سیستم قدرت را معمولا یک شبکه سه فاز متقارن در نظر می گیرند در حالت کمی اگر اتصالی روی دهد تقارن شبکه متعادل به هم می خودرد که سبب پیدایش جریانها و ولتاژهای نامتعادل در شبکه می شود به جز در وقتی که اتصال کوتاه سه فاز اتفاق افتد چون هر سه فاز درگیر این مساله اتصال کوتاه هستند و این درگیری به صورت مساوی است و آن را اتصال کوتاه متقارن می نامند .
با استفاده از نظریه مولفه متقارن و ایده جایگزین کردن منابع سیستم عادی با یک منبع در محل اتصالی تحلیل این شرایط امکان پذیر می شود.
از نظر کاربرد وسایل حفاظت آگاهی داشتن از توزیع جریانهای اتصال کوتاه در سراسر سیستم و ولتاژهای قسمتهای مختلف سیستم بر اثر وقوع اتصالی ضروری است.
علاوه بر این اگر قرار باشد که اتصالی به روش متمایز کردن بر طرف شود باید مقادیر مرزی جریان در هر نقطه رله گذاری مشخص شود معمولا اطلاعات مورد نیاز چنین اند.
- ماکزیمم جریان اتصال کوتاه برای یک اتصالی در یک نقطه رله گذاری
- ماکزیمم جریان اتصال کوتاه برای یک نقطه اتصالی در نقطه رله گذاری
- ماکزیمم جریان مربوط به اتصالی در نقطه رله گذاری
برای بررسی اطلاعات فوق باید محدودیتهای تولید پایدار و شرایط عملکرد ممکن به اضافه طریقه زمین کردن سیستم مشخص شود و همواره عرض شود که اتصالها از طریق اتصال کوتاه صفر رخ می دهد تا جریانها اتصالی در یک شرایط کار معین سیستم بتوانند ماکزیمم شوند.
با استفاده از اصلی جمع آثار می توان نشان داد که هر سیستم برداری سه فاز کلی را می توان با سه مجموعه بردار متعادل و متفارن جایگزین کرد که در مجموعه آنها سه فاز هستند ولی با گردش فازی مخالف و مجموعه سوم هم فاز هستند که توالی مثبت و منفی و صفر نامیده می شوند.
اتصالی در خطوط انتقال
هنگامی که اتصالی رخ دهد دیگر امپرانسای فاز یکسان نبوده (بجز حالت اتصال کوتاه سه فاز) و جریانها و ولتاژها نامتعادل می شوند.
محل بیشترین عدم تعادل در محل وقوع اتصال قرار می گیرد. بررسی اتصالی را می توان با اتصال کوتاه کردن تمامی ولتاژهای تحریک عادی در سیستم و جایگزین کردن محل اتصال با منبعی که ولتاژ تحریک آن برابر با ولتاژ یش از اتصالی در محل اتصال باشد انجام داد.
از این رو امپرانسهای سیستم از دید نقطه اتصالی متقارن باقی می ماند و نقطه اتصال را می توان نقطه تزریق ولتاژها و جریانهای نامتعادل به داخل سیستم در نظر گرفت. این بهترین روش نزدیکی به تعریف شرایط اتصالی است زیرا امکان این را به ما می دهد که سیستم را به صورت شبکه متقارن بررسی کنیم.
این شبکه ها شبکه های توالی مثبت و منفی و صفر نام دارند و در آنها تنها ولتاژها و جریانهای توالی ظاهر می شود و هیچ گونه اتصال متقابلی بین آنها وجود ندارد.
در شرایط عادی سیستم فقط مولفه های توالی مثبت می تواند در سیستم وجود داشته باشد.
بنابراین شبکه امپرانسهای عادی سیستم یک شبکه توالی مثبت است و کمیتهای توالی منفی فقط در اتصالی نامتعادل می توانند پدید آیند و امپرانسهای توالی منفی عموما همان امپرانسهای شبکه توالی مثبت هستند.
در شبکه توالی صفر همان روابط بین جریانها و ولتاژها که در شبکه توالی منفی در شرایط اتصالی وجود دارند به کار می روند.
معادلات و اتصالات شبکه برای انواع مختلف اتصال کوتاه مهمترین انواع اتصال کوتاه چنین هستند.
الف – یک فاز به زمین
ب – دو فاز
ج – دو فاز به زمین
د – سه فاز (با یا بدون زمین)
که برای هر نوع اتصالی سه معادله وجود دارد.
در محاسبات عملی اتصال کوتاه غیر از شاخه اتصال کوتاه شده اثر یک اتصالی در شاخه های شبکه را نیز بررسی می کنند تا بتوان حفاظت را درست بکار برد و قسمتی از سیستم را که مستقیما دچار اتصالی شده جدا کرد.
بنابراین تنها محاسبات جریان اتصال کوتاه در محل اتصال کافی نیست بلکه باید توزیع جریان اتصال کوتاه را نیز مشخص کرد. علاوه بر این ممکن است در اثر یک اتصالی فشار ولتاژهای غیرعادی در سیستم ظاهر شود و بر عملکرد حفاظت اثر بگذارد بنابراین دانستن توزیع جریان و ولتاژ سیستم در اثر اتصالی برای کاربرد حفاظت ضروری است.
روند بررسی های اتصالی سیستم برای کاربرد وسایل حفاظت را می توان چنین خلاصه کرد.
الف: از نمودار سیستم اطلاعات موجود حدود تولید پایدار و شرایط عملکردی ممکن برای سیستم ارزیابی شود.
ب: با این فرض که اتصالیها به نوبت در هر یک از نقاط رله گذاری رخ دهد ماکزیمم و حد اکثر جریانهای اتصال کوتاه که به محل اتصالی وارد می شود برای هر نوع اتصالی محاسبه شود.
ج: با محاسبه توزیع جریان برای اتصالیهای در نقاط مختلف سیستم ماکزیمم جریانهای مربط به اتصالی در نقطه رله گذاری برای هر نوع اتصالی تعیین شود.
د: در این مرحله ایده کم و بیش معینی درباره نوع حفاظتی که باید به کار برود شکل می گیرد.
حال محاسبات بیشتری برای تعیین تغییر ولتاژ در نقطه رله گذاری با حد پایداری سیستم بر اثر اتصالی در آن انجام می شود تا رده حفاظت لازم همچون تندکار یا کندکار حفاظت واحد یا غیرواحد و غیره تعیین شود.