Proračun se provodi za odabir i provjeru postavki relejne zaštite i automatizacije ili za provjeru parametara opreme.
Uvodimo niz pretpostavki koje pojednostavljuju izračun i ne unose značajne pogreške:
- 1. Linearnost svih elemenata strujnog kola;
- 2. Okvirni obračun opterećenja;
- 3. Simetrija svih elemenata osim mjesta kratkog spoja;
- 4. Zanemarivanje aktivnih otpora ako je X/R>3;
- 5. Ne uzimaju se u obzir struje magnetizacije transformatora;
Pogreška proračuna prema ovim pretpostavkama ne prelazi 2-5%.
Proračun struja kratkog spoja je pojednostavljen kada se koristi ekvivalentni krug. Proračun struja kratkog spoja provodi se u imenovanim jedinicama.
Procijenjene točke kratkog spoja: K1 - na NN sabirnicama; K2 ... K5 - na kraju nadzemnog voda.
Slika. 9.1. 10 kV ekvivalentni krug
Trofazna snaga kratkog spoja:
gdje je IkzVN - struja kratkog spoja na visokonaponskim sabirnicama.
Parametri sustava:
Gdje je Ucp prosječni napon, kV;
Snaga trofaznog kratkog spoja na sabirnicama VN trafostanice, MVA
EMF sustava:
Es = Uav. (9.3)
Ec = 10,5 kV.
Parametri energetskih transformatora:
Aktivni otpor transformatora, smanjen na stranu 10,5 kV.
Reaktancija transformatora, svedena na stranu 10,5 kV.
Parametri zračnog voda:
RVL = r0 l (9,6)
XVL = x0 l (9,7)
RVL = 0,72 11,21 = 8,07 Ohm
XVL \u003d 0,4 11,21 \u003d 4,48 Ohm
Parametri odlaznih vodova dati su u tablici 9.1.
Tablica 9.1. Parametri odlaznih linija
|
Marka žice |
||||||
|
VL Nekrasovo |
||||||
|
VL Borisovo |
||||||
|
VL Lukino |
||||||
|
VL Požara |
||||||
|
VL Starina |
||||||
|
VL Proshino |
||||||
Proračun struja kratkog spoja vrši se za napon strane na koju se smanjuju otpori kruga.
gdje je ukupni ukupni ekvivalentni otpor od izvora napajanja do procijenjene točke kratkog spoja, Ohm.
Stabilna vrijednost struje u dvofaznom kratkom spoju određena je vrijednošću struje trofaznog kratkog spoja:
udarna struja:
gdje je koeficijent šoka.
Navedimo primjer proračuna za nadzemni vod Lukino
Proračun struja kratkog spoja sažet je u tablici 9.2.
Tablica 9.2. Proračun struja kratkog spoja
|
I(3)kzmax, kA |
I(3)kzmin, kA |
|||||
|
VL Nekrasovo |
||||||
|
VL Borisovo |
||||||
|
VL Lukino |
||||||
|
VL Požara |
||||||
|
VL Starina |
||||||
|
VL Proshino |
||||||
|
Sabirnice 10 kV |
Struja jednofaznog zemljospoja određena je formulom:
Iz(1) = 3 Uf sh? Sud L (9.13)
gdje je Uph - fazni napon mreže;
u - kutna frekvencija mrežnog napona;
Sud - kapacitet od 1 km mrežne faze u odnosu na tlo, μF / km;
L je ukupna duljina mreže, km.
Ali s točnošću za praktične izračune, uključujući rješavanje pitanja potrebe za kompenzacijom kapacitivne struje zemljospoja, izračun se vrši prema formuli:
Gdje je Unom - nazivni napon mreže, kV;
Lv - ukupna duljina nadzemnih vodova mreže, km;
Lk - ukupna duljina kabelskih vodova, km.
Odredimo struju jednofaznog zemljospoja za odlazne vodove od 10 kV. PUE propisuje: vrijednost kapacitivne struje zemljospoja za normalni način rada mreže. I u ovom slučaju, normalni način rada je odvojeni rad energetskih transformatora (sekcijski prekidači su onemogućeni).
Za odlazne vodove 10 kV:
Prema PUE-u, klauzula 1.2.16 Kompenzacija kapacitivne struje zemljospoja treba se primijeniti pri vrijednostima ove struje u normalnim načinima rada: u mrežama napona od 3-20 kV s armiranobetonskim i metalnim nosačima na nadzemnim dalekovodima , iu svim mrežama s naponom od 35 kV - više od 10 A. U našem slučaju kompenzacija nije potrebna.
Pozdrav dragi čitatelji i posjetitelji web stranice Električarske bilješke.
Na svojoj stranici imam članak o . U njemu sam naveo slučajeve iz svoje prakse.
Dakle, kako bi se minimizirale posljedice ovakvih nesreća i incidenata, potrebno je odabrati pravu električnu opremu. Ali da biste ga ispravno odabrali, morate biti u mogućnosti izračunati struje kratkog spoja.
U današnjem članku pokazat ću vam kako možete samostalno izračunati struju kratkog spoja, odnosno struju kratkog spoja, koristeći pravi primjer.
Razumijem da mnogi od vas ne trebaju kalkulirati, jer. Obično to rade ili projektanti u organizacijama (tvrtkama) koje imaju licencu ili studenti koji pišu sljedeći kolegij ili diplomski projekt. Posebno razumijem ovo posljednje, jer budući da je i sam bio student (još 2000. godine), bilo mu je jako žao što takvih stranica nema na mreži. Također, ova će publikacija biti korisna za energetičare i za podizanje razine samorazvoja, odnosno za osvježavanje sjećanja na nekada prošlo gradivo.
Usput, već sam donio. Ako ste zainteresirani, slijedite link i pročitajte.
Dakle, prijeđimo na posao. Prije nekoliko dana u našem poduzeću izbio je požar na trasi kabela kod montažne radnje broj 10. Nosač kabela je gotovo u potpunosti izgorio sa svim kablovima za napajanje i upravljanje. Evo fotografije s mjesta događaja.
Neću puno raspravljati, ali moja uprava je imala pitanje o radu uvodnog prekidača i njegovoj usklađenosti sa zaštićenom linijom. Jednostavnim riječima reći ću da ih je zanimala vrijednost struje kratkog spoja na kraju ulaznog strujnog kabela, t.j. na mjestu gdje je izbio požar.
Naravno, električari u trgovinama nemaju projektnu dokumentaciju za izračun struja kratkog spoja. za ovu liniju nije bilo nikoga, a cijeli sam izračun morao sam napraviti, koji objavljujem u javnom prostoru.
Prikupljanje podataka za proračun struja kratkog spoja
Energetski sklop br. 10, u čijoj je blizini došlo do požara, napaja se preko automatske sklopke A3144 600 (A) sa bakrenim kabelom SBG (3x150) iz padajućeg transformatora br. 1 10 / 0,5 (kV) snage od 1000 (kVA).
Nemojte se iznenaditi, u našem poduzeću još uvijek imamo mnogo pogonskih trafostanica s izoliranim neutralnim naponom od 500 (V) pa čak i 220 (V).
Uskoro ću napisati članak o tome kako spojiti 220 (V) i 500 (V) s izoliranim neutralnim. Ne propustite objavljivanje novog članka - pretplatite se na primanje vijesti.
Silazni transformator 10/0,5 (kV) napaja se energetskim kabelom AASHv (3x35) iz visokonaponske razdjelne trafostanice br.20.
Neka pojašnjenja za izračun 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 tijekom procesa tranzicije može se podijeliti u 2 komponente:
- periodično (pojavljuje se u početnom trenutku i ne smanjuje se sve dok se električna instalacija ne odvoji od zaštite)
- aperiodično (pojavljuje se u početnom trenutku i brzo se smanjuje na nulu nakon završetka prijelaznog procesa)
Struja kratkog spoja Izračunat ću prema RD 153-34.0-20.527-98.
Ovaj regulatorni dokument navodi da se izračun struje kratkog spoja može izvesti približno, ali pod uvjetom da pogreška izračuna ne prelazi 10%.
Provest ću proračun struja kratkog spoja u relativnim jedinicama. Približit ću vrijednosti elemenata kruga osnovnim uvjetima, uzimajući u obzir omjer transformacije energetskog transformatora.
Cilj je A3144 s ocjenom struje 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
Uzimamo napon od 10,5 (kV) kao glavni stupanj i postavljamo osnovnu snagu elektroenergetskog sustava:
osnovna snaga elektroenergetskog sustava Sb = 100 (MVA)
bazni napon Ub1 = 10,5 (kV)
struja kratkog spoja na sabirnicama trafostanice br.20 (prema projektu) Ikz = 9,037 (kA)
Izrađujemo proračunsku shemu za napajanje.
U ovom dijagramu označavamo sve elemente električnog kruga i njihove. Također, ne zaboravite naznačiti točku u kojoj trebamo pronaći struju kratkog spoja. Na gornjoj slici sam zaboravio naznačiti, pa ću objasniti riječima. Nalazi se odmah iza niskonaponskog kabela SBG (3x150) prije sklopa br.10.
Zatim ćemo nacrtati ekvivalentni krug, zamjenjujući sve elemente gornjeg kruga aktivnim i reaktivnim otporima.
Prilikom izračunavanja periodične komponente struje kratkog spoja dopušteno je zanemariti aktivni otpor kabelskih i nadzemnih vodova. Za točniji izračun uzet ću u obzir aktivni otpor na kabelskim vodovima.
Poznavajući osnovne snage i napone, nalazimo osnovne struje za svaki stupanj transformacije:
Sada trebamo pronaći reaktivni i aktivni otpor svakog elementa kruga u relativnim jedinicama i izračunati ukupni ekvivalentni otpor ekvivalentnog kruga od izvora napajanja (energetskog sustava) do točke kratkog spoja. (označeno crvenom strelicom).
Odredimo reaktanciju ekvivalentnog izvora (sustava):
Odredimo reaktanciju kabelskog voda 10 (kV):
- Xo - specifični induktivni otpor za AASHv kabel (3x35) uzimamo iz priručnika o napajanju i električnoj opremi A.A. Fedorov, svezak 2, tab. 61,11 (mjereno u Ohmima/km)
Odredimo aktivni otpor kabelskog voda 10 (kV):
- Ro - specifični aktivni otpor za AASHv kabel (3x35) uzimamo iz priručnika za napajanje i električnu opremu A.A. Fedorov, svezak 2, tab. 61,11 (mjereno u Ohmima/km)
- l je duljina kabelske linije (u kilometrima)
Odredimo reaktanciju transformatora s dva namota 10 / 0,5 (kV):
- uk% - napon kratkog spoja transformatora 10 / 0,5 (kV) snage 1000 (kVA), uzimamo iz priručnika za napajanje i električnu opremu A.A. Fedorov, tab. 27.6
Zanemarujem aktivni otpor transformatora, jer neusporedivo je mala u odnosu na reaktivnu.
Odredimo reaktanciju kabelskog voda 0,5 (kV):
- Xo - otpornost za SBG kabel (3x150) preuzimamo iz priručnika za napajanje i električnu opremu A.A. Fedorov, tab. 61,11 (mjereno u Ohmima/km)
- l je duljina kabelske linije (u kilometrima)
Odredimo aktivni otpor kabelskog voda 0,5 (kV):
- Ro - otpornost za SBG kabel (3x150) preuzimamo iz priručnika za napajanje i električnu opremu A.A. Fedorov, tab. 61,11 (mjereno u Ohmima/km)
- l je duljina kabelske linije (u kilometrima)
Odredimo ukupni ekvivalentni otpor od izvora napajanja (energetskog sustava) do točke kratkog spoja:
Pronađite periodičnu komponentu trofazne struje kratkog spoja:
Pronađite periodičnu komponentu dvofazne struje kratkog spoja:
Rezultati proračuna struje kratkog spoja
Dakle, izračunali smo struju dvofaznog kratkog spoja na kraju strujnog kabela s naponom od 500 (V). To je 10,766 (kA).
Uvodni prekidač A3144 ima nazivnu struju od 600 (A). Postavka elektromagnetskog okidanja postavljena je na 6000 (A) ili 6 (kA). Stoga možemo zaključiti da je u slučaju kratkog spoja na kraju ulaznog kabelskog voda (u mom primjeru zbog požara) došlo do isključenja oštećenog dijela strujnog kruga.
Dobivene vrijednosti trofaznih i dvofaznih struja također se mogu koristiti za odabir postavki za relejnu zaštitu i automatizaciju.
U ovom članku nisam izvršio izračun udarne struje pri kratkom spoju.
p.s. Gornji izračun poslan je mojoj upravi. Za približan izračun, savršeno će se uklopiti. Naravno, niska strana bi se mogla detaljnije izračunati, uzimajući u obzir otpor kontakata prekidača, kontaktne spojeve kabelskih papučica na sabirnicama, otpor luka na mjestu kvara itd. O ovome ću pisati neki drugi put.
Ako vam je potreban točniji izračun, možete koristiti posebne programe na računalu. Ima ih mnogo na internetu.
Proračun struja kratkog spoja provodi se za odabir i provjeru elektrodinamičkog i toplinskog otpora električnih uređaja i vodiča, projektiranje i konfiguriranje relejne zaštite.
Izvori napajanja mjesta kratkog spoja su generatori elektrana, elektroenergetski sustavi i elektromotori napona preko 1000 V, ako su spojeni na mjesto kratkog spoja izravno, kabelskim vodovima, vodičima ili putem linearnih prigušnica. Djelovanje napajanja elektromotora uzima se u obzir samo u početnom trenutku kratkog spoja.
Za izračunavanje struja kratkog spoja izrađuje se projektni dijagram koji odgovara normalnom načinu rada, koji se sastavlja na temelju analize kruga SES i predstavlja jednolinijski električni krug.
Dizajnerski dijagram prikazuje sve izvore napajanja i elemente mreže, ocrtava potrebna mjesta na kojima će se izvršiti proračun struja kratkog spoja. Parametri izvora napajanja i elemenata SES-a dati su u početnim podacima. Za sinkrone generatore i elektromotore s naponom iznad 1000 V, EMF se uzima jednakim superprijelaznom EMF-u E".
Kao primjer, na sl. 3.4 prikazuje shemu dizajna za strujni krug prikazan na sl. 3.2. Prema shemi dizajna, izrađen je ekvivalentni krug. U ovom slučaju, sve elektromagnetske veze između elemenata kruga zamjenjuju se električnim pomoću ekvivalentnih transformacija. Pored svakog elementa kruga u brojniku je naznačen njegov serijski broj. n, a u nazivniku - vrijednost otpora (Ohm) ili relativne osnovne jedinice, svedene na bazni stupanj. Stupanj transformacije obično se uzima kao bazni stupanj, na kojem se izračunava struja kratkog spoja. Napon baznog stupnja U b uzima se jednak prosječnom (nazivnom) naponu U n koraka transformacije u skladu s mjerilom: 230; 154; 115; 37; 10,5; 6,3 kV.
Proračun struja kratkog spoja može se izvesti u fizičkim jedinicama ili relativnim osnovnim jedinicama. Prilikom izračunavanja struje kratkog spoja u relativnim jedinicama, prikladno je uzeti snagu kao umnožak od 10 (na primjer, 100 ili 1000 MB × A) kao osnovnu snagu ili snagu elektroenergetskog sustava koji napaja poduzeće električnom energijom ili nazivnom snagom bilo kojeg elementa SES. Ako se izračun struje kratkog spoja provodi približno pomoću proračunskih krivulja, tada se osnovna snaga mora uzeti jednakom snazi opskrbnog sustava.
Osnovni modul impedancije Z b do mjesta kratkog spoja, struja ja b i moć S b određuju se formulama:
Za trofazne transformatore s dva namota, aktivni R t i induktivni x t otpori, svedeni na namot višeg napona i korišteni u proračunu smanjenih otpora, dani su u tablici. P1.5. Za trofazne transformatore s tri namota, vrijednosti aktivne R televizor., R t.s, R tzv i induktivni x televizor., x t.s, x u radu su navedeni takozvani otpori namota viših, srednjih i nižih napona, potrebni za izračunavanje smanjenih otpora. Induktivne reaktancije reaktora x p dati su u radu i u tablici. P1.9.
Pri proračunu struje kratkog spoja pretpostavlja se da je EMF svih izvora u fazi. Stoga se proračun provodi metodom superpozicije: struja iz svakog izvora napajanja na mjestu kvara izračunava se zasebno, a zatim se dobivena struja nalazi aritmetičkim zbrajanjem komponenti iz pojedinačnih izvora.
Efektivna vrijednost periodične komponente struje trofaznog kratkog spoja u fizičkim jedinicama:
Kada se napaja sinkronim generatorom ili elektromotorom napona od 1000 V:
gdje ; ; ; str- broj serijski spojenih aktivnih otpora od izvora napajanja do mjesta kratkog spoja; m- broj serijski spojenih induktivnih reaktancija od izvora napajanja do mjesta kratkog spoja.
Efektivna vrijednost periodične komponente struje trofaznog kratkog spoja u relativnim osnovnim jedinicama:
Kada se napaja iz elektroenergetskog sustava:
; (3.31)
kada ga napaja sinkroni generator ili elektromotor napona preko 1000 V:
gdje je snaga trofaznog simetričnog kratkog spoja,
; ; 
. (3.33)
Prijelaz 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 s se ne uzima u obzir pri izračunu periodične komponente struje trofaznog kratkog spoja.
Periodična komponenta dvofazne struje kratkog spoja:
Prenaponska struja trofaznog simetričnog kratkog spoja kada se napaja iz elektroenergetskog sustava:
gdje je koeficijent šoka.
Vremenska konstanta opadanja aperiodične komponente struje trofaznog simetričnog kruga kada se napaja iz elektroenergetskog sustava:
gdje f- frekvencija napajanja, Hz.
Kvadratni strujni impuls. Temperatura pregrijavanja vodiča strujom u ustaljenom stanju u odnosu na temperaturu okoline određuje se iz jednadžbe toplinske ravnoteže, t.j. jednakost količine oslobođene i odvedene topline. Zbog kratkog trajanja procesa kratkog spoja, odvođenje topline se ne uzima u obzir, jer se proces smatra adijabatskim. Ukupni impuls kvadratne struje kratkog spoja (struja grijanja):
gdje U c.p - kvadratni strujni impuls iz periodične komponente struje kratkog spoja; U c.a – kvadratni strujni impuls iz aperiodične komponente struje kratkog spoja.
Općenito:
, (3.39)
gdje m- broj segmenata diskretnog vremenskog intervala kada se integral zamijeni konačnim zbrojem, ; ε je simbol cjelobrojnog dijela kvocijenta; D t– diskretni vremenski interval cijepanja ovisnosti; - prosječna vrijednost struje kratkog spoja uključena n-ti diskretni vremenski interval.
Jednom je monter jednoj gospođi koja nije bila baš upućena u elektrotehniku rekao razlog gubitka svjetla u njenom stanu. Ispostavilo se da je riječ o kratkom spoju, a žena je zahtijevala da se odmah produži. Možete se smijati ovoj priči, ali bolje je razmotriti ovu nevolju detaljnije. Stručnjaci za elektriku, čak i bez ovog članka, znaju što je to, što prijeti i kako izračunati struju kratkog spoja. Informacije u nastavku namijenjene su osobama koje nemaju tehničko obrazovanje, ali, kao i svi ostali, nisu imuni od problema povezanih s radom opreme, strojeva, proizvodne opreme i najčešćih kućanskih aparata. Važno je da svaka osoba zna što je kratki spoj, koji su mu uzroci, moguće posljedice i metode za njegovo sprječavanje. U ovom opisu ne možete učiniti bez upoznavanja s osnovama elektrotehnike. Čitatelju 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 krugu, ona se javlja samo ako postoji razlika potencijala (ili napon, to je ista stvar). Priroda ovog fenomena može se objasniti na primjeru vodopada: ako postoji razlika u razini, voda teče u nekom smjeru, a kada nije, miruje. Čak i školarci znaju Ohmov zakon, prema kojem je struja veća, što je veći napon, a što je manji, veći je otpor uključen u opterećenje:
I je veličina struje, koja se ponekad naziva i "jačina struje", iako ovo nije sasvim kompetentan prijevod s njemačkog. Mjeri se u amperima (A).
Zapravo, sama struja nema snagu (odnosno uzrok ubrzanja), što se upravo očituje tijekom kratkog spoja. Ovaj izraz je već postao poznat i često se koristi, iako su nastavnici nekih sveučilišta, nakon što su čuli riječi "trenutna snaga" s usana studenta, odmah rekli "loše". “Ali što je s vatrom i dimom koji dolazi iz ožičenja tijekom kratkog spoja? - upitat će tvrdoglavi protivnik, - Nije li to snaga? Na ovaj komentar postoji odgovor. Činjenica je da idealni vodiči ne postoje, a njihovo zagrijavanje je upravo zbog te činjenice. Ako pretpostavimo da je R=0, tada se toplina ne bi oslobađala, kao što je jasno iz Joule-Lenzovog zakona u nastavku.
U je ista razlika potencijala, također se naziva napon. Mjeri se u voltima (imamo V, u inozemstvu 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 vodiče je mala. Mjeri se u omima, ali se procjenjuje kao specifična vrijednost. Podrazumijeva se da što je žica deblja, to bolje provodi struju, a što je duža, to je lošija. Stoga se otpornost mjeri u omima pomnoženo s kvadratnim milimetrom i podijeljeno s metrom. Osim toga, na njegovu vrijednost utječe temperatura, što je veća, to je veći otpor. Na primjer, zlatni vodič duljine 1 metar i 1 kvadrat. mm na 20 stupnjeva Celzija ima ukupni otpor od 0,024 Ohma.
Postoji i formula Ohmovog zakona za kompletan krug, u njega se unosi unutarnji (unutarnji) otpor izvora napona (EMF).
Dvije jednostavne, ali važne formule
Nemoguće je razumjeti razlog zašto dolazi do struje kratkog spoja bez svladavanja još jedne jednostavne formule. Snaga koju troši opterećenje jednaka je (isključujući reaktivne komponente, ali o njima kasnije) umnošku struje i napona.
P - snaga, vat ili volt-amper;
U - napon, volt;
I - struja, Amper.
Snaga nikada nije beskonačna, uvijek je ograničena nečim, dakle, sa svojom fiksnom vrijednošću, kako se struja povećava, napon se smanjuje. Ovisnost ova dva parametra radnog kruga, izražena grafički, naziva se strujno-naponska karakteristika.
I još jedna formula potrebna za izračunavanje struja kratkog spoja je Joule-Lenzov zakon. Daje predodžbu o tome koliko se topline stvara pri opterećenju i vrlo je jednostavno. Vodič će se zagrijati s intenzitetom proporcionalnim veličini napona i kvadratu struje. I, naravno, formula nije potpuna bez vremena, što se otpor dulje zagrijava, to će više topline oslobađati.
Što se događa u strujnom krugu tijekom kratkog spoja
Dakle, čitatelj može smatrati da je savladao sve glavne fizikalne zakone kako bi shvatio kolika može biti veličina (u redu, neka bude) struje kratkog spoja. Ali prvo morate odlučiti o pitanju što 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 kruga, 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 više zagrijava vodič po kojem ide. Štoviše, ovisnost nije izravna, već kvadratna, odnosno ako se I poveća stostruko, tada će se osloboditi deset tisuća puta više topline. To je opasnost od pojave koja ponekad dovodi do požara.
Žice žare crveno vruće (ili bijelo vruće), prenose tu energiju na zidove, stropove i druge predmete koje dodiruju i pale ih. Ako faza u nekom uređaju dotakne neutralni vodič, dolazi do struje kratkog spoja izvora, zatvorenog za sebe. Zapaljiva baza električnih instalacija noćna je mora za vatrogasne inspektore i uzrok brojnih kazni neodgovornim vlasnicima zgrada i prostora. A greška, naravno, nisu zakoni Joule-Lenz-a i Ohma, već se izolacija osušila od starosti, netočne ili nepismene instalacije, mehaničkih oštećenja ili preopterećenja ožičenja.
Međutim, struja kratkog spoja, ma koliko velika, također nije beskonačna. Na veličinu nevolja koje on može učiniti utječe trajanje grijanja i parametri sheme napajanja.
AC krugovi
Gore navedene situacije bile su opće prirode ili su se ticale istosmjernih krugova. U većini slučajeva, i stambeni i industrijski objekti opskrbljuju se električnom energijom iz mreže izmjeničnog napona od 220 ili 380 volti. Problemi s DC ožičenjem najčešće se javljaju u automobilima.
Postoji razlika između ove dvije glavne vrste napajanja, i to značajna. Činjenica je da je prolaz izmjenične struje spriječen dodatnim komponentama otpora, nazvanim reaktivnim i zbog valne prirode pojava koje u njima nastaju. Induktivnosti i kapacitivnosti reagiraju na izmjeničnu struju. Struja kratkog spoja transformatora ograničena je ne samo aktivnim (ili omskim, odnosno onim koji se može mjeriti džepnim testerom) otporom, već i njegovom induktivnom komponentom. Druga vrsta opterećenja je kapacitivna. U odnosu na vektor aktivne struje, vektori reaktivnih komponenti se odbijaju. Induktivna struja zaostaje, a kapacitivna struja je vodi za 90 stupnjeva.
Primjer razlike u ponašanju opterećenja koje ima reaktivnu komponentu je konvencionalni zvučnik. Neki ga ljubitelji glasne glazbe preopterećuju sve dok magnetsko polje ne izbaci difuzor naprijed. Zavojnica odleti s jezgre i odmah izgori, jer se induktivna komponenta njenog napona smanjuje.
Vrste kratkog spoja
Struja kratkog spoja može se pojaviti u različitim strujnim krugovima spojenim na različite izvore istosmjerne ili izmjenične struje. Najlakši način je s uobičajenim plusom, koji se iznenada povezao s minusom, zaobilazeći nosivost.
Ali s izmjeničnom strujom, postoji više opcija. Jednofazna struja kratkog spoja nastaje kada je faza spojena na nulu ili uzemljena. U trofaznoj mreži može doći do neželjenog kontakta između dvije faze. Napon od 380 ili više (pri prijenosu energije na velike udaljenosti kroz dalekovode) volti također može uzrokovati neugodne posljedice, uključujući bljesak luka u trenutku prebacivanja. Može istovremeno zatvoriti sve tri (ili četiri, zajedno s neutralnom) 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 međuzavojni kratki spoj, u kojem susjedne žičane petlje tvore svojevrsni prsten. Ova zatvorena petlja ima izuzetno nizak otpor izmjenične struje. Snaga struje kratkog spoja u zavojima se povećava, zbog čega se cijeli stroj zagrijava. Zapravo, ako se dogodi takva katastrofa, ne biste trebali čekati dok se sva izolacija ne otopi i električni motor zadimi. Namoti stroja moraju se premotati, za to je potrebna posebna oprema. Isto vrijedi i za one slučajeve kada je zbog "međuskretanja" nastala struja kratkog spoja transformatora. Što manje izolacija izgori, to će premotavanje biti lakše i jeftinije.
Proračun struje kratkog spoja
Koliko god ova ili ona pojava bila katastrofalna, njena je kvantitativna procjena važna za inženjerstvo i primijenjenu znanost. Formula struje kratkog spoja vrlo je slična Ohmovom zakonu, samo treba neko objašnjenje. Tako:
I kratki spoj = Uph / (Zn + Zt),
Ja k.z. - 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 Pitagorin teorem.
Nešto češće od formule struje kratkog spoja u praksi se koriste eksperimentalno izvedene krivulje. Predstavljaju ovisnosti vrijednosti I k.z. o duljini vodiča, presjeku žice i snazi energetskog transformatora. Grafikoni su zbirka silaznih eksponencijalnih linija, od kojih ostaje samo odabrati odgovarajući. Metoda daje približne rezultate, ali njezina je točnost sasvim prikladna za praktične potrebe inženjera napajanja.
Kako je proces
Čini se da se sve događa trenutno. Nešto je pjevušilo, svjetlo se prigušilo i odmah 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 u isto vrijeme, takoreći, usporavaju proces rasta struje. Dakle, u prvim mikrosekundama (do 0,01 s) struja kratkog spoja izvora napona ostaje praktički nepromijenjena, pa čak i neznatno opada zbog početka prijelaznog procesa. Istodobno, njegov EMF postupno doseže nulu, zatim prolazi kroz njega i postavlja se na neku stabiliziranu vrijednost, što osigurava protok velikog I kratkog spoja. Sama struja u vrijeme prijelaznog procesa je zbroj periodične i aperiodične komponente. Analizira se oblik grafa procesa, zbog čega je moguće odrediti stalnu vrijednost vremena, ovisno o kutu nagiba tangente na krivulju ubrzanja u točki njezine fleksije (prva derivacija) i vrijeme kašnjenja, određeno vrijednošću reaktivne (induktivne) komponente ukupnog otpora.
Prenaponska struja kratkog spoja
U tehničkoj literaturi često se susreće izraz "struja udara kratkog spoja". Ne biste se trebali bojati ovog koncepta, on uopće nije tako strašan i nema nikakve veze sa strujnim udarom. Ovaj koncept znači maksimalnu vrijednost I k.z. u strujnom krugu izmjenične struje, koja svoju vrijednost obično dostiže u pola razdoblja nakon nastupanja izvanredne situacije. Na frekvenciji od 50 Hz, period je 0,2 sekunde, a njegova polovica je 0,1 sekunda. U ovom trenutku interakcija vodiča koji se nalaze blizu jedan drugom dostiže svoj maksimalni intenzitet. Struja kratkog spoja šoka određena je formulom, koja u ovom članku, namijenjenom ne stručnjacima, pa čak ni studentima, nema smisla. Dostupan je u stručnoj literaturi i udžbenicima. Sam po sebi, ovaj matematički izraz nije osobito težak, ali zahtijeva prilično opsežne komentare koji čitatelja produbljuju u teoriju električnih krugova.
Koristan kratki spoj
Čini se da je očita činjenica da je kratki spoj izuzetno loša, neugodna i nepoželjna pojava. To može dovesti, u najboljem slučaju, do isključenja pogona, isključenja zaštitne opreme za hitne slučajeve, au najgorem do izgaranja ožičenja, pa čak i do požara. Stoga svi napori moraju biti usmjereni 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 aparat za elektrolučno zavarivanje, koji u trenutku rada gotovo kratko spaja elektrodu s uzemljenjem. Drugi je problem što su ti režimi kratkotrajne prirode, a snaga transformatora omogućuje izdržavanje ovih preopterećenja. Prilikom zavarivanja na mjestu kontakta kraja elektrode prolaze ogromne struje (mjere se u desecima ampera), 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, uvodilo galvanske uređaje, izmišljalo razne vrste generatora, motora i rasvjete, pojavio se problem zaštite ovih uređaja od preopterećenja i struja kratkog spoja. Najjednostavnije rješenje bila je ugradnja topljivih elemenata u nizu s opterećenjem, koji bi se uništavali otpornom toplinom 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 nositelji stope topljivosti nazvani zbog specifičnog oblika) izaziva korisnike, nakon što pregori, ne da lukavo filozofiraju, već da pokvarene elemente zamjene prvim žicama, spajalicama i čak i nokte koji dolaze pod ruku. Je li vrijedno spomenuti da takva zaštita od struja kratkog spoja ne ispunjava svoju plemenitu funkciju?
U industrijskim poduzećima prekidači su se počeli koristiti za isključivanje preopterećenih strujnih krugova ranije nego u stambenim štitnicima, ali u posljednjim desetljećima "utikači" su uvelike zamijenjeni njima. "Automatski strojevi" su puno praktičniji, ne mogu se mijenjati, već uključiti uklanjanjem uzroka kratkog spoja i čekanjem da se toplinski elementi ohlade. Njihovi kontakti ponekad pregore, u tom slučaju ih je bolje zamijeniti i ne pokušavati ih očistiti ili popraviti. Složeniji diferencijalni automati po visokoj cijeni ne traju dulje od uobičajenih, ali funkcionalno im je opterećenje veće, isključuju napon u slučaju minimalnog curenja struje "u stranu", na primjer, kada osobu udari neki električna struja.
U svakodnevnom životu se ne preporučuje eksperimentiranje s kratkim spojem.
Električna energija nosi prilično veliku opasnost od koje nisu zaštićeni niti zaposlenici pojedinih trafostanica niti kućanski aparati. Struja kratkog spoja jedna je od najopasnijih vrsta električne energije, ali postoje metode za njeno upravljanje, izračunavanje i mjerenje.
Što je
Struja kratkog spoja (SCC) je naglo rastući električni udarni impuls. Njegova glavna opasnost je u tome što, prema Joule-Lenzovom zakonu, takva energija ima vrlo visoku brzinu oslobađanja topline. Kratki spoj može rastopiti žice ili izgorjeti određene električne uređaje.
Fotografija - vremenski dijagramSastoji se od dvije glavne komponente - aperiodične komponente struje i prisilne periodične komponente.
Formula - periodično
Formula - aperiodična Prema principu, najteže je izmjeriti energiju aperiodične pojave, koja je kapacitivna, pred-hitna. Uostalom, upravo u trenutku nesreće razlika između faza ima najveću amplitudu. Također, njegova je značajka netipična pojava ove struje u mrežama. Shema njegovog formiranja pomoći će pokazati princip rada ovog toka.
Otpor izvora zbog visokog napona tijekom kratkog spoja zatvara se na kratkoj udaljenosti ili "kratko" - stoga je ovaj fenomen dobio takvo ime. Postoji trofazna struja kratkog spoja, dvofazna i jednofazna - ovdje se klasifikacija događa prema broju zatvorenih faza. U nekim slučajevima, kratki spoj može biti kratko spojen između faza i na masu. Zatim, kako bi se to utvrdilo, bit će potrebno zasebno uzeti u obzir uzemljenje.
Fotografija - rezultat kratkog spoja Također možete rasporediti kratki spoj prema vrsti priključka električne opreme:
- S uzemljenjem;
- Bez njega.
Da bismo u potpunosti objasnili ovaj fenomen, predlažemo da razmotrimo primjer. Recimo da postoji određeni potrošač struje koji je spojen na lokalni dalekovod pomoću slavine. S ispravnom shemom, ukupni napon u mreži jednak je razlici EMF-a na izvoru napajanja i smanjenju napona u lokalnim električnim mrežama. Na temelju toga, Ohmova formula može se koristiti za određivanje jačine struje kratkog spoja:
R = 0; Ikz = Ɛ/r
Ovdje je r otpor kratkog spoja.
Ako zamijenimo 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 namotima transformatora, kako se tada izračunavaju struje kratkog spoja:
Formula - trofazna struja kratkog spoja Ovdje je U20 napon namota transformatora, a Z T je otpor određene faze (koja je oštećena u kratkom spoju). Ako je napon u mrežama poznat parametar, otpor se mora izračunati.
Svaki električni izvor, bilo da se radi o transformatoru, kontaktu baterije, električnim žicama, ima svoju nominalnu razinu otpora. Drugim riječima, Z je za svakoga drugačiji. Ali karakterizira ih kombinacija aktivnih i induktivnih otpora. Postoje i kapacitivni, ali oni nisu bitni pri izračunu velikih struja. Stoga mnogi električari koriste pojednostavljeni način izračunavanja ovih podataka: aritmetički izračun istosmjernog otpora u serijski spojenim dijelovima. Kada su ove karakteristike poznate, neće biti teško izračunati impedanciju za dio ili cijelu mrežu pomoću formule u nastavku:
Formula potpunog uzemljenja Gdje je ε EMF, a r vrijednost otpora.
S obzirom da je tijekom preopterećenja otpor jednak nuli, rješenje ima sljedeći oblik:
I \u003d ε / r \u003d 12 / 10 -2
Na temelju toga, snaga kratkog spoja ove baterije je 1200 ampera.
Na ovaj način također možete izračunati struju kratkog spoja za motor, generator i druge instalacije. Ali u proizvodnji nije uvijek moguće izračunati dopuštene parametre za svaki pojedini električni uređaj. Osim toga, treba imati na umu da u slučaju asimetričnih sklopova opterećenja imaju drugačiji slijed, što zahtijeva poznavanje cos φ i otpora da se uzme u obzir. Za izračun se koristi posebna tablica GOST 27514-87, u kojoj su navedeni ovi parametri:
Postoji i koncept kratkog spoja od jedne sekunde, ovdje se formula za jačinu struje tijekom kratkog spoja određuje pomoću posebnog koeficijenta:
Formula - koeficijent kratkog spoja Vjeruje se da, ovisno o presjeku kabela, kratki spoj može proći nezapaženo pored ožičenja. Optimalno trajanje je do 5 sekundi. Preuzeto iz Nebratove knjige "Proračun kratkog spoja u mrežama":
| Presjek, mm 2 | Dopušteno trajanje kratkog spoja za određenu vrstu žice | |||
| PVC izolacija | Polietilen | |||
| bakrene niti | Aluminij | Bakar | Aluminij | |
| 1,5 | 0,17 | Ne | 0,21 | Ne |
| 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, amperažu na gumama i razne vrste žica.
Ako nema vremena za izračunavanje podataka pomoću formula, tada se koristi posebna oprema. Na primjer, pokazivač Sh41160 vrlo je popularan među profesionalnim električarima - ovo je mjerač struje kratkog spoja od faze do nule 380/220V. Digitalni uređaj omogućuje određivanje i izračunavanje snage kratkog spoja u kućnim i industrijskim mrežama. Takav mjerač može se kupiti u posebnim trgovinama električne energije. Ova tehnika je dobra ako trebate brzo i točno odrediti trenutnu razinu petlje ili segmenta kruga.
Također se koristi program Avral koji može brzo odrediti toplinski učinak kratkog spoja, stopu gubitka i jačinu struje. Provjera se vrši automatski, unose se poznati parametri i sama izračunava sve podatke. Ovaj projekt je plaćen, licenca košta oko tisuću rubalja.
Video: zaštita električne mreže od kratkog spoja
Vodič za zaštitu i odabir opreme
Unatoč opasnosti ovog fenomena, još uvijek postoji način da se ograniči ili minimizira vjerojatnost nesreća. Vrlo je prikladno koristiti električni aparat za ograničavanje kratkih spojeva, to može biti reaktor koji ograničava struju, što značajno smanjuje toplinski učinak visokih električnih impulsa. Ali za kućnu upotrebu, ova opcija nije prikladna.
Fotografija - dijagram zaštitne jedinice od kratkog spoja Kod kuće često možete pronaći korištenje stroja i relejne zaštite. Ova okidača imaju određena ograničenja (maksimalna i minimalna struja mreže), iznad kojih isključuju napajanje. Stroj vam omogućuje određivanje dopuštene razine ampera, što pomaže u povećanju sigurnosti. Izbor se vrši između opreme s višom klasom zaštite od potrebne. Na primjer, u mreži od 21 ampera, preporuča se koristiti stroj za isključivanje 25 A.
