Причины короткого замыкания в КРУ и КТП

Короткое замыкание (КЗ) в подстанциях и комплектных распределительных устройствах возникает редко, но последствия «единичного случая» могут быть очень серьёзными и масштабными: от выгорания одного из отсеков ячейки до выхода из строя всей электроустановки. Такие повреждения в свою очередь приводят к простою производства и крупным финансовым потерям. А если речь идёт о городских сетях, то к нарушению повседневной жизни сотен и тысяч людей: без света могут оказаться целые микрорайоны. Короткие замыкания ставят под угрозу не только безопасность оборудования и экономическую эффективность предприятий, но и жизни людей.

Предотвратить КЗ можно, но для этого необходимо знать не только способы профилактики, но и причины возникновения короткого замыкания. Их можно разделить на две группы: внутренние факторы и внешние воздействия.

Внутренние факторы

1. Проблемы с изоляцией

1.1. Деградация твердой изоляции (например, в опорных, проходных изоляторах, изоляционных перегородках) из-за:

старения, перегрева, увлажнения;
однофазного замыкания на землю;

Возникают при обрыве проводника и замыкания его на землю в сетях с изолированной нейтралью. Влекут за собой дуговые перенапряжения кратностью до З-4 Uфазного, что является опасным для электрооборудования, в первую очередь, для высоковольтных электродвигателей, генераторов, кабелей и трансформаторов, так как возможен пробой изоляции и вследствие этого короткие замыкания.

поверхностного загрязнения (пыль, солевые отложения);

Попадающая пыль внутри электроустановок снижает диэлектрическую прочность проводников, увеличивая тем самым риск короткого замыкания. Прежде всего, это касается тех производств, на которых пыль имеет малое удельное сопротивление (например, угольная промышленность, добыча руды).

1.2. Разрушение изоляции кабельных вводов (особенно в КТП) из-за:

термических перегрузок;

Возникают при увеличенном сопротивлении контактов наконечников кабелей в местах кабельных присоединений.

неверного выбора кабеля согласно условиям эксплуатации (без учёта воздействия вибрации, окружающей среды, температуры на изоляцию);
неверной прокладки кабеля (тепловое расширение кабеля при прокладке в лотках);
земляных работ вблизи кабельных трасс;

2. Неисправности коммутационных аппаратов

2.1. Внутренние дефекты выключателей (масляных, вакуумных, элегазовых):

износ контактов, приводящий к подгоранию и образованию дуги;
утечка элегаза (SF₆) или ухудшение вакуума в камерах;
заклинивание механизма отключения (например, при обледенении механизма в распределительных устройствах открытого типа);
пробой в результате деградации трансформаторного масла;

В случае вакуумных выключателей главным фактором риска является износ выключателя. Вероятность того, внутри дугогасительной камеры оплавится один из контактов, резко возрастает с истечением срока эксплуатации выключателя. Необходимо помнить, что он рассчитан на определённое количество выключений, и своевременно производить замену.

При эксплуатации элегазовых выключателей нельзя допускать разгерметизации выключателя, для этого в конструкции выключателя как правило предусмотрены специальные устройства, фиксирующие наличие утечек (снижение давления элегаза). Во время аварийной ситуации релейная защита защищаемого присоединения должна выдать запрет на отключение этого выключателя, а также выдать команду УРОВ на вышестоящие присоединения. В противном случае дуга может образоваться внутри выключателя со всеми вытекающими последствиями.

2.2. Отказы разъединителей и отделителей (например, при оперативных переключениях):

неполное отключение, создающее горение дуги между контактами;

Здесь может иметь место как ошибка оперативного персонала, так и неверный алгоритм работы оперативных блокировок: если отключение разъединителя произвести под нагрузкой, то образуется горение дуги между контактами разъединителей.

механический износ приводов;

Частое явление – повреждение приводов двух или одного контакта выключателей нагрузки. Предотвратить заклинивание контакта может своевременнее и грамотное обслуживание данного оборудования.

Внешние воздействия (человеческий и климатический факторы)

1. Человеческий фактор: ошибки монтажа и обслуживания

1.1. Неправильная сборка шинных соединений:

слабая затяжка болтов, отсутствие специальных шайб, предотвращающих откручивание болтового соединения, неверно выбранный класс прочности болтов и гаек – всё это приводит к перегреву и разрушению мест контактов, сопряженных токопроводов;
отсутствие должного межфазного расстояния;
забытый инструмент или посторонние предметы в шкафах распределительных устройств; Даже маленький болт, оставленный в ячейке, может стать причиной выхода из строя электроустановки. В процессе транспортировки или в результате вибрационного влияния он может упасть на контакты коммутационных аппаратов между фазами, вызвав дорогостоящие, а порой непоправимые последствия. Предотвратить такие случаи поможет грамотный пусконаладочный процесс, проведённый квалифицированным персоналом перед вводом устройства в эксплуатацию.

1.2. Некорректные настройки релейной защиты, из-за которых КЗ не отключается вовремя.

Неверно посчитанная токовая отсечка, ступени максимально токовой защиты, ошибки в расчетах при проектировании, неверные алгоритмы работы УРОВ, логической защиты шин, оперативных блокировок и т.д. – это те факторы, которые могут вовремя не предотвратить начавшееся КЗ.

2. Климатические факторы и постороннее вмешательство

1. Климатические факторы

попадание воды через неплотности (например, в наружных КТП);
обледенение шин или изоляторов;
конденсат внутри КРУ (при негерметичном исполнении);

Особое внимание этому фактору стоит уделять при производстве оборудования, которое планируется эксплуатировать в условиях повышенной влажности воздуха – в морских портах, а также в странах, расположенных в тропическом и субтропическом климатических поясах. В таких электроустановках в каждой ячейке устанавливается антиконденсатный обогрев и вентиляция. 2. Грызуны и насекомые – проникают внутрь, вызывая замыкание на землю или между фазами.

3. Электродинамические перегрузки

Электродинамические перегрузки могут приводить к механическим повреждениям шин и изоляторов. Неисправности могут быть следствием токов короткого замыкания от внешних сетей либо конструктивных ошибок при проектировании токоведущих магистралей. Например, неверно посчитанный вес шин может вызвать деформацию или разрушение опорных изоляторов, вследствие чего на этих участках возможны короткие замыкания.

Для того, чтобы предотвратить возникновение короткого замыкания, необходимо следовать простым правилам: строго соблюдать правила монтажа и условия эксплуатации оборудования, регулярно проводить сервисное обслуживание, допускать к обслуживанию только обученный персонал и устанавливать качественное оборудование.