Proračun se vrši za odabir i provjeru postavki relejne zaštite i automatizacije ili provjeru parametara opreme.
Hajde da uvedemo nekoliko pretpostavki koje pojednostavljuju proračun i ne unose značajne greške:
- 1. Linearnost svih elemenata kola;
- 2. Okvirni obračun opterećenja;
- 3. Simetrija svih elemenata sa izuzetkom tačaka kratkog spoja;
- 4. Zanemarivanje aktivnih otpora, ako je X / R> 3;
- 5. Ne uzimaju se u obzir struje magnetiziranja transformatora;
Greška proračuna prema ovim pretpostavkama ne prelazi 2-5%.
Proračun struja kratkog spoja je pojednostavljen korištenjem ekvivalentnog kola. Proračun struja kratkog spoja vrši se u imenovanim jedinicama.
Projektne tačke kratkog spoja: K1 - na NN sabirnicama; K2 ... K5 - na kraju nadzemnog voda.
Crtanje. 9.1. Ekvivalentno kolo 10 kV
Trofazna struja kratkog spoja:
gdje je IkzVN struja kratkog spoja na visokonaponskim sabirnicama.
Sistemski parametri:
gdje je Ucp prosječni napon, kV;
Trofazno napajanje kratkog spoja na trafostanicama VN sabirnice, MVA
EMF sistema:
Es = Uav. (9.3)
Es = 10,5 kV.
Parametri energetskog transformatora:
Aktivni otpor transformatora, smanjen na stranu od 10,5 kV.
Reaktancija transformatora je smanjena na 10,5 kV stranu.
Parametri nadzemnog voda:
RVL = r0 l (9.6)
XVL = x0 l (9,7)
RVL = 0,72 11,21 = 8,07 Ohm
XVL = 0,4 11,21 = 4,48 Ohm
Parametri odlaznih vodova prikazani su u tabeli 9.1.
Tabela 9.1. Parametri odlazne linije
|
Marka žice |
||||||
|
VL Nekrasovo |
||||||
|
VL Borisovo |
||||||
|
VL Lukino |
||||||
|
VL Pozhara |
||||||
|
VL Starina |
||||||
|
VL Proshino |
||||||
Proračun struja kratkog spoja vrši se za napon strane na koju se smanjuju otpori kola.
gdje je ukupni ukupni ekvivalentni otpor od izvora napajanja do projektirane tačke kratkog spoja, Ohm.
Stacionarna vrijednost struje pri dvofaznom kratkom spoju određena je vrijednošću struje trofaznog kratkog spoja:
Struja udara:
gdje je kud koeficijent uticaja.
Dajemo primjer proračuna za nadzemni vod Lukino
Proračun struja kratkog spoja sažet je u tabeli 9.2.
Tabela 9.2. Proračun struja kratkog spoja
|
I (3) kzmax, kA |
I (3) kzmin, kA |
|||||
|
VL Nekrasovo |
||||||
|
VL Borisovo |
||||||
|
VL Lukino |
||||||
|
VL Pozhara |
||||||
|
VL Starina |
||||||
|
VL Proshino |
||||||
|
Sabirnice 10 kV |
Struja jednofaznog zemljospoja određena je formulom:
Da li je (1) = 3 Uph u? Sud L (9.13)
gdje je Uf napon mrežne faze;
u ugaona frekvencija mrežnog napona;
Sud je kapacitet 1 km faze mreže u odnosu na tlo, μF/km;
L je ukupna dužina mreže, km.
Ali s preciznošću za praktične proračune, uključujući rješavanje pitanja potrebe za kompenzacijom kapacitivne struje zemljospoja, proračun se vrši prema formuli:
gdje je Unom nazivni napon mreže, kV;
Lv - ukupna dužina nadzemnih vodova mreže, km;
Lk - ukupna dužina kablovskih vodova, km.
Odredite jednofaznu struju zemljospoja za 10 kV izlazne vodove. PUE propisuje: vrijednost kapacitivne struje zemljospoja za normalan način rada mreže. I u ovom slučaju, normalan način rada je odvojeni rad energetskih transformatora (sekcioni prekidači su isključeni).
Za odlazne vodove 10 kV:
Prema PUE klauzuli 1.2.16 kompenzaciju kapacitivne struje zemljospoja treba primijeniti na vrijednosti ove struje u normalnim režimima: u mrežama napona 3-20 kV, s armiranobetonskim i metalnim nosačima na nadzemnom naponu vodova, a u svim mrežama napona 35 kV - više od 10 A. U našem slučaju nije potrebna kompenzacija.
Pozdrav dragi čitatelji i posjetitelji stranice "Bilješke električara".
Imam članak na sajtu o tome. U njemu sam naveo slučajeve iz svoje prakse.
Dakle, kako bi se minimizirale posljedice ovakvih nezgoda i incidenata, potrebno je odabrati pravu električnu opremu. Ali da biste ga pravilno odabrali, morate biti u mogućnosti izračunati struju kratkog spoja.
U današnjem članku pokazat ću vam kako možete samostalno izračunati struju kratkog spoja, ili ukratko struju kratkog spoja, koristeći pravi primjer.
Razumijem da mnogi od vas ne moraju da prave kalkulacije, jer obično to rade ili dizajneri u licenciranim organizacijama (firmama), ili studenti koji pišu sljedeći semestar ili diplomski projekat. Posebno razumijem ovo posljednje, tk. budući da je i sam bio student (u dalekoj dvohiljaditoj godini), bilo mu je jako žao što takvih stranica nema na mreži. Također, ova publikacija će biti korisna za energetičare i za podizanje nivoa samorazvoja, odnosno za osvježavanje pamćenja položenog gradiva.
Inače, već sam ga dao. Za sve zainteresovane, pratite link i pročitajte.
Dakle, pređimo na posao. Prije nekoliko dana u našem preduzeću došlo je do požara na trasi kabla kod montažne radnje br.10. Gotovo u potpunosti je izgorjela nosač kablova sa svim kablovima za napajanje i kontrolu koji idu tamo. Evo fotografije sa lica mesta.
Neću ulaziti duboko u "debrifing", ali moj menadžment je imao pitanje o aktiviranju ulaznog prekidača i njegovoj korespondenciji za zaštićeni vod. Jednostavnim riječima reći ću da ih je zanimala veličina struje kratkog spoja na kraju ulaznog strujnog kabla, tj. na mestu gde je izbio požar.
Naravno, električari u trgovinama nemaju projektnu dokumentaciju za proračun struja kratkog spoja. ovaj red nije pronađen, a ja sam morao sam da napravim čitavu računicu koju objavljujem javnosti.
Prikupljanje podataka za proračun struja kratkog spoja
Energetski sklop br.10, u blizini kojeg je izbio požar, napaja se preko prekidača A3144 600(A) sa bakarnim kablom SBG (3x150) iz opadajućeg transformatora br.1 10/0,5 (kV) kapaciteta od 1000 (kVA).
Nemojte se iznenaditi, u našem preduzeću još uvijek postoji mnogo radnih trafostanica sa izolovanim neutralnim naponom od 500 (V), pa čak i na 220 (V).
Uskoro ću napisati članak o tome kako se spojiti na 220 (V) i 500 (V) mreže sa izolovanom neutralom. Ne propustite novi članak - pretplatite se na naš newsletter.
Step-down transformator 10/0,5 (kV) napaja se energetskim kablom AAŠv (3h35) iz visokonaponske distributivne trafostanice br.20.
Neka pojašnjenja za izračunavanje struje kratkog spoja
Želio bih reći nekoliko riječi o samom procesu kratkog spoja. Tijekom kratkog spoja u krugu se javljaju prijelazni procesi povezani s prisutnošću induktiviteta u njemu, koji sprječavaju oštru promjenu struje. S tim u vezi, struja kratkog spoja. tokom procesa tranzicije može se podijeliti na 2 komponente:
- periodično (pojavljuje se u početnom trenutku i ne smanjuje se sve dok se električna instalacija ne isključi iz zaštite)
- aperiodično (pojavljuje se u početnom trenutku i brzo se smanjuje na nulu nakon završetka prijelaza)
Struja kratkog spoja Računaću prema RD 153-34.0-20.527-98.
Ovaj regulatorni dokument kaže da je izračunavanje struje kratkog spoja dozvoljeno približno, ali pod uslovom da greška u proračunu ne prelazi 10%.
Izvršit ću proračun struja kratkog spoja u relativnim jedinicama. Vrijednosti elemenata kola bit će aproksimirane osnovnim uvjetima, uzimajući u obzir omjer transformacije energetskog transformatora.
Cilj je A3144 sa nazivnom strujom od 600 (A) po uklopnom kapacitetu. Da bih to učinio, moram odrediti trofaznu i dvofaznu struju kratkog spoja na kraju strujnog kabela.
Primjer proračuna struja kratkog spoja
Kao glavni stepen uzimamo napon od 10,5 (kV) i postavljamo osnovnu snagu elektroenergetskog sistema:
osnovna snaga elektroenergetskog sistema Sb = 100 (MVA)
bazni napon Ub1 = 10,5 (kV)
struja kratkog spoja na sabirnicama TS br. 20 (prema projektu) Isc = 9,037 (kA)
Izrađujemo izračunatu shemu napajanja.
U ovom dijagramu označavamo sve elemente električnog kola i njih. Također, ne zaboravite naznačiti tačku u kojoj trebamo pronaći struju kratkog spoja. Na gornjoj slici sam zaboravio da naznačim, pa ću to rečima objasniti. Nalazi se odmah iza niskonaponskog kabla SBG (3x150) pre sklopa br.10.
Zatim ćemo nacrtati ekvivalentno kolo, zamjenjujući sve elemente gornjeg kruga aktivnim i reaktancijskim otporima.
Prilikom izračunavanja periodične komponente struje kratkog spoja, dozvoljeno je zanemariti aktivni otpor kablovskih i nadzemnih vodova. Za precizniji izračun, uzet ću u obzir aktivni otpor na kabelskim vodovima.
Poznavajući osnovnu snagu i napon, naći ćemo osnovne struje za svaku fazu transformacije:
Sada moramo pronaći reaktanciju i aktivni otpor svakog elementa kola u relativnim jedinicama i izračunati ukupni ekvivalentni otpor ekvivalentnog kola od izvora napajanja (energetskog sistema) do tačke kratkog spoja. (označeno crvenom strelicom).
Odredimo reaktanciju ekvivalentnog izvora (sistema):
Odredite reaktanciju kablovskog voda 10 (kV):
- Ho - specifični induktivni otpor za kabl AAŠv (3h35) preuzimamo od A.A. Fedorov, tom 2, tab. 61,11 (mjereno u omima / km)
Odredite aktivni otpor kablovske linije 10 (kV):
- Ro - specifični aktivni otpor za kabl AAŠv (3h35) preuzimamo od A.A. Fedorov, tom 2, tab. 61,11 (mjereno u omima / km)
- l - dužina kablovske linije (u kilometrima)
Odredite reaktanciju transformatora s dva namotaja 10 / 0,5 (kV):
- uk% - napon kratkog spoja transformatora 10 / 0,5 (kV) kapaciteta 1000 (kVA), preuzimamo od A.A. Fedorov, tab. 27.6
Zanemarujem aktivni otpor transformatora, jer ona je neuporedivo mala u odnosu na reaktivnu.
Odredite reaktanciju kablovskog voda 0,5 (kV):
- Ho - otpornost za SBG kabl (3x150) preuzeta je iz A.A. Fedorov, tab. 61,11 (mjereno u omima / km)
- l - dužina kablovske linije (u kilometrima)
Odredite aktivni otpor kablovske linije 0,5 (kV):
- Ro - otpornost za kabl SBG (3x150) preuzimamo od A.A. Fedorov, tab. 61,11 (mjereno u omima / km)
- l - dužina kablovske linije (u kilometrima)
Odredite ukupni ekvivalentni otpor od izvora napajanja (energetskog sistema) do tačke kratkog spoja:
Nađimo periodičnu komponentu trofazne struje kratkog spoja:
Nađimo periodičnu komponentu dvofazne struje kratkog spoja:
Rezultati proračuna struja kratkog spoja
Dakle, izračunali smo dvofaznu struju kratkog spoja na kraju strujnog kabla sa naponom od 500 (V). To je 10,766 (kA).
Ulazni prekidač A3144 ima nazivnu struju od 600 (A). Postavka elektromagnetnog okidanja je postavljena na 6000 (A) ili 6 (kA). Dakle, možemo zaključiti da je kratkim spojem na kraju ulaznog kabelskog voda (u mom primjeru, zbog požara) i isključen oštećeni dio strujnog kola.
Dobivene vrijednosti trofaznih i dvofaznih struja mogu se koristiti i za odabir postavki relejne zaštite i automatizacije.
U ovom članku nisam izvršio proračun udarne struje pri kratkom spoju.
P.S. Gornji proračun je poslan mom vodiču. Za približan izračun, to će biti prilično dobro. Naravno, niska strana bi se mogla detaljnije izračunati, uzimajući u obzir otpor kontakata prekidača, kontaktne veze kabelskih papučica sa sabirnicama, otpor luka na mjestu kvara itd. O ovome ću pisati neki drugi put.
Ako vam je potreban precizniji izračun, možete koristiti posebne programe na vašem računaru. Ima ih mnogo na internetu.
Proračun struja kratkog spoja vrši se za izbor i verifikaciju elektrodinamičkog i termičkog otpora električnih uređaja i provodnika, projektovanje i podešavanje relejne zaštite.
Izvori energije za kratki spoj su generatori elektrana, elektroenergetski sistemi i elektromotori napona preko 1000 V, ako su povezani na kratki spoj direktno, kablovskim vodovima, sabirničkim kanalima ili preko linearnih prigušnica. Djelovanje napajanja elektromotora uzima se u obzir samo u početnom trenutku kratkog spoja.
Za izračunavanje struja kratkog spoja izrađuje se projektna shema, koja odgovara normalnom načinu rada, koja se izrađuje na osnovu analize SES kola i predstavlja jednolinijski električni krug.
Na dijagramu dizajna navedite sva napajanja i elemente mreže, ocrtajte potrebna mjesta na kojima će se vršiti proračun struja kratkog spoja. Parametri izvora napajanja i SES elemenata su dati u početnim podacima. Za sinhrone generatore i elektromotore sa naponima iznad 1000 V, EMF se uzima da je jednaka superprolaznoj EMF E".
Kao primjer, sl. 3.4 prikazuje dijagram dizajna za strujni krug prikazan na Sl. 3.2. Prema izračunatoj shemi, sastavlja se ekvivalentno kolo. U ovom slučaju, sve elektromagnetske veze između elemenata kola zamjenjuju se električnim pomoću ekvivalentnih transformacija. Pored svakog elementa sheme, njegov serijski broj je naveden u brojniku n, a u nazivniku - vrijednost otpora (Ohm) ili relativne osnovne jedinice, svedene na osnovni korak. Osnovna faza je obično faza transformacije, u kojoj se izračunava struja kratkog spoja. Osnovni napon koraka U b se uzima jednako srednjem (nazivnom) naponu U n koraka transformacije u skladu sa skalom: 230; 154; 115; 37; 10.5; 6,3 kV.
Struje kratkog spoja mogu se izračunati u fizičkim jedinicama ili relativnim osnovnim jedinicama. Prilikom izračunavanja struje kratkog spoja u relativnim jedinicama, prikladno je uzeti osnovnu snagu kao umnožak od 10 (na primjer, 100 ili 1000 MB × A), ili snagu elektroenergetskog sistema koji opskrbljuje preduzeće električnom energijom, ili nazivna snaga bilo kojeg elementa SES-a. Ako se proračun struje kratkog spoja vrši približno pomoću izračunatih krivulja, tada osnovnu snagu treba uzeti jednakom snazi sistema napajanja.
Osnovni modul impedanse Z b do mesta kratkog spoja, struja I b i moć S b određuju formule:
Za trofazne transformatore s dva namota, aktivni R t i induktivni X t otpori, svedeni na visokonaponski namotaj i koji se koriste za proračun smanjenih otpora, dati su u tabeli. A1.5. Za trofazne transformatore s tri namotaja, vrijednosti aktivne R tv, R ts, R tzv. i induktivni X tv, X ts, X U radu su navedeni takozvani otpori namotaja višeg, srednjeg i nižeg napona, neophodni za proračun smanjenih otpora. Induktivni otpori reaktora X p su dati u radu i u tabeli. A1.9.
Prilikom izračunavanja struje kratkog spoja, EMF svih izvora se uzima u fazu. Stoga se proračun vrši metodom superpozicije: struja iz svakog izvora napajanja u tački kratkog spoja se računa posebno, a zatim se dobijena struja nalazi aritmetičkim zbrajanjem komponenti iz pojedinačnih izvora.
RMS vrijednost periodične komponente trofazne struje kratkog spoja u fizičkim jedinicama:
Kada se napaja sinhronim generatorom ili elektromotorom napona od 1000 V:
gdje ; ; ; str- broj serijski povezanih aktivnih otpora od izvora napajanja do tačke kratkog spoja; m- broj induktivnih reaktansi povezanih u seriju od izvora napajanja do tačke kratkog spoja.
Efektivna vrijednost periodične komponente trofazne struje kratkog spoja u relativnim osnovnim jedinicama:
Kada se napaja iz elektroenergetskog sistema:
; (3.31)
Kada ga napaja sinhroni generator ili elektromotor napona preko 1000 V:
gdje je snaga trofaznog simetričnog kratkog spoja,
; ; 
. (3.33)
Prelaz sa struje kratkog spoja i snage u relativnim jedinicama na struju i snagu u fizičkim jedinicama vrši se prema formulama:
Ako< 0.3 или < 0.3, то активное сопротивление R c se ne uzima u obzir pri izračunavanju periodične komponente trofazne struje kratkog spoja.
Periodična komponenta dvofazne struje kratkog spoja:
Trofazna simetrična udarna struja kratkog spoja kada se napaja iz elektroenergetskog sistema:
gdje je koeficijent uticaja.
Vremenska konstanta opadanja aperiodične komponente struje trofaznog simetričnog kola kada se napaja iz elektroenergetskog sistema:
gdje f - frekvencija napajanja, Hz.
Puls struje kvadratnog zakona... Temperatura pregrijavanja provodnika strujom u stacionarnom stanju u odnosu na temperaturu okoline određuje se iz jednačine toplotnog bilansa, tj. jednakost količine emitovane i raspršene toplote. Zbog kratkog trajanja SC procesa, odvođenje topline se ne uzima u obzir, jer se proces smatra adijabatskim. Ukupni impuls struje kratkog spoja kvadratnog zakona (struja grijanja):
gdje V kp je kvadratni strujni impuls iz periodične komponente struje kratkog spoja; V k.a - kvadratni strujni impuls iz aperiodične komponente struje kratkog spoja.
Uglavnom:
, (3.39)
gdje m- broj segmenata diskretnog vremenskog intervala kada se integral zamijeni konačnim zbirom,; ε - simbol cijelog dijela količnika; D t- diskretni vremenski interval za cijepanje zavisnosti; - prosječna vrijednost struje kratkog spoja pri n th diskretni vremenski interval.
Jednom je jednoj gospođi, ne baš upućenoj u elektrotehniku, električar rekao razlog gubitka svjetla u njenom stanu. Ispostavilo se da je u pitanju kratki spoj, a žena je zahtevala da se odmah produži. Možete se smijati ovoj priči, ali bolje je detaljnije razmotriti ovu smetnju. Čak i bez ovog članka, električari znaju šta je to, čemu prijeti i kako izračunati struju kratkog spoja. Informacije u nastavku su namijenjene osobama koje nemaju tehničko obrazovanje, ali, kao i svi ostali, nisu osigurani od smetnji povezanih s radom opreme, strojeva, proizvodne opreme i najčešćih kućanskih aparata. Važno je da svaka osoba zna šta je kratak spoj, koji su mu uzroci, moguće posljedice i metode sprječavanja. U ovom opisu ne možete bez poznavanja osnova elektrotehnike. Čitaocu koji ih ne poznaje može biti dosadno i neće pročitati članak do kraja.
Popularno izlaganje Ohmovog zakona
Bez obzira kakva je priroda struje u električnom kolu, ona se javlja samo ako postoji razlika potencijala (ili napon, isti je). Priroda ovog fenomena može se objasniti na primjeru vodopada: ako postoji razlika u nivoima, voda teče u nekom smjeru, a kada nije, miruje. Čak i školarci znaju Ohmov zakon, prema kojem, što je veći napon i niža struja, veći je otpor uključen u opterećenje:
I je veličina struje, koja se ponekad naziva i "trenutna snaga", iako ovo nije baš pismen prijevod s njemačkog jezika. Izmjereno u amperima (A).
U stvari, sama struja ne posjeduje silu (odnosno uzrok ubrzanja), što se upravo manifestira prilikom kratkog spoja. Ovaj termin je već postao poznat i često se koristi, iako su nastavnici nekih univerziteta, nakon što su iz studentskih usta čuli riječi „trenutna snaga“, odmah rekli „ne“. „Ali šta je sa vatrom i dimom koji dolazi iz ožičenja tokom kratkog spoja? - Pita tvrdoglavog protivnika, "Zar ovo nije moć?" Na ovu primjedbu postoji odgovor. Činjenica je da idealni provodnici ne postoje, a njihovo zagrijavanje je upravo zbog toga. Ako pretpostavimo da je R = 0, tada se toplota ne bi oslobađala, kao što je jasno iz Joule-Lenzovog zakona, datog u nastavku.
U je ista razlika potencijala, koja se naziva i napon. Meri se u voltima (imamo V, u inostranstvu V). Naziva se i elektromotorna sila (EMF).
R - električni otpor, odnosno sposobnost materijala da spriječi prolaz struje. Za dielektrike (izolatore) je velika, iako nije beskonačna, za provodnike je mala. Mjeri se u omima, ali se vrednuje kao određena veličina. Podrazumijeva se da što je žica deblja, to bolje provodi struju, a što je duža, to je lošija. Stoga se otpornost mjeri u omima pomnoženim sa kvadratnim milimetrom i podijeljenim metrom. Osim toga, na njegovu vrijednost utječe temperatura, što je veća, to je veći otpor. Na primjer, zlatni provodnik dužine 1 metar i 1 kvadratni metar. mm na 20 stepeni Celzijusa ima ukupan otpor od 0,024 Ohma.
Postoji i formula Ohmovog zakona za kompletno kolo, u njega se unosi unutrašnji (vlastiti) otpor izvora napona (EMF).
Dvije jednostavne, ali važne formule
Nemoguće je razumjeti razlog zašto dolazi do struje kratkog spoja bez savladavanja još jedne jednostavne formule. Snaga koju troši opterećenje jednaka je (isključujući reaktivne komponente, ali o njima kasnije) proizvodu struje i napona.
P - snaga, vat ili volt-amper;
U - napon, volt;
I - struja, Amper.
Snaga nikada nije beskonačna, uvijek je ograničena nečim, stoga, sa svojom fiksnom vrijednošću, napon opada sa povećanjem struje. Zavisnost ova dva parametra radnog kola, grafički izražena, naziva se strujno-naponska karakteristika.
I još jedna formula potrebna za izračunavanje struja kratkog spoja je Joule-Lenzov zakon. Daje predstavu o tome koliko se topline stvara pri opterećenju i vrlo je jednostavno. Provodnik će se zagrijati intenzitetom proporcionalnim naponu i kvadratu struje. I, naravno, formula nije potpuna bez vremena, što se otpor duže zagrijava, to će više topline osloboditi.
Šta se dešava u strujnom kolu kada dođe do kratkog spoja
Dakle, čitalac može pretpostaviti da je savladao sve glavne fizičke zakone kako bi shvatio kolika može biti veličina (u redu, neka bude) struje kratkog spoja. Ali prvo morate odlučiti o pitanju šta je to, zapravo. Kratki spoj (kratki spoj) je situacija u kojoj je otpor opterećenja blizu nule. Gledamo formulu Ohmovog zakona. Ako uzmemo u obzir njegovu verziju za dio kola, lako je razumjeti da će struja težiti beskonačnosti. U punoj verziji bit će ograničen otporom EMF izvora. U svakom slučaju, struja kratkog spoja je vrlo velika, a prema Joule-Lenzovom zakonu, što je veća, to se provodnik kroz koji prolazi više zagrijava. Štoviše, ovisnost nije direktna, već kvadratna, to jest, ako se I poveća stostruko, tada će se osloboditi deset hiljada puta više topline. Ovo je opasnost od pojave koja ponekad dovodi do požara.
Žice sijaju užareno (ili bele), prenose tu energiju na zidove, plafone i druge predmete koje dodiruju i pale ih. Ako faza u nekom uređaju dodirne neutralni provodnik, nastaje struja kratkog spoja izvora, zatvorenog za sebe. Zapaljiva podloga električnih instalacija je noćna mora za vatrogasne inspektore i razlog za brojne novčane kazne neodgovornim vlasnicima zgrada i prostorija. A greška, naravno, nisu zakoni Joule-Lenz-a i Ohma, već suha izolacija od starosti, neprecizna ili nepismena instalacija, mehanička oštećenja ili preopterećenje ožičenja.
Međutim, struja kratkog spoja, koliko god velika, takođe nije beskonačna. Na veličinu smetnji koje on može napraviti utječe trajanje grijanja i parametri strujnog kruga.
AC kola
Gore navedene situacije bile su opće prirode ili su se odnosile na kola jednosmjerne struje. U većini slučajeva, i stambeni i industrijski objekti se napajaju iz mreže naizmjeničnog napona 220 ili 380 volti. Problemi sa DC ožičenjem najčešći su u automobilima.
Postoji razlika, i to značajna, između ova dva glavna tipa napajanja. Činjenica je da prolaz naizmjenične struje ometaju dodatne komponente otpora, koje se nazivaju reaktivne i zbog valne prirode pojava koje nastaju u njima. Induktori i kapaciteti reagiraju na izmjeničnu struju. Struja kratkog spoja transformatora ograničena je ne samo aktivnim (ili omskim, odnosno onim koji se može izmjeriti džepnim testerom) otporom, već i njegovom induktivnom komponentom. Druga vrsta opterećenja je kapacitivna. U odnosu na vektor aktivne struje, vektori reaktivnih komponenti su skretani. Induktivna struja zaostaje, a kapacitivna struja je vodi za 90 stepeni.
Primjer razlike u ponašanju opterećenja koje ima reaktivnu komponentu je konvencionalni zvučnik. Neki ljubitelji glasne muzike ga preopterećuju dok magnetno polje ne izbaci difuzor. Zavojnica odleti s jezgre i odmah izgori, jer se induktivna komponenta njegovog napona smanjuje.
KZ tipovi
Struje kratkog spoja mogu se pojaviti u različitim krugovima povezanim na različite istosmjerne ili naizmjenične izvore. Najjednostavnije je s uobičajenim plusom, koji se odjednom pridružio minusom, zaobilazeći nosivost.
Ali s naizmjeničnom strujom postoji više opcija. Jednofazna struja kratkog spoja nastaje kada je faza spojena na nulu ili je uzemljena. U trofaznoj mreži može doći do neželjenog kontakta između dvije faze. Napon od 380 ili više (pri prijenosu energije na velike udaljenosti preko dalekovoda) volti također može uzrokovati neugodne posljedice, uključujući bljesak luka u trenutku prebacivanja. Također može istovremeno zatvoriti sve tri (ili četiri, zajedno s neutralnim) žice, a kroz njih će teći trofazna struja kratkog spoja dok ne proradi zaštitna automatika.
Ali to nije sve. U rotorima i statorima električnih strojeva (motora i generatora) i transformatora ponekad se javlja takva neugodna pojava kao što je krug između zavoja, u kojem susjedne žičane petlje tvore svojevrsni prsten. Ova zatvorena petlja ima izuzetno nisku otpornost na izmjeničnu struju. Struja kratkog spoja u zavojima se povećava, što postaje razlog za zagrijavanje cijele mašine. Zapravo, ako se dogodi takva nesreća, ne treba čekati dok se sva izolacija ne otopi i električni motor počne dimiti. Namoti mašine se moraju premotati, za to je potrebna posebna oprema. Isto vrijedi i za one slučajeve kada je zbog "okretanja u skretanje" nastala struja kratkog spoja transformatora. Što manje izolacija izgori, lakše i jeftinije će biti premotavanje.
Proračun veličine struje kratkog spoja
Koliko god ova ili ona pojava bila katastrofalna, njena kvantitativna procjena je važna za inženjerstvo i primijenjenu nauku. Formula struje kratkog spoja je vrlo slična Ohmovom zakonu, samo zahtijeva neko objašnjenje. dakle:
I kratak spoj = Uph / (Zn + Zt),
I kratkoročno - vrijednost struje kratkog spoja, A;
Uph - fazni napon, V;
Zn je ukupni (uključujući reaktivnu komponentu) otpor kratkospojene petlje;
Zt je ukupni (uključujući reaktivnu komponentu) otpor energetskog transformatora (snaga), Ohm.
Impedancije se definiraju kao hipotenuza pravokutnog trokuta, čiji su kraci vrijednosti aktivnog i reaktivnog (induktivnog) otpora. Vrlo je jednostavno, morate koristiti Pitagorinu teoremu.
Nešto češće od formule za struju kratkog spoja u praksi se koriste eksperimentalno izvedene krive. Predstavljaju zavisnost vrijednosti I kratkog spoja. o dužini provodnika, poprečnom presjeku žice i snazi energetskog transformatora. Grafikoni su kolekcija eksponencijalno silaznih linija, od kojih samo trebate odabrati pravu. Metoda daje približne rezultate, ali je njena preciznost dobro prilagođena praktičnim potrebama energetskih inženjera.
Kako ide proces
Čini se da se sve dešava trenutno. Nešto je zujalo, svjetlo se prigušilo i onda se ugasilo. Zapravo, kao i svaki fizički fenomen, proces se može mentalno rastegnuti, usporiti, analizirati i podijeliti u faze. Prije nastupanja momenta nužde, krug karakterizira stabilna vrijednost struje koja je unutar nominalnog načina rada. Odjednom, impedancija naglo pada na vrijednost blizu nule. Induktivne komponente (elektromotori, prigušnice i transformatori) opterećenja istovremeno, takoreći, usporavaju proces rasta struje. Dakle, u prvim mikrosekundama (do 0,01 s) struja kratkog spoja izvora napona ostaje praktički nepromijenjena, pa čak i donekle opada zbog početka prijelaznog procesa. U ovom slučaju, njegov EMF postepeno dostiže nulu, zatim prolazi kroz njega i postavlja se na neku stabiliziranu vrijednost, što osigurava protok velikog I kratkog spoja. Sama struja u trenutku prelaznog procesa je zbir periodične i aperiodične komponente. Analizira se oblik grafa procesa, zbog čega je moguće odrediti konstantnu vrijednost vremena u zavisnosti od ugla nagiba tangente na krivulju ubrzanja u tački njene fleksije (prva derivacija) i vrijeme kašnjenja, određeno vrijednošću reaktivne (induktivne) komponente ukupnog otpora.
Udarna struja kratkog spoja
U tehničkoj literaturi često se nalazi izraz "prenaponska struja kratkog spoja". Ne treba vas plašiti ovaj koncept, on uopće nije toliko strašan i nema direktnu vezu sa strujnim udarom. Ovaj koncept znači maksimalnu vrijednost I kratkog spoja. u kolu naizmjenične struje, dostižući svoju vrijednost obično pola perioda nakon što je došlo do nužde. Na frekvenciji od 50 Hz, period je 0,2 sekunde, a polovina 0,1 sekunde. U ovom trenutku interakcija provodnika koji se nalaze blizu jedan drugom dostiže najveći intenzitet. Prenaponska struja kratkog spoja određena je formulom, koju nema smisla navoditi u ovom članku, koji nije namijenjen specijalistima, pa čak ni studentima. Dostupan je u specijalnoj literaturi i udžbenicima. Sam po sebi, ovaj matematički izraz nije posebno težak, ali zahtijeva prilično obimne komentare koji čitaoca produbljuju u teoriju električnih kola.
Korisno KZ
Čini se da je očigledna činjenica da je kratki spoj izuzetno gadna, neugodna i nepoželjna pojava. To može dovesti, u najboljem slučaju, do destruiranja objekta, onesposobljavanja zaštitne opreme za hitne slučajeve, au najgorem - do pregaranja ožičenja, pa čak i požara. Stoga sve snage moraju biti usmjerene na izbjegavanje ove pošasti. Međutim, proračun struja kratkog spoja ima vrlo stvarno i praktično značenje. Izmišljeno je mnogo tehničkih sredstava koja rade u režimu visokih strujnih vrijednosti. Primjer je konvencionalni aparat za zavarivanje, posebno lučni, koji u trenutku rada praktično kratko spaja uzemljenu elektrodu. Drugi problem je što su ovi načini rada kratkotrajni, a snaga transformatora mu omogućava da izdrži ova preopterećenja. Prilikom zavarivanja velike struje (mjerene u desetinama ampera) prolaze na mjestu kontakta s krajem elektrode, zbog čega se oslobađa dovoljno topline da se metal lokalno otopi i stvori jak šav.
Metode zaštite
Već u prvim godinama naglog razvoja elektrotehnike, kada je čovječanstvo još hrabro eksperimentiralo, uvodeći galvanske uređaje, izumilo razne vrste generatora, motora i rasvjete, pojavio se problem zaštite ovih uređaja od preopterećenja i struja kratkog spoja. Njegovo najjednostavnije rješenje sastojalo se u ugradnji topljivih elemenata u seriju sa opterećenjem, koji su se uništavali pod utjecajem otporne topline ako je struja prelazila zadanu vrijednost. Takvi osigurači danas služe ljudima, njihove glavne prednosti su jednostavnost, pouzdanost i niska cijena. Ali imaju i nedostatke. Sama jednostavnost "plute" (kako su nosioci plutajućih stopa nazvani zbog specifičnog oblika) provocira korisnike nakon što pregori, da ne filozofiraju lukavo, već da pokvarene elemente zamjene prvim žicama, spajalicama ili čak i nokte koji dođu pri ruci. Vrijedi li spomenuti da takva zaštita od struja kratkog spoja ne ispunjava svoju plemenitu funkciju?
U industrijskim poduzećima, za isključivanje preopterećenih strujnih krugova, prekidači su se počeli koristiti ranije nego u stambenim štitnicima, ali posljednjih desetljeća "utikači" su u velikoj mjeri zamijenjeni njima. "Automatski uređaji" su mnogo praktičniji, ne mogu se mijenjati, već uključiti, eliminirajući uzrok kratkog spoja i čekajući da se termalni elementi ohlade. Njihovi kontakti ponekad pregore, u ovom slučaju ih je bolje zamijeniti i ne pokušavati ih očistiti ili popraviti. Složeniji diferencijalni automati po visokoj cijeni ne traju duže od konvencionalnih, ali je njihovo funkcionalno opterećenje šire, isključuju napon u slučaju minimalnog curenja struje "u stranu", na primjer, kada osobu udari električna struja.
U svakodnevnom životu ne preporučuje se eksperimentiranje s kratkim spojem.
Električna energija nosi prilično veliku opasnost, od koje nisu zaštićeni ni radnici pojedinačnih trafostanica, niti kućanski aparati. Struja kratkog spoja jedna je od najopasnijih vrsta električne energije, ali postoje metode kako je kontrolirati, izračunati i izmjeriti.
Šta je to
Struja kratkog spoja (TKZ) je naglo rastući impuls električnog udara. Njegova glavna opasnost je u tome što, prema Joule-Lenzovom zakonu, takva energija ima vrlo visoku stopu oslobađanja topline. Kao rezultat kratkog spoja, žice se mogu istopiti ili neki električni uređaji mogu izgorjeti.
Fotografija - vremenski dijagramSastoji se od dvije glavne komponente - aperiodične komponente struje i prisilnog periodičnog člana.
Formula - periodična
Formula - aperiodična Po principu, najteže je precizno izmjeriti energiju aperiodične pojave, koja je kapacitivna, pred-hitna. Zaista, u trenutku nesreće razlika između faza ima najveću amplitudu. Takođe, njegova karakteristika je netipična pojava ove struje u mrežama. Shema njegovog formiranja pomoći će da se pokaže princip rada ovog toka.
Otpor izvora zbog visokog napona pri kratkom spoju je zatvoren na kratkoj udaljenosti ili "kratko spojen" - zato je ovaj fenomen dobio takvo ime. Postoji trofazna struja kratkog spoja, dvofazna i jednofazna - ovdje se klasifikacija temelji na broju zatvorenih faza. U nekim slučajevima može doći do kratkog spoja između faza i na zemlju. Zatim, da bi se to odredilo, bit će potrebno posebno uzeti u obzir uzemljenje.
Fotografija - rezultat kratkog spoja Kratki spoj možete distribuirati i prema vrsti električne veze:
- Sa uzemljenjem;
- Bez njega.
Za potpuno objašnjenje ovog fenomena predlažemo da razmotrimo primjer. Recimo da postoji određeni potrošač struje koji je spojen na lokalni dalekovod pomoću slavine. Uz ispravnu shemu, ukupni napon u mreži jednak je razlici EMF-a na izvoru napajanja i padu napona u lokalnim električnim mrežama. Na osnovu toga, Ohmova formula se može koristiti za određivanje jačine struje kratkog spoja:
R = 0; Ikz = Ɛ / r
Ovdje je r otpor kratkog spoja.
Ako zamijenite određene vrijednosti, tada će biti moguće odrediti struju kvara u bilo kojoj točki duž cijelog dalekovoda. Nema potrebe provjeravati višestrukost kratkog spoja.
Metode proračuna
Pretpostavimo da se kratki spoj već dogodio u trofaznoj mreži, na primjer, u trafostanici ili na namotajima transformatora, jer se tada izračunavaju struje kratkog spoja:
Formula - trofazna struja Ovdje je U20 napon namotaja transformatora, a Z T je otpor određene faze (koja je oštećena u kratkom spoju). Ako je napon u mrežama poznat parametar, potrebno je izračunati otpor.
Svaki električni izvor, bilo da se radi o transformatoru, kontaktu baterije, električnim žicama - ima svoj nazivni nivo otpora. Drugim riječima, svako ima svoje Z. Ali karakterizira ih kombinacija aktivnih i induktivnih otpora. Postoje i kapacitivni, ali oni nisu bitni pri proračunu velikih struja. Stoga mnogi električari koriste pojednostavljenu metodu za izračunavanje ovih podataka: aritmetički proračun jednosmjernog otpora u serijski povezanim dijelovima. Kada su ove karakteristike poznate, neće biti teško izračunati impedanciju za dio ili cijelu mrežu koristeći formulu ispod:
Formula za potpuno uzemljenje Gdje je ε EMF, a r vrijednost otpora.
S obzirom da je tokom preopterećenja otpor jednak nuli, rješenje ima sljedeći oblik:
I = ε / r = 12/10 -2
Na osnovu toga, snaga kratkog spoja ove baterije je 1200 Ampera.
Na ovaj način možete izračunati i struju kratkog spoja za motor, generator i druge instalacije. Ali u proizvodnji nije uvijek moguće izračunati dopuštene parametre za svaki pojedinačni električni uređaj. Osim toga, treba imati na umu da kod asimetričnih kratkih spojeva opterećenja imaju drugačiji slijed, za koji morate znati cos φ i otpor. Za proračun se koristi posebna tabela GOST 27514-87, u kojoj su navedeni ovi parametri:
Postoji i koncept kratkog spoja od jedne sekunde, ovdje se formula za jačinu struje tokom kratkog spoja određuje pomoću posebnog koeficijenta:
Formula - faktor kratkog spoja Vjeruje se da, ovisno o poprečnom presjeku kabela, kratki spoj može proći nezapaženo za ožičenje. Optimalno trajanje kruga je do 5 sekundi. Preuzeto iz knjige Nebrat "Proračun kratkog spoja u mrežama":
| Presjek, mm 2 | Dozvoljeno trajanje kratkog spoja za određenu vrstu žica | |||
| PVC izolacija | Polietilen | |||
| Bakarne niti | Aluminijum | Bakar | Aluminijum | |
| 1,5 | 0,17 | br | 0,21 | br |
| 2,5 | 0,3 | 0,18 | 0,34 | 0,2 |
| 4 | 0,4 | 0,3 | 0,54 | 0,36 |
| 6 | 0,7 | 0,4 | 0,8 | 0,5 |
| 10 | 1,1 | 0,7 | 1,37 | 0,9 |
| 16 | 1,8 | 1,1 | 2,16 | 1,4 |
| 25 | 2,8 | 1,8 | 3,46 | 2,2 |
| 35 | 3,9 | 2,5 | 4,8 | 3,09 |
| 50 | 5,2 | 3 | 6,5 | 4,18 |
| 70 | 7,5 | 5 | 9,4 | 6,12 |
| 95 | 10,5 | 6,9 | 13,03 | 8,48 |
| 120 | 13,2 | 8,7 | 16,4 | 10,7 |
| 150 | 16,3 | 10,6 | 20,3 | 13,2 |
| 185 | 20,4 | 13,4 | 25,4 | 16,5 |
| 240 | 26,8 | 17,5 | 33,3 | 21,7 |
Ova tablica će vam pomoći da saznate očekivano uvjetno trajanje kratkog spoja u normalnom radu, mjerenja ampermetra na autobusima i raznim vrstama žica.
Ako nema vremena za izračunavanje podataka pomoću formula, tada se koristi posebna oprema. Na primjer, indikator Shch41160 vrlo je popularan među profesionalnim električarima - to je mjerač struje kratkog spoja 380 / 220V faza-nula. Digitalni uređaj vam omogućava da odredite i izračunate snagu kratkog spoja u kućanskim i industrijskim mrežama. Takav mjerač može se kupiti u specijaliziranim trgovinama električne energije. Ova tehnika je dobra kada trebate brzo i precizno odrediti trenutni nivo petlje ili dijela kola.
Koristi se i program "Avral" koji može brzo odrediti termički efekat kratkog spoja, indikator gubitaka i amperaže. Provjera se vrši u automatskom režimu, unose se poznati parametri i sama izračunava sve podatke. Ovo je plaćeni projekat, licenca košta oko hiljadu rubalja.
Video: zaštita električne mreže od kratkog spoja
Zaštita i smjernice za odabir opreme
Uprkos svim opasnostima ovog fenomena, još uvijek postoji način da se ograniči ili minimizira vjerovatnoća nesreća. Vrlo je zgodno koristiti električni uređaj za ograničavanje kratkog spoja; to može biti reaktor koji ograničava struju, što značajno smanjuje toplinski učinak visokih električnih impulsa. Ali za kućnu upotrebu, ova opcija neće raditi.
Fotografija - blok dijagram zaštite od kratkog spoja Kod kuće često možete pronaći upotrebu automatske mašine i relejne zaštite. Ova oslobađanja imaju određena ograničenja (maksimalna i minimalna struja mreže), ako su prekoračena, prekidaju napajanje. Mašina vam omogućava da odredite dozvoljeni nivo ampera, što pomaže u povećanju sigurnosti. Izbor se vrši između opreme sa višom klasom zaštite od potrebne. Na primjer, na mreži od 21 amp, preporučuje se korištenje prekidača za isključivanje 25 A.
