Calculul este efectuat pentru selectarea și verificarea setărilor de protecție și automatizare a releului sau pentru verificarea parametrilor echipamentului.
Să introducem o serie de ipoteze care simplifică calculul și nu introduc erori semnificative:
- 1. Linearitatea tuturor elementelor circuitului;
- 2. Contabilitatea aproximativă a sarcinii;
- 3. Simetria tuturor elementelor cu excepția scurtcircuitelor;
- 4. Neglijarea rezistențelor active dacă X/R>3;
- 5. Curenții de magnetizare ai transformatoarelor nu sunt luați în considerare;
Eroarea de calcul conform acestor ipoteze nu depășește 2–5%.
Calculul curenților de scurtcircuit este simplificat atunci când se utilizează un circuit echivalent. Calculăm curenții de scurtcircuit în unități numite.
Proiectare puncte de scurtcircuit: K1 - pe bare JT; K2…K5 - la capătul liniei aeriene.
Desen. 9.1. Circuit echivalent 10 kV
Putere de scurtcircuit trifazat:
unde IкзВН - curent de scurtcircuit pe magistralele de înaltă tensiune.
Parametrii sistemului:
Unde Ucp este tensiunea medie, kV;
Puterea scurtcircuitului trifazat pe magistralele de înaltă tensiune a substației, MT A
Sistem EMF:
Ec = Uavg. (9,3)
Ec = 10,5 kV.
Parametrii transformatorului de putere:
Rezistența activă a transformatorului redusă lateral este de 10,5 kV.
Reactanța transformatorului normalizat pe lateral este de 10,5 kV.
Parametrii liniei aeriene:
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
Parametrii liniilor de ieșire sunt prezentați în Tabelul 9.1.
Tabelul 9.1. Parametrii liniilor de ieșire
|
Marca firului |
||||||
|
VL Nekrasovo |
||||||
|
VL Borisovo |
||||||
|
VL Lukino |
||||||
|
VL Pozhara |
||||||
|
VL Starina |
||||||
|
VL Proshino |
||||||
Calculul curenților de scurtcircuit se realizează pentru tensiunea părții la care este redusă rezistența circuitului.
unde este rezistența totală echivalentă de la sursa de alimentare la punctul de scurtcircuit calculat, Ohm.
Valoarea constantă a curentului în timpul unui scurtcircuit bifazat este determinată de valoarea curentului unui scurtcircuit trifazat:
Curent de șoc:
unde kd este coeficientul de impact.
Iată un exemplu de calcul pentru linia aeriană Lukino
Calculul curenților de scurtcircuit este rezumat în Tabelul 9.2.
Tabelul 9.2. Calculul curenților de scurtcircuit
|
I(3)кзmax, kA |
I(3)kzmin, kA |
|||||
|
VL Nekrasovo |
||||||
|
VL Borisovo |
||||||
|
VL Lukino |
||||||
|
VL Pozhara |
||||||
|
VL Starina |
||||||
|
VL Proshino |
||||||
|
Bare colectoare 10 kV |
Curentul monofazat de eroare la pământ este determinat de formula:
Este (1) = 3 Uph ? Curtea L (9.13)
unde Uph este tensiunea de fază a rețelei;
u este frecvența unghiulară a tensiunii rețelei;
Curtea - capacitate de 1 km faza de retea fata de sol, μF/km;
L este lungimea totală a rețelei, km.
Dar cu precizie pentru calcule practice, inclusiv pentru rezolvarea problemei necesității de a compensa curentul capacitiv de eroare la pământ, calculul se face folosind formula:
Unde Unom este tensiunea nominală a rețelei, kV;
Lв - lungimea totală a liniilor aeriene ale rețelei, km;
Lk - lungimea totală a liniilor de cablu, km.
Să determinăm curentul de defect la pământ monofazat pentru liniile de ieșire de 10 kV. PUE stipulează: valoarea curentului capacitiv de eroare la pământ pentru modul normal de rețea. Și în acest caz, modul normal de funcționare este funcționarea separată a transformatoarelor de putere (întrerupătoarele secționale sunt dezactivate).
Pentru liniile de ieșire de 10 kV:
Conform clauzei PUE 1.2.16, compensarea curentului capacitiv de eroare la pământ trebuie aplicată la valorile acestui curent în modurile normale: în rețele cu o tensiune de 3-20 kV, având suporturi din beton armat și metal pe liniile electrice aeriene. , și în toate rețelele cu o tensiune de 35 kV - mai mult 10 A. În cazul nostru, nu este necesară nicio compensație.
Bună ziua, dragi cititori și vizitatori ai site-ului Electrician's Notes.
Am un articol pe site-ul meu despre. Am citat cazuri din practica mea.
Deci, pentru a minimiza consecințele unor astfel de accidente și incidente, este necesar să alegeți echipamentul electric potrivit. Dar pentru a-l alege corect, trebuie să puteți calcula curenții de scurtcircuit.
În articolul de astăzi, vă voi arăta cum puteți calcula independent curentul de scurtcircuit sau curentul de scurtcircuit pentru scurt, folosind un exemplu real.
Înțeleg că mulți dintre voi nu trebuie să faceți calcule, pentru că... Acest lucru este de obicei realizat fie de designeri din organizații (firme) licențiate, fie de studenții care își scriu următorul curs sau proiect de diplomă. Îl înțeleg mai ales pe acesta din urmă, pentru că... Fiind și eu student (în anul 2000), am regretat foarte mult că nu existau astfel de site-uri pe internet. Această publicație va fi, de asemenea, utilă lucrătorilor din domeniul energiei pentru a ridica nivelul de auto-dezvoltare sau pentru a-și împrospăta memoria cu materialele transmise anterior.
Apropo, l-am adus deja. Dacă cineva este interesat, accesează linkul și citește.
Deci, să trecem la treabă. În urmă cu câteva zile la întreprinderea noastră a avut loc un incendiu pe un traseu de cablu lângă atelierul de montaj nr.10. Suportul de cabluri cu toate cablurile de alimentare și control care rulau acolo era aproape complet ars. Iată o fotografie de la locul faptei.
Nu voi intra în multe detalii despre debriefing, dar conducerea mea a avut o întrebare cu privire la funcționarea întreruptorului de intrare și adecvarea acestuia pentru linia protejată. Cu cuvinte simple, voi spune că au fost interesați de mărimea curentului de scurtcircuit la capătul liniei cablului de alimentare de intrare, adică. în locul unde s-a produs incendiul.
Desigur, electricienii de la magazin nu au documentație de proiectare pentru calcularea curenților de scurtcircuit. nu erau bani pentru această linie și a trebuit să fac singur tot calculul, pe care îl postez în domeniul public.
Colectarea datelor pentru calcularea curenților de scurtcircuit
Ansamblul de putere nr. 10, în apropierea căruia s-a produs incendiul, este alimentat printr-un întrerupător A3144 600 (A) cu un cablu de cupru SBG (3x150) de la un transformator coborâtor nr. 1 10/0,5 (kV) cu o putere de 1000 (kVA).
Nu fi surprins, avem încă multe substații în funcțiune la întreprinderea noastră cu un neutru izolat la 500 (V) și chiar 220 (V).
În curând voi scrie un articol despre cum să vă conectați la o rețea de 220 (V) și 500 (V) cu un neutru izolat. Nu ratați lansarea unui nou articol - abonați-vă pentru a primi noutăți.
Transformatorul coborâtor de 10/0,5 (kV) este alimentat de cablul de alimentare AAShv (3x35) de la stația de distribuție de înaltă tensiune nr. 20.
Câteva precizări pentru calcularea curentului de scurtcircuit
Aș dori să spun câteva cuvinte despre procesul de scurtcircuit în sine. În timpul unui scurtcircuit, procesele tranzitorii au loc în circuit datorită prezenței inductanțelor în acesta care împiedică o schimbare bruscă a curentului. În acest sens, curentul de scurtcircuit în timpul procesului de tranziție poate fi împărțit în 2 componente:
- periodic (apare în momentul inițial și nu scade până când instalația electrică este deconectată de la protecție)
- aperiodic (apare în momentul inițial și scade rapid la zero după finalizarea procesului tranzitoriu)
Scurt circuit Voi calcula conform RD 153-34.0-20.527-98.
Acest document de reglementare prevede că curentul de scurtcircuit poate fi calculat aproximativ, dar cu condiția ca eroarea de calcul să nu depășească 10%.
Voi calcula curenții de scurtcircuit în unități relative. Voi aduce aproximativ valorile elementelor circuitului la condițiile de bază, ținând cont de raportul de transformare al transformatorului de putere.
Ținta este un A3144 cu un curent nominal de 600 (A) per capacitate de comutare. Pentru a face acest lucru, trebuie să determin curentul de scurtcircuit trifazat și bifazat la capătul liniei cablului de alimentare.
Exemplu de calcul al curenților de scurtcircuit
Luăm o tensiune de 10,5 (kV) ca treaptă principală și setăm puterea de bază a sistemului de alimentare:
puterea de bază a sistemului de alimentare Sb = 100 (MVA)
tensiune de bază Ub1 = 10,5 (kV)
curent de scurtcircuit pe barele stației nr. 20 (conform proiectului) Is = 9,037 (kA)
Întocmim o diagramă de proiectare pentru alimentarea cu energie.
În această diagramă indicăm toate elementele circuitului electric și ale acestora. De asemenea, nu uitați să indicați punctul în care trebuie să găsim curentul de scurtcircuit. Am uitat să-l indică în imaginea de mai sus, așa că o voi explica în cuvinte. Este amplasat imediat după cablul de joasă tensiune SBG (3x150) înainte de asamblarea nr. 10.
Apoi vom întocmi un circuit echivalent, înlocuind toate elementele circuitului de mai sus cu rezistențe active și reactive.
Când se calculează componenta periodică a curentului de scurtcircuit, este permis să nu se ia în considerare rezistența activă a cablurilor și a liniilor aeriene. Pentru un calcul mai precis, voi lua în considerare rezistența activă pe liniile de cablu.
Cunoscând puterile și tensiunile de bază, vom găsi curenții de bază pentru fiecare etapă de transformare:
Acum trebuie să găsim rezistența reactivă și activă a fiecărui element de circuit în unități relative și să calculăm rezistența echivalentă totală a circuitului echivalent de la sursa de alimentare (sistemul de alimentare) la punctul de scurtcircuit. (evidențiat de o săgeată roșie).
Să determinăm reactanța sursei (sistemului) echivalente:
Să determinăm reactanța liniei de cablu 10 (kV):
- Xo - reactanța inductivă specifică pentru cablu AAShv (3x35) este preluată din cartea de referință privind alimentarea cu energie și echipamentele electrice de A.A. Fedorov, volumul 2, tabel. 61,11 (măsurată în Ohm/km)
Să determinăm rezistența activă a liniei de cablu 10 (kV):
- Ro - rezistența activă specifică pentru cablu ААШв (3x35) este preluată din cartea de referință privind alimentarea cu energie și echipamentele electrice de A.A. Fedorov, volumul 2, tabel. 61,11 (măsurată în Ohm/km)
- l — lungimea liniei de cablu (în kilometri)
Să determinăm reactanța unui transformator cu două înfășurări 10/0,5 (kV):
- uk% - tensiunea de scurtcircuit a unui transformator 10/0,5 (kV) cu o putere de 1000 (kVA), preluată din cartea de referință privind alimentarea cu energie și echipamentele electrice de A.A. Fedorov, masă. 27.6
Neglijez rezistența activă a transformatorului, pentru că este disproporţionat de mic în raport cu cel reactiv.
Să determinăm reactanța liniei de cablu 0,5 (kV):
- Xo - rezistivitatea pentru cablul SBG (3x150) este preluată din cartea de referință privind alimentarea cu energie și echipamentele electrice de A.A. Fedorov, masă. 61,11 (măsurată în Ohm/km)
- l — lungimea liniei de cablu (în kilometri)
Să determinăm rezistența activă a liniei de cablu 0,5 (kV):
- Ro - rezistivitatea pentru cablul SBG (3x150) este preluată din cartea de referință privind alimentarea cu energie și echipamentele electrice de A.A. Fedorov, masă. 61,11 (măsurată în Ohm/km)
- l — lungimea liniei de cablu (în kilometri)
Să determinăm rezistența echivalentă totală de la sursa de alimentare (sistemul de alimentare) la punctul de scurtcircuit:
Să găsim componenta periodică a curentului de scurtcircuit trifazat:
Să găsim componenta periodică a curentului de scurtcircuit bifazat:
Rezultatele calculului curenților de scurtcircuit
Deci, am calculat curentul de scurtcircuit bifazat la capătul unei linii de cablu de alimentare cu o tensiune de 500 (V). Este 10,766 (kA).
Întrerupătorul de circuit de intrare A3144 are un curent nominal de 600 (A). Setarea declanșării electromagnetice este setată la 6000 (A) sau 6 (kA). Prin urmare, putem concluziona că, în cazul unui scurtcircuit la capătul liniei de cablu de intrare (în exemplul meu din cauza unui incendiu), secțiunea deteriorată a circuitului a fost deconectată.
Valorile obținute ale curenților trifazici și bifazici pot fi utilizate pentru a selecta setările pentru protecția releului și automatizare.
În acest articol, nu am calculat curentul de șoc în timpul unui scurtcircuit.
P.S. Calculul de mai sus a fost trimis conducerii mele. Pentru un calcul aproximativ este destul de potrivit. Desigur, partea de jos ar putea fi calculată mai detaliat, ținând cont de rezistența contactelor întreruptorului, de conexiunile de contact ale capselor de cablu la barele colectoare, de rezistența arcului la punctul de defecțiune etc. Voi scrie despre asta altădată.
Dacă aveți nevoie de un calcul mai precis, puteți utiliza programe speciale pe computer. Sunt multe dintre ele pe Internet.
Calculul curenților de scurtcircuit este efectuat pentru selectarea și verificarea rezistenței electrodinamice și termice a dispozitivelor și conductorilor electrici, proiectarea și configurarea protecției releului.
Sursele de energie ale scurtcircuitului sunt generatoarele de centrale electrice, sisteme de alimentare și motoare electrice cu tensiuni peste 1000 V, dacă sunt conectate la scurtcircuit direct, prin linii de cablu, conductori sau prin reactoare de linie. Efectul de alimentare al motoarelor electrice este luat în considerare doar în momentul inițial al scurtcircuitului.
Pentru a calcula curenții de scurtcircuit, se întocmește o diagramă de proiectare corespunzătoare modului normal, care este întocmită pe baza unei analize a diagramei SES și este o diagramă electrică cu o singură linie.
Schema de calcul indică toate sursele de alimentare și elementele rețelei și subliniază locurile necesare în care vor fi calculați curenții de scurtcircuit. Parametrii surselor de alimentare și elementele SES sunt dați în datele sursă. Pentru generatoarele sincrone și motoarele electrice cu tensiuni peste 1000 V, EMF este considerat egal cu EMF supertranzitoriu. E".
Ca exemplu în Fig. 3.4 prezintă schema de proiectare pentru circuitul de alimentare prezentat în Fig. 3.2. Pe baza diagramei de calcul se realizează un circuit echivalent. În acest caz, toate conexiunile electromagnetice dintre elementele circuitului sunt înlocuite cu unele electrice prin transformări echivalente. Lângă fiecare element al diagramei, numărul său de serie este indicat în numărător n, iar numitorul este valoarea rezistenței (Ohm) sau unitățile de bază relative reduse la treapta de bază. Etapa de transformare la care se calculează curentul de scurtcircuit este de obicei luată ca treaptă de bază. Tensiunea etajului de bază U b este considerat egal cu tensiunea medie (nominală). U n trepte de transformare conform scalei: 230; 154; 115; 37; 10,5; 6,3 kV.
Curenții de scurtcircuit pot fi calculați în unități fizice sau unități de bază relative. Când se calculează curentul de scurtcircuit în unități relative, este convenabil să se ia ca putere de bază o putere care este un multiplu de 10 (de exemplu, 100 sau 1000 MB×A) sau puterea sistemului de alimentare care furnizează întreprindere cu energie electrică, sau puterea nominală a oricărui element al centralei solare. Dacă calculul curentului de scurtcircuit se efectuează aproximativ folosind curbe de proiectare, atunci puterea de bază ar trebui luată egală cu puterea sistemului de alimentare.
Modul de bază de impedanță Z b până la punctul de scurtcircuit, curent eu b și putere S b sunt determinate de formulele:
Pentru transformatoarele trifazate cu două înfășurări, valoarea activă R t şi inductiv X t de rezistență, redusă la înfășurarea de tensiune mai mare și utilizată la calcularea rezistenței reduse, sunt date în tabel. P1.5. Pentru transformatoarele trifazate cu trei înfăşurări, valorile active R televizor, R c.t. R așa-zis și inductiv X televizor, X c.t. XÎn lucrare sunt indicate așa-numitele rezistențe ale înfășurărilor de înaltă, medie și joasă tensiune, necesare pentru calcularea rezistențelor date. Inductanțe ale reactorului X p sunt date în lucrare și în tabel. P1.9.
Când se calculează curentul de scurtcircuit, se presupune că EMF-ul tuturor surselor este în fază. Prin urmare, calculul se efectuează folosind metoda suprapunerii: curentul de la fiecare sursă de alimentare la scurtcircuit este calculat separat, iar apoi curentul rezultat este găsit prin însumarea aritmetică a componentelor din sursele individuale.
Valoarea efectivă a componentei periodice a curentului de scurtcircuit trifazat în unități fizice:
· când este alimentat de un generator sincron sau de un motor electric cu o tensiune de 1000 V:
Unde ; ; ; p– numărul de rezistențe active conectate în serie de la sursa de alimentare la scurtcircuit; m– numărul de reactanțe inductive conectate în serie de la sursa de alimentare la scurtcircuit.
Valoarea efectivă a componentei periodice a curentului de scurtcircuit trifazat în unități de bază relative:
· când este alimentat de la sistemul de alimentare:
; (3.31)
· când este alimentat de un generator sincron sau de un motor electric cu tensiune peste 1000 V:
unde este puterea unui scurtcircuit simetric trifazat,
; ; 
. (3.33)
Trecerea de la curentul de scurtcircuit și puterea în unități relative la curent și putere în unități fizice se realizează conform formulelor:
Dacă< 0.3 или < 0.3, то активное сопротивление R s nu se ia în considerare la calcularea componentei periodice a curentului de scurtcircuit trifazat.
Componenta periodică a curentului de scurtcircuit bifazat:
Curentul de supratensiune al scurtcircuitului simetric trifazat atunci când este alimentat de la sistemul de alimentare:
unde este coeficientul de impact.
Constanta de timp de dezintegrare a componentei aperiodice a curentului unui circuit simetric trifazat atunci când este alimentată de la sistemul de alimentare:
Unde f – frecvența de alimentare, Hz.
Impuls de curent pătrat. Temperatura de supraîncălzire a conductorului prin curent în stare staționară în raport cu temperatura ambiantă este determinată din ecuația de echilibru termic, adică. egalitatea cantităților de căldură generată și disipată. Datorită duratei scurte a procesului de scurtcircuit, îndepărtarea căldurii nu este luată în considerare, deoarece procesul este considerat adiabatic. Impulsul total al curentului de scurtcircuit cu legea pătrată (curent de încălzire):
Unde ÎN kp – impuls de curent pătratic din componenta periodică a curentului de scurtcircuit; ÎN k.a – impuls de curent patratic din componenta aperiodica a curentului de scurtcircuit.
În general:
, (3.39)
Unde m– numărul de segmente dintr-un interval de timp discret la înlocuirea integralei cu o sumă finită, ; ε – simbolul părții întregi a coeficientului; D t– interval de timp discret al împărțirii dependenței; – valoarea medie a curentului de scurtcircuit pornit n-al-lea interval de timp discret.
Pe vremuri, unei doamne, nu prea cunoscătoare în electrotehnică, un instalator i-a spus motivul pierderii luminii în apartamentul ei. S-a dovedit a fi un scurtcircuit, iar femeia a cerut ca acesta să fie prelungit imediat. Puteți râde de această poveste, dar este mai bine să luați în considerare această problemă mai detaliat. Specialiștii în electricitate, chiar și fără acest articol, știu ce este acest fenomen, ce amenință și cum se calculează curentul de scurtcircuit. Informațiile prezentate mai jos se adresează persoanelor care nu au studii tehnice, dar, ca toți ceilalți, nu sunt imuni de necazurile asociate cu funcționarea echipamentelor, mașinilor, echipamentelor de producție și a celor mai comune aparate electrocasnice. Este important ca fiecare persoană să știe ce este un scurtcircuit, care sunt cauzele acestuia, posibilele consecințe și metodele de prevenire a acestuia. Această descriere nu poate fi completată fără familiarizarea cu elementele de bază ale științei ingineriei electrice. Un cititor care nu le cunoaște s-ar putea să se plictisească și să nu citească articolul până la capăt.
Prezentarea populară a legii lui Ohm
Indiferent de natura curentului dintr-un circuit electric, acesta apare numai dacă există o diferență de potențial (sau tensiune, este același lucru). Natura acestui fenomen poate fi explicată folosind exemplul unei cascade: dacă există o diferență de nivel, apa curge într-o anumită direcție, iar când nu, rămâne nemișcată. Chiar și școlarii cunosc legea lui Ohm, conform căreia cu cât tensiunea este mai mare, cu atât este mai mare curentul și cu cât este mai mică, cu atât rezistența inclusă în sarcină este mai mare:
I este mărimea curentului, care uneori este numită „puterea curentului”, deși aceasta nu este o traducere complet corectă din germană. Măsurată în Amperi (A).
De fapt, curentul în sine nu are nicio forță (adică cauza accelerației), care este tocmai ceea ce se manifestă în timpul unui scurtcircuit. Acest termen a devenit deja familiar și este folosit des, deși profesorii unor universități, după ce au auzit cuvintele „puterea curentă” din gura unui student, îi dau imediat un „eșec”. „Dar focul și fumul care provin din cablare în timpul unui scurtcircuit? - adversarul persistent va întreba: „Nu este aceasta putere?” Există un răspuns la această remarcă. Cert este că conductorii ideali nu există, iar încălzirea lor se datorează tocmai acestui fapt. Dacă presupunem că R=0, atunci nu s-ar degaja căldură, așa cum reiese din legea Joule-Lenz prezentată mai jos.
U este aceeași diferență de potențial, numită și tensiune. Se masoara in Volti (la noi in tara V, in strainatate V). Se mai numește și forță electromotoare (EMF).
R este rezistența electrică, adică capacitatea unui material de a împiedica trecerea curentului. Pentru dielectrici (izolatori) este mare, deși nu infinit, pentru conductori este mic. Măsurat în ohmi, dar evaluat ca valoare specifică. Este de la sine înțeles că cu cât firul este mai gros, cu atât conduce mai bine curentul și cu cât este mai lung, cu atât mai rău. Prin urmare, rezistivitatea se măsoară în ohmi înmulțit cu un milimetru pătrat și împărțit la un metru. În plus, valoarea sa este afectată de temperatură, cu cât este mai mare, cu atât rezistența este mai mare. De exemplu, un conductor de aur de 1 metru lungime și 1 metru pătrat în secțiune transversală. mm la 20 de grade Celsius are o rezistență totală de 0,024 Ohm.
Există, de asemenea, o formulă pentru legea lui Ohm pentru un circuit complet, rezistența internă (proprie) a sursei de tensiune (EMF) este introdusă în acesta.
Două formule simple, dar importante
Este imposibil de înțeles motivul pentru care apare curentul de scurtcircuit fără a stăpâni o altă formulă simplă. Puterea consumată de sarcină este egală (fără a lua în considerare componentele reactive, dar mai multe despre ele mai târziu) produsul dintre curent și tensiune.
P - putere, Watt sau Volt-Ampere;
U - tensiune, Volt;
I - curent, Amperi.
Puterea nu este niciodată infinită, este întotdeauna limitată de ceva, prin urmare, cu valoarea ei fixă, pe măsură ce curentul crește, tensiunea scade. Dependența acestor doi parametri ai circuitului de funcționare, exprimată grafic, se numește caracteristică curent-tensiune.
Și încă o formulă necesară pentru a calcula curenții de scurtcircuit este legea Joule-Lenz. Oferă o idee despre cât de multă căldură este generată atunci când rezistă la o sarcină și este foarte simplu. Conductorul se va încălzi cu o intensitate proporțională cu tensiunea și pătratul curentului. Și, desigur, formula nu este completă fără timp, cu cât rezistența se încălzește mai mult, cu atât mai multă căldură va elibera.
Ce se întâmplă într-un circuit în timpul unui scurtcircuit
Deci, cititorul poate considera că a stăpânit toate legile fizice principale pentru a înțelege care poate fi magnitudinea (bine, să fie putere) curentului de scurtcircuit. Dar mai întâi trebuie să vă decideți cu privire la întrebarea ce este, exact. KZ (scurtcircuit) este o situație în care rezistența de sarcină este aproape de zero. Să ne uităm la formula legii lui Ohm. Dacă luăm în considerare versiunea sa pentru o secțiune a circuitului, este ușor de înțeles că curentul va tinde spre infinit. În versiunea completă, acesta va fi limitat de rezistența sursei EMF. În orice caz, curentul de scurtcircuit este foarte mare și, conform legii Joule-Lenz, cu cât este mai mare, cu atât conductorul de-a lungul căruia trece se încălzește mai mult. Mai mult, dependența nu este directă, ci pătratică, adică dacă I crește de o sută de ori, atunci se va elibera de zece mii de ori mai multă căldură. Acesta este pericolul fenomenului, care uneori duce la incendii.
Firele devin roșii (sau alb-încinse) și transferă această energie către pereți, tavane și alte obiecte pe care le ating, dându-le foc. Dacă o fază dintr-un dispozitiv atinge conductorul neutru, apare un curent de scurtcircuit de la sursă, închisă pentru sine. Baza combustibilă a cablurilor electrice este un coșmar pentru inspectorii de pompieri și motivul multor amenzi aplicate proprietarilor iresponsabili de clădiri și spații. Și de vină, desigur, nu sunt legile Joule-Lenz și Ohm, ci izolația care s-a uscat de la bătrânețe, instalarea neglijentă sau analfabetă, deteriorarea mecanică sau supraîncărcarea cablajului.
Cu toate acestea, curentul de scurtcircuit, indiferent cât de mare ar fi, nu este, de asemenea, infinit. Cantitatea de probleme pe care o poate provoca este influențată de durata încălzirii și de parametrii circuitului de alimentare.
circuite AC
Situațiile discutate mai sus au fost de natură generală sau au vizat circuite DC. În cele mai multe cazuri, alimentarea cu energie atât a instalațiilor rezidențiale, cât și a celor industriale se realizează dintr-o rețea de tensiune alternativă de 220 sau 380 de volți. Problemele cu cablajul DC apar cel mai adesea la mașini.
Există o diferență între aceste două tipuri principale de surse de alimentare și una semnificativă. Cert este că trecerea curentului alternativ este împiedicată de componente suplimentare de rezistență, numite reactive și cauzate de natura ondulatorie a fenomenelor care apar în ele. Inductanțe și capacități reacționează la curentul alternativ. Curentul de scurtcircuit al transformatorului este limitat nu numai de rezistența activă (sau ohmică, adică cea care poate fi măsurată cu un tester de buzunar), ci și de componenta sa inductivă. Al doilea tip de sarcină este capacitiv. În raport cu vectorul curent activ, vectorii componentelor reactive sunt deviați. Curentul inductiv rămâne în urmă, iar curentul capacitiv îl conduce cu 90 de grade.
Un exemplu de diferență de comportament a unei sarcini cu o componentă reactivă este un difuzor convențional. Unii fani ai muzicii tare îl supraîncărcă până când difuzorul împinge câmpul magnetic înainte. Bobina zboară din miez și se arde imediat deoarece componenta inductivă a tensiunii sale scade.
Tipuri de scurtcircuit
Curentul de scurtcircuit poate apărea în diferite circuite conectate la diferite surse DC sau AC. Cea mai simplă situație este cu plusul obișnuit, care s-a conectat brusc cu minus, ocolind sarcina utilă.
Dar cu curent alternativ există mai multe opțiuni. Curentul de scurtcircuit monofazat apare atunci când o fază este conectată la neutru sau împământă. Într-o rețea trifazată, poate apărea contact nedorit între două faze. O tensiune de 380 sau mai mult (atunci când se transmite energie pe distanțe lungi de-a lungul liniilor electrice) de volți poate provoca, de asemenea, consecințe neplăcute, inclusiv un arc electric în momentul comutării. Toate cele trei (sau patru, împreună cu neutru) pot fi scurtcircuitate în același timp, iar curentul de scurtcircuit trifazat va curge prin ele până la declanșarea echipamentului automat de protecție.
Dar asta nu este tot. În rotoarele și statoarele mașinilor electrice (motoare și generatoare) și transformatoare, apare uneori un fenomen atât de neplăcut, cum ar fi un scurtcircuit interturn, în care buclele de sârmă adiacente formează un fel de inel. Această buclă închisă are o rezistență AC extrem de scăzută. Puterea curentului de scurtcircuit în spire crește, ceea ce determină încălzirea întregii mașini. De fapt, dacă apare un astfel de dezastru, nu ar trebui să așteptați până când toată izolația se topește și motorul electric începe să fumeze. Înfășurările mașinii trebuie să fie rebobinate, acest lucru necesită echipament special. Același lucru este valabil și pentru acele cazuri în care, din cauza curentului de scurtcircuit „interturn” al transformatorului, a apărut un curent de scurtcircuit. Cu cât izolația arde mai puțin, cu atât va fi mai ușor și mai ieftin să rebobinați.
Calculul valorii curentului în timpul unui scurtcircuit
Indiferent cât de catastrofal ar fi acest sau altul fenomen, evaluarea sa cantitativă este importantă pentru inginerie și știința aplicată. Formula curentului de scurtcircuit este foarte asemănătoare cu legea lui Ohm, necesită doar câteva explicații. Asa de:
I scurtcircuit = Uph / (Zn + Zt),
am scurtcircuit - valoarea curentului de scurtcircuit, A;
Uph - tensiune de fază, V;
Zn este rezistența totală (inclusiv componenta reactivă) a buclei în scurtcircuit;
Zt este rezistența totală (inclusiv componenta reactivă) a transformatorului de alimentare (putere), Ohm.
Impedanțele sunt definite ca ipotenuza unui triunghi dreptunghic, ale cărui catete reprezintă valorile rezistenței active și reactive (inductivă). Este foarte simplu, trebuie doar să folosești teorema lui Pitagora.
Ceva mai des decât formula curentului de scurtcircuit, curbele derivate experimental sunt utilizate în practică. Ele reprezintă dependențele mărimii scurtcircuitului I. pe lungimea conductorului, secțiunea transversală a firului și puterea transformatorului de putere. Graficele sunt o colecție de linii descrescătoare exponențial, din care nu rămâne decât să o alegeți pe cea potrivită. Metoda oferă rezultate aproximative, dar precizia sa se potrivește bine nevoilor practice ale inginerilor energetici.
Cum funcționează procesul?
Totul pare să se întâmple instantaneu. Ceva fredonă, lumina s-a stins și apoi s-a stins. De fapt, ca orice fenomen fizic, procesul poate fi întins mental, încetinit, analizat și împărțit în faze. Înainte de apariția unei urgențe, circuitul este caracterizat de o valoare constantă a curentului care se află în modul nominal. Brusc, rezistența totală scade brusc la o valoare apropiată de zero. Componentele inductive (motoare electrice, bobine și transformatoare) ale sarcinii par să încetinească procesul de creștere a curentului. Astfel, în primele microsecunde (până la 0,01 sec), curentul de scurtcircuit al sursei de tensiune rămâne practic neschimbat și chiar scade ușor datorită declanșării procesului tranzitoriu. În același timp, EMF-ul său atinge treptat valoarea zero, apoi trece prin el și se stabilește la o anumită valoare stabilizată, asigurând apariția unui scurt-circuit I mare. Curentul însuși în momentul procesului tranzitoriu este suma componentelor periodice și aperiodice. Se analizează forma graficului procesului, în urma căreia se poate determina o valoare constantă a timpului, în funcție de unghiul de înclinare al tangentei la curba de accelerație în punctul de inflexie a acesteia (prima derivată) și timpul de întârziere, determinat de valoarea componentei reactive (inductive) a rezistenței totale.
Curent de șoc de scurtcircuit
Termenul „curent de șoc de scurtcircuit” este adesea folosit în literatura tehnică. Nu ar trebui să vă fie frică de acest concept, nu este deloc înfricoșător și nu are nicio legătură directă cu șocul electric. Acest concept înseamnă valoarea maximă a scurtcircuitului I. într-un circuit de curent alternativ, atingând de obicei valoarea la jumătate de ciclu după ce apare o situație de urgență. La o frecvență de 50 Hz, perioada este de 0,2 secunde, iar jumătatea sa este, respectiv, de 0,1 secunde. În acest moment, interacțiunea conductoarelor amplasate aproape unul de celălalt atinge cea mai mare intensitate. Curentul de șoc de scurtcircuit este determinat de o formulă care nu are sens să o prezinte în acest articol, care nu este destinat specialiștilor sau chiar studenților. Este disponibil în literatură de specialitate și manuale. În sine, această expresie matematică nu este deosebit de dificilă, dar necesită comentarii destul de voluminoase care să aprofundeze cititorul în teoria circuitelor electrice.
Aviz scurt util
S-ar părea că faptul evident este că un scurtcircuit este un fenomen extrem de rău, neplăcut și nedorit. Poate duce, în cel mai bun caz, la o întrerupere a instalației, la închiderea echipamentului de protecție de urgență și, în cel mai rău caz, la arderea cablurilor și chiar la un incendiu. Prin urmare, toate eforturile trebuie concentrate pe evitarea acestei nenorociri. Cu toate acestea, calcularea curenților de scurtcircuit are o semnificație foarte reală și practică. Au fost inventate o mulțime de mijloace tehnice care funcționează în moduri de curent ridicat. Un exemplu este o mașină de sudură convențională, în special o mașină de sudură cu arc, care în timpul funcționării practic scurtcircuitează electrodul la împământare. O altă problemă este că aceste moduri sunt de natură pe termen scurt, iar puterea transformatorului le permite să reziste acestor suprasarcini. La sudare, curenți uriași trec în punctul de contact al capătului electrodului (se măsoară în zeci de amperi), în urma căruia se eliberează suficientă căldură pentru a topi local metalul și a crea o cusătură puternică.
Metode de protecție
În primii ani ai dezvoltării rapide a ingineriei electrice, când omenirea încă experimenta curajos, introduce dispozitive galvanice, inventa diverse tipuri de generatoare, motoare și iluminat, a apărut problema protejării acestor dispozitive de suprasarcini și curenți de scurtcircuit. Cea mai simplă soluție a fost instalarea elementelor fuzibile în serie cu sarcina, care erau distruse sub influența căldurii rezistive dacă curentul depășea valoarea setată. Astfel de siguranțe servesc și astăzi oamenii, principalele lor avantaje sunt simplitatea, fiabilitatea și costul redus. Dar au și dezavantaje. Însăși simplitatea „dopului” (cum o numeau deținătorii de rate fuzibile pentru forma lor specifică) îi determină pe utilizatori, după ce se arde, să nu filosofeze, ci să înlocuiască elementele eșuate cu primele fire, agrafe sau chiar cuie care veni la îndemână. Merită menționat că o astfel de protecție împotriva curenților de scurtcircuit nu își îndeplinește funcția nobilă?
În întreprinderile industriale, întrerupătoarele automate au început să fie folosite pentru a deconecta circuitele supraîncărcate mai devreme decât în tablourile de distribuție rezidențiale, dar în ultimele decenii, „ambuteiajele” au fost în mare măsură înlocuite de acestea. „Mașinile automate” sunt mult mai convenabile; nu trebuie să le schimbați, ci să le porniți după ce ați eliminat cauza scurtcircuitului și așteptați să se răcească elementele termice. Contactele lor se ard uneori, caz în care este mai bine să le înlocuiți și să nu încercați să le curățați sau să le reparați. Întreruptoarele diferențiale mai complexe, la un cost ridicat, nu durează mai mult decât cele convenționale, dar sarcina lor funcțională este mai mare, opresc tensiunea în cazul unei scurgeri minime de curent „în lateral”, de exemplu, atunci când o persoană este electrocutat.
În viața de zi cu zi, nu este recomandată experimentarea cu scurtcircuite.
Energia electrică prezintă un pericol destul de mare, de care nu sunt protejați nici lucrătorii de la substațiile individuale, nici aparatele de uz casnic. Curentul de scurtcircuit este unul dintre cele mai periculoase tipuri de electricitate, dar există metode pentru a-l controla, calcula și măsura.
Ce este
Curentul de scurtcircuit (SCC) este un impuls electric de șoc în creștere bruscă. Principalul său pericol este că, conform legii Joule-Lenz, o astfel de energie are o rată foarte mare de eliberare a căldurii. Ca urmare a unui scurtcircuit, firele se pot topi sau anumite aparate electrice se pot arde.
Foto - diagramă de timpEste format din două componente principale - componenta de curent aperiodic și componenta periodică forțată.
Formula – periodică
Formula – aperiodic Conform principiului, cel mai dificil lucru de măsurat este energia apariției aperiodice, care este capacitivă, pre-urgență. La urma urmei, tocmai în momentul accidentului diferența dintre faze are cea mai mare amplitudine. De asemenea, particularitatea sa este apariția netipică a acestui curent în rețele. Diagrama formării sale va ajuta să arate principiul de funcționare a acestui flux.
Rezistența surselor din cauza tensiunii înalte în timpul unui scurtcircuit este scurtcircuitată pe o distanță scurtă sau „scurtcircuit” - de aceea acest fenomen și-a primit numele. Există un curent de scurtcircuit trifazat, bifazat și monofazat - aici clasificarea are loc în funcție de numărul de faze închise. În unele cazuri, scurtcircuitul poate fi scurtcircuitat între faze și la masă. Apoi, pentru a-l determina, va trebui să luați în considerare separat împământarea.
Foto – rezultatul scurtcircuitului De asemenea, puteți distribui scurtcircuite în funcție de tipul de conectare a echipamentului electric:
- Cu împământare;
- Fara el.
Pentru a explica pe deplin acest fenomen, vă sugerăm să luăm în considerare un exemplu. Să presupunem că există un anumit consumator de curent care este conectat la o linie electrică locală folosind un robinet. Cu un circuit corect, tensiunea totală din rețea este egală cu diferența de EMF la sursa de alimentare și cu reducerea tensiunii în rețelele electrice locale. Pe baza acestui fapt, formula lui Ohm poate fi utilizată pentru a determina curentul de scurtcircuit:
R = 0; Ikz = Ɛ/r
Aici r este rezistența la scurtcircuit.
Dacă înlocuiți anumite valori, puteți determina curentul de defect în orice punct de-a lungul întregii linii de alimentare. Nu este nevoie să verificați multiplicitatea scurtcircuitului aici.
Metode de calcul
Să presupunem că a avut loc deja un scurtcircuit într-o rețea trifazată, de exemplu, la o substație sau pe înfășurările unui transformator, cum se calculează apoi curenții de scurtcircuit:
Formula – curent de defect trifazat Aici U20 este tensiunea înfășurărilor transformatorului, iar Z T este rezistența unei anumite faze (care a fost deteriorată în scurtcircuit). Dacă tensiunea din rețele este un parametru cunoscut, trebuie calculată rezistența.
Fiecare sursă electrică, fie că este vorba despre un transformator, un terminal de baterie sau fire electrice, are propriul său nivel de rezistență nominală. Cu alte cuvinte, fiecare are propriul Z. Dar ele se caracterizează printr-o combinație de rezistențe active și inductive. Există și capacitive, dar nu sunt importante atunci când se calculează curenți mari. Prin urmare, mulți electricieni folosesc o metodă simplificată pentru calcularea acestor date: un calcul aritmetic al rezistenței de curent continuu în secțiunile conectate în serie. Când aceste caracteristici sunt cunoscute, nu va fi dificil să se calculeze impedanța pentru o secțiune sau o întreagă rețea folosind formula de mai jos:
Formula completă de împământare Unde ε este emf și r este valoarea rezistenței.
Avand in vedere ca in timpul suprasarcinii rezistenta este zero, solutia ia urmatoarea forma:
I = ε/r = 12 / 10 -2
Pe baza acestui fapt, puterea la scurtcircuit a acestei baterii este de 1200 de amperi.
În acest fel, se poate calcula și curentul de scurtcircuit pentru un motor, generator și alte instalații. Dar în producție nu este întotdeauna posibil să se calculeze parametrii acceptabili pentru fiecare dispozitiv electric individual. În plus, trebuie avut în vedere că în cazul scurtcircuitelor asimetrice, sarcinile au o secvență diferită, ceea ce necesită cunoașterea cos φ și rezistența de luat în considerare. Pentru calcul, se utilizează un tabel special GOST 27514-87, unde sunt indicați acești parametri:
Există, de asemenea, conceptul de scurtcircuit de o secundă, aici formula pentru puterea curentului în timpul unui scurtcircuit este determinată folosind un coeficient special:
Formula – coeficientul de scurtcircuit Se crede că, în funcție de secțiunea transversală a cablului, un scurtcircuit poate trece neobservat de cablare. Durata optimă a scurtcircuitului este de până la 5 secunde. Preluat din cartea lui Nebrat „Calculul scurtcircuitelor în rețele”:
| Secțiune, mm 2 | Durata scurtcircuitului permisă pentru un anumit tip de fir | |||
| Izolatie PVC | Polietilenă | |||
| Vene de cupru | Aluminiu | Cupru | Aluminiu | |
| 1,5 | 0,17 | Nu | 0,21 | Nu |
| 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 |
Acest tabel vă va ajuta să aflați durata condiționată așteptată a unui scurtcircuit în funcționare normală, amperajul pe barele colectoare și diferite tipuri de fire.
Dacă nu există timp pentru a calcula datele folosind formule, atunci se utilizează echipamente speciale. De exemplu, indicatorul Shch41160 este foarte popular în rândul electricienilor profesioniști - acesta este un contor de curent de scurtcircuit de 380/220V fază zero. Dispozitivul digital vă permite să determinați și să calculați rezistența la scurtcircuit în rețelele casnice și industriale. Un astfel de contor poate fi achiziționat de la magazinele speciale de electricitate. Această tehnică este bună dacă trebuie să determinați rapid și precis nivelul de curent al unei bucle sau al unei secțiuni de circuit.
Se folosește și programul „Urgență de urgență”, care poate determina rapid efectul termic al unui scurtcircuit, rata de pierdere și puterea curentului. Verificarea este efectuată automat, sunt introduși parametri cunoscuți și calculează toate datele în sine. Acesta este un proiect plătit, licența costă aproximativ o mie de ruble.
Video: protejarea rețelei electrice de scurtcircuite
Instrucțiuni de protecție și selecție a echipamentelor
În ciuda pericolului acestui fenomen, există încă o modalitate de a limita sau de a minimiza probabilitatea situațiilor de urgență. Este foarte convenabil să utilizați un aparat electric pentru a limita scurtcircuitele, acesta poate fi un reactor de limitare a curentului, care reduce semnificativ efectul termic al impulsurilor electrice ridicate. Dar această opțiune nu este potrivită pentru uz casnic.
Foto - schema unitatii de protectie la scurtcircuit La domiciliu, puteți găsi adesea utilizarea întreruptoarelor automate și a releului de protecție. Aceste versiuni au anumite restricții (curent de rețea maxim și minim), dacă sunt depășite, alimentarea este oprită. Aparatul vă permite să determinați nivelul de amperi admis, ceea ce ajută la creșterea siguranței. Alegerea se face între echipamente cu o clasă de protecție mai mare decât este necesar. De exemplu, într-o rețea de 21 de amperi, se recomandă utilizarea unui întrerupător de circuit de 25 de amperi.
