ТРЕХФАЗНОЕ КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Частыми причинами нарушения нормального режима работы системы электроснабжения являются возникновение коротких замыканий (КЗ) в сети или в элементах электрооборудования вследствие повреждения изоляции, неправильных действий обслуживающего персонала, перекрытия токоведущих частей из-за несоблюдения ПУЭ. При возникновении КЗ происходит многократное увеличение токов в токоведущих частях по сравнению с их значением в нормальном режиме, что приводит к разрушению элементов электрооборудования из-за действия больших электродинамических сил, перегреву токоведущих частей и кабелей, прекращению питания потребителей, снижению напряжения в системе электроснабжения, особенно вблизи места КЗ.

Для предотвращения коротких замыканий и уменьшения их последствий следует устранять причины, вызывающие КЗ, уменьшать время срабатывания защит, действующих при коротких замыканиях, применять быстродействующие выключатели, правильно определять величины токов КЗ и по ним выбирать необходимые аппараты, защиты и средства для ограничения токов КЗ.

При проектировании систем электроснабжения определяют максимально возможные и минимальные токи КЗ. Максимальные токи КЗ рассчитывают для проверки токоведущих частей аппаратов на термическую и динамическую стойкость, для выбора устройств по ограничению токов КЗ или времени их действия, выбора аппаратов по коммутационной способности. Минимальные значения токов КЗ необходимы для оценки чувствительности релейных защит.

В трехфазной сети возможны следующие виды КЗ:

- трехфазное короткое замыкание – короткое замыкание между тремя фазами; К(3)

- двухфазное короткое замыкание – короткое замыкание между двумя фазами; К(2)

- однофазное короткое замыкание – короткое замыкание на землю в системах с глухо- или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяется только одна фаза; К(1)

- двойное короткое замыкание на землю – совокупность двух однофазных коротких замыканий на землю в различных, но электрически связанных частях электроустановки. К(1.1)

Трехфазные КЗ являются симметричными, так как в этом случае все фазы находятся в одинаковых условиях, и значения токов и напряжений симметричны.

Все остальные виды КЗ несимметричны, поскольку при каждом из них фазы находятся не в одинаковых условиях, и значения токов и напряжений в той или иной мере искажаются.

Наиболее распространенным видом КЗ являются однофазные КЗ, реже возникают двойные замыкания на землю, т.е. одновременное замыкание на землю двух разных фаз в различных точках сети с изолированной нейтралью.

Значения токов КЗ получаются максимальными при трехфазных КЗ, и поэтому трехфазные КЗ являются расчетным видом КЗ для выбора и проверки параметров электрооборудования. Кроме того, расчетное место КЗ выбирают так, чтобы ток, проходящий через выбираемый или проверяемый аппарат, был максимально возможным:

- точка КЗ выбирается непосредственно за аппаратом со стороны питания;

- все источники питания и высоковольтные двигатели считаются включенными.

Расчетным для минимально возможного тока КЗ является однофазное или двухфазное КЗ в конце участка сети при минимально возможном числе источников питания.

Перед составителями стояла задача помочь дипломникам в расчетах токов при коротких замыканиях в сетях напряжением выше 1кВ промышленных предприятий, имеющих небольшую длину и несложную конфигурацию, в расчетах максимальных токов КЗ, необходимых для выбора и проверки электрооборудования и токоведущих элементов сети. Поэтому рассмотрены лишь трехфазные КЗ с учетом основных факторов, влияющих на величину токов КЗ.

При необходимости рассчитать токи при несимметричных коротких замыканиях в сетях напряжением выше 1кВ нужно использовать специальную литературу, например [1].

ТРЕХФАЗНОЕ КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ

Поскольку это замыкание является симметричным, то целесообразно рассмотреть сущность процесса КЗ для одной фазы.

На рисунке 1 приведены для системы неограниченной мощности () кривые изменения напряжения сети и тока нагрузки в точке КЗ в нормальном режиме, режиме предшествующем короткому замыканию, кривые изменения тока в точке КЗ в переходном процессе во время короткого замыкания и в установившемся режиме короткого замыкания.

Рисунок 1 – Кривые изменения тока короткого замыкания при питании точки КЗ от системы неограниченной мощности

Изображено:

– кривые изменения соответственно напряжения сети и тока нагрузки в точке КЗ в нормальном режиме;

– мгновенное значение тока нагрузки в точке КЗ в момент возникновения КЗ;

– мгновенное значение ударного тока КЗ через полпериода после возникновения короткого замыкания;

– кривые изменения соответственно периодической и апериодической составляющих тока КЗ и результирующего тока КЗ;

– амплитуды соответственно периодической и апериодической составляющих тока КЗ;

– значение апериодической составляющей тока КЗ в начальный момент КЗ;

– кривая изменения установившегося тока КЗ.

При коротком замыкании существенно снижаются сопротивления цепи питания до точки КЗ, и, как следствие, возрастают токи установившегося режима короткого замыкания. Эти токи считаются периодическими составляющими токов КЗ (кривая на рисунке 1). Но в момент возникновения короткого замыкания в цепи переменного тока, содержащей индуктивные элементы, возникает электромагнитный переходной процесс, который приводит к еще большему увеличению амплитуд токов КЗ, что можно объяснить следующим.

Всякое изменение тока в цепи переменного тока, содержащей индуктивность, вызывает изменение магнитного потока, который наводит в этой цепи ЭДС самоиндукции. Под действием последней в цепи устанавливается апериодический ток обратного направления (кривая на рисунке 1), модуль начального значения которого равен разности мгновенных значений периодической составляющей тока в начальный момент короткого замыкания и тока нагрузки в точке КЗ в момент, предшествующий КЗ.

Мгновенное значение тока КЗ во время переходного процесса

.

На рисунке 1 рассматривается возможный при коротком замыкании случай, когда мгновенное значение периодической составляющей в начальный момент возникновения КЗ равно амплитуде этой составляющей, что имеет место, если:

- напряжение сети к моменту возникновения КЗ проходит через нуль;

- активная составляющая сопротивления цепи короткого замыкания значительно меньше индуктивной составляющей этого сопротивления.

Тогда модуль начального значения апериодической составляющей

. (1)

Апериодическая составляющая тока КЗ затухает по экспоненциальному закону

,

где – постоянная времени затухания апериодической составляющей

или с учетом соотношений и для частоты

,

где – суммарная индуктивность цепи короткого замыкания;

– суммарные активное и индуктивное сопротивления сети от источника до места КЗ.

Мгновенное значение ударного тока КЗ (по рисунку 1)

.

Так как , то из выражения 1 и [1] наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока КЗ следует принимать равным амплитуде периодической составляющей тока в начальный момент КЗ, т.е.

.

Поэтому

.

Коэффициент увеличения ударного тока по отношению к через время (полпериода) от момента возникновения короткого замыкания называется ударным коэффициентом

;

.

Рассмотренный случай характеризуется наибольшим из возможных мгновенных значений ударного тока и поэтому лежит в основе расчетов тока КЗ.

Для вычисления токов КЗ в удаленных от генераторов точках ударный коэффициент можно определять по кривой зависимости от отношения сопротивлений в цепи КЗ , представленной на рисунке 2. Именно такими точками являются точки коротких замыканий в СЭС промышленных предприятий, не имеющих собственных электростанций.

Рисунок 2 – Зависимость ударного коэффициента от отношения сопротивлений в цепи КЗ

В системах неограниченной мощности , и ударный коэффициент, а следовательно, ударный ток зависят от удаления точки КЗ от источника:

- при КЗ на выводах генератора ;

- при КЗ в какой-либо точке сети (без учета активного сопротивления элементов сети) ;

- при КЗ на стороне НН трансформаторов мощностью .

Поиск по сайту: