Ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях промышленных предприятий

Обоснование способов ограничения токов короткого замыкания в сэс

Обоснование способов ограничения токов короткого замыкания в системах электроснабжения.Наиболее распространенными и действенными способами ограничения токов КЗ являются: секционирование электрических сетей; установка токоограничивающих реакторов; широкое использование трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения.

секционирования электроустановки с целью ограничения токов КЗ:Когда выключатель QB включен, ток КЗ от генераторов G1 и G2 проходит непосредственно к месту повреждения и ограничен лишь сопротивлением генераторов и трансформаторов соответствующих энергоблоков. Если выключатель QB отключен, в цепь КЗ дополнительно включается сопротивление линий.

Ток КЗ от генераторов G1 и G2 при этом резко снижается по сравнению с предыдущим случаем. Секционирование электрической сети обычно влечет за собой увеличение потерь электроэнергии в линиях электропередачи и трансформаторах в нормальном режиме работы, так как распределение потоков мощности при этом может быть неоптимальным.

В распределительных электрических сетях 10 кВ и ниже широко применяется раздельная работа секций шин, питающихся от различных трансформаторов подстанции.

Основной причиной, определяющей такой режим работы, является требование снижения токов КЗ, хотя и в этом случае отказ от непосредственной параллельной работы трансформаторов имеет свои отрицательные последствия: разные уровни напряжения по секциям, неравномерная загрузка трансформаторов и т. п.

При мощности понижающего трансформатора 25 МВА и выше применяют расщепление обмотки низшего напряжения на две, что позволяет увеличить сопротивление такого трансформатора в режиме КЗ примерно в 2 раза по сравнению с трансформатором без расщепления обмотки.

Реакторы служат для ограничения токов КЗ в мощных электроустановках, а также позволяют поддерживать на шинах определенный уровень напряжения при повреждениях за реакторами. Реактор представляет собой индуктивную катушку, не имеющую сердечника из магнитного материала. Благодаря этому он обладает постоянным индуктивным сопротивлением, не зависящим от протекающего тока. Когда через реактор питается группа линий, его называют групповым. Реактор, включаемый между секциями распределительных устройств, называют секционным реактором. Основным параметром реактора является его индуктивное сопротивление xр = ωL, Ом.

20.Обоснование и выбор схем подстанций в системах электроснабжения.

Схемы подстанций выбираются с учетом общей схемы электроснабжения, т.е. вид схемы сетей (радиальной или магистральной) значительно влияет на вид схем подстанций, входящих в общую систему электроснабжения. Схемы подстанций всех напряжений разрабатываются исходя из следующих основных положений:

применение простейших схем с минимальным числом выключателей;

преимущественного применения одной системы сборных шин на ГПП и РП с разделением ее на секции;

применения, как правило, раздельной работы линий и раздельной работы трансформаторов;

применения блочных схем и бесшинных подстанций глубоких вводов напряжением 11О…220 кВ.

На вводах напряжением 6… 10 кВ распределительных подстанций и на выводах вторичного напряжения ГПП и ПГВ, как правило, следует устанавливать выключатели для автоматического включения резерва.

При секционировании разъединителями шин на напряжении 6… 10 кВ рекомендуется устанавливать два разъединителя последовательно для безопасной работы персонала на отключенной секции, а также на самом секционном разъединителе при работающей другой секции.

На выбор схем оказывает влияние категория потребителей электроэнергии по надежности и степени бесперебойности электроснабжения. Надежность подстанции, как и надежность систем электроснабжения, определяется числом независимых источников питания и схемой подстанции.

Электроприемники 1 категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, которые должны обеспечивать взаимное резервирование.

Электроприемники 2 категории, как правило, снабжаются электроэнергией от двух независимых источников питания

Электроснабжение электроприемников 3 категории может осуществляться от одного источника питания.

Источник: https://cyberpedia.su/14×904.html

Устройства и технологии ограничения токов короткого замыкания в электрической сети

Наши услуги

Новости компании

Все новости

Устройства и технологии ограничения токов короткого замыкания в электрической сети

Устройства предназначены для ограничения уровней токов к.з. и сохранения живучести электроэнергетической системы. В схемах питания мегаполисов эти проблемы особо актуальны в связи с высокой плотностью нагрузки, значением токов к.з., превышающих предельно коммутационные способности существующих выключателей.

Методы ограничения токов короткого замыкания:

  • установка токоограничивающих электрических реакторов;
  • распараллеливание электрических цепей, отключение секционных и шиносоединительных выключателей;
  • использование понижающих трансформаторов с расщеплённой обмоткой низкого напряжения;
  • отключающее оборудование — быстродействующие коммутационные аппараты с функцией ограничения тока короткого замыкания (плавкие предохранители и автоматические выключатели);
  • внедрение устройств релейной защиты.

Устройства ограничения токов к.з. можно разделить на две группы:

  • устройства ограничения уровня токов к.з. на сравнительно небольшую степень;
  • устройства глубокого ограничения токов к.з., обладающие высоким быстродействием и большим сопротивлением в режимах к.з.

К первым устройствам относятся стандартные токоограничивающие реакторы, включаемые в электрическую сеть последовательно, допускающие сравнительно небольшую степень токоограничения*, обладающие сравнительно низкой стоимостью и нашедшие широкое практическое применение. В последнее время большое значение приобретают быстродействующие устройства глубокого токоограничения, обладающие в нормативных режимах малым (в идеале нулевым) сопротивлением, а при к.з. – требуемым.
К этим устройствам относятся устройства глубокого токоограничения на базе силовой электроники (рис. 6), на базе быстродействующих коммутационных элементов взрывного действия (рис.7), на базе использования высокотемпературных сверхпроводников. Устройство на базе силовой электроники состоит из последовательно включённых индуктивности и ёмкости равной величины. В нормальном режиме ключ разомкнут. Падение напряжения равно нулю. При КЗ тиристорный ключ замыкает емкость и индуктивность L ограничивает ток КЗ. Устройство глубокого ограничения токов короткого замыкания, реализованное на основе магнитосвязанного реактора с быстродействующим коммутатором в его вторичной обмотке приведено на рис.7. Специальный трансформатор (магнитосвязный реактор) с коммутационным элементом взрывного типа во вторичной обмотке включается последовательно в сеть и имеет в нормальном режиме малое сопротивление. Автоматическое повышение сопротивления при КЗ. Возможно глубокое токоограничение ударного и установившегося тока КЗ.

Основу токоограничителя составляет быстродействующий коммутационный элемент, состоящий из трех основных элементов:

  • быстродействующее разъединительное устройство;
  • плавкий предохранитель, включенный параллельно;
  • блок логических схем с трансформатором тока.

В нормальном режиме ток протекает через медную шину, расположенную в патроне разъединителя. Ток в предохранителе ~0,1 % от этого тока. При КЗ по сигналу блока логических схем при определенном значении тока пиротехническим составом рвется шина, после чего ток полностью переходит на плавкий предохранитель, что практически исключает коммутационные перенапряжения. Блок логических схем по сигналу РЗА даёт команду на замыкание контактов быстродействующего замыкателя, благодаря чему устройство возвращается в первоначальное состояние. Элемент КЭ состоит из нормально замкнутого (1) и нормально разомкнутого (2) контактов. Количество элементов определяется условиями эксплуатации. За рубежом и в России проводятся многочисленные исследования создания токоограничителей на базе сверхпроводимости, созданы макеты и опытные образцы этих устройств, коммерческое использование которых по различным оценкам возможно на уровне 2015 г.

Параметр СП токоограничителя ПП токоограничителя КЭ токоограничителя
U ном 3,6-154 110 кВ 6-220
I ном кА До 4 4 10
t сраб С* 0,001-0,002 0,005 0,001-0,002
t восст. С* 1-2 0,001 0,001-0,002
Принцип действия Рост сопротивления Включение сопротивления Рост сопротивления
Запуск при КЗ Свойство материала Система управления Система управления
Состояние Создаются макетные и опытные образцы Выпускается фирмой Siemens Создан и испытан опытный образец напряжением 20 кВ. Промышленное производство не освоено.
Читайте также:  Регулирование частоты в энергосистеме

* имеется в виду время действия собственно устройства

Способностью ограничения токов обладают также и вставки постоянного тока, однако их предназначение значительно шире и их использование только для целей токоограничения экономически не выгодно.

Источник: http://www.ntc-power.ru/innovative_projects/devices_and_technology_limitations_of_short_circuit_in_the_electrical_network/

Способы ограничения токов короткого замыкания

В мощных электроустановках и питаемых ими электросетях токи короткого замыкания могут достигать больших величин, что приводит к завышению сечения проводников и утяжелению электрооборудования.

Применение электрооборудования и проводников, рассчитанных на большие токи короткого замыкания, приводит к значительному завышению затрат.

Поэтому в мощных электроустановках применяют искусственные меры ограничения токов короткого замыкания, чем достигается возможность применения более дешевого электрооборудования: более легких типов электроаппаратов, токоведущих частей меньших сечений.

Основные способы ограничения токов короткого замыкания:

– раздельная работа трансформаторов и питающих линий;

– применение трансформаторов с расщепленными обмотками;

– применение реакторов.

Выбор того или иного способа ограничения токов короткого замыкания определяется местными условиями конкретной электроустановки и технико-экономическим сопоставлением вариантов.

Раздельная работа трансформаторов и питающих линий.

Раздельная работа трансформаторов и питающих линий, при Sc=, xc=0, позволяет снизить ток КЗ в 2 раза:

Необходимо отметить, что мощность трансформаторов и пропускная способность каждой линии, с учетом возможной перегрузки, должна быть достаточно для питания полной нагрузки электроустановки. С целью обеспечения бесперебойного питания потребителей на секционном выключателе предусматривается установка автоматического ввода резерва (АВР).

Применение трансформаторов с расщепленными обмотками.

Применение трансформаторов с расщепленными обмотками и раздельной работе обмоток низшего напряжения. Сопротивление обмотки низшего напряжения (хн) в 2 раза больше индуктивности сопротивления двухобмоточного трансформатора без расщепления обмоток. Поэтому, при Sc=, xc=0 и расщеплении обмоток ток КЗ на стороне низшего напряжения можно снизить в 2 раза.

Применение реакторов.

Во всех электроустановках при рассмотрении вопроса ограничения токов КЗ и неудовлетворительных результатах рассмотренных выше способов возникает необходимость включение дополнительных сопротивлений (реакторов).

Реактор характеризуется:

– номинальным током

– номинальным напряжением

– индуктивным сопротивлением

Активное сопротивление реактора незначительно, поэтому при расчетах токов КЗ его не учитывают.

Выбор реакторов.

Все реакторы выбираются по номинальному напряжению, по номинальному току и индуктивному сопротивлению.

Номинальное напряжение выбираем в соответствии с номинальным напряжением установки. При этом предполагается, что реакторы должны длительно выдерживать максимальные рабочие напряжения.

Номинальный ток реактора (ветви сдвоенного реактора) недолжен быть меньше максимального длительного тока нагрузки цепи, в которую он включен:

(8.9)

Для шинных (секционных) реакторов номинальный ток должен соответствовать мощности, передаваемой от секции к секции при нарушении нормального режима.

Обычно принимают:

(8.10)

где Iном.г – номинальный ток генератора.

Индуктивное сопротивление реактора определяют, исходя из условий ограничения тока КЗ до заданного уровня.

В большинстве случаев уровень ограничения тока КЗ определяется по коммутационной способности выключателей, намечаемых к установке или установленных в данной точке сети.

Как правило, первоначально известно начальное значение периодической составляющей тока КЗ Iпо, которое с помощью реактора необходимо уменьшить до требуемого уровня.

Рассмотрим порядок определения сопротивления индивидуального реактора. Требуется ограничить ток КЗ так, чтобы можно было в данной цепи установить выключатель с номинальным током отключения Iном.отк (действующее значение периодической составляющей тока отключения)

По значению Iном.отк определяется значение периодической составляющей тока КЗ, при котором обеспечивается коммутационная способность выключателя. Для упрощения обычно принимают Iпо.треб =Iном.отк

Результирующее сопротивление [Ом] в цепи КЗ до установки реактора можно определить по выражению:

(8.11)

Требуемое сопротивление цепи КЗ для обеспечения Iпо.треб

(8.12)

Разность полученных значений сопротивлений даст требуемое сопротивление реактора

(8.13)

Далее по каталожным и справочным материалом выбирают тип реактора с ближайшим большим индуктивным сопротивлением.

Фактическое значение тока при КЗ за реактором определяют следующим образом:

вычисляется значение результирующего сопротивления цепи КЗ с учетом реактора:

, (8.14)

а затем, определяется начальное значение периодической составляющей тока КЗ:

(8.15)

Аналогично выбираемое сопротивление групповых и сдоенных реакторов.

Выбранный реактор следует проверить на электродинамическую стойкость и термическую стойкость при протекании через него тока КЗ.

Электродинамическая стойкость реактора гарантируется при соблюдении следующего условия:

(8.16)

где– ударный ток при трех фазном КЗ за реактором;

– ток электродинамической стойкости реактора, т.е максимальный ток (амплитудное значение), при котором не наблюдается остаточная деформация обмоток:

Термическая стойкость реактора характеризуется заводом изготовителем величиной tТ временем термической стойкости

Поэтому условие термической стойкости реактора имеет вид:

(8.17)

где– расчетный тепловой импульс тока при КЗ за реактором.

При соблюдении указанного условия нагрев обмотки реактора при КЗ не будет превышать допустимого значения.

Необходимо также определить остаточное напряжение на шинах:

(8.18)

Значениепо условиям работы потребителей должно быть не менее 65 %.

Потеря напряжения при протекании максимального тока в нормальном режиме работы определяется по формуле:

, (8.19)

где– коэффициент связи (из каталога для реактора).

9ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ,

ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ

Источник: https://megaobuchalka.ru/6/23754.html

Устройство ограничения токов короткого замыкания

Изобретение относится к области электротехники, в частности к трансформаторостроению, и может найти применение в токоограничивающих устройствах при коротких замыканиях в электрических сетях, обеспечивающих возможность использования установленных в сети выключателей при увеличении токов короткого замыкания сети свыше номинального тока отключения выключателей.

Известен токоограничивающий реактор, содержащий обмотку, состоящую из витков провода, образующих ряды, расположенные перпендикулярно оси обмотки и отделенные посредством изоляционных прокладок, в которых выполнены пазы и размещены витки провода, а прокладки, образующие колонки, скреплены в торцевых зонах стягивающими элементами и зафиксированы по поверхностям при помощи дистанцирующих элементов. Патент Российской Федерации №2184403, МПК: H01F 27/30, 2002.

Известен токоограничивающий реактор, содержащий обмотку, витки которой содержат n параллельных проводов, где n целое число, и m рядов, где m целое число, ряды расположены в осевом направлении перпендикулярно оси обмотки. Патент Российской Федерации №2170466, МПК: H01F 27/30, 2001.

Известно устройство, содержащее диэлектрический каркас, на который навита обмотка из обычного проводникового материала.

Поверх обмотки навита обмотка, выполненная из сверхпроводящего материала и имеющая направление, противоположное намотке предыдущей обмотки.

Поверх обмотки навита обмотка, выполненная из обычного проводникового материала. Патент Российской Федерации №2027240, 1995, H01F 38/02.

Известно токоограничивающее устройство (ТОУ) для ограничения токов короткого замыкания (к.з.) в электрических сетях. Токоограничивающее устройство содержит трансформатор, батарею конденсаторов т и выключатель. Электрические аппараты высокого напряжения. Издательство СПб ГПУ, 2005 г., с.138-153. Александров Г.Н. и др. Под ред. Г.Н.Александрова. Прототип.

Недостатком аналогов и прототипа является постоянство индуктивного сопротивления реактора, что приводит к посадке напряжения на реакторе при протекании по нему максимального тока нормального режима.

Данное изобретение устраняет указанный недостаток.

Техническим результатом изобретения является изменение реактивного сопротивления ТОУ при коротком замыкании, ограничение тока короткого замыкания до заданного уровня.

Читайте также:  Подземные подстанции

Технический результат достигается тем, что в токоограничивающем устройстве, содержащем трансформатор, батарею конденсаторов и выключатель, трансформатор выполнен двухобмоточным и содержит сетевую обмотку, магнитопровод, обмотку управления, причем батарея конденсаторов включена параллельно сетевой обмотке, а обмотка управления закорочена через искровой промежуток, сечение стержней магнитопровода и сечение ярем магнитопровода выбрано из условия: 10

Источник: http://www.FindPatent.ru/patent/234/2340027.html

автореферат диссертации по транспорту, 05.22.09, диссертация на тему:Ограничение токов короткого замыкания в электротяговой сети переменного тока

В последнее десятилетие в развитии электрифицированных железных дорог появился ряд изменений, которые проявляются в следующем: снизились объемы перевозок, увеличилась стоимость электроэнергии, значительно возросла стоимость оборудования, цветных металлов, трансформаторного масла. Кроме того, возникли трудности из-за того, что некоторые .заводы-изготовители оборудования и запасных частей для системы электроснабжения оказались за границами России, на территории бывших республик СССР.

Одной из важнейших на сегодняшний день задач службы энергоснабжения является необходимость организации работы таким образом, чтобы число и последствия аварий являлись минимальными.

Анализ работы электротяговой сети переменного тока показывает, что большинство коротких замыканий между контактной сетью и рельсами происходит не из-за плохой изоляции, а по вине внешних предметов, которые замыкают изолирующий промежуток или перекрывают изоляцию между контактной сетью и рельсами. Такого рода короткие замыкания вызывают отключение питающих фидеров. При этом возникает дуга, которая устраняет внешние предметы, послужившие причиной короткого замыкания. Последующее автоматическое повторное включение (АПВ) приводит к дальнейшей нормальной работе электротяговой сети. Такие короткие замыкания не представляют большой опасности для электротяговой сети, так как их длительность незначительна, повторного включения оборудования на устойчивое короткое замыкание не происходит, выделяемая тепловая энергия – недостаточна для пережога контактной подвески.

Но имеют место и короткие замыкания другого рода: при повреждении изоляции. Повторное включение напряжения на неустранившееся короткое замыкание может привести к развитию аварии, разрушению оборудования, и самое страшное – выходу из строя силовых понизительных трансформаторов.

-6В настоящее время стоимость повреждения оборудования, в том числе и из-за неправильного повторного включения на устойчивое короткое замыкание, значительно возросла, поэтому вопросы ограждения силового и коммутирующего оборудования тяговых подстанций электротяговой сети переменного тока стали более актуальными.

В практике эксплуатации электрифицированных железных дорог наиболее опасными для высоковольтного оборудования являются близкие к тяговым подстанциям короткие замыкания. Величины амплитудных значений токов таких коротких замыканий достигают значительных величин и оказывают негативное воздействие на подстанции.

Оборудование подстанций под действием токов короткого замыкания испытывает термические и электродинамические воздействия.

Чтобы защитить оборудование тяговой подстанции от негативного воздействия токов короткого замыкания, необходимо ограничить величин}' токов к.з.

Над решением проблемы ограничения величины амплитудного значения тока короткого замыкания трудились такие ученые как: профессора Овласюк И Я., Фигурнов Е.П., Бочев A.C., Герман JI.A., Пупынин В.Н., Быкадоров A.JT., Шилин Н.В.

; кандидаты технических наук Рубашов Г.М., Кузнецов В.В., Ком-лык В.И. и другие.

В диссертационной работе были использованы идеи, высказанные ранее профессором Бочевым A.C. В частности о возможности ограничения токов короткого замыкания электротяговой сети переменного тока за счет включения в цепь протекания тока активного сопротивления.

Попытки ограничить величину токов короткого замыкания предпринимались как в системе тягового электроснабжения электрифицированных железных дорог, так и в промышленной энергетике при сооружении линий электропередач (ЛЭП) напряжением выше 1000 В. Проблемы ограничения токов короткого замыкания рассматривались как учеными России, так и учеными зарубежных стран.

На сегодняшний день известно несколько способов ограничения токов короткого замыкания, применяемых для защиты линий энергоснабжения ЛЭП от негативного воздействия токов к.з. Однако эти способы и устройства, применяемые для ограничения токов к.з., не могут быть в достаточной степени использованы в электротяговой сети.

Промышленные электрические сети являются трехфазными, оборудование трансформаторных подстанций отличается от оборудования понизительных тяговых подстанций электрифицированных железных дорог, потребители промышленных электрических сетей отличаются по своим характеристикам от потребителей электроэнергии электрифицированных железных дорог, что затрудняет использование известных решений. Предлагаемые варианты решения этой проблемы в системе тягового энергоснабжения также являются не совсем удовлетворительными: устройства ограничения токов короткого замыкания, существующие на сегодняшний день, требуют постоянного расхода электроэнергии, увеличивают постоянную времени переходного процесса, являются дорогими, обладают значительными массогабаритными показателями.

Актуальность проблемы ограничения токов короткого замыкания потребовала разработки новых принципов и методов решения, а также разработки новых устройств, которые, по возможности, обладали бы достоинствами существующих решений и позволяли бы реально ограничить величину токов в переходном процессе при коротком замыкании.

Источник: http://tekhnosfera.com/ogranichenie-tokov-korotkogo-zamykaniya-v-elektrotyagovoy-seti-peremennogo-toka

Ток короткого замыкания. Виды и работа. Применение и особенности

Нормальным установившимся режимом работы электроустановки считается такой режим, параметры которого находятся в пределах нормы. Ток короткого замыкания (ток КЗ) возникает при аварии в работе электроустановки. Он чаще всего появляется из-за повреждения изоляции токоведущих частей.

В результате короткого замыкания нарушается бесперебойное питание потребителей, и влечет за собой неисправности и выход из строя оборудования. Вследствие этого при подборе токоведущих элементов и аппаратов необходимо производить их расчет не только для нормальной работы, но и производить проверку по условиям предполагаемого аварийного режима, который может быть вызван коротким замыканием.

Причины повреждения изоляции

  • Воздействие на изоляцию механическим путем.
  • Электрический пробой токоведущих частей вследствие чрезмерных нагрузок или перенапряжения.
  • Подобно нарушению изоляции можно считать причиной повреждения схлестывание неизолированных проводов воздушных линий от сильного ветра.

  • Наброс металлических предметов на линию.
  • Воздействие животных на проводники, находящиеся под напряжением.
  • Ошибки в работе обслуживающего персонала в электроустановках.
  • Сбой в функционировании защит и автоматики.
  • Техническое старение оборудования.

  • Умышленное действие, направленное на повреждение изоляции.

Последствия короткого замыкания

Ток короткого замыкания во много раз превышает ток при нормальной работе оборудования. Возможными последствиями такого замыкания могут быть:

  • Перегрев токоведущих частей.
  • Чрезмерные динамические нагрузки.
  • Прекращение подачи электрической энергии потребителям.
  • Нарушение нормального функционирования других взаимосвязанных приемников, которые подключены к исправным участкам цепи, из-за резкого снижения напряжения.
  • Расстройство системы электроснабжения.

Виды коротких замыканий

Понятие короткого замыкания подразумевает электрическое соединение, которое не предусмотрено условиями эксплуатации оборудования между точками различных фаз, либо нейтрального проводника с фазой или земли с фазой (при наличии контура заземления нейтрали источника питания).

При эксплуатации потребителей напряжение питания может подключаться различными способами:

  • По схеме трехфазной сети 0,4 киловольта.
  • Однофазной сетью (фазой и нолем) 220 В.
  • Источником постоянного напряжения выводами положительного и отрицательного потенциала.

В каждом отдельном случае может возникнуть нарушение изоляции в некоторых точках, вследствие чего возникает ток короткого замыкания.

Для 3-фазной сети переменного тока существуют разновидности короткого замыкания:

  1. Трехфазное замыкание.
  2.  Двухфазное замыкание.
  3.  Однофазное замыкание на землю.
  4.  Однофазное замыкание на землю (Изолированная нейтраль).
  5.  Двухфазное замыкание на землю.
  6.  Трехфазное замыкание на землю.
Читайте также:  Использование асинхронных двигателей с фазным ротором в составе частотнорегулируемого электропривода

При выполнении проекта снабжения электрической энергией предприятия или оборудования подобные режимы требуют определенных расчетов.

Принцип действия короткого замыкания

До начала возникновения короткого замыкания величина тока в электрической цепи имела установившееся значение iп. При резком коротком замыкании в этой цепи из-за сильного уменьшения общего сопротивления цепи электрический ток значительно повышается до значения iк.

Вначале, когда время t равно нулю, электрический ток не может резко измениться до другого установившегося значения, так как в замкнутой цепи кроме активного сопротивления R, есть еще и индуктивное сопротивление L.

Это увеличивает во времени процесс возрастания тока при переходе на новый режим.

В результате в начальный период короткого замыкания электрический ток сохраняет первоначальное значение iK = iно. Чтобы ток изменился, необходимо некоторое время. В первые мгновения этого времени ток повышается до максимального значения, далее немного снижается, а затем через определенный период времени принимает установившийся режим.

Период времени от начала замыкания до установившегося режима считается переходным процессом. Ток короткого замыкания можно рассчитать для любого момента в течение переходного процесса.

Ток КЗ при режиме перехода лучше рассматривать в виде суммы составляющих: периодического тока i пt с наибольшей периодической составляющей I пт и апериодического тока i аt (его наибольшее значение – I am).

Апериодическая составляющая тока КЗ во время замыкания постепенно затухает до нулевого значения. При этом ее изменение происходит по экспоненциальной зависимости.

Возможный максимальный ток КЗ считают ударным током iу. Когда нет затухания в начальный момент замыкания, ударный ток определяется:

I у – i пm + i аt=0’, где i пm является амплитудой периодической токовой составляющей.

Полезное короткое замыкание

Считается, что короткое замыкание является отрицательным и нежелательным явлением, от которого происходят разрушительные последствия в электроустановках. Оно может создать условия для пожара, отключения защитной аппаратуры, обесточиванию объектов и другим последствиям.

Однако ток короткого замыкания может принести реальную пользу на практике. Есть немало устройств, функционирующих в режиме повышенных значений тока. Для примера можно рассмотреть сварочный аппарат. Наиболее ярким примером для этого послужит электродуговая сварка, при работе которой накоротко замыкается сварочный электрод с заземляющим контуром.

Такие режимы короткого замыкания действуют кратковременно. Мощность сварочного трансформатора обеспечивает работу при таких значительных перегрузках. Во время сварки в точке соприкосновения электрода возникает очень большой ток. В итоге выделяется значительное количество теплоты, достаточное для расплавления металла в месте касания, и образования сварочного шва достаточной прочности.

Способы защиты

Еще в начале развития электротехники появилась проблема защиты электрических устройств от чрезмерных токовых нагрузок, в том числе и короткого замыкания. Наиболее простым решением стала установка плавких предохранителей, которые перегорали от их нагревания вследствие превышения тока определенной величины.

Такие плавкие вставки функционируют и в настоящее время. Их основным достоинством является надежность, простота и невысокая стоимость. Однако имеются и недостатки. Простая конструкция предохранителя побуждает человека после сгорания плавкого элемента заменить его самостоятельно подручными материалами в виде скрепок, проволочек и даже гвоздей.

Такая защита не способна обеспечить необходимой защиты от короткого замыкания, так как она не рассчитана на определенную нагрузку.

На производстве для отключения цепей, в которых возникло замыкание, используют электрические автоматы. Они намного удобнее обычных плавких предохранителей, не требуют замены сгоревшего элемента.

После устранения причины замыкания и остывания тепловых элементов, автомат можно просто включить, тем самым подав напряжение в цепь.

Существуют также более сложные системы защиты в виде дифференциальных автоматов. Они имеют высокую стоимость. Такие устройства отключают напряжение цепи в случае наименьшей утечки тока. Такая утечка может возникнуть при поражении работника током.

Другим способом защиты от короткого замыкания является токоограничивающий реактор. Он служит для защиты цепей в сетях высокого напряжения, где величина тока КЗ способна достичь такого размера, при котором невозможно подобрать защитные устройства, выдерживающие большие электродинамические силы.

Реактор представляет собой катушку с индуктивным сопротивлением. Он подключен в цепь по последовательной схеме. При нормальной работе на реакторе имеется падение напряжения около 4%. В случае возникновения КЗ основная часть напряжения приходится на реактор. Существует несколько видов реакторов: бетонные, масляные. Каждый из них имеет свои особенности.

Закон Ома при КЗ

В основе расчета замыканий цепи лежит принцип, который определяет вычисление силы тока по напряжению, путем его деления на подключенное сопротивление. Такой же принцип работает и при определении номинальных нагрузок. Отличие в следующем:

  • При возникновении аварийного режима процесс протекает случайным образом, стихийно. Однако он поддается некоторым расчетам по разработанным специалистами методикам.
  • В процессе нормальной работы электрической цепи сопротивление и напряжение находятся в уравновешенном режиме и могут незначительно изменяться в рабочих диапазонах в пределах нормы.

Мощность источника питания

По этой мощности выполняют оценку энергетической силовой возможности разрушительного действия, которое может осуществить ток короткого замыкания, проводят анализ времени протекания, размер.

Для примера рассмотрим, что отрезок медного проводника с площадью сечения 1,5 мм2 длиной 50 см сначала подсоединили непосредственно к батарее «Крона». А в другом случае этот же кусок провода вставили в бытовую розетку.

В случае с «Кроной» по проводнику будет протекать ток КЗ, который нагреет эту батарею до выхода ее из строя, так как мощности батареи не достаточно для того, чтобы нагреть и расплавить подключенный проводник для разрыва цепи.

В случае с бытовой розеткой сработают защитные устройства. Представим, что эти защиты вышли из строя, и не сработали. В этом случае ток короткого замыкания будет протекать по бытовой проводке, затем по проводке всего подъезда, дома, и далее по воздушной линии или кабеля. Так он дойдет до трансформатора питания на подстанции.

В результате к трансформатору подсоединяется длинная цепь с множеством кабелей, проводов, различных соединений. Они намного повысят электрическое сопротивление нашего опытного отрезка провода. Однако даже в таком случае остается большая вероятность того, что этот кусок провода расплавится и сгорит.

Сопротивление цепи

Участок линии электропередач от источника питания до места короткого замыкания обладает некоторым электрическим сопротивлением. Его значение влияет на величину тока короткого замыкания.

Обмотки трансформаторов, катушек, дросселей, пластин конденсаторов вносят свой вклад в суммарное сопротивление цепи в виде емкостных и индуктивных сопротивлений.

При этом создаются апериодические составляющие, которые искажают симметричность основных форм гармонических колебаний.

Существует множество различных методик, с помощью которых производится расчет ток короткого замыкания. Они позволяют рассчитать с необходимой точностью ток короткого замыкания по имеющейся информации.

Практически можно измерить сопротивление имеющейся схемы по методике «фаза-ноль». Это сопротивление делает расчет более точным, вносит соответствующие коррективы при подборе защиты от короткого замыкания.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/tok-korotkogo-zamykaniia/

Ссылка на основную публикацию