Порядок расчета токов короткого замыкания.

Коротким замыканием (КЗ) называется соединение токоведущих частей разных фаз или потенциалов между собой или с корпусом оборудования, соединенного с землей, в сетях электроснабжения или в электроприемниках. Короткое замыкание может возникнуть по различным причинам, например, ухудшение сопротивления изоляции: во влажной или химически активной среде; при недопустимом нагреве или охлаждении изоляции; механическом нарушении изоляции. Короткое замыкание также может возникнуть в результате ошибочных действий персонала при эксплуатации, обслуживании или ремонте и т.д.

При коротком замыкании путь тока «укорачивается», так как он идет по цепи минуя сопротивление нагрузки. Поэтому ток увеличивается до недопустимых величин, если питание цепи не отключится под действием устройства защиты. Напряжение может не отключиться даже при наличии устройства защиты, если короткое замыкание произошло в удаленной точке и, следовательно, сопротивление электрической цепи окажется слишком велико, а величина тока по этой причине окажется недостаточной для срабатывания устройства защиты. Но ток такой величины может быть достаточен для возникновения опасной ситуации, например для возгорания проводов. Ток короткого замыкания производит также электродинамическое воздействие на электроаппараты - проводники и их детали могут деформироваться под действием механических сил, возникающих при больших токах.

Исходя из вышеописанного, устройства защиты следует подбирать по условиям величины тока короткого замыкания (электродинамическая прочность, указывается в кА) по месту их установки. В связи с этим при подборе устройства защиты возникает необходимость расчета тока короткого замыкания (ТКЗ) электрической цепи. Ток короткого замыкания для однофазной цепи можно рассчитать по формуле:

где Iкз– ток короткого замыкания, Uф - фазное напряжение сети, Zп- сопротивление цепи (петли) фаза-ноль, Zт - полное сопротивление фазной обмотки трансформатора на стороне низкого напряжения.

где Rп - активное сопротивление одного провода цепи короткого замыкания.

где ро - удельное сопротивление проводника, L - длина проводника, S- площадь поперечного сечения проводника.

Xп- индуктивное сопротивление одного провода цепи короткого замыкания (обычно берётся из расчета 0, 6 Ом/км).

Напряжение короткого замыкания трансформатора (в % от Uн):

Отсюда полное сопротивление фазной обмотки трансформатора (Ом):

где Uкз - напряжение короткого замыкания трансформатора (в % от Uн) приводится в справочниках; Uн - номинальное напряжение трансформатора, Iн- номинальный ток трансформатора - также берутся из справочников.

Приведённые расчёты выполняются на стадии проектирования. В практике на уже действующих объектах сделать это затруднительно из-за недостатка исходных данных. Поэтому при расчете тока короткого замыкания в большинстве случае можно принять сопротивление фазной обмотки трансформатора Zт равным 0 (реальное значение ≈ 1∙ 10-2 Ом), тогда:

Приведённые формулы подходят для идеальных условий. К сожалению, они не учитывают такого фактора, как скрутки и т.д., которые увеличивают активную составляющую цепи Rп. Поэтому точную картину может дать только непосредственный замер сопротивления петли «фаза-ноль».

Ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя не должен превышать значения тока короткого замыкания (Iкз)!

Наряду с наиболее распространёнными сетями с глухозаземлённой нейтралью существуют также сети с изолированной нейтралью. Процессы, происходящие в этих сетях, при возникновении короткого замыкания происходят по-разному. На практике в большинстве случаев происходят однофазные короткие замыкания. В сетях с изолированной нейтралью при соединении одной фазы с землей режим не является коротким замыканием и бесперебойность электроснабжения (в отличие от сетей с глухозаземлённой нейтралью) не нарушается. При замыкании одной фазы на землю напряжение на двух других фазах повышается в 1, 73 раза, а напряжение в нулевой точке становится равным фазному относительно земли. Хотя при коротком замыкании в сетях с изолированной нейтралью и не возникает сверхтоков, режим также считается аварийным и устройства защиты должны отключить напряжение с этого участка сети.