Токи короткого замыкания реферат

Обновлено: 07.07.2024

Составляем расчетную схему (рисунок 1.1. (б)). Величину сопротивлений трансформатора определяем по Л-1, табл.1.9.1, стр. 61., а величину сопротивлений автоматических выключателей определяем по табл.1.9.3 ст. 61. Коротким замыканием называется всякое замыкание между фазами, а в сетях с глухозаземленной нейтралью также замыкание одной или нескольких фаз на землю. Xк = 0,081 · 14 = 1,134 мОм… Читать ещё >

Расчет токов короткого замыкания ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Коротким замыканием называется всякое замыкание между фазами, а в сетях с глухозаземленной нейтралью также замыкание одной или нескольких фаз на землю.

Различают следующие виды коротких замыканий: трехфазное, или симметричное — три фазы соединяются между собой; двухфазное — две фазы соединяются между собой без соединения с землей; однофазное — одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю; двойное замыкание на землю — две фазы соединяются между собой и с землей.

Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение изоляции, обрыв проводов с падением проводов на землю, механические повреждения кабелей, проводов.

Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до величин превосходящих в несколько раз номинальные значения. Протекание токов к.з. приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, потерю механической прочности шин и проводов и т. п. Проводники и аппараты должны без повреждений переносить нагрев токами к.з. должны быть термически устойчивы. Токи к.з. также сопровождаются значительными электродинамическими усилиями между проводниками. Под действием этих усилий токоведущие части, аппараты и электрические машины должны быть устойчивыми в электродинамическом отношении. Короткие замыкания сопровождаются понижением уровня напряжения в электрической сети, особенно вблизи места повреждения.

Расчет токов к.з. выполняется в следующем порядке:

1. составляем схему электроснабжения цеха;
2. составляем расчетную схему;
3. намечаем точки короткого замыкания
4. составляем схему замещения, где все аппараты и токоведущие части замещаем сопротивлением.
5. составляем эквивалентную схему

Расставим на схеме точки короткого замыкания (Kl, К2).

Расчет токов к.з. в точках К1 и К2.

Расчет токов к.з. для стороны низкого напряжения производим в именованных единицах.

X_тр = 17,1 мОм Сопротивление кабеля от ГРП до РП1:

где r₀ и x₀ — активное и индуктивное сопротивления одного метра кабеля, мОм.

R_к = 0,195 · 14 = 2,73 мОм.

X_к = 0,081 · 14 = 1,134 мОм Упрощается схема замещения, вычисляются эквивалентные сопротивления на участках между точками КЗ и наносятся на схему (рис. 1.1 (в)):

Определим коэффициенты Ку — ударный коэффициент и q — коэффициент действующего значения ударного тока:

Значение ударного коэффициента К_у определим графически по Л.-1 рис. 1.9.1, ст.59:

I_к1 = U_ном / v3 · Z_к1 = 400 / 1,73 · 0,0184 = 12,6 кА;

I_к2 = U_ном / v3 · Z_к2 = 400 / 1,73 · 0,0039 = 59,2 кА;

I_ук2 = q2 · I_к2 = 1 · 59,2 = 59,2 кА;

i_ук1 = v2 · К_у1 · I_к1 = 1,4 · 1,32 · 12,6 = 23,5 кА;

i_ук2 = v2 · К_у2 · I_к2 = 1,4 · 1 · 59,2 = 83,7 кА.

Коро́ткое замыка́ние (КЗ) — электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. Также коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.

Работа содержит 1 файл

Причины и виды коротких замыканий.docx

Причины и виды коротких замыканий.

Коро́ткое замыка́ние (КЗ) — электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала , не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. Также коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.

Виды коротких замыканий

В трёхфазных электрических сетях различают следующие виды коротких замыканий

однофазное (замыкание фазы на землю в сетях с заземленной нейтралью трансформатора) — K
двухфазное (замыкание двух фаз между собой) — K
двухфазное на землю (две фазы между собой и одновременно на землю) — K
трёхфазное (три фазы между собой) — K

В электрических машинах возможны короткие замыкания:

межвитковые — замыкание между собой витков обмоток ротора или статора , либо витков обмоток трансформаторов;
замыкание обмотки на металлический корпус.

Последствия короткого замыкания

Железнодорожное военное оборудование — устройство закорачивания и отвода контактной сети (ЗОКС)

При коротком замыкании резко возрастает сила тока , протекающего в цепи, что, согласно закону Джоуля — Ленца приводит к значительному тепловыделению, и, как следствие, термическому повреждению устройства или электрических проводов , вплоть до возникновения пожара . В месте короткого замыкания может возникнуть электрическая дуга .

Короткое замыкание в одном из элементов энергетической системы способно нарушить её функционирование в целом — у других потребителей может снизиться питающее напряжение; в трёхфазных сетях при коротких замыканиях возникает асимметрия напряжений, нарушающая нормальное электроснабжение. В больших энергосетях короткое замыкание может вызывать тяжёлые системные аварии.

В случае повреждения проводов воздушных линий электропередачи и замыкании их на землю в окружающем пространстве может возникнуть сильное электромагнитное поле, способное навести в близко расположенном оборудовании ЭДС , опасную для аппаратуры и работающих с ней людей. Рядом с местом аварии происходит растекание потенциала по поверхности земли, в результате чего шаговое напряжение может достигнуть опасного для человека значения.

Для защиты от короткого замыкания принимают специальные меры:

Ограничивающие ток короткого замыкания:
- устанавливают токоограничивающие электрическ ие реакторы ;
- применяют распараллеливание электрических цепей, то есть отключение секционных и шиносоединительных выключателей;
- используют понижающие трансформаторы с расщеплённой обмоткой низкого напряжения;
- используют отключающее оборудование — быстродействующие коммутационные аппараты с функцией ограничения тока короткого замыкания - плавкие предохранители и автоматически е выключатели ;
Применяют устройства релейной защиты для отключения поврежденных участков цепи

Причинами КЗ обычно являются нарушения изоляции, вызванные ее механическими повреждениями, старением, наброcами посторонних тел на провода линий электропередачи , проездом под линиями негабаритных механизмов (кранов с поднятой стрелой и т.п.), прямыми ударами молнии, перенапряжениями, неудовлетворительным уходом за оборудованием.

Часто причиной повреждений в электроустановках, сопровождающихся короткими замыканиями, являются неправильные действия обслуживающего персонала. Примерами таких действий являются ошибочные отключения разъединителем цепи с током, включения разъединителей на закоротку, ошибочные действия при переключениях в главных схемах и в схемах релейной защиты и автоматики.

При КЗ токи в поврежденных фазах увеличиваются в несколько раз по сравнению с их нормальным значением, а напряжения снижаются, особенно вблизи места повреждения.
Протекание больших токов КЗ вызывает повышенный нагрев проводников, а это ведет к увеличению потерь электроэнергии, ускоряет старение и разрушение изоляции, может привести к потере механической прочности токоведущих частей и электрических аппаратов .

Снижение уровня напряжения при КЗ в сети ведет к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности и даже к полному останову.

Резкое снижение напряжения при КЗ может привести к нарушению устойчивости параллельной работы генераторов электростанций и частей электрической системы , возникновению системных аварий.

Последствия коротких замыканий
При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания.

В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или отражаться на всей системе электроснабжения.

При большой удаленности короткого замыкания величина тока короткого замыкания может составлять лишь незначительную часть номинального тока питающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки. Сильное снижение напряжения получается только вблизи места короткого замыкания, в то время как в других точках системы электроснабжения это снижение менее заметно. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия короткого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту аварии частях системы электроснабжения.

Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера.

Внезапное глубокое снижение напряжения при коротком замыкании отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40% они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей). Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время и неожиданная остановка двигателей может вызвать брак продукции предприятия.

При малой удаленности и достаточной длительности короткого замыкания возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих станций, т.е. нарушение нормальной работы всей электрической системы, что является самым опасным последствием короткого замыкания.

Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.

Таким образом, последствия коротких замыканий следующие:

1. Механические и термические повреждения электрооборудования.

2. Возгорания в электроустановках.

3. Снижение уровня напряжения в сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их.

4. Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии.

5. Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т.п.

Причины возникновения коротких замыканий

Основной причиной возникновения коротких замыканий является
нарушения изоляции электрооборудования.

Нарушения изоляции вызываются:
1.Перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралями),
2. Прямыми ударами молнии,
3. Старением изоляции,
4. Механическими повреждениями изоляции, проездом под линиями негабаритных механизмов,
5. Неудовлетворительным уходом за оборудованием.
Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.

Преднамеренные короткие замыкания

При осуществлении упрощенных схем соединений понижающих подстанций используют специальные аппараты - короткозамыкатели, которые создают преднамеренные
короткие замыкания с целью быстрых отключений возникших повреждений. Таким образом, наряду с
короткими замыканиями случайного характера в системах электроснабжения имеют место также преднамеренные короткие замыкания, вызываемые действием короткозамыкателей.
Последствия коротких замыканий

При возникновении коротких замыканий в системе

электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания.

Ток короткого замыкания, являясь даже малым по сравнению с номинальным током генераторов, обычно во много раз превышает номинальный ток ветви, где произошло короткое замыкание. Поэтому и при кратковременном протекании тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого. Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера.

Таким образом, последствия коротких замыканий следующие:

1. Механические и термические повреждения электрооборудования.
2. Возгорания в электроустановках.
3. Снижение уровня напряжения в сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их.
4. Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии.
5. Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т.п.

Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо - и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др.

Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения.

Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, вызывать сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т.п. проводники и аппараты должны без повреждений переносить в течение заданного расчетного времени нагрев токами КЗ, т. е. должны быть термически стойкими.

Протекание токов КЗ сопровождается также значительными электродинамическими усилиями между проводниками. Для защиты токоведущих частей и их изоляции то разрушения принимаются необходимые меры.

1. Координация токов КЗ в современных энергосистемах

Рост генераторных мощностей современной энергосистем, создание мощных энергообъединений, увеличение мощностей нагрузок приводят с одной стороны, к росту электровооруженности и производительности труда, к повышению надежности и устойчивости электроснабжения, а с другой – к существенному повышению токов КЗ.

Максимальный уровень токов КЗ для сетей 35 кВ и выше ограничивается параметрами выключателей трансформаторов, проводников и других электрооборудований, условиями обеспечения устойчивости энергосистемы, а в сетях генераторного напряжения, в сетях собственных нужд и в распределительных сетях 3 – 20 кВ — параметрами электрических аппаратов и токопроводов, термической стойкостью кабелей, устойчивостью двигательной нагрузки.

Таким образом, уровень тока КЗ, повышающийся в процессе развития современной электроэнергетики, имеет в своем росте ряд ограничении, которые необходимо учитывать. Конечно, аппаратуру и электрические сети можно усилить в соответствии с новым уровнем токов КЗ, перс вести на более высокое напряжение, однако это в ряде случаев приводи к таким экономическим и техническим трудностям, что себя не оправдывает.

В настоящее время разработан комплекс мер, который позволяет регулировать уровни токов КЗ, ограничивать их при развитии электроустановок. Однако применение таких средств не является самоцелью и оправданно только после специального технико-экономического обоснования.

Наиболее распространенными и действенными способами ограничения токов КЗ являются: секционирование электрических сетей; установка токоограничивающих реакторов; широкое использование трансформаторов с расщепленными обмотками низшего напряжения.

Первый способ является эффективным средством, которое позволяет уменьшить уровни токов КЗ в реальных электрических сетях в 1,5 – 2 раза. Пример секционирования электроустановки с целью ограничения токов КЗ показан на рис. 1.1.

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.

Рис. 1.1. Распределение токов КЗ:

а—секционный выключатель включен; б—секционный выключатель отключен

Рис. 1.2. Совместная (а) и раздельная (б) работа трансформаторов на подстанции

В месте секционирования образуется так называемая точка деления сети. В мощной энергосистеме с большими токами КЗ таких точек может быть несколько.

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. По этой причине решение о секционировании должно приниматься после специального технико-экономического обоснования.

В распределительных электрических сетях 10 кВ и ниже широко применяется раздельная работа секций шин, питающихся от различных трансформаторов подстанции (рис. 1.2). 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.

К специальным техническим средствам ограничения токов КЗ в первую очередь относятся токоограничивающие реакторы.

Реакторы служат для ограничения токов КЗ в мощных электроустановках, а также позволяют поддерживать на шинах определенный уровень напряжения при повреждениях за реакторами.

Основная область применения реакторов — электрические сети напряжением 6—10 кВ. Иногда токоограничивающие реакторы используются в установках 35 кВ и выше, а также при напряжении ниже 1000 В.

Реактор представляет собой индуктивную катушку, не имеющую сердечника из магнитного материала. Благодаря этому он обладает постоянным индуктивным сопротивлением, не зависящим от протекающего тока.

Квалификационная работа
Тема: Короткие замыкания в электрических установках.
Работу выполнилУчащийся группы №32
Волков Алексей
Преподаватель
Кармишкин А.В.г. Нижний Ломов 2015 г.

Развитие современных электроэнергетических систем идет по пути концентрации производства электроэнергии на мощных электростанциях и централизации электроснабжения от общей высоковольтной сети. В результате аварийных ситуаций в системе возникают переходные процессы в течении которых происходит переход от одного режима в другой. Любоевнезапное изменение режима электрической системы связано с возникновением электромагнитного переходного процесса для выбора электрических аппаратов наибольшее практическое значение имеют переходные процессы при: короткое замыкание; короткое замыкание в условиях обрыва фазы линии; отключении выключателем короткого замыкания включенные в сеть аппараты и проводники подвергаются электродинамическомутермическому воздействию тока короткого замыкания и должны его выдерживать. После отключения выключателем тока короткого замыкания идет процесс восстановления напряжения на контактах выключателя, расчет восстанавливающегося напряжения необходим при проверке выключателя по отключающей способности.
В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, которые сопровождаются резкимувеличением тока. Все электрооборудование, устанавливаемое в системах энергоснабжения, должно быть устойчиво к токам короткого замыкания и выбираться с учетом величин этих токов. Различают следующие виды коротких замыканий:
Трехфазные или симметричные; двухфазные; однофазные. Основными причинами возникновения коротких замыканий в сети могут быть: повреждение изоляции электроустановок; неправильныедействия обслуживающего персонала; перекрытие токоведущих частей установок.
Для предотвращения коротких замыканий и уменьшения их последствий необходимо устранять причины, вызывающие короткие замыкания; уменьшать время действия защиты, действующей при коротких замыканиях; применять быстродействующие выключатели; применять АРВ для быстрого восстановления напряжения генераторов; правильно вычислятьвеличины токов короткого замыкания и по ним выбирать необходимую аппаратуру, защиту и средства для ограничения токов короткого замыкания.

1. Короткие замыкания в электрических установках.

1.1. Виды, причины и последствия коротких замыканий.
Коротким замыканием (КЗ) называется нарушение нормальной работы электрической установки, вызываемое замыканием фаз между собой. Причинами КЗ обычноявляется нарушение изоляции, вызванные её механическими повреждениями, старением, набросами посторонних тел на провода линий электропередачи, проездом под линиями негабаритных механизмов, прямыми ударами молнии, перенапряжениями, не удовлетворительным уходом за оборудованием. Часто причиной повреждений электроустановок, сопровождается короткими замыканиями, являются неправильные действия обслуживающегоперсонала.
При КЗ токи в поврежденных фазах увеличиваются в несколько раз по сравнению с их нормальным значением, а напряжение снижается, особенно вблизи места повреждения.
Прохождение больших токов КЗ приводит к повышенному нагреву проводников, а это ведет к повышенной потери электроэнергии, ускоряет старение и разрушение изоляции, что может привести к потере механической.

Читайте также: