Разновидности коротких замыканий и вероятности их возникновения
Коротким замыканием называется нарушение нормальной работы электроустановки, вызванное замыканием фаз между
собой, или замыканием фазы на землю.
Токи к.з. в современных мощных электросистемах могут достигать огромных значений (10-100 тыс. ампер). Поэтому
оборудование электроустановок должно обладать достаточной электродинамической (механической) и термической
стойкостью к действию токов к.з.
Причинами возникновения короткого замыкания могут быть:
- Нарушение изоляции происходящее в следствии её несовершенства, или посторонних причин (обрыв, удар молнии,
попадание посторонних предметов). - Ошибки при ремонтных работах, включениях и отключениях.
Несмотря на все меры, принимаемые при проектировании и эксплуатации, вероятность короткого замыкания не
исключена, поэтому правильный выбор электрооборудования, основанный на знании характера протекания короткого
замыкания и ожидаемого тока, является самой действенной мерой предотвращения опасных последствий к.з.
Короткие замыкания бывают:
- трёхфазные — возникающие при одновременном замыкании накоротко всех трёх фаз (I(3)max
1,6 I(2)min); - двухфазные;
- однофазные — возникающие при замыкании между фазой и землёй (возможны только в системах с заземлённой
нейтралью)
Процесс протекания короткого замыкания слагается из двух режимов:
- Переходного:
- ударный ток — возникает в течении первых 0,01-0,2 секунд, сопровождается электродинамическим
эффектом,
способным сорвать провода с изоляторов, повредить обмотки двигателей, трансформаторов; - разрывной ток — появляется в течении первых 0,2 секунд, в течении которых сеть должна быть отключена
автоматической защитой.
- ударный ток — возникает в течении первых 0,01-0,2 секунд, сопровождается электродинамическим
- Установившегося. Возникает при несрабатывании защиты, ведёт к злектротермическому эффекту.
Действующее значение периодической составляющей к.з. может быть определено по формулам Тоя:
- I(3) = E / (31/2 Z) ;
- I(2) = E / (Z1 + Z2);
- I(1) = (3 1/2 E) / (Z1 + Z2 + Z3), где
Е — действующее значение ЭДС генератора;
Z1, Z2, Z3 — сопротивление прямой, обратной и нулевой последовательности.
Знать токи короткого замыкания необходимо:
- для выбора электрооборудования;
- для проектирования релейной защиты;
- выбора средств ограничения токов к.з.
Как правило, в точке к.з. возникает электродуга, которая образует переходное сопротивление. Для упрощения
расчётов, будем рассматривать только металлическое к.з., т.е. без учётов переходного сопротивления.
При появлении к.з., сопротивление в сети падает. Однако, скачком ток увеличиться не может, т.к. сеть обладает
индуктивностью. Из курса ТОЭ известно, что ток можно представить, как сумму апериодической (iа) и
периодической
iр) составляющих.
iк = iа + iр
В результате этого, результирующий ток в некоторые моменты времени может превосходить амплитуду установившегося
тока. Быстрота перехода в установившийся режим определяется постоянной установления:
τ = L / r, где L — индуктивность
Через время t ≈ 3τ (0,1-0,2 сек) в цепи будет протекать только периодический или установившийся ток
короткого замыкания.
В конце первого полупериода ток достигает максимального значения, называемого ударным током (iу).
Для удобства расчёта ударного тока, вводят ударный коэффициент 1 ≤ kу ≤ 2
- При к.з. вблизи генераторной станции величина активного сопротивления будет минимальной, τ →
∞, ударный ток
будет 2 max; - Когда к.з. происходит в удалённой точке, то τ → 0, r → ∞. kу = 1
По ударному току проверяют электроаппараты, шины, изоляторы — на электродинамическую стойкость. По действующему
значению установившегося тока проверяют аппаратуру на термическую стойкость.
Ограничение мощности короткого замыкания осуществляется с помощью бетонных реакторов (РБ, РБН). Они имеют
мизерное активное сопротивление и достаточно большое индуктивное. РБ устанавливаются на поверхности, в спец
камерах подстанций, в начале и конце линии.
На новых угольных шахтах допускаемая мощность короткого замыкания не должна превышать S ≤ 100 МВА (старые
шахты —
до 50).
Защита от токов короткого замыкания производится плавкими предохранителями и максимально-токовой защитой.