Несимметричное короткое замыкание.

В трехфазных сетях могут возникать следующие виды несимметричных КЗ: двухфазное, однофазное и замыкание двух фаз на землю.

При двухфазном КЗ, например, между фазами В и С, фазные напряжения их равны 0,5 Е_а (Ед — ЭДС неповреждённой фазы А). Напряжения в нейтрали генератора и трансформатора (независимо от того, заземлена она или нет) равны нулю. По мере удаления от места повреждения напряжение фазы А остаётся неизменным, напряжения повреждённых фаз изменяются. На шинах напряжение опережающей фазы В больше, чем отстающей С. Напряжение прямой последовательности имеет наименьшее значение в месте повреждения и возрастает по направлению к источнику питания. Напряжение обратной последовательности, наоборот, максимально в точке повреждения и снижается в том же направлении.

Двухфазное КЗ на землю в сети с изолированными нейтралями (или заземлёнными через дугогасительные реакторы). В России это обычно сети с напряжением 3-35 кВ. От предыдущего отличаются только тем, что повреждённые фазы принуждённо приобретают потенциал земли; появляется напряжение нулевой последовательности, практически одинаковое во всей сети. Нейтраль системы (трансформатора) получает по отношению к земле смещение 0,5 Е_А, а напряжение неповреждённой фазы возрастает до 1,5 Е_а.

Двухфазное КЗ на землю в сеты с глухозаземлёнными нейтралями могут сопровождаться сильным снижением как междуфазного, так и фазных напряжений повреждённых фаз (до нуля в месте КЗ), и появлением составляющих нулевой последовательности не только в фазных напряжениях (как в сетях с изолированными нейтралями), но и в токах.

Однофазные КЗ в сети с глухозаземлёнными нейтралями. Являются наиболее частыми в таких сетях (60 - 90%). Иногда ток однофазного КЗ (ОКЗ) превышает даже ток ТКЗ. В общем случае токи проходят по неповреждённым фазам даже при отсутствии токов нагрузки, достигая в пределе значения тока КЗ в повреждённой фазе. В фазах линии появляется ток нулевой последовательности, равный по значению одной трети тока КЗ, проходящего через место повреждения, и совпадающий с ним по фазе. Напряжение в точке КЗ равно 1/3 геометрической суммы напряжений неповреждённых фаз, т.е. близко к ЭДС повреждённой фазы.

Однофазные КЗ представляют собой тяжёлый вид повреждения, хотя и менее опасный для системы энергоснабжения, чем многофазные КЗ, и должны отключаться по возможности быстро. Защита может действовать на отключение всех трёх фаз линии или только одной повреждённой с последующим её АПВ. Последний способ оказывается целесообразным для магистральных линий (преимущественно одноцепных) и в некоторых других случаях.

Однофазные замыкания на землю в сети с изолированными нейтралями или заземлёнными через дугогасящие реакторы (с резонансной настройкой). Это - характерный вид повреждений для сетей 3 - 35 кВ и частично - более высокого напряжения (например, в северных районах).

Если фазы сети имеют между собой и по отношению к земле одинаковые ёмкости, в нормальном режиме фазные токи симметричны и сумма их равна нулю. Напряжение нейтрали относительно земли также близко к нулю. При КЗ напряжения неповреждённых фаз возрастают в 4ъ раз, но междуфазные напряжения остаются неизменными, к фазам нагрузки подводятся нормальные напряжения и бесперебойность питания потребителей не нарушается. Токи в месте пробоя малы и кратковременное протекание их к существенным разрушениям не приводит.

Защиту выполняют обычно с действием только на сигнал. Селективная защита часто осуществляется с помощью специальных высокочувствительных устройств, реагирующих на токи нулевой последовательности, а в сетях с дугогасящими катушками - на токи высших гармоник, поскольку для них компенсация отсутствует. В условиях повышенной опасности (например, сети 6 - 10 кВ торфяных предприятий) защита работает на отключение без выдержки времени.

Расчет параметров сети при несимметричных КЗ принято производить методом симметричных составляющих. Сущность этого метода состоит в том, что любую несимметричную трёхфазную систему векторных величин А, В, С (токов, напряжений) можно представить в виде геометрической (векторной) суммы трёх симметричных систем: прямой А), В), Сь обратной А₂, В₂, С? и нулевой Ао, Во, Со последовательности. На рис.6.4 в качестве примера показано построение вектора А несимметричной системы путём суммирования векторов А|, А₂ и А₀ (тонкие линии).

В свою очередь, симметричные составляющие получаются суммированием в определённом порядке векторов исходной системы, как это показано на рис. 6.4 для определения вектора А[. Здесь коэффициенты а и а² обозначают поворот вектора против часовой стрелки на 120 и 240 град. эл. соответственно; точка над символом указывает на векторный характер величины.

Рис.6.4. Разложение несимметричной системы векторов на симметричные составляющие

Следует отметить, что при таком построении получается вектор утроенной длины (ЗА|, а не А|), и потому найденное значение каждой величины необходимо делить на 3. Симметричным составляющим тока и напряжения соответствуют и сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей - активные Г| г₂. г₀. реактивные Х|, х₂,хо и полные Zi,Z₂.Z3_i причём для несимметричной системы

Активное, индуктивное и полное сопротивления прямой последовательности любого элемента цепи - это его сопротивления при симметричном режиме работы фаз. Для тех элементов цепи, у которых взаимоиндукция между фазами не зависит от порядка чередования фаз, сопротивления прямой и обратной последовательностей одинаковы, т.е. Г] = r_2; xi = х₂ и Z| = Z₂. К таким элементам относятся воздушные и кабельные линии, реакторы и трансформаторы. Для вращающихся машин в общем случае Х[ = х₂. Токи нулевой последовательности замыкаются через место повреждения и нулевые точки системы.