Виды повреждений электрооборудования

Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов

ВВЕДЕНИЕ

Силовые трансформаторы являются наиболее ответственными элементами электрических подстанций. В процессе эксплуатации трансформаторов, несмотря на простоту и надежность самих транс-форматоров, не исключена возможность повреждений как в трансформаторах, так и на их соединениях с коммутационными аппаратами. Также могут возникать опасные ненормальные режимы работы, не связанные с повреждением трансформатора или его соединений. Возможность повреждений и ненормальных режимов обусловливает необходимость установки на трансформаторах защитных устройств.

В настоящее время в области релейной защиты и автоматики (РЗиА) трансформаторов широкое применение находят устройства, выполненные на микропроцессорной (МП) элементной базе, как зарубежного, так и отечественного производства. Это связано, прежде всего, с тем, что такие устройства (терминалы) обеспечивают высокую надежность, большую вычислительную мощность и быстродействие, а также высокую точность измерения электрических величин и временных интервалов, что дает возможность снизить ступени селективности и повысить чувствительность терминала.

В то же время следует отметить, что использование в электроэнергетике России МП-терминалов и выполненных на их основе систем защиты, автоматики, контроля и управления отдельными энергообъектами все еще находится в стадии опытной эксплуатации, прежде всего из-за отсутствия достаточного опыта обслуживающего персонала.

1. ОБЗОР МЕТОДОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (виртуальные-на программах, на стендах (различных производителей) – их особенности положительные и отрицательные …)

К основным видам повреждений и ненормальных режимов работы трансформатора относятся :

1. Междуфазные короткие замыкания на стороне ВН трансформатора. Короткие замыкания (КЗ), называемые междуфазными, могут происходить между наружными выводами обмоток ВН (или НН), расположенными на крышке бака (корпуса) трансформатора или, сравнительно реже, между обмотками внутри бака.

Наиболее опасными для самого трансформатора и для электроприемников прилегающей электрической сети являются трехфазные КЗ на выводах обмотки ВН, поскольку они сопровождаются большими токами КЗ и могут вызвать глубокие понижения напряжения на зажимах других электроприемников. Поэтому все междуфазные КЗ на выводах ВН и внутри трансформатора должны отключаться мгновенно или, в крайнем случае, с минимальным замедлением (до 0,5 с), если это замедление необходимо и обоснованно.

2. Однофазные замыкания на землю (на корпус) на стороне ВН трансформатора. В сетях, работающих с изолированной или компенсированной нейтралью, токи при однофазном замыкании на землю сравнительно малы. Вследствие этого специальная защита от этого вида повреждения на трансформаторах не предусматривается.

В этом случае защита (чаще всего в виде сигнализации) устанавливается на питающей трансформатор линии.

3. Междуфазные КЗ на стороне НН трансформатора. Эти повреждения могут происходить на выводах обмотки НН трансформатора, на сборных шинах НН и на отходящих элементах питаемой сети НН. Наибольшее значение тока при этом соответствует трехфазному КЗ, причем во всех трех фазах токи равны между собой, как на стороне НН, так и на стороне ВН.

4. Однофазные КЗ на стороне НН трансформатора. Эти повреждения характерны для трансформаторов, у которых обмотка НН соединена в звезду с выведенной глухо заземленной нейтралью.

5. Витковые замыкания. Замыкания между витками одной фазы обмотки внутри трансформатора, как правило, не сопровождаются большими токами, как это происходит при междуфазных КЗ. При малой доле замкнувшихся витков (по отношению к общему числу витков обмотки) ток этого вида повреждения может незначительно отличаться от номинального тока трансформатора и это повреждение трудно обнаружить с помощью максимальных токовых защит, реагирующих на увеличение тока сверх номинального.

6. Сверхтоки при перегрузках. Перегрузкой называется ненормальный режим работы трансформатора, при котором ток, проходящий через трансформатор, более чем на 5 % превышает номинальное паспортное значение тока при соответствующем ответвлении обмотки ВН.

Перегрузка трансформаторов не влияет на работу системы в целом, так как она обычно не сопровождается снижением напряжения. Кроме того, сверхтоки перегрузки относительно невелики и их прохождение допустимо в течение некоторого времени, достаточного для того, чтобы дежурный персонал принял соответствующие меры. Предельно допустимые перегрузки по току и температуре для силовых масляных трансформаторов приведены в табл. 1.1 .

Таблица 1.1

Виды повреждений силовых трансформаторов, ненормальные режимы и защита от них

Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются:

а) замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора и на наружных выводах обмоток;

б) замыкания в обмотках между витками одной фазы (так называемые витковые замыкания);

в) замыкания на землю обмоток или их наружных выводов.

Опыт показывает, что к. з. на выводах и витковые замыкания в обмотках трансформаторов происходят наиболее часто.

Междуфазные повреждения внутри трансформаторов возникают значительно реже. В трехфазных трансформаторах они хотя и не исключены, но маловероятны вследствие большой прочности между фазной изоляции. В трансформаторных группах, составленных из трех однофазных трансформаторов, замыкания между обмотками фаз практически невозможны.

При витковых замыканиях токи, идущие к месту повреждения от источников питания, могут быть небольшими.

В случае замыкания на землю обмотки трансформатора, подключенной к сети с малым током замыкания на землю, ток повреждения определяется величиной емкостного тока сети. Поэтому защиты трансформатора, предназначенные для действия при витковых замыканиях, а также при замыканиях на землю в обмотке, работаю щей на сеть с изолированной нейтралью, должны обладать высокой чувствительностью.

Для ограничения размера разрушения защита от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро. Повреждения, сопровождающиеся большим током к. з. должны отключаться без выдержки времени с t=0,05÷0,1 сек.)

Защиты от повреждений. В качестве таких защит применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты. В последнее время применяется довольно простая защита от замыкания на корпус (кожух) трансформатора.

Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформаторов является появление в них сверхтоков, т. е. токов, превышающих номинальный ток обмоток трансформатора. Сверхтоки в трансформаторе возникают при внешних к. з., качаниях и перегрузках. Последние возникают вследствие самозапуска электродвигателей, увеличения нагрузки в результате отключения параллельно работающего трансформатора, автоматического подключения нагрузки при действии АВР и т. п.

Внешние к. з.При внешнем к. з., вызванном повреждением на шинах трансформатора или неотключившимся повреждением на от ходящем от шин присоединении, по трансформатору проходят токи к. з. которые нагревают его обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь защиту от внешних к. з., отключающую трансформатор для прекращения протекающего по нему тока повреждения. Поскольку внешнее к.з. сопровождается понижением напряжения в сети, защита должна действовать с минимальной выдержкой времени, необходимой для селективности.

Защита от внешних к. з. осуществляется при помощи максимальной токовой защиты, максимальной защиты с блокировкой минимального напряжения, токовой защиты нулевой последовательности и защиты обратной последовательности. В зону действия защиты от внешних к. з., как правило, должны входить шины под станций (I участок защиты) и все присоединения, отходящие от этих шин (II участок защиты). Защиты от сверхтоков являются также резервными от повреждений в трансформаторе.

Перегрузка.Перегрузки обычно не сопровождаются значительным понижением напряжения в сети. Поэтому требование ко времени действия защиты от перегрузки определяется только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку по току на 5%. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка в следующих пределах.

Наиболее часто возникают кратковременные, самоликвидирующиеся перегрузки, неопасные для трансформатора ввиду их непродолжительности. Например, перегрузки, вызванные самозапуском электродвигателей или толчкообразной нагрузкой (электропоезда, подъемники и т. п.). Отключения трансформатора при таких пере грузках не требуется.

Более длительные перегрузки, вызванные, например, автоматическим подключением нагрузки от АВР, отключением параллельно работающего трансформатора и т. п., могут быть ликвидированы обслуживающим персоналом, который имеет для этого достаточное время. На подстанциях без дежурного персонала ликвидация длительной перегрузки должна производиться автоматически от защиты отключением менее ответственных потребителей или перегрузившегося трансформатора.

Таким образом, защита трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение, только когда перегрузка не может быть устранена персоналом. Во всех остальных случаях защита должна действовать на сигнал.

Защита от перегрузки выполняется, как правило, реагирующей на ток с действием на сигнал или отключение в зависимости от характера обслуживания подстанции.

Повышение напряжения.Кчислу опасных для трансформаторов ненормальных режимов, возникающих в сетях 500—750 кВ, относится повышение напряжения. Оно возникает при одностороннем отключении длинных линий с большой емкостной проводимостью или при резонансе, вызванном определенным сочетанием емкости линии и индуктивности шунтирующих реакторов.

Повышение напряжения вызывает увеличение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора, вследствие чего происходит возрастание тока намагничивания и вихревых .токов. Эти токи нагревают обмотку и сердечник трансформатора, что может привести к повреждению изоляции обмоток и «пожару железа» сердечника.

Дата добавления: 2016-04-11; просмотров: 2419;

Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов. Основные и резервные защиты трансформаторов

В процессе эксплуатации возможны повреждения в трансформаторах и на их соединениях с коммутационными аппаратами. Могут также быть опасные ненормальные режимы работы, не связанные с повреждением трансформатора или его соединений.

Основными видами повреждений трансформаторов являются одно- и многофазные замыкания в обмотках и на выводах трансформатора, а также «пожар стали» магнитопровода. Однофазные повреждения бывают двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые замыкания). Наиболее вероятны однофазные и многофазные замыкания на выводах трансформатора и однофазные замыкания в обмотках. Значительно реже возникают многофазные замыкания в обмотках. Защита от коротких замыканий выполняется с действием на отключение поврежденного трансформатора. Для ограничения размеров разрушений её выполняют быстродействующей.

Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих случаях в обмотках трансформатора появляются большие токи или сверхтоки. Особенно опасны токи, появляющиеся при внешних коротких замыканиях; эти токи могут значительно превышать номинальный ток трансформатора. В случае длительного прохождения тока возможны интенсивный нагрев изоляции обмоток и её повреждение. Вместе с этим при коротком замыкании снижается напряжение в сети. Поэтому в трансформаторе должна предусматриваться защита от сверхтоков, обусловленных неотключившимся внешним коротким замыканием.

Перегрузка трансформаторов не влияет на систему электроснабжения в целом, так как она не сопровождается снижением напряжения. Кроме того, токи перегрузки обычно невелики и их прохождение допустимо в течение некоторого времени, достаточного для того, чтобы персонал принял необходимые меры к разгрузки трансформатора. Согласно нормам перегрузку током можно допускать в течение 45 мин.

К ненормальным режимам работы также относится недопустимое понижение уровня масла, которое может произойти, например, вследствие повреждения бака.

Виды повреждений электрооборудования

  • Главная
  • Избранное
  • Популярное
  • Новые добавления
  • Случайная статья

Лекция 1

1.1. Назначение релейной защиты

1.2. Виды повреждений электрооборудования

1.3. Ненормальные режимы

Назначение релейной защиты

В электрической части энергосистем могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электростанций (ЭС) и подстанций (ПС) линий электропередачи (ЛЭП) и электроустановок потребителей электроэнергии.

Повреждения вызывают появление значительных аварийных токов и сопровождаются глубоким понижением напряжения на шинах ЭС и ПС. Ток повреждения выделяет большое количество теплоты, которое вызывает сильное разрушение в месте повреждения (точка К) и опасное нагревание проводов неповрежденных ЛЭП и оборудования, по которым этот ток проходит (рис. 1.1).

Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы ЭС энергосистемы (ЭСС).

Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости ЭЭС, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и ЛЭП.

Для уменьшения разрушений в месте повреждения и обеспечения нормальной работы неповрежденной части ЭЭС необходимо возможно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной части ЭЭС.

Рис.1.1. Схема участка энергосистемы

Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить, если своевременно принять меры к их устранению (например, снизить ток или напряжение при их увеличении), а при необходимости отключить оборудование, оказавшееся в недопустимом для него режиме.

Выявление и отключение повреждений следует производить очень быстро – в большинстве случаев в течение сотых и десятых долей секунды, что может быть обеспечено только средствами автоматики. В связи с этим возникла необходимость в создании и применении автоматических устройств, защищающих ЭЭС и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов. Первоначально в качестве подобной автоматики (защиты) применялись плавкие предохранители. Впоследствии были созданы защитные устройства, выполняемые при помощи электрических автоматов-реле. Такой способ защиты получил название релейной защиты.

Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль за состоянием всех элементов ЭЭС и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить поврежденный участок (например, на рис.1.1 трансформатор ТС) и отключить его от ЭЭС, воздействуя на специальные силовые выключатели Q, предназначенные для размыкания токов повреждения.

При возникновении ненормальных режимов РЗ также должна выявлять их и в зависимости от характера нарушения либо отключать оборудование, если возникла опасность его повреждения, либо производить автоматические операции, необходимые для восстановления нормального режима, либо осуществлять сигнализацию оперативному персоналу, который должен принимать меры к ликвидации ненормальности.

Релейная зашита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная работа энергосистем. Она тесно связана с другими видами электрической автоматики, предназначенной для предотвращения развития аварийных нарушений и быстрого восстановления нормального режима работы ЭЭС и электроснабжения потребителей: автоматического повторного включения (АПВ), автоматического включения резервных источников питания (АВР), автоматической частотной разгрузки (АЧР) и др.

Виды повреждений электрооборудования

Повреждения в электрических системах чаще возникают на линиях сетей. Повреждения в обмотках электрических машин, и особенно таких аппаратов, как трансформаторы и автотрансформаторы, бывают реже, иногда имеют специфический характер, обусловленный их выполнением (например, витковые КЗ), и могут сопровож­даться тяжелыми для них последствиями. Основные виды повреждений приведены в табл. 1. Возможны и более сложные виды повреждений, представляющие сочетание некоторых из перечисленных.

Таблица 1

Так, например, при разрыве провода линии у изолятора упавший на землю конец вы­зывает появление однофазного КЗ – K(1)или однофазного замыкания – KЗ(1)(например, в сети с изолированными нейтралями) с разрывом фазы. Соотношения, подобные разрыву, возникают также при отказах в работе части фаз автоматических выключателей (характерны для воздуш­ных выключателей с пофазным приводом). В процессе раз­вития повреждений возможны также переходы одного ви­да повреждений в другой, чаще с охватом большего числа фаз. Так, например, KЗ(1)иногда переходят в двойные КЗ на землю Кдв(1,1), что может быть на линиях или при KЗ(1) в обмотке машины или аппарата и возникновении Кдв(1,1) за счет пробоя на землю на линии того же напряжения. С другой стороны, внутри однофазных аппаратов много­фазные КЗ (без земли) практически вообще невозможны.

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. Время tД допустимое для прохождения повышенных токов, зависит от их значения. Характер этой зависимости, определяемой конструкцией оборудования и типом изоляционных материалов, приведен на рис.1.2. 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 в пределах времени tД.

Повышение напряжения сверх допустимого значения может возникнуть на гидрогенераторах, а также на турбогенераторах большой мощности, работающих по схеме блока, при внезапном отключении их от сети. Для предотвращения повреждения оборудования предусматривается РЗ, действующая на гашение поля генератора.

Опасное для изоляции оборудования повышение напряжения может возникнуть также при одностороннем отключении или включении длинных ЛЭП высокого напряжения (ВН) с большой емкостной проводимостью. Ликвидация опасных повышений напряжения в сетях сверхвысокого напряжения осуществляется с помощью специальной автоматики.

Качания возникают при нарушении синхронной работы генераторов электростанций ЭЭС. Для пояснения процесса качаний рассмотрим упрощенную схему ЭЭС с двумя электростанциями А и В (рис.1.3, а). В режиме нормальной синхронной работы электростанций А и В электрические частоты вращения векторов ЭДС ЕА и ЕВ одинаковы: wА=wВ=w=2π¦ (рис.1.10, б). При отсутствии нагрузки и равенстве по значению и фазе ЭДС ЕА=ЕВ=ЕС ток в межсистемной ЛЭП отсутствует (рис.1.10, а). В случае нарушения синхронизма, когда, например, wА>wВ, положение вектора ЕА по отношению к ЕВ будет изменяться, появится разность ЭДС ΔЕ=ЕА- ЕВ, под действием которой возникнет уравнительный ток Iу=ΔE/(XA+XW+XB). Разность ЭДС ΔE будет изменяться с изменением угла δ (рис.1.10, б). При δ=0, ΔE=0, при δ=180° ΔE=2Е. При дальнейшем нарастании угла δ ЭДС ΔE начнет уменьшаться и станет равной нулю, когда δ достигнет 360° (или δ=0). При повторном цикле увеличения δ процесс изменения ΔE повторяется вновь. Колебания значения ΔE вызывают соответствующие колебания (качания) значения тока Iу и напряжений UA и UB, как показано на рис.1.3, в.

Напряжение снижается от нормального до некоторого минимального значения, имеющего разное значение в разных точках сети (рис.1.3, г). В точке КЦ называемой электрическим центром качаний, напряжение имеет наименьшее значение и снижается до нуля при δ=180°, когда ЕА=ЕВ. В остальных точках сети напряжение снижается, но остается больше нуля, нарастая от центра качания КЦ к источникам питания А и В. Возрастание тока вызывает нагревание оборудования, а уменьшение напряжения нарушает работу всех потребителей ЭЭС. Качание – очень опасный ненормальный режим, отражающийся на работе всей ЭЭС.

Рис.1.3. К пояснению действия релейной защиты при качаниях:

а – схема энергосистемы; б – векторная диаграмма при наличии между ЭДС угла δ; в – диаграмма изменения токов и напряжений; г – определение положения центра качаний КЦ

По характеру изменения тока и напряжения (рис.1.10, в) качания похожи на КЗ. Большинство устройств РЗ могут приходить в действие при качаниях и отключать защищаемые ими элементы. Такие хаотичные отключения разделяют ЭЭС на изолированные участки с дефицитом или избытком генерируемой мощности, что может привести к частичному или полному нарушению электроснабжения питающихся от ЭЭС потребителей. Поэтому необходимы меры, исключающие хаотичное действие РЗ при возникновении качаний.

Асинхронный режим. К ненормальным режимам относится также работа синхронного генератора без возбуждения . При работе в асинхронном режиме увеличивается частота вращения генератора и возникает пульсация тока статора. Для генераторов некоторых типов длительная работа в асинхронном режиме не допускается, а для других допускается лишь при уменьшенном значении активной мощности. В отдельных случаях потеря возбуждения, не представляя опасности для самого генератора, может послужить причиной резкого снижения напряжения, угрожающего нарушением устойчивости параллельной работы. В этом случае генератор, оставшийся без возбуждения, должен быть немедленно отключен от сети.

Виды повреждений и ненормальных режимов работы электрооборудования

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 25

Наиболее часто встречающимися причинами возникновения переходных процессов являются:

– короткие замыкания в системе;

– включение и отключение двигателей и других крупных приемников электроэнергии, ЛЭП, генераторов, трансформаторов, автотрансформаторов;

– отключение или обрыв одной или двух фаз в трехфазной системе;

– несинхронные включения синхронных машин.

Повреждения– это аварийные режимы, требующие немедленного отключения оборудования.

Наиболее тяжелые нарушения нормальной работы ЭЭС вызываются короткими замыканиями.

При эксплуатации ЭЭС могут иметь место замыкания и короткие замыкания.

Замыкание – это всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановок между собой или с землей.

Короткое замыкание – это не предусмотренное нормальными условиями работы, замыкание между фазами, а в системах с заземленными нейтралями (или четырехпроводных) – также замыкание одной или нескольких фаз на землю (или на нулевой провод). При коротком замыкании токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.

Короткие замыкания бывают следующих видов: трехфазные, двухфазные, двухфазные на землю и однофазные. При определении параметров срабатывания защит в сетях 6…35 кВ расчетным видом является наибольший трехфазный ток КЗ, а при оценке чувствительности защит – наименьший двухфазный ток КЗ, а однофазные замыкания на землю не сопровождаются значительным увеличением тока.

В сетях 110 кВ и выше учитываются также значения токов КЗ на землю.

К ненормальным режимам работы электрооборудования относятся:

Перегрузка оборудования, вызванная увеличением тока сверх номинального значения. Номинальным называется максимальное значение тока, допускаемое для данного оборудования в течение неограниченного времени. Если ток, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемой им дополнительной тепловой энергии температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимое значение, что приводит к ускоренному старению изоляции и токоведущих частей.

Время tдоп, допустимое для прохождения повышенных токов, зависит от их значения. Характер этой зависимости, определяемой конструкцией оборудования и типом изоляционных материалов, приведен на рис.1.1. Величина выделяемого тепла пропорциональна квадрату тока, и поэтому нагрев резко растет с увеличением кратности тока. 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 в пределах времени tдоп.

Повышение напряжения возникает на трансформаторах, генераторах и линиях высокого напряжения и может быть передано в распределительные сети. В распределительных сетях появляются дополнительные причины для повышения напряжения: неправильная работа РПН, влияние емкостной компенсации при внезапном сбросе нагрузки. В ряде случаев, величина такого напряжения может оказаться опасной для оборудования: электронных устройств, бытовых приборов, двигателей и трансформаторов.

Понижение напряжения особенно опасно для электродвигателей, которые для поддержания необходимой величины момента, увеличивают потребление тока, что приводит к их токовой перегрузке и выходу из строя. При понижении напряжения резко уменьшается светоотдача ламп накаливания и погасание газоразрядных ламп. Защита от понижения напряжения обычно применяется в сетях промышленного назначения, питающих электродвигатели, в особенности синхронные.

Режим работы двумя фазами происходит при обрыве фазы или перегорании предохранителя в питающей сети (неполнофазный режим). Двигатели при этом могут остаться в работе, если электромагнитный момент, развиваемый двигателем больше момента сопротивления механизма или остановиться. В обоих случаях ток резко возрастает, что приводит к перегрузке и перегреву двигателя и выходу его из строя. Поэтому часто двигатели снабжаются специальной защитой от работы в неполнофазном режиме. Для предотвращения возникшей перегрузки может быть использована защита от перегрузки, действующая на отключение с выдержкой времени. Эта защита должна быть установлена хотя бы в двух фазах, чтобы она не оказалась подключенной к оборванной фазе.

Грозовые перенапряжения. Для защиты электрооборудования станций, подстанций и сетей от грозовых перенапряжений при прямых ударах молнии применяются грозозащитные тросы на воздушных линиях и специальные вентильные разрядники или нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) на подстанциях.

Коммутационные перенапряжения возникают вследствие неодновременности отключения или включения токов фаз коммутационными аппаратами. В этом случае уровень перенапряжения зависит от величины и скорости изменения тока. При коммутации вакуумными выключателями малых индуктивных токов (отключение ненагруженных силовых трансформаторов или запускаемых электродвигателей) при некоторых сочетаниях параметров присоединения и выключателя возможен разрыв тока не при переходе синусоиды тока через нуль, как в масляных и элегазовых выключателях, а в любой момент периода (срез тока), сопровождающийся значительными перенапряжениями, опасными для оборудования. Для защиты оборудования необходимо применение ограничителей перенапряжения ОПН.

Основные виды повреждений и ненормальных режимов в электроустановках

Повреждения в электроустановках

Короткие замыкания являются наиболее опасным и тяжелым видом повреждения. При к. з. ЭДС источника питания замыкается накоротко через относительно малое сопротивление генераторов, трансформаторов и линий. Поэтому в контуре замкнутой ЭДС возникает большой ток, называемый током короткого замыкания.

Происходящее в результате к.з. увеличение тока и снижение напряжения приводят к ряду опасных последствий: ток к.з. Iк согласно закону Джоуля – Ленца выделяет в активном сопротивлении r цепи, по которой он проходит в течении времени t, тепло Q = kI2кrt. В месте повреждения это тепло и пламя электрической дуги производят большие разрушения, размеры которых тем больше, чем больше ток Iк и время t. Проходя по неповрежденному оборудованию и линиям электропередачи, ток к.з. Iк нагревает их выше допустимого предела, что может вызвать повреждение изоляции и токоведущих частей. Понижение напряжения при к.з. нарушает работу потребителей. Наиболее тяжелым последствием снижения напряжения является нарушение устойчивости параллельной работы генераторов. Это может привести к распаду системы и прекращению питания всех потребителей.

Замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление дугогасящей катушки. При замыкании на землю ток имеет относительно небольшую величину, а линейные напряжения остаются неизменными. Благодаря этому по своим последствиям однофазное замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью или заземленной через большое сопротивление дугогасящей катушки существенно отличается от к.з. Оно не отражается на работе потребителей и не нарушает синхронной работы генераторов. Однако этот вид повреждений создает ненормальный режим, вызывая перенапряжения, что представляется опасностью с точки зрения возможности нарушения изоляции относительно земли двух неповрежденных фаз и перехода однофазного замыкания на землю в междуфазное к.з.

Ненормальные режимы

К ненормальным режимам относятся режимы, связанные с отклонениями от допустимых значений величин тока, напряжения и частоты, опасные для оборудования или устойчивой работы энергосистемы.

Перегрузка оборудования, вызванная увеличением тока сверх номинального значения если ток, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемого им дополнительного тепла температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимую величину, что приводит к ускоренному износу изоляции и ее повреждению. Для предупреждения повреждения оборудования при его перегрузке необходимо принять меры к разгрузке или отключению оборудования.

Качания в системах возникают при выходе из синхронизма работающих параллельно генераторов. При качаниях в каждой точке системы происходит периодическое изменение тока и напряжения. Ток во всех элементах колеблется от нуля до максимального значения, во много раз превышающего нормальную величину. Напряжение подает от нормального до некоторого минимального значения, имеющего разную величину в каждой точке системы. В электрическом центре качаний, оно снижается до нуля. Возрастание тока вызывает нагревание оборудования, а уменьшение напряжения нарушает работу всех потребителей системы. Качание – очень опасный ненормальный режим, отражающийся на работе всей энергосистемы.

Повышение напряжения сверх допустимого значения возникает на гидрогенераторах при внезапном отключении их нагрузки. Разгрузившийся гидрогенератор увеличивает частоту вращения, что вызывает возрастание ЭДС статора до опасных для его изоляции значений. Опасное для изоляции оборудования повышение напряжения может возникнуть также при одностороннем отключении или включении длинных линий электропередачи с большой емкостной проводимостью.

Ненормальные режимы работы в электроустановках

Виды повреждений в электроустановках

Повреждения в электрических системах чаще возникают на линиях сетей. Повреждения в обмотках электрических машин, и особенно таких аппаратов, как трансформаторы и автотрансформаторы, бывают реже, иногда имеют специфический характер, обусловленный их выполнением (например, витковые КЗ), и могут сопровождаться тяжелыми для них последствиями. Возможны и более сложные виды повреждений, представляющие сочетание некоторых из перечисленных.

Основные виды повреждений приведены

Трехфазные КЗ:

· КЗ между тремя фазами;

· трехфазные КЗ на землю.

· Двухфазные КЗ:

КЗ между двумя фазами;

· двухфазные КЗ на землю;

· двойное КЗ на землю.

Однофазные КЗ:

· однофазные КЗ и однофазные замыкания на землю;

· однофазное витковое КЗ.

Разрыв фазы.

Так, например, при разрыве провода линии у изолятора упавший на землю конец вызывает появление однофазного КЗ или однофазного замыкания (например, в сети с изолированными нейтралями) с разрывом фазы. Соотношения, подобные разрыву, возникают также при отказах в работе части фаз автоматических выключателей (характерны для воздушных выключателей с пофазным приводом). В процессе развития повреждений возможны также переходы одного вида повреждений в другой, чаще с охватом большего числа фаз. С другой стороны, внутри однофазных аппаратов многофазные КЗ (без земли) практически вообще невозможны.

Ненормальные режимы работы в электроустановках

К ненормальным режимам относятся режимы, связанные с отклонениями от допустимых значений величин тока, напряжения и частоты, опасные для оборудования или устойчивой работы энергосистемы.

Перегрузка оборудования, вызванная увеличением тока сверх номинального значения если ток, проходящий по оборудованию, превышает номинальное значение, то за счет выделяемого им дополнительного тепла температура токоведущих частей и изоляции через некоторое время превосходит допустимую величину, что приводит к ускоренному износу изоляции и ее повреждению. Для предупреждения повреждения оборудования при его перегрузке необходимо принять меры к разгрузке или отключению оборудования.

Качания в системах возникают при выходе из синхронизма работающих параллельно генераторов. При качаниях в каждой точке системы происходит периодическое изменение тока и напряжения. Ток во всех элементах колеблется от нуля до максимального значения, во много раз превышающего нормальную величину. Напряжение подает от нормального до некоторого минимального значения, имеющего разную величину в каждой точке системы. В электрическом центре качаний, оно снижается до нуля. Возрастание тока вызывает нагревание оборудования, а уменьшение напряжения нарушает работу всех потребителей системы. Качание – очень опасный ненормальный режим, отражающийся на работе всей энергосистемы.

Повышение напряжения сверх допустимого значения возникает на гидрогенераторах при внезапном отключении их нагрузки. Разгрузившийся гидрогенератор увеличивает частоту вращения, что вызывает возрастание ЭДС статора до опасных для его изоляции значений. Опасное для изоляции оборудования повышение напряжения может возникнуть также при одностороннем отключении или включении длинных линий электропередачи с большой емкостной проводимостью.

1-3. 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 величины токов и напряжений. В частности, как правило, не учитывается при расчетах переходное сопротивление в месте к. з. и все повреждения рассматриваются как «глухое» или, как говорят, «металлическое» соединение фаз между собой или на землю для сети с заземленной нейтралью. Не учитываются токи намагничивания силовых трансформаторов и емкостные токи линий напряжением до 330—500 кВ. Сопротивления всех трех фаз считаются одинаковыми.
Основные виды коротких замыканий приведены на рис. 1-17. Междуфазные короткие замыкания — двухфазные и трехфазные — возникают как в сетях с заземленной, так и в сетях с изолированной нейтралью. Однофазные короткие замыкания могут происходить только в сетях с заземленной нейтралью.
Основными причинами, вызывающими повреждения на линиях, являются перекрытия изоляции во время грозы, схлестывание и обрывы проводов при гололеде, набросы, перекрытия загрязненной и увлажненной изоляции, ошибки персонала и др.

б) Трехфазное короткое замыкание

Симметричное трехфазное короткое замыкание — наиболее простой для расчета и анализа вид повреждения. Он характерен тем, что токи и напряжения во всех фазах равны по величине как в месте к. з., так и в любой другой точке сети:

Векторная диаграмма токов и напряжений при трехфазном к. з. приведена на рис. 1-18.
Поскольку рассматриваемая система симметрична, ток, проходящий в каждой фазе, отстает от создающей его э. д. с. на одинаковый угол определяемый соотношением активного и реактивного сопротивлений цепи короткого замыкания:

Для линий 35 кВ этот угол обычно равен 45°, 110 кВ — 60°, 220 кВ — 80°.

Напряжение в месте короткого замыкания равно нулю, а в любой другой точке сети может быть определено, как показано на рис. 1-18, в.
Так как все фазные и междуфазные напряжения в месте трехфазного короткого замыкания равны нулю, а в точках, удаленных от места к. з. на небольшое расстояние, незначительны по величине, рассматриваемый вид повреждения представляет наибольшую опасность для работы энергосистемы.

в) 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 (рис. 1-19). В поврежденных фазах в месте к. з. прохо

Так же как и при трехфазном к. з., токи, проходящие в поврежденных фазах, отстают от создающей их э. д. с.

(в данном случае или параллельный ему вектор на угол определяемый соотношением активных и реактивных сопротивлений цепи.
Соответствующие векторные диаграммы для места к. з. построены на рис. 1-19, а. По мере удаления от места к. з. фазные напряжения и междуфазное напряжение будут увеличиваться, как показано на рис. 1-19, а штриховыми линиями для точки n.
С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей рассматриваемый вид повреждения представляет значительно меньшую опасность, чем трехфазное короткое замыкание.

г) 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 (рис. 1-20).
Соотношения токов и напряжений в месте к. з. для этого вида повреждения имеют следующий вид:

д) Однофазное короткое замыкание в сети с заземленной нейтралью

Однофазное короткое замыкание может иметь место только в сетях с заземленной нейтралью (в Советском Союзе, как правило, с заземленной нейтралью работают сети напряжением 110 кВ и выше). Векторные диаграммы токов и напряжений в месте однофазного к. з. фазы А приведены на рис. 1-21, а формулы, определяющие их основные соотношения:

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.

е) 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 ( на рис. 1-22, а) относительно земли становится равным нулю, а напряжения неповрежденных фаз увеличиваются в 1,73 раза и становятся равными междуфазным ( на рис. 1-22, б). Под действием напряжений через место повреждения проходит ток , замыкающийся через емкости неповрежденных фаз В и С. Емкость по- врежденной фазы зашунти- рована местом замыкания, и поэтому ток через нее не проходит.
Величина тока в месте замыкания на землю определяет-ся следующим выражением:

где — суммарное сопротивление цепи замыкания на землю. Поскольку активные и индуктивные сопротивления генераторов, трансформаторов и кабельных линий много меньше, чем емкостное сопротивление сети, ими можно пренебречь. Тогда

где f — частота сети, равная 50 Гц; С — емкость одной фазы сети относительно земли.
Поскольку при замыкании фазы А на землю напряжения фаз В и С относительно земли равны по величине междуфазному напряжению и сдвинуты на угол 60°, то

Емкость сети в основном определяется длиной присоединенных линий, в то время как емкости относительно земли
обмоток генераторов и трансформаторов сравнительно невелики.
Для расчета величины емкостного тока (А/км), проходящего при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью, можно воспользоваться следующими выражениями, определяющими ток на 1 км кабельной линии:
для линии 6 кВ

где S — сечение кабеля, мм2; UHOM — номинальное междуфазное напряжение кабеля, кВ.
Для воздушных линий можно принимать следующие удельные значения емкостных токов: 6 кВ — 0,015 А/км; 10 кВ — 0,025 А/км; 30 кВ — 0,1 А/км.
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 (рис. 1-22), 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.
В сетях, питающих торфопредприятия и передвижные строительные механизмы, для обеспечения условий безопасности обслуживающего персонала защита от замыканий на землю выполняется с действием на отключение.

Виды повреждений и ненормальных режимов в сетях электроснабжения и электроустановках.

  1. А. Однофазное прикосновение в сетях с заземленной нейтралью
  2. Аэродромные средства электроснабжения ВС
  3. Боевые повреждения черепа и головного мозга. Классификация закрытых и открытых повреждений. Первая помощь, особенности транспортировки раненых, первая врачебная помощь.
  4. в электрических сетях
  5. В1. Роль российских ученых в развитии систем электроснабжения
  6. В2. Проблемы развития систем электроснабжения
  7. В3. Перспективы развития систем электроснабжения
  8. Виды повреждений спинного мозга. Периоды ТБСМ
  9. Виды телесных повреждений в результате механической травмы.

Назначение релейной защиты. Требования, предъявляемые к релейной защите

Назначением релейной защиты (РЗ) является выявление поврежденного элемента и быстрейшее его отключение от энергосистемы. Кроме того, устройства релейной защиты должны предупреждать повреждение элемента энергосистемы в случае возникновения ненормального и опасного для него режима работы (перегрузка, неполнофазный режим и др.).

Основные требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты:

· Селективность — способность устройства релейной защиты выявить и отключить именно поврежденный элемент энергосистемы, а не какой-либо иной, хотя при наличии короткого замыкания нарушается нормальная работа многих элементов энергосистемы.

· Быстродействие — способность релейной защиты в кратчайший промежуток времени (лучше всего мгновенно) выявить и отключить поврежденный элемент энергосистемы.

· Чувствительность — способность устройства релейной защиты четко отличать режим короткого замыкания любого вида (трехфазное, двухфазное, однофазное короткое замыкание) от всевозможных, даже утяжеленных режимов работы защищаемого объекта при отсутствии короткого замыкания.

· Надежность — отсутствие отказов или ложных срабатываний релейной защиты, что обеспечивается как функциональной, так и аппаратной надежностью устройства защиты.

Устройства релейной защиты реагируют, естественно, на значения параметров режима защищаемого объекта (ток, напряжение, направление мощности и др.). По способу обеспечения селективности устройства релейной защиты подразделяются на две группы: с относительной селективностью и с абсолютной селективностью. Селективность защит первой группы обеспечивается выбором значений параметров срабатывания (уставок) защиты, а селективность защит второй группы обеспечивается принципом их действия, т.е. защиты с абсолютной селективностью по принципу своего действия не реагируют на внешние по отношению к защищаемому объекту КЗ. К защитам с относительной селективностью относятся в основном токовые и дистанционные защиты, а к защитам с абсолютной селективностью продольные и поперечные дифференциальные защиты, направленные защиты с высокочастотной блокировкой, дифференциально-фазные защиты, а также защиты, реагирующие на неэлектрические параметры (газовая защита трансформатора, дуговая защита шин и др.).

Виды повреждений и ненормальных режимов в сетях электроснабжения и электроустановках.

Повреждения в электрической системе чаще всего возникают на линиях сетей. Повреждения в обмотках электрических машин, и особенно таких аппаратов, как трансформаторы и автотрансформаторы, бывают реже, иногда имеют специфический характер, обусловленный их выполнением (межвитковые КЗ) и могут привести к тяжелым последствиям.

При многофазных КЗ в поврежденных линиях протекают большие токи, которые должны отключаться релейной защитой.

Однофазные КЗ представляют для системы в целом также тяжелый вид повреждения, хотя и не такой опасный с точки зрения устойчивости и сохранения нагрузки, чем многофазные КЗ. Поэтому установка достаточно быстродействующей защиты от этого вида повреждения является также необходимой. Защита может действовать на отключение трех фаз или только одной поврежденной с последующим ее автоматическим повторным включением.

Однофазные КЗ характеризуются появлением симметричных составляющих всех последовательностей. Особенно эффективным оказывается использование для защиты от коротких замыканий на землю слагающих нулевой последовательности (независимость от рабочих токов, напряжений и т. п.)

При однофазном замыкании на землю в сетях с малым током замыкания на землю искажаются только фазные напряжения. Треугольник междуфазных напряжений остается неизменным. Поэтому к фазам нагрузки продолжают подводиться нормальные напряжения и бесперебойная работа потребителей не нарушается. Токи в месте пробоя имеют небольшие значения и быстро произвести большие нарушения не могут.

Таким образом, однофазные замыкания при правильно поддерживаемом режиме заземления нейтрали непосредственной опасности для потребителей и сети в целом не представляют. Поэтому защиту от замыкания на землю в рассматриваемых сетях выполняют обычно действующей только на сигнал. В наиболее простом виде – это устройства контроля изоляции, устанавливаемые на шинах питающих установок (например, на шинах низшего напряжения 6-10 кВ понизительных подстанций).

Режим не является опасным видом повреждения и допускается работа в течении двух часов.

В сетях с изолированной нейтралью опасным видом повреждения является двойное замыкание на землю.Требует немедленного отключения. Целесообразно автоматически отключать только одно место пробоя. При этом предполагается, что пробой во втором месте может самоликвидироваться или будет устранен обслуживающим персоналом.

Отключение одного места повреждения повышает надежность электроснабжения потребителей. Обеспечение отключения по возможности одного места повреждения (примерно в 2/3 случаев) осуществляется посредством двухфазного (а не трехфазного) исполнения защит.

Двойные замыкания на землю возникают обычно в местах с ослабленной изоляцией, в основном вследствие перенапряжений, появляющихся в системе при однофазных замыканиях на землю.

При отказе в работе части фаз автоматических выключателей (характерно для воздушных выключателей с пофазным приводом) может возникнуть разрыв фазы.

Разрыв фазы линии в отличие от КЗ непосредственной опасности для системы может не представлять и не требовать немедленной ликвидации, однако появляющиеся при этом составляющие токов и напряжений обратной и нулевой последовательности могут обусловить ряд нежелательных последствий. Поэтому разрыв фазы в ряде случаев было бы желательно автоматически селективно ликвидировать (так часто и удается делать, если разрыв сочетается с КЗ на том же участке).

Некоторые типы защит обратной и нулевой последовательности воспринимают появление несимметрии от разрыва подобно КЗ на том же участке и вне его. Если их срабатывание недопустимо, должны приниматься соответствующие меры.

Ненормальные режимы

1) Перегрузки или КЗ, возникающие где-либо на других элементах системы, обуславливающие сверхтоки (то есть токи превышающие номинальные для данной линии).

Приводят к нагреву машин и аппаратов, оказывают термическое воздействие и ускоренный износ проводов. От сверхтоков, вызванных внешними КЗ, обычно используется защита, действующая как резервная в случаях отказа защит или выключателей поврежденного элемента. При сверхтоках перегрузки немедленного отключения не требуется. Необходима сигнализация.

2) Колебания напряжения и токов при качаниях и нарушениях синхронизма. Повышения или понижения напряжения.

Наиболее часто интенсивные качания возникают вследствие недостаточно быстрого отключения КЗ в системе. В наиболее тяжелых случаях возможно возникновение кратковременного или затяжного нарушения синхронизма.

Опасный режимы, контролируются устройствами автоматики.

3) Понижение частоты.

Опасный режим, контролируется устройством автоматики – автоматической частотной разгрузкой.

Основные виды повреждений и ненормальных режимов работы сетей приведены в таблице 1.

Дата добавления: 2015-01-19; просмотров: 427; Нарушение авторских прав

| следующая лекция ==>
Экологический мониторинг. Виды, объекты, этапы его осуществления | Структурная схема и основные органы релейной защиты. Источники оперативного тока.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *