Лекция 3. Содержание лекции: даны основные сведения о сетях переменного тока

Содержание лекции: даны основные сведения о сетях переменного тока. Рассматриваются виды повреждений и ненормальных режимов работы в энергосистемах.

Цель лекции: изучить виды электрических сетей, а так же режимов нейтралей. Изучить причины и виды коротких замыканий, ненормальных режимов электроустановок и их причины возникновения. Объяснить поведение релейной защиты при возникновении токов КЗ или токов перегрузки.

3.1 Замыкания в сетях, некоторые сведения о сетях переменного тока

В большинстве электрических сетей применяется переменный ток, в связи с его существенными преимуществами перед постоянным током.

Сети могут быть однофазные и трехфазные. Однофазные сети состоят из прямого и обратного провода, т.е. для передачи требуется обязательно 2 провода. Трехфазная сеть состоит из трех проводов и таким образом обратный провод отсутствует. Так как в трехфазной симметричной сети сумма токов трех фаз равна нулю, исчезает необходимость в обратной проводе. Если же трехфазная сеть используется для питания однофазных электроприемников, то нагрузка по фазам может быть неодинакова, и появляется необходимость в обратном проводе, в котором протекает разность токов трех фаз. В трехфазном четырехпроводном исполнении выполнены сети 0.4 кВ бытового назначения.

Величины напряжения стандартизованы и величина их в странах СНГ соответствует следующей шкале:

220 В, 0.4; 1; 2; 3; 6; 10; 15; 20, 25; 35; 110; 154; 220; 330; 400; 500; 750; 1150 кВ.

При этом подразумевается величина напряжения между фазами – линейное напряжение. Реальная величина напряжения электрических аппаратов может отличиться от этой шкалы на 5% и более – эта шкала поэтому именуется класс напряжения.

Трехфазные сети имеют четвертую точку, которая может существовать физически или условно. Эта точка называется нейтралью. Напряжение в этой точке равно геометрической сумме напряжений трех фаз, а напряжение фазы равно напряжению между фазным проводом и этой нейтральной точкой. Трехфазные аппараты могут иметь обмотки, которые соединяются между собой в звезду – концы всех обмоток соединяются в одну точку – это нейтраль – физически существующая нулевая точка. Если обмотки соединяются в треугольник- каждая обмотка подключается к 2 фазам – такая точка физически отсутствует, однако она существует – это земля, относительно которой и измеряются фазные напряжения.

Напряжение между 2 фазами называется линейным (междуфазным напряжением), напряжение между фазой и землей – фазным.

По режиму нейтрали, сети разделяются на сети с изолированной и заземленной нейтралью.

К сетям с изолированной нейтралью относятся сети напряжением 220В и 1-35кВ. В этих сетях нулевая точка изолирована от земли, или соединена с землей через большое сопротивление дугогасящего реактора, или через активное сопротивление 500 –100 Ом. К сетям с заземленной нейтралью относятся сети 0,4 кВ и сети 110 -1150 кВ. В сетях с заземленной нейтралью, нейтраль обмотки трансформатора соединенной в звезду присоединяется к заземляющему контуру непосредственно, или через малое сопротивление. Сети напряжением 110-220кВ называются также сетями с эффективно заземленной нейтралью. В таких сетях нейтраль части трансформаторов остается разземленной. Это снижет величину тока короткого замыкания и улучшает работу релейной защиты. Однако при этом требуется следить, чтобы ни в одном из возможных режимов не выделялся участок сети, где нейтрали всех трансформаторов изолированы.

3.2 Повреждения и ненормальные режимы работы в энергосистемах

А) Основные сведения о коротких замыканиях.

Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием как по виду, так и по характеру повреждения.

Для упрощения расчетов и анализа поведения релейной защиты при повреждениях исключаются отдельные факторы, не оказывающие существенного влияния на значения токов и напряжений. В частности, как правило, не учитывается при расчетах переходное сопротивление в месте КЗ и все повреждения рассматриваются как непосредственные (или, как говорят, «глухое» или «металлическое») соединение фаз между собой, или на землю (для сети с заземленной нейтралью). Сопротивления всех трех фаз считаются одинаковыми. Междуфазные КЗ — двухфазные и трехфазные — возникают в сетях как с заземленной, так и с изолированной нейтралью. Однофазные КЗ могут происходить только в сетях с заземленной нейтралью.

Основными причинами, вызывающими повреждения на линиях электропередачи, являются перекрытия изоляции во время грозы, схлестывания и обрывы проводов при гололеде, набросы, перекрытия загрязненной и увлажненной изоляции, ошибки персонала и др.

Б) Ненормальные режимы.

Перегрузка оборудования, вызванная сверхтоком, т. е. уве­личением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальное значение тока, допускаемое для данного оборудования в течение неограниченного времени. Если ток I, проходящий по оборудованию, превышает номи­нальное значение, то за счет выделяемой им дополнительной теплоты температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимое значение, что при­водит к ускоренному старению изоляции и токоведущих частей. Причиной сверх­тока может быть увеличение нагрузки или появление КЗ за пределами защищаемого элемента (внешнее КЗ). Для преду­преждения повреждения оборудования при его перегрузке необходимо принять меры к его разгрузке или отключению.