КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Общие сведения

Коротким замыканием называется непосредственное соединение между любыми точка­ми, разных фаз, фазы и нулевого провода и нулевого провода или фазы с землей, не предусмот­ренное нормальными условиями работы установки. Ниже перечислены основные виды корот­ких замыканий в электрических системах.

1. Трехфазное КЗ, при котором все три фазы замыкаются между собой в одной точке (рис. 14.1, а). Точка трехфазного КЗ обозначается K^. Токи, напряжения, мощности и другие величины, относящиеся к трехфазному КЗ, обозначаются I⁽ ', U «, S⁽³> и т. д.

2. Двухфазное КЗ, при котором происходит замыкание двух фаз между собой (рис. 14.1, б). Точка двухфазного КЗ обозначается K⁽²-¹

Токи, напряжения, мощности и другие величины, относящиеся к двухфазному КЗ, обо­значаются I⁽² -¹ ,U -¹, S⁽² -¹ и т.д.

3. Двухфазное КЗ на землю (рис. 14.1, в), при котором замыкании двух фаз между собой сопровождается замыканием точки повреждения на землю (в системах с заземленными нейтра­лями). Точкой двухфазного КЗ на землю обозначается K^(1Л). Токи, напряжения, мощности и другие величины, относящиеся к двухфазному КЗ на землю, обозначаются I^(1Л) ,U^(1Л), S и т.д.

4. Однофазное КЗ, при котором происходит замыкание одной из фаз на нулевой провод или на землю (рис. 14.1, г). Точка однофазного КЗ обозначаетсяK. Токи, напряжения, мощ­ности и другие величины, относящиеся к однофазному КЗ, обозначаются I,U , S и т.д.

Встречаются и другие виды КЗ, связанных с обрывом проводов и одновременными за­мыканиями проводов различных фаз. Различают КЗ на зажимах генераторов (точки Kj⁽³⁾ и Kj² -¹) и КЗ в сети, отделенные от генератора сопротивлениями сети (точки K 2³⁾ и K 2² -¹). Трехфазное КЗ является симметричным, поскольку при нем все три фазы оказываются в одинаковых усло­виях. Все остальные виды КЗ являются несимметричными, поскольку фазы не остаются в оди­наковых условиях, а системы токов и напряжений получаются искаженными.

Наиболее часто встречаются однофазные замыкания. На их долю приходится до 65% от общего числа КЗ. Трехфазные КЗ возникают сравнительно редко - в 5% от общего числа КЗ.

Причины возникновения и последствия коротких замыканий

В большинстве случаев причиной возникновения КЗ в системе является нарушение изо­ляции электрического оборудования вследствие износа изоляции, не выявленного своевремен­но при профилактических испытаниях, или из-за перенапряжений. КЗ могут быть вызваны ошибочными действиями обслуживающего персонала, механическими повреждениями кабель­ных линий, схлестыванием, набросом или перекрытием птицами проводов воздушных линий.

При возникновении КЗ общее сопротивление цепи системы электроснабжения уменьша­ется, вследствие чего токи в ветвях системы резко увеличиваются, а напряжения на отдельных участках системы снижаются.

Элементы электрических систем обладают активными, индуктивными сопротивлениями и емкостными проводимостями. Поэтому при внезапном нарушении режима работы вследствие КЗ электрическая система представляет собой колебательный контур. Токи в ветвях и напряже­ния в узлах будут изменяться в течение некоторого времени после возникновения КЗ в соответ­ствии с параметрами этого контура. За время КЗ с момента его возникновения до момента от­ключения поврежденного участка в цепи протекает переходный процесс с большими мгновен­ными токами, вызывающими электродинамическое воздействие на электрооборудование. При длительном, более 0,01 с, КЗ токи оказывают термическое действие, которое может привести к значительному повышению температуры нагревания электрооборудования.

Назначение расчетов токов КЗ

Вычисление токов КЗ производится для определения условий работы потребителей при аварийных режимах; выбора электрических аппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей; про­ектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики; проектирования защитных заземлений; подбора характеристик разрядников для защиты от перенапряжений.

При расчете токов КЗ принимают, что источниками питания места КЗ являются: син­хронные генераторы, синхронные компенсаторы и двигатели, асинхронные двигатели в началь­ный период времени.

В современных электрических системах точный расчет токов КЗ с учетом всех условий очень сложен и практически невозможен. С другой стороны, требуемая точность расчетов зави­сит от его назначения. Например, для выбора электрических аппаратов производят приближен­ное определение токов КЗ, так как интервалы между значениями параметров, характеризующих различные типы аппаратов, велики. Для выбора и настройки устройств релейной защиты и ав­томатики точность расчетов должна быть выше.

По этим причинам в расчетах токов КЗ принимаются следующие допущения:

в течение всего процесса КЗ э.д.с. генераторов системы считают совпадающими по фазе; не учитывают насыщения магнитных систем, что позволяет считать все цепи линейными, сле­довательно, может быть применен принцип наложения;

пренебрегают намагничивающими токами силовых трансформаторов;

трехфазную систему считают симметричной;

пренебрегают емкостными проводимостями всех элементов короткозамкнутой сети за исключением линий большой протяженности и напряжения, например линий напряжением 500 кВ;

электродвижущие силы всех источников питания, значительно удаленных от места КЗ (Х_расч > 3), считают неизменными;

активное сопротивление цепи КЗ учитывают только тогда, когда оно больше одной трети индуктивного сопротивления той же цепи.

Переходный процесс при коротком замыкании в простейшей трехфазной цепи