.

Защиты, использующие только один сигнал тока НП, несмотря на свою простоту имеют существенные недостатки, которые будут приводить к их неселективным действиям. В ходе дальнейшего усовершенствования таких защит стали использовать два сигнала – ток и напряжение НП для определения направления. Большое число направленных защит реагируют на направление мощности нулевой последовательности в установившемся режиме. Чувствительность таких защит выше, чем ненаправленных, так как их ток срабатывания отстраивается [6, 7] только от тока небаланса в «максимальном рабочем режиме», а отстройка защиты от собственного емкостного тока линии не требуется, поскольку от этого тока она отстроена «по направлению». Общим недостатком защит такого типа являются их неселективные действия или отказ в срабатывании при перемежающихся дуговых ОЗЗ. Эта неселективность не связана с программной или аппаратной реализацией. Направленные защиты – это такие защиты, которые определяют разность фаз между сигналами и в зависимости от полученного угла принимают решение. Однако разность фаз можно определить только для гармонических сигналов, т. е. сигналов одной частоты. Если рассмотреть осциллограмму замыкания на землю в кабельной сети 10 кВ на рис. 1, то можно сделать вывод, что понятие угла между кривыми тока и напряжения отсутствует, так как сигналы не гармонические.

Рис. 1. Осциллограмма дугового замыкания на землю в кабельной сети 10 кВ

Другим методом определения поврежденного присоединения с использованием сигналов тока и напряжения НП является расчет активной мощности нулевой последовательности в установившемся режиме [10, 11]. Защиты, реализованные на этом принципе, обладают более высокой устойчивостью функционирования в режимах с перемежающейся дугой в месте ОЗЗ и отстроены в большей мере от бросков емкостных токов в переходных процессах. Обеспечить стабильное функционирование таких защит возможно в основном в сетях с резистивным заземлением нейтрали.

Для устранения недостатков защит, использующих токи и напряжения НП промышленной частоты, были разработаны защиты от ОЗЗ, реагирующие на высшие гармоники электрических величин [1]. При возникновении дуговых ОЗЗ содержание высших гармонических составляющих в сети резко увеличивается, причем содержание высших гармонических в токе нулевой последовательности поврежденной линии значительно больше, чем в токах нулевой последовательности неповрежденных линий. Эти процессы наблюдаются в сетях всех видов заземления нейтрали. Общие недостатки устройств, выполненных с использованием высших гармоник:

вероятность отказа в срабатывании при ОЗЗ через переходные сопротивления [12, 13];
нестабильность состава и уровня высших гармоник в токе НП. Условия селективности несрабатывания при внешних ОЗЗ и устойчивости срабатывания при внутренних повреждениях для устройств абсолютного замера высших гармоник обеспечиваются в основном на крупных подстанциях и электростанциях с большим числом присоединений.

Другая категория защит – это защиты от ОЗЗ, реагирующие на электрические величины переходного процесса [1, 14]. Среди достоинств таких защит можно отметить возможность фиксации всех разновидностей ОЗЗ, независимость действия от режима заземления нейтрали, большую чувствительность к замыканиям через переходное сопротивление, большие значения амплитуд переходных токов, упрощающие отстройку от токов небаланса фильтра токов нулевой последовательности (ФТНП) и обеспечение высокой помехоустойчивости и чувствительности защиты.

Но и такие защиты обладают недостатками. Всем защитам присущи единые недостатки, такие как отсутствие непрерывного действия защиты, искажение фазовых соотношений между током и напряжением, возникающее в момент ОЗЗ в отраженной от конца защищаемой линии волне [15], возможные ложные срабатывания от помех, возникающих одновременно в цепях тока и напряжения при отсутствии ОЗЗ, например возможна ложная работа таких защит в сетях с компенсированной нейтралью при отключении трехфазных КЗ. В защитах КЗЗП и ПЗЗМ применен принцип раздельной фиксации начальных знаков переходного тока и напряжения нулевой последовательности с последующим их сравнением, который менее эффективен из-за возможности излишних срабатываний при малых значениях подведенных величин [1].

И последняя группа защит от ОЗЗ, которые следует рассмотреть, это защиты, реагирующие на наложенный ток [1]. Наложенный ток может быть частотой как выше промышленной, так и ниже. Для создания тока повышенной частоты возможно использование нелинейного сопротивления, включенного между нейтралью сети и землей. Однако данное устройство значительно повышает стоимость таких защит и может снизить надежность функционирования защиты. Также можно отметить тот факт, что значительная высокочастотная составляющая может присутствовать в токах присоединений и в нормальном режиме. Это в первую очередь относится к сетям, связанным с производствами, имеющими нелинейную нагрузку. В таких случаях описанный способ защиты непригоден. Кроме того, как показывают проведенные исследования [16], гармоники с частотой 100 Гц появляются почти в 2 раза чаще, чем, например, с частотой 25 Гц, и амплитуды их намного больше.

Поэтому ряд разработчиков создали защиты, реагирующие на наложенный ток частотой ниже промышленной. Различие по частоте тока небаланса ФТНП (50 Гц и гармоники, кратные трем) и воздействующей величины (25 Гц) позволяет упростить отстройку защиты от небаланса и избежать загрубления защиты по первичному току. Сам наложенный ток частотой ниже промышленной получить проще, и требуется меньшая мощность генерирующего источника. В результате такие защиты обеспечивают возможность замера больших значений активного сопротивления фазовой изоляции, имеют меньшую зависимость чувствительности от переходного сопротивления в месте замыкания и лучшую помехозащищенность от тока промышленной частоты [17].

К основным недостаткам защит, реагирующих на наложенный ток частотой ниже промышленной, можно отнести необходимость подключения в нейтраль сети специального устройства для создания контрольного тока, влияние на устойчивость функционирования защиты погрешностей ТТНП, возрастающих при уменьшении рабочей частоты, усложнение схемы первичной коммутации из-за необходимости подключения источника наложенного тока и трудности подключения источника вспомогательного тока при использовании в сети нескольких ДГР, установленных на разных объектах. Не исключены также сложности отстройки от естественных гармонических составляющих при внешних дуговых перемежающихся ОЗЗ, при которых спектр тока зависит от параметров сети и режима заземления ее нейтрали, положения точки ОЗЗ в сети. Кроме того, при замыканиях через большие переходные сопротивления происходит снижение контрольного тока [18].

В целом все индивидуальные защиты имеют общие недостатки, связанные либо с принципом действия, либо с непосредственной реализацией устройств защиты. При этом появление микропроцессорных устройств защиты не сдвинуло решение проблемы выявления поврежденного присоединения в позитивную область, так как сами алгоритмы определения замыкания на землю остались прежними.

Обобщая, можно выдвинуть следующие основные требования к защитам: использование уставки, зависящей от параметров замыкания, выявление замыканий через большие переходные сопротивления и дугу, возможность создания системы ступенчатых защит от замыканий на землю. Именно невозможность учесть эти требования приводит к низкой эффективности устройств индивидуального типа.

Виды ОЗЗ

Чтобы понять, в чем сложность выявления ОЗЗ, рассмотрим процессы, происходящие в сети. Можно выделить два основных вида однофазного замыкания на землю: металлическое (рис. 2, 3) и дуговое (рис. 4, 5). Металлическое и дуговое замыкание может происходить через повышенное сопротивление в месте контакта с землей, что приведет к снижению как токов однофазных замыканий, так и напряжения нулевой последовательности.

Рис. 2. Осциллограмма самоустранившегося ОЗЗ в кабельной сети 10 кВ

Рис. 3. Осциллограмма дугового самоустранившегося ОЗЗ в кабельной сети 10 кВ

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Металлическое замыкание на корпус ( на землю) обмотки возбуждения генератора и синхронного компенсатора не представляет непосредственной опасности, так как ток через место повреждения не протекает. Поэтому в этом случае генератор или синхронный компенсатор может быть временно оставлен в работе. При появлении второго замыкания ( двойное замыкание) часть витков обмотки возбуждения замыкается через сравнительно небольшие переходные сопротивления первого и второго повреждений. Такое двойное замыкание на корпус представляет большую опасность для машины, так как при этом иногда возникают сильные вибрации ротора. Кроме того, ток, протекающий в точках замыкания обмотки возбуждения на корпус ротора, может вызвать выплавление меди обмотки, повредить сталь ротора и пр. [1]

При металлическом замыкании на землю ток в емкости поврежденной фазы С л отсутствует, так как напряжение поврежденной ф азы по отношению к земле, в том числе и в точке присоединения сосредоточенной емкости, равно нулю. [2]

При металлическом замыкании на землю ток в емкости поврежденной фазы СА отсутствует, так как напряжение поврежденной фазы относительно земли равно нулю. [3]

При металлическом замыкании на землю смещение нейтрали оказывается наибольшим, чему соответствует наибольшая чувствительность устройства сигнализации. [4]

При металлическом замыкании фазы В линии / на землю распределение емкостных токов показано на рис. 8.21, а. В поврежденной фазе В всех линий емкостного тока нет, так как напряжение этой фазы относительно земли равно нулю. [6]

В случае металлического замыкания на землю в одной точке напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают в / 3 раз и становятся равными междуфазному напряжению. [8]

В случае полного металлического замыкания место пробоя определяется измерением омических сопротивлений от концов обмотки на корпус. [9]

В режиме однофазного металлического замыкания на землю напряжение Uo изменяется практически синусоидально с номинальной частотой сети. При этом падение напряжения на резисторах Ш и R2 недостаточно для создания необходимого тока управления и открытия транзисторов. При наличии в напряжении Uo высших гармонических ток в цепи Ш - LR - R2 мал вследствие большого сопротивления реактора и падение напряжения на резисторах также недостаточно для создания необходимого тока управления. [10]

Проверка на отсутствие металлических замыканий витков выполняется двумя способами в зависимости от габаритов обмотки. [11]

Одним из них является устойчивое металлическое замыкание на землю ( корпус) в обмотке ротора, которое может возникнуть на контактных кольцах, в токоподводе к обмотке ротора, лобовых и пазовых частях обмотки. [13]

Отыскание земли в сети с изолированной нейтралью

В электроустановках рабочим напряжением 6-35 кВ с изолированной нейтралью, при повреждении или нарушении изоляции, падении провода и т.д. возникает замыкание на землю. Режим однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью аварийным не является. Следовательно, автоматического отключения поврежденного участка электрической сети не будет.

Данный режим работы является опасным для изоляции оборудования, так как фазные напряжения при этом значительно увеличиваются. Это в свою очередь приводит к пробою изоляции и переходу из однофазного в двухфазное замыкание на землю.

Кроме того, замыкание на землю очень опасно для людей, в частности для обслуживающего персонала (при возникновении повреждения на территории ОРУ или ЗРУ). При этом высока вероятность поражения электрическим током в результате растекания токов на землю (шагового напряжения).

Следовательно, оперативному персоналу, который осуществляет обслуживание электроустановки, необходимо в кратчайший срок устранить возникшее повреждение, то есть определить место повреждения.

Замыкание на землю бывает нескольких видов: металлическое замыкание, неполное замыкание через электрическую дугу и замыкание на землю через поврежденную изоляцию токоведущих частей.

Контроль изоляции в электроустановках 6-35кВ осуществляется при помощи:

- реле минимального напряжения, которые включены на фазные напряжения ТН;

- реле напряжения, которые включены в обмотку разомкнутого треугольника;

- токовых реле, которые включены к выходу фильтра токов нулевой последовательности;

- вольтметров контроля изоляции.

Показания вольтметров контроля изоляции:

- при металлическом замыкании на землю: на поврежденной фазе прибор показывает «ноль», при этом напряжение на двух других фазах увеличивается в 1,73 раза, то есть равно линейному напряжению сети;

- при замыкании на землю через дугу: на поврежденной фазе «ноль», на других фазах напряжение увеличивается в 3,5-4,5 раз;

- при замыкании на землю через сниженное сопротивление изоляции показания вольтметра контроля изоляции несимметричны. Происходит так называемый «перекос» фаз сети.

В зависимости от выполненной схемы контроля изоляции, осуществляется сигнализация «замыкания на землю» с указанием конкретной поврежденной фазы, так и без определения фазы. В последнем случае поврежденная фаза определяется по показаниям киловольтметров контроля изоляции того или иного участка сети. Фиксировать показания вольтметров контроля изоляции необходимо в обоих случаях.

Кроме того, существуют ложное срабатывание сигнала земля.

Перечислим основные причины ложного срабатывания сигнала «земля» в сети 6-35кВ:

- значительное отличие емкостей фаз относительно земли;

- неполнофазное отключение трансформатора;

- подключение к участку сети другого некомпенсированного участка сети, в том числе автоматическое (работа АВР);

- обрыв фазы (перегорание предохранителя) по стороне ВН или НН силового трансформатора. При этом будет незначительный перекос напряжений;

- обрыв фазы (перегорание предохранителей, отключение автоматического выключателя или другая причина) трансформатора напряжения, который предназначен для контроля изоляции данного участка сети. При обрыве фазы по стороне НН одна фаза будет показывать ноль, а две другие фазное напряжение. При обрыве фазы по высокой стороне (ВН) показания приборов контроля изоляции будут несимметричные. При этом определить, сгорел предохранитель или нет по показаниям приборов сложно, так как перекос незначительный.

Рассмотрим случай незначительного перекоса фаз (ложное срабатывание сигнала замыкания на землю). Когда перегорает предохранитель по высокой стороне ТН, кратковременно появляется сигнал «земля», затем наблюдается незначительный перекос фазных и линейных напряжений. Причиной такого перекоса может быть отличные емкости фаз по отношению к земле, несимметричная нагрузка потребителя.

В данном случае можно попробовать поочередно отключить присоединения, которые питаются от данного участка сети (секции или системы шин). Если показания приборов контроля изоляции не изменяются, то высока вероятность того, что причиной такого перекоса напряжений является перегорание предохранителя по стороне ВН трансформатора напряжения.

Действия оперативного персонала электроустановки по отысканию места замыкания на «землю».

Отыскание однофазного замыкания осуществляется при помощи специального прибора или методом поочередных отключений. В данном случае производится поочередное отключение присоединений, запитанных от секции (системы) шин, где ТН показывает наличие повреждения, а также присоединения участков электрической сети, которая электрически связана с этой секцией (системой) шин.

Если после отключения линии сигнал «земля» пропал, то это свидетельствует о том, что замыкание на «землю» было на данной линии. Данное присоединение можно ввести в работу только после выяснения причины возникновения однофазного замыкания.

Если методом поочередных отключений отходящих присоединений поврежденный участок найти не удалось, то следует отключить все присоединения участка сети, где появилась «земля», убедиться в том, что сигнал о однофазном замыкании устранился. Затем необходимо поочередно включить отходящие присоединения. Если включение одной из отходящих линий совпало с появлением сигнала «земля», то данное присоединение необходимо отключить и не вводить в работу до выяснения причины срабатывания сигнала «земля».

Соответственно, если при включении в работу предварительно выведенного в ремонт присоединения появилась «земля» данное присоединение должно быть немедленно отключено.

Бывают также ситуации, когда при отключении всех отходящих линий сигнал «земля» не устраняется. Это свидетельствует о том, что возникло повреждение на оборудовании подстанции, например, на участке от силового трансформатора до секции шин включительно. Прежде всего, необходимо определить, повреждение находится на секции шин или на другом оборудовании (вводной выключатель, ошиновка от силового трансформатора до вводного выключателя).

Для этого отключаем вводной выключатель данной секции, включаем секционный выключатель. Если по секции, к которой присоединен этот участок сети, появился сигнал «земля», то повреждение находится на секции шин. Поврежденная секция должна быть выведена в ремонт для устранения повреждения.

Если сигнал «земля» отсутствует, то повреждение находится на участке от силового трансформатора до вводного выключателя секции включительно. В данном случае необходимо произвести осмотр оборудования данного участка распределительного устройства на предмет наличия повреждений. Если причиной возникновения «земли» является пробой изоляции, то, скорее всего, визуально повреждение найти не удастся.

Для отыскания повреждения необходимо вывести данный участок распределительного устройства в ремонт. Отыскание дефекта изоляции производится электролабораторными испытаниями оборудования.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Отыскание «земли» в сети постоянного оперативного тока подстанции

«Земля» в сети постоянного тока – одна из аварийных ситуаций, которая нередко случается на распределительных подстанциях. Постоянный ток на подстанции называется оперативным, он предназначен для работы устройств релейной защиты и автоматики, а также управления оборудованием подстанции.

Наличие «земли» в сети постоянного тока свидетельствует о том, что один из полюсов замыкается на землю. Данный режим работы сети постоянного тока подстанции является недопустимым и в случае возникновения аварийной ситуации на подстанции может привести к негативным последствиям. Поэтому, в случае возникновения данной ситуации необходимо немедленно приступить к поиску повреждения и в максимально короткий срок его устранить. В данной статье рассмотрим процесс поиска и устранения замыкания на «землю» в сети постоянного оперативного тока подстанции.

Возникновение «земли» в сети постоянного оперативного тока фиксируется на панели центральной сигнализации подстанции световой и звуковой сигнализацией. Первое, что следует сделать – это убедиться в том, что замыкание на землю в сети постоянного тока действительно есть.

На щите постоянного тока подстанции, как правило, расположен вольтметр контроля изоляции и соответствующие переключающие устройства, переключением которым можно замерить напряжение каждого из полюсов относительно земли. В одном положении данного переключателя вольтметр контроля изоляции включается в цепь «земля» – «+», в другом положении – соответственно – «земля» – «-». Наличие напряжения в одном из положений свидетельствует о том, что в сети постоянного тока есть замыкание на землю.

При наличии двух отдельных секций на щите постоянного тока, которые электрически не связаны, должна быть предусмотрена возможность проверки наличия напряжения относительно земли по каждой из секций отдельно.

Наличие замыкания на землю в сети постоянного тока свидетельствует о том, что нарушена изоляция одной из кабельных линий, которая подает оперативный ток к устройствам релейной защиты и автоматики или непосредственно к элементам оборудования и другим потребителям постоянного тока на подстанции. Или же причиной может быть обрыв провода, который впоследствии соприкоснулся с землей или с заземленными элементами оборудования.

Такой режим работы неприемлем, так как в таком случае устройство, которое получает питание по данному кабелю, может работать некорректно или вообще отказать (если одна из жил оборвана). Например, один из соленоидов привода высоковольтного выключателя. Если кабель, по которому постоянный ток подается на данный соленоид, поврежден, то в случае возникновения аварийной ситуации, например, короткого замыкания на линии, данный выключатель откажет, что может привести к повреждению других элементов оборудования.

Или, например, микропроцессорные устройства защиты. Как правило, микропроцессорные терминалы защит оборудования подстанции питаются от постоянного оперативного тока. Питание данных шкафов осуществляется от нескольких кабелей, проложенных от щита постоянного тока. В большинстве случаев один кабель питает несколько шкафов, например, шесть.

Если данный кабель повредится, то микропроцессорные терминалы защит, автоматики и управления оборудованием будут обесточены. Следовательно, все шесть присоединений останутся без защиты, и в случае возникновения аварийной ситуации оборудование не будет отключено и может повредиться (в случае отсутствия или отказа резервных защит).

Поэтому найти повреждение, которые привело к возникновению замыкания на землю, следует в максимально короткий срок.

Поиск замыкания на землю в сети постоянного тока сводится к очередному отключению всех отходящих линий, которые питаются от шкафа постоянного тока подстанции. Приведем пример отыскания места повреждения.

Отключаем автоматические выключатели, которые питают кольцо соленоидов выключателей 110 кВ и проверяем контроль изоляции. Как правило, кольцо соленоидов питается от двух автоматических выключателей разных секций щита постоянного тока для обеспечения высокой надежности схемы.

Если напряжение на каждом из полюсов относительно земли отсутствует, то это свидетельствует о том, что замыкание на землю находится на кольце соленоидов выключателей 110 кВ. В противном случае, то есть если не было изменений и замыкание на землю осталось, включаем отключенный ранее автоматический выключатель и переходим к дальнейшему отысканию повреждения. То есть поочередно отключаем остальные автоматические выключатели с последующей проверкой контроля изоляции по вольтметру.

Итак, когда найдена линия, при отключении которой замыкание на землю пропадает, следует найти и устранить неисправность. Рассмотрим порядок дальнейших действий по отысканию повреждения в случае, если замыкание на землю находится в кольце соленоидов.

Далее наша цель – локализировать повреждение. Кольцо соленоидов выключателей 110 кВ состоит из нескольких участков. Кабель постоянного оперативного тока идет от щита постоянного тока в шкаф вторичной коммутации одного из выключателей 110 кВ. В этом шкафу кабель разветвляется: один идет непосредственно в цепи управления данным выключателем, а другой к шкафу вторичной коммутации следующего выключателя.

От второго шкафа кабель оперативного тока идет к третьему и так далее, в зависимости от количества выключателей, расположенных в распределительном устройстве 110 кВ подстанции. От последнего выключателя кабель идет к щиту постоянного тока, то есть все соленоиды выключателей соединены в кольцо.

В каждом шкафу вторичной коммутации есть рубильники. Один из них подает оперативный ток на выключатель, другой на следующий шкаф вторичной коммутации. Для локализации поврежденного участка отключаем рубильник в шкафу вторичной коммутации, которым подается напряжение на все кольцо, например, на первый шкаф, к которому подается оперативный ток от первой секции щита постоянного тока.

Таким образом, включив автоматический выключатель кольца соленоидов 110 кВ первой секции ЩПТ, мы подаем напряжение на кабель, который идет до шкафа вторичной коммутации первого выключателя.

Включаем данный выключатель и проверяем контроль изоляции. Если «земля» присутствует, то однозначно повреждение находится на данном участке кабеля. Если контроль изоляции в норме, то приступаем к дальнейшему отысканию поврежденного участка.

Отключаем рубильник, который подает напряжение на шкаф вторичной коммутации второго выключателя, и включаем рубильник, который подает оперативный ток на цепи управления первым выключателем 110 кВ, проверяем контроль изоляции. Появление «земли» свидетельствует о том, что повреждение находится в цепях вторичной коммутации выключателя. В таком случае выключатель следует вывести в ремонт для устранения данной неисправности.

Также необходимо запитать кольцо соленоидов, оставив отключенным рубильник присоединения, где найдено повреждение вторичных цепей. Далее необходимо проверить контроль изоляции, чтобы убедиться в том, что замыкания на «землю» в сети постоянного тока больше нет.

Если после подачи оперативного тока на первый выключатель контроль изоляции остался в норме, то идем дальше. Отключаем рубильники во втором шкафу, которые подают оперативный ток на второй выключатель и на следующий, третий шкаф вторичной коммутации.

В первом шкафу включаем рубильник, который подает напряжение на второй шкаф, то есть подключаем к кольцу кабель, идущий от первого шкафа ко второму шкафу вторичной коммутации.

Аналогично, если «земля» появилась, то поврежден данный участок кабеля. В противном случае, то есть когда контроль изоляции в норме, включаем рубильник во втором шкафу, который подает напряжение на цепи постоянного тока второго выключателя, проверяем контроль изоляции, чтобы убедиться в наличии или отсутствии «земли».

Аналогичным образом производим поэтапное включение участков кольца соленоидов и проверяем контроль изоляции. Изначально, когда проверяется кабель, который идет от первой секции щита постоянного тока до первого шкафа вторичной коммутации выключателя, необходимо проверить второй кабель, который запитывается от второй секции ЩПТ и идет до шкафа вторичной коммутации выключателя.

Возможно, повреждение находится на втором кабеле, и, чтобы не делать лишнюю работу – не проверять цепи выключателей и кабельные линии, проложенные между шкафами вторичной коммутации выключателей, необходимо проверить оба кабеля сразу.

Следует отметить, что при выводе в ремонт выключателя, в шкафу вторичной коммутации которого обнаружено повреждение цепей оперативного тока, не всегда удается отключить данный выключатель дистанционно или с места при помощи привода, так как может быть оборван один из проводов цепей вторичной коммутации.

Если цепи управления выключателем неисправны и при этом нет возможности отключить выключатель вручную, с места, то следует снять нагрузку с выключателя и отключить его с двух сторон разъединителями. При возможности, необходимо снять не только нагрузку, но и напряжение с выключателя, так как при отсутствии нагрузки у потребителя, линейным разъединителем отключаются емкостные токи линии, что не рекомендуется.

Причины возникновения и последствия коротких замыканий

Короткое замыкание — включение источника ЭДС на нагрузку, сопротивление которой очень мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника.

Сила тока при коротком замыкании определяется только внутренним сопротивлением источника r, т. е. ik = E/r , где Е — ЭДС источника.

Обычно источники ЭДС не рассчитаны на ту большую силу тока, которая устанавливается при коротком замыкании, в источнике выделяется очень большое количество тепла, которое может привести к разрушению и гибели источника. Особенно опасно короткое замыкание для источников с малым внутренним сопротивлением (аккумуляторов, электрических машин и т. д.).

Итак, короткое замыкание возникает при соединении двух проводов цепи, присоединенных к разным зажимах (например, в цепях постоянного тока это "+" и "-") источника через очень малое сопротивление, которое сравнимо с сопротивлением самих проводов.

Ток при коротком замыкании может превысить номинальный ток в цепи во много раз. В таких случаях цепь должна быть разорвана раньше, чем температура проводов достигнет опасных значений.

Для защиты проводов от перегрева и предупреждения воспламенения окружающих предметов в цепь включаются аппараты защиты - плавкие предохранители или автоматические выключатели.

Короткие замыкания могут возникнуть также при перенапряжениях в результате грозовых явлений, прямых ударов молнии, механических повреждении изолирующих частей, ошибочных действий обслуживающего персонала.

При коротких замыканиях резко возрастают токи в короткозамкнутой цепи и снижается напряжение, что представляет большую опасность для электрического оборудования и может вызвать перебои в электроснабжении потребителей.

Короткие замыкания бывают:

трехфазные (симметричные), при которых накоротко замыкаются все три фазы;

двухфазные (несимметричные), при которых накоротко замыкаются только две фазы;

двухфазные на землю в системах с глухо заземленными нейтралями;

однофазные несимметричные на землю заземленными нейтралями.

Наибольшей величины ток достигает при однофазном коротком замыкании. В результате применения специальных искусственных мер (например заземления нейтралей через реакторы, заземление только части нейтралей) наибольшее значение тока однофазного короткого замыкания может быть снижено до величины тока трехфазного короткого замыкания, для которого чаще всего и ведутся расчеты.

Причины возникновения коротких замыканий

Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушения изоляции электрооборудования.

Нарушения изоляции вызываются:

1. Перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралями),

2. Прямыми ударами молнии,

3. Старением изоляции,

4. Механическими повреждениями изоляции, проездом под линиями негабаритных механизмов,

5. Неудовлетворительным уходом за оборудованием.

Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.

Преднамеренные короткие замыкания

При осуществлении упрощенных схем соединений понижающих подстанций используют специальные аппараты - короткозамыкатели, которые создают преднамеренные короткие замыкания с целью быстрых отключений возникших повреждений. Таким образом, наряду с короткими замыканиями случайного характера в системах электроснабжения имеют место также преднамеренные короткие замыкания, вызываемые действием короткозамыкателей.

Последствия коротких замыканий

В результате возникновения короткого замыкания токоведущие части сильно перегреваются, что может привести к нарушению изоляции, а также возникновению больших механических усилий, способствующих разрушению частей электроустановок.

При этом нарушается нормальное электроснабжение потребителей в неповрежденных участках сети, так как аварийный режим короткого замыкания в одной линии приводит к общему снижению напряжения. В месте короткого замыкания спряжение становится равным нулю, а во всех точках до места короткого замыкания напряжение резко снижается, и нормальное питание неповрежденных линий становится невозможным.

При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания. Степень снижения напряжения зависит от работы устройств автоматического регулирования напряжения и удаленности от места повреждения.

В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или отражаться на всей системе электроснабжения.

При большой удаленности короткого замыкания величина тока короткого замыкания может составлять лишь незначительную часть номинального тока питающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки.

Сильное снижение напряжения получается только вблизи места короткого замыкания, в то время как в других точках системы электроснабжения это снижение менее заметно. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия короткого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту аварии частях системы электроснабжения.

Ток короткого замыкания, являясь даже малым по сравнению с номинальным током генераторов, обычно во много раз превышает номинальный ток ветви, где произошло короткое замыкание. Поэтому и при кратковременном протекании тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого.

Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера.

Внезапное глубокое снижение напряжения при коротком замыкании отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40% они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей).

Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время и неожиданная остановка двигателей может вызвать брак продукции предприятия.

При малой удаленности и достаточной длительности короткого замыкания возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих станций, т.е. нарушение нормальной работы всей электрической системы, что является самым опасным последствием короткого замыкания.

Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.

Таким образом, последствия коротких замыканий следующие:

1. Механические и термические повреждения электрооборудования.

2. Возгорания в электроустановках.

3. Снижение уровня напряжения в электрической сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их.

4. Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии.

5. Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т.п.

Для чего нужен расчет токов короткого замыкания

Короткое замыкание цепи вызывает переходный процесс в ней, в ходе которого ток можно рассматривать как сумму двух составляющих: вынужденной гармонической (периодической, синусоидальной) iп и свободной (апериодической, экспоненциальной) iа. Свободная составляющая уменьшается с постоянной времени Тк = Lк/rк = xк/?rк по мере затухания переходного процесса. Максимальное мгновенное значение iу суммарного тока i называется ударным током, а отношение последнего к амплитуде Iпm — ударным коэффициентом.

Вычисление токов короткого замыкания необходимо для правильного выбора электрооборудования, проектирования релейной защиты и автоматики, выбора средств ограничения токов короткого замыкания.

Короткие замыкания (КЗ) происходят обычно через переходные сопротивления — электрических дуг, посторонних предметов в месте повреждения, опор и их заземлений, а также сопротивления между проводами фаз и землей (например, при падении проводов на землю). Для упрощения расчетов отдельные переходные сопротивления в зависимости от вида повреждения принимаются равными между собою или равными нулю («металлическое», или «глухое» КЗ).

Читайте также: