Защита сельских сетей от кз - Причины и следствия перегрузок электрических сетей напряжением 380/220 В

Различают перегрузки нормальные и аварийные. Первые возникают в процессе нормальной эксплуатации электроустановок и не приводят к опасным последствиям. Такого рода перегрузками, например, являются пусковые токи электродвигателей. Аварийные перегрузки возникают по разным причинам. Наиболее частая — подключение новых нагрузок, приводящее к увеличению тока на отдельных участках сети сверх допустимого значения. Как известно, в Правилах устройств электроустановок (ПУЭ) приводятся соответствующие нормы на значение токовой нагрузки в зависимости от материала, площади поперечного сечения, условий прокладки проводов и температуры окружающей среды [3]. Если ток проводника оказывается выше нормы, установленной ПУЭ, то проводник перегревается до недопустимых для его изоляции температур.  Аналогичная ситуация создается, если площадь поперечного сечения проводника выбрана неправильно, то есть без учета требований ПУЭ.
Одна из причин перегрузок — неправильное выполнение защиты от к. з. и перегрузок. Загрубление защиты, использование защитных аппаратов, которые не реагируют на токи к. з. в данной сети, установка в предохранителях некалиброванных плавких вставок, а иногда простых проволочных перемычек приводят к отказу защиты при появлении в сети к. з., особенно однофазных, при которых токи подчас едва превосходят рабочие. Длительно протекая, они создают опасные перегрузки для сети.
Особо следует отметить причины перегрузок электродвигателей по току, так как именно из-за таких перегрузок много электродвигателей преждевременно выходит из строя. Статистика свидетельствует, что примерно одна треть от общего числа электродвигателей, выходящих из строя в сельском хозяйстве, портится из-за отсутствия или неправильного выполнения защиты от перегрузки. Одна из причин перегрузок — нарушение технологических режимов работы рабочей машины, приводимой в действие электродвигателем. Этими нарушениями могут быть заклинивание, примерзание рабочих органов, работа с превышением номинальной мощности и т. п.
Довольно часто перегрузка электродвигателя по току возникает из-за неполнофазного режима. Частный случай неполнофазного режима — работа электродвигателя на двух фазах. Оказавшись в таком режиме, работающий электродвигатель перегревается не только из-за того, что в двух фазах его статорной обмотки циркулируют токи, превышающие номинальные, но и из-за появления при этом несимметрии токов, вызывающей повышенный нагрев стали электродвигателя. Общеизвестно также, что невозможно по нормальной схеме осуществить запуск трехфазного электродвигателя, оказавшегося в двухфазном режиме. Потребляя при запуске на двух фазах большие пусковые токи, электродвигатель не может создать вращающего момента, провернуть сочлененную с ним рабочую машину и затем набрать необходимую частоту вращения, то есть он оказывается по существу в режиме к. з. В тех случаях, когда недостаточно квалифицированный обслуживающий персонал, не представляющий, насколько опасен для электродвигателя пуск его в неполнофазном режиме, пытается осуществить запуск, судьба такого двигателя предрешена: изоляция его сгорает при одной из таких попыток или, получив серьезные повреждения от недопустимого перегрева, под действием влаги, агрессивной среды и электрического напряжения пробивается в ближайшее время.
Наконец, перегрузки по току у электродвигателей вызываются длительными отклонениями напряжения, превышающими установленные для них пределы. Действующие нормативные документы на показатели качества электроэнергии у потребителей, подключенных к сельским электрическим сетям, требуют, чтобы отклонения напряжения на зажимах электроприемников не превосходили ±7,5%. Для электроприемников животноводческих комплексов и птицефабрик допускаемые отклонения напряжения составляют ±5% от номинального напряжения. В послеаварийных режимах в питающих электрических сетях допускается дополнительное снижение напряжения на 5%. При указанных нормированных отклонениях напряжения изменения токов электродвигателей не представляют опасности для температурного состояния изоляции.
При пониженных по сравнению с номинальным напряжениях асинхронные электродвигатели потребляют из сети токи, большие номинального. При этом если снижения напряжения существенно выходят за пределы установленных норм и сохраняются длительно, то электродвигатель перегревается до недопустимых для его изоляции температур, вызывающих интенсивный процесс старения ее. Существует правило, согласно которому каждые дополнительные 8° сверх номинальной температуры, установленной для данного класса изоляции, сокращают срок службы ее в 2 раза. Это правило справедливо не только для изоляции электродвигателей, но и для изоляции проводников сети. Если при этом учесть еще, что выделяемое количество теплоты в проводнике пропорционально квадрату тока в нем, то очевидно, что чем больше ток перегрузки, тем меньшее время она допустима.
При значительных перегрузках сети, приводящих к отклонениям напряжения ниже допустимых пределов, возможно так называемое «опрокидывание» асинхронных двигателей. Обычно этот процесс начинается с торможения одного из двигателей, который при сниженном напряжении развивает недостаточный для сочлененной с ним рабочей машины вращающий момент. Затормозившись до полной остановки, такой электродвигатель потребляет из сети большие, равные пусковым, токи, которые еще сильнее снижают напряжение на зажимах остальных двигателей, часть из которых после этого также может «опрокинуться». Так как процесс развивается лавинообразно, то он получил название лавины напряжения. Он чрезвычайно опасен из-за больших токов как для самой сети, так и для электродвигателей, оказавшихся в заторможенном состоянии.
Своевременное отключение опасных для защищаемой сети токов должна обеспечивать защита от перегрузки. Кроме того, при эксплуатации электроустановок, особенно электродвигателей, необходимо следить за тем, чтобы не создавались условия для появления причин, вызывающих перегрузку, а выявленные причины перегрузки своевременно устранять.