11. Расчет токов кз

Теоретическая часть по расчетам токов КЗ

11 Расчет токов короткого замыкания

11.1 Причины возникновения коротких замыканий и их виды

Коротким замыканием (КЗ) называется всякое случайное или преднамеренное, не предусмотренное нормальным режимом работы, электрическое соединение различных точек электроустановки между собой или с землей, при котором токи в аппаратах и проводниках, примыкающих к точке КЗ, резко возрастают, превышая расчетные значения нормального режима.

Короткое замыкание может происходить вследствие дефекта изоляции (например, из-за нарушения изоляции, вызванного старением, изменением изоляции из-за постоянной нагрузки на изолирующие материалы высокими электрическими полями, так называемыми частичными разрядами). Также короткие замыкания могут возникать вследствие механических повреждений на  стройплощадках и так далее, а также вследствие человеческого фактора (неправильная коммутационная операция в электрических распределительных устройствах из-за невнимательности к правилам техники безопасности).

Различаются короткое замыкание через металлический контакт («насыщенное» короткое замыкание) и короткое замыкание через аварийное сопротивление (активное и реактивное сопротивление).  

При коротком замыкании через аварийное сопротивление может возникнуть электрическая дуга со своим напряжением дуги. Электрическая дуга носит сильно индуктивный характер, она является индуктивным сопротивлением и является причиной фазового сдвига [12].

В трехфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий:

1) Однофазное (замыкание фазы на землю) — K(1);

2) Двухфазное (замыкание двух фаз между собой) — K(2);

3) Двухфазное на землю (2 фазы между собой и одновременно на землю) — K(1,1);

4) Трёхфазное (3 фазы между собой) — K(3).

В электрических машинах возможны короткие замыкания:

1) Межвитковые — замыкание между собой витков обмоток ротора или статора;

2) Замыкание обмотки на металлический корпус.

Двухфазное короткое замыкание к тому же является тем видом, при котором протекает наибольший ток короткого замыкания просто потому, что источник питания переменного тока несмотря на короткое замыкание «еще» относительно «мало» нагружен, и при этом коротком замыкании еще располагает большими резервами энергии. По этой причине должны быть рассчитаны по максимальному возникающему двухфазному току короткого замыкания в килоамперах а также по термическим (тепловым воздействиям) и динамическим (силовым воздействиям) технологическое оснащение (алюминиевые провода, разъединители, силовые выключатели, трансформаторы тока, даже несущие металлические конструкции), а также  над- и подземные (закопанные в землю) заземляющие устройства из меди или оцинкованной полосовой стали. Электротехнические инструкции и  директивы по расчету токов короткого замыкания для электрических (высоковольтных) распределительных устройств соответствуют норме VDE Norm 0102.  

11.2 Величина тока короткого замыкания

 

Большой ток короткого замыкания может возникнуть только тогда, когда в месте соединения больше нет активного и индуктивного сопротивления. Если между находящимися под напряжением проводниками есть сопротивление хотя бы очень маленькой величины, тогда речь идет о процессе, подобном короткому замыканию.

Между фазовым проводом (например, L1) и N (нулевой провод) прилаживается напряжение 230 В, 50 Гц аварийного тока относительно потенциала земли, так как N заземлен и представляет собой противоположный полюс, и между фазовым проводом (L1) относительно фазового провода (L2) и /или (L3) прилаживается напряжение ~400 В тока короткого замыкания.

Этот ток во время длительности короткого замыкания t_k определяется, точнее ограничивается, внутренним сопротивлением R_i источника питания (практически вторичной обмоткой предвключенного трансформатора местной электросети) или также сопротивлением дуги в месте короткого замыкания, аварийным сопротивлением в месте короткого замыкания и сопротивлениями проводников (активное и реактивное сопротивление) прямого и обратного провода[2].