Общие сведения. Переходный процесс при КЗ

В результате КЗ резко снижается сопротивление электрической цепи, так как полные сопротивления фаз Z_A,Z_B,Z_C одной, двух или всех трёх фаз оказываются зашунтированными, вследствие соединения проводов ''накоротко''. В точке короткого замыкания сопротивление фаз источника в линии составляет лишь небольшую часть сопротивления нагрузки. Сила тока в короткозамкнутой цепи намного превышает силу рабочего тока. Наибольшая сила тока возникает при трёхфазном коротком замыкании, поэтому её определяют для выбора электрического оборудования.

Увеличение силы тока в цепи приводит к усилению механического воздействия электродинамических сил на электроаппараты и к повышению нагрева токоведущих частей пропорционально квадрату силы тока. Кроме того, снижается напряжение. При трёхфазном КЗ напряжение в точке КЗ снижается до нуля, а в смежных участках сети напряжение тем ниже, чем ближе этот участок сети к месту короткого замыкания.

Для чего необходимо уметь определять токи КЗ? При КЗ необходимо обеспечить быстрое отключение повреждённого элемента электрической сети, чтобы уменьшить зону повреждения. Это достигается путём правильного выбора электрооборудования, способного не только отключать электрическую сеть от повреждений, но и выдерживать самой кратковременное воздействие токов КЗ.

В момент короткого замыкания ток в фазе был равен i₀, т.е.проходил нулевую отметку. В последующий момент (момент КЗ) в цепи возникают две составляющие тока КЗ: апериодическая составляющая i ₀ и периодическая составляющая тока i _п0 .

Апериодическая составляющая возникает потому, что ток в цепи с индуктивностью не сможет измениться скачкообразно с одного значения на другое (закон коммутации). Поэтому при КЗ появляется ток, затухающий по экспоненциальному закону через 0,1 – 0,2 с.

Периодическая составляющая тока КЗ возникает вследствие того, что к цепи приложено синусоидальное напряжение . Поэтому величина периодической составляющей тока КЗ будет определяться как

                 ,

где - угол сдвига по фазе тока относительно напряжения.

Периодическая составляющая тока КЗ увеличивается по сравнению с током нормального рабочего режима вследствие уменьшения полного сопротивления цепи от первоначального значения (Z_сети+Z_нагр.) до Z_к – сопротивления цепи при коротком замыкании, включающем сопротивление источника и часть сопротивления сети до точки короткого замыкания. Кроме того, изменяется и сдвиг по фазе тока относительно напряжения:

- при нормальном режиме: ,

- при КЗ (т.к. ): ,

где - индуктивные сопротивления цепи соответственно при нормальном режиме и КЗ; - активное сопротивление цепи соответственно при нормальном режиме и режиме КЗ.

Ток КЗ складывается из апериодической и периодической составляющих: . Амплитуда тока в первый же момент времени (в первый полупериод) КЗ получает наибольшее значение, когда i_a0 и i_п0 имеют одинаковый знак. Это значение называется ударным током короткого замыкания:

                                      ,

где i_п0, I_п0 – соответственно амплитудное и действующее значения периодической слагающей тока КЗ.

В первый полупериод I_п0 – называется сверхпереходным током короткого замыкания; К_У – ударный коэффициент. При трёхфазном КЗ на выводах трансформаторов и сборных шинах напряжением 6…10 кВ К_у =1,8, а при КЗ на стороне 0,4 кВ К_у=1,3.