Zwarcie – połączenie między sobą punktów obwodu elektrycznego należących do różnych faz albo połączenie jednego lub większej liczby takich punktów z ziemią: bezpośrednio, przez łuk elektryczny, przez przedmiot o bardzo małej impedancji.

Rozróżnia się następujące rodzaje zwarć: zwarcia międzyprzewodowe trójfazowe i dwufazowe, zwarcia doziemne (czyli zwarcia między fazą lub fazami obwodu a ziemią) – trójfazowe, dwufazowe i jednofazowe.

W praktyce spotyka się również zwarcia będące kombinacjami podobnych przypadków zwarć tzw. Zwarcia wielokrotne, czyli występujące w kilku miejscach sieci.

Udziały rodzajów zwarć – Jednofazowe 65%, Podwójne z ziemią i dwufazowe z ziemią 20%, dwufazowe 10%, trójfazowe 5%.

Przyczyny powstawania zwarć: -przepięcia atmosferyczne i łączeniowe, -błędne operacje w stacjach elektroenergetycznych, mechaniczne uszkodzenia kabli, słupów, izolatorów; -zawilgocenia lub zniszczenia izolacji; -uszkodzenia słupów linii napowietrznych; dotknięcia dźwigów, gałęzi drzew, ludzi i zwierząt; - zarzutek na przewody gołe.

Prąd zwarciowy płynący w obwodzie zwarciowym jest na ogół (poza przypadkiem zwarć jednofazowych w sieciach izolowanych i kompensowanych) wielokrotnie większy od prądu roboczego. Duże prądy, mimo krótkiego czasu płynięcia, powodują gwałtowne nagrzewanie urządzeń sieciowych. Uszkodzeniu mogą ulec: przewody, uzwojenia maszyn i transformatorów oraz izolacja. Mogą spowodować powstanie następnych zwarć. Duże siły dynamiczne powstają w sąsiadujących przewodach przy przeływie przez nie prądów zwarciowych. Siły te mogą spowodować łamanie izolatorów wsporczych szyn zbiorczych, łamanie i wyginanie szyn, rozrywanie uzwojeń transformatorów i przekładników prądowych.

Zwarcia jednofazowe – w sieciach z izolowanym punktem neutralnym powodują powstanie prądów porównywalnych z prądami roboczymi, tj. od kilku do stukilkudziesięciu amperów. Zwarcia te można podzielić na: zwarcia bezłukowe, zwarcia łukowe o łuku przerywanym, zwarcia łukowe o łuku trwałym lub zbliżonym do trwałego.

Przejścia w kolejne rodzaje zwarć następują przy wzroście prądu zwarciowego, przy czym ścisłe, jednoznaczne określenie prądów granicznych jest praktycznie niemożliwe. Zwarcie bezłukowe powoduje wzrost napięcia w fazach zdrowych do napięcia międzyprzewodowego. Występuje ono w niezbyt rozgałęzionych sieciach napowietrznych oraz kablowych ze skompensowanym prądem zmiennozwarciowym. Znacznie groźniejsze jest zwarcie o łuku przerywanym powoduje przepięcia nieustalone w fazach zdrowych o amplitudzie osiągającej kilkakrotną wartość napięcia fazowego. Do przepięć nieustalonych nie dochodzi, jeśli zwarcie łukowe ma charakter zwarcia o łuku trwałym lub zbliżonym do trwałego. Zwarcia łukowe mogą powodować uszkodzenie izolacji urządzeń i tym samym stwarzać niebezpieczeństwo porażenia ludzi lub przejścia zwarcia jednofazowego w wielofazowe.

/proces przejściowy przy zwarciu - slajd 6; udarowy prąd zwarcia – slajd 7/

Prąd zwarciowy początkowy Ik – wartość skuteczna składowej okresowej prądu zwarciowego wyznaczona dla chwili t=0; Prąd zwarciowy udarowy Iu – maksymalna wartość chwilowa prądu zwarciowego. Prąd zwarciowy wyłączeniowy symetryczny I_b – wartość skuteczna jednego pełnego okresu składowej okresowej obliczeniowego prądu zwarciowego w chwili rozdzielenia styków bieguna łącznika otwierającego się na skutek zwarcia. Prąd zwarciowy ustalony I_k – wartość skuteczna prądu zwarciowego występującego po wygaśnięciu zjawisk przejściowych. Prąd zwarciowy cieplny I_th – wartość skuteczna prądu powodującego takie same skutki cieplne, jak prąd zwarciowy I_k podczas zwarcia trwającego t_k sekund. Prąd zwarciowy wyłączeniowy niesymetryczny ibasym – prąd wyłączeniowy symetryczny I_b uzupełniony o składową nieokresową i_n

/obrazek slajd 9/

Metoda składowych symetrycznych opiera się na idei liniowego przekształcenia układu współrzędnych fazowych A,B,C w układ współrzędnych 0, 1, 2 (0-składowa zerowa, 1-zgodna, 2-przeciwna). Zaleta – symetryzacja rozpatrywanych wektorów napięć i prądów, co pozwala na łatwiejszą analizę zjawisk.

/obrazki…. + schematy zastępcze/

Zwarcia trójfazowe: Prąd zwarciowy – I_k=I_A=I_B=I_C=E/Z_k , gdzie E- wartość zastępczej siły elektromotorycznej, która jest równa napięciu fazowemu w rozpatrywanym węźle w chwili poprzedzającej zwarcie.

/obrazki/

Zwarcie dwufazowe /obrazki –nawet Juras się objawił na 14 slajdzie/

Obliczanie wielkości zwarciowych według zaleceń normatywnych – Metoda obliczeniowa przedstawiona w normie jest oparta na twierdzeniu Thevenina. Koncepcja twierdzenia polega na zastąpieniu danego obwodu, widzianego od strony wybranej pary zacisków, równoważnym schematem, składającym się z idealnego źródła napięcia o s.e.m. E1 równej napięciu stanu jałowego i szeregowej impedancji zastępczej Z1 widzianej z tych zacisków. Norma wprowadza pewne uproszczenia ze względu na fakt, iż najczęściej nie są znane warunki napięciowe Uk0 w chwili poprzedzającej zwarcie. Napięcie źródła zastępczego jest szacowane wg. Wzoru cU_nom/(3^(1/2)) – czyli przez pierwiastek z 3. Pomija się również wszystkie obciążenia nie wirujące i admitancje poprzeczne elementów sieci. Skutki tych uproszczeń są rekompensowane poprzez współczynnik c oraz w przypadku zwarć w pobliżu generatorów – korektę impedancji wybranych elementów sieci. Wartość wsp. c dobiera się w zależności, czy wyznaczany jest minimalny, czy maksymalny prąd zwarciowy. Wartość minimalna prądu zwarcia – stanowi podstawę doboru nastawień zabezpieczeń. Maksymalna prądu zwarcia – określa wymagane parametry urządzeń elektrycznych. Wartości współczynnika c przyjmuje się wg. Tabeli, przy założeniu, że najwyższe napięcie w sieci nie różni się przeciętnie więciej niż ok. 10% (sieci WN) od jej napięcia znamionowego.

Zwarcie trójfazowe – zwarcie można uważać za odległe od generatora, jeżeli reaktancja XTR transformatora zasilającego miejsce zwarcia jest ponad dwukrotnie większa od reaktancji zastępczej XS systemu przyłączonego do tego transformatora. Prąd zwarciowy jest sumą: - składowej przemiennej o stałej amplitudzie w czasie trwania zwarcia, - o składowej nieokresowej zanikającej do zera, i nie uwzględnia wpływu silników. /obrazki/

Zwarcia niesymetryczne – obrazki

Impedancja sieci elektroenergetycznej zastępczej Z_S jest wyznaczana w oparciu prąd zwarciowy zwarcia trójfazowego, jaki płynie z tej sieci przy zwarciu na jej zaciskach IS Z_S=cU_nom/(3^(1/2)*I_S) Rezystancję i reaktancję sieci elektroenergetycznej zastępczej wyznacza się następująco: dla sieci o napięciu nominalnym powyżej 35kV zakładamy, że rezystancja sieci jest równa zeru, a reaktancja jej impedancji. Dla pozostałych sieci: XS=0,995Z_S, RS=0,1Z_S

Transformatory. Impedancje zwarciowe dla składowej symetrycznej kolejności zgodnej transformatorów dwuuzwojeniowych i trójuzwojeniowych oblicza sięwg. Danych katalogowych. Rezystancja dużych transformatorów jest na tyle mała, że w obliczeniach amplitudy prądów zwarciowych impedancja może być zastąpiona reaktancją. Rezystancja powinna być uwzględniana przy obliczeniach prądu udarowego i_u oraz składowej nieokresowej i_a. Reaktancja składowej zerowej transformatora zależy od konstrukcji oraz schematu połączeń transformatora.