Výpočet zkratových proudů pro elektrikáře začátečníka

Při navrhování jakéhokoli energetického systému provádějí speciálně vyškolení elektrotechničtí pracovníci pomocí technických příruček, tabulek, grafů a počítačových programů analýzu provozu obvodu v různých režimech, včetně:

1. volnoběh;

2. jmenovité zatížení;

3. mimořádné situace.

Zvláštní nebezpečí představuje třetí případ, kdy dojde k poruše sítě, která může zařízení poškodit. Nejčastěji jsou spojovány s „kovovým“ zkratem napájecího obvodu, když jsou elektrické odpory s rozměrem zlomku Ohmu náhodně spojeny mezi různými potenciály vstupního napětí.

Takové režimy se nazývají zkratové proudy nebo zkráceně „zkrat“. Vyskytují se, když:

• poruchy při provozu automatizace a ochrany;

• chyby personálu;

• poškození zařízení v důsledku technického stárnutí;

• přírodní dopady přírodních jevů;

• sabotáž nebo vandální akce.

Zkratové proudy jsou významně větší než jmenovité zatížení, pod kterým je elektrický obvod vytvořen. Proto jednoduše vypálí slabá místa v zařízení, zničí je, způsobí požáry.

Kromě tepelného ničení mají stále dynamický účinek. Jeho projev ukazuje video dobře:

Aby se vyloučil vývoj takových havárií během provozu, začnou s nimi bojovat i ve fázi vytváření projektu elektrických zařízení. Za tímto účelem teoreticky vypočítat možnost výskytu zkratových proudů a jejich velikost.

Tato data se používají k dalšímu vytvoření projektu a výběru výkonových prvků a ochranných zařízení obvodu. Během provozu zařízení s nimi neustále pracují.

Proudy možných zkratů se počítají teoretickými metodami s různou mírou přesnosti přijatelnou pro spolehlivé vytvoření ochrany.

Jaké elektrické procesy jsou základem pro výpočet zkratových proudů

Zpočátku se zaměříme na skutečnost, že jakýkoli typ aplikovaného napětí, včetně přímého, střídavého sinusového, pulzního nebo jakéhokoli jiného náhodného, ​​vytváří náhodné proudy, které opakují obraz této formy nebo jej mění v závislosti na aplikovaném odporu a působení vedlejších faktorů. To vše musí být poskytnuto projektantům a zohledněno při jejich výpočtech.

Vyhodnocení výskytu m působení zkratových proudů umožňuje provádět:

• Ohmův zákon;

• velikost energetické charakteristiky výkonu dodávaného ze zdroje napětí;

• struktura použitého elektrického obvodu;

• hodnota celkového aplikovaného odporu ke zdroji.

Ohmův zákon

Základem pro výpočet zkratů je princip, který určuje, že proudová síla může být vypočtena hodnotou použitého napětí, pokud ji vydělíte hodnotou připojeného odporu.

Působí také při výpočtu jmenovitého zatížení. Jediný rozdíl je, že:

• během optimálního provozu elektrického obvodu je napětí a odpor prakticky stabilizováno a mírně se mění v mezích pracovních technických norem;

• v případě nehod dojde k spontánnímu náhodnému procesu. Lze ji však předvídat, vypočítat podle vyvinutých metod.

Napájecí napětí

S jeho pomocí je vyhodnocena možnost energetické energie při provádění destruktivní práce zkratovými proudy, je analyzována doba jejich průběhu, hodnota.

Podívejme se na příklad, kdy jeden a tentýž kus měděného drátu s průřezem jednoho a půl čtverce mm a délky půl metru byl nejprve připojen přímo k bateriovým terminálům Krona, a po chvíli vložili do fázových a nulových kontaktů domovní vývod.

V prvním případě protéká vodičem a zdrojem napětí zkratový proud, který zahřeje baterii do stavu, který poškodí její výkon. Napájení zdroje nestačí k vypálení připojeného propojky a přerušení obvodu.

Ve druhém případě bude fungovat automatická ochrana. Předpokládejme, že jsou všichni vadní a zaseknutí. Pak zkratový proud projde domácím vedením, dosáhne vstupního štítu do bytu, vchodu, budovy a kabelem nebo nadzemním vedením dosáhne napájecí transformátorovou stanici.

Výsledkem je, že k vinutí transformátoru je připojen poměrně dlouhý obvod s velkým počtem vodičů, kabelů a míst jejich připojení. Výrazně zvýší elektrický odpor našeho zkratu. Ale i v tomto případě je vysoce pravděpodobné, že nevydrží použitou sílu a jednoduše vyhoří.

Konfigurace obvodu

Když jsou spotřebitelé napájeni, dodává se jim napětí různými způsoby, například:

• prostřednictvím potenciálu kladných a záporných svorek zdroje stejnosměrného napětí;

• fáze a nula jednofázové domácí sítě 220 voltů;

• třífázový obvod 0,4 kV.

V každém z těchto případů se mohou vyskytnout poruchy izolace na různých místech, což povede k jejich průchodu zkratovými proudy. Pouze pro třífázový střídavý obvod, zkraty mezi:

• všechny tři fáze současně - nazývá se třífázový;

• jakékoli dvě fáze mezi sebou - mezifázová;

• libovolná fáze a nula - jednofázová;

• fáze a země - jedna fáze k zemi;

• dvě fáze a země - dvě fáze k zemi;

• tři fáze a země - tři fáze k zemi.

Při vytváření projektu pro napájení zařízení musí být všechny tyto režimy vypočteny a zohledněny.

Vliv elektrického odporu obvodu

Délka vedení od zdroje napětí k místu zkratu má určitý elektrický odpor. Jeho hodnota omezuje zkratové proudy. Přítomnost vinutí transformátorů, induktorů, cívek, kondenzátorových desek přidává induktivní a kapacitní odpor a vytváří aperiodické komponenty, které narušují symetrický tvar základních harmonických.

Stávající metody výpočtu zkratových proudů umožňují jejich výpočet s dostatečnou přesností pro praxi podle dříve připravených informací. Skutečný elektrický odpor již sestaveného obvodu lze měřit metodou fázové nulové smyčky. To vám umožní vyjasnit výpočet, provést úpravy výběru obrany.

Základní dokumenty pro výpočet zkratových proudů

1. Metoda výpočtu zkratových proudů

Je dobře uvedeno v knize A. V. Belyaeva „Výběr zařízení, ochran a kabelů v sítích 0,4 kV“, vydaného Energoatomizdatem v roce 1988. Informace zabírá 171 stránek.

Kniha poskytuje:

• posloupnost výpočtu zkratových proudů;

• s ohledem na účinek elektrického oblouku omezující proud v místě poškození;

• zásady pro výběr ochranného vybavení podle hodnot vypočtených proudů.

Kniha publikuje referenční informace o:

• jističe a pojistky s analýzou charakteristik jejich ochranných vlastností;

• výběr kabelů a zařízení, včetně zařízení na ochranu elektrických motorů, energetických sestav, vstupních zařízení pro generátory a transformátory;

• nevýhody ochrany určitých typů jističů;

• vlastnosti použití ochrany na dálkové relé;

• příklady řešení konstrukčních problémů.

Tuto knihu si můžete stáhnout zde: Výběr zařízení, stínění a kabelů v sítích 0,4 kV

2. Pokyny RD 153—34,0—20,527—98

Tento dokument definuje:

• způsoby výpočtu zkratových proudů symetrických a asymetrických režimů v elektrických instalacích s napětím do 1 kV a vyšším;

• způsoby kontroly elektrických přístrojů a vodičů z hlediska tepelného a elektrodynamického odporu;

• zkušební metody pro schopnost přepínání elektrických zařízení.

Pokyny se nevztahují na výpočet zkratových proudů s ohledem na reléová ochranná zařízení se specifickými provozními podmínkami.

Můžete si je stáhnout zde: Pokyny pro výpočet zkratových proudů

3. GOST 28249-93

Dokument popisuje zkraty, ke kterým dochází v elektrických instalacích střídavého proudu, a postup jejich výpočtu pro systémy s napětím do 1 kV. Na území Běloruska a Kyrgyzstánu je účinný od 1. ledna 1995. Moldavsko, Rusko, Tádžikistán, Turkmenistán a Ukrajina.

Státní norma definuje obecné metody výpočtu zkratových proudů v počátečním a libovolném časovém okamžiku pro elektrické instalace se synchronními a asynchronními stroji, reaktory a transformátory, nadzemní a kabelová vedení, přípojnice, uzly složité komplexní zátěže.

Technické normy pro návrh elektrických zařízení jsou stanoveny současnými státními normami a schváleny Mezistátní radou pro normalizaci, metrologii a certifikaci.

Stáhnout GOST 28249-93 (2003). Zkraty v elektrických instalacích. Metody výpočtu v elektrických instalacích střídavého proudu s napětím do 1 kV jsou zde: GOST pro výpočet zkratových proudů

Posloupnost akcí projektanta pro výpočet zkratových proudů

Nejprve by měly být připraveny informace potřebné pro analýzu a poté provedeny z výpočtu. Po instalaci zařízení za účelem jeho uvedení do provozu a během provozu se zkontroluje správný výběr a funkčnost ochran.

Sběr zdrojových dat

Jakékoli schéma lze redukovat na zjednodušenou formu, pokud se skládá ze dvou částí:

1. zdroj napětí. Pro síť 0,4 kV hraje její roli sekundární vinutí výkonového transformátoru;

2. Elektrické vedení.

Pod nimi se shromažďují potřebné vlastnosti.

Data transformátoru pro výpočet zkratových proudů

Zjistit:

• hodnota zkratového napětí (%) - Uкз;

• zkratová ztráta (kW) - Rk;

• jmenovité napětí na vysokých a nízkých bočních vinutích (kV. V) - Uvn, Unn;

• fázové napětí na nízkém bočním vinutí (V) - Ef;

• jmenovitý výkon (kVA) - Snt;

• celkový proudový odpor jednofázového zkratu (mOhm) - Zt.

Data přívodního vedení pro výpočet zkratových proudů

Mezi ně patří:

• značky a množství kabelů s uvedením materiálu a částí žil;

• celková délka trasy (m) - L;

• indukční odpor (mOhm / m) - X0;

• impedance pro fázově nulovou smyčku (mOhm / m) - Zpt.

Tyto informace pro transformátor a vedení jsou soustředěny v adresářích. Zde se také vezme součinitel nárazu Kud.

Postup výpočtu

Podle zjištěných charakteristik se počítají pro:

• transformátor - aktivní a indukční odpor (mOhm) - Rt, Xt;

• vedení - aktivní, indukční a impedanční (mOhm).

Tato data umožňují vypočítat celkový aktivní a indukční odpor (mOhm). A na jejich základě můžete určit celkový odpor obvodu (mOhm) a proudy:

• třífázový obvod a šok (kA);

• jednofázový zkrat (kA).

Podle hodnot posledních vypočítaných proudů vybírají pro spotřebiče jističe a jiná ochranná zařízení.

Návrháři mohou provádět výpočet zkratových proudů ručně podle vzorců, vyhledávacích tabulek a grafů, nebo pomocí speciálních počítačových programů.

U skutečných energetických zařízení uvedených do provozu jsou všechny proudy, včetně jmenovitých a zkratových, zaznamenávány automatickými osciloskopy.

Tyto oscilogramy vám umožňují analyzovat průběh nouzových podmínek, správný provoz energetického zařízení a ochranných zařízení.Přijímají účinná opatření ke zlepšení spolehlivosti spotřebitelů elektrického obvodu.