В системах электроснабжения промышленных предприятий могут возникать короткие замыкания (КЗ), приводящие к резкому увеличению токов. Поэтому все основное электрооборудование системы электроснабжения должно быть выбрано с учетом действия таких токов.
Различают следующие виды коротких замыканий:
-
трехфазное симметричное короткое замыкание;
-
двухфазное — две фазы соединяются между собой без соединения с землей;
-
однофазное — одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю;
-
двойное замыкание на землю — две фазе соединяются между собой и землей.
Основными причинами коротких замыканий являются нарушения изоляции отдельных частей электроустановок, неправильные действия персонала, перекрытия изоляции из-за перенапряжений в системе. Замыкания нарушают электроснабжение потребителей, в том числе и неповрежденных, подключенных к поврежденным участкам сети, вследствие понижения на них напряжения и нарушения работы энергосистемы. Поэтому короткие замыкания должны ликвидироваться устройствами защиты в возможно короткие сроки.
На рис. 1 показана кривая изменения тока при коротком замыкании. С момента его возникновения в системе электроснабжения протекает переходный процесс, характеризующийся изменением двух составляющих тока короткого замыкания (ТКЗ): периодической и апериодической
Рис. 1. Кривая изменения тока при коротком замыкании
Крупные промышленные предприятия подключаются, как правило, к мощным электроэнергетическим системам. При этом токи короткого замыкания могут достигать весьма значительных величин, вызывая затруднения в выборе электрооборудования по условиям устойчивости при коротком замыкании. Большие сложности возникают также при построении систем электроснабжения с большим количеством мощных электродвигателей, питающих точку короткого замыкания.
В связи с этим при проектировании систем электроснабжения приходится определять оптимальную величину тока короткого замыкания. Наиболее распространенными способами его ограничения являются:
-
раздельная работа трансформаторов и питающих линий;
-
включение в сеть дополнительных сопротивлений — реакторов;
-
применение трансформаторов с расщепленной обмоткой.
Использование реакторов особенно целесообразно при подключении сравнительно маломощных электроприемников к шинам электростанций и к подстанциям большой мощности. При подключении приемников с ударной нагрузкой — мощных печей, вентильного электропривода — увеличение реактивности сети путем установки реакторов зачастую невозможно, так как оно приводит к увеличению колебаний и отклонению напряжения.
На рис. 2 приведена схема подстанции 110 кВ, питающей резкопеременные нагрузки. В ней не предусмотрено реагирование на выводах и линиях 3, питающих мощную ударную нагрузку, чтобы не увеличивать реактивность сети и толчки реактивной мощности. На этих присоединениях применены мощные выключатели 1. На прочих линиях предусмотрено реактирование и обычные сетевые выключатели 2 с отключаемой мощностью до 350 - 500 MBА.
Рис. 2. Схема подстанции 110 кВ, питающей резкопеременные нагрузки: 1 — мощные выключатели, 2 — сетевые выключатели средней мощности, 3 — линии к электроприемникам с резкопеременной ударной нагрузкой
На современных промышленных предприятиях с разветвленной двигательной нагрузкой (обогатительные фабрики и др.) для ограничения токов короткого замыкания применяют разработанную систему электроснабжения с управляемым аварийным режимом.
На рис. 3 показана схема электроснабжения обогатительной фабрики. Как видно из рисунка, при коротком замыкании в точке К через выключатель поврежденного присоединения (В) протекает сумма аварийных токов — от сети и подпитки от неповрежденных двигателей.
Для ограничения тока короткого замыкания, протекающего через выключатель поврежденного присоединения, на период аварии включают тиристорные токоограничители шунтового типа VS1, VS2, ограничивая составляющую тока короткого замыкания от сети. После отключения выключателем В тока подпитки VS1, VS2 отключаются. Степень токоограничения регулируется токоограничивающим резистором R.
Рис. 3. Схема электроснабжения с групповым статическим токоограничивающим устройством
Для ряда ответственных механизмов, не допускающих самозапуска при номинальной нагрузке и перерывов в электроснабжении, применяется схема частичной параллельной работы трансформаторов, показанная на рис. 4.
Схема представляет собой двухсекционное распределительное устройство со сдвоенными реакторами L1 и L2. В нормальном режиме выключатели Q3, Q4 отключены, выключатель Q5 включен. По ветвям а сдвоенных реакторов протекают нагрузочные токи, по ветвям б — уравнительный ток, который между источниками ограничен сопротивлениями ветвей сдвоенных реакторов. Схема позволяет, в частности, в сетях с двигательной нагрузкой поддерживать остаточные напряжения, обеспечивающие устойчивость двигателей.
Рис. 4. Схема с частичной параллельной работой источников
В последние годы на промышленных объектах стали создаваться сложнозамкнутые сети 0,4 кВ, в которых осуществляется параллельная работа цеховых трансформаторов ТМ 1000 - 2500 кВА.
В таких сетях обеспечивается высокое качество электрической энергии, рациональное использование трансформаторной мощности. На рис. 4, а показана схема, в которой ограничение аварийных токов при параллельной работе трансформаторов обеспечивается за счет дополнительных реакторов, введенных в сети 0,4 кВ.
В ряде случаев естественное удаление трансформаторов позволяет организовать схему рис. 5, а без использования реакторов.
На рис. 5, б показана сложнозамкнутая сеть 0,4 кВ.
Рис. 5. Схемы с параллельной работой цеховых трансформаторов 6/0,4 кВ: а — с секционными реакторами, б — с использованием высоковольтных тиристорных выключателей
Как видно из рис. 5, б, силовые трансформаторы подключены к питающей сети через тиристорные выключатели, которые в аварийном режиме обеспечивают опережающее отключение части трансформаторов. При этом ток короткого замыкания ограничивается за счет естественных сопротивлений сложнозамкнутой сети, получающей в этом случае питание от неотключенных трансформаторов.