ГЛАВА XII
ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
§ 12.1. Общие сведения
Значительный рост мощностей электрических станций и систем и исключительная важность бесперебойного снабжения электроэнергией промышленных, коммунальных, сельскохозяйственных и других потребителей и городского населения выдвинули на первый план при проектировании системы электроснабжения изучение возможных аварийных режимов и сопутствующих им неустановившихся процессов.
Практика показывает, что неустановившиеся процессы аварийного характера в электрических установках чаще всего являются следствием коротких замыкании.
Коротким замыканием называется непосредственное соединение любых точек разных фаз или (разы и нулевого провода электрической цепи, которое не предусмотрено нормальными условиями работы установки.
Причинами коротких замыканий чаще всего являются пробой изоляции электрических проводов и электрооборудования из-за перенапряжений и постепенного старения изоляционных материалов, схлестывания и набросы голых проводов воздушных линий, механические повреждения кабельных линий, а иногда и ошибочные действия персонала станций, подстанций и сетей.
Короткие замыкания вызывают резкое увеличение токов в электрических установках. Электрооборудование, выбранное по условиям нормального режима, должно быть также устойчивым при динамических и термических действиях токов короткого замыкания.
Правила устройства электроустановок предписывают, какие виды электрического оборудования должны выбираться с учетом динамической и термической устойчивости при коротких замыканиях. К ним в первую очередь относятся электрические аппараты высокого напряжения станций и подстанций, шины, кабели, изоляторы. Провода воздушных линий, как правило, по условиям короткого замыкания не проверяются, за исключением подходов к мощным подстанциям при напряжениях 110 кВ и более.
В установках напряжением до 1000 в требования устойчивости при коротких замыканиях предъявляются только к главным и распределительным щитам, предохранителям и автоматическим выключателям.
Ограничение требований к установкам низкого напряжения объясняется тем, что в них короткозамкнутые участки имеют значительно меньшие мощности отключения, чем в высоковольтных установках. Кроме того, установки низкого напряжения обслуживают относительно небольшое число потребителей, поэтому временное нарушение нормального электроснабжения не вызывает крупных материальных потерь, применение же мер по устойчивости при коротких замыканиях приводит к значительным расходам.
В трехфазных электрических установках возможны короткие замыкания различных видов.
Короткое замыкание всех фаз между собой в одной точке называется трехфазным, или симметричным. При таком замыкании (разные токи во всех трех фазах (они же линейные токи) сдвинуты между собой по фазе на 120°. Величина токов короткого замыкания значительно больше, чем при нормальном режиме. Система напряжений при трехфазном коротком замыкании остается симметричной.
Короткое замыкание двух фаз между собой называется двухфазным. Различают двухфазное замыкание в одной точке, двухфазное замыкание в разных точках, двухфазное короткое замыкание с одновременным замыканием точки повреждения на землю.
Короткое замыкание одной фазы на нуль или на землю называется однофазным. Встречаются другие виды коротких замыканий, связанные с обрывами и одновременными заземлениями проводов различных фаз.
Двухфазные и однофазные короткие замыкания являются несимметричными, так как при этих замыканиях нарушается симметрия трехфазных систем напряжений и токов.
Наиболее часты однофазные короткие замыкания (до 60% от общего количества коротких замыканий), значительно реже случаи трехфазных коротких замыканий (10—20%).
Точные расчеты токов короткого замыкания весьма сложны. На практике обычно пользуются методами, основанными на ряде допущений, которые, однако, позволяют получить достаточно достоверные данные для инженерных расчетов.
Наибольшая точность вычисления токов короткого замыкания требуется при проектировании сложных схем релейной защиты и при расчетах устойчивости параллельной работы электрических станций.
Для выбора электрического оборудования расчеты производятся приближенными методами, которые изложены далее.
Определение токов короткого замыкания в сетях сложной конфигурации требует трудоемких вычислений, поэтому в таких случаях расчеты ведутся на специальных моделях (расчетных столах), при помощи которых интересующие величины токов короткого замыкания в заданной точке находятся по показаниям измерительных приборов.
