Лекция 2

Тема: Токи короткого замыкания. Причины возникновения и последствия коротких замыканий. Назначение расчетов коротких замыканий и общие сведения о расчетных условиях

 

Цель лекции:Изучить теоретическую часть темы

 

Наиболее опасны в электроустановках режимы коротких замыканий. Замыкание - всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановок между собой или с землей.

Короткое замыкание — замыкание, при котором токи в ветвях электроустановки, примыкающих к месту его возникновения, резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного режима. В месте замыкания электроустановки возникает электрическая дуга, через переходное сопротивление которой протекает ток короткого замыкания.

Короткие замыкания бывают между фазами, между фазой и нулевым проводом. Замыкание фазного провода на корпус создает металлическое замыкание.

При коротком замыкании в поврежденной фазе многократно увеличивается ток, превышающий рабочий. Увеличение тока приводит к увеличению потерь энергии в проводниках и контактах, вызывает повышенный нагрев. Это может привести к тепловому пробою изоляции, возгоранию, свариванию контактов, нарушению механической целостности проводящих элементов. Кроме теплового воздействия на электрические элементы, токи замыкания создают значительные механические нагрузки. При взаимодействии магнитных потоков поврежденных фаз развиваются электродинамические нагрузки. Они и приводят к изгибам шин, механическому разрушению твердой изоляции и токоведущих частей при недостаточной их прочности.

С момента возникновения короткого замыкания до его прекращения короткого замыкания цепи, протекает переходной процесс. Характеризуемый наличием двух составляющих токов короткого замыкания периодического и апериодического.

Рис.2.1. Кривые изменения тока при КЗ

На рис 2.1. приведены кривые изменения тока к.з. системы ограниченной мощности . Действующее значение полного тока к.з. для произвольного момента времени определяется соответствующими составляющими периодической (I _пt) и апериодической(I _at).

Периодическое составляющие токи изменяется по гармонической кривой, соответствии синусоидальной ЭДС генератора.

Апериодическая определяется характеристикам затухания тока к.з. зависящего от активного сопротивления цепи и обмоток статора генератора. Здесь, а также в дальнейшем при рассмотрений явлении вызванных к.замыканием принято следующее обозначения:

- мгновенное значение тока нагрузки в момент к.з.

- мгновенное значение ударного тока к.з. через пол периода (0,01с) после возникновения к.з. по величине ударного тока проверяются электрические аппараты шины и изоляторы на динамическую устойчивость. Максимальное мгновенное значение полного тока наступает обычно через 0,01 с после начала процесса КЗ (рис.2.1).

-соответственно максимальное и мгновенное значение периодической слагающей тока к.з.

- максимальное и мгновенное значение апериодической слагающей тока к.з.

- действующее значение установившиеся тока к.з. По величине проверяют электрические аппараты на термическую устойчивость.

Электрических установках могут возникать различные виды короткого замыкания сопровождаться резким увеличением тока, поэтому электрооборудования устанавливаемые в системах электроснабжения должно быть устойчивым коротким замыканием и выбираться с учетом величин этих токов.

Различают следующие виды коротких замыканий:

1. Трехфазные или симметричные – где 3 фазы соединяется между собой;

2. Двухфазные к.з. – где 2 фазы соединяется между собой без соединений землей.

3. Двойное замыкание на землю – где фазы соединяется между собой землей.

4. Однофазные – где одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю.

 

По характеру переходного процесса все КЗ делятся на

1. КЗ в цепи питающейся от шин неизменного напряжения;

2. КЗ вблизи генератора ограниченной мощности.

 

Шины неизменного напряжения – это источник питания напряжение, на зажимах которого практически остается неизменным при любых изменениях тока в подключаемой к нему цепи. Такой источник питания называют системой неограниченной или бесконечной мощности. В действительности мощность энергосистемы или источника питания имеет конечное значение, и многие элементы цепи имеют значительное сопротивление по сравнению с собственным сопротивлением источника питания (ИП). В практических расчетах сопротивлением энергосистемы пренебрегают, если оно не превышает по величине (5-10)% результирующего сопротивления цепи КЗ.

КЗ вблизи генератора - это КЗ на выводах генератора или на таком удалении от него, что сопротивление цепи КЗ соизмеримо с сопротивлением генератора. Изменение параметров генератора существенно повлияет на переходной процесс и сопротивлением генератора нельзя пренебрегать. По виду короткие замыкания бывают – трехфазные, двухфазные, двухфазные на землю, однофазные на землю.Из них трехфазные КЗ относят к симметричным, которые возникают при замыкании трех фаз между собой. Все фазы электроустановки находятся в одинаковых условиях, по отношению к другим. Остальные КЗ относятся к несимметричным. Все фазы такой электроустановки находятся в разных условиях. Условные обозначения видов КЗ приведены на рисунке 2.2.

 

а) б)

в) г)

Рисунок2.2 – Виды коротких замыканий:

а) трехфазное, б) двухфазное на землю, в) двухфазное, д) однофазное

Процесс протекания короткого замыкания слагается из двух режимов:

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.

Знать токи короткого замыкания необходимо:

1. для выбора электрооборудования;

2. для проектирования релейной защиты;

3. выбора средств ограничения токов КЗ.

Как правило, в точке КЗ возникает электродуга, которая образует переходное сопротивление. В результате этого, результирующий ток в некоторые моменты времени может превосходить амплитуду установившегося тока. Через время (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).

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. Защита от токов короткого замыкания производится плавкими предохранителями и максимально-токовой защитой.