В электрических сетях периодически возникают различные аварийные ситуации. Среди них, наибольшую опасность представляет ток короткого замыкания, формула которого используется при расчетах и проектировании. Последствия аварийного режима достаточно серьезные – выходят из строя сами сети, а также подключенные приборы и оборудование. Все это причиняет большой материальный ущерб. Проводимые расчеты, в том числе и на ударный ток КЗ требуются, в первую очередь, для того, чтобы обеспечить надежную защиту на электрифицированном объекте.
Расчет токов короткого замыкания
Для выполнения подобного расчета тока привлекаются квалифицированные специалисты. Они не только разрабатывают теоретическую сторону, но и отвечают за последующую эксплуатацию представленных схем. Здесь слишком много специфических особенностей, поэтому начинающие электрики должны хорошо представлять себе не только саму природу электричества, но и свойства проводников, диэлектриков, особенности изоляции и другие важные вопросы.
Результаты рассчитанные в домашних условиях, должны обязательно проверяться специалистами. Все расчеты, касающиеся короткого замыкания, выполняются с использованием специальных формул.
Трёхфазное короткое замыкание в электрических сетях до 1000В определяется с учетом следующих особенностей:
- Трехфазная система по умолчанию является симметричной.
- Трансформаторное питание считается неизменным, сравнимым с его номиналом.
- Возникновение короткого замыкания считается в момент максимального значения силы тока.
- Значение ЭДС принимается для источников питания, расположенных на большом расстоянии от места КЗ.
Кроме того, определяя параметры короткого замыкания, следует правильно вычислить общее сопротивление проводников, с привязкой к единому значению мощности. Обычные формулы могут привести к ошибкам из-за разных номинальных напряжений на отдельных участках в момент КЗ. Базовая мощность существенно упрощает расчеты и повышает их точность.
Что такое межфазное короткое замыкание и как защититься от него?
Не будет сильным преувеличением утверждение о том, что такой нештатный режим работы электросети, как короткое замыкание известен даже тем, кто не изучал основы электротехники. Сегодня мы предлагаем рассмотреть частный случай этого явления – межфазное замыкание. Из материалов нашей статьи Вы узнаете, особенности данного вида КЗ и вызванные им последствия. В завершении мы рассмотрим способы защиты электросети от различных видов замыканий.
Что такое межфазное замыкание?
Это аварийный режим работы электросети, вызванный электроконтактом разноименных фаз. В качестве примера приведем типовые виды замыканий.
Виды коротких замыканий
Обозначения:
- Трехфазные КЗ.
- Замыкание двух фазных проводов.
- КЗ на землю при двухфазном замыкании.
- Фазное (однофазное) КЗ. Замыкание может происходить с землей или нулевым проводом в системах с изолированной или заземленной нейтралью.
Как видно из рисунка, под определение межфазного замыкание подходит пункт 2. Заметим, что при определенных условиях 1 и 3 также можно рассматривать как частный случай межфазного КЗ.
Где возникает и почему?
Теоретически КЗ может образоваться в любой точке сети. Этот процесс носит случайный характер, за исключением тех случаев, когда короткое замыкание вызывается принудительно, при помощи короткозамыкателя для оперативного отключения высоковольтных линий электропередач.
Короткозамыкатель КЗ-110
Непреднамеренное КЗ может возникнуть в следующих местах:
- На изоляторах, как проходных, так и опорных, используемых для токоведущих частей.
- Между фазными обмотками электрических машин и электромагнитных устройств, например, трансформаторов тока, двигателей или генераторов.
- В воздушных и кабельных линиях электропередач.
- В коммутаторах электрических цепей, например, разъединителях, рубильниках, автоматических выключателях и т.д.
- В цепях оборудования или других потребителей электроэнергии.
Причины КЗ могут быть вызваны различными условиями, перечислим наиболее распространенные электрические соединения:
- Металлический контакт межфазных напряжений с минимальным переходным сопротивлением и исключением электрической дуги.
- Дуговые замыкания. Между фазными проводниками протекают сильные токи нагрузки даже при воздушном зазоре.
- Тлеющие КЗ, как правило, возникают в силовых КЛ при разрушении или повреждении изоляции токопроводящих линий. В результате на участке сети между фазными проводниками может образоваться зона с малым сопротивлением, что приводит к перегреву изоляции.
- Пробой силовых полупроводниковых элементов, например, тиристоров.
Ток межфазного КЗ
При любом виде замыкания ток является основной характеристикой аварийного режима работы трехфазной сети. Это необходимо принимать во внимание при разработке электрооборудования, для чего применяется специальная методика, описание которой можно найти на нашем сайте.
Расчет тока КЗ помимо электроустройств также необходим для выбора характеристик аппаратов, производящих защитное (аварийное) отключение, например автоматические выключатели или системы релейной защиты.
Перечислим факторы, от которых зависит ток КЗ:
- Удаление аварийного участка от источника питания. Чем больше расстояние между ними, тем меньшим будет уровень тока КЗ.
- Тип, сечение токоведущих элементов и длина силовых магистралей между аварийным участком и источником электроэнергии. При этом немаловажное влияние оказывают параметры и состояние коммутаторов, расположенных в данной цепи. Перечисленные выше характеристики цепи позволяют рассчитать эквивалентное сопротивление нагрузки, необходимое для определения тока замыкания.
Обратим внимание, что вид электрического соединения при КЗ влияет на величину тока замыкания. Наблюдается следующая зависимость:
- Металлический контакт фазных напряжений образует наибольшую величину тока. Именно поэтому при проектировании электрооборудования производятся расчеты для данного электрического соединения.
- Дуговое КЗ образует меньший ток. Но на практике можно часто наблюдать неустойчивую дугу, то есть, периодически зажигающуюся и затухающую, что приводит к образованию переходных процессов. Они, в свою очередь, могут вызвать превышение расчетных характеристик тока КЗ.
- Тлеющее КЗ образует уровень тока существенно меньше расчетного, что может негативно отразиться срабатывании автоматов защиты. На практике наблюдались случаи, когда данный вид замыкания становился дуговым или образовывал металлический контакт, вызывая срабатывание АВ. Но после включения линии электрическое соединение вновь возвращалось к состоянию тлеющего замыкания, нее распознаваемое АВ. В таких случаях для распознавания аварийного участка необходимо подать на линию повышенное напряжение или провести измерение сопротивления изоляции.
Проверка изоляции с помощью мегаомметра
Последствия
Межфазные КЗ могут не только отразиться на режимах работы электроустройств, ни и стать причиной их выхода из строя. Помимо этого токоведущие элементы подвергаются как термической, так и динамической нагрузке. Последняя характерна для мощных энергосистем, в которых наблюдается притягивание или отталкивание токопроводящих элементов. Это взаимодействие зависит от направления тока.
При аварии высоковольтных цепей динамическая нагрузка может привести к разрушению изоляторов, поддерживающих токопроводные магистрали, что только усугубляет ситуацию.
Изменения тока в процессе короткого замыкания
За период КЗ ток подвергается различным изменениям. В самом начале он увеличивается, далее – затухает до определенного значения, а потом автоматический регулятор возбуждения доводит его до стабильной величины.
Период времени, требуемый для изменения параметров тока короткого замыкания – ТКЗ, получил название переходного процесса. По окончании этого промежутка и до момента, когда КЗ будет отключено, наблюдается стабильный аварийный режим. Величина тока в различные промежутки времени необходима при выборе уставок для защитной аппаратуры, проверке динамической и термической устойчивости электрооборудования.
Короткие замыкания в однофазных сетях
При выполнении расчетов энергосистем однофазного тока допускаются вычисления, производимые в упрощенной форме. Приборы и оборудование в таких сетях не потребляют большого количества электроэнергии, поэтому надежная защита может быть обеспечена обычным автоматическим выключателем, рассчитанным на ток срабатывания 25 ампер.
Ток однофазного короткого замыкания вычисляется в следующем порядке:
- Определение параметров трансформатора или реактора, питающих сеть, в том числе их электродвижущей силы.
- Устанавливаются технические характеристики проводников, используемых в сети.
- Разветвленную электрическую схему необходимо упростить, разбив на отдельные участки.
- Вычисление полного сопротивления между фазой и нулем.
- Определения полных сопротивлений трансформатора или других питающих устройств, если такие данные отсутствуют в технической документации.
- Все полученные значения вставляются в формулу.
Технические характеристики трансформаторов тока ТЗЛК-0,66 и ТЗЛКР-0,66.
| Наименование параметра | Значение параметра |
| Номинальное напряжение, кВ | 0,66 |
| Номинальная частота, Гц | 50 или 60 |
| Односекундный ток термической стойкости вторичной обмотки, А | 140 |
| Испытательное одноминутное напряжение промышленной частоты, кВ | 3 |
Трансформаторы тока нулевой последовательности ТЗЛК-0,66
| Тип реле | Используемая шкала реле, А | Установка тока срабатывания, А | Чувствительность защиты (первичный ток, А), не более | ||
| при работе с одним трансформатором | при последовательном соединении трансформатора | при параллельном соединении двух трансформаторов | |||
| РТ-140/0,2 | 0,1-0,2 | 0,1 | 8,5 | 10,2 | 12,5 |
| РТ3-51 | 0,02-0,1 | 0,03 | 2,5 | 3,2 | 4,8 |
Трансформаторы тока нулевой последовательности ТЗЛКР-0,66.
| Тип реле | Используемая шкала реле, А | Установка тока срабатывания, А | Чувствительность защиты (первичный ток, А), не более | ||
| при работе с одним трансформатором | при последовательном соединении трансформатора | при параллельном соединении двух трансформаторов | |||
| РТ-140/0,2 | 0,1-0,2 | 0,1 | 25 | 30 | 45 |
| РТ3-51 | 0,02-0,1 | 0,03 | 3 | 4 | 4,5 |
Расчет токов КЗ для трехфазных сетей
Для того чтобы определить ток трехфазного короткого замыкания в соответствующих сетях, следует обязательно учитывать специфику возникновения и развития этого процесса. Прежде всего, это индуктивность, возникающая в замкнутом проводнике, из-за чего ток трехфазного КЗ изменяется не мгновенно, а нарастает постепенно в соответствии с определенными законами.
Точность производимых вычислений зависит в первую очередь от расчетов основных величин, вставляемых в формулу. С этой целью используются дополнительные формулы или специальное программное обеспечение, выполняющее сложнейшие вычислительные операции за очень короткое время.
Если же расчеты в трехфазных сетях выполняются ручным способом, в таких случаях нужные результаты про ток КЗ формула, приведенная ниже, позволяет определить с достаточно точными показателями:
- Iкз = Uc/(√3*Хрез) = Uc /(√3*(Хсист + Хвн)), в которой Хвн является сопротивлением между шинами и точкой КЗ, Хсист – это сопротивление во всей системе относительно шин источника напряжения, Uc – напряжение на шинах в данной системе.
Обрыв одного линейного (фазного) провода в трехпроводной трехфазной цепи
Несимметричный режим работы трехпроводной трехфазной цепи
При неравенстве сопротивлений фаз z
A≠
z
B≠
z
Cфазные токи так же будут неравны между собой
I
A≠
I
B≠
I
C.
Напряжения на фазах распределяются прямо пропорционально сопротивлениям фаз (чем больше сопротивление, тем больше падение напряжения на нем).
Точка О может занять любое положение в треугольнике ABC (рис. 3.9),
U
A≠
U
B≠
U
Cт.е. возникает «перекос фаз».
Рис. 3.9. Топографическая векторная диаграмма для режима несимметричной
нагрузки при соединении потребителей в звезду
При обрыве одного линейного провода, например, провода А (рис. 3.10, а), цепь превращается в однофазную, с последовательным соединением приемников. Если Z
B=
Z
C, то
U
B=
U
С= 0,5
U
BC(рис. 3.10, б). Точка О смещается вниз и делит вектор
U
ВСна две равные части. Если измерить напряжение между нейтралью приемника и линейным проводом А, то оно окажется равным 1,5
U
Ф.
Рис. 3.10. Схема (а
) и топографическая векторная диаграмма при обрыве линейного провода (
б
)
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
