Ein Kurzschlussstrom ist ein stark ansteigender elektrischer Impuls, der zur Freisetzung einer erheblichen Wärmemenge führt. Typischerweise tritt ein Kurzschlussstrom in einer Notstromanlage oder einem Notstromsystem auf; der häufigste Grund für sein Auftreten ist eine Beschädigung der Isolierung von Leitern.
Nach einem Spitzenanstieg des elektrischen Impulses sind Störungen der Energieversorgung sowie der Ausfall einiger Stromverbraucher möglich. Um dies zu vermeiden, ist es notwendig, Übertragungsnetze mit einer Reserve für den Eintritt einer solchen Situation auszulegen und darüber hinaus erwartete Spitzenlasten regelmäßig zu überwachen.
Ursachen
Die Hauptursache für eine Notfallsituation, die mit einem Spitzenanstieg des Impulses einhergeht, ist eine Beschädigung der Drahtisolierung. Schäden können entweder mechanisch oder durch folgende Faktoren verursacht werden:
- Stromausfall aufgrund zu starker Belastung;
- Überlappung blanker Leiter oder deren Verbindung;
- Tiere oder Vögel gelangen in die Leitungen;
- menschlicher Faktor;
- Verschleiß von Geräten oder Isolierungen aufgrund von Ressourcenerschöpfung oder natürlichem Verschleiß.
Um die Möglichkeit von Kurzschlüssen im Stromnetz zu minimieren, reicht es aus, die Isolierung rechtzeitig zu überprüfen, die Lebensdauer und den natürlichen Verschleiß der Geräte zu überwachen. Darüber hinaus trägt das Vorhandensein eines automatischen Schutzes der im Stromversorgungssystem enthaltenen Geräte sowie die strikte Einhaltung der Regeln für die Installation und den Betrieb elektrischer Netze dazu bei, das Risiko von Kurzschlüssen zu verringern.
Funktionsprinzip
Bis zum Auftreten eines Kurzschlusses entspricht der Strom dem Normalwert. Unter den Anschlussbedingungen der Leiter steigt sein Wert jedoch stark an, da der Gesamtwiderstand des Netzwerks erheblich abnimmt. Danach werden die Parameter wieder auf einen stabilen Wert reduziert. In diesem Fall lässt sich die Impulsverteilung kurz wie folgt beschreiben.
Die Kurzschlussformel lautet also:
I Kurzschluss = Uph / (Zn + Zt), wobei:
- Ich habe einen Kurzschluss – Größe des Kurzschlussstroms,
- Uph – Phasenspannung,
- Zn – Gesamtwiderstand des geschlossenen Netzwerks,
- Zt – Gesamtquellenwiderstand.
Tatsächlich können der Prozess des Auftretens und der Prozess des Auftretens wie folgt beschrieben werden:
- Der aktuelle Wert ist stabil, das Netzwerk verfügt über aktive und induktive Widerstände, was die Möglichkeit eines starken Wertanstiegs begrenzt;
- Wenn sich Drähte überlappen und ein Kurzschluss auftritt, bleiben die Netzwerkparameter gleich, der TKZ-Wert ist immer noch stabil und entspricht dem Normalwert;
- Der Übergangsmoment reicht vom Moment des Auftretens des Phänomens bis zur Wiederherstellung des stationären Zustands. Der Kurzschlussstrom kann in jedem Stadium dieses Prozesses berechnet werden. Die Stärke des Kurzschlussstroms ist in diesem Moment instabil, ebenso wie seine Spannung.
Es stellt sich natürlich die Frage: Wie berechnet man den Kurzschlussstrom? Im Übergangsprozess wird TKZ auf der Grundlage seiner Elemente in ihren größten Werten berechnet. Nach seinem Auftreten nimmt der aperiodische Strom exponentiell auf Null ab. Periodisch – konstant.
Der Kurzschlussstoßstrom ist der maximal mögliche Wert des Kurzschlussstroms, im Moment vor dem Zerfall der aperiodischen Komponente wird sie durch die Formel bestimmt:
I y – i pm + i at=0, wobei:
- I y – Kurzschluss-Schockstrom,
- i pm – Amplitude des periodischen Stroms,
- i at – aperiodischer Wert.
Wichtig! Die Berechnung der TKZ ist eine recht komplexe und verantwortungsvolle Aufgabe; die Gestaltung eines Energiesystems sollte Fachleuten anvertraut werden.
Arten von Kurzschlüssen
Tatsächlich ist ein Kurzschluss eine durch die Betriebsbedingungen nicht vorgesehene Verbindung einer stromführenden Leitung mit einer anderen Phase oder einem Neutralleiter, die zu einem Lichtbogen und der Freisetzung einer erheblichen Wärmemenge führt. Darin besteht die Hauptgefahr von Kurzschlüssen im Alltag.
Abhängig von der Art des Netzwerks werden folgende Typen unterteilt:
- dreiphasig – Überbrückung oder Verbindung von drei Phasen;
- zweiphasig – Überlappung zweier Phasen des stromführenden Systems;
- einphasig gegen Erde;
- einphasig zum Neutralleiter – Phasenüberlappung zur Erde, die ein isolierter Neutralleiter ist;
- zwei- und dreiphasig gegen Erde – Verbindung von zwei oder mehr stromführenden Leitungen mit einem Erdungskabel.
Abhängig von der Eintrittswahrscheinlichkeit erfolgt die Berechnung des Kurzschlussstroms, seiner Stärke und Spannung individuell. Bei der Planung wird davon ausgegangen, dass eine Notfallsituation eintritt, und es werden automatische Schutz- und Unterbrechungseinrichtungen im Stromnetz installiert.
Netzwerkwiderstand und Ohmsches Gesetz
Der Netzwerkwiderstand spielt eine wichtige Rolle; die Länge des Drahtes kann erhebliche Werte erreichen, und je höher die Länge, desto größer der Widerstand. Es beeinflusst auch die Größe des Kurzschlussstroms. Dieser Wert wird durch den gesamten Gesamtwiderstand des gesamten Netzwerkabschnitts bis zur Stromquelle beeinflusst.
Die Berechnung basiert auf dem Prinzip, die Stromstärke anhand ihrer Spannung zu bestimmen. Das gleiche Prinzip gilt für die Ermittlung der optimalen Auslastung des Netzwerks. Die Lasten in einem normal funktionierenden Netzwerk sind stabil und konstant, im Notfall läuft der Prozess jedoch unkontrolliert ab. Trotzdem lassen sich seine wichtigsten Spitzenparameter gut berechnen.
Nutzung des Kurzschlussphänomens
Neben dem negativen Effekt, den ein Kurzschluss in Not- und unkontrollierten Situationen mit sich bringt, lässt sich dieses Phänomen auch sinnvoll nutzen. Zu beachten ist, dass durch einen Kurzschluss eine erhebliche Wärmemenge freigesetzt wird und ein Lichtbogen entsteht, dessen kontrollierte Nutzung erhebliche Vorteile bringen kann.
Zum Beispiel ein Lichtbogenschweißgerät. Das Funktionsprinzip besteht in der Erzeugung eines Lichtbogens zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Teils, wodurch die Temperatur im Betriebsbereich ansteigt und das Metall zusammengeschweißt wird. Die Wirkung beruht in diesem Fall auf dem Phänomen des Kurzschlusses zwischen der Elektrode und der Erde.
Es ist nichts wert! Die Stärke des Stroms und die Temperatur, die an der Schweißstelle erzeugt werden, sind ziemlich hoch, daher müssen beim Arbeiten mit dieser Art von Ausrüstung alle notwendigen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.
Notfallschutz gegen Kurzschluss
Es gibt eine ganze Reihe von Geräten, die die Verbrauchersicherheit im Falle eines Kurzschlusses gewährleisten; im Grunde trennen diese Geräte den Notstromabschnitt des Netzwerks:
- Sicherungen verschiedener Art;
- elektrische Maschinen;
- Differential-Automatikschutzgeräte;
- Strombegrenzer.
Der einfachste, aber gleichzeitig wirksame Schutz vor Kurzschlüssen ist die Einbindung von Sicherungen in das Stromnetz. Bei erhöhter Belastung schmilzt der Faden solcher Sicherungen und brennt durch, wodurch der beschädigte Netzabschnitt von der Quelle abgeschnitten wird.
Doch neben der hohen Effizienz weisen diese Geräte eine Reihe von Nachteilen auf. Dies ist zunächst einmal die Notwendigkeit, sie ständig auszutauschen und nur unter bestimmten Belastungen zu betreiben. Wenn es an solchen Sicherungen mangelte, wurden sie oft durch „Käfer“ ersetzt, die als Stromleiter dienen konnten, aber nicht als Sicherungen dienten, was wiederum schlimme Folgen haben konnte.
Ebenfalls sehr wirksame und zuverlässige Mittel zur Gewährleistung der Sicherheit sind automatische Schalter, auch elektrische Schutzschalter genannt. Ihr Funktionsprinzip basiert auf der Verwendung von Thermorelais. Wenn sich die Platten über den Normalwert hinaus erwärmen, dehnen sie sich aus und schalten die Maschine aus; um das Netzwerk einzuschalten, müssen Sie es nur wieder einschalten. Diese Geräte sind praktischer als Sicherungen und effizienter im Betrieb.
Differentialschutzschalter schalten den Strom bereits bei kleinen Änderungen der Stromparameter in dem an sie angeschlossenen Bereich ab; diese Geräte sind am effektivsten und sichersten, gleichzeitig aber recht teuer.
Die Strombegrenzungsdrossel wird in Hochspannungsnetzen eingesetzt, der Einsatz dieser für Industrielasten ausgelegten Geräte im Alltag ist irrational. In der Praxis handelt es sich dabei um eine Spule, die in Reihe zu einem stromführenden Netzwerk geschaltet ist. Im Kurzschlussfall übernimmt der Reaktor die Energie. Derzeit werden Strombegrenzer unterschiedlicher Bauart eingesetzt.
Wichtig! Die Verwendung von „Wanzen“ anstelle von Sicherungen kann zum Ausfall elektrischer Geräte und sogar zu einem Brand führen!
Stromversorgung
Basierend auf diesem Netzwerkparameter ist es möglich, den zerstörerischen Betrieb in einer Notfallsituation zu bewerten. Berechnet werden Kurzschlusszeit, Spitzenwerte und Größe.
Es reicht beispielsweise aus, ein Kupferkabel zu betrachten, das an das Bordnetz eines Autos angeschlossen ist, und dasselbe Stück Kabel, das an ein Haushaltsstromnetz mit einer Spannung von 220 V angeschlossen ist. Wenn die Sicherungen im Auto ausfallen oder die Batterie in ihrer Abwesenheit durchbrennt, wird die Haushaltsstromversorgung aufgrund der Überhitzung der Maschine einfach abgeschaltet. Wenn sie jedoch wie die Sicherungen im Auto ausfällt, wird das Kabel ausfallen einfach ausbrennen. Die Situation, dass der Kurzschlussstrom die Stromquelle beeinflusst, ist unwahrscheinlich, da die Länge der Drähte und damit der Netzwerkwiderstand recht groß sind und der Kurzschluss den Transformator einfach nicht erreicht.
Der Kurzschlussstrom wird mit verschiedenen Methoden berechnet, mit denen Sie alle erforderlichen Parameter mit der erforderlichen Genauigkeit ermitteln können. Darüber hinaus können Sie den Widerstand des Stromkreises mit der „Phase-Null“-Methode messen; die Berechnung mit diesem Parameter macht die Berechnung von Kurzschlussströmen genauer und ermöglicht Ihnen die Anpassung sicherer Werte und notwendiger Geräte beim Entwurf eines elektrischen Stromkreises Netzwerk. Derzeit gibt es Online-Rechner zur Berechnung von Kurzschlussparametern und -werten. Die Berechnung der TKZ-Parameter und des sie verwendenden Sicherheitssystems ist recht bequem und schnell.
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Die Berechnung von Kurzschlussströmen (SC) ist für die Auswahl von Geräten und die Überprüfung elektrischer Installationselemente (Sammelschienen, Isolatoren, Kabel usw.) auf elektrodynamische und thermische Stabilität sowie für die Einstellungen des Schutzverhaltens und deren Prüfung auf Ansprechempfindlichkeit erforderlich. Die berechnete Art des Kurzschlusses zur Auswahl oder Überprüfung der Parameter elektrischer Geräte wird üblicherweise als dreiphasiger Kurzschluss betrachtet. Zur Auswahl und Überprüfung der Einstellungen von Relaisschutz und Automatisierung ist es jedoch auch erforderlich, asymmetrische Kurzschlussströme zu ermitteln.
Die Berechnung von Kurzschlussströmen unter Berücksichtigung der tatsächlichen Eigenschaften und tatsächlichen Betriebsarten aller Elemente des Stromversorgungssystems ist komplex.
Um die meisten praktischen Probleme zu lösen, werden daher Annahmen eingeführt, die nicht zu wesentlichen Fehlern führen:
Das Drehstromnetz wird als symmetrisch angenommen;
Lastströme werden nicht berücksichtigt;
Kapazitäten und damit kapazitive Ströme in Frei- und Kabelnetzen werden nicht berücksichtigt;
Je nach Zweck der Berechnung von Kurzschlussströmen wird ein Entwurfsnetzdiagramm ausgewählt, die Art des Kurzschlusses, die Lage der Kurzschlusspunkte im Diagramm und der Widerstand der Elemente des Ersatzschaltbildes bestimmt. Die Berechnung von Kurzschlussströmen in Netzen mit Spannungen bis 1000 V und mehr weist eine Reihe von Besonderheiten auf, die im Folgenden erläutert werden.
Bei der Bestimmung von Kurzschlussströmen kommt üblicherweise eine von zwei Methoden zum Einsatz:
Methode mit benannten Einheiten – in diesem Fall werden die Schaltungsparameter in benannten Einheiten (Ohm, Ampere, Volt usw.) ausgedrückt;
Methode der relativen Einheiten – in diesem Fall die Parameter der Schaltung
in Bruchteilen oder Prozentsätzen des als Hauptwert (Grundwert) akzeptierten Wertes.
Die Methode der benannten Einheiten wird bei der Berechnung von Kurzschlussströmen relativ einfacher Stromkreise mit wenigen Transformationsstufen verwendet.
Bei der Berechnung von Kurzschlussströmen wird die Methode der relativen Einheiten verwendet
in komplexen Stromnetzen mit mehreren Transformationsstufen, die an regionale Stromnetze angeschlossen sind.
Wenn die Berechnung in benannten Einheiten durchgeführt wird, ist es zur Bestimmung von Kurzschlussströmen erforderlich, alle elektrischen Größen auf die Spannung der Stufe zu reduzieren, in der der Kurzschluss auftritt.
Bei der Berechnung in relativen Einheiten werden alle Werte mit den Basiswerten verglichen, die als Basisleistung eines GPP-Transformators oder einer herkömmlichen Leistungseinheit, beispielsweise 100 oder 1000 MVA, angenommen werden.
Als Basisspannung wird die durchschnittliche Spannung der Stufe verwendet, in der der Kurzschluss auftrat ( U Durchschnitt = 6,3; 10,5; 21; 37; 115; 230 kV). Die Widerstände der Elemente des Stromversorgungssystems führen zu Randbedingungen gemäß Tabelle. 3.1.
Tabelle 3.1
Durchschnittliche spezifische Werte der induktiven Reaktanzen von Frei- und Kabelstromleitungen
Die Berechnung von Kurzschlussströmen beginnt mit der Erstellung eines Auslegungsplans der Elektroinstallation. Das Berechnungsdiagramm zeigt alle Parameter an, die die Größe des Kurzschlussstroms beeinflussen (Stromquellen, durchschnittliche Nennwerte der Spannungsstufen, Nenndaten elektrischer Geräte) und die Auslegungspunkte, an denen der Kurzschluss ermittelt werden muss -Stromkreisströme. In der Regel handelt es sich dabei um Sammelschienen von GPP, RU, RP oder den Beginn von Versorgungsleitungen. Kurzschlusspunkte werden in der Reihenfolge ihrer Berücksichtigung nummeriert, beginnend mit der höchsten Stufe.
Basierend auf dem Entwurfsdiagramm wird ein elektrisches Ersatzschaltbild erstellt. Eine Ersatzschaltung ist eine Schaltung, die in ihren Parametern einer Entwurfsschaltung entspricht, bei der alle elektromagnetischen (Transformator-)Verbindungen durch elektrische ersetzt sind. In Abb. 3.1 zeigt ein Beispiel für ein Designdiagramm und Abb. 3.2 - das entsprechende Ersatzschaltbild.
Bei der Erstellung eines Ersatzschaltbildes für Elektroinstallationen über 1000 V wird der induktive Widerstand von elektrischen Maschinen, Leistungstransformatoren und Spartransformatoren, Drosseln, Frei- und Kabelleitungen berücksichtigt. Die durchschnittlichen spezifischen Werte der induktiven Reaktanzen von Freileitungen und Kabelstromleitungen sind in der Tabelle angegeben. 3.2. Der aktive Widerstand wird nur bei Freileitungen mit Drähten mit kleinem Querschnitt und mit Stahldrähten sowie bei langen Kabelleitungen mit kleinem Querschnitt berücksichtigt.
Der aktive Widerstand von Transformatoren wird berücksichtigt, wenn die durchschnittliche Nennspannung der Stufe, in der sich der Kurzschlusspunkt befindet, V und die Leistung des Transformators 
KVA bzw. Zu- und Ableitungen bestehen aus Stahldrähten.
| Reis. 3.1. Berechnungsschema | Reis. 3.2. Substitutionsschema |
Nach der Erstellung des Ersatzschaltbildes müssen dessen Parameter bestimmt werden. Die Parameter des Ersatzschaltbildes werden abhängig von der gewählten Methode zur Berechnung von Kurzschlussströmen in benannten oder relativen Einheiten bestimmt. Formeln zur Bestimmung der Parameter des Ersatzschaltbildes sind in der Tabelle aufgeführt. 3.2.
Anschließend wird das Ersatzschaltbild durch schrittweise Transformation (serielle und parallele Addition, Umwandlung eines Dreiecks in einen Stern usw.) auf seine einfachste Form gebracht, sodass die Stromquelle über einen resultierenden Widerstand mit dem Kurzschlusspunkt verbunden wird. Ersatzschaltkreisumwandlungen werden für jeden Kurzschlusspunkt separat durchgeführt.
Rechenausdrücke zur Ermittlung der angegebenen Widerstandswerte
| Elektroinstallationselement | Anfangsparameter | Benannte Einheiten, Ohm | Relative Einheiten, o. e. |
| Generator ( G) | ; , MV?A |  |
 |
| , %; , MV?A |  |
 |
|
| Energiesystem (C) | S k, MV?A | ||
| ICH aus nom, kA |  |
 |
|
| ; , MV?A |  |
 |
|
| Transformator (T) | u Zu, % S nom. t, MV?A |  |
 |
| Spartransformator und Dreiwicklungstransformator (T) (Ersatzschaltung - Stern) | u Zu ,B−C , %; u Zu ,B−H , %; u Zu ,С−Н, %; , MV?A |  ;  ;  |
 ;  ;  |
Ende des Tisches. 3.2
| 2 | |||
| Transformator mit geteilter Niederspannungswicklung (T) | U Zu ,B−H , %; S nom. t, MV?A |  ;  |
 ;  |
| Synchron- und Asynchron-Elektromotoren, Kompensatoren (M) | ; S nom . M, MV?A |  |
 |
| Reaktor ( LR) | X nom . LR, Ohm |  |
 |
| Stromleitung ( W) | X Schlag, Ohm/km; l, km |  |
 |
| Notiz: S nom – Nennleistung der Elemente (Generator, Transformator, Stromversorgungssystem), MV?A; S b - Basisleistung, MV?A; S k - Kurzschlussleistung des Stromnetzes, MV?A; ICH aus nom – Nennausschaltstrom des Leistungsschalters, kA; X*nom. MIT− relativer Nennwiderstand des Stromnetzes; u k% – Kurzschlussspannung des Transformators; ICH b - Basisstrom, kA; Uср – durchschnittliche Spannung am Installationsort dieses Elements, kV; X ud – induktiver Blindwiderstand der Leitung pro 1 km Länge, Ohm/km; l- Linienlänge, km |
Unter Kenntnis des resultierenden Widerstands bis zum Kurzschlusspunkt werden die Kurzschlussströme nach dem Ohmschen Gesetz bestimmt. Z res ist der gesamte reduzierte Widerstand von der Stromquelle bis zum Kurzschlusspunkt; S b - Grundleistung.
Bei der Berechnung von Kurzschlussströmen ist es in den meisten Fällen notwendig, folgende Werte zu kennen:
- anfänglicher Effektivwert der periodischen Komponente des Kurzschlussstroms (Supertransientenstrom);
ich y - Kurzschluss-Schockstrom;
ICH y ist der Effektivwert des gesamten Kurzschlussstroms für die erste Periode;
ICH∞ – Dauerstrom;
ICH P T- periodische Komponente des Kurzschlussstroms zum jeweiligen Zeitpunkt t = τ.
Es war einmal eine Dame, die sich in Elektrotechnik nicht besonders gut auskannte, als ihr von einem Installateur der Grund für den Lichtverlust in ihrer Wohnung genannt wurde. Es stellte sich heraus, dass es sich um einen Kurzschluss handelte, und die Frau verlangte eine sofortige Verlängerung. Sie können über diese Geschichte lachen, aber es ist besser, dieses Problem genauer zu betrachten. Elektrofachleute wissen auch ohne diesen Artikel, was dieses Phänomen ist, was es droht und wie man den Kurzschlussstrom berechnet. Die nachstehenden Informationen richten sich an Personen, die keine technische Ausbildung haben, aber wie alle anderen auch nicht vor Problemen im Zusammenhang mit dem Betrieb von Geräten, Maschinen, Produktionsanlagen und den gängigsten Haushaltsgeräten gefeit sind. Für jeden Menschen ist es wichtig zu wissen, was ein Kurzschluss ist, welche Ursachen er hat, welche Folgen er haben kann und wie man ihn verhindern kann. Diese Beschreibung kann ohne Kenntnis der Grundlagen der Elektrotechnik nicht vervollständigt werden. Ein Leser, der sie nicht kennt, kann sich langweilen und den Artikel nicht bis zum Ende lesen.
Beliebte Darstellung des Ohmschen Gesetzes
Unabhängig von der Art des Stroms in einem Stromkreis tritt er nur dann auf, wenn eine Potentialdifferenz (oder Spannung, das ist dasselbe) vorhanden ist. Die Natur dieses Phänomens lässt sich am Beispiel eines Wasserfalls erklären: Bei einem Höhenunterschied fließt das Wasser in eine bestimmte Richtung, wenn nicht, bleibt es stehen. Sogar Schulkinder kennen das Ohmsche Gesetz, nach dem je höher die Spannung, desto höher der Strom und je niedriger, desto höher der in der Last enthaltene Widerstand:
I ist die Stärke des Stroms, die manchmal auch „Stromstärke“ genannt wird, obwohl dies keine ganz korrekte Übersetzung aus dem Deutschen ist. Gemessen in Ampere (A).
Tatsächlich hat der Strom selbst keine Kraft (also die Ursache der Beschleunigung), und genau das zeigt sich bei einem Kurzschluss. Dieser Begriff ist bereits bekannt und wird häufig verwendet, obwohl Lehrer einiger Universitäten, nachdem sie die Worte „aktuelle Stärke“ aus dem Mund eines Studenten gehört haben, ihn sofort als „Misserfolg“ bezeichnen. „Was ist mit dem Feuer und dem Rauch, der während eines Kurzschlusses aus der Verkabelung austritt? - Der hartnäckige Gegner wird fragen: „Ist das nicht Stärke?“ Auf diese Bemerkung gibt es eine Antwort. Tatsache ist, dass es keine idealen Leiter gibt und ihre Erwärmung genau auf diese Tatsache zurückzuführen ist. Wenn wir annehmen, dass R=0, dann würde keine Wärme freigesetzt werden, wie aus dem unten angegebenen Joule-Lenz-Gesetz hervorgeht.
U ist die gleiche Potentialdifferenz, auch Spannung genannt. Sie wird in Volt gemessen (in unserem Land V, im Ausland V). Sie wird auch elektromotorische Kraft (EMF) genannt.
R ist der elektrische Widerstand, also die Fähigkeit eines Materials, den Stromdurchgang zu verhindern. Bei Dielektrika (Isolatoren) ist sie groß, wenn auch nicht unendlich, bei Leitern ist sie klein. Wird in Ohm gemessen, aber als spezifischer Wert ausgewertet. Es versteht sich von selbst, dass je dicker der Draht ist, desto besser leitet er den Strom, und je länger er ist, desto schlechter. Daher wird der spezifische Widerstand in Ohm multipliziert mit einem Quadratmillimeter und dividiert durch einen Meter gemessen. Darüber hinaus wird sein Wert von der Temperatur beeinflusst; je höher er ist, desto größer ist der Widerstand. Zum Beispiel ein Goldleiter mit einer Länge von 1 Meter und einem Querschnitt von 1 Quadratmeter. mm bei 20 Grad Celsius hat einen Gesamtwiderstand von 0,024 Ohm.
Es gibt auch eine Formel für das Ohmsche Gesetz für einen vollständigen Stromkreis; darin wird der innere (Eigen-)Widerstand der Spannungsquelle (EMF) eingeführt.
Zwei einfache, aber wichtige Formeln
Es ist unmöglich, den Grund für das Auftreten von Kurzschlussströmen zu verstehen, ohne eine andere einfache Formel zu beherrschen. Die von der Last aufgenommene Leistung ist (ohne Berücksichtigung der Blindkomponenten, aber dazu später mehr) gleich dem Produkt aus Strom und Spannung.
P – Leistung, Watt oder Volt-Ampere;
U - Spannung, Volt;
I - Stromstärke, Ampere.
Die Leistung ist nie unendlich, sie ist immer durch etwas begrenzt, daher nimmt die Spannung mit zunehmendem Strom mit ihrem festen Wert ab. Die grafisch dargestellte Abhängigkeit dieser beiden Parameter des Betriebsstromkreises wird als Strom-Spannungs-Kennlinie bezeichnet.
Und eine weitere Formel zur Berechnung von Kurzschlussströmen ist das Joule-Lenz-Gesetz. Es gibt eine Vorstellung davon, wie viel Wärme erzeugt wird, wenn man einer Last standhält, und ist sehr einfach. Der Leiter erwärmt sich mit einer Intensität, die proportional zur Spannung und zum Quadrat des Stroms ist. Und natürlich ist die Formel ohne Zeit nicht vollständig: Je länger sich der Widerstand erwärmt, desto mehr Wärme wird abgegeben.
Was passiert in einem Stromkreis während eines Kurzschlusses?
Der Leser kann also davon ausgehen, dass er alle wichtigen physikalischen Gesetze beherrscht, um zu verstehen, wie groß (okay, es sei Stärke) des Kurzschlussstroms sein kann. Aber zuerst müssen Sie sich für die Frage entscheiden, was es genau ist. KZ (Kurzschluss) ist eine Situation, in der der Lastwiderstand nahe Null liegt. Schauen wir uns die Formel des Ohmschen Gesetzes an. Wenn wir seine Version für einen Abschnitt des Stromkreises betrachten, ist es leicht zu verstehen, dass der Strom gegen Unendlich tendiert. In der Vollversion wird es durch den Widerstand der EMF-Quelle begrenzt. In jedem Fall ist der Kurzschlussstrom sehr groß, und nach dem Joule-Lenz-Gesetz gilt: Je größer er ist, desto stärker erwärmt sich der Leiter, entlang dem er fließt. Außerdem ist die Abhängigkeit nicht direkt, sondern quadratisch, das heißt, wenn ich um das Hundertfache zunimmt, wird zehntausendmal mehr Wärme freigesetzt. Darin besteht die Gefahr des Phänomens, das manchmal zu Bränden führt.
Die Drähte werden rotglühend (oder weißglühend) und übertragen diese Energie auf Wände, Decken und andere Objekte, die sie berühren, und setzen sie in Brand. Wenn eine Phase in einem Gerät den Neutralleiter berührt, entsteht ein Kurzschlussstrom von der Quelle, geschlossen zu sich selbst. Die brennbare Basis elektrischer Leitungen ist ein Albtraum für Brandinspektoren und der Grund für viele Bußgelder, die gegen verantwortungslose Eigentümer von Gebäuden und Räumlichkeiten verhängt werden. Und der Fehler liegt natürlich nicht an den Gesetzen von Joule-Lenz und Ohm, sondern an einer durch Alterung ausgetrockneten Isolierung, nachlässiger oder ungebildeter Installation, mechanischer Beschädigung oder Überlastung der Verkabelung.
Allerdings ist auch der Kurzschlussstrom, egal wie groß er sein mag, nicht unendlich. Das Ausmaß der dadurch verursachten Störungen wird von der Heizdauer und den Parametern des Stromversorgungskreises beeinflusst.
Wechselstromkreise
Die oben diskutierten Situationen waren allgemeiner Natur oder betrafen Gleichstromkreise. In den meisten Fällen erfolgt die Stromversorgung von Wohn- und Industrieanlagen aus einem Wechselspannungsnetz von 220 oder 380 Volt. Probleme mit der Gleichstromverkabelung treten am häufigsten in Autos auf.
Zwischen diesen beiden Hauptarten der Stromversorgung besteht ein erheblicher Unterschied. Tatsache ist, dass der Durchgang von Wechselstrom durch zusätzliche Widerstandskomponenten verhindert wird, die als reaktiv bezeichnet werden und durch die Wellennatur der in ihnen auftretenden Phänomene verursacht werden. Induktivitäten und Kapazitäten reagieren auf Wechselstrom. Der Kurzschlussstrom des Transformators wird nicht nur durch den aktiven (bzw. ohmschen, also mit einem Taschenmessgerät messbaren) Widerstand begrenzt, sondern auch durch seinen induktiven Anteil. Die zweite Lastart ist kapazitiv. Gegenüber dem Wirkstromvektor weichen die Vektoren der Blindkomponenten ab. Der induktive Strom hinkt hinterher und der kapazitive Strom eilt ihm um 90 Grad voraus.
Ein Beispiel für das unterschiedliche Verhalten einer Last mit einer reaktiven Komponente ist ein herkömmlicher Lautsprecher. Manche Fans lauter Musik überlasten es, bis der Diffusor das Magnetfeld nach vorne stößt. Die Spule fliegt vom Kern ab und brennt sofort durch, da der induktive Anteil ihrer Spannung abnimmt.
Arten von Kurzschlüssen
Kurzschlussströme können in verschiedenen Stromkreisen auftreten, die an unterschiedliche Gleich- oder Wechselstromquellen angeschlossen sind. Die einfachste Situation ist mit dem üblichen Plus, das plötzlich mit dem Minus verbunden ist und die Nutzlast umgeht.
Doch mit Wechselstrom gibt es noch mehr Möglichkeiten. Ein einphasiger Kurzschlussstrom tritt auf, wenn eine Phase mit dem Neutralleiter verbunden oder geerdet ist. In einem Dreiphasennetz kann es zu unerwünschtem Kontakt zwischen zwei Phasen kommen. Eine Spannung von 380 oder mehr Volt (bei der Übertragung von Energie über große Entfernungen entlang von Stromleitungen) kann ebenfalls unangenehme Folgen haben, einschließlich eines Lichtbogenüberschlags zum Zeitpunkt des Schaltens. Alle drei (oder vier, zusammen mit dem Neutralleiter) Drähte können gleichzeitig kurzgeschlossen werden und der dreiphasige Kurzschlussstrom fließt durch sie, bis die automatische Schutzeinrichtung auslöst.
Aber das ist nicht alles. In den Rotoren und Statoren elektrischer Maschinen (Motoren und Generatoren) und Transformatoren kommt es manchmal zu einem so unangenehmen Phänomen wie einem Windungskurzschluss, bei dem benachbarte Drahtschleifen eine Art Ring bilden. Dieser geschlossene Regelkreis hat einen extrem niedrigen Wechselstromwiderstand. Die Stärke des Kurzschlussstroms in den Windungen nimmt zu, was zu einer Erwärmung der gesamten Maschine führt. Eigentlich sollte man bei einer solchen Katastrophe nicht warten, bis die gesamte Isolierung schmilzt und der Elektromotor anfängt zu rauchen. Die Wicklungen der Maschine müssen neu gewickelt werden, hierfür ist eine spezielle Ausrüstung erforderlich. Gleiches gilt für die Fälle, in denen aufgrund des „Windungskurzschlussstroms“ des Transformators ein Kurzschlussstrom entstanden ist. Je weniger die Isolierung brennt, desto einfacher und kostengünstiger ist das Zurückspulen.
Berechnung des Stromwertes bei einem Kurzschluss
So katastrophal dieses oder jenes Phänomen auch sein mag, seine quantitative Bewertung ist für die Ingenieurwissenschaften und angewandten Wissenschaften wichtig. Die Kurzschlussstromformel ist dem Ohmschen Gesetz sehr ähnlich, sie bedarf lediglich einer Erklärung. Also:
I Kurzschluss = Uph / (Zn + Zt),
Ich habe einen Kurzschluss - Kurzschlussstromwert, A;
Uph – Phasenspannung, V;
Zn ist der Gesamtwiderstand (einschließlich Blindkomponente) der kurzgeschlossenen Schleife;
Zt ist der Gesamtwiderstand (einschließlich der Blindkomponente) des Versorgungstransformators (Leistungstransformator), Ohm.
Impedanzen werden als Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks definiert, dessen Schenkel die Werte des aktiven und reaktiven (induktiven) Widerstands darstellen. Es ist ganz einfach, Sie müssen nur den Satz des Pythagoras verwenden.
Etwas häufiger als die Kurzschlussstromformel werden in der Praxis experimentell abgeleitete Kurven verwendet. Sie stellen die Abhängigkeiten der Größe des I-Kurzschlusses dar. von der Länge des Leiters, dem Querschnitt des Drahtes und der Leistung des Leistungstransformators ab. Die Diagramme sind eine Ansammlung exponentiell absteigender Linien, aus denen nur noch die passende auszuwählen ist. Die Methode liefert ungefähre Ergebnisse, ihre Genauigkeit ist jedoch gut auf die praktischen Bedürfnisse von Energieingenieuren abgestimmt.
Wie funktioniert der Prozess?
Alles scheint augenblicklich zu geschehen. Etwas summte, das Licht wurde gedimmt und ging dann aus. Tatsächlich kann der Prozess, wie jedes physikalische Phänomen, geistig gedehnt, verlangsamt, analysiert und in Phasen unterteilt werden. Vor dem Eintreten eines Notfalls zeichnet sich der Stromkreis durch einen konstanten Stromwert aus, der innerhalb des Nennmodus liegt. Plötzlich sinkt der Gesamtwiderstand stark auf einen Wert nahe Null. Induktive Komponenten (Elektromotoren, Drosseln und Transformatoren) der Last scheinen den Prozess des Stromwachstums zu verlangsamen. Somit bleibt der Kurzschlussstrom der Spannungsquelle in den ersten Mikrosekunden (bis zu 0,01 Sek.) praktisch unverändert und nimmt aufgrund des einsetzenden Einschwingvorgangs sogar leicht ab. Gleichzeitig erreicht seine EMF allmählich den Nullwert, durchläuft ihn dann und stellt sich auf einen stabilisierten Wert ein, wodurch das Auftreten eines großen I-Kurzschlusses sichergestellt wird. Der Strom selbst im Moment des Übergangsprozesses ist die Summe periodischer und aperiodischer Komponenten. Die Form des Prozessgraphen wird analysiert, wodurch es möglich ist, einen konstanten Zeitwert zu bestimmen, abhängig vom Neigungswinkel der Tangente an die Beschleunigungskurve am Wendepunkt (erste Ableitung) und die Verzögerungszeit, bestimmt durch den Wert der reaktiven (induktiven) Komponente des Gesamtwiderstands.
Kurzschluss-Schockstrom
In der Fachliteratur wird häufig der Begriff „Kurzschlussstoßstrom“ verwendet. Sie sollten vor diesem Konzept keine Angst haben; es ist überhaupt nicht so gruselig und hat keinen direkten Bezug zu Stromschlägen. Dieses Konzept bedeutet den Maximalwert von I Kurzschluss. in einem Wechselstromkreis, der seinen Wert normalerweise eine halbe Periode nach Eintritt einer Notsituation erreicht. Bei einer Frequenz von 50 Hz beträgt die Periode 0,2 Sekunden bzw. ihre Hälfte 0,1 Sekunden. In diesem Moment erreicht die Wechselwirkung nahe beieinander liegender Leiter ihre größte Intensität. Der Kurzschluss-Schockstrom wird durch eine Formel bestimmt, deren Darstellung in diesem Artikel keinen Sinn macht, da er sich weder an Spezialisten noch an Studenten richtet. Es ist in Fachliteratur und Lehrbüchern erhältlich. An sich ist dieser mathematische Ausdruck nicht besonders schwierig, erfordert jedoch recht ausführliche Kommentare, die den Leser tiefer in die Theorie elektrischer Schaltkreise vertiefen.
Kurzfristig nützlich
Es scheint eine offensichtliche Tatsache zu sein, dass ein Kurzschluss ein äußerst schlimmes, unangenehmes und unerwünschtes Phänomen ist. Dies kann im besten Fall zu einem Stromausfall in der Anlage, zur Abschaltung der Notfallschutzausrüstung und im schlimmsten Fall zum Durchbrennen von Leitungen und sogar zu einem Brand führen. Daher müssen alle Anstrengungen darauf konzentriert werden, dieses Unglück zu vermeiden. Die Berechnung von Kurzschlussströmen hat jedoch eine sehr reale und praktische Bedeutung. Es wurden viele technische Mittel erfunden, die im Hochstrommodus arbeiten. Ein Beispiel ist ein herkömmliches Schweißgerät, insbesondere ein Lichtbogenschweißgerät, das im Betrieb die Elektrode praktisch gegen Erde kurzschließt. Ein weiteres Problem besteht darin, dass diese Modi kurzfristiger Natur sind und die Leistung des Transformators es ihnen ermöglicht, diesen Überlastungen standzuhalten. Beim Schweißen fließen am Kontaktpunkt des Elektrodenendes große Ströme (gemessen in mehreren zehn Ampere), wodurch genügend Wärme freigesetzt wird, um das Metall lokal zu schmelzen und eine starke Naht zu erzeugen.
Schutzmethoden
In den allerersten Jahren der rasanten Entwicklung der Elektrotechnik, als die Menschheit noch mutig experimentierte, galvanische Geräte einführte und verschiedene Arten von Generatoren, Motoren und Beleuchtungen erfand, entstand das Problem, diese Geräte vor Überlastungen und Kurzschlussströmen zu schützen. Die einfachste Lösung bestand darin, in Reihe mit der Last schmelzbare Elemente zu installieren, die unter dem Einfluss von Widerstandswärme zerstört wurden, wenn der Strom den eingestellten Wert überschritt. Solche Sicherungen dienen den Menschen auch heute noch; ihre Hauptvorteile sind Einfachheit, Zuverlässigkeit und niedrige Kosten. Sie haben aber auch Nachteile. Die Einfachheit des „Steckers“ (wie ihn die Inhaber von Schmelzsicherungen aufgrund seiner spezifischen Form nannten) veranlasst Benutzer, nachdem er durchgebrannt ist, nicht zu philosophieren, sondern die ausgefallenen Elemente durch die ersten Drähte, Büroklammern oder sogar Nägel zu ersetzen zur Hand kommen. Ist es erwähnenswert, dass ein solcher Schutz gegen Kurzschlussströme seine edle Funktion nicht erfüllt?
In Industrieunternehmen wurden früher als in Wohnschalttafeln automatische Schalter eingesetzt, um überlastete Stromkreise abzuschalten. In den letzten Jahrzehnten wurden „Stau“ jedoch weitgehend durch sie ersetzt. Wesentlich komfortabler sind „Automaten“: Sie müssen sie nicht wechseln, sondern erst einschalten, nachdem Sie die Ursache des Kurzschlusses beseitigt und gewartet haben, bis die Thermoelemente abgekühlt sind. Ihre Kontakte brennen manchmal durch. In diesem Fall ist es besser, sie auszutauschen und nicht zu versuchen, sie zu reinigen oder zu reparieren. Komplexere Differentialschutzschalter halten bei hohen Kosten nicht länger als herkömmliche, aber ihre Funktionsbelastung ist größer: Sie schalten die Spannung ab, wenn ein minimaler Stromverlust „zur Seite“ auftritt, beispielsweise wenn eine Person wird durch einen Stromschlag getötet.
Im Alltag ist das Experimentieren mit Kurzschlüssen nicht zu empfehlen.
Elektrische Energie birgt eine relativ hohe Gefahr, vor der weder Arbeiter in einzelnen Umspannwerken noch Haushaltsgeräte geschützt sind. Kurzschlussstrom ist eine der gefährlichsten Arten von Elektrizität, es gibt jedoch Methoden, ihn zu kontrollieren, zu berechnen und zu messen.
Was ist das
Kurzschlussstrom (SCC) ist ein stark ansteigender elektrischer Stoßimpuls. Die Hauptgefahr besteht darin, dass diese Energie nach dem Joule-Lenz-Gesetz eine sehr hohe Wärmefreisetzungsrate aufweist. Infolge eines Kurzschlusses können Drähte schmelzen oder bestimmte Elektrogeräte durchbrennen.
Foto - ZeitdiagrammEs besteht aus zwei Hauptkomponenten – der aperiodischen Stromkomponente und der erzwungenen periodischen Komponente.
Formel – periodisch
Formel – aperiodisch Nach diesem Prinzip ist die Energie des aperiodischen Auftretens, die kapazitiv ist und vor dem Notfall auftritt, am schwierigsten zu messen. Schließlich weist der Phasenunterschied im Moment des Unfalls die größte Amplitude auf. Seine Besonderheit ist auch das untypische Auftreten dieses Stroms in Netzwerken. Das Diagramm seiner Entstehung wird dazu beitragen, das Funktionsprinzip dieses Flusses zu veranschaulichen.
Der Widerstand der Quellen aufgrund der hohen Spannung bei einem Kurzschluss wird über eine kurze Distanz kurzgeschlossen oder „Kurzschluss“ genannt – daher hat dieses Phänomen seinen Namen. Es gibt dreiphasige, zweiphasige und einphasige Kurzschlussströme – hier erfolgt die Einteilung nach der Anzahl der geschlossenen Phasen. In manchen Fällen kann es zu einem Kurzschluss zwischen den Phasen und zur Erde kommen. Um dies zu ermitteln, müssen Sie dann die Erdung separat berücksichtigen.
Foto – Ergebnis eines Kurzschlusses Sie können Kurzschlüsse auch nach der Art des Elektrogeräteanschlusses verteilen:
- Mit Erdung;
- Ohne ihn.
Um dieses Phänomen vollständig zu erklären, schlagen wir vor, ein Beispiel zu betrachten. Nehmen wir an, es gibt einen bestimmten Stromverbraucher, der über einen Abgriff an eine örtliche Stromleitung angeschlossen ist. Bei richtiger Schaltung entspricht die Gesamtspannung im Netz der EMF-Differenz an der Stromquelle und der Spannungsreduzierung in lokalen Stromnetzen. Darauf aufbauend lässt sich mit der Ohmschen Formel der Kurzschlussstrom ermitteln:
R = 0; Ikz = Ɛ/r
Dabei ist r der Kurzschlusswiderstand.
Wenn Sie bestimmte Werte ersetzen, können Sie den Fehlerstrom an jedem Punkt entlang der gesamten Stromleitung ermitteln. Eine Überprüfung der Kurzschlussmultiplizität ist hier nicht erforderlich.
Berechnungsmethoden
Nehmen wir an, dass in einem Drehstromnetz, beispielsweise an einem Umspannwerk oder an den Wicklungen eines Transformators, bereits ein Kurzschluss aufgetreten ist, wie dann die Kurzschlussströme berechnet werden:
Formel – dreiphasiger Fehlerstrom Dabei ist U20 die Spannung der Transformatorwicklungen und Z T der Widerstand einer bestimmten Phase (die im Kurzschluss beschädigt wurde). Wenn die Spannung in den Netzwerken ein bekannter Parameter ist, muss der Widerstand berechnet werden.
Jede Stromquelle, sei es ein Transformator, ein Batteriepol oder elektrische Leitungen, hat ihren eigenen Nennwiderstandswert. Mit anderen Worten: Jeder hat sein eigenes Z. Sie zeichnen sich jedoch durch eine Kombination aus aktiven und induktiven Widerständen aus. Es gibt auch kapazitive, die jedoch bei der Berechnung hoher Ströme keine Rolle spielen. Daher verwenden viele Elektriker zur Berechnung dieser Daten eine vereinfachte Methode: eine arithmetische Berechnung des Gleichstromwiderstands in in Reihe geschalteten Abschnitten. Wenn diese Eigenschaften bekannt sind, ist es nicht schwierig, die Impedanz für einen Abschnitt oder ein ganzes Netzwerk mithilfe der folgenden Formel zu berechnen:
Vollständige Erdungsformel Dabei ist ε die EMK und r der Widerstandswert.
Wenn man bedenkt, dass der Widerstand bei Überlastung Null ist, sieht die Lösung wie folgt aus:
I = ε/r = 12 / 10 -2
Demnach beträgt die Kurzschlussfestigkeit dieser Batterie 1200 Ampere.
Auf diese Weise ist es auch möglich, den Kurzschlussstrom für einen Motor, Generator und andere Anlagen zu berechnen. In der Produktion ist es jedoch nicht immer möglich, akzeptable Parameter für jedes einzelne elektrische Gerät zu berechnen. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass bei asymmetrischen Kurzschlüssen die Lasten eine andere Reihenfolge haben, was die Kenntnis von cos φ und Widerstand zur Berücksichtigung erfordert. Für die Berechnung wird eine spezielle Tabelle GOST 27514-87 verwendet, in der diese Parameter angegeben sind:
Es gibt auch das Konzept eines Sekundenkurzschlusses, hier wird die Formel für die Stromstärke während eines Kurzschlusses anhand eines speziellen Koeffizienten bestimmt:
Formel – Kurzschlusskoeffizient Es wird davon ausgegangen, dass je nach Kabelquerschnitt ein Kurzschluss von der Verkabelung unbemerkt bleiben kann. Die optimale Kurzschlussdauer beträgt bis zu 5 Sekunden. Aus Nebrats Buch „Berechnung von Kurzschlüssen in Netzwerken“:
| Abschnitt, mm 2 | Zulässige Kurzschlussdauer für einen bestimmten Kabeltyp | |||
| PVC-Isolierung | Polyethylen | |||
| Kupferadern | Aluminium | Kupfer | Aluminium | |
| 1,5 | 0,17 | Nein | 0,21 | Nein |
| 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 |
Mithilfe dieser Tabelle können Sie die voraussichtliche bedingte Dauer eines Kurzschlusses im Normalbetrieb, die Stromstärke an den Sammelschienen und verschiedene Arten von Leitungen ermitteln.
Wenn keine Zeit ist, Daten anhand von Formeln zu berechnen, kommt spezielle Ausrüstung zum Einsatz. Beispielsweise ist der Indikator Shch41160 bei professionellen Elektrikern sehr beliebt – es handelt sich um einen 380/220-V-Phasen-Null-Kurzschlussstrommesser. Mit dem digitalen Gerät können Sie die Kurzschlussfestigkeit in Haushalts- und Industrienetzen ermitteln und berechnen. Ein solches Messgerät kann in speziellen Elektrofachgeschäften erworben werden. Diese Technik eignet sich, wenn Sie den Strompegel einer Schleife oder eines Stromkreisabschnitts schnell und genau bestimmen müssen.
Außerdem kommt das Programm „Emergency Emergency“ zum Einsatz, mit dem sich schnell die thermische Auswirkung eines Kurzschlusses, die Verlustrate und die Stromstärke ermitteln lassen. Die Prüfung erfolgt automatisch, es werden bekannte Parameter eingegeben und alle Daten werden selbst berechnet. Dies ist ein kostenpflichtiges Projekt, die Lizenz kostet etwa tausend Rubel.
Video: Schutz des Stromnetzes vor Kurzschlüssen
Richtlinien zur Schutz- und Ausrüstungsauswahl
Trotz der Gefahr dieses Phänomens gibt es immer noch eine Möglichkeit, die Wahrscheinlichkeit von Notfallsituationen zu begrenzen oder zu minimieren. Um Kurzschlüsse zu begrenzen, ist es sehr praktisch, ein elektrisches Gerät zu verwenden; dies kann eine Strombegrenzungsdrossel sein, die die thermische Wirkung hoher elektrischer Impulse erheblich reduziert. Diese Option ist jedoch nicht für den Hausgebrauch geeignet.
Foto - Diagramm der Kurzschlussschutzeinheit Zu Hause kommen häufig automatische Leistungsschalter und Relaisschutz zum Einsatz. Für diese Versionen gelten bestimmte Einschränkungen (maximaler und minimaler Netzwerkstrom). Bei Überschreitung wird der Strom abgeschaltet. Mit der Maschine können Sie den zulässigen Amperewert bestimmen, was zur Erhöhung der Sicherheit beiträgt. Die Wahl fällt auf Geräte mit einer höheren Schutzklasse als erforderlich. In einem 21-Ampere-Netzwerk wird beispielsweise die Verwendung eines 25-Ampere-Leistungsschalters empfohlen.
Heute möchte ich Ihnen eine Methode zur Berechnung von Kurzschlussströmen vorstellen. Das Wichtigste ist, dass es ganz ohne Wasser auskommt und jeder von euch es mit minimalem Aufwand nutzen kann, und einige von euch erhalten mein nächstes Programm, mit dem das Zählen noch einfacher wird.
Dies ist der zweite Artikel über Kurzschlussströme. Ich habe Sie auf den Schutz ausgedehnter Stromnetze aufmerksam gemacht und auf die Tatsache, dass es in solchen Netzen manchmal nicht so einfach ist, einen Schutz gegen Kurzschlussströme zu wählen. Dafür ist ein Designer da, nämlich solche Probleme zu lösen.
Die Theorie zur Berechnung von Kurzschlussströmen finden Sie in folgenden Dokumenten:
1 GOST 28249-93 (Kurzschlüsse in Elektroinstallationen. Berechnungsmethoden in Wechselstrominstallationen mit Spannung bis 1 kV).
2 RD 153-34.0-20.527-98 (Richtlinien für die Berechnung von Kurzschlussströmen und die Auswahl elektrischer Betriebsmittel).
3 A.V. Belyaev (Auswahl von Geräten, Schutz und Kabeln in 0,4-kV-Netzen).
Ich habe im Internet nichts gefunden, wo alles von „A“ bis „Z“ übersichtlich dargestellt ist.
Ich denke, Sie werden mir zustimmen, dass Kurzschlussströme nicht so einfach zu berechnen sind, da der Konstrukteur nicht immer alle notwendigen Informationen genau kennt. Diese Berechnungsmethode ist vereinfacht, weil Der Kontaktwiderstand von Leistungsschaltern, Sicherungen, Sammelschienen und Stromwandlern wird nicht berücksichtigt.
Vielleicht werde ich später alle diese Widerstände berücksichtigen, aber meiner Meinung nach haben diese Werte kaum Einfluss auf das Endergebnis.
Reihenfolge der Berechnung von Kurzschlussströmen.
1 Erhebung erster Daten zum Transformator:
Ukz— Transformator-Kurzschlussspannung, %;
RK— Transformator-Kurzschlussverlust, kW;
UVN– Nennspannung der Hochspannungswicklungen des Abwärtstransformators; kV;
Unn (El)– Nennspannung der Niederspannungswicklungen des Abwärtstransformators; IN;
Eph– Phasenspannung der Niederspannungswicklungen des Abwärtstransformators; IN;
Snt– Nennleistung des Transformators, kVA;
Zt– Gesamtwiderstand des Abwärtstransformators bei einphasigem Kurzschlussstrom, mOhm;
Aktiver und induktiver Widerstand der Transformatoren 6 (10)/0,4 kV, mOhm
2 Erhebung der Ausgangsdaten zur Versorgungsleitung:
Typ, Kabelquerschnitt, Anzahl der Kabel;
L– Leitungslänge, m;
Ho– induktiver Blindwiderstand der Leitung, mOhm/m;
Zpt– Gesamtwiderstand der Phase-Null-Schleife vom Transformator bis zum Kurzschlusspunkt, gemessen während der Prüfung oder durch Berechnung ermittelt, mOhm/m;
3 Sonstige Daten.
Wo– Stoßkoeffizient.
Nachdem Sie die Ausgangsdaten erfasst haben, können Sie direkt mit den Berechnungen fortfahren.
Aktiver Widerstand des Abwärtstransformators, mOhm:
Transformatorwiderstand
Induktive Reaktanz des Abwärtstransformators, mOhm:
Aktiver Widerstand der Zuleitung, mOhm:
RZu= Rud.k*l/ NZu
Induktiver Blindwiderstand der Zuleitung, mOhm:
XZu=Hood.k*l/ Nk
Gesamter aktiver Widerstand, mOhm:
RΣ = RT+RZu
Gesamtinduktiver Widerstand, mOhm:
XΣ =XT+XZu
Gesamtwiderstand, mOhm:
Dreiphasiger Kurzschlussstrom, kA:
Stoßstrom des dreiphasigen Kurzschlusses, kA:
Einphasiger Kurzschlussstrom, kA:
Zpt=Zpt.ud.*L
Nachdem Sie die Kurzschlussströme berechnet haben, können Sie mit der Auswahl der Schutzgeräte beginnen.
Nach diesem Prinzip habe ich mein neues Programm zur Berechnung von Kurzschlussströmen erstellt. Mit dem Programm können alle Berechnungen viel schneller und mit minimalem Fehlerrisiko durchgeführt werden, das bei manuellen Berechnungen auftreten kann. Im Moment handelt es sich noch um eine Beta-Version, ich denke aber dennoch, dass es sich um eine voll funktionsfähige Version des Programms handelt.
Aussehen des Programms:
Unten im Programm finden Sie alle notwendigen Tabellen zur Auswahl der notwendigen Parameter des Transformators und der Versorgungsleitung.
Außerdem füge ich dem Programm ein Beispiel meiner Berechnung bei, damit die Berechnung schnell abgeschlossen und allen interessierten Behörden zur Verfügung gestellt werden kann.
Es ist erwähnenswert, dass ich ein weiteres kleines Programm habe – die Interpolation. Es ist beispielsweise praktisch, die spezifische Auslastung von Wohnungen bei gegebenen Werten zu ermitteln.
Ich freue mich auf Ihr Feedback, Wünsche, Anregungen, Erläuterungen.
Fortsetzung folgt... es wird noch mehr geben
Muss bei der Berechnung des Kurzschlusses der Widerstand von Schaltgeräten berücksichtigt werden?