ВВЕДЕНИЕ

Для электроустановок характерны четыре режима работы: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный, причём аварийный режим является кратковременным режимом, а остальные - продолжительными режимами. При проектировании СЭС учитываются не только нормальные, продолжительные режимы работы ЭУ, но и аварийные режимы их. Одним из аварийных режимов является короткое замыкание. Коротким замыканием называют всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землёй, при этом токи в аппаратах и проводниках, примыкающих к месту электрического соединения (точке КЗ), резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток продолжительного (нормального) режима.

В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или, напротив, могут отражаться на всей системе. Кроме теплового действия, токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начальной стадии процесса КЗ, когда ток достигает максимума. При недостаточной прочности проводников и их креплений они могут быть разрушены при КЗ. Глубокое снижение напряжения и резкое искажение его симметрии, которые возникают при КЗ, вредно отражаются на работе потребителей.

Так уже при понижении напряжения на 30-40% в течение 1сек и более, достаточно загруженные двигатели промышленного предприятия могут остановиться. Оставаясь включенными в сеть, остановившиеся двигатели могут вызвать дальнейшее снижение напряжения в сети, т.е. полное нарушение нормального электроснабжения не только данного предприятия, но и за его пределами (ряд же производств вообще не допускает никаких, даже кратковременных, перерывов в подаче энергии). Наконец, при задержке отключения КЗ сверх допустимой продолжительности может произойти нарушение устойчивости электрической системы, что является в сущности одним из наиболее опасных последствий КЗ, так как оно отражается на работе всей системы.

К основным причинам возникновения коротких замыканий следует отнести:

· нарушение изоляции электрического оборудования, которые вызываются старением изоляционных материалов;

· недостаточно тщательный уход за оборудованием;

· механические повреждения изоляции (например, повреждение кабеля при выполнении земляных работ);

· ошибочные действия обслуживающего персонала с высоковольтными выключателями и разъединителями;

· перекрытие голых токоведущих частей животными и птицами.

Наряду с КЗ случайного характера в системе имеют место также преднамеренные КЗ, вызываемые действием установленных короткозамыкателей понижающих подстанций; последние создают преднамеренные КЗ с целью быстрых отключений ранее возникших повреждений.

Расчёт токов короткого замыкания необходим для выбора аппаратов и проводников, их проверки по условиям термической и электродинамической стойкости при КЗ, для определения параметров срабатывания, проверки чувствительности и согласования действия устройств релейной защиты электроустановок. В результате расчета токов короткого замыкания определяются токи, протекающих по участкам сети и остаточные напряжения в момент короткого замыкания в расчетных точках. Выбор расчётных точек производится на основе анализа схемы электроснабжения с целью нахождения наиболее неблагоприятных условий повреждений, определяющих выбор аппаратов и проводников. Учитывая дискретный характер изменения параметров электрооборудования, расчёт токов КЗ для его проверки производится приближённым практическим методом, с принятием ряда допущений, при этом погрешность расчётов токов КЗ не должна превышать 5%.

При выполнении расчётов токов КЗ практическим методом, как правило принимаются нижеследующие допущения:

1) не учитывается сдвиг по фазе ЭДС генераторов и изменение частоты вращения роторов синхронных машин;

2) считается, что все источники, участвующие в питании рассматриваемой точки, работают с номинальной нагрузкой;

3) считается, что все синхронные машины имеют автоматические регуляторы напряжения и устройства быстродействующей форсировки возбуждения;

4) считается, что короткое замыкание наступает в такой момент времени, при котором ток КЗ имеет наибольшее значение (основное допущение);

5) расчетное напряжение каждой ступени принимают на 5 % выше номинального напряжения сети (515; 340; 230; 154; 115; 37; 24; 18; 15,75; 13,8; 10,5; 6,3; 3,15; 0,69; 0,525; 0,4; 0,23; 0,133 кВ -- приведены все встречающиеся значения напряжения, хотя некоторые отсутствуют в ГОСТ или не рекомендованы).

6) учитывают влияние на токи КЗ, присоединенных к данной сети синхронных компенсаторов, синхронных и асинхронных электродвигателей. Влияние асинхронных электродвигателей на токи КЗ не учитывают при единичной мощности электродвигателей до 100 кВт, если электродвигатели отделены от места КЗ одной ступенью трансформации, а также при любой мощности, если они отделены от места КЗ двумя или более ступенями трансформации, или если ток от них может поступать к месту КЗ только через те элементы, через которые проходит основной ток КЗ от сети и которые имеют существенное сопротивление (линии, трансформаторы и т.д.).

7) не учитывается ток намагничивания трансформаторов;

8) не учитывается насыщение магнитных систем генераторов, трансформаторов, электродвигателей;

9) пренебрегают ёмкостной проводимостью воздушных и кабельных линий; различием значений сверхпереходных сопротивлений по продольной и поперечной осям СМ;

10) не учитывается возможная несимметрия трёхфазной системы;

11) не учитывается подпитка места КЗ со стороны электродвигателей напряжением до 1кВ при расчёте токов КЗ в сети напряжением выше 1кВ.

12) для электроустановок напряжением выше 1 кВ учитывают индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, токопроводов. Активное сопротивление следует учитывать только для воздушных линий с проводами малых плошадей сечений и стальными проводами, а также для протяженных кабельных сетей малых сечений с большим активным сопротивлением.

В трёхфазных системах с заземлённой нейтралью различают следующие основные виды КЗ в одной точке (в скобках условное обозначение КЗ и многолетняя аварийная статистика по отечественным и зарубежным системам при глухозаземлённой нейтрали):

1) трёхфазное (обозначение: К⁽³⁾, относительная вероятность 5%);

2) двухфазное (обозначение: К⁽²⁾, вероятность 10%);

3)однофазное на землю (обозначение: К⁽¹⁾, вероятность 65%), (в системах с глухозаземлённой нейтралью);

4)двухфазное на землю, т.е. замыкание между двумя фазами с одновременным замыканием той же точки на землю (К^(1,1), вероятность 20%).

Трёхфазное КЗ является симметричным, т.к. при нём все фазы остаются в одинаковых условиях. Напротив, все другие КЗ являются несимметричными.

Ток КЗ представляется суммой периодической и апериодической слагающих. В большинстве случаев принимается, что периодическая составляющая тока КЗ (i_пt) от источника не изменяется во времени, а апериодическая составляющая (i_аt) всегда затухает по экспоненте с постоянной времени Та.