Виды, причины и последствия коротких замыканий
Короткое замыкание – это не предусмотренное конструкцией устройства электрическое соединение двух точек электрической цепи, которые имеют разные потенциалы.
Основными причинами короткого замыкания являются: нарушение работы электрооборудования, оголенные контакты, изношенный изоляционный материал, перегрузка электросети, нарушение целостности проводов и кабеля и т.п. Короткое замыкание может возникать, как электрических сетях, так и электрических машинах. Для электрических сетей характерны следующие виды короткого замыкания: однофазное, двухфазное, трехфазное, а также двухфазное на землю. для электрических машин характерны межвитковое короткое замыкание (замыкание витков статора или ротора либо витков обмоток трансформатора).
При коротком замыкании многократно и резко увеличивается сила тока, что становится причиной большого выделения тепла и расплавления электрических проводов, способствующее возгоранию и распространению пожара. Для предотвращения короткого замыкания проводят установку токоограничивающих реакторов, отключающего оборудования, понижающих трансформаторов и устройств релейной защиты.
Методы и особенности расчета токов короткого замыкания
Расчет токов короткого замыкания проводится с целью подбора аппаратуры и проверки электрической установки термическую и электродинамическую устойчивость, а также проверки защитных устройств на чувствительность срабатывания. Как правило, расчетным видом короткого замыкания является трехфазное. Процесс расчета токов короткого замыкания с учетом действительных режимов работы и характеристик элементов систем электроснабжения сложен, поэтому при его осуществлении принимаются следующие допущения, не дающие значительных погрешностей:
- Токи намагничивания трансформаторов не учитываются.
- Трехфазная сеть принимается симметричной.
- Насыщение магнитных систем не учитываются (позволяет считать, что индуктивные сопротивления не зависят от электрического тока).
- Емкости не учитываются.
В зависимости от назначения расчета токов короткого замыкания выбирается расчетная схема сети, местоположение точек короткого замыкания, определяется вид короткого замыкания, сопротивления схем замещения. При расчете токов короткого замыкания используются два основных метода:
- Метод относительных единиц, при котором параметры рассчитываемой электрической схемы выражаются процентах или долях от величины, которая была принята, как базисная.
- Метод именованных единиц, при котором характеристики и параметры рассчитываемой схемы выражаются именованных единицах (амперы, омы, вольтах и т.п.).
Метод относительных единиц используется при расчете токов короткого замыкания в электрических сетях, в которых имеются несколько ступеней трансформации. В том случае, когда расчет производится именованных единицах, то определение токов короткого замыкания заключается в приведении электрических величин к напряжению ступени, на которой возникло короткое замыкание. При использовании метода относительных единиц все величины должны сравниваться с базисными.
В качестве базисного напряжения принимается среднее напряжение ступени, на которой произошло короткое замыкание, а сопротивления ее составляющих приводятся к базисным в соответствии со специальной таблицей.
Пример расчета токов короткого замыкания трансформатора
Сначала рассчитывается активное сопротивление понижающего трансформатора:
Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Где: Рк - потери короткого замыкания трансформатора; Uнн - номинальное напряжения обмоток трансформатора; Sm - минимальлная мощность трансформатора.
Индуктивное сопротивление трансформатора рассчитывается по следующей формуле:
Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где Uкз - напряжение короткого замыкания рассчитываемого трансформатора.
Формула для расчета активного сопротивления линии питания выглядит следующим образом:
$Rk = Rуд.к * (I / Nk)$
Где: Rуд.к - удельное активное сопротивление кабеля; I - сила тока; Nk - число кабельных линий.
Индуктивное сопротивление питающей линии:
$Xk = Xуд.к * (I / Nk)$
где, Худ.к - удельное индуктивное сопротивление кабеля.
Теперь можно рассчитать полное активное сопротивление:
$R = Rт + Rk$
А формула полного индуктивного сопротивления будет выглядеть следующим образом:
$Х = Хт + Хк$
Отсюда полное сопротивление рассчитывается следующим образом
Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Электрический ток трехфазного короткого замыкания рассчитывается по следующей формуле:
Рисунок 4. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, Ел - емкость линии
После этого рассчитывается ударный ток короткого замыкания:
Рисунок 5. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, Куд - ударный коэффициент
Ударный коэффициент тока короткого замыкания – это отношение ударного тока короткого замыкания к амплитуде периодической части короткого замыкания рабочей частоты в начальный момент времени.
Электрический ток короткого замыкания определяется по формуле:
Рисунок 6. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Где: Eф - фазное напряжение обмоток трансформатора; Znm - полное сопротивление петли фаза-ноль от трансформатора до точки короткого замыкания.
Последовательность и способ расчета токов короткого замыкания могут отличаться для разных объектов расчета. Это зависит от условий эксплуатации объекта, поставленной задачи, а также имеющихся исходных данных.
