Berechnung von Kurzschlussströmen für Elektrikeranfänger

Bei der Auslegung eines Energiesystems analysieren speziell ausgebildete Elektrotechniker anhand technischer Handbücher, Tabellen, Grafiken und Computerprogramme den Betrieb des Stromkreises in verschiedenen Modi, darunter:

1. Leerlauf;

2. Nennlast;

3. Notsituationen.

Von besonderer Gefahr ist der dritte Fall, wenn Netzwerkstörungen auftreten, die das Gerät beschädigen können. Meistens sind sie mit einem „metallischen“ Kurzschluss des Versorgungskreises verbunden, wenn elektrische Widerstände mit einer Abmessung von einem Bruchteil von Ohm zufällig zwischen verschiedenen Potentialen der Eingangsspannung verbunden werden.

Solche Modi werden Kurzschlussströme genannt oder als "Kurzschluss" abgekürzt. Sie treten auf, wenn:

• Fehler im Betrieb von Automatisierung und Schutz;

• Personalfehler;

• Schäden an Geräten durch technische Alterung;

• natürliche Auswirkungen natürlicher Phänomene;

• Sabotage oder Vandalismus.

Kurzschlussströme sind wesentlich größer als die Nennlasten, unter denen ein Stromkreis erzeugt wird. Daher brennen sie Schwachstellen in der Ausrüstung einfach aus, zerstören sie und verursachen Brände.

Neben der thermischen Zerstörung wirken sie noch dynamisch. Seine Manifestation zeigt das Video gut:

Um die Entwicklung solcher Unfälle während des Betriebs auszuschließen, beginnen sie bereits in der Phase der Erstellung des Projekts für elektrische Geräte mit ihnen zu kämpfen. Berechnen Sie dazu theoretisch die Möglichkeit des Auftretens von Kurzschlussströmen und deren Größe.

Diese Daten werden verwendet, um das Projekt weiter zu erstellen und die Leistungselemente und Schutzvorrichtungen der Schaltung auszuwählen. Sie arbeiten während des Betriebs der Geräte ständig mit ihnen zusammen.

Die Ströme möglicher Kurzschlüsse werden mit theoretischen Methoden mit unterschiedlichen Genauigkeitsgraden berechnet, die für die zuverlässige Schaffung von Schutzmaßnahmen akzeptabel sind.

Welche elektrischen Prozesse sind die Grundlage für die Berechnung von Kurzschlussströmen?

Zunächst konzentrieren wir uns auf die Tatsache, dass jede Art von angelegter Spannung, einschließlich direkter, alternierender sinusförmiger, gepulster oder anderer zufälliger Spannungen, Unfallströme erzeugt, die das Bild dieser Form wiederholen oder es abhängig vom angelegten Widerstand und der Wirkung von Nebenfaktoren ändern. All dies muss den Designern zur Verfügung gestellt und bei ihren Berechnungen berücksichtigt werden.

Die Bewertung des Auftretens von m Einwirkung von Kurzschlussströmen ermöglicht Folgendes:

• Ohmsches Gesetz;

• die Größe der Leistungscharakteristik der von der Spannungsquelle angelegten Leistung;

• Aufbau des verwendeten Stromkreises;

• Wert des gesamten an die Quelle angelegten Widerstands.

Ohmsches Gesetz

Grundlage für die Berechnung von Kurzschlüssen ist das Prinzip, das bestimmt, dass die Stromstärke durch den Wert der angelegten Spannung berechnet werden kann, wenn Sie diese durch den Wert des angeschlossenen Widerstands dividieren.

Es wirkt auch bei der Berechnung der Nennlasten. Der einzige Unterschied ist:

• Während des optimalen Betriebs des Stromkreises werden Spannung und Widerstand praktisch stabilisiert und variieren geringfügig innerhalb der Grenzen der technischen Arbeitsnormen.

• Bei Unfällen erfolgt der Vorgang spontan nach dem Zufallsprinzip. Es kann jedoch vorausgesehen werden, berechnet nach den entwickelten Methoden.

Versorgungsspannung

Mit seiner Hilfe wird die Energieenergiemöglichkeit, zerstörerische Arbeiten durch Kurzschlussströme auszuführen, bewertet, die Dauer ihres Verlaufs, der Wert analysiert.

Schauen wir uns ein Beispiel an, bei dem ein und dasselbe Stück Kupferdraht mit einem Querschnitt von anderthalb Quadratmetern und einer Länge von einem halben Meter zuerst direkt an die Krona-Batterieklemmen angeschlossen wurde und nach einer Weile eine Haushaltssteckdose in die Phasen- und Nullkontakte eingeführt wurde.

Im ersten Fall fließt ein Kurzschlussstrom durch das Kabel und die Spannungsquelle, wodurch die Batterie auf einen Zustand erwärmt wird, der ihre Leistung beeinträchtigt. Die Leistung der Quelle reicht nicht aus, um den angeschlossenen Jumper zu verbrennen und den Stromkreis zu unterbrechen.

Im zweiten Fall funktioniert der automatische Schutz. Angenommen, sie sind alle fehlerhaft und blockiert. Dann fließt der Kurzschlussstrom durch die Hausverkabelung, erreicht die Eingangsabschirmung zur Wohnung, zum Eingang und zum Gebäude und gelangt über Kabel- oder Freileitungen zum Umspannwerk.

Infolgedessen wird ein ziemlich langer Stromkreis mit einer großen Anzahl von Drähten, Kabeln und Verbindungsstellen an die Transformatorwicklung angeschlossen. Sie erhöhen den elektrischen Widerstand unseres Kurzschlusses erheblich. Aber selbst in diesem Fall ist es sehr wahrscheinlich, dass es der angelegten Leistung nicht standhält und einfach ausbrennt.

Schaltungskonfiguration

Wenn Verbraucher versorgt werden, wird ihnen auf unterschiedliche Weise Spannung zugeführt, zum Beispiel:

• durch die Potentiale der positiven und negativen Anschlüsse der Gleichspannungsquelle;

• Phase und Null eines einphasigen Haushaltsnetzes 220 Volt;

• eine dreiphasige Schaltung von 0,4 kV.

In jedem dieser Fälle können an verschiedenen Stellen Isolationsfehler auftreten, die dazu führen, dass Kurzschlussströme durch sie fließen. Nur für einen dreiphasigen Wechselstromkreis Kurzschlüsse zwischen:

• alle drei Phasen gleichzeitig - heißt dreiphasig;

• zwei beliebige Phasen untereinander - Interphase;

• jede Phase und Null - einphasig;

• Phase und Masse - einphasig gegen Masse;

• zwei Phasen und Masse - zwei Phasen gegen Erde;

• drei Phasen und Masse - drei Phasen gegen Masse.

Bei der Erstellung eines Projekts zur Stromversorgung von Geräten müssen alle diese Modi berechnet und berücksichtigt werden.

Die Wirkung des elektrischen Widerstands eines Stromkreises

Die Länge der Leitung von der Spannungsquelle zum Ort des Kurzschlusses hat einen bestimmten elektrischen Widerstand. Sein Wert begrenzt Kurzschlussströme. Das Vorhandensein von Transformatorwicklungen, Drosseln, Spulen und Kondensatorplatten fügt induktive und kapazitive Widerstände hinzu und bildet aperiodische Komponenten, die die symmetrische Form der Grundoberwellen verzerren.

Bestehende Methoden zur Berechnung von Kurzschlussströmen ermöglichen es, diese nach zuvor vorbereiteten Informationen mit ausreichender Genauigkeit für die Praxis zu berechnen. Der tatsächliche elektrische Widerstand einer bereits zusammengebauten Schaltung kann mit der Methode gemessen werden Phase-Null-Schleifen. Es ermöglicht Ihnen, die Berechnung zu klären und Anpassungen an der Wahl der Verteidigung vorzunehmen.

Grundlegende Dokumente zur Berechnung von Kurzschlussströmen

1. Die Methode zur Berechnung der Kurzschlussströme

In dem 1988 von Energoatomizdat veröffentlichten Buch von A. V. Belyaev „Die Wahl von Geräten, Schutzvorrichtungen und Kabeln in 0,4-kV-Netzen“ ist gut dargelegt. Informationen belegen 171 Seiten.

Das Buch bietet:

• Abfolge der Berechnung von Kurzschlussströmen;

• unter Berücksichtigung der Strombegrenzungswirkung des Lichtbogens am Schadensort;

• Grundsätze für die Auswahl der Schutzausrüstung nach den Werten der berechneten Ströme.

Das Buch veröffentlicht Referenzinformationen zu:

• Leistungsschalter und Sicherungen mit Analyse der Eigenschaften ihrer Schutzeigenschaften;

• Auswahl von Kabeln und Geräten, einschließlich Anlagen zum Schutz von Elektromotoren, Baugruppen, Eingabegeräten von Generatoren und Transformatoren;

• Nachteile des Schutzes bestimmter Arten von Leistungsschaltern;

• Merkmale der Verwendung des Fernrelaisschutzes;

• Beispiele zur Lösung von Designproblemen.

Sie können dieses Buch hier herunterladen: Auswahl von Geräten, Abschirmungen und Kabeln in 0,4-kV-Netzen

2. Richtlinien RD 153—34.0—20.527—98

Dieses Dokument definiert:

• Methoden zur Berechnung von Kurzschlussströmen symmetrischer und asymmetrischer Moden in elektrischen Anlagen mit Spannungen bis und über 1 kV;

• Verfahren zur Überprüfung elektrischer Geräte und Leiter auf thermischen und elektrodynamischen Widerstand;

• Prüfverfahren für die Schaltfähigkeit elektrischer Geräte.

Die Anweisungen gelten nicht für die Berechnung von Kurzschlussströmen in Bezug auf Relaisschutzgeräte mit bestimmten Betriebsbedingungen.

Sie können sie hier herunterladen: Richtlinien für die Berechnung von Kurzschlussströmen

3. GOST 28249-93

Das Dokument beschreibt die Kurzschlüsse, die in elektrischen Anlagen mit Wechselstrom auftreten, und das Verfahren für deren Berechnung für Systeme mit Spannungen bis zu 1 kV. Es ist seit dem 1. Januar 1995 in den Gebieten Weißrussland und Kirgisistan in Kraft. Moldawien, Russland, Tadschikistan, Turkmenistan und die Ukraine.

Der Zustandsstandard definiert allgemeine Methoden zur Berechnung von Kurzschlussströmen zu Beginn und zu einem beliebigen Zeitpunkt für elektrische Installationen mit synchronen und asynchronen Maschinen, Drosseln und Transformatoren, Freileitungen und Kabelleitungen, Sammelschienen und Knoten komplexer komplexer Lasten.

Technische Standards für die Planung elektrischer Anlagen werden durch die aktuellen staatlichen Standards festgelegt und vom Interstate Council for Standardization, Metrology and Certification vereinbart.

Laden Sie GOST 28249-93 (2003) herunter. Kurzschlüsse in elektrischen Anlagen. Berechnungsmethoden in elektrischen Wechselstromanlagen mit einer Spannung von bis zu 1 kV können hier angegeben werden: GOST zur Berechnung von Kurzschlussströmen

Die Abfolge der Aktionen des Konstrukteurs zur Berechnung von Kurzschlussströmen

Zunächst sollten die für die Analyse erforderlichen Informationen vorbereitet und dann aus der Berechnung abgeleitet werden. Nach der Installation des Geräts bis zur Inbetriebnahme und während des Betriebs wird die korrekte Auswahl und Funktionsfähigkeit der Schutzvorrichtungen überprüft.

Quelldatenerfassung

Jedes Schema kann auf eine vereinfachte Form reduziert werden, wenn es aus zwei Teilen besteht:

1. Spannungsquelle. Bei einem 0,4-kV-Netz spielt die Sekundärwicklung des Leistungstransformators seine Rolle.

2. Die Stromleitung.

Darunter werden die notwendigen Eigenschaften gesammelt.

Transformatordaten zur Berechnung von Kurzschlussströmen

Finden Sie heraus:

• Wert der Kurzschlussspannung (%) - Uкз;

• Kurzschlussverlust (kW) - Rk;

• Nennspannung an den oberen und unteren Seitenwicklungen (kV. V) - Uvn, Unn;

• Phasenspannung an der unteren Seitenwicklung (V) - Ef;

• Nennleistung (kVA) - Snt;

• Gesamtstromwiderstand des einphasigen Kurzschlusses (mOhm) - Zt.

Versorgungsleitungsdaten zur Berechnung von Kurzschlussströmen

Dazu gehören:

• Markierungen und Anzahl der Kabel mit Angabe des Materials und des Adernabschnitts;

• Gesamtlänge der Strecke (m) - L;

• induktiver Widerstand (mOhm / m) - X0;

• Impedanz für die Phase-Null-Schleife (mOhm / m) - Zpt.

Diese Informationen für den Transformator und die Leitung sind in den Verzeichnissen konzentriert. Dort wird auch der Kud-Schlagkoeffizient gemessen.

Berechnungssequenz

Entsprechend den gefundenen Merkmalen werden sie berechnet für:

• Transformator - aktiver und induktiver Widerstand (mOhm) - Rt, Xt;

• Leitungen - aktiv, induktiv und Impedanz (mOhm).

Mit diesen Daten können Sie den gesamten aktiven und induktiven Widerstand (mOhm) berechnen. Und basierend darauf können Sie den Gesamtwiderstand der Schaltung (mOhm) und die Ströme bestimmen:

• Dreiphasenschaltung und Schock (kA);

• einphasiger Kurzschluss (kA).

Entsprechend den Werten der zuletzt berechneten Ströme wählen sie Leistungsschalter und andere Schutzeinrichtungen für Verbraucher aus.

Konstrukteure können die Berechnung von Kurzschlussströmen manuell anhand von Formeln, Nachschlagetabellen und Grafiken oder mithilfe spezieller Computerprogramme durchführen.

Bei in Betrieb genommenen realen Leistungsgeräten werden alle Ströme, einschließlich Nenn- und Kurzschlüsse, von automatischen Oszilloskopen aufgezeichnet.

Mit solchen Oszillogrammen können Sie den Verlauf der Notfälle, den korrekten Betrieb von Stromversorgungsanlagen und Schutzeinrichtungen analysieren.Sie ergreifen wirksame Maßnahmen, um die Zuverlässigkeit der Verbraucher des Stromkreises zu verbessern.