3tom238

8. ELEKTROENERGETYCZNA AUTOMATYKA ZABEZPIECZENIOWA 478

Wpływ na wartość prądów zwarciowych, zwłaszcza na szybkość zanikania składowych swobodnych¹ zawartych w prądach, ma rezystancja przejścia w miejscu zwarcia. Może się na nią składać:

— rezystancja luku, którą można oszacować, w omach, ze wzoru [8.13, 8.17]

R,=

28700/

1.4/¹

(8.8)

przy czym / — długość łuku, m;

— rezystancja przejścia do ziemi przy zwarciach doziemnych; decyduje o niej przede wszystkim rezystancja uziemienia słupa; wówczas rezystancja przejścia wynosi najczęściej 1 -f-5 fi (nie przekracza 20 £2); jeśli jednak zwarcie jest poprzez gałęzie drzewa lub też urwany przewód leży na ziemi o dużej rezystywności (skała, piasek), to rezystancja ta może być rzędu lO^lO³ Ci.

Zwarciami slaboprądowymi są zwarcia jednofazowe doziemne w sieci o punktach neutralnych izolowanych lub uziemionych przez dławik kompensujący. Zwarciom takim towarzyszy przepływ niewielkich prądów. Gdy punkty neutralne są izolowane, wówczas składowa podstawowa tych prądów jest wyrażona wzorem

/¹ = 3co, Cpht/ph    (8.9)

w którym: C_ph — całkowita pojemność doziemna jednej fazy sieci, F; U_ph — napięcie fazowe, V; tu, — pulsacja składowej podstawowej.

W prądzie tym występuje znaczna zawartość wyższych harmonicznych. Jeśli ponadto łuk w miejscu zwarcia zapala się i gaśnie (częsty przypadek łuku przerywanego), to przebieg prądu jest dodatkowo zniekształcony składowymi swobodnymi. Słaboprądo-wym zwarciom doziemnym towarzyszy podwyższenie napięć na fazach nieuszkodzonych. W stanie ustalonym napięcie wzrasta ^/3 -krotnie, w stanach przejściowych zaś (szczególnie przy łuku przerywanym) może osiągnąć kilkakrotne wartości napięć znamionowych. Może to spowodować powstanie zwarcia w najsłabszym punkcie jednej z faz nieuszkodzonych. Wówczas zwarcie jednofazowe słaboprądowe przechodzi w wielkoprądowe zwarcie dwupunktowe.

Rys. 8.2. Przykłady zwarć wewnętrznych w transformatorze

Zwarcia wewnętrzne mogą wystąpić w transformatorach (rys. 8.2), generatorach i silnikach. Są to albo zwarcia doziemne, albo międzyzwojowe. W przypadku tych drugich prąd w zwartych zwojach może osiągać bardzo wielkie wartości (gęstość prądu może dochodzić do kilkuset A/mm²), choć przyrost prądu mierzonego na zaciskach uszkodzonego elementu może nie przekraczać wartości prądu znamionowego.

8.2.3.    Przerwy w przewodach

Swoistym zaburzeniem jest przerwa w przewodach. Może ona wystąpić zarówno w liniach, jak i maszynach elektrycznych. Przyczyną tych zakłóceń może być:

—    jednofazowe wyłączenie zwarcia doziemnego (trwałe lub czasowe);

—    źle działające łączniki, nie zamykające się w jednej fazie;

—    przepalenie bezpiecznika;

—    upalenie się mostka na linii, często towarzyszące zwarciu i opadnięciu przewodu na ziemię;

—    błędy montażowe.

Przerwa w przewodzie fazowym spowoduje:

—    pojawienie się niesymetrii (jest źródłem zarówno składowej kolejności zerowej, jak i składowej kolejności przeciwnej prądów oraz napięć);

—    zakłócenie w pracy odbiorów, zwłaszcza silnikowych, w których maleje moment napędowy;

—    zmniejszenie mocy przesyłanej przez tor, na którym wystąpiło uszkodzenie, do 30% mocy jaka płynęła przed uszkodzeniem (przy przerwie w jednej fazie);

—    utrudnienie pracy zabezpieczeń.

Niekiedy w systemach dopuszcza się długotrwałą pracę dwufazową linii, w których wystąpiło trwałe zwarcie doziemne na jednej fazie. W ten sposób można przesłać linią ok. 70% jej mocy dopuszczalnej, choć konsekwencje wprowadzonej niesymetrii są niekorzystne.

8.2.4.    Uszkodzenia transformatorów

Awaryjność transformatorów jest niewielka — statystyki międzynarodowe wykazują, że wynosi średnio ok. 2 uszkodzenia na 100 transformatorów w ciągu roku. Uszkodzenia te dotyczą takich elementów transformatorów, jak: uzwojenia    20+40%,

przełączniki    zaczepów 15 + 50%,

przepusty    12 h- 25%,

kadź i obieg    oleju    10+15%.

W transformatorach występuje zjawisko przypominające zwarcie wewnętrzne, ale nie ma ono nic wspólnego z uszkodzeniem. Jest to nagły wzrost prądu magnesującego rdzeń na skutek podskoku napięcia na zaciskach (załączenie jednostki na napięcie, wyłączenie bliskiego zwarcia). W warunkach normalnych prąd magnesujący (prąd stanu jałowego) ma wartość zależną od konstrukcji jednostki i zmienia się w zakresie (0,1 -4-4%) I_N. Natomiast przy załączeniu transformatora na napięcie prąd może osiągnąć 10-krotną wartość znamionową, na skutek przejściowego nasycenia rdzenia. Prąd ten jest silnie odkształcony wyższymi harmonicznymi i składową aperiodyczną, zanika zaś po czasie 0,3 -4-2 s.

8.2.5.    Uszkodzenia generatorów

Wskaźnik uszkadzalności generatorów jest niski i wynosi ok. 4 uszkodzenia na 100 generatorów w roku. Statystyka tych uszkodzeń jest następująca: uszkodzenia stojana    20+50%,

uszkodzenia wirnika    15 + 50%,

uszkodzenia wzbudnicy    10+50%,

uszkodzenia mechaniczne konstrukcji 1+5%.

Najczęstszymi uszkodzeniami stojana są zwarcia, których przyczyną są przeważnie albo wady wykonawcze, albo termiczne starzenie izolacji, albo też mechaniczne uszkodzenie

1

Składowe swobodne są to składowe prądu i/lub napięcia występujące po zwarciu, na skutek zmiany energii zmagazynowanej w indukcyjnościach i pojemnościach.