Содержание материала

Соединение между собой через малые сопротивления отдельных элементов электроустановок, находящихся под напряжением, приводит к процессу, называемому к. з. Основные причины к. з.— нарушение изоляции токоведущих частей вследствие старения или механических повреждений; перекрытие неизолированных проводников птицами или животными; прямые удары молнии в провода ВЛ или открытые распределительные устройства (ОРУ); ошибочные действия обслуживающего персонала.
В системах трехфазного переменного тока возможны несколько видов к. з.: трехфазное, когда все три фазы соединяются между собой; двухфазное, когда две фазы соединяются накоротко; однофазное, когда фаза соединяется с землей. В трехфазных сетях с глухо заземленными нейтралями и в четырехпроводных сетях, например 0,69—0,23 кВ, возможны все три вида к. з. В сетях с изолированной нейтралью бывают трех- и двухфазные к. з., а также замыкания на землю, но с малыми токами. Электрические величины (ток, напряжение, мощность и др.), относящиеся к различным видам к. з., обозначают соответствующими символами с верхними цифровыми индексами в круглых скобках. Например, — ток трехфазного к. з.

Рис. 63. Кривая изменения тока к. з.

Токи короткого замыкания во много раз превышают токи нормального режима, и поэтому при выборе электрооборудования приходится учитывать возможности возникновения к. з. и вред, который могут нанести т. к. з. Наибольшего значения т. к. з. достигают при возникновении к. з. в местах установки источников питания, к которым относятся синхронные машины (генераторы, компенсаторы) и асинхронные двигатели мощностью более 1000 кВ А. Последние учитываются как дополнительные источники питания только при их незначительной удаленности от места к. з.
Рассмотрим процесс к. з. (рис. 63). При нормальном режиме работы электроустановок в цепи протекал ток нагрузки iB. При возникшем к. з. сопротивление электрической цепи резко уменьшилось, что привело к значительному увеличению тока. Увеличение тока происходит не мгновенно, а через некоторый промежуток времени ввиду наличия в цепи не только активного, но и индуктивного сопротивлений (обмотки трансформаторов, электродвигателей).

Процесс к. з. состоит из двух периодов: неустановившегося режима, когда значение величины тока меняется во времени, и установившегося режима, когда под действием АРВ генераторов величина тока остается постоянной. В первый период (переходный процесс) ток состоит из двух составляющих: 1) апериодической 1а, которая возникает в момент к. з. и вскоре затухает до нуля вследствие наличия активного сопротивления в цепи; 2) периодической ίη, которая изменяется по гармонической кривой. Значение этой составляющей в начальный момент времени называется начальным током I". Данную величину используют при выборе токовых уставок и проверке чувствительности релейной защиты. Полный ток к. з. в переходном режиме состоит из суммы токов апериодической и периодической составляющей в любой момент времени. Полный ток достигает наибольшего значения, называемого ударным т. к. з. ty, в течение половины периода, т. е. через 0,01 с с момента возникновения к. з. По величине ударного тока проверяют электрические аппараты, шины и изоляторы на их электродинамическую стойкость. Силовые выключатели по отключаемым ими току и мощности проверяют по т. к. з. Iβι2 через 0,2 с после возникновения, к. з. Для быстродействующих выключателей это время равно 0,1 с. После затухания апериодической составляющей в цепи будет протекать периодический ток, называемый установившимся током к. з. I. По этому току проверяют термическую стойкость электрических аппаратов, шин, проходных изоляторов и кабелей. Его максимальное значение I п max “ I 2.
Расчет т. к. з. производят для определения условий работы электрооборудования и электрических сетей при возникающих к. з. Точный расчет очень сложен, поэтому допускают ряд упрощений. Расчет можно вести в именованных единицах (А, В, Ом)
или в относительных единицах, т. е. в долях или процентах от некоторой принятой, так называемой базисной величины, например базисной мощности S6. Достоинства расчета с помощью базисных величин заключаются в следующем; более простая структура большинства расчетных выражений, лучшая наглядность результатов вычисления, возможность быстрого определения вычисляемых величин с достаточной для практических целей точностью . Данный метод наиболее применим, если суммарное базисное сопротивление от источника питания до места к. з. больше трех единиц. Если место предполагаемого к. з. находится недалеко от источника питания, то пользуются специально построенными кривыми затухания (рис. 64).
Для расчета вычерчивают расчетную схему электроснабжения предприятия и на ее основе составляют схему замещения (рис. 65), на которой намечают расчетные точки (KJ, К2). Расчет сводится к определению суммарного сопротивления цепи до предполагаемых мест к. з. и определению необходимых величин т. к. з. и мощности к. з.


Рис. 64. Кривые затухания периодической составляющей тока к. з. при питании от турбогенератора с АРН

Рис. 65. Схемы для определения сопротивления электрической цели:

а — расчетная; б — замещения

Таблица 28

Для ЛЭП значительной протяженности учитывают активные и реактивные сопротивления цепи, а для генераторов, силовых трансформаторов, реакторов и ЛЭП малой длины — только реактивные сопротивления. Сопротивление ЛЭП дается в абсолютных единицах. Например, для ВЛ напряжением до 1000 В индуктивное сопротивление х0 — 0,3 Ом/км; для ВЛ напряжением выше 1000 В х0 = 0,4 О м/км. Для кабельных ЛЭП (трехжильные кабели) сопротивления приведены в табл. 28.

При к. з. необходимо учитывать два фактора, оказывающих влияние на сохранность отдельных элементов электрической цепи.
1. Протекание тока значительной величины во время к. з. приводит к повышению температуры токопроводящих частей электроустановок. Способность электрических аппаратов и кабелей выдерживать при к. з. повышенную температуру называют термической стойкостью.
При проверке проводников на термическую стойкость величину т. к. з. принимают постоянной, но вместо действительного времени протекания т, к. з. пользуются фиктивным временем ίφ, которое можно определить по кривым, на рис. 66, через отношение периодической составляющей в начальный период возникновения к. з. к установившемуся т. к. з. β" = /"//«. При удаленных к. з. ί$ = При известных фиктивном времени и величине /„ минимально допустимое сечение проводника (мм2)
2. Протекание тока по параллельным проводникам вызывает электродинамические усилия, которые достигают наибольшего значения при ударном т. к. з.
Трехфазный реактор для ограничения тока к.з.
Рис. 67. Трехфазный реактор для ограничения тока к.з.
Способность элементов электрической цепи выдерживать данные усилия называется электродинамической стойкостью. Проверку на электродинамическую стойкость (Н) производят по формуле

Рис 66. Кривые для определения фиктивного времени
где 1  —  расстояние между опорными изоляторами (вдоль проводников), см;
а — расстояние между осями токоведущих проводников смежных фаз, см; iy — ударный ток, кА.
Формула (31) справедлива для расчета элементов средней фазы, в которой возникают наиболее тяжелые условия.
Несмотря на экономически обоснованный выбор элементов электрической цепи, предельно отключаемая мощность силовых выключателей может оказаться меньше мощности к. з. Тогда для ограничения т. к. з. применяют реакторы (рис. 67) РБ из медного и РБА из алюминиевого провода 1, уложенного кольцами. Кольца каждой фазы (А, В, С) скреплены в нескольких местах по окружности бетоном 2 и установлены на изоляторах 3. Получается индуктивная катушка с относительно малым активным сопротивлением. Влагостойкость достигается пропиткой провода асфальтовым лаком с последующей сушкой. Термическая стойкость ограничена величиной -200 °С. Включение в линию — последовательное. Расположение может быть горизонтальным, вертикальным или ступенчатым. При вертикальном расположении реактор средней фазы С подключают с противоположной стороны, чтобы исключить электродинамические усилия, возникающие при к. з.
Реакторы различают по номинальному току, напряжению и номинальному проценту реактивности. Основой выбора реактора является его способность ограничить т. к. з. до предельной отключаемой силовым выключателем величины.