Curentul de scurtcircuit este un impuls electric în creștere bruscă, care are ca rezultat eliberarea unei cantități semnificative de căldură. De obicei, curentul de scurtcircuit are loc într-o instalație sau sistem electric de urgență; cel mai frecvent motiv pentru apariția acestuia este deteriorarea izolației conductorilor.
După o creștere maximă a pulsului electric, sunt posibile întreruperi în alimentarea cu energie, precum și defecțiunea unor consumatori de energie electrică. Pentru a evita acest lucru, este necesar să se proiecteze rețele de transport cu o rezervă pentru apariția unei astfel de situații, în plus, să se monitorizeze periodic sarcinile de vârf așteptate.
Cauze
Principala cauză a unei situații de urgență asociată cu o creștere maximă a pulsului este deteriorarea izolației firului. Daunele pot fi cauzate fie mecanic, fie ca urmare a următorilor factori:
- defecțiune electrică din cauza sarcinii excesiv de puternice;
- suprapunerea conductoarelor goale sau conexiunea acestora;
- animale sau păsări care intră în fire;
- factorul uman;
- uzura echipamentului sau a izolației din cauza epuizării resurselor sau a uzurii naturale.
Pentru a minimiza posibilitatea apariției unor scurtcircuite în rețeaua electrică, este suficient să verificați în timp util izolația, să monitorizați durata de viață și uzura naturală a echipamentului. În plus, prezența protecției automate a dispozitivelor incluse în sistemul de alimentare cu energie, precum și respectarea strictă a regulilor de instalare și funcționare a rețelelor electrice, ajută la reducerea riscului de scurtcircuite.
Principiul de funcționare
Până când apare un scurtcircuit, curentul este egal cu valoarea normală. Dar în condițiile de conectare a conductoarelor, valoarea sa crește brusc din cauza scăderii semnificative a rezistenței totale a rețelei. După care parametrii sunt din nou redusi la o valoare stabilă. În acest caz, distribuția impulsului poate fi descrisă pe scurt după cum urmează.
Deci, formula de scurtcircuit este:
I scurtcircuit = Uph / (Zn + Zt), unde:
- Am scurtcircuit – magnitudinea curentului de scurtcircuit,
- Uph - tensiune de fază,
- Zn – rezistența totală a rețelei închise,
- Zt – rezistența totală a sursei.
De fapt, procesul de apariție și procesul de apariție pot fi descrise după cum urmează:
- Valoarea curentă este stabilă, rețeaua are rezistență activă și inductivă, ceea ce limitează posibilitatea unei creșteri brusce a valorii;
- Când firele se suprapun și apare un scurtcircuit, parametrii rețelei rămân aceiași, valoarea TKZ este încă stabilă și egală cu normalul;
- Momentul de tranziție este din momentul în care apare fenomenul până la restabilirea stării de echilibru. Curentul de scurtcircuit poate fi calculat în orice etapă a acestui proces. Puterea curentului de scurtcircuit în acest moment este instabilă, la fel ca și tensiunea acestuia.
Apare o întrebare firească: cum se calculează curentul de scurtcircuit. În procesul de tranziție, TKZ este calculat pe baza elementelor sale în cele mai mari valori ale acestora. După apariția sa, curentul aperiodic scade exponențial la zero. Periodic – constant.
Curentul de șoc de scurtcircuit este valoarea maximă posibilă a curentului de scurtcircuit, în momentul înainte ca componenta aperiodică să se degradeze, aceasta este determinată de formula:
I y – i pm + i at=0, unde:
- I y – curent de șoc de scurtcircuit,
- i pm – amplitudinea curentului periodic,
- i аt – valoare aperiodică.
Important! Calcularea TKZ este o sarcină destul de complexă și responsabilă; proiectarea unui sistem energetic ar trebui să fie încredințată unor profesioniști.
Tipuri de scurtcircuit
De fapt, un scurtcircuit este o conexiune a unei linii purtătoare de curent cu o altă fază sau neutru care nu este prevăzut de condițiile de funcționare, rezultând un arc electric și degajarea unei cantități semnificative de căldură. Acesta este principalul pericol al scurtcircuitelor în viața de zi cu zi.
În funcție de tipul de rețea, se împart următoarele tipuri:
- trifazat – care unește sau conectează trei faze;
- bifazic – suprapunerea a două faze ale sistemului purtător de curent;
- monofazat la masă;
- monofazat la neutru – suprapunerea fazelor la masă, care este un neutru izolat;
- bifazat și trifazat la masă - conectarea a două sau mai multe linii purtătoare de curent cu un fir de împământare.
În funcție de probabilitatea de apariție, calculul curentului de scurtcircuit, puterea și tensiunea acestuia se efectuează individual. În timpul proiectării se presupune apariția unei situații de urgență, iar în sistemul de alimentare sunt instalate dispozitive automate de protecție și întrerupere.
Rezistența rețelei și legea lui Ohm
Rezistența rețelei joacă un rol important; lungimea firului poate atinge valori semnificative, iar cu cât lungimea este mai mare, cu atât rezistența este mai mare. De asemenea, afectează mărimea curentului de scurtcircuit. Această valoare este influențată de rezistența totală totală a întregii secțiuni a rețelei până la sursa de curent.
Calculul se bazează pe principiul determinării puterii curentului prin tensiunea sa. Același principiu funcționează atunci când se determină cele mai optime sarcini din rețea. Sarcinile dintr-o rețea care funcționează normal sunt stabile și constante, dar în caz de urgență procesul se desfășoară într-un mod necontrolat. În ciuda acestui fapt, principalii săi parametri de vârf sunt destul de adaptabili la calcule.
Folosind fenomenul de scurtcircuit
Pe lângă efectul negativ pe care îl duce un scurtcircuit în situații de urgență și necontrolate, acest fenomen poate fi folosit și în scopuri utile. Trebuie remarcat faptul că, în urma unui scurtcircuit, se eliberează o cantitate semnificativă de căldură și se produce un arc electric, a cărui utilizare controlată poate aduce beneficii considerabile.
De exemplu, o mașină de sudat cu arc electric. Principiul funcționării sale este crearea unui arc electric între electrod și suprafața piesei, în urma căruia temperatura în zona de funcționare a acesteia crește și metalul este sudat împreună. Acțiunea în acest caz se bazează pe fenomenul de scurtcircuit între electrod și masă.
Nu valoreaza nimic! Mărimea curentului și temperatura creată la locul de sudare sunt destul de mari, așa că atunci când lucrați cu acest tip de echipament, trebuie luate toate măsurile de precauție necesare.
Protecție de urgență împotriva scurtcircuitului
Există destul de multe dispozitive care asigură siguranța consumatorilor în cazul unui scurtcircuit; practic, aceste dispozitive deconectează secțiunea de urgență a rețelei:
- sigurante de diferite tipuri;
- mașini electrice;
- dispozitive de protecție automată diferențială;
- limitatoare de curent.
Cea mai simplă, dar în același timp eficientă modalitate de a proteja împotriva scurtcircuitelor este includerea siguranțelor în rețeaua electrică. Sub sarcină crescută, firul unor astfel de siguranțe se topește și se arde, tăind astfel secțiunea deteriorată a rețelei de la sursă.
Dar, pe lângă eficiența ridicată, aceste dispozitive au o serie de dezavantaje. În primul rând, aceasta este necesitatea înlocuirii lor constante și a funcționării numai sub anumite sarcini. Când a existat o lipsă de astfel de siguranțe, acestea au fost adesea înlocuite cu „bug-uri”, care puteau servi drept conductor de curent, dar nu serveau drept siguranțe, ceea ce, la rândul său, ar putea duce la consecințe grave.
De asemenea, mijloace destul de eficiente și fiabile de asigurare a siguranței sunt întrerupătoarele automate, cunoscute și sub numele de întrerupătoare electrice. Principiul funcționării lor se bazează pe utilizarea releelor termice. Când plăcile se încălzesc peste normal, se extind și opresc aparatul; pentru a porni rețeaua, trebuie doar să o reporniți. Aceste dispozitive sunt mai convenabile decât siguranțele și mai eficiente în funcționare.
Întreruptoarele diferențiale opresc curentul chiar și cu mici modificări ale parametrilor de curent în zona conectată la acestea; aceste dispozitive sunt cele mai eficiente și sigure, dar în același timp sunt destul de scumpe.
Reactorul de limitare a curentului este utilizat în rețelele de înaltă tensiune; utilizarea acestor dispozitive, concepute pentru sarcini industriale, în viața de zi cu zi este irațională. În practică, aceasta este o bobină conectată în serie la o rețea purtătoare de curent. În cazul unui scurtcircuit, reactorul preia energia. În prezent, se folosesc limitatoare de curent de diferite modele.
Important! Utilizarea „bug-urilor” în loc de siguranțe poate duce la defecțiunea echipamentelor electrice, precum și la un incendiu!
Putere de alimentare
Pe baza acestui parametru de rețea, este posibilă evaluarea operațiunii distructive într-o situație de urgență. Se calculează timpul de scurtcircuit, valorile de vârf și dimensiunea.
De exemplu, este suficient să luăm în considerare un fir de cupru conectat la rețeaua de bord a unei mașini și aceeași bucată de sârmă montată într-o rețea electrică de uz casnic cu o tensiune de 220V. Dacă siguranțele din mașină se defectează sau bateria se arde, în absența lor, atunci sursa de alimentare de uz casnic se va opri pur și simplu din cauza supraîncălzirii mașinii, dar dacă, la fel ca siguranțele din mașină, se defectează, firul se va opri. pur și simplu ars. Situația în care curentul de scurtcircuit afectează sursa de alimentare este puțin probabilă, deoarece lungimea firelor și, prin urmare, rezistența rețelei este destul de mare, iar scurtcircuitul pur și simplu nu va ajunge la transformator.
Curentul de scurtcircuit este calculat folosind mai multe metode diferite; acestea vă vor permite să determinați toți parametrii necesari cu precizia necesară. În plus, puteți măsura rezistența circuitului folosind metoda „fază-zero”; calculul folosind acest parametru face ca calculul curenților de scurtcircuit să fie mai precis și vă permite să ajustați valorile sigure și dispozitivele necesare atunci când proiectați o instalație electrică. reţea. În prezent, există calculatoare online pentru calcularea parametrilor și a valorilor de scurtcircuit. Calcularea parametrilor TKZ și a sistemului de securitate care le folosește este destul de convenabilă și rapidă.
Video
Calculul curenților de scurtcircuit (SC) este necesar pentru selectarea echipamentelor și verificarea elementelor instalației electrice (bare colectoare, izolatoare, cabluri etc.) pentru stabilitatea electrodinamică și termică, precum și pentru setările de răspuns de protecție și testarea acestora pentru sensibilitatea de răspuns. Tipul calculat de scurtcircuit pentru selectarea sau verificarea parametrilor echipamentelor electrice este de obicei considerat un scurtcircuit trifazat. Cu toate acestea, pentru a selecta și a verifica setările de protecție și automatizare a releului, este, de asemenea, necesar să se determine curenții de scurtcircuit asimetrici.
Calcularea curenților de scurtcircuit luând în considerare caracteristicile reale și modurile de funcționare reale ale tuturor elementelor sistemului de alimentare cu energie este complex.
Prin urmare, pentru a rezolva majoritatea problemelor practice, se introduc ipoteze care nu conduc la erori semnificative:
Rețeaua trifazată se presupune a fi simetrică;
Curenții de sarcină nu sunt luați în considerare;
Nu se iau în considerare capacitățile și, în consecință, curenții capacitivi din rețelele aeriene și de cablu;
În funcție de scopul calculării curenților de scurtcircuit, se selectează o diagramă de proiectare a rețelei, se determină tipul de scurtcircuit, locația punctelor de scurtcircuit pe diagramă și rezistența elementelor circuitului echivalent. Calculul curenților de scurtcircuit în rețelele cu tensiuni de până la 1000 V și mai sus are o serie de caracteristici care sunt discutate mai jos.
La determinarea curenților de scurtcircuit, se utilizează de obicei una dintre cele două metode:
Metoda unităților numite - în acest caz, parametrii circuitului sunt exprimați în unități denumite (ohmi, amperi, volți etc.);
Metoda unităților relative - în acest caz, parametrii circuitului exprimă
în fracții sau procente din valoarea acceptată ca principală (de bază).
Metoda unităților numite este utilizată la calcularea curenților de scurtcircuit ai circuitelor electrice relativ simple, cu un număr mic de trepte de transformare.
Metoda unităților relative este utilizată la calcularea curenților de scurtcircuit
în reţele electrice complexe cu mai multe etape de transformare conectate la sistemele regionale de energie.
Dacă calculul este efectuat în unități numite, atunci pentru a determina curenții de scurtcircuit este necesar să se reducă toate cantitățile electrice la tensiunea etapei în care apare scurtcircuitul.
Când se calculează în unități relative, toate valorile sunt comparate cu cele de bază, care sunt luate ca putere de bază a unui transformator GPP sau a unei unități convenționale de putere, de exemplu 100 sau 1000 MVA.
Tensiunea medie a etapei la care a avut loc scurtcircuitul este luată ca tensiune de bază ( U medie = 6,3; 10,5; 21; 37; 115; 230 kV). Rezistențele elementelor sistemului de alimentare conduc la condiții de bază conform tabelului. 3.1.
Tabelul 3.1
Valori medii specifice ale reactanțelor inductive ale liniilor electrice aeriene și cablu
Calculul curenților de scurtcircuit începe cu întocmirea unei scheme de proiectare a instalației electrice. Schema de calcul indică toți parametrii care influențează magnitudinea curentului de scurtcircuit (surse de alimentare, valorile nominale medii ale treptelor de tensiune, datele de evaluare ale echipamentelor electrice) și punctele de proiectare la care este necesar să se determine scurtcircuitul. -curenții de circuit. De regulă, acestea sunt bare colectoare GPP, RU, RP sau începutul liniilor de alimentare. Punctele de scurtcircuit sunt numerotate în ordinea luării în considerare, începând de la cele mai înalte niveluri.
Pe baza schemei de proiectare se realizează un circuit electric echivalent. Un circuit echivalent este un circuit care corespunde în parametrii săi unui circuit de proiectare în care toate conexiunile electromagnetice (transformatoare) sunt înlocuite cu unele electrice. În fig. 3.1 prezintă un exemplu de diagramă de proiectare, iar Fig. 3.2 - circuitul echivalent corespunzător.
La realizarea unui circuit echivalent pentru instalațiile electrice de peste 1000 V se ține cont de rezistența inductivă a mașinilor electrice, transformatoarelor și autotransformatoarelor de putere, reactoarelor, liniilor aeriene și cablurilor. Valorile specifice medii ale reactanțelor inductive ale liniilor electrice aeriene și cabluri sunt date în tabel. 3.2. Rezistența activă este luată în considerare numai pentru liniile aeriene cu fire de secțiune transversală mică și cu fire de oțel, precum și pentru liniile de cablu lungi cu secțiune transversală mică.
Rezistența activă a transformatoarelor este luată în considerare în cazul în care tensiunea nominală medie a etapei în care se află punctul de scurtcircuit, V și puterea transformatorului 
KVA sau liniile de alimentare și de ieșire sunt realizate din fire de oțel.
| Orez. 3.1. Schema de calcul | Orez. 3.2. Schema de substituire |
După întocmirea circuitului echivalent, este necesar să se determine parametrii acestuia. Parametrii circuitului echivalent sunt determinați în funcție de metoda aleasă pentru calcularea curenților de scurtcircuit în unități numite sau relative. Formulele pentru determinarea parametrilor circuitului echivalent sunt date în tabel. 3.2.
În continuare, circuitul echivalent prin transformare treptată (adăugarea în serie și paralelă, transformarea unui triunghi într-o stea etc.) este adus la forma sa cea mai simplă, astfel încât sursa de alimentare să fie conectată la punctul de scurtcircuit printr-o rezistență rezultată. Transformările de circuit echivalente sunt efectuate pentru fiecare punct de scurtcircuit separat.
Expresii de calcul pentru determinarea valorilor de rezistență date
| Element de instalare electrică | Parametrul initial | Unități denumite, ohmi | Unități relative, o. e. |
| generator ( G) | ; , MV?A |  |
 |
| , %; , MV?A |  |
 |
|
| Sistem de alimentare (C) | S k, MV?A | ||
| eu off nom, kA |  |
 |
|
| ; , MV?A |  |
 |
|
| Transformator (T) | u La, % S nom. t, MV?A |  |
 |
| Autotransformator și transformator cu trei înfășurări (T) (circuit echivalent - stea) | u La ,B−C , %; u La ,B-H , %; u La ,С−Н, %; , MV?A |  ;  ;  |
 ;  ;  |
Sfârșitul mesei. 3.2
| 2 | |||
| Transformator cu înfășurare divizată de joasă tensiune (T) | U La ,B-H , %; S nom. t, MV?A |  ;  |
 ;  |
| Motoare electrice sincrone și asincrone, compensatoare (M) | ; S nom . M, MV?A |  |
 |
| Reactor ( LR) | X nom . LR, Ohm |  |
 |
| Linie de alimentare ( W) | X bataie, Ohm/km; l, km |  |
 |
| Notă: S nominal - puterea nominală a elementelor (generator, transformator, sistem de alimentare), MV?A; S b - puterea de bază, MV?A; S k - puterea de scurtcircuit a sistemului de alimentare, MV?A; eu oprit nominal - curent de rupere nominal al întreruptorului, kA; X*nom. CU− rezistenţa nominală relativă a sistemului de alimentare; u k% – tensiunea de scurtcircuit a transformatorului; eu b - curent de bază, kA; Uср - tensiunea medie la locul de instalare a acestui element, kV; X ud - reactanța inductivă a liniei la 1 km lungime, Ohm/km; l- lungimea liniei, km |
Cunoscând rezistența rezultată la punctul de scurtcircuit, curenții de scurtcircuit se determină conform legii lui Ohm.Z res este rezistența totală redusă de la sursa de alimentare la punctul de scurtcircuit; S b - puterea de bază.
La calcularea curenților de scurtcircuit, în majoritatea cazurilor este necesar să se cunoască următoarele valori:
- valoarea efectivă inițială a componentei periodice a curentului de scurtcircuit (curent supratranzitoriu);
i y - curent de șoc de scurtcircuit;
eu y este valoarea efectivă a curentului total de scurtcircuit pentru prima perioadă;
eu∞ – curent continuu;
eu P t- componenta periodica a curentului de scurtcircuit in momentul de timp t = τ.
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 măsoară în Volți (la noi în țară V, în străinătate 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; în el este introdusă rezistența internă (propria) a sursei de tensiune (EMF).
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-Amp;
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 ajunge treptat la valoarea zero, apoi trece prin el și se stabilește la o anumită valoare stabilizată, asigurând apariția unui scurt-circuit I mare. Curentul în sine 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 conductorilor aflați 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.
Anunț 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 scurtcircuitează practic 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 oamenilor; 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 ca elementele termice să se răcească. 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; ele 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 – aperiodică 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 circuitul 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 fem, iar r este valoarea rezistenței.
Având în vedere că în timpul supraîncărcărilor rezistența este zero, soluția ia următoarea formă:
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 mari. Dar această opțiune nu este potrivită pentru uz casnic.
Foto - schema unitatii de protectie la scurtcircuit La domiciliu, puteți găsi adesea utilizarea întrerupătoarelor automate și a releului de protecție. Aceste lansări 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.
Astăzi aș dori să vă prezint atenției o metodă de calcul al curenților de scurtcircuit. Cel mai important este fără apă și fiecare dintre voi o va putea folosi cu un minim de efort, iar unii dintre voi veți primi următorul meu program, cu care va fi și mai ușor de numărat.
Acesta este al doilea articol dedicat curenților de scurtcircuit. V-am atras atenția asupra protecției rețelelor electrice extinse și asupra faptului că în astfel de rețele, uneori, nu este atât de ușor să selectați protecția împotriva curenților de scurtcircuit. Pentru asta este un designer, pentru a rezolva astfel de probleme.
Teoria pentru calcularea curenților de scurtcircuit poate fi găsită în următoarele documente:
1 GOST 28249-93 (Scurtcircuite în instalațiile electrice. Metode de calcul în instalațiile electrice de curent alternativ cu tensiune de până la 1 kV).
2 RD 153-34.0-20.527-98 (Orientări pentru calculul curenților de scurtcircuit și selecția echipamentelor electrice).
3 A.V. Belyaev (Selectarea echipamentelor, protecției și cablurilor în rețele de 0,4 kV).
Nu am putut găsi nimic pe internet în care totul a fost clar prezentat de la „A” la „Z”.
Cred că veți fi de acord cu mine că curenții de scurtcircuit nu sunt atât de ușor de calculat, deoarece proiectantul nu are întotdeauna o cunoaștere aprofundată a tuturor informațiilor necesare. Această metodă de calcul este simplificată, deoarece nu ia în considerare rezistența de contact a întrerupătoarelor, siguranțelor, barelor și transformatoarelor de curent.
Poate că mai târziu voi ține cont de toate aceste rezistențe, dar, în opinia mea, aceste valori au puțin efect asupra rezultatului final.
Secvența de calcul a curenților de scurtcircuit.
1 Colectarea datelor inițiale despre transformator:
Ukz— tensiunea de scurtcircuit al transformatorului, %;
RK— pierderi la scurtcircuit la transformator, kW;
UVn– tensiunea nominală a înfășurărilor de înaltă tensiune ale transformatorului descendente; kV;
Unn (El)– tensiunea nominală a înfășurărilor de JT ale transformatorului descendente; ÎN;
Efes– tensiunea de fază a înfășurărilor de JT ale transformatorului descendente; ÎN;
Snt– puterea nominală a transformatorului, kVA;
Zt– rezistența totală a transformatorului descendente cu curent de scurtcircuit monofazat, mOhm;
Rezistența activă și inductivă a transformatoarelor 6 (10)/0,4 kV, mOhm
2 Colectarea datelor inițiale pe linia de alimentare:
Tipul, secțiunea cablului, numărul de cabluri;
L– lungimea liniei, m;
Ho– reactanța inductivă a liniei, mOhm/m;
Zpt– rezistența totală a buclei fază-zero de la transformator la punctul de scurtcircuit, măsurată în timpul încercării sau găsită din calcul, mOhm/m;
3 Alte date.
Unde– coeficientul de impact.
După colectarea datelor inițiale, puteți trece direct la calcule.
Rezistența activă a transformatorului descendente, mOhm:
Rezistența transformatorului
Reactanța inductivă a transformatorului descendente, mOhm:
Rezistența activă a liniei de alimentare, mOhm:
RLa= Rud.k*l/ NLa
Reactanța inductivă a liniei de alimentare, mOhm:
XLa=Hoota.k*l/ Nk
Rezistența activă totală, mOhm:
RΣ = RT+RLa
Reactanța inductivă totală, mOhm:
XΣ =XT+XLa
Rezistență totală, mOhm:
Curent de scurtcircuit trifazat, kA:
Curentul de impact al scurtcircuitului trifazat, kA:
Curent de scurtcircuit monofazat, kA:
Zpt=Zpt.ud.*L
După calcularea curenților de scurtcircuit, puteți începe să selectați dispozitivele de protecție.
Folosind acest principiu, am realizat noul meu program pentru calcularea curenților de scurtcircuit. Folosind programul, toate calculele pot fi efectuate mult mai rapid și cu risc minim de erori care pot apărea în timpul calculelor manuale. Deocamdată, aceasta este încă o versiune beta, dar, cu toate acestea, cred că este o versiune complet funcțională a programului.
Aspectul programului:
Mai jos în program sunt toate tabelele necesare pentru selectarea parametrilor necesari ai transformatorului și liniei de alimentare.
De asemenea, împreună cu programul, atașez o mostră din calculul meu, astfel încât calculul să poată fi finalizat rapid și furnizat tuturor autorităților interesate.
Este de remarcat faptul că am un alt program mic - interpolare. Este convenabil, de exemplu, să găsiți încărcătura specifică a apartamentelor pentru valori date.
Aștept cu nerăbdare feedback-ul, urările, sugestiile, clarificările dumneavoastră.
De continuat... vor mai fi
Este necesar să se țină cont de rezistența dispozitivelor de comutare atunci când se calculează scurtcircuitul?