Вопрос №2 (ПК-24, ПК-25) Однофазное и двухфазное замыкания на землю, двухфазное междуфазное замыкание

Двухфазное короткое замыкание

При двухфазном к. з. токи и напряжения разных фаз неодинаковы. Рассмотрим соотношения токов и напряжений, характерные для двухфазного к. з. между фазами В и С. В поврежденных фазах в месте к. з. проходят одинаковые токи, а в неповреждённой фазе ток отсутствует. Междуфазное напряжение в месте к.з. равно нулю.

С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей рассматриваемый вид повреждения представляет значительно меньшую опасность, чем трехфазное короткое замыкание.

Двухфазное короткое замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью

Этот вид повреждения для сетей с изолированной нейтралью практически не отличается от двухфазного короткого замыкания. Токи, проходящие в месте к. з. и в ветвях рассматриваемой схемы, а также междуфазные напряжения в разных точках сети имеют те же самые значения, что и при двухфазном к. з.

В сетях же с заземленной нейтралью двухфазное к. з. на землю значительно более опасно, чем двухфазное короткое замыкание. Это объясняется более значительным снижением междуфазных напряжений в месте короткого замыкания, так как одно междуфазное напряжение уменьшается до нуля, а два других — до величины фазного напряжения неповрежденной фазы.

Однофазное короткое замыкание в сети с заземленной нейтралью.

Однофазное короткое замыкание может иметь место только в сетях с заземленной нейтралью.

Однофазные короткие замыкания, сопровождающиеся снижением до нуля в месте повреждения одного фазного напряжения, представляют меньшую опасность для нормальной работы энергосистемы, чем рассмотренные выше междуфазные к. з.

Однофазное замыкание на землю в сети с малым током замыкания на землю

В сетях с малыми токами замыкания на землю, к которым относятся сети 3—35 кВ, работающие с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через дугогасящую катушку, замыкания одной фазы на землю сопровождаются значительно меньшими токами, чем короткие замыкания.

При замыкании на землю одной фазы фазное напряжение поврежденной фазы относительно земли становится равным нулю, а напряжения неповрежденных фаз увеличиваются в 1,73 раза и становятся равными междуфазным. Под действием напряжений через место повреждения проходит ток, замыкающийся через емкости неповрежденных фаз В и С. Емкость поврежденной фазы зашунтирована местом замыкания, и поэтому ток через нее не проходит.

Для снижения тока замыкания на землю применяются специальные компенсирующие устройства — дугогасящие катушки, которые подключаются между нулевыми точками трансформаторов или генераторов и землей. В зависимости от настройки дугогасящей катушки ток замыкания на землю уменьшается до нуля или до небольшой остаточной величины.

Поскольку токи замыкания на землю имеют небольшую величину, а все междуфазные напряжения остаются неизменными, однофазное замыкание на землю не представляет непосредственной опасности для потребителей. Защита от этого вида повреждения, как правило, действует на сигнал.

Однако длительная работа сети с заземленной фазой нежелательна, так как длительное прохождение тока в месте замыкания на землю, а также повышенные в 1,73 раза напряжения неповрежденных фаз относительно земли могут привести к пробою или повреждению их изоляции и возникновению двухфазного к. з. Поэтому согласно Правилам технической эксплуатации допускается работа сети с заземлением одной фазы только в течение 2 ч. За это время оперативный персонал с помощью устройств сигнализации должен обнаружить и вывести из схемы поврежденный участок.

12 Вопрос №1 (ПК-24, ПК-25) Схемы распределительных устройств электрических станций и подстанций промышленных предприятий. Условия коммутации, аппараты.

В зависимости от назначения, места в ЭЭС и конкретных условий РУ могут быть различного исполнения, каждое из которых имеет определенные преимущества и недостатки, обязательно учитываемые при эксплуатации.

Распределительные устройства с одной системой шин экономичны. Они имеют один выключатель на цепь, блокировка разъединителей осуществляется очень просто. При наличии обходной системы шин ремонт выключателя производится без вывода в ремонт присоединения. Для снижения вероятности обесточения всего РУ при повреждениях или отказе выключателя применяется секционирование.

Однако подобная система имеет следующие недостатки:

- необходимость отключения шин или их секций при ремонтах;

- короткие замыкания в зоне шин, отказы линейных и секционных выключателей, а также ремонт в сочетании с отказом выключателей, приводящие к обесточению секций или всей системы шин.

При применении подобного РУ на электростанциях возможности подключения генерирующих источников к одной секции ограничены, а резервные трансформаторы собственных нужд должны предусматриваться на каждой из них.

Распределительные устройства с двумя системами шин позволяют осуществить группировку присоединений так, чтобы на каждой из систем шин сочетались генерирующие и потребляющие (сетевые) присоединения. Такое распределение при необходимости позволяет работать в режиме, ограничивающем токи КЗ. При использовании обходной системы шин можно выводить в ремонт выключатели без отключения присоединений. При большом числе присоединений системы шин секционируются.

Распределение присоединений между системами шин производится разъединителями, выполняющими в этом случае оперативные функции.

Недостатки подобного РУ:

- большое число операций разъединителями при ремонтах;

- усложненная блокировка разъединителей;

- существенное снижение надежности РУ при ремонте одной системы шин;

- при отказе или повреждении шиносоединительного выключателя погасает все РУ, при отказе - секционного выключателя — две секции одной из системы шин, а при отказе линейного выключателя— секция или одна система шин;

- на электростанциях резервные трансформаторы собственных нужд должны предусматриваться от каждой секции системы шин.

Эти недостатки привели к использованию РУ, имеющих схемы в виде многоугольников. Стороны многоугольников образуются выключателями, а к вершинам подводятся присоединения, число которых равно числу вершин. Число выключателей в многоугольниках равно числу присоединений. Ремонт выключателей производится без отключения присоединений. Повреждения на присоединениях отключаются двумя выключателями. Разъединители в многоугольниках не оперативные, поэтому их блокировка сравнительно проста.

Особенности подобного РУ:

- при КЗ в области шин отключается одно присоединение;

- вывод в ремонт одного из выключателей многоугольника приводит схему в состояние, равноценное одной системе шин с числом секций, равным числу присоединений;

- отключение выключателя в разомкнутом многоугольнике приводит к его разделению, а в случаях, когда на отдельном участке оказывается нагрузочное при единение — к его обесточению;

- отказ выключателя при разомкнутом многоугольнике вызывает потерю двух или трех присоединений с разделением. При отделении разнородных присоединений (генерирующего и потребляющего) они выделяются на раздельную или параллельную работу через сеть и сложные объекты ЭС. Наиболее простыв многоугольником является треугольник. Отказ выключателя в нем полностью обесточивает РУ.

Более совершенной конфигурацией является четырехугольник, в котором отказ или повреждение выключателя в разомкнутом режиме приводит к отключению двух присоединений.

Самым сложным является шестиугольник. Для числа присоединений, большего шести, многоугольники не используются.

На начальном этапе развития РУ, когда число присоединений невелико (меньше шести), можно воспользоваться схемой трансформатор— шины. В этой схеме линии коммутируются двумя, а трансформаторы — тремя-четырьмя выключателями (по числу цепей). Ремонт выключателей не связан с отключением линий, в то время как ремонт шин требует отключения трансформатора.

На крупных электростанциях иногда применяют схему генератор — трансформатор—линия (ГТЛ). В этом случае используют блочную цепь, включающую генератор, трансформатор и ВЛ, так как современные мощные генераторы имеют мощность, соответствующую пропускной способности ВЛ. Коммутация подобных блоков производится на сетевых объектах с приемной стороны этих ВЛ. Подобное присоединение позволяет уменьшить токи КЗ и облегчает компоновочные решения на крупных электростанциях.

Вопрос №2 (ПК-24, ПК-25) Продольная несимметрия, разрыв одной, двух фаз трехфазной сети. (10 баллов)

Продольная несимметрия возникает в электрической системе при обрыве одной или двух фаз, а также при включении в фазы неодинаковых сопротивлений. Она может быть следствием поперечной несимметрии. При возникновении несимметричного короткого замыкания на ВЛ и наличии пофазного управления, релейная защита отключает поврежденную фазу (а при одновременном повреждении двух фаз – обе фазы), оставляя в работе «здоровые» фазы. При одноцепных линиях передачи этим избегается потеря связи между отдельными станциями. В условиях эксплуатации пофазное отключение производиться не только в аварийных ситуациях, а также в целях проведения ремонтных, профилактических и испытательных работ.

Исследование режимов при продольной несимметрии также удобно вести на основе метода симметричных составляющих. Для этого предполагают, что несимметрия имеет местный, сосредоточенный характер, а вся система продолжает оставаться конструктивно симметричной.

Возможны два вида неполнофазных режима: разрыв одной фазы и разрыв двух фаз.

Обозначения:
L- место разрыва;

- - режим линии с разрывом одной фазы;

- - режим линии с разрывом двух фаз;

- - токи в фазах цепи с разрывом;

- - разность фазных напряжений по концам разрыва.

1. Разрыв одной фазы

Граничные условия:

Зависимости для симметричных составляющих токов и напряжений при разрыве одной фазы (например, фазы А) аналогичны зависимостям при замыкании на землю двух других фаз (В и С).

Разрыву одной фазы соответствуют комплексная схема замещения.
Ток прямой последовательности в месте разрыва равен
где - суммарные сопротивления схем соответственно прямой, обратной и нулевой последовательностей относительно места разрыва.

Ток обратной последовательности

Ток нулевой последовательности

2. Разрыв двух фаз

Граничные условия:

Соотношения между симметричными составляющими токов и напряжений для места разрыва, комплексная схема замещения и векторная диаграмма токов аналогичны таковым в случае однофазного к. з.

Ток прямой последовательности в месте разрыва равен

токи обратной и нулевой последовательностей

ток в необорванной фазе

При неполнофазных режимах или возможно протекание токов нулевой последовательности при отсутствии заземленных нейтралей трансформаторов (например, при неполнофазном режиме одной из двух параллельных линий).

13 Вопрос №1 (ПК-24, ПК-25) Статические характеристики источников питания, приемников электрической энергии узлов нагрузки электрических сетей.

Свойства источника питания определяются его внешними характеристиками: статической и динамической.

Статическая характеристика источника питания — это зависимость выходного напряжения от тока нагрузки при постоянном значении напряжения питающей сети в установившемся режиме, т.е. Статическая характеристика источника питания может быть трех видов: падающая, жесткая и возрастающая.