Calcolo della corrente di cortocircuito a fine linea. Corrente di cortocircuito e suo calcolo

Il calcolo viene eseguito per selezionare e controllare le impostazioni della protezione e dell'automazione del relè o controllare i parametri dell'apparecchiatura.

Introduciamo una serie di ipotesi che semplificano il calcolo e non introducono errori significativi:

• 1. Linearità di tutti gli elementi del circuito;
• 2. Contabilità approssimativa dei carichi;
• 3. Simmetria di tutti gli elementi ad eccezione dei punti di corto circuito;
• 4. Trascuratezza delle resistenze attive, se X/R>3;
• 5. Non si tiene conto delle correnti di magnetizzazione dei trasformatori;

L'errore di calcolo in queste ipotesi non supera il 2-5%.

Il calcolo delle correnti di cortocircuito è semplificato utilizzando un circuito equivalente. Il calcolo delle correnti di cortocircuito viene effettuato in unità denominate.

Punti di progetto di corto circuito: K1 - su bus BT; K2 ... K5 - alla fine della linea aerea.

Disegno. 9.1. Circuito equivalente 10 kV

Potenza di cortocircuito trifase:

dove IkzVN è la corrente di cortocircuito sui bus ad alta tensione.

Parametri di sistema:

Dove Ucp è la tensione media, kV;

Potenza di cortocircuito trifase sui bus AT della sottostazione, MVA

EMF del sistema:

с = Uav. (9.3)

с = 10,5 kV.

Parametri del trasformatore di potenza:

Resistenza attiva del trasformatore, ridotta al lato di 10,5 kV.

La reattanza del trasformatore ridotta al lato 10,5 kV.

Parametri della linea aerea:

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

I parametri delle linee in uscita sono riportati nella Tabella 9.1.

Tabella 9.1. Parametri della linea in uscita

		Marchio del filo
VL Nekrasovo
VL Borisovo
VL Lukino
VL Pozhara
VL Starina
VL Proshino

Il calcolo delle correnti di cortocircuito viene effettuato per la tensione del lato a cui vengono ridotte le resistenze del circuito.

dove è la resistenza equivalente totale totale dalla fonte di alimentazione al punto di progetto del cortocircuito, Ohm.

Il valore a regime della corrente in un cortocircuito bifase è determinato dal valore della corrente di un cortocircuito trifase:

Corrente d'urto:

dove kud è il coefficiente di impatto.

Diamo un esempio di calcolo per la linea aerea Lukino

Il calcolo delle correnti di cortocircuito è riassunto nella Tabella 9.2.

Tabella 9.2. Calcolo delle correnti di cortocircuito

	I (3) kzmax, kA	I (3) kzmin, kA
VL Nekrasovo
VL Borisovo
VL Lukino
VL Pozhara
VL Starina
VL Proshino
Sbarre 10 kV

La corrente di guasto a terra monofase è determinata dalla formula:

È (1) = 3 Uh u? Corte L (9.13)

dove Uf è la tensione della fase di rete;

u è la frequenza angolare della tensione di rete;

Corte è la portata di 1 km della rete di fase rispetto al suolo, μF/km;

L è la lunghezza totale della rete, km.

Ma con precisione per i calcoli pratici, incluso per risolvere il problema della necessità di compensare la corrente di guasto a terra capacitiva, il calcolo viene effettuato secondo la formula:

Dove Unom è la tensione nominale della rete, kV;

Lв - lunghezza totale delle linee aeree della rete, km;

Lк - lunghezza totale delle linee in cavo, km.

Determinare la corrente di guasto a terra monofase per linee in uscita da 10 kV. Il PUE stabilisce: il valore della corrente di guasto a terra capacitiva per la modalità normale della rete. E in questo caso, la modalità operativa normale è il funzionamento separato dei trasformatori di potenza (gli interruttori sezionali sono spenti).

Per le linee in uscita 10 kV:

Secondo la clausola PUE 1.2.16, la compensazione della corrente di guasto a terra capacitiva dovrebbe essere applicata ai valori di questa corrente nelle modalità normali: nelle reti con una tensione di 3-20 kV, con supporti in cemento armato e metallo su alimentazione aerea linee e in tutte le reti con una tensione di 35 kV - più 10 A. Nel nostro caso non è richiesta alcuna compensazione.

Ciao, cari lettori e visitatori del sito "Note di un elettricista".

Ho un articolo sul sito su. In esso, ho citato casi della mia pratica.

Quindi, al fine di ridurre al minimo le conseguenze di tali incidenti e inconvenienti, è necessario scegliere l'attrezzatura elettrica giusta. Ma per sceglierlo correttamente, devi essere in grado di calcolare la corrente di cortocircuito.

Nell'articolo di oggi ti mostrerò come puoi calcolare autonomamente la corrente di cortocircuito, o corrente di cortocircuito in breve, usando un esempio reale.

Capisco che molti di voi non hanno bisogno di fare calcoli, perché di solito questo viene fatto da designer in organizzazioni autorizzate (aziende) o da studenti che stanno scrivendo il prossimo trimestre o progetto di tesi. Capisco soprattutto quest'ultimo, tk. essendo lui stesso uno studente (nel lontano duemilaesimo anno), era molto dispiaciuto che non ci fossero tali siti sulla rete. Inoltre, questa pubblicazione sarà utile per gli ingegneri energetici e per aumentare il livello di autosviluppo o per rinfrescare la memoria del materiale una volta superato.

A proposito, l'ho già dato. Per chi fosse interessato, seguire il link e leggere.

Quindi mettiamoci al lavoro. Pochi giorni fa, presso la nostra azienda, c'è stato un incendio sul percorso del cavo vicino all'assemblea n. 10 del negozio. Ha bruciato quasi completamente il vano cavi con tutti i cavi di alimentazione e di controllo che ci andavano. Ecco una foto della scena.

Non mi dilungherò nel "debriefing", ma la mia direzione aveva una domanda sull'azionamento dell'interruttore di ingresso e sulla sua corrispondenza per la linea protetta. In parole semplici, dirò che erano interessati all'entità della corrente di cortocircuito all'estremità della linea del cavo di alimentazione in ingresso, ad es. nel luogo in cui è avvenuto l'incendio.

Naturalmente, gli elettricisti dei negozi non hanno documentazione di progettazione per il calcolo delle correnti di cortocircuito. questa riga non è stata trovata e ho dovuto fare io stesso l'intero calcolo, che pubblico.

Raccolta dati per il calcolo delle correnti di cortocircuito

Il gruppo di potenza n. 10, vicino al quale si è verificato un incendio, è alimentato tramite un interruttore automatico A3144 600 (A) con un cavo di rame SBG (3x150) da un trasformatore step-down n. 1 10 / 0,5 (kV) con una capacità di 1000 (kVA).

Non stupitevi, presso la nostra azienda sono ancora in funzione molte sottostazioni con neutro isolato a 500 (V) e addirittura a 220 (V).

A breve scriverò un articolo su come collegare le reti 220 (V) e 500 (V) con neutro isolato. Non perdere un nuovo articolo - iscriviti per ricevere notizie.

Il trasformatore step-down 10 / 0,5 (kV) è alimentato da un cavo di alimentazione ААШв (3х35) dalla sottostazione di distribuzione dell'alta tensione n. 20.

Alcuni chiarimenti per il calcolo della corrente di cortocircuito

Vorrei dire alcune parole sul processo di cortocircuito stesso. Durante un cortocircuito, nel circuito si verificano processi transitori, associati alla presenza di induttanze al suo interno, che impediscono un brusco cambiamento di corrente. A questo proposito, la corrente di cortocircuito. durante il processo di transizione può essere suddiviso in 2 componenti:

• periodico (appare al momento iniziale e non diminuisce fino a quando l'impianto elettrico non viene scollegato dalla protezione)
• aperiodico (appare nel momento iniziale e diminuisce rapidamente a zero dopo il completamento del transitorio)

Corrente di cortocircuito Calcolerò secondo RD 153-34.0-20.527-98.

Questo documento normativo afferma che il calcolo della corrente di cortocircuito può essere eseguito approssimativamente, ma a condizione che l'errore di calcolo non superi il 10%.

Eseguirò il calcolo delle correnti di cortocircuito in unità relative. I valori degli elementi del circuito saranno approssimati alle condizioni di base, tenendo conto del rapporto di trasformazione del trasformatore di potenza.

L'obiettivo è un A3144 con una corrente nominale di 600 (A) per capacità di commutazione. Per fare ciò, devo determinare la corrente di cortocircuito trifase e bifase all'estremità della linea del cavo di alimentazione.

Esempio di calcolo delle correnti di cortocircuito

Prendiamo la tensione di 10,5 (kV) come stadio principale e impostiamo la potenza di base del sistema di alimentazione:

potenza di base del sistema di alimentazione Sb = 100 (MVA)

tensione di base Ub1 = 10,5 (kV)

corrente di cortocircuito sulle sbarre della sottostazione n. 20 (secondo progetto) Isc = 9.037 (kA)

Elaboriamo uno schema di alimentazione calcolato.

In questo diagramma, indichiamo tutti gli elementi del circuito elettrico e loro. Inoltre, non dimenticare di indicare il punto in cui dobbiamo trovare la corrente di cortocircuito. Nella foto sopra ho dimenticato di indicarlo, quindi lo spiego a parole. Si trova subito dopo il cavo a bassa tensione SBG (3x150) prima del montaggio n. 10.

Quindi elaboreremo un circuito equivalente, sostituendo tutti gli elementi del circuito sopra con resistenze attive e di reattanza.

Quando si calcola la componente periodica della corrente di cortocircuito, è consentito ignorare la resistenza attiva del cavo e delle linee aeree. Per un calcolo più accurato, prenderò in considerazione la resistenza attiva sulle linee del cavo.

Conoscendo la potenza e la tensione di base, troveremo le correnti di base per ogni fase di trasformazione:

Ora dobbiamo trovare la reattanza e la resistenza attiva di ciascun elemento del circuito in unità relative e calcolare la resistenza equivalente totale del circuito equivalente dalla fonte di alimentazione (sistema di alimentazione) al punto di cortocircuito. (evidenziato con una freccia rossa).

Determiniamo la reattanza della sorgente equivalente (sistema):

Determinare la reattanza della linea del cavo 10 (kV):

• Ho - resistenza induttiva specifica per cavo ААШв (3х35) prendiamo da A.A. Fedorov, volume 2, tab. 61.11 (misurato in ohm/km)

Determinare la resistenza attiva della linea del cavo 10 (kV):

• Rо - resistenza attiva specifica per cavo ААШв (3х35) prendiamo da A.A. Fedorov, volume 2, tab. 61.11 (misurato in ohm/km)
• l - lunghezza della linea del cavo (in chilometri)

Determinare la reattanza di un trasformatore a due avvolgimenti 10 / 0,5 (kV):

• uк% - tensione di cortocircuito di un trasformatore 10 / 0,5 (kV) con una capacità di 1000 (kVA), la prendiamo da A.A. Fedorov, tab. 27,6

Trascuro la resistenza attiva del trasformatore, perché è incommensurabilmente piccolo rispetto a quello reattivo.

Determinare la reattanza della linea del cavo 0,5 (kV):

• Ho - la resistività per il cavo SBG (3x150) è presa da A.A. Fedorov, tab. 61.11 (misurato in ohm/km)
• l - lunghezza della linea del cavo (in chilometri)

Determinare la resistenza attiva della linea del cavo 0,5 (kV):

• R® - resistività per cavo SBG (3x150) prendiamo da A.A. Fedorov, tab. 61.11 (misurato in ohm/km)
• l - lunghezza della linea del cavo (in chilometri)

Determinare la resistenza equivalente totale dalla fonte di alimentazione (sistema di alimentazione) al punto di cortocircuito:

Troviamo la componente periodica della corrente di cortocircuito trifase:

Troviamo la componente periodica della corrente di corto circuito bifase:

Risultati del calcolo delle correnti di cortocircuito

Abbiamo quindi calcolato la corrente di cortocircuito bifase all'estremità della linea del cavo di alimentazione con una tensione di 500 (V). È 10.766 (kA).

L'interruttore di ingresso A3144 ha una corrente nominale di 600 (A). La taratura dello sganciatore elettromagnetico è fissata a 6000 (A) o 6 (kA). Pertanto, possiamo concludere che con un cortocircuito all'estremità della linea del cavo di ingresso (nel mio esempio, a causa di un incendio) e scollegata la sezione danneggiata del circuito.

I valori ottenuti delle correnti trifase e bifase possono essere utilizzati anche per selezionare le impostazioni della protezione del relè e dell'automazione.

In questo articolo non ho eseguito il calcolo della sovracorrente in cortocircuito.

P.S. Il calcolo di cui sopra è stato inviato alla mia guida. Per un calcolo approssimativo, andrà abbastanza bene. Naturalmente, il lato basso potrebbe essere calcolato in modo più dettagliato, tenendo conto della resistenza dei contatti dell'interruttore, delle connessioni dei contatti dei capicorda alle sbarre, della resistenza dell'arco nel punto del guasto, ecc. Scriverò di questo un'altra volta.

Se hai bisogno di un calcolo più accurato, puoi utilizzare programmi speciali sul tuo PC. Ce ne sono molti su Internet.

Il calcolo delle correnti di cortocircuito viene effettuato per la selezione e la verifica della resistenza elettrodinamica e termica di dispositivi e conduttori elettrici, la progettazione e la regolazione della protezione dei relè.

Le fonti di energia per il cortocircuito sono generatori di centrali elettriche, sistemi di alimentazione e motori elettrici con tensione superiore a 1000 V, se collegati direttamente al cortocircuito, tramite linee in cavo, condotti sbarre o tramite reattanze lineari. L'azione di alimentazione dei motori elettrici viene presa in considerazione solo nel momento iniziale del cortocircuito.

Per calcolare le correnti di cortocircuito, viene redatto uno schema di progetto, corrispondente alla modalità normale, che viene redatto sulla base di un'analisi del circuito SES ed è un circuito elettrico unifilare.

Sul diagramma di progettazione, indicare tutti gli alimentatori e gli elementi di rete, delineare i luoghi necessari in cui verrà eseguito il calcolo delle correnti di cortocircuito. I parametri degli alimentatori e degli elementi SES sono riportati nei dati iniziali. Per generatori sincroni e motori elettrici con tensioni superiori a 1000 V, l'EMF è considerato uguale all'EMF supertransitorio E".

A titolo di esempio, Fig. 3.4 mostra lo schema di progetto per il circuito di alimentazione mostrato in Fig. 3.2. Secondo lo schema calcolato, viene realizzato un circuito equivalente. In questo caso tutte le connessioni elettromagnetiche tra gli elementi del circuito vengono sostituite da quelle elettriche mediante trasformazioni equivalenti. Accanto a ciascun elemento dello schema, al numeratore è indicato il suo numero di serie n, e nel denominatore - il valore della resistenza (Ohm) o le relative unità di base, ridotte al passo di base. Lo stadio base è solitamente lo stadio di trasformazione, in cui viene calcolata la corrente di cortocircuito. Tensione di fase di base tu b è preso uguale alla tensione media (nominale) tu n passi di trasformazione secondo la scala: 230; 154; 115; 37; 10.5; 6,3 kV.

Le correnti di cortocircuito possono essere calcolate in unità fisiche o relative unità di base. Quando si calcola la corrente di cortocircuito in unità relative, è conveniente prendere la potenza di base come un multiplo di 10 (ad esempio 100 o 1000 MB × A) o la potenza del sistema di alimentazione che fornisce elettricità all'impresa, o la potenza nominale di qualsiasi elemento del SES. Se il calcolo della corrente di cortocircuito viene eseguito approssimativamente utilizzando le curve calcolate, la potenza di base dovrebbe essere presa uguale alla potenza del sistema di alimentazione.

Modulo di impedenza di base Z b al punto di cortocircuito, corrente io b e potenza S b sono determinati dalle formule:

Per trasformatori trifase a due avvolgimenti, l'attivo R t e induttivo X Le resistenze t, ridotte all'avvolgimento di alta tensione e utilizzate nel calcolo delle resistenze ridotte, sono riportate in tabella. A1.5. Per trasformatori trifase a tre avvolgimenti, i valori di attivo R tv, R t, R cosiddetto e induttivo X tv, X t, X nell'opera sono indicate le cosiddette resistenze degli avvolgimenti di tensione superiore, media e inferiore, necessarie per il calcolo delle resistenze ridotte. Resistenze induttive dei reattori X p sono riportati nell'opera e nella tabella. A1.9.

Quando si calcola la corrente di cortocircuito, si considera che l'EMF di tutte le sorgenti sia in fase. Pertanto, il calcolo viene eseguito utilizzando il metodo di sovrapposizione: la corrente da ciascuna fonte di alimentazione nel punto del cortocircuito viene calcolata separatamente, quindi la corrente risultante viene trovata sommando aritmeticamente i componenti delle singole fonti.

Valore efficace della componente periodica della corrente di cortocircuito trifase in unità fisiche:

Se alimentato da un generatore sincrono o da un motore elettrico con una tensione di 1000 V:

dove ; ; ; P- il numero di resistenze attive collegate in serie dalla sorgente di alimentazione al punto di cortocircuito; m- il numero di reattanze induttive collegate in serie dalla sorgente di alimentazione al punto di cortocircuito.

Il valore effettivo della componente periodica della corrente di cortocircuito trifase nelle relative unità di base:

Quando alimentato dal sistema di alimentazione:

; (3.31)

Quando alimentato da un generatore sincrono o motore elettrico con tensione superiore a 1000 V:

dove è la potenza di un cortocircuito simmetrico trifase,

; ; . (3.33)

Il passaggio da corrente e potenza di cortocircuito in unità relative a corrente e potenza in unità fisiche avviene secondo le formule:

Se< 0.3 или < 0.3, то активное сопротивление R c non viene preso in considerazione nel calcolo della componente periodica della corrente di cortocircuito trifase.

Componente periodica della corrente di cortocircuito bifase:

Sovracorrente di cortocircuito simmetrico trifase quando alimentato dal sistema di alimentazione:

dove è il coefficiente di impatto.

La costante di tempo di decadimento della componente aperiodica della corrente di un circuito simmetrico trifase quando alimentato dal sistema di alimentazione:

dove F - frequenza di alimentazione, Hz.

Impulso di corrente a legge quadrata... La temperatura del conduttore surriscaldato dalla corrente in regime stazionario rispetto alla temperatura ambiente è determinata dall'equazione del bilancio termico, cioè l'uguaglianza delle quantità di calore emesso e dissipato. A causa della breve durata del processo SC, la rimozione del calore non viene presa in considerazione, poiché il processo è considerato adiabatico. Impulso totale della corrente di cortocircuito quadratica (corrente di riscaldamento):

dove V kp è un impulso di corrente quadratico dalla componente periodica della corrente di cortocircuito; V k.a - un impulso di corrente quadratico dalla componente aperiodica della corrente di cortocircuito.

Generalmente:

, (3.39)

dove m- il numero di segmenti di un intervallo di tempo discreto quando si sostituisce l'integrale con una somma finita; ε - simbolo dell'intera parte del quoziente; D T- intervallo di tempo discreto per la scissione della dipendenza; - il valore medio della corrente di cortocircuito a n esimo intervallo di tempo discreto.

Una volta a una signora, non molto esperta in ingegneria elettrica, fu spiegato da un elettricista il motivo della perdita di luce nel suo appartamento. Si è rivelato un cortocircuito e la donna ha chiesto che fosse allungato immediatamente. Puoi ridere di questa storia, ma è meglio considerare questa seccatura in modo più dettagliato. Anche senza questo articolo, gli elettricisti sanno cos'è questo fenomeno, cosa minaccia e come calcolare la corrente di cortocircuito. Le informazioni che seguono sono rivolte a persone che non hanno una formazione tecnica, ma, come tutti, non sono assicurate contro i problemi legati al funzionamento di attrezzature, macchinari, attrezzature di produzione e dei più comuni elettrodomestici. È importante che ogni persona sappia cos'è un cortocircuito, quali sono le sue cause, le possibili conseguenze e i metodi per prevenirlo. Non puoi fare questa descrizione senza conoscere le basi dell'ingegneria elettrica. Un lettore che non li conosce potrebbe annoiarsi e non leggere l'articolo fino alla fine.

Un'esposizione popolare della legge di Ohm

Indipendentemente dalla natura della corrente nel circuito elettrico, si verifica solo se c'è una differenza di potenziale (o tensione, è la stessa). La natura di questo fenomeno può essere spiegata con l'esempio di una cascata: se c'è un dislivello, l'acqua scorre in una direzione, e quando non c'è, si ferma. Anche gli scolari conoscono la legge di Ohm, secondo la quale, maggiore è la tensione e minore è la corrente, maggiore è la resistenza inclusa nel carico:

I è la grandezza della corrente, che a volte viene chiamata "forza attuale", sebbene questa non sia una traduzione letterale dalla lingua tedesca. Misurato in Ampere (A).

Infatti, la corrente stessa non possiede una forza (cioè la causa dell'accelerazione), che è proprio quella che si manifesta durante un cortocircuito. Questo termine è già diventato familiare e viene usato spesso, sebbene i docenti di alcune università, avendo sentito le parole "forza attuale" dalla bocca di uno studente, abbiano immediatamente messo "no". “Ma che dire del fuoco e del fumo che escono dal cablaggio durante un cortocircuito? - Chiede a un avversario ostinato: "Non è questo potere?" C'è una risposta a questa osservazione. Il fatto è che non esistono conduttori ideali e il loro riscaldamento è dovuto proprio a questo fatto. Se assumiamo che R = 0, allora il calore non verrebbe rilasciato, come è chiaro dalla legge di Joule-Lenz, data sotto.

U è la stessa differenza di potenziale, chiamata anche tensione. Si misura in Volt (abbiamo V, all'estero V). Viene anche chiamata forza elettromotrice (EMF).

R - resistenza elettrica, cioè la capacità del materiale di impedire il passaggio di corrente. Per i dielettrici (isolanti), è grande, sebbene non infinito, per i conduttori è piccolo. Misurato in ohm, ma valutato come una quantità specifica. Inutile dire che più il filo è spesso, meglio conduce la corrente e più è lungo, peggio. Pertanto, la resistività viene misurata in ohm moltiplicata per un millimetro quadrato e divisa per un metro. Inoltre il suo valore è influenzato dalla temperatura, più è alto, maggiore è la resistenza. Ad esempio, un conduttore d'oro lungo 1 metro e 1 metro quadrato. mm a 20 gradi Celsius ha una resistenza totale di 0,024 Ohm.

Esiste anche la formula della legge di Ohm per un circuito completo, in cui viene introdotta la resistenza interna (propria) della sorgente di tensione (EMF).

Due formule semplici ma importanti

È impossibile capire il motivo per cui si verifica una corrente di cortocircuito senza padroneggiare un'altra semplice formula. La potenza consumata dal carico è uguale (esclusi i componenti reattivi, ma ne parleremo più avanti) al prodotto di corrente e tensione.

P - potenza, Watt o Volt-Ampere;

U - tensione, Volt;

I - corrente, Ampere.

La potenza non è mai infinita, è sempre limitata da qualcosa, quindi, con il suo valore fisso, la tensione diminuisce all'aumentare della corrente. La dipendenza di questi due parametri del circuito di lavoro, espressa graficamente, è chiamata caratteristica corrente-tensione.

E un'altra formula necessaria per calcolare le correnti di cortocircuito è la legge di Joule-Lenz. Dà un'idea di quanto calore viene generato quando si resiste a un carico, ed è molto semplice. Il conduttore si riscalderà con un'intensità proporzionale alla tensione e al quadrato della corrente. E, naturalmente, la formula non è completa senza tempo, più a lungo la resistenza si riscalda, più calore rilascerà.

Cosa succede in un circuito quando si verifica un cortocircuito

Quindi, il lettore può presumere di aver padroneggiato tutte le principali leggi fisiche per capire quale può essere l'entità (ok, lascia che sia) della corrente di cortocircuito. Ma prima devi decidere sulla domanda su cosa sia, in effetti. Il cortocircuito (cortocircuito) è una situazione in cui la resistenza di carico è vicina allo zero. Osserviamo la formula della legge di Ohm. Se consideriamo la sua versione per una sezione del circuito, è facile capire che la corrente tenderà all'infinito. Nella sua versione completa, sarà limitato dalla resistenza della sorgente EMF. In ogni caso la corrente di cortocircuito è molto elevata, e secondo la legge di Joule-Lenz, più è grande, più il conduttore che attraversa si surriscalda. Inoltre, la dipendenza non è diretta, ma quadratica, cioè se I aumenta di cento volte, verrà rilasciato diecimila volte più calore. Questo è il pericolo di un fenomeno che a volte porta agli incendi.

I fili emettono una luce incandescente (o bianca), trasferiscono questa energia a pareti, soffitti e altri oggetti che toccano e danno loro fuoco. Se una fase in un dispositivo tocca un conduttore neutro, si verifica una corrente di cortocircuito della sorgente, chiusa a se stessa. La base infiammabile del cablaggio elettrico è un incubo per gli ispettori antincendio e la ragione di molte multe imposte ai proprietari irresponsabili di edifici e locali. E la colpa, ovviamente, non sono le leggi di Joule-Lenz e Ohm, ma l'isolamento a secco dalla vecchiaia, l'installazione imprecisa o analfabeta, il danno meccanico o il sovraccarico del cablaggio.

Tuttavia, anche la corrente di cortocircuito, per quanto grande, non è infinita. L'entità dei problemi che può fare è influenzata dalla durata del riscaldamento e dai parametri del circuito di alimentazione.

circuiti AC

Le situazioni sopra discusse erano di natura generale o relative a circuiti in corrente continua. Nella maggior parte dei casi, sia le strutture residenziali che quelle industriali sono alimentate da una rete in tensione alternata da 220 o 380 volt. I problemi di cablaggio CC sono più comuni nelle auto.

C'è una differenza, e significativa, tra questi due principali tipi di alimentazione. Il fatto è che il passaggio della corrente alternata è ostacolato da ulteriori componenti di resistenza, detti reattivi e per la natura ondulatoria dei fenomeni che si manifestano in essi. Induttori e capacità reagiscono alla corrente alternata. La corrente di cortocircuito del trasformatore è limitata non solo dalla resistenza attiva (o ohmica, cioè misurabile con un tester tascabile), ma anche dalla sua componente induttiva. Il secondo tipo di carico è capacitivo. Rispetto al vettore della corrente attiva, i vettori delle componenti reattive sono deviati. La corrente induttiva è in ritardo e la corrente capacitiva la porta di 90 gradi.

Un esempio di una differenza nel comportamento di un carico che ha una componente reattiva è un altoparlante convenzionale. Alcuni fan della musica ad alto volume lo sovraccaricano finché il diffusore non viene spinto in avanti dal campo magnetico. La bobina vola via dal nucleo e si brucia immediatamente, perché la componente induttiva della sua tensione diminuisce.

tipi KZ

Le correnti di cortocircuito possono verificarsi in diversi circuiti collegati a diverse sorgenti CC o CA. La cosa più semplice è con il solito più, che improvvisamente si è unito a un meno, aggirando il carico utile.

Ma con la corrente alternata ci sono più opzioni. La corrente di cortocircuito monofase si verifica quando una fase è collegata al neutro o è collegata a terra. In una rete trifase può verificarsi un contatto indesiderato tra le due fasi. Una tensione di 380 o più (quando si trasmette energia su lunghe distanze su linee elettriche) volt può anche causare conseguenze spiacevoli, incluso un arco elettrico al momento della commutazione. Può anche chiudere tutti e tre i fili (o quattro, insieme al neutro) contemporaneamente e la corrente di cortocircuito trifase scorrerà attraverso di essi fino a quando le protezioni automatiche non funzioneranno.

Ma non è tutto. Nei rotori e negli statori delle macchine elettriche (motori e generatori) e dei trasformatori, a volte si verifica un fenomeno così spiacevole come un circuito tra le spire, in cui gli anelli di filo adiacenti formano una sorta di anello. Questo circuito chiuso ha una resistenza CA estremamente bassa. La corrente di cortocircuito nelle spire aumenta, questo diventa il motivo del riscaldamento dell'intera macchina. In realtà, se si verifica una tale disgrazia, non si dovrebbe aspettare che tutto l'isolamento si sciolga e il motore elettrico inizi a fumare. Gli avvolgimenti della macchina devono essere riavvolti, ciò richiede attrezzature speciali. Lo stesso vale per quei casi in cui, a causa del "turn-to-turn", si è verificata una corrente di cortocircuito del trasformatore. Meno brucia l'isolamento, più facile ed economico sarà il riavvolgimento.

Calcolo dell'ampiezza della corrente di cortocircuito

Non importa quanto catastrofico possa essere questo o quel fenomeno, la sua valutazione quantitativa è importante per l'ingegneria e la scienza applicata. La formula della corrente di cortocircuito è molto simile alla legge di Ohm, richiede solo qualche spiegazione. Così:

I cortocircuito = Uph / (Zn + Zt),

io a breve termine - il valore della corrente di cortocircuito, A;

Uph - tensione di fase, V;

Zn è la resistenza totale (inclusa la componente reattiva) del circuito in cortocircuito;

Zt è la resistenza totale (inclusa la componente reattiva) del trasformatore di potenza (potenza), Ohm.

Le impedenze sono definite come l'ipotenusa di un triangolo rettangolo, le cui gambe sono i valori della resistenza attiva e reattiva (induttiva). È molto semplice, devi usare il teorema di Pitagora.

Un po' più spesso della formula per la corrente di cortocircuito, nella pratica vengono utilizzate curve derivate sperimentalmente. Rappresentano la dipendenza del valore di I cortocircuito. dalla lunghezza del conduttore, dalla sezione del filo e dalla potenza del trasformatore di potenza. I grafici sono una raccolta di linee esponenzialmente decrescenti, dalle quali devi solo scegliere quella giusta. Il metodo fornisce risultati approssimativi, ma la sua accuratezza si adatta bene alle esigenze pratiche degli ingegneri energetici.

Come sta andando il processo?

Tutto sembra accadere all'istante. Qualcosa ronzò, la luce si attenuò e poi si spense. Infatti, come ogni fenomeno fisico, il processo può essere allungato mentalmente, rallentato, analizzato e suddiviso in fasi. Prima dell'inizio del momento di emergenza, il circuito è caratterizzato da un valore di corrente costante che rientra nella modalità nominale. Improvvisamente, l'impedenza scende bruscamente a un valore vicino allo zero. I componenti induttivi (motori elettrici, induttanze e trasformatori) del carico allo stesso tempo, per così dire, rallentano il processo di crescita della corrente. Pertanto, nei primi microsecondi (fino a 0,01 sec), la corrente di cortocircuito della sorgente di tensione rimane praticamente invariata e diminuisce anche leggermente a causa dell'inizio del processo transitorio. In questo caso, il suo EMF raggiunge gradualmente lo zero, quindi lo attraversa e viene impostato su un valore stabilizzato, che garantisce il flusso di un grande cortocircuito I. La corrente stessa al momento del processo transitorio è la somma delle componenti periodiche e aperiodiche. Viene analizzata la forma del grafico di processo, per cui è possibile determinare un valore di tempo costante, dipendente dall'angolo di inclinazione della tangente alla curva di accelerazione nel punto della sua flesso (derivata prima) e dalla tempo di ritardo, determinato dal valore della componente reattiva (induttiva) della resistenza totale.

Corrente d'urto di cortocircuito

Nella letteratura tecnica si trova spesso il termine "corrente di picco di cortocircuito". Non dovresti essere intimidito da questo concetto, non è affatto così terribile e non ha alcuna relazione diretta con le scosse elettriche. Con questo concetto si intende il valore massimo di I cortocircuito. in un circuito in corrente alternata, raggiungendo il suo valore solitamente mezzo periodo dopo che si è verificata un'emergenza. A una frequenza di 50 Hz, il periodo è rispettivamente di 0,2 secondi e la metà di 0,1 secondi. In questo momento, l'interazione dei conduttori situati l'uno vicino all'altro raggiunge la massima intensità. La sovracorrente di cortocircuito è determinata dalla formula, che non ha senso dare in questo articolo, che non è destinato agli specialisti e nemmeno agli studenti. È disponibile in letteratura speciale e libri di testo. Di per sé, questa espressione matematica non è particolarmente difficile, ma richiede commenti piuttosto voluminosi che approfondiscano il lettore nella teoria dei circuiti elettrici.

Utile KZ

Sembrerebbe che il fatto ovvio sia che un cortocircuito sia un fenomeno estremamente sgradevole, spiacevole e indesiderabile. Può portare, nel migliore dei casi, a togliere tensione alla struttura, disattivare i dispositivi di protezione di emergenza e, nel peggiore dei casi, a bruciare i cavi e persino a incendiarsi. Pertanto, tutte le forze devono essere concentrate sull'evitare questo flagello. Tuttavia, il calcolo delle correnti di cortocircuito ha un significato molto reale e pratico. Sono stati inventati molti mezzi tecnici che operano nella modalità di alti valori di corrente. Un esempio è una saldatrice convenzionale, soprattutto ad arco, che praticamente mette in cortocircuito un elettrodo messo a terra al momento dell'operazione. Un altro problema è che queste modalità sono a breve termine e la potenza del trasformatore gli consente di resistere a questi sovraccarichi. Durante la saldatura, nel punto di contatto con l'estremità dell'elettrodo passano enormi correnti (misurate in decine di ampere), a seguito delle quali viene rilasciato abbastanza calore per fondere localmente il metallo e creare una forte cucitura.

Metodi di protezione

Nei primissimi anni del rapido sviluppo dell'ingegneria elettrica, quando l'umanità stava ancora sperimentando coraggiosamente, introducendo dispositivi galvanici, inventando vari tipi di generatori, motori e illuminazione, sorse il problema di proteggere questi dispositivi da sovraccarichi e correnti di cortocircuito. La sua soluzione più semplice consisteva nell'installare elementi fusibili in serie con il carico, che venivano distrutti sotto l'influenza del calore resistivo se la corrente superava il valore impostato. Tali fusibili servono oggi le persone, i loro principali vantaggi sono semplicità, affidabilità e basso costo. Ma hanno anche degli svantaggi. La stessa semplicità del "sughero" (così venivano chiamati i detentori dei tassi variabili per la loro forma specifica) induce gli utenti dopo che si è esaurito a non filosofare furbescamente, ma a sostituire gli elementi falliti con i primi fili, graffette e persino unghie che vengono a portata di mano. Vale la pena ricordare che tale protezione contro le correnti di cortocircuito non svolge la sua nobile funzione?

Nelle imprese industriali, per disattivare i circuiti sovraccarichi, gli interruttori automatici hanno iniziato a essere utilizzati prima rispetto agli schermi degli appartamenti, ma negli ultimi decenni le "spine" sono state in gran parte sostituite da esse. I "dispositivi automatici" sono molto più convenienti, non possono essere modificati, ma accesi, eliminando la causa del cortocircuito e aspettando che gli elementi termici si raffreddino. I loro contatti a volte si bruciano, in questo caso è meglio sostituirli e non provare a pulirli o ripararli. Automi differenziali più complessi ad un costo elevato non durano più a lungo di quelli convenzionali, ma il loro carico funzionale è più ampio, disattivano la tensione in caso di minima dispersione di corrente "laterale", ad esempio, quando una persona viene colpita da un corrente elettrica.

Nella vita di tutti i giorni, non è consigliabile sperimentare un cortocircuito.

L'energia elettrica comporta un pericolo piuttosto elevato, dal quale non sono protetti né i lavoratori delle singole sottostazioni, né gli elettrodomestici. La corrente di cortocircuito è uno dei tipi di elettricità più pericolosi, ma esistono metodi per controllarla, calcolarla e misurarla.

Cos'è

La corrente di cortocircuito (TKZ) è un impulso di scossa elettrica in forte aumento. Il suo principale pericolo è che, secondo la legge Joule-Lenz, tale energia abbia un tasso di rilascio di calore molto elevato. A causa di un cortocircuito, i fili potrebbero fondersi o alcuni apparecchi elettrici potrebbero bruciarsi.

Foto - diagramma dei tempi

Consiste di due componenti principali: la componente aperiodica della corrente e il termine periodico forzato.

Formula - periodico Formula - aperiodica

Secondo il principio, è molto difficile misurare con precisione l'energia dell'occorrenza aperiodica, che è capacitiva, pre-emergenza. Infatti, è al momento dell'incidente che la differenza tra le fasi ha l'ampiezza maggiore. Inoltre, la sua caratteristica è la natura atipica del verificarsi di questa corrente nelle reti. Lo schema della sua formazione aiuterà a mostrare il principio di funzionamento di questo flusso.

La resistenza delle sorgenti a causa dell'alta tensione al cortocircuito è chiusa a breve distanza o "cortocircuitata" - ecco perché questo fenomeno ha ricevuto un tale nome. Esiste una corrente di cortocircuito trifase, bifase e monofase: qui la classificazione si basa sul numero di fasi chiuse. In alcuni casi, un cortocircuito può essere cortocircuitato tra le fasi e verso terra. Quindi, per determinarlo, sarà necessario prendere in considerazione separatamente la messa a terra.

Foto - risultato del cortocircuito

È inoltre possibile distribuire il cortocircuito in base al tipo di collegamento elettrico:

1. Con messa a terra;
2. Senza di lui.

Per una spiegazione completa di questo fenomeno, proponiamo di considerare un esempio. Supponiamo che ci sia un consumatore di corrente specifico che è collegato a una linea elettrica locale tramite un rubinetto. Con lo schema corretto, la tensione totale nella rete è uguale alla differenza di EMF alla fonte di alimentazione e alla caduta di tensione nelle reti elettriche locali. Sulla base di questo, la formula di Ohm può essere utilizzata per determinare l'intensità della corrente di cortocircuito:

R = 0; Ikz = / r

dove r è la resistenza al cortocircuito.

Se si sostituiscono determinati valori, sarà possibile determinare la corrente di guasto in qualsiasi punto lungo l'intera linea elettrica. Non è necessario verificare la molteplicità del cortocircuito.

Metodi di calcolo

Supponiamo che il cortocircuito si sia già verificato in una rete trifase, ad esempio in una sottostazione o sugli avvolgimenti del trasformatore, poiché vengono calcolate le correnti di cortocircuito:

Formula - corrente trifase

Qui U20 è la tensione degli avvolgimenti del trasformatore e Z T è la resistenza di una certa fase (che è stata danneggiata in un cortocircuito). Se la tensione nelle reti è un parametro noto, è necessario calcolare la resistenza.

Ogni sorgente elettrica, che si tratti di un trasformatore, contatto della batteria, cavi elettrici, ha il proprio livello di resistenza nominale. In altre parole, ognuno ha la sua Z. Ma sono caratterizzati da una combinazione di resistenze attive e induttive. Ce ne sono anche di capacitivi, ma non contano quando si calcolano correnti elevate. Pertanto, molti elettricisti utilizzano un metodo semplificato per calcolare questi dati: calcolo aritmetico della resistenza CC nelle sezioni collegate in serie. Quando queste caratteristiche sono note, non sarà difficile calcolare l'impedenza per una sezione o per un'intera rete utilizzando la formula seguente:

Formula di messa a terra completa

Dove è l'EMF e r è il valore della resistenza.

Considerando che durante i sovraccarichi la resistenza è uguale a zero, la soluzione assume la forma seguente:

I = ε / r = 12/10 -2

Sulla base di ciò, la resistenza al cortocircuito di questa batteria è di 1200 Ampere.

In questo modo è possibile calcolare anche la corrente di cortocircuito del motore, del generatore e di altri impianti. Ma in produzione non è sempre possibile calcolare i parametri ammissibili per ogni singolo dispositivo elettrico. Inoltre, va tenuto presente che con cortocircuiti asimmetrici i carichi hanno una sequenza diversa, per la quale è necessario conoscere il cos e la resistenza. Per il calcolo viene utilizzata una tabella speciale GOST 27514-87, in cui sono indicati questi parametri:

Esiste anche il concetto di cortocircuito di un secondo, qui la formula per l'intensità della corrente durante un cortocircuito viene determinata utilizzando un coefficiente speciale:

Formula - fattore di cortocircuito

Si ritiene che, a seconda della sezione del cavo, un cortocircuito possa passare inosservato per il cablaggio. La durata ottimale del circuito è fino a 5 secondi. Tratto dal libro "Calcolo del cortocircuito nelle reti" di Nebrat:

Sezione, mm 2	Durata del cortocircuito ammessa per un tipo specifico di cavi
	Isolamento in PVC		polietilene
	Fili di rame	Alluminio	Rame	Alluminio
1,5	0,17	No	0,21	No
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

Questa tabella ti aiuterà a scoprire la durata del cortocircuito condizionale prevista durante il normale funzionamento, le misurazioni dell'amperometro sugli autobus e vari tipi di cavi.

Se non c'è tempo per calcolare i dati utilizzando le formule, viene utilizzata un'attrezzatura speciale. Ad esempio, l'indicatore Shch41160 è molto popolare tra gli elettricisti professionisti: è un misuratore di corrente di cortocircuito a fase zero da 380 / 220 V. Il dispositivo digitale consente di determinare e calcolare la forza del cortocircuito nelle reti domestiche e industriali. Tale contatore può essere acquistato presso negozi specializzati in materiale elettrico. Questa tecnica è utile quando è necessario determinare in modo rapido e accurato il livello di corrente di un circuito o di una sezione di un circuito.

Viene anche utilizzato il programma "Avral", che può determinare rapidamente l'effetto termico di un cortocircuito, un indicatore di perdite e amperaggio. Il controllo viene effettuato in modalità automatica, vengono inseriti i parametri conosciuti e calcola da sé tutti i dati. Questo è un progetto a pagamento, una licenza costa circa mille rubli.

Video: protezione da cortocircuito di una rete elettrica

Protezione e linee guida per la selezione delle apparecchiature

Nonostante tutto il pericolo di questo fenomeno, c'è ancora un modo per limitare o ridurre al minimo la probabilità di incidenti. È molto conveniente utilizzare un dispositivo elettrico per limitare un cortocircuito, può essere un reattore di limitazione della corrente, che riduce significativamente l'effetto termico di alti impulsi elettrici. Ma per uso domestico, questa opzione non funzionerà.

Foto - schema a blocchi della protezione da cortocircuito

A casa, puoi spesso trovare l'uso di una macchina automatica e una protezione relè. Questi sganciatori hanno dei limiti (massima e minima corrente di rete), se superati tolgono l'alimentazione. La macchina consente di determinare il livello di ampere consentito, il che aiuta ad aumentare la sicurezza. La scelta viene effettuata tra apparecchiature con una classe di protezione superiore a quella necessaria. Ad esempio, su una rete da 21 ampere, si consiglia di utilizzare un interruttore automatico per scollegare 25 A.