Короткие замыкания в электрических сетях

При выборе аппаратуры управления, средств защиты, а также схем соединения и конструкций распределительных устройств учитывают ожидаемые значения токов короткого замыкания (т.к.з.), от которых могут возникнуть механические и тер­мические повреждения в установках.

Коротким замыканием (к.з.) называют всякое не предусмотренное нормальным режимом работы электроустановки за­мыкание между фазами, а в установках с заземленной нулевой точкой (нейт­ралью) - еще и замыкание между фазой и нулевым проводом или землей. В уста­новках с незаземленной нейтралью замы­кание одной фазы на землю не явля­ется коротким замыканием.

В цепях постоянного тока короткие замыкания бывают между полюсами или между полюсом и землей.

На рисунке 5.7 показаны виды коротких замыканий в трехфазной че-тырехпроводной сети напряжением до 1000 В.

Рис. 5.7. Виды коротких замыканий и векторные диаграммы токов и напряжений: а - трехфазное к.з.; б - двухфазное к.з.; в - однофазное к.з.;

R₃ - сопротивление растеканию заземляющего устройства

Короткие замыкания возникают из-за неправильных действий пер­сонала, а также из-за повреждения или естественного износа изоля­ции. Разрушение изоляции (пробой) могут вызвать перенапряжения, возникающие при разрядах молнии в линию или рядом с ней, а также при явлениях резонанса напряжений в электроустановках. Износ изоляции - это естественный процесс, происходящий в результате коле­бания температуры и перегрева при анормальных режимах. На старение изоляции отрицательно влияет также примесь паров химически активных соединений, таких, как аммиак, сернистые соединения, дымы от про­мышленных предприятий, морской воздух и т. д. На воздушных линиях короткие замыкания могут вызвать птицы, животные, а на подстанциях - крысы и другие грызуны и животные.

Токи коротких замыканий могут достигать больших значений и вызывать сильный перегрев генераторов, трансформаторов, двигателей, проводов и т. д. А через 0,01 с после момента короткого замыкания может возникнуть ударный мгновенный ток, который может вызвать значительные динамические усилия на элементах установки и привести к механическому разрушению обмоток трансформаторов, шин, а также изоляторов. И, конечно, при коротких замыканиях нарушается нормаль­ное электроснабжение.

Наиболее часто короткие замыкания происходят на воздушных линиях, а затем в кабельных сетях, реже - на трансформаторных под­станциях и в распределительных устройствах электростанций. При воз­никновении режима короткого замыкания и появлении больших токов короткого замыкания на одном из ответвлений (фидеров) от источника тока (трансформаторной подстанции или электростанции) на шинах источника тока снижается напряжение. Поэтому падает напряжение и у потребителей, подключенных к другим ответвлениям от ис­точника.

Для предотвращения опасных последствий коротких замыканий применяют релейную защиту, устанавливают плавкие предохранители, которые обеспечивают быстрое отключение участка с коротким замы­канием. А для поддержания у рядом находящихся потребителей ста­бильного напряжения на генераторах используют автоматическую регу­лировку возбуждения. Сила тока однофазного короткого замыкания всегда меньше, чем двух- или трехфазного, так как в этом случае цепь короткого замыкания питается фазным напряжением, а сопротив­ление этой цепи больше, так как при замыкании на землю в цепь может быть включено сопротивление растеканию заземляющего уст­ройства (рис. 5.7, в).

Для правильного выбора и настройки защитной аппаратуры необ­ходимо уметь вычислять токи короткого замыкания. При этом следует учитывать, что в момент замыкания ток быстро нарастает и через 0,01 с достигает ударного значения, затем несколько снижается до так называемого установившегося значения, наступающего через 4…5 с. Хорошо отлаженная аппаратура управления должна отключить участок цепи с коротким замыканием не более чем через 0,2...0,3 с от на­чала замыкания. В противном случае могут наступить разрушительные последствия действия токов короткого замыкания. [ 3, 162-164].