Obliczanie prądów zwarciowych dla początkujących elektryków

Projektując dowolny system energetyczny, specjalnie przeszkoleni inżynierowie elektrycy korzystający z instrukcji technicznych, tabel, wykresów i programów komputerowych przeprowadzają analizę działania obwodu w różnych trybach, w tym:

1. na biegu jałowym;

2. obciążenie znamionowe;

3. sytuacje awaryjne.

Szczególnym zagrożeniem jest trzeci przypadek, gdy wystąpią awarie sieci, które mogą uszkodzić sprzęt. Najczęściej są one związane z „metalicznym” zwarciem obwodu zasilającego, gdy rezystory elektryczne o wymiarze ułamka Ohma są losowo łączone między różnymi potencjałami napięcia wejściowego.

Tryby takie nazywane są prądami zwarciowymi lub w skrócie „zwarciem”. Występują, gdy:

• awarie w działaniu automatyki i ochrony;

• błędy personelu;

• uszkodzenie sprzętu spowodowane starzeniem technicznym;

• naturalne oddziaływanie zjawisk naturalnych;

• działania sabotażowe lub wandaliczne.

Prądy zwarciowe mają znacznie większą wartość niż obciążenia znamionowe, pod którymi powstaje obwód elektryczny. Dlatego po prostu wypalają słabe punkty w sprzęcie, niszczą go, powodują pożary.

Oprócz niszczenia termicznego mają one nadal efekt dynamiczny. Jego manifestacja dobrze pokazuje wideo:

Aby wykluczyć rozwój takich wypadków podczas pracy, zaczynają z nimi walczyć nawet na etapie tworzenia projektu sprzętu elektrycznego. Aby to zrobić, teoretycznie oblicz możliwość wystąpienia prądów zwarciowych i ich wielkości.

Dane te są wykorzystywane do dalszego tworzenia projektu i wyboru elementów mocy i urządzeń ochronnych obwodu. Nadal pracują z nimi stale podczas pracy sprzętu.

Prądy możliwych zwarć są obliczane metodami teoretycznymi z różnym stopniem dokładności akceptowalnym dla niezawodnego tworzenia zabezpieczeń.

Jakie procesy elektryczne są podstawą do obliczania prądów zwarciowych

Początkowo skupimy się na fakcie, że każdy rodzaj przyłożonego napięcia, w tym bezpośrednie, przemienne sinusoidalne, pulsacyjne lub dowolne inne losowe, wytwarza prądy wypadkowe, które powtarzają obraz tej postaci lub zmieniają ją w zależności od zastosowanej rezystancji i działania czynników ubocznych. Wszystko to należy przekazać projektantom i uwzględnić w ich obliczeniach.

Ocena występowania działania m prądów zwarciowych pozwala na wykonanie:

• Prawo Ohma;

• wielkość charakterystyki mocy mocy przyłożonej ze źródła napięcia;

• struktura zastosowanego obwodu elektrycznego;

• wartość całkowitej zastosowanej odporności na źródło.

Prawo Ohma

Podstawą obliczania zwarć jest zasada, która określa, że ​​natężenie prądu można obliczyć na podstawie wartości przyłożonego napięcia, jeśli podzielimy go przez wartość podłączonej rezystancji.

Działa także przy obliczaniu obciążeń znamionowych. Jedyna różnica polega na tym, że:

• podczas optymalnej pracy obwodu elektrycznego napięcie i rezystancja są praktycznie ustabilizowane i różnią się nieznacznie w granicach roboczych standardów technicznych;

• w razie wypadku proces zachodzi spontanicznie losowo. Można to jednak przewidzieć, obliczając opracowane metody.

Napięcie zasilania

Za jego pomocą ocenia się możliwość wykonania energii niszczącej przez prądy zwarciowe, analizuje czas ich przebiegu, wartość.

Spójrzmy na przykład, gdy jeden i ten sam kawałek drutu miedzianego o przekroju półtora milimetra kwadratowego i długości pół metra został najpierw podłączony bezpośrednio do zacisków akumulatora Krona, a po chwili włożyli gniazdko domowe do styków fazowych i zerowych.

W pierwszym przypadku prąd zwarciowy przepłynie przez drut i źródło napięcia, co ogrzeje akumulator do stanu, który pogorszy jego działanie. Moc źródła nie wystarcza do spalenia podłączonej zworki i przerwania obwodu.

W drugim przypadku zadziała automatyczna ochrona. Załóżmy, że wszystkie są wadliwe i zablokowane. Następnie prąd zwarciowy przejdzie przez okablowanie domowe, dotrze do tarczy wejściowej do mieszkania, wejścia, budynku i dotrze do podstacji transformatora mocy za pomocą kabla lub napowietrznych linii energetycznych.

W rezultacie dość długi obwód z dużą liczbą drutów, kabli i miejsc ich podłączenia jest podłączony do uzwojenia transformatora. Znacząco zwiększą oporność elektryczną naszego zwarcia. Ale nawet w tym przypadku jest wysoce prawdopodobne, że nie wytrzyma przyłożonej mocy i po prostu wypali się.

Konfiguracja obwodu

Kiedy odbiorniki są zasilane, napięcie jest dostarczane do nich na różne sposoby, na przykład:

• poprzez potencjały dodatnich i ujemnych zacisków źródła napięcia stałego;

• faza i zero jednofazowej sieci domowej 220 woltów;

• obwód trójfazowy 0,4 kV.

W każdym z tych przypadków w różnych miejscach mogą wystąpić awarie izolacji, co doprowadzi do przepływu przez nie prądów zwarciowych. Tylko w przypadku trójfazowego obwodu prądu przemiennego zwarcia między:

• wszystkie trzy fazy jednocześnie - nazywane są trójfazowymi;

• dowolne dwie fazy między sobą - interfaza;

• dowolna faza i zero - jednofazowy;

• faza i ziemia - jednofazowy z ziemią;

• dwie fazy i ziemia - dwie fazy do ziemi;

• trzy fazy i ziemia - trzy fazy do ziemi.

Podczas tworzenia projektu zasilania urządzeń wszystkie te tryby muszą zostać obliczone i uwzględnione.

Wpływ rezystancji elektrycznej obwodu

Długość linii od źródła napięcia do miejsca zwarcia ma pewną oporność elektryczną. Jego wartość ogranicza prądy zwarciowe. Obecność uzwojeń transformatora, dławików, cewek, płytek kondensatorów dodaje rezystancje indukcyjne i pojemnościowe, tworząc nieperiodyczne elementy, które zniekształcają symetryczny kształt harmonicznych podstawowych.

Istniejące metody obliczania prądów zwarciowych pozwalają na ich obliczenie z wystarczającą dokładnością do ćwiczeń zgodnie z wcześniej przygotowanymi informacjami. Rzeczywistą oporność elektryczną już zmontowanego obwodu można zmierzyć metodą pętle zerowej fazy. Pozwala wyjaśnić obliczenia, dokonać korekty wyboru obrony.

Podstawowe dokumenty do obliczania prądów zwarciowych

1. Metoda obliczania prądów zwarciowych

Jest to dobrze powiedziane w książce A. V. Bielajewa „Wybór sprzętu, zabezpieczeń i kabli w sieciach 0,4 kV”, wydanej przez Energoatomizdat w 1988 roku. Informacje zajmują 171 stron.

Książka zapewnia:

• sekwencja obliczania prądów zwarciowych;

• biorąc pod uwagę ograniczający prąd efekt łuku elektrycznego w miejscu uszkodzenia;

• zasady wyboru wyposażenia ochronnego zgodnie z obliczonymi prądami.

Książka publikuje informacje referencyjne na temat:

• wyłączniki i bezpieczniki z analizą właściwości ich właściwości ochronnych;

• wybór kabli i sprzętu, w tym instalacji do ochrony silników elektrycznych, zespołów mocy, urządzeń wejściowych generatorów i transformatorów;

• wady ochrony niektórych rodzajów wyłączników;

• cechy zastosowania zdalnego zabezpieczenia przekaźnika;

• przykłady rozwiązywania problemów projektowych.

Możesz pobrać tę książkę tutaj: Dobór sprzętu, ekranów i kabli w sieciach 0,4 kV

2. Wytyczne RD 153–34,0—20.527—98

Ten dokument określa:

• metody obliczania prądów zwarciowych symetrycznych i asymetrycznych modów w instalacjach elektrycznych o napięciu do 1 kV i powyżej;

• metody sprawdzania aparatury elektrycznej i przewodów pod kątem oporu cieplnego i elektrodynamicznego;

• metody testowania zdolności przełączania urządzeń elektrycznych.

Instrukcje nie obejmują obliczania prądów zwarciowych w odniesieniu do przekaźników zabezpieczających o określonych warunkach pracy.

Możesz je pobrać tutaj: Wytyczne dotyczące obliczania prądów zwarciowych

3. GOST 28249-93

Dokument opisuje zwarcia występujące w instalacjach elektrycznych prądu przemiennego oraz procedurę ich obliczania dla układów o napięciu do 1 kV. Jest skuteczny od 1 stycznia 1995 r. Na terytorium Białorusi i Kirgistanu. Mołdawia, Rosja, Tadżykistan, Turkmenistan i Ukraina.

Norma stanowa określa ogólne metody obliczania prądów zwarciowych w początkowym i dowolnym dowolnym momencie czasowym dla instalacji elektrycznych z maszynami synchronicznymi i asynchronicznymi, reaktorami i transformatorami, liniami napowietrznymi i kablowymi, szynami zbiorczymi, węzłami o złożonym złożonym obciążeniu.

Standardy techniczne dotyczące projektowania instalacji elektrycznych są określane na podstawie aktualnych standardów stanowych i uzgadniane przez Międzypaństwową Radę Normalizacyjną, Metrologię i Certyfikację.

Pobierz GOST 28249-93 (2003). Zwarcia w instalacjach elektrycznych. Metody obliczeniowe w instalacjach elektrycznych prądu przemiennego o napięciu do 1 kV można znaleźć tutaj: GOST do obliczania prądów zwarciowych

Sekwencja działań projektanta do obliczania prądów zwarciowych

Początkowo należy przygotować informacje niezbędne do analizy, a następnie przeprowadzić obliczenia. Po zainstalowaniu sprzętu do procesu uruchomienia i podczas pracy sprawdzany jest prawidłowy dobór i działanie zabezpieczenia.

Zbieranie danych źródłowych

Każdy schemat można zredukować do uproszczonej formy, jeśli składa się z dwóch części:

1. źródło napięcia. W przypadku sieci 0,4 kV jego rolę odgrywa uzwojenie wtórne transformatora mocy;

2. Linia energetyczna.

Pod nimi gromadzone są niezbędne cechy.

Dane transformatora do obliczania prądów zwarciowych

Dowiedz się:

• wartość napięcia zwarciowego (%) - Uкз;

• straty zwarciowe (kW) - Rk;

• napięcia znamionowe na uzwojeniu bocznym wysokim i niskim (kV. V) - Uvn, Unn;

• napięcie fazowe na uzwojeniu po stronie niskiej (V) - Ef;

• moc znamionowa (kVA) - Snt;

• całkowita rezystancja prądowa zwarć jednofazowych (mOhm) - Zt.

Dane linii zasilającej do obliczania prądów zwarciowych

Należą do nich:

• znaki i ilość kabli ze wskazaniem materiału i przekroju żył;

• całkowita długość trasy (m) - L;

• rezystancja indukcyjna (mOhm / m) - X0;

• impedancja dla pętli zero-fazowej (mOhm / m) - Zpt.

Informacje dotyczące transformatora i linii są skoncentrowane w katalogach. Uwzględniany jest również współczynnik uderzenia Kud.

Sekwencja obliczeń

Według znalezionych cech są one obliczane dla:

• transformator - rezystancja czynna i indukcyjna (mOhm) - Rt, Xt;

• linie - aktywne, indukcyjne i impedancji (mOhm).

Dane te pozwalają obliczyć całkowity opór czynny i indukcyjny (mOhm). Na ich podstawie można określić całkowitą rezystancję obwodu (mOhm) i prądy:

• obwód trójfazowy i udar (kA);

• zwarcie jednofazowe (kA).

Zgodnie z wartościami ostatnio obliczonych prądów wybierają wyłączniki i inne urządzenia ochronne dla odbiorców.

Projektanci mogą wykonywać obliczenia prądów zwarciowych ręcznie zgodnie ze wzorami, tabelami referencyjnymi i wykresami lub przy użyciu specjalnych programów komputerowych.

W uruchomionym sprzęcie rzeczywistej mocy wszystkie prądy, w tym zwarciowe i znamionowe, są rejestrowane przez automatyczne oscyloskopy.

Takie oscylogramy pozwalają analizować przebieg warunków awaryjnych, prawidłowe działanie urządzeń energetycznych i urządzeń ochronnych.Podejmują skuteczne środki w celu poprawy niezawodności odbiorców obwodu elektrycznego.