Глава 4. Короткие замыкания

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

4.1. Общие сведения о коротких замыканиях

Под коротким замыканием (к.з.) понимают всякое не преду­смотренное нормальными условиями работы замыкание между фазами, а в системах с глухо заземленными нейт-ралями или четырехпроводных системах – также замыкание одной или нескольких фаз на землю или нулевой провод.

Короткие замыкания являются основной причиной подавляющего числа аварий в электрических системах, возникающие из-за:

1) нарушения электрической прочности изоляции токоведущих частей вследствии:

– атмосферных (гроза) и коммутационных (переходные режимы) перенапряжений в электроустановках;

– естественного износа изоляции (старение);

– дефектов в изоляции;

– механических повреждений изоляции (в том числе от птиц и крыс);

– злоумышленных действий.

2) ошибочных действий эксплуатационного персонала.

В системах с изолированной нейтралью могут возникать трехфазные (или симметричные) и двухфазные (несиммет-ричные) короткие замыкания.

В системах с заземленной нейтралью также могут возникать короткие замыкания симметричные (трехфазные) и (несимметричные):

а) двухфазные;

б) однофазные (на землю);

в) двухфазные через землю при замыканиях в одной точке;

г) двухфазные через землю при замыканиях в различных точках.

На рисунке 4.1 представлены схемы токов короткого замыкания.

Аварийная статистика показывает, что большинство ко-ротких замыканий являются несимметричными однофазными.

В системах с заземленной нейтралью трехфазные короткие замыкания составляют 5%, двухфазные – 10%, однофазные – 65%, двухфазные на землю – 20%.

Короткие замыкания могут повлечь за собой:

1) разрушение поврежденного элемента установки элект-риче­ской дугой при к.з. в месте нару­шения изоляции;

Рисунок 4.1.

2) разрушение отдельных элементов электрообору-дования в результате механических деформаций или перегрева под действием значительных токов к. з.;

3) нарушение нормального режима работы потреби-

телей элек­троэнергии в результате сильного понижения напряжения, сопро­вождающего к. з.;

4) выпадение из синхронизма параллельно работающих генераторов, часто приводящее к нарушению нормальной работы элек­трической установки или системы.

4.2. Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов к.з. требуется для правильного разрешения ряда практических вопросов, возникающих при проек­тировании и эксплуатации электрических систем, таких как:

1) проверка электрической аппаратуры и токоведущих элементов по условиям их работы при к.з.;

2) проектирование и анализ работы релейной защиты;

3) расчет заземляющих устройств;

4) выбор средств ограничения токов к.з.

На I этапе расчета токов к. з. на основе однолинейной рас­-

четной схемы (на которой указывают основные параметры: номинальные мощности (токи), номинальные на­пряжения, величины сопротивлений и др.) составляется эквивалентная схема замещения сети (где все элементы связаны между собой электрически), пример которой представлен на рисунке 4.2.

На II этапе расчет токов к. з. ведется:

1. для оценки чувствительности защит электрических сетей – по минимальным токам к.з. в самой удаленной точке электрической сети;

2. для проверки оборудования на термическую стойкость– по максимальным токам к.з. в месте установки оборудования.

Рисунок 4.2.

Токоведущие элементы электрических установок и сетей под влиянием токов к.з., превышающих во много раз рабочие токи, быстро нагреваются. Зависимость температуры нагрева проводника при к.з. от его материала представлена на рис. 4.3.

3. для проверки оборудования на электродинамическую стойкость – по максимальным токам к.з. в месте установки оборудования.

Механические усилия, возникающие между токоведущими

частями аппаратов и элементов распределительных устройств

сетей, достигают при протекании токов к.з. весьма больших

Рисунок 4.3.

значений. Наиболее опасным является начальный момент к.з., когда возникшие механические усилия определяются ударным током к.з., или его амплитудным значением:

, (4.1)

где – ударный коэффициент, –

постоянная времени, с.

Трехфазный ток к.з.:

, (4.2)

где U_б =1,05U_ном – базисное напряжение, В; – полное сопротивление схемы замещения ЛЭП от центра питания до точки к.з., Ом; – суммарное значение активного сопротивления схемы замещения ЛЭП от центра питания до точки к.з., Ом; – суммарное значение реактивного сопротивления схемы замещения ЛЭП от центра питания до точки к.з., Ом; – реактивное сопротивление сети, Ом; S_к.з.ш. – мощность короткого замыкания на шинах центра питания, МВА.

Двухфазный ток к.з.:

. (4.3)

Однофазный ток к.з. в сети 0,38 кВ:

, (4.4)

где Z_ф-0 – сопротивление короткозамкнутой петли фаза – ноль, Ом; z_Т⁽¹⁾ – сопротивление трансформатора при однофазном коротком замыкании, Ом.

Однофазный ток к.з. в высоковольтной сети:

, (4.5)

где , , – сопротивления соответственно прямой, нулевой и обратной последовательностей, Ом.