Calcularea curenților de scurtcircuit pentru electricieni începători

La proiectarea oricărui sistem energetic, ingineri electrici special instruiți, care utilizează manuale tehnice, tabele, grafice și programe de calculator își efectuează analiza privind funcționarea circuitului în diferite moduri, inclusiv:

1. inactiv;

2. sarcină nominală;

3. situații de urgență.

Un pericol special este cel de-al treilea caz în care apar o defecțiune a rețelei care poate deteriora echipamentul. Cel mai adesea, acestea sunt asociate cu scurtarea „metalică” a circuitului de alimentare, când rezistențele electrice cu o dimensiune a unei fracții de Ohm sunt conectate aleatoriu între potențialele diferite ale tensiunii de intrare.

Astfel de moduri sunt numite curenți de scurtcircuit sau prescurtate ca „scurtcircuit”. Apar atunci când:

• defecțiuni în funcționarea automatizării și protecției;

• erori de personal;

• avarii echipamentelor datorate îmbătrânirii tehnice;

• impactul natural al fenomenelor naturale;

• acțiuni de sabotaj sau vandal.

Curenții de scurtcircuit sunt cu o magnitudine semnificativ mai mare decât sarcinile nominale sub care este creat un circuit electric. Prin urmare, pur și simplu arde pete slabe din echipament, îl distrug, provoacă incendii.

Pe lângă distrugerea termică, acestea mai au un efect dinamic. Manifestarea sa arată bine videoclipul:

Pentru a exclude dezvoltarea unor astfel de accidente în timpul funcționării, acestea încep să se lupte cu ele chiar și în etapa creării proiectului de echipamente electrice. Pentru a face acest lucru, calculați teoretic posibilitatea apariției curenților de scurtcircuit și amploarea acestora.

Aceste date sunt utilizate pentru a crea în continuare proiectul și pentru a selecta elementele de putere și dispozitivele de protecție ale circuitului. Ei continuă să lucreze cu ei în mod constant în timpul funcționării echipamentelor.

Curentele posibilelor scurtcircuite sunt calculate prin metode teoretice cu diferite grade de precizie acceptabile pentru crearea fiabilă a protecțiilor.

Ce procese electrice stau la baza calculării curenților de scurtcircuit

Inițial, ne vom concentra asupra faptului că orice tip de tensiune aplicată, incluzând sinusoidale directe, alternante, pulsate sau oricare aleatoare, creează curenți accidentali care repetă imaginea acestei forme sau o schimbă în funcție de rezistența aplicată și de acțiunea factorilor secundari. Toate acestea trebuie furnizate proiectanților și luate în considerare în calculele lor.

Evaluarea apariției m acțiunii curenților de scurtcircuit vă permite să efectuați:

• Legea lui Ohm;

• marimea puterii caracteristice puterii aplicate de la sursa de tensiune;

• structura circuitului electric utilizat;

• valoarea rezistenței totale aplicate la sursă.

Legea lui Ohm

Baza pentru calcularea scurtcircuitelor este principiul care determină faptul că puterea curentă poate fi calculată după valoarea tensiunii aplicate, dacă o împărțiți la valoarea rezistenței conectate.

De asemenea, acționează în calculul încărcărilor nominale. Singura diferență este că:

• în timpul funcționării optime a circuitului electric, tensiunea și rezistența sunt practic stabilizate și variază ușor în limitele standardelor tehnice de lucru;

• în caz de accidente, procesul se produce spontan la întâmplare. Dar poate fi prevăzut, calculat prin metodele dezvoltate.

Tensiunea de alimentare

Cu ajutorul acesteia, se evaluează posibilitatea energiei energetice de a efectua lucrări distructive prin curenți de scurtcircuit, durata cursului lor, valoarea sunt analizate.

Să ne uităm la un exemplu când una și aceeași bucată de sârmă de cupru cu o secțiune transversală de un mm și jumătate pătrat și o lungime de jumătate de metru a fost conectată pentru prima dată direct la bornele bateriei Krona, iar după un timp au introdus o priză casnică în fază și zero contacte.

În primul caz, un fir de scurtcircuit va curge prin sârmă și sursa de tensiune, ceea ce va încălzi bateria până la o stare care îi va deteriora performanța. Puterea sursei nu este suficientă pentru a arde jumperul conectat și a rupe circuitul.

În cel de-al doilea caz, protecția automată va funcționa. Să presupunem că toate sunt defecte și blocate. Apoi, curentul de scurtcircuit va trece prin cablarea casei, va ajunge la scutul de intrare în apartament, intrare, clădire și va ajunge la stația de transformare a energiei electrice prin cablu sau linii electrice aeriene.

Drept urmare, un circuit destul de lung cu un număr mare de fire, cabluri și locuri ale conexiunii lor este conectat la înfășurarea transformatorului. Ele vor crește semnificativ rezistența electrică a scurtcircuitului nostru. Dar chiar și în acest caz, este foarte probabil să nu reziste la puterea aplicată și să se ardă pur și simplu.

Configurația circuitului

Când consumatorii sunt alimentați, tensiunea le este furnizată în moduri diferite, de exemplu:

• prin potențialele bornelor pozitive și negative ale sursei de tensiune continuă;

• faza și zero a unei rețele de gospodărie monofazate de 220 volți;

• un circuit trifazat de 0,4 kV.

În fiecare dintre aceste cazuri, erori de izolare pot apărea în diferite locuri, ceea ce va duce la curgerea curenților de scurtcircuit prin ele. Doar pentru un circuit trifazat de curent alternativ, scurtcircuite între:

• toate cele trei faze simultan - se numește trifazat;

• orice două faze între ele - interfaza;

• orice fază și zero - monofazate;

• faza și sol - fază unică la sol;

• două faze și sol - două faze la sol;

• trei faze și sol - trei faze până la sol.

La crearea unui proiect pentru alimentarea cu energie a echipamentelor, toate aceste moduri trebuie calculate și luate în considerare.

Efectul rezistenței electrice a unui circuit

Lungimea liniei de la sursa de tensiune până la locația scurtcircuitului are o anumită rezistență electrică. Valoarea sa limitează curenții de scurtcircuit. Prezența înfășurărilor transformatoarelor, șocurilor, bobinelor, plăcilor de condensator adaugă rezistențe inductive și capacitive, formând componente aperiodice care distorsionează forma simetrică a armonicilor fundamentale.

Metodele existente pentru calcularea curenților de scurtcircuit le permit să fie calculate cu exactitate suficientă pentru practică, conform informațiilor pregătite anterior. Rezistența electrică reală a unui circuit deja asamblat poate fi măsurată prin metodă bucle de fază zero. Vă permite să clarificați calculul, să efectuați ajustări la alegerea apărărilor.

Documente de bază pentru calcularea curenților de scurtcircuit

1. Metoda de calcul a curenților de scurtcircuit

Este bine spus în cartea lui A. V. Belyaev „Alegerea echipamentelor, protecțiilor și cablurilor în rețelele de 0,4 kV”, lansată de Energoatomizdat în 1988. Informațiile ocupă 171 de pagini.

Cartea prevede:

• secvența de calcul a curenților de scurtcircuit;

• ținând cont de efectul de limitare a curentului arcului electric la locul deteriorarii;

• principii pentru selectarea echipamentelor de protecție în funcție de valorile curenților calculați.

Cartea publică informații de referință despre:

• întrerupătoare și siguranțe cu analiza caracteristicilor proprietăților lor de protecție;

• selectarea cablurilor și echipamentelor, inclusiv instalații pentru protejarea motoarelor electrice, ansamblurilor de putere, dispozitivelor de intrare ale generatoarelor și transformatoarelor;

• dezavantaje ale protecției anumitor tipuri de întrerupătoare de circuit;

• caracteristici ale utilizării protecției releului la distanță;

• exemple de rezolvare a problemelor de proiectare.

Puteți descărca această carte aici: Selectarea echipamentelor, scuturilor și cablurilor în rețele de 0,4 kV

2. Orientările RD 153—34.0—20.527—98

Acest document definește:

• metode pentru calcularea curenților de scurtcircuit a modurilor simetrice și asimetrice în instalații electrice cu tensiuni de până la 1 kV;

• metode pentru verificarea aparatelor și conductoarelor electrice pentru rezistența termică și electrodinamică;

• metode de testare a capacității de comutare a dispozitivelor electrice.

Instrucțiunile nu acoperă calcularea curenților de scurtcircuit în ceea ce privește dispozitivele de protecție a releului cu condiții de operare specifice.

Le puteți descărca aici: Orientări pentru calcularea curenților de scurtcircuit

3. GOST 28249-93

Documentul descrie scurtcircuitele care apar în instalațiile electrice cu curent alternativ și procedura de calcul a acestora pentru sisteme cu tensiuni de până la 1 kV. Este în vigoare începând cu 1 ianuarie 1995 pe teritoriile Belarusului și Kârgâzstanului. Moldova, Rusia, Tadjikistan, Turkmenistan și Ucraina.

Standardul de stat definește metodele generale pentru calcularea curenților de scurtcircuit la momentul inițial și în orice moment arbitrar pentru instalații electrice cu mașini sincrone și asincrone, reactoare și transformatoare, linii electrice aeriene și prin cablu, bare de bare, noduri de sarcină complexă complexă.

Standardele tehnice pentru proiectarea instalațiilor electrice sunt determinate de standardele actuale ale statului și sunt aprobate de Consiliul Interesat pentru Standardizare, Metrologie și Certificare.

Descărcați GOST 28249-93 (2003). Scurtcircuite în instalații electrice. Metodele de calcul în instalațiile electrice cu tensiune de până la 1 kV pot fi aici: GOST pentru calcularea curenților de scurtcircuit

Succesiunea acțiunilor proiectantului pentru calcularea curenților de scurtcircuit

Inițial, ar trebui să pregătiți informațiile necesare pentru analiză, apoi să efectuați calculul. După instalarea echipamentului pentru procesul de punere în funcțiune și în timpul funcționării, se verifică selectarea și operabilitatea corectă a protecției.

Colectarea datelor sursă

Orice schemă poate fi redusă la o formă simplificată atunci când este formată din două părți:

1. sursa de tensiune. Pentru o rețea de 0,4 kV, rolul său este jucat de înfășurarea secundară a transformatorului de putere;

2. linia electrică.

Sub ele sunt colectate caracteristicile necesare.

Date transformator pentru calculul curenților de scurtcircuit

Aflați:

• valoarea tensiunii de scurtcircuit (%) - Uкз;

• pierderi de scurtcircuit (kW) - Rk;

• tensiuni nominale pe înfășurările laterale înalte și joase (kV. V) - Uvn, Unn;

• tensiunea de fază pe înfășurarea laterală joasă (V) - Ef;

• putere nominală (kVA) - Snt;

• rezistența totală a curentului de scurtcircuit monofazat (mOhm) - Zt.

Furnizați date de linie pentru calcularea curenților de scurtcircuit

Acestea includ:

• mărci și cantitate de cabluri cu indicarea materialului și secțiunea venelor;

• lungimea totală a traseului (m) - L;

• rezistență inductivă (mOhm / m) - X0;

• impedanta pentru bucla faza zero (mOhm / m) - Zpt.

Aceste informații pentru transformator și linie sunt concentrate în directoare. Coeficientul de impact Kud este de asemenea luat acolo.

Secvența de calcul

În funcție de caracteristicile găsite, acestea sunt calculate pentru:

• transformator - rezistență activă și inductivă (mOhm) - Rt, Xt;

• linii - active, inductive și impedanță (mOhm).

Aceste date vă permit să calculați rezistența activă și inductivă totală (mOhm). Și pe baza lor, puteți determina rezistența totală a circuitului (mOhm) și a curenților:

• circuit trifazat și șoc (kA);

• scurtcircuit monofazat (kA).

În funcție de valorile ultimilor curenți calculați, acestea selectează întrerupătoarele de circuit și alte dispozitive de protecție pentru consumatori.

Proiectanții pot efectua calculul curenților de scurtcircuit manual în funcție de formule, tabele de căutare și grafice sau folosind programe de calculator speciale.

La echipamentele cu putere reală puse în funcțiune, toți curenții, inclusiv circuitele nominale și scurtcircuitele, sunt înregistrate prin osciloscopuri automate.

Astfel de oscilograme vă permit să analizați evoluția condițiilor de urgență, funcționarea corectă a echipamentelor electrice și a dispozitivelor de protecție.Ei iau măsuri eficiente pentru a îmbunătăți fiabilitatea consumatorilor circuitului electric.