6 Короткие замыкания в системах электроснабжения. Выбор аппаратов и токоведущих частей
Общая характеристика процесса к.З.
Коротким замыканием (к.з.) называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек ЭУ между собой или землей, при котором токи в ветвях ЭУ резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима.
В системе трехфазного переменного тока могут быть следующие виды к.з. (рис.6.1).
а)трехфазные к.з.;
б)двухфазные к.з.;
в)однофазные к.з.;
г)двойные к.з. на землю.
Причинами к.з. могут быть: повреждения изоляции отдельных частей ЭУ; неправильные действия дежурного персонала; перекрытия токоведущих частей ЭУ.
Последствиями к.з. являются: резкое увеличение токов в короткозамкнутой цепи, приводящее к значительным механическим воздействиям на токоведущие части и изоляторы, обмотки электрических машин и повышенному нагреву токоведущих частей и изоляции; снижение напряжения в отдельных точках сети; возникновение дуги в месте к.з., приводящей к повреждению ЭУ.
Рассмотрим
особенности протекания токов к.з. При
трехфазном к.з. в цепи с активным
и
индуктивным
сопротивлениями происходит переходный
процесс, характеризуемый наличием двух
составляющих тока к.з.: периодической
и апериодической.
На
рисунке 6.2 приведены кривые изменения
тока к.з. и его составляющих для системы
неограниченной мощности (
).
При рассмотрении явлений, вызванных
к.з., приняты следующие обозначения
токов:
-
мгновенное значение тока нагрузки в
момент к.з.;
-
периодическая составляющая тока к.з.,
которая изменяется по гармонической
кривой в соответствии с синусоидной
ЭДС генератора.
,
,
- соответственно максимальное, мгновенное
и действующее значения периодической
составляющей тока к.з.;
-
начальное действующее значение
периодической составляющей тока к.з.
(сверхпереходный ток к.з.).
В
цепи, содержащей индуктивность, изменение
тока вызывает изменение магнитного
потока, который наводит в этой цепи ЭДС
самоиндукции. Под действием последней
в цепи устанавливается апериодический
ток
обратного направления, который в
начальный момент (t=0) равен разности
Благодаря инерции магнитного потока не происходит мгновенного изменения тока в начальный момент возникновения к.з. от до из-за апериодической составляющей.
Апериодическая составляющая определяется характером затухания тока к.з., определяемым постоянной времени затухания апериодической составляющей
.
В
цепи напряжением выше 1000 В
мало и время затухания
составляет 0,15-0,2 с.
затухает по экспоненциальному закону
где
-
соответственно максимальное и мгновенное
значения апериодической составляющей
тока к.з.
Действующее
значение полного тока к.з. для произвольного
момента времени t
определяется соответствующими
составляющими – периодической
и апериодической
.
Через
пол-периода (0,01с) после возникновения
к.з. ток достигает максимального
мгновенного значения, называемого
ударным током к.з.
.
через t=0,01с после возникновения к.з.
В
момент t=0
,
тогда
.
Обозначив величину
,
получим
.
Ударный
коэффициент
учитывает удаленность места к.з. от
генератора, (т.е. соотношение между
и
),
через
.Так
для линий выше 1 кВ постоянная времени
Та=0,05с,
а
=1,8.
После
окончания переходного процесса
в цепи будет установившийся режим,
характеризуемый величиной действующего
значения установившегося тока к.з.
.
Если
ЭДС источника неизменна (Sc=
),
то и периодическая составляющая тока
будет неизменна
Наибольшее действующее значение полного тока к.з. в течении первого периода к.з.
Так как для t=0,01 с
то
заменяя
на
получим
[1,с.224-227; 2,с.353-359]