В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, сопровождающихся резким увеличением тока. Поэтому электрооборудование, устанавливаемое в системах электро­снабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираться с учетом величин этих токов.

Различают следующие виды коротких замыканий: трехфазное, или симметричное, — три фазы соединяются между собой; двухфазное — две фазы соединяются между собой без соединения с землей; однофаз­ное — одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю; двойное замыкание па землю — две фазы соединяются между собой и с землей.

Основными причинами возникновения таких коротких замыканий в сети могут быть: повреждение изоляции отдельных частей электро­установки; неправильные действия обслуживающего персонала; пере­крытия токоведущих частей установки.

Короткое замыкание в сети может сопровождаться: прекращением питания потребителей, присоединенных к точкам, в которых про­изошло короткое замыкание; нарушением нормальной работы других потребителей, подключенных к неповрежденным участкам сети, вслед­ствие понижения напряжения на этих участках; нарушением нормаль­ного режима работы энергетической системы.

Для предотвращения коротких замыканий и уменьшения их по­следствий необходимо: устранить причины, вызывающие короткие замыкания; уменьшить время действия защиты, действующей при коротких замыканиях; применить быстродействующие выключатели; применить АРВ для быстрого восстановления напряжения генерато­ров; правильно вычислить величины токов короткого замыкания и по ним выбрать необходимую аппаратуру, защиту и средства для огра­ничения токов короткого замыкания.

Причины КЗ:

1. старение изоляции,

2. перенапряжение,

3. прямые удары молнии,

4. механические повреждения,

5. набросы посторонних предметов на токоведущие части,

6. неудовлетворительный уход за электрическим оборудованием,

7. ошибочные действия персонала.

Последствия КЗ:

1) нарушение термической стойкости (нагрев электрического оборудования или термические повреждения);

2) нарушение электродинамической стойкости (т.е. появление больших усилий между токоведущими частями, которое ведет к возникновению механических повреждений и разрушений);

3) снижение напряжения и искажение его симметрии, что отрицательно сказывается на работе потребителей (нарушения технологического цикла, брак продукции и т.д.);

4) наведение при несимметричных КЗ в соседних линиях связи и сигнализации ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и используемой аппаратуры;

5) нарушение устойчивости отдельных элементов и режима СЭС в целом, приводящее к возникновению аварийных ситуаций с отключением большого количества потребителей электроэнергии;

6) возгорание электроустановок.

Вывод: чтобы обеспечить безаварийное электроснабжение всех потребителей – необходимо проектировать и сооружать СЭС с учетом возможных КЗ, а это значит необходимы расчеты переходных процессов. Расчеты переходных процессов предусматривают определение токов и напряжений в короткозамкнутой цепи при заданных (расчетных) условиях для интересующего момента времени или вычисляют их изменение с течением времени в зависимости от поставленной задачи.

7. ТКЗ. Действие (термины, динамические).

Электродинамические и термические действия

Токов короткого замыкания. Ограничение токов

Короткого замыкания

Электродинамические действия токов короткого замыкания. При коротких замыканиях в результате возникновения наибольшего удар­ного тока короткого замыкания в шинах и других конструкциях рас­пределительных устройств возникают электродинамические усилия, которые в свою очередь создают изгибающий момент, а следовательно, механическое напряжение в металле. Последнее должно быть меньше максимально допустимого напряжения для данного металла.

Электродинамические действия ударного тока короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании определяются силой взаи­модействия между проводниками при протекании по ним ударного тока , Наибольшая сила , действующая на шину средней

фазы при условии расположения проводников, (шин) в одной пло­скости:

 (3-72)

где — коэффициент, учитывающий несовпадение мгновенных значений ударного тока в фазах; — длина и расстояние между токоведущими частями, см.

Рассматривая шину как равномерно нагруженную многопролет­ную балку, изгибающий момент (Н-м), создаваемый ударным током,

 (3.73)
                                                                                       -

Тогда наибольшее механическое напряжение в металле при из­гибе (МПа)

 :. (3.74)

где —расстояние между опорными изоляторами, см; —расстоя­ние между осями шин смежных фаз, см; — момент сопротивления, см³.

При расположении шин плашмя (рис. 3.11, а)

 ■ _ (3-75) При расположении шин на ребро (рис. 3.11,6)

 (3.76)

Расчетные величины напряжений в шине должны быть меньше допустимых напряжений

Термические действия токов короткого замыкания. Токоведущие части, в том числе и кабели, при коротких замыканиях могут нагре­ваться до температуры, значительно большей, чем при нормальном ре­жиме. Чтобы токоведущие части бы­ли термически устойчивы к токам короткого замыкания, величина рас­четной температуры должна быть ниже допустимой температуры для данного материала.

За действительное время проте­кания тока короткого замыкания принимают суммарное время дейст­вия защиты и выключающей ап­паратуры

При проверке

токоведущих частей на термическую устойчивость обычно пользуются понятием приве­денного времени , в течение ко­торого установившийся ток коротко­го замыкания выделяет то же ко­личество тепла, что н изменяющийся во времени ток короткого замыкания, за действительное время

Приведенное время определяется составляющими времени периодиче­ской и апериодической составляющих тока короткого замыкания:

 (3-77)

Величину при действительном времени с находят по кривым зависимости (рис. 3.12), где

 (3.78)

При действительном времени г величина  где —приведенное время для

Приведенное время апериодической составляющей

 (3.79)

При действительном времени величина не учитывается.

Токоведущие Части рассчитывают на термическую устойчивость по кривым нагрева различных металлов, представляющих зависимость (рис. 3.13) , где —плотность тока, ;

— приведенное время действия тока короткого замыкания, с.

 Если известны величины то, зная максимально допусти-

мую температуру для данного металла по указанным кривым нагрева находят величину

 (3.80)

откуда определяют сечение проводника .

Если известна также начальная температура нагрева провод­ника до короткого замыкания , то по тем же кривым нагрева для  определяют величину Обозначим через величину, про­порциональную полному количеству тепла, выделяемого в провод­нике после короткого замыкания. Тогда,

 (3.S1)  (3.82)

Сечение кабеля на термическую устойчивость для трехфазного короткого замыкания проверяется по формуле

 (3.83)

где — коэффициент, соответствующий разности вы-

деленного тепла в проводнике после и до короткого замыкания (для кабелей напряжением 6—10 кВ с медными жилами с = 141; с алю- миниевыми жилами ; для алюминиевых шин ; для медных шин ; для стальных шин).

Ограничение токов короткого замыкания. При питании электро­установок промышленных предприятий от мощных энергосистем при­ходится значительно повышать сечение токоведущих частей н габа­риты аппаратов, выбирать их по условиям нормального режима, а также динамической и термической устойчивости. Это увеличивает капитальные затраты и расход цветного металла. Ограничение вели­чины токов короткого замыкания является одним из способов умень­шения стоимости сооружения и эксплуатации электрических устано­вок. Наиболее распространенными способами ограничения токов ко­роткого замыкания являются: а) раздельная работа трансформато- -ров и питающих линий; б) включение в сеть дополнительных сопро­тивлений — реакторов; в) применение трансформаторов с расщеплен­ными обмотками.

Наибольшее применение находит установка реакторов на линиях , потребителей, подключаемых непосредственно на шины электриче­ских станций, а также на районных подстанциях большой мощности, питающих маломощные заводские подстанции.