Расчет токов короткого замыкания

Элементы электрических сетей могут находиться в четырех характерных режимах работы: нормальном, перегрузки, аварийном и послеаварийном. В процессе короткого замыкания электрические сети работают в двух последних режимах работы. В нормальном режиме работы, который ограничен максимальными нагрузками, равными расчетным, система электроснабжения может функционировать практически неограниченное время. При этом сроки службы ее элементов будут соответствовать величинам, которые определены заводами-изготовителями.

Режим перегрузки определен маловероятным стечением обстоятельств в состоянии электрической нагрузки, которые зачастую связаны с человеческим фактором. Исходя из экономических соображений мощности элементов системы электроснабжения на этот режим не рассчитываются для длительного функционирования, поэтому в процессе работы в этом режиме выделяется большее количество тепла, приводящее к перегреву свыше длительно допустимой температуры. Длительность действия данного режима на сеть ограничена соответствующей защитой от перегрузки.

Причиной аварийных и послеварийных режимов (режимов короткого замыкания) являются повреждения изоляции элементов электрических сетей, приводящие к созданию цепочек с относительно малыми сопротивлениями, по которым протекают токи коротких замыканий, которые могут достигать значений, на порядок превышающих значения токов нормального режима работы, и в этом случае тепловые и электродинамические процессы могут привести к тепловому или механическому разрушению элементов электрических сетей, даже в пределах временя срабатывания защиты от токов коротких замыканий. Это заставляет проверять элементы системы электроснабжения на термическую и электродинамическую устойчивость.

Коротким замыканием (КЗ) называется непосредственное соединение любых точек разных фаз или фазы и нулевого провода электрической цепи, которое не предусмотрено нормальными условиями работы установки. Короткие замыкания вызывают резкое увеличение токов в электрических установках, а также значительное снижение напряжения, особенно в местах повреждения. Причинами коротких замыканий чаще всего являются пробой изоляции электрических проводов и электрооборудования из-за перенапряжений и постепенного старения изоляционных материалов, схлестывания голых проводов воздушных линий между собой и «набросы» на них, механические повреждения кабельных линий (при проведении земляных работ), а иногда и ошибочные действия персонала станций, подстанций и сетей.

Выделяют несколько видов коротких замыканий: однофазное короткое замыкание — короткое замыкание на землю в трехфазной системе с глухо- или эффективно заземленной нейтралью силовых элементов, при котором с землей соединяется только одна фаза; двухфазное короткое замыкание — короткое замыкание между двумя фазами в трехфазной системе; двухфазное короткое замыкание на землю — короткоезамыкание на землю в трехфазной системе с глухо- или эффективно заземленной нейтралью силовых элементов, при котором с землей соединяются две фазы; трехфазное короткое замыкание между тремя фазами в трехфазной системе.

Наиболее частыми являются однофазные коротки замыкания на землю, для которых статистка характеризуют частоту возникновения до 65 % всех случаев. Наиболее редкие — трехфазные КЗ (около 5 %), являющиеся максимальными по амплитуде тока и самыми тяжелыми с точки зрения их воздействия на элементы электроэнергетических объектов.

Как правило, в местах коротких замыканий возникает электрическая дуга, образуя переходное сопротивление. Короткое замыкание без переходного сопротивления называется металлическим коротким замыканием.

Необходимость определения токов короткого замыкания в процессе проектирования и эксплуатации может возникнуть: при выборе и оценке, а также изменении схемы питания энергетического объекта; для проверки электрооборудования на термическое и электродинамическое действия токов короткого замыкания; для настройки уставок релейной зашиты, средств грозозащиты и автоматики; при проектировании заземляющих устройств; для выбора аппаратуры защиты, проверки селективности и (или) чувствительности их действия.

При возникновении КЗ общее сопротивление цепи системы электроснабжения уменьшается, токи в ветвях системы резко увеличиваются, а напряжения на отдельных участках системы снижаются. За время КЗ с момента его возникновения до момента отключения поврежденного участка в цепи протекает переходный процесс с большими мгновенными токами, вызывающими тепловое и электродинамическое воздействие на электрооборудование. При длительном, более 0,01 с, коротком замыкании протекающий ток может привести к значительному повышению температуры электрооборудования.

В нормальных эксплуатационных режимах электродинамические силы невелики. Однако при КЗ токи увеличиваются в 10...20 раз, а электродинамические силы в 100...400 раз. Последствием воздействия этих сил могут быть разрушения аппаратов и распределительных устройств. Поэтому для проверки динамической устойчивости аппаратуры и токопроводящих конструкций важно знать величину этих механических сил.

Электродинамическое воздействие заключается в том, что проводники с токами притягиваются или отталкиваются друг от друга. Одинаковое направление токов в параллельных проводниках вызывает их притягивание, противоположное — отталкивание. Сила, с которой взаимодействуют проводники (электродинамическая сила), пропорциональна произведению взаимодействующих токов.

Величина электродинамического усилия F, возникающего при протекании тока короткого замыкания, может быть определена на основании закона Ампера о взаимодействующих токах:

, (10.1)

подставив значения магнитной проницаемости и поделив на длину L, получим силу F_L, действующую на 1 метр проводника с током [ Н / м ]:

, (10.2)

где d - расстояние между осями проводников [ м ].

Поскольку максимальные усилия при коротком замыкании возникают практически мгновенно, обеспечить механическую прочность установленного оборудования можно только посредством уменьшения тока КЗ - установкой реакторов, трансформаторов с расщепленными обмотками, секционированием шин…

Не меньшую опасность представляет термическое (тепловое) действие токов КЗ, вызывающих дополнительный нагрев токоведущих частей электрических аппаратов, шин распределительных устройств и жил электрических кабелей. Тепло Q, выделенное в проводнике при протекании по нему тока I _КЗ за время t, согласно закону Джоуля - Ленца, равно:

Q = I _КЗ² × R × t, (10.3)

где R — активное сопротивление проводника.

Время t прохождения тока короткого замыкания определяется действием защитных устройств и отключающей аппаратуры. Чтобы повреждения от термического воздействия тока короткого замыкания были наименьшими, стремятся отключать КЗ возможно быстрее, так что обычно длительность короткого замыкания находится в пределах от долей секунды до нескольких секунд.

Поскольку ток короткого замыкания I _КЗ существенно превышает ток нагрузки I _НОМ, очевидно, что, даже несмотря на сравнительно небольшую длительность процесса, при КЗ возможен значительный перегрев проводника. Перегрев сверх допустимой температуры может вызвать повреждение изоляции - ее выгорание, потерю эластичности и электрической прочности. Время отключения КЗ (сумма времени срабатывания защиты и собственного времени отключения выключателя) не всегда удается выбрать достаточно малым по многим причинам. Поэтому все электрические аппараты и токоведущие части, по которым могут проходить токи КЗ, проверяют по условию термической стойкости. Для обеспечения термической стойкости оборудования зачастую необходимо прибегать к средствам ограничения либо величины тока короткого замыкания (например, установкой реакторов на линиях или секционированием сборных шин распределительных устройств), либо длительности протеканий экстремальных токов.

В сетях, напряжением выше 1 кВ расчет токов короткого замыкания и также выбор проводников и изоляторов, проверка несущих конструкций по условиям динамического действия токов короткого замыкания и выбор проводников по условиям нагрева при коротком замыкании необходимо осуществлять в соответствии с «Руководящими указаниями по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования».

При этом принимаются некоторые допущения - не учитываются: токи нагрузки; сдвиг по фазе ЭДС разных источников питания; емкость воздушных линий электропередач напряжением 110-220 кВ, если их длина не превышает 200 км (и 330 - 500 кВ, если их длина не превышает 150 км); насыщение магнитных систем электрических машин; ток намагничивания трансформаторов и автотрансформаторов; влияние активных сопротивлений различных элементов исходной расчетной схемы на амплитуду периодической составляющей тока КЗ; кроме того, трехфазная система полагается симметричной.

Для электрической сети составляется расчетная схема - однолинейная схема электроустановки с указанием тех элементов и их параметров, которые влияют на значение тока короткого замыкания, и поэтому должны учитываться при выполнении расчетов. Расчетная схема должна отражать нормальный режим работы. По расчетной схеме составляется схема замещения, где источники вводят в схему замещения как ЭДС и сопротивления, остальные элементы — как сопротивления.

Расчет токов короткого замыкания производится в абсолютных или относительных единицах. При расчете в относительных единицах все сопротивления приводятся к базисным условиям и выражаются в относительных единицах: задаются базисная полная мощность S _б и базисное напряжение U _б — среднее номинальное напряжение той ступени, на которой предполагается короткое замыкание. При выражении параметров элементов эквивалентной схемы замещения в абсолютных единицах необходимо привести параметры различных элементов исходной расчетной схемы к выбранной основной (базисной) ступени напряжения сети с учетом фактических коэффициентов трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

Для приведения напряжений U _б, токов I _КЗ и реактивных сопротивлений Х используются известные выражения:

U ¢ = К _Т × U _б; I ¢ = I _КЗ / К _Т; Х ¢ = Х × К _Т²; (10.4)

где К _Т - коэффициент трансформации.

Одним из ключевых параметров исходной информации при расчете токов короткого замыкания в сетях напряжением выше 1 кВ является значение сопротивления системы. Для этого в расчетах допускается питающую электроэнергетическую систему представлять в виде одного источника энергии с неизменной по амплитуде ЭДС и результирующим эквивалентным индуктивным сопротивлением. При этом результирующее эквивалентное реактивное сопротивление Х _С определяется исходя из известного тока или мощности короткого замыкания питающей системы:

; (10.5)

где U _НОМ - номинальное напряжение.

При отсутствии данных о токах короткого замыкания электрической системы возможное значение реактивного эквивалентного сопротивления Х _С определяется исходя из известного тока срабатывания выключателей, установленных на узловой подстанции: принимая ток короткого замыкания от удаленной части системы равным номинальному току отключения этих выключателей 1 _{НОМ ОТКЛ}. Сопротивления основных элементов электрических сетей — линий электропередачи и трансформаторов — можно определить с использованием удельного сопротивления линий х _УД и длины линий L; для трансформаторов сопротивление можно определить через напряжение короткого замыкания U _КЗ % и мощности S _Т трансформатора. При расчете токов короткого замыкания в распределительных сетях 6 (10) кВ необходимо, как правило, производить учет активных сопротивлений элементов сети. Тогда активные и реактивные сопротивления линий электропередачи рассчитываются через их удельные значения х _УД и r _УД, а параметры двухобмоточного трансформатора определяются через напряжение короткого замыкания U _КЗ %, потери, определяемые при опыте короткого замыкания D Р _КЗ и полное сопротивление Z _КЗ трансформатора:

; ; . (10.6)

При переводе параметров системы замещения в относительные единицы, сопротивления элементов необходимо пересчитать:

; ; . (10.7)

После преобразования расчетной схемы производится расчет токов трехфазного короткого замыкания, характеризующегося максимальным значением токов. При этом определяются действующее значение периодической составляющей тока в начальный и произвольный момент времени, апериодическая составляющая тока КЗ и ударный ток.

Расчет периодической составляющей тока (в абсолютных I _П0⁽³⁾ и относительных I _П0⁽³⁾^* единицах) в начальный момент времени трехфазного короткого замыкания (t = 0) осуществляется по выражениям:

; ; (10.8)

где Х _S и Х _S^* -суммарное реактивное сопротивление энергосистемы до точки короткого замыкания в абсолютных и относительных единицах.

При питании короткого замыкания от энергосистемы, в результате неизменности напряжения на шинах системы амплитуда периодической составляющей постоянна во времени, следовательно:

I _П0⁽³⁾ = I _П_t⁽³⁾ (10.9)

ток периодической составляющей КЗ не меняется во времени.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания I _А_t в произвольный момент времени определяется из выражения:

, (10.10)

где Т _А = Х _ЭКВ /(w × R _ЭКВ) - постоянная времени [ с ] апериодической составляющей тока короткого замыкания;

w= 2pn - круговая частота промышленного тока [ 1 / с ]:

n = 50 - круговая частота промышленного тока сети [ Гц ] = [ 1 / с ].

Максимальное значение тока короткого замыкания (ударный ток) наступает через 0,01 с от момента возникновения короткого замыкания, вызывая наибольшие электродинамические усилия. Этот ток используется для проверки электрических аппаратов и проводников:

; (10.11)

где - ударный коэффициент.

Некоторые характерные параметры систем энергоснабжения приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.1 – Значения (Х / R), Т _А и k _У

Место короткого замыкания	Х / R	Т _А[ с ]	k _У
Ветвь асинхронного двигателя	6,3	0,02	1,6
Ветвь с реактором	18 … 20	0,06	1,9
КЗ за кабельной линией 6 (10) кВ		0,01	1,4
КЗ ха трансформатором S _НОМ= 1000 кВ × А	6,3	0,02	1,6
КЗ за РУ 6 (10) кВ		0,05	1,8

Если в системе электроснабжения предприятий имеются высоковольтные синхронные или асинхронные электродвигатели, то при расчете токов короткого замыкания I _КЗ необходимо учитывать подпитку, которую обеспечивают такие устройства.

Для синхронного электродвигателя начальное действующее значение периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания I _П0⁽³⁾^* (в относительных единицах), когда за базисные величины приняты номинальные ток и напряжение электродвигателя, а также при учете внешнего сопротивления (R _ВН^* и Х _ВН^*) присоединения двигателя к шинам подстанции, определяется из выражения:

; (10.12)

где Е _СП^* - сверхпереходная ЭДС синхронной машины (относительные единицы);

I _НОМ - номинальный ток двигателя [ А ];

Х _СП^*_d - сверхпереходное индуктивное сопротивление асинхронного электродвигателя по продольной оси (в относительных единицах).

Для асинхронного электродвигателя начальное действующее значение периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания I _П0⁽³⁾^* (в относительных единицах) при тех же условиях имеет некоторые отличия:

; (10.13)

где X* _СП — сверхпереходное индуктивное сопротивление асинхронного двигателя в относительных единицах.

В практических расчетах при отсутствии исходной информации за значение сверхпереходной ЭДС Е _СП^* электродвигателей можно принимать для синхронных электродвигателей Е _СП^* = 1,1, а для асинхронных - Е _СП^* = 0,9.

Сверхпереходное индуктивное сопротивление синхронного электродвигателя по продольной оси Х _СП^*_d определяется по справочной литературе; сверхпереходное индуктивное сопротивление асинхронного двигателя X* _СП вычисляют по кратности пускового тока:

X* _СП = U* _НОМ / I * _ПУСК; (10.14)

где I * _ПУСК = I _ПУСК / I _НОМ - кратность пускового тока машины.

При отсутствии исходных данных значение сверхпереходного индуктивного сопротивления асинхронного двигателя X* _СП можно принять равным X* _СП = 0,2.

Расчет апериодической составляющей тока короткого замыкания I _А_t от синхронных и асинхронных электродвигателей и ударного тока I ⁽³⁾_УД производят в соответствии с известными выражениями (10.10) и (10.11):

; ;

В расчетах для определения действующего значения периодической составляющей тока короткого замыкания от синхронных илиасинхронных электродвигателей в произвольный момент времени применяется метод, основанный на применении типовых кривых зависимостей:

g _t_СД = I _П_t_СД / I _{П0 СД}; g _t_АД = I _П_t_АД / I _{П0 АД}; (10.15)

Тогда значение периодической составляющей тока в момент времени t равно:

I _П_t_СД = g _t_СД × I _П0^*_НОМ × I _{НОМ СД}; I _П_t_АД = g _t_АД × I _П0^*_НОМ × I _{НОМ АД}; (10.16)

где I _{НОМ СД} и I _{НОМ АД} - номинальные токи синхронного и асинхронного электродвигателей;

I _П0^*_НОМ = I _П0 / I _Н0М - начальное значение периодической составляющей

тока короткого замыкания в относительных единицах.

При расчете токов короткого замыкания в сетях 380/220 В принимаются следующие исходные положения и допущения:

- учитывают активные и реактивные сопротивления всех элементов сети, включая малые сопротивления (тысячные доли Ом), поэтому расчет производят в единицах сопротивления в миллиомах;

- учитывают не только небольшие сопротивления электрических аппаратов, но и переходные сопротивления контактных соединений (размыкаемых и неразъемных) не отражаемых на электрических схемах (эти сопротивления не поддаются расчету и оцениваются приближенно);

- учитывают сопротивление электрической дуги в точке короткого замыкания (подавляющее большинство коротких замыканий - трехфазных, двухфазных и однофазных - происходит через дугу, поэтому не учет сопротивления дуги приводит к завышению расчетных значений токов по отношению к действительным значениям токов короткого замыкания;

- большая электрическая удаленность источников питания позволяет принять: Е _СИСТ = const; I _¥ = I _СП = I _КЗ - установившийся ток короткого замыкания равен сверхпереходному;

- подпитка точки короткого замыкания от электродвигателей не учитывается, если их мощность составляет менее 20% номинальной мощности питающего трансформатора 6 (10) / 0,4 кВ или если сопротивление сети от двигателей до точки короткого замыкания больше l,5 Z _Т (Z _Т — полное сопротивление трансформатора);

- расчет токов однофазных коротких замыканий проводится с использованием метода симметричных составляющих.

Порядок расчета трехфазных коротких замыканий в сетях 0,4 кВ:

- составляется расчетная схема, включающая все без исключения элементы сети (провода, кабели и шины длиной 10 м и более; все электрические аппараты: плавкие предохранители, автоматы, рубильники, трансформаторы тока и другое). На расчетной схеме выбираются и наносятся точки, в которых следует рассчитать токи короткого замыкания;

- по расчетной схеме составляется эквивалентная схема замещения, на которой указываются сопротивления всех элементов сети;

- производится расчет установившегося и ударного значений токов КЗ для каждой расчетной точки.

Рассчитаем ток короткого замыкания распределительной сети 380/220 В (рисунок 10.6), начинающейся от трансформатора 10/0,4 кВ и заканчивающейся на присоединении к электроприемнику.

Точки короткого замыкания, для которых рассматривается расчет токов коротких замыканий, указаны на рисунке 10.6. В качестве исходной информации задана мощность короткого замыкания (S _КЗ, MBA) со стороны 10 кВ подстанции. Соответствующие сопротивления схемы замещения целесообразно привести к одному напряжению U _С = 0,4кВ.

Эквивалентное индуктивное сопротивление Х _С системы [ мОм ] (10.5):

Это сопротивление на порядок меньше сопротивления трансформатора, поэтому его часто принимают равным нулю.

Сопротивления трансформатора ТП (активное R _T и индуктивное Х _T),приведенные к напряжению вторичной обмотки (400 В), в мОм могут быть рассчитаны по выражениям (10.6)

; ; ,

а сопротивления линий электропередачи — по удельным сопротивлениям х _УД и r _УД и длине линий L.

Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов тока и электрических аппаратов, а также переходные сопротивления контактов болтовых присоединений токоведущих частей к электрическим аппаратам и сборным шинам принимаются как справочная информация. Переходные сопротивления присоединений проводов и кабелей к электрическим аппаратам и другие, рекомендуется принять следующими: для распределительных устройств 0,4 кВ ТП — R _ПК1 =15 мОм; для первичных распределительных пунктов (РП1 на расчетной схеме) в распределительной сети 0,4 кВ, запи-
танных от ТП или от главных магистралей — R _ПК2 = 5 мОм; для вторичных распределительных пунктов (РП2 на расчетной схеме) — R _ПК3 = 5 мОм; для аппаратов, установленных у электроприемников, получающих питание от вторичных распределительных пунктов (непосредственно у ЭП на расчетной схеме) — R _ПК4 = 5 мОм.

Сопротивление дуги в точке короткого замыкания можно не учитывать в тех случаях, когда это не приводит при проверке на стойкость к токам КЗ аппаратов и проводников к завышению их номиналов - затрат на сеть.

Характерная особенность рассматриваемой схемы: сопротивление прямой последовательности массового трансформатора мощностью 1000 кВА активное R _Т = 1,9 мОм, индуктивное Х _Т = 8,6 мОм, а сопротивление переходное контактов R _ПК1 = 15 мОм.

X _КЗ [мОм]

А В U _C [ В ]

КЗ 1 КЗ 1 S _КЗ [МВА]

ТП 10 / 0,4 кВ R _T [мОм] X _T [мОм]

R _QF1 [мОм] X _QF1 [мОм]

QF 1

TT 1 R _TT1 [мОм] X _TT1 [мОм]

КЗ 2 КЗ 2 R _{ПК 1} [мОм]

QF 2 R _QF2 [мОм] X _QF2 [мОм]

TT 2 R _TT2 [мОм] X _TT2 [мОм]

R _W1 [мОм] X _W1 [мОм]

W 1

R _QF3 [мОм] X _QF3 [мОм]

QF 3

КЗ 3 КЗ 3 R _{ПК 2} [мОм]

РП1

R _QF4 [мОм] X _QF4 [мОм]

QF 4

W 2 R _W2 [мОм] X _W2 [мОм]

R _QF5 [мОм] X _QF5 [мОм]

QF 5

КЗ 4 КЗ 4 R _{ПК 3} [мОм]

РП2

R _QF6 [мОм] X _QF6 [мОм]

QF 6

W 3

КЗ 5 R _W3 [мОм] X _W3 [мОм]

ЭП КЗ 5 R _{ПК 4} [мОм]

Рисунок 10.6 – Расчетная (А) и схема замещения (В) для расчета трехфазного тока короткого замыкания

Учитываемое приближенно (без расчетной оценки) сопротивление переходное контактов R _ПК1 = 15 мОм сильнее ограничивает ток короткого замыкания, чем трансформатор. Поэтому затруднительно оценить точность расчета тока короткого замыкания для точки КЗ 2.

Для учета подпитки точки короткого замыкания от электродвигателей в сети 380 В следует воспользоваться формулами (10.12), (10.13):

; .

Установившийся ток трехфазного короткого замыкания I _КЗ⁽³⁾ [ кА ] определится по выражению:

. (10.17)

где U _НОМ = 400 В — номинальное напряжение вторичной обмоток трансформатора ТП;

R _K_Зи Х _КЗ - суммарные активное и реактивное сопротивления коротко замкнутой цепи, мОм.

Ударный то к I _УД коротк о го зам ы кания [ кА ] по (10.11):

I _УД = k _У × Ö2 × I ⁽³⁾_КЗ;

где k _У - ударный коэффициент, зависящий от соотношения Х _КЗ и R _КЗ.

В отличие от высоковольтных сетей для шин РУ 0,4 кВ ТП это соотношение меньше трех, поэтому для точки короткого замыкания КЗ2 k _У = 1,3. Для всех остальных точек, как правило, R _КЗ > Х _КЗ и принимается k _У = 1,0.

Ток трехфазного короткого замыкания I ⁽³⁾_{КЗ 1} [ кА ] в точке КЗ1 (со стороны первичной обмотки трансформатора):

; (10.18)

где S _КЗ - мощность короткого замыкания МВА;

U _НОМ - номинальное напряжение кВ.

Ударное значение тока I _УД⁽³⁾ [ кА ] трехфазного короткого замыкания (10.11):

;

Ток трехфазного короткого замыкания I _КЗ⁽³⁾₂ [ кА ] в точке КЗ2 (10.17):

;

где R _{КЗ 2} = R _T + R _QF₁ + R _TT₁ + R _{ПК 1}; Х _{КЗ 2} = Х _T + Х _QF₁ + Х _TT₁ + Х _С;

Ударный ток тока I _УД коротк о го зам ы кания [ кА ] по (10.11):

I _УД = 1,3 × Ö2 × I ⁽³⁾_{КЗ 2}.

Ток трехфазного короткого замыкания I _КЗ⁽³⁾₃ [ кА ] в точке КЗ 3 (10.17):

;

где R _{КЗ 3} = R _КЗ2 + R _QF ₂ + R _TT ₂ + R _W₁ + R _QF ₃ + R _{ПК 1};

Х _{КЗ 3} = X _КЗ2 + X _QF ₂ + X _TT ₂ + X _W₁ + X _QF ₃;

Ударный ток тока I _УД коротк о го зам ы кания [ кА ] в точке КЗ 3 (10.11):

I _УД = 1,0 × Ö2 × I ⁽³⁾_{КЗ 3}.

Аналогично проводится расчет для остальных точек трехфазных коротких замыканий.

Ток однофазного короткого замыкания в точке КЗ5 протекает по петле фаза - ноль, состоящей из двух последовательных участков: фаза и нулевые цепи (нейтраль сети), которые показаны на рисунке 62 пунктиром. Сопротивление нулевых цепей всегда больше сопротивления фаз, поэтому токи однофазных коротких замыканий минимум в два раза меньше токов трехфазных трехфазных. Так как в сетях 380/220 В, нулевой проводник разделен на два (рабочий и защитный), имеется два вида однофазных КЗ. Первый — фаза - рабочий ноль, второй — фаза - защитный ноль. Если оба нулевых проводника выполнены неидентично, может оказаться, что токи однофазных КЗ указанных видов будут различны. Кроме того, к рабочему нулевому проводнику может быть подключена нулевая точка трехфазной нагрузки, соединенной в «звезду», например, электроосветительная установка. В этом случае сопротивление нулевой последовательности сети уменьшится и однофазный ток короткого замыкания увеличится. К защитному нулевому проводнику подключаются только проводящие корпуса электрооборудования и не подключаются нагрузки.

Чаще всего расчет однофазных токов короткого замыкания производится для определения минимальных токов КЗ для оценки чувствительности защиты от КЗ в конце защищаемой зоны с целью обеспечения электробезопасности. При этом главной задачей является определение времени отключения однофазного короткого замыкания на корпус для проверки выполнения соотношений времени срабатывания t _СР предохранителя (автомата) от тока однофазного короткого замыкания, которое в групповых и распределительных сетях должно быть; t _СР £ 0,4 [ с ]; а в питающих сетях - t _СР £ 5 [ с ].

Действующее значение периодической составляющей тока однофазного короткого замыкания без учета влияния нагрузок в сети, соединенных в звезду с нулевым проводом:

; (10.19)

где 2 R ₁_S и 2 Х ₁_S - суммарные активное и реактивное сопротивления прямой и обратной последовательности относительно точки короткого замыкания;

R ₀_S и Х ₀_S - суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности сети.

Сопротивления прямой и обратной последовательностей одинаковы для всех элементов электрических сетей. Исключения составляют лишь вращающиеся электрические машины. Определение сопротивлений прямой последовательности рассмотрено в пояснениях в тексте к рисунку 10.6.

Сопротивления нулевой последовательности трансформаторов 6(10)/0,4 кВ зависят от их номинальной мощности и схемы соединения обмоток. Они указываются в паспортах заводов-изготовителей и в справочниках.

При отсутствии заводских данных для электрических кабелей принимают приближенно R _0КАБ = 10 R _1КАБ и Х _0КАБ = 4 Х _1КАБ; для шинопроводов R _0Ш = 10 R _1Ш и Х _0Ш = 4 Х _1Ш. Сопротивления нулевой последовательности электрических аппаратов и различных контактных соединений равны сопротивлениям прямой последовательности. Трудности с определением сопротивлений нулевой последовательности можно обойти, используя следующее выражение для оценки величины тока однофазного КЗ:

; (10.20)

где R _Т⁽¹⁾ = 2 R _1Т + R _0Т; Х _Т⁽¹⁾ = 2 Х _1Т + Х _0Т - полные активное и реактивное сопротивления трансформатора ТП;

R _Ф-0 и Х _Ф-0 - суммарное активное и реактивное сопротивления петли фаза - ноль, включающее сопротивление линий, аппаратов и переходных сопротивлений всей цепи от нейтрали трансформатора до точки короткого замыкания;

R _Д - сопротивление дуги.

В практических расчетах часто пользуются приближенной оценкой тока однофазного короткого замыкания:

, (10.21)

где — модуль полного сопротивления трансформатора ТП;

Z _Ф_-₀ — модуль полного сопротивления петли фаза-ноль для короткозамкнугой цепи от трансформатора до точки короткого хамыкания;

U _Ф — фазное напряжение электрической сети..

Значения сопротивлений для различных элементов этой цепи, полученные при обследовании действующих сетей для большинства встречающихся на практике ситуаций, являются справочной информацией. Не учет сопротивления дуги приводит к завышению расчетной величины тока однофазного короткого замыкания, что может вызвать ошибку в определении времени отключения этого короткого замыкания, определяемого по защитным характеристикам аппаратов для проверки условия выполнения соотношений времени срабатывания t _СР предохранителя (автомата) от тока однофазного короткого замыкания, которое в групповых и распределительных сетях должно быть; t _СР £ 0,4 [ с ]; а в питающих сетях - t _СР £ 5 [ с ].

Учитывая необходимость обеспечения требуемой чувствительности защитных аппаратов к однофазным токам КЗ при сдаче в эксплуатацию сетей электроснабжения после монтажа, проводят контрольные замеры величины действительных токов однофазных коротких замыканий в действующей сети. Если действительная величина однофазного тока короткого замыкания окажется меньше расчетной и требуемой нормативами, производятся необходимые доработки сети. Для измерения сопротивления петли фаза - ноль или непосредственно величины однофазного тока короткого замыкания в сети под напряжением применяются специальные измерительные приборы.