Причины возникновения и следствия

Основной причиной возникновения рассматриваемых в дальнейшем электромагнитных переходных процессов являются преимущественно короткие замыкания. По­следние в свою очередь являются результатом наруше­ний изоляции электрического оборудования, которые вы­зываются старением изоляционных материалов, перена­пряжениями, недостаточно тщательным уходом за обо­рудованием и непосредственными механическими по­вреждениями (например, повреждение кабеля при вы­полнении земляных работ без должной осторожности и т. п.). В практике наблюдались случаи, когда корот­кие замыкания возникали от перекрытия токоведущих частей животными и птицами.

При осуществлении упрощенных схем электрических соединений понижающих подстанций, как известно,

используют специальные аппараты—короткозамыкатели (одно- и двухфазные); последние создают преднаме­ренные короткие замыкания с целью быстрых отключе­нии ранее возникших повреждений.

Таким образом, наряду с короткими замыканиями случайного характера в системе имеют место также преднамеренные короткие замыкания, вызываемые дей­ствием установленных короткозамыкателей.

Социалистическое хозяйство предъявляет особые тре­бования к безаварийному электроснабжению всех по­требителей электроэнергии. Поэтому внимание и усилия работников в области электроэнергетики должны быть направлены на соблюдение этих требований. Для этого должно быть в первую очередь обеспечено строгое со­блюдение Правил технической эксплуатации электриче­ских установок. Помимо того, требуется непрерывное по­вышение качества продукции, выпускаемой электротех­нической промышленностью.

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

Так, например, при коротком замыкании в удаленной точке сети величина тока короткого замыкания состав­ляет лишь незначительную долю номинального тока пи­тающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличе­ние нагрузки. Сильное снижение напряжения получается вблизи места трехфазного короткого замыкания, в то время как в других точках системы наблюдается едва заметное снижение напряжения, причем от действия автоматического регулирования возбуждения оно быстро восстанавливается до нормального. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия корот­кого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту короткого замыкания частях системы.

Аналогичная картина, но выраженная не в столь рез­кой форме, наблюдается при пуске крупных двигателей, синхронных компенсаторов, при включении генераторов способом самосинхронизации, а также при их несин­хронном включении.

Обрыв фазы слабо загруженной цепи, очевидно, не вызовет каких-либо существенных изменений режима в системе. Напротив, такой обрыв в цепи с большим нагрузочным током может привести к весьма существен­ным изменениям токов и напряжении в системе.

Ток короткого замыкания даже в тех случаях, когда он мал по сравнению с номинальным током генератора, обычно во много раз превышает номинальный ток самой аварийной ветви. Поэтому и при кратковременном про­хождении тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и про­водников выше допустимого.

Кроме теплового действия, токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начальной стадия процесса короткого замыкания, когда ток достигает ма­ксимума. При недостаточной прочности проводников и их креплений они могут быть разрушены при коротком замыкании. Равным образом это относится к электриче­ским машинам и аппаратам, надежность которых может быть обеспечена при учете всех проявлений коротких замыканий.

Глубокое снижение напряжения и резкое искажение его симметрии, которые возникают при коротких замы­каниях и образовании продольной несимметрии, вредно отражаются на работе потребителей. Так, уже при пони­жении напряжения на 30—40% в течение 1 сек и более достаточно загруженные двигатели промышленного пред­приятия могут остановиться, что вызовет народнохозяй­ственный ущерб. Оставаясь включенными в сеть, остано­вившиеся двигатели могут вызвать дальнейшее сниже­ние напряжения в сети, т. е. полное нарушение нормаль­ного электроснабжения не только данного предприятия, но и за его пределами. Следует подчеркнуть, что ряд промышленных производств вообще не допускает ника­ких (даже кратковременных) перерывов в подаче энер­гии.

При замыканиях на землю возникают неуравнове­шенные системы токов. Они способны создавать магнит­ные .потоки, которые достаточны, чтобы в соседних ли­ниях связи и сигнализации навести э. д. с., величины которых могут быть опасны для обслуживающего пер­сонала и аппаратуры этих линий. Заметные мешающие влияния на линии связи возникают также при продоль­ной несимметрии в системе.

Наконец, при задержке отключения короткого замы­кания сверх допустимой продолжительности может произойти нарушение устойчивости электрической си­стемы, что является в сущности одним из наиболее опас­ных последствий короткого замыкания, так как оно отра­жается на работе всей системы.

1-3. Назначения расчетов и требования к ним

При проектировании и эксплуатации электрических установок и систем для решения многих технических вопросов и задач требуется предварительно произвести ряд расчетов, среди которых заметное место занимают расчеты электромагнитных переходных процессов и, в частности, процессов при внезапном коротком замы­кании.

Под расчетом электромагнитного переходного процес­са обычно понимают вычисление токов и напряжений в рассматриваемой схеме при заданных условиях. В за­висимости от назначения такого расчета находят указан­ные величины для заданного момента времени или на­ходят их изменения в течение всего переходного процес­са. При этом решение обычно проводится для одной или нескольких ветвей и точек схемы.

К числу задач, для практического решения которых производят такие расчеты, относятся:

а) сопоставление, оценка и выбор схемы электриче­ских соединений как отдельных установок (станций, под­станций), так и системы в целом;

б) выявление условий работы потребителей при аварийных режимах;

в) выбор аппаратов и проводников и их проверка по условиям работы при коротких замыканиях;

г) проектирование и настройка устройств релейной защиты и автоматизации;

д) определение условий несинхронного включения синхронных машин и включения их способом самосин­хронизации;

е) конструктивные решения элементов распредели­тельных устройств и, в частности, шинопроводов на большие рабочие токи;

ж) определение числа заземленных нейтралей и их размещения в системе;

з) выбор числа и мощности компенсирующих дугогасящих устройств;

и) определение влияния линий электропередачи на провода связи и сигнализации;

к) проектирование и проверка защитных заземлений;

л) подбор характеристик разрядников для защиты от перенапряжений (включая защиту конденсаторов уста­новок продольной компенсации);

м) оценка и определение параметров устройств га­шения поля синхронных машин;

н) оценка и выбор систем возбуждения синхронных машин;

о) проведение различных испытаний;

п) анализ происшедших аварий.

Особенностью расчетов при решении задач, встречаю­щихся в эксплуатации, является необходимость учета конкретных условий рассматриваемого переходного про­цесса. Напротив, .при проектировании часто доволь­ствуются приближенными данными. Поэтому в первом случае требуется большая точность.

Так, например, благодаря тому, что интервалы меж­ду параметрами, характеризующими различные типы аппаратов в отношении их устойчивости при коротких замыканиях, достаточно большие, точность расчета для выбора таких аппаратов может быть невелика. Напро­тив, точность расчета для целей релейной защиты и автоматизации обычно должна быть значительно выше. Здесь, как впрочем и в ряде других случаев, часто тре­буется выявлять как наибольшие, так и наименьшие возможные величины токов и напряжений, сдвиг между ними в отдельных фазах или между отдельными их сим­метричными составляющими, их распределение в схеме и т. п.

Неменьшие требования предъявляются к расчетам для анализа аварий, а также к расчетам, проводимым для различных исследовательских целей.

Краткие сведения о расчетных условиях даны в §2-2.

Глава вторая