Výpočet zkratových proudů pro začínající elektrikáře

Při navrhování jakéhokoli energetického systému analyzují speciálně vyškolení elektrotechnici pomocí technických referenčních knih, tabulek, grafů a počítačových programů činnost obvodu v různých režimech, včetně:

2. jmenovité zatížení;

3. nouzové situace.

Nebezpečný je zejména třetí případ, kdy dojde k poruchám v síti, které mohou poškodit zařízení. Nejčastěji jsou spojeny s „kovovým“ zkratem napájecího obvodu, kdy jsou mezi různými potenciály dodávaného napětí náhodně zapojeny elektrické odpory zlomků ohmu.

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

• poruchy automatizace a ochrany;
• chyby servisního personálu;
• poškození zařízení v důsledku technického stárnutí;
• spontánní dopady přírodních jevů;
• sabotáže nebo činy vandalů.

Zkratové proudy výrazně převyšují jmenovité zátěže, pro které je elektrický obvod navržen. Proto jednoduše vypálí slabá místa ve vybavení, zničí je a způsobí požáry.

Kromě tepelné destrukce mají také dynamický efekt. Jeho projev je jasně ukázán ve videu:

Aby se zabránilo rozvoji takových havárií během provozu, začínají proti nim bojovat již ve fázi tvorby návrhu elektrického zařízení. K tomu teoreticky vypočítejte možnost výskytu zkratových proudů a jejich velikost.

Tato data slouží k další tvorbě projektu a výběru výkonových prvků a ochranných zařízení obvodu. Během provozu zařízení s nimi neustále pracují.

Proudy možných zkratů jsou vypočteny teoretickými metodami s různou přesností přijatelnou pro spolehlivé vytvoření ochrany.

Jaké elektrické procesy jsou základem pro výpočet zkratových proudů?

Nejprve se zaměřme na skutečnost, že jakýkoli typ použitého napětí, včetně stejnosměrného, ​​střídavého sinusového, pulzního nebo jakéhokoli jiného náhodného, ​​vytváří nouzové proudy, které opakují obraz tohoto tvaru nebo jej mění v závislosti na použitém odporu a působení vedlejší faktory. To vše musí projektanti zajistit a zohlednit ve svých výpočtech.

Výskyt a působení zkratových proudů lze posoudit:

• Ohmův zákon;
• velikost výkonové charakteristiky výkonu aplikovaného ze zdroje napětí;
• struktura elektrického obvodu použitého pro elektrickou instalaci;
• hodnota celkového aplikovaného odporu ke zdroji.

Působení Ohmova zákona

Základem pro výpočet zkratů je princip, který určuje, že proudovou sílu lze vypočítat z přiloženého napětí, pokud je děleno hodnotou připojeného odporu.

Platí také při výpočtu jmenovitého zatížení. Jediný rozdíl je v tom, že:

• při optimálním provozu elektrického obvodu se napětí a odpor prakticky stabilizují a mírně se mění v rámci provozních technických norem;
• V případě nehod probíhá proces spontánně a náhodně. Lze ji však předvídat a vypočítat pomocí vyvinutých metod.

Napájení zdroje napětí

S jeho pomocí se posuzuje výkonový a energetický potenciál provádění destruktivní práce zkratovými proudy, analyzuje se doba jejich toku a velikost.

Uvažujme příklad, kdy byl stejný kus měděného drátu o průřezu jeden a půl čtverečního mm a délce půl metru nejprve připojen přímo ke svorkám baterie Krona a po nějaké době byl vložen do fázový a nulový kontakt domácí zásuvky.

V prvním případě poteče vodičem a zdrojem napětí zkratový proud, který zahřeje baterii do takového stavu, že poškodí její výkon. Výkon zdroje nestačí na spálení připojené propojky a přerušení obvodu.

V druhém případě bude fungovat automatická ochrana. Předpokládejme, že jsou všechny vadné a zaseknuté. Poté zkratový proud projde domovní elektroinstalací, dostane se do vstupního panelu v bytě, vchodu, budovy a kabelem nebo nadzemním vedením se dostane do napájecí trafostanice.

V důsledku toho je k vinutí transformátoru připojen poměrně dlouhý obvod s velkým počtem vodičů, kabelů a jejich spojovacích bodů. Výrazně zvýší elektrický odpor našeho zkratu. Ale i v tomto případě je velká pravděpodobnost, že nevydrží aplikovaný výkon a prostě shoří.

Konfigurace elektrického obvodu

Při napájení spotřebitelů se jim napětí dodává různými způsoby, například:

• přes potenciály kladných a záporných svorek zdroje konstantního napětí;
• fáze a neutrál jednofázové domácí sítě 220 voltů;
• třífázový obvod 0,4 kV.

V každém z těchto případů může na různých místech dojít k poruchám izolace, které způsobí, že jimi budou protékat zkratové proudy. Pouze u třífázového střídavého obvodu jsou možné zkraty mezi:

• všechny tři fáze současně – nazývané třífázové;
• libovolné dvě fáze mezi sebou – fáze-fáze;
• libovolná fáze a nula – jednofázová;
• fáze a země – jednofázové vůči zemi;
• dvě fáze a země – dvoufázové vůči zemi;
• tři fáze a zem – tři fáze proti zemi.

Při vytváření projektu napájení zařízení je třeba vypočítat a vzít v úvahu všechny tyto režimy.

Vliv odporu elektrického obvodu

Délka vedení od zdroje napětí k místu, kde dojde ke zkratu, má určitý elektrický odpor. Jeho hodnota omezuje zkratové proudy. Přítomnost vinutí transformátoru, tlumivek, cívek a kondenzátorových desek přidává indukční a kapacitní odpory, které tvoří aperiodické složky, které zkreslují symetrický tvar základních harmonických.

Stávající metody výpočtu zkratových proudů umožňují jejich výpočet s dostatečnou přesností pro praxi s využitím předem připravených informací. Skutečný elektrický odpor již sestaveného obvodu lze měřit metodou fázově nulové smyčky. Umožňuje upřesnit výpočet a provést úpravy výběru ochrany.

Základní dokumenty o výpočtu zkratových proudů

1. Metodika výpočtu zkratových proudů

Dobře je prezentována v knize A.V Belyaeva „Výběr zařízení, ochrany a kabelů v sítích 0,4 kV“, kterou vydal Energoatomizdat v roce 1988. Informace pokrývají 171 stran.

• posloupnost výpočtu zkratových proudů;
• zohlednění účinku elektrického oblouku omezujícího proud v místě poškození;
• zásady pro výběr ochranných prostředků na základě vypočtených hodnot proudu.

Kniha obsahuje základní informace o:

• jističe a pojistky s rozborem charakteristik jejich ochranných vlastností;
• výběr kabelů a vybavení, včetně instalací pro ochranu elektrických motorů, energetických sestav, vstupních zařízení pro generátory a transformátory;
• nedostatky v ochraně určitých typů jističů;
• vlastnosti použití vzdálené reléové ochrany;
• příklady řešení konstrukčních problémů.

2. Směrnice RD 153—34.0—20.527—98

Tento dokument definuje:

• metody výpočtu zkratových proudů v symetrických a asymetrických režimech v elektrických instalacích s napětím do a nad 1 kV;
• metody zkoušení elektrických zařízení a vodičů na tepelnou a elektrodynamickou odolnost;
• metody testování spínací kapacity elektrických zařízení.

Pokyny nepokrývají problematiku výpočtu zkratových proudů ve vztahu k reléovým ochranným a automatizačním zařízením se specifickými provozními podmínkami.

3. GOST 28249-93

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

Státní norma definuje obecné metody pro výpočet zkratových proudů v počátečním a libovolném libovolném časovém bodě pro elektrické instalace se synchronními a asynchronními stroji, reaktory a transformátory, nadzemní a kabelová elektrická vedení, přípojnice, komplexní zatěžovací uzly.

Technické normy pro projektování elektrických instalací jsou určeny 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 naleznete zde: GOST pro výpočet zkratových proudů

Posloupnost návrhářských akcí pro výpočet zkratových proudů

Nejprve byste měli připravit informace potřebné pro analýzu a poté provést výpočty. Po instalaci zařízení, procesu jeho uvádění do provozu a za provozu se kontroluje správná volba a provozuschopnost ochran.

Sběr počátečních dat

Jakýkoli diagram lze zredukovat do zjednodušené podoby, pokud se skládá ze dvou částí:

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

2. napájecí vedení.

Jsou pro ně shromážděny potřebné vlastnosti.

Údaje transformátoru pro výpočet zkratových proudů

• hodnota zkratového napětí (%) – Us;
• zkratová ztráta (kW) – Pk;
• jmenovitá napětí na vinutí vysoké a nízké strany (kV. V) – Uin, Unn;
• fázové napětí na spodním vinutí (V) – Eph;
• jmenovitý výkon (kVA) — Snt;
• celkový odpor proti jednofázovému zkratovému proudu (mOhm) – Zt.

Data napájecího vedení pro výpočet zkratových proudů

• značka a počet kabelů udávající materiál a průřez žil;
• celková délka trasy (m) – L;
• indukční reaktance (mOhm/m) – X0;
• celkový odpor pro smyčku fáze-nula (mOhm/m) – Zpt.

Tyto informace pro transformátor a vedení jsou soustředěny v referenčních knihách. Také se tam bere koeficient rázu Kud.

Sekvence výpočtu

Na základě zjištěných charakteristik vypočítejte pro:

• transformátor – činný a indukční odpor (mOhm) – Rt, Xt;
• vedení – aktivní, indukční a impedanční (mOhm).

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

• třífázová porucha a ráz (kA);
• jednofázový zkrat (kA).

Na základě hodnot nejnovějších vypočtených proudů jsou vybrány jističe a další ochranná zařízení pro spotřebitele.

Konstruktéři mohou vypočítat zkratové proudy ručně pomocí vzorců, vyhledávacích tabulek a grafů nebo pomocí speciálních počítačových programů.

Na skutečných energetických zařízeních uváděných do provozu jsou všechny proudy včetně jmenovitých a zkratových zaznamenávány automatickými osciloskopy.

Tyto oscilogramy umožňují analyzovat průběh havarijních stavů, správnou činnost energetických zařízení a ochranných zařízení. Podle nich jsou přijímána účinná opatření ke zlepšení spolehlivosti spotřebičů elektrického obvodu.

Informace zveřejněné na této webové stránce jsou prezentovány pouze pro informační účely; správa stránek není odpovědná za použití těchto informací.