Как найти мощность короткого замыкания формула

Мощность короткого замыкания. Физический смысл и формула для её определения? Количество просмотров – 51146 (ссылка на эту тему)

Sasha 08 Активный участник форумов Сейчас отсутствует в чем физический смысл мощности КЗ? Почему мощность кз определяется как Sкз=корень(3)*Iкз*Uном (почему Uном? ведь в точке КЗ напряжение просаживается до 0?) В каком случае шины питания можно считать за источник бесконечной мощности? Например, имеется РУ 6 кВ, от него отходит фидер 6 кВ и приходит на транс 6/0,4, от транса отходит линиия 0,4 кВ на двигатель. Можно ли в этом случае при расчете токов кз на выводах ВН и НН транса шины РУ 6 кВ считать за источник бесконечной мощности?

Алексс Активный участник форумов Сейчас отсутствует Вообще если почитать условия расчета КЗ в ПУЭ пункт 1.4.9 то все станет ясно. Главный инженер проектов (Электросталь, Россия)

Артем Hиколаевич Участник форумов Сейчас отсутствует Мощность КЗ, как я понимаю, та величина, которая не изменяется при переходе от одного уровня напряж. к другому, (только – потери в сопротивлениях), это значит если у тебя допустим к 110 кВ подкл. транс. 110/10, и на 110 кВ Iкз равен 2 кА, то на 10 кВ естессно он будет больше (ток), хотя мощность останется почти одинаковой (-потери в трансе) Главный специалист (Минск, Беларусь)

Mav Куратор подраздела “Воздушные и кабельные ЛЭП” Сейчас отсутствует Согласно ГОСТ 26522-85: Мощность короткого замыкания – Условная величина, равная увеличенному в 1,73 раза произведению тока трехфазного короткого замыкания на номинальное напряжение соответствующей электрической сети. Sasha 08, почитайте данный ГОСТ, возможно многое вам прояснится. Посмотрите и данный сайт, там есть примеры расчетов токов КЗ: Расчёт трехфазного короткого замыкания Инженер-электрик (Саратов, Россия)

Sasha 08 Активный участник форумов Сейчас отсутствует Я тут почитал ГОСТ 28249-93 (расчет токов кз до 1000 В). И был очень удивлен, что в таком документе допускают столько ошибок. Вполне возможно, я чего-то не улавливаю, если объясните что, то буду очень благодарен. Так вот, если интересно, откройте в этом ГОСТе Приложение 11, Пример 2. Там показан пример расчета токов кз на 0,4 кВ. Там где “Расчет параметров АД1 и АД2″ определяются сопротивление ротора r2, полное сверхпереходное сопротивление Zад” и сверхпереходная ЭДС Ефад”. В формулах для нахождения этих величин фигурирует номинальный ток двигателя Iном (см. в этом же ГОСТе соответственно формулы (36), (38) {в этой формуле сразу Х определяется как корень из разности квадратов Z и R, а в примере по отдельности, но суть та же} и (13)). Однако, в примере значения этих токов Iном в каждой из этих формул разное, и лишь в последней соответствует тому значению, которое указано в исходных данных примера. Кроме того, значения элементов схемы замещения на схеме замещения не соответствуют тем значениям, которые рассчитаны в примере. Например, сравните, что рассчитано и что написано на схеме для Rш5 и Xш5. И таких несоответствий еще очень много. Со значениями сопротивлений болтовых контактных соединений явная путаница. Все это меня так запутало, и я не смог так и найти ответа на тот, вопрос, что меня интересовал, поскольку опять же в этом моменте ничего не понятно: не приведена формула, по которой считалось,а по цифрам там смысла отследить я так и не смог. Может вы мне подскажите…Суть вопроса: При определении ударного тока от асинхронных двигателей рассчитываются две постоянных времени: 1) Тр – расчетная постоянная времени затухания периодической составляющей тока статора; 2) Та – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока статора. В этих формулах фигурируют Х1кб и R1кб – это активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности кабеля, через который движок подключается к точке короткого. Так вот, если двигатель подключен к точке короткого через два кабеля (т.е. точка КЗ – кабель – шины РУ – кабель – двигатель), или  если на фидере этого двигателя есть трансформатор тока (а на 0,4 кВ сопротивление первичной обмотки ТТ обязательно учитывают), то нужно ли для нахождения Тр и Та к сопротивлениям Х1кб и R1кб прибавлять еще сопротивление этой первичной обмотки ТТ или второго кабеля? И еще. Мне очень нужны грамотные книги с примерами расчетов токов КЗ на напряжении до и выше 1000 В. Вот только кроме Авербуха так ничего найти и не смог. Подскажите, пожалуйста.

Mav Куратор подраздела “Воздушные и кабельные ЛЭП” Сейчас отсутствует Почитай РД 153-34.0-20.527-98  РУКОВОДЯЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ВЫБОРУ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Про расчет токов КЗ с участием  АД ничего сказать не могу-не приходилось. Инженер-электрик (Саратов, Россия)

Sasha 08 Активный участник форумов Сейчас отсутствует РД 153-34.0-20.527-98 это госты по кз, слово в слово, только все объединены в один документ и главы расположены более логично. Можете дать отмененный ГОСТ Р 50270-92 (именно этот 92-го года)? Не могу найти.

Mav Куратор подраздела “Воздушные и кабельные ЛЭП” Сейчас отсутствует Такого нет, но есть бумажный ГОСТ 28249-89, т.е. еще более древний… Инженер-электрик (Саратов, Россия)

Sasha 08 Активный участник форумов Сейчас отсутствует Mav, а есть еще более ранний гост? может его номер хоть подскажите?

Mav Куратор подраздела “Воздушные и кабельные ЛЭП” Сейчас отсутствует По идее, номер должен быть этот же. Более раннего у меня нет. Инженер-электрик (Саратов, Россия)

Юра 123 Куратор подраздела “Электроосвещение наружное” Сейчас отсутствует   Расчёт ТКЗ (МЭС 441-11-07) . Для его нужен расчёт? (ТКЗ 3ф КЗ ОКЗ) Min ТКЗ – через какое время сработает АВ. Если линии разнотипны считать каждую. 1.Для расчёта определить параметры:мощность тр-ра,схему соединений обмоток тр-ра, тип тр-ра, марку сечение длину кабелей от тр-ра до расчётного КЗ. Расчёт по выбранному справочнику. 2.Выбор кабеля (проводников ) на электродинамическую стойкость,на термическую стойкость, на коммутационную способность, на невозгораемость (ПУЭ). Учёт сопротивления ГОСТ 50270. Проверка кабелей по ТЗК РД 153-34.0-20527-98.Условия защиты кабелей ПУЭ 3.1,3.1.9,1.7. 3.Выбор кабелей по по расчётному длительному току нагрузки с учётом допустимой потери напряжения.Выбор защитного АВ. Защита от сверхтока и ткз. Время отключения 1.7.79.Учёт кратности АВ ТКЗ. Время токовая хар-ка. Измерение сопр.петли (фаза-нуль). ПТЭЭП (прил 3п.28.4) Методы расчёта ТКЗ. -метод сопротивлений последовательностей -метод петлевых сопротивлений (по таблицам) -метод симметричных составляющих -селективность АВ и токи КЗ (ГОСТ Р 59345-99, ГОСТ Р 50345) Инженер (Омск, Россия)

Павлег Участник форумов Сейчас отсутствует Ответ на первую часть вопроса или кого как зовут: Мощность КЗ показывает мощность системы, т.е., говоря простым языком, то на что способна система. А способности системы ограничиваются её внутренним сопротивлением (его называют сопротивление системы или сопротивление КЗ). Вспомни школьный курс физики, ну или, если с памятью как у меня – не очень, то ТОЭ первую часть: Идеальный источник ЭДС – источник бесконечной мощности, напряжение на зажимах которого не зависит от его тока, его внутреннее сопротивление равно нулю, а реальные источники ЭДС (батарейки, аккумуляторы, синхронные генераторы, ГПТ и т.д.) – это все-таки источники конечной мощности, т.е. у них есть внутреннее сопротивление. Так вот, в схему замещения для расчета токов КЗ систему вводят как идеальный источник ЭДС, на выводах которого напряжение равно Uном, подключенный через некоторое сопротивление Хс или Хкз (вообще-то, строго говоря, не Х, а Z, но поскольку индуктивная составляющая преобладает, в практических расчетах используют X). Отсюда становится ясным, почему мощность КЗ определяется по формуле Sкз=корень(3)*Iкз*Uном. Ответ на вторую часть вопроса или чего можно, а чего нельзя: При расчете токов КЗ сопротивление системы можно не учитывать (что означает что система принимается как система бесконечной мощности), если оно меньше сопротивления оставшейся схемы, от шин системы до точки КЗ, на два порядка, погрешность при этом будет несущественная(например сопротивление кабеля от шин ситемы до точки КЗ 2 Ом, а сопротивление системы 0,02 Ом) Сравни сопротивление своей системы и параметров схемы до точки КЗ. Скорее всего, для ТП 6/0,4 на шинах НН можно будет считать сопротивление всей схемы до трансформатра нулевым, а для высокой стороны сопротивление системы будет нужно учесть. По литературе:  ГОСТы читать конечно хорошо, но там ничего не объясняют, ГОСТы -это не учебная литература. Лучше всего по токам КЗ почитать Ульянова “Электромагнитные переходные процессы” 1970 г. Есть еще классная книга Крючков, Неклепаев “Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования” 2006г. Инженер (Омск, Россия)

Сейчас Вы – Гость на форумах «Проектант». Гости не могут писать сообщения и создавать новые темы.
Преодолейте несложную формальность – зарегистрируйтесь! И у Вас появится много больше возможностей на форумах «Проектант».

В электрических
установках могут возникать различные
виды коротких замыканий, сопровождающихся
резким увеличением тока. Поэтому
электрооборудование, устанавливаемое
в системах электроснабжения, должно
быть устойчивым к токам короткого
замыкания и выбираться с учетом величин
этих токов.

Согласно ПУЭ –
силы токов короткого замыкания
рассчитывается в тех точках сети, при
коротком замыкание в которых аппараты
и токоведущие части будут находиться
в наиболее тяжёлых условиях. Для
вычисления силы токов короткого замыкания
составляется расчетная схема, на которую
наносится все данные, необходимые для
расчета, и точки, где следует определить
токи короткого замыкания.

Рис.1 Расчётная
схема

Рис. 2 Схема
замещения

Все расчетные
данные приводятся к базисному напряжению
и базисной мощности. За базисное
напряжение по шкале средних напряжений,
принимаются ниже приведенные значения
(таблица 2).

Таблица 2

Шкала средних
напряжений

U, кВ	0,22	0,38	0,66	3	6	10	20	35	110	220
Uн, кВ	0,23	0,4	0,69	3,15	6,33	10,5	21	37	115	230

Расчет токов
короткого замыкания (I_кз)
может выполняться в системе электроснабжения
различными способами, а именно:

1. Расчет I_кз
в относительных единицах;

2. Расчет I_кз
в именованных единицах;

3. Расчет I_кз
по расчетным кривым;

4. Расчет I_кз
в электроустановках до 1000 В.

1. Порядок расчета токов короткого замыкания (Iкз) в относительных единицах.

Этот метод
применяется для определения величин
I_кз в сетях напряжением
выше 1000 В.

1.1 Составляется
расчетная схема и намечаются расчетные
точки. (обычно расчетная точка берется
на шинах РУ).

1.2По расчетной
схеме составляется схема замещения,
заменяя элементы их сопротивлениями.

1.3 Задаются базисными
условиями S_б и U_б:

S_б
– базисная мощность, МВА, принимается
равной сумме номинальных мощностей
источников питания (генераторов) – если
это известно, но если этих данных нет,
то S_б принимается
условно равной числу, удобному для
расчетов. Чаще всего это 100 МВА или 1000
МВА;

U_б–базисное
напряжение, это напряжение больше на
5% от номинального напряжения в расчетной
точке, его еще называют средним
напряжением, принимается по таблице 2.

1.4 Определяется
величина базисного тока, кА:

;
(42)

1.5 Величину
относительных сопротивлений (Х_*)
элементов можно определить по формулам:

–
для энергосистемы:

а)

, (43)

где
S_K
– мощность
короткого замыкания системы, МВА;

б)

, (44)

где Х^*_г
— относительное сопротивление
генератора;

Х_d–
сверхпроводное индуктивное сопротивление
генератора.

в)
если S_c
= ¥,
то Х_с
= 0;

–
для двухобмоточного трансформатора:

,
(45)

где
u_к–
напряжение короткого замыкания
трансформатора.

–
для трёхобмоточного трансформатора и
автотрансформатор:

;
(46)

;
(47)

;
(48)

–
для трёхфазного трансформатора с
расщепленной обмоткой НН:

;
(49)

;
(50)

– для линии:

,
(51)

где U_cp
– среднее
значение напряжения от рабочего
напряжения линии, кВ;

L
– длина линии электропередач, км.

,
(52)

где r_о,
х_о – соответственно активное и
индуктивное сопротивление 1 км длины,
определяется по справочной литературе.

–
для реактора:

,
(53)

где
Х_р
– индуктивное сопротивление реактора.

1.6.
Определяется
суммарное относительное сопротивление
от энергосистемы до расчётной точки
Х_*К∑,
преобразуя
схему замещения. Для этого находится
эквивалентные сопротивления последовательно
и параллельно включенных элементов:

а)
для последовательно соединения элементов:

;
(54)

б)
для параллельного соединения 3 и более
элементов:

;
(55)

в)
для параллельного соединения элементов:

;
(56)

г)
для параллельного соединения элементов
с одинаковым сопротивлением:

,
(57)

где
n
– число параллельных ветвей.

1.7.
Рассчитывается значения токов короткого
замыкания по формулам:

а)
установившийся ток короткого замыкания,
кА:

;
(58)

б)
ударный ток короткого замыкания, кА:

,
(59)

где
К_уд–
ударный коэффициент, зависящий от места
точки короткого замыкания в энергосистеме,
его значение принимается равным 1,8.

в)
мощность короткого замыкания в расчётной
точке, МВА:

.
(60)

2.
Порядок расчёта токов короткого замыкания
в именованных единицах.
Применяется в тех же случаях, что и
вышеописанный метод.

2.1.
Составляется расчётная схема и намечаются
расчётные точки. Обычно расчётная точка
берётся на шинах РУ.

2.2.
По расчётной схеме составляется схема
замещения, заменяя элементы их
сопротивлениями.

2.3.
Задаётся базисное напряжение U_б
в расчётных
точка по табл.2:

2.4.
Сопротивления элементов по схеме
замещения определяется по формулам:

-для
энергосистемы, Ом:

а)

; (61)

б)

, (62)

где Хс- относительное
номинальное сопротивление энергоносителя,
Ом

в)
если S_c
= ¥,
то Х_с =
0;

–
для двухобмоточного трансформатора,
Ом:

,
(63)

где u_к
– напряжение короткого замыкания, %.

–
для трехобмоточного трансформатора и
автотрансформатора, Ом:

;
(64)

;
(65)

;
(66)

-для
трёхфазный трансформатор с расщепленной
обмоткой НН:

;
(67)

;
(68)

-для
линии, Ом:

_;
(69)

;
(70)

–
для реактора, Ом:

.
(71)

2.5.
Определятся суммарное сопротивление
до расчётной точки Х_к,
преобразуя схему замещения. Для этого
находится эквивалентные сопротивления
последовательно и параллельно включенных
элементов по формулам (54-57), Ом.

2.6.Определяется
значения токов короткого замыкания по
формулам, кА (58-59)

2.7.Мощность
короткого замыкания в расчётной точке
по формуле (60).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Что такое короткое замыкание

Короткое замыкание (КЗ, англ. short curcuit) — незапланированное  соединение точек цепи с различными потенциалами друг с другом или с другими электрическими цепями через пренебрежимо малое сопротивление. При этом образуется сверхток, значения которого на порядки превышают предусмотренные нормальными условиями работы.

Определение КЗ из «Элементарного учебника физики» Ландсберга

В результате короткого замыкания выходит из строя электрооборудование, происходят возгорания. О самых разрушительных последствиях коротких замыканий мы регулярно узнаем из новостных рубрик «Чрезвычайные происшествия». Что же именно происходит при КЗ? В результате чего они появляются? Какими могут быть последствия? Давайте рассмотрим подробнее эти и другие вопросы в приведенной ниже статье.

Как образуется короткое замыкание

Как мы помним из учебника физики за 8 класс, закон Ома для участка цепи определяется по формуле:

где

I — сила тока в цепи, А

U — напряжение, В

R — сопротивление, Ом

Давайте рассмотрим вот такую схему

Если мы подключим настольную лампу EL к источнику тока Bat и замкнем ключ SA, то вольфрамовая нить лампы начнет разогреваться под тепловым воздействием тока. В этом случае значительная часть электрической энергии преобразуется в световую и тепловую.

А теперь покончим с лирическими отступлениями и замкнем два провода, которые идут на лампочку, через толстый провод AВ

Что будет дальше, если мы замкнем контакты ключа SA?

В результате ток пойдет по укороченному пути, минуя нагрузку. Короткий путь в данном случае и есть провод AB. Сопротивление провода АВ близко к нулю. В результате наша схема преобразуется в делитель тока. Согласно правилу делителя тока, если нагрузки соединены параллельно, то через нагрузку с меньшим сопротивлением побежит большая сила тока, а через нагрузку с большим значением сопротивления — меньшая сила тока. Так как провод АВ обладает почти нулевым сопротивлением, то через него потечет большая сила тока, согласно опять же закону Ома:

Как я уже сказал, в режиме КЗ сила тока достигает критических значений, превышающих допустимые для данной цепи.

Закон Джоуля-Ленца

Согласно закону Джоуля-Ленца, тепловое действие тока прямо пропорционально квадрату силы тока на данном участке электрической цепи

где

Q — это количество теплоты, которое выделяется на сопротивлении нагрузки R_н . Выражается в Джоулях. 1 Джоуль = 1 Ватт х секунда.

I — сила тока в этой цепи, А

R_н — сопротивление нагрузки, Ом

t — период времени, в течение которого происходит выделение теплоты на нагрузке R_н , секунды

Это означает, что на проводе AB будет выделяться бешеное количество теплоты. Провод резко нагреется от температуры, а потом и сгорит. Все зависит от мощности источника питания.

То есть, если ток при коротком замыкании возрастет в 20 раз, то количество выделяющейся при этом теплоты — примерно в 400 раз! Вот почему бывшая еще мгновение назад мирной электроэнергия превращается в настоящее стихийное бедствие: горит проводка, расплавленный металл проводов поджигает находящиеся рядом предметы, возникают пожары. 

Существуют еще запланированные  и контролируемые КЗ, а также специальное замыкающее оборудование. Например, сварочные аппараты работают как раз на контролируемом КЗ, где требуется большая сила тока для плавки металла.

Основные причины короткого замыкания

Все многообразие причин возникновения коротких замыканий можно свести к следующим:

• Нарушение изоляции
• Внешние воздействия
• Перегрузка сети

Нарушение изоляции вызывается как естественным износом, так и внешним вмешательством. Естественное старение элементов электросети ускоряется за счет длительного теплового воздействия тока (тепловое старение изоляции), агрессивных химических сред.

Внешние воздействия могут быть вызваны грызунами, насекомыми и другими животными. Сюда же относится и человеческий фактор. Это может быть «кривой» электромонтаж, либо несоблюдение техники электробезопасности.

Намного чаще короткое замыкание вызывается перегрузкой сети из-за подключения большого количества потребителей тока. Так, если совокупная мощность одновременно включенных в бытовую сеть электроприборов превышает допустимую нагрузку на проводку, с большой вероятностью произойдет короткое замыкание, так как сила тока в такой цепи начинает превышать допустимое значение. Такое явление можно часто наблюдать в домах со старой проводкой, где провода чаще всего алюминиевые и не рассчитаны на современные мощные электроприборы.

Ток короткого замыкания

Сверхток, образующийся в результате КЗ, называется током короткого замыкания. Как только произошло короткое замыкание в цепи, ток короткого замыкания достигает максимальных значений. После того, как провода начнут греться и плавиться, ток короткого замыкания идет на спад, так как сопротивление проводов в при нагреве возрастает.

Для источников ЭДС ток короткого замыкания может быть вычислен по формуле

где

I_кз — это ток короткого замыкания, А

E — ЭДС источника питания, В

R_внутр. — внутреннее сопротивление источника ЭДС, Ом

Более подробно про ЭДС и внутреннее сопротивление читайте здесь.

Ниже на рисунке как раз изображен такой источник ЭДС  в виде автомобильного аккумулятора с замкнутыми клеммами

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора может достигать значений в доли Ома. Теперь представьте, какой ток короткого замыкания  будет течь через проводник, если закоротить им клеммы аккумулятора. Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от многих факторов. Возьмем среднее значение R_внутр = 0,1 Ом. Тогда ток короткого замыкания будет равен I_кз =E/R_внутр. = 12/0,1=120 Ампер. Это очень большое значение.

Виды коротких замыканий

В цепи постоянного тока

В этом случае КЗ бывает, как правило, между напряжением питания, которое чаще всего обозначается как «+», и общим проводом схемы, который соединяют с «-«. Последствия такого КЗ зависят от мощности источника питания постоянного тока. Если в автомобиле голый плюсовой провод заденет корпус автомобиля, который соединяется с «минусом» аккумулятора, то провода начнут плавится и гореть как спички, при условии если не сработает предохранитель, либо вместо него уже стоит «жучок» — самопальный предохранитель. Ниже на фото вы можете увидеть результат такого КЗ.

В цепи переменного тока

Трехфазное замыкание

Это когда три фазных провода коротнули между собой.

Трехфазное на землю

Здесь все три фазы соединены между собой, да еще и замкнуты на землю

Двухфазное

В этом случае любые две фазы замкнуты между собой

Двухфазное на землю

Любые две фазы замкнуты между собой, да еще и замкнуты на землю

Однофазное на землю

Однофазное на ноль

Эти две ситуации чаще всего бывают в ваших квартирах и домах, так как к простым потребителям идет два провода: фаза и ноль.

В трехфазных сетях наиболее часто происходит однофазное замыкание на землю —  60-70% всех коротких замыканий. Двухфазные КЗ составляют 20-25%. Двойное замыкание фаз на землю происходит в электросетях с изолированной нейтралью и составляет 10-15% всех случаев. До 3-5% занимают трехфазные КЗ, при которых происходит нарушение изоляции между всеми тремя фазами.

В электрических двигателях короткое замыкание чаще всего возникает между обмотками двигателя и его корпусом.

Последствия короткого замыкания

Во время КЗ температура в зоне контакта возрастает до нескольких тысяч градусов. Помимо воспламенения изоляции, расплавления и механических повреждений выключателей и розеток и возгорания проводки, следствием замыкания может стать выход из строя компьютерного и телекоммуникационного оборудования и линий связи, которые находятся рядом, вследствие сильного электромагнитного воздействия.

Но падение напряжения и выход из строя оборудования — не самое опасное последствие. Нередко короткие замыкания становятся причиной разрушительных пожаров, зачастую с человеческими жертвами и огромными экономическими потерями.

Из-за удаленности и большого сопротивления до места замыкания защитное оборудование может не сработать. Бывают ситуации, когда ток недостаточен для срабатывания защиты и отключения напряжения, но в месте КЗ его вполне хватает для расплавления проводов и возникновения источников возгорания. Поэтому, токи коротких замыканий очень важны для расчетов аварийных режимов работы.

Меры, исключающие короткое замыкание

Еще на заре развития электротехники появились плавкие предохранители. Принцип действия подобной защиты очень прост: под влиянием теплового действия тока предохранитель разрушается, тем самым размыкая цепь. Предохранители наиболее часто используются в бытовых электросетях и бытовых электроприборах, электрическом оборудовании транспортных средств и промышленном электрооборудовании до 1000 В. Встречаются они и в цепях с высоковольтным оборудованием.

Вот такие предохранители используются в цепях с малыми токами

вот такие плавкие предохранители вы можете увидеть в автомобилях

А вот эти большие предохранители используются в промышленности, и они уже рассчитаны на очень большие значения токов

Более сложную конструкцию имеют автоматические выключатели, оснащенные электромагнитными и/или тепловыми датчиками. Ниже на фото однофазный автоматический выключатель, а справа — трехфазный

Их принцип действия основан на размыкании цепи при превышении допустимых значений силы тока.

В быту мы чаще всего сталкиваемся со следующими устройствами защиты электросети:

• Плавкие предохранители (применяются в том числе в бытовых электроприборах).
• Автоматические выключатели.
• Стабилизаторы напряжения.
• Устройства дифференциального тока.

Все вышеперечисленное защитное оборудование относится к устройствам вторичной защиты, действующим по инерционному принципу. На вводе бытовых электросетей наиболее часто устанавливаются автоматические защитные устройства, действующие по адаптивному принципу. Такие устройства можно увидеть возле счетчиков электроэнергии квартир, коттеджей, офисов.

В высоковольтных сетях защита чаще обеспечивается:

• Устройствами релейной защиты и другим отключающим оборудованием.
• Понижающими трансформаторами.
• Распараллеливанием цепей.
• Токоограничивающими реакторами.

Большинства коротких замыканий можно избежать, если устранить основные причины их возникновения: своевременно ремонтировать или заменять изношенное оборудование, исключить вредные воздействия человека. Не допускать неправильных действий при монтажных и ремонтных работах, соблюдать СНИПы и правила техники безопасности.

Общие сведения

Все существующие материалы в электротехнике разделяют на 2 больших класса: проводники и диэлектрики. Первые способны пропускать через себя электрический ток. В качестве примера проводников можно привести металлы, а непроводников — пластмассы, резину. С физической точки зрения, способность пропускать электроток зависит от свойств материалов.

Как оказалось, в процессе переноса зарядов участвуют электроны. Природа так устроена, что все тела состоят из атомов и молекул. Они связаны между собой электромагнитными силами. Основу вещества составляет ядро, включающее в себя нейтрон и протон — положительно заряженную частицу. Вокруг центра по орбитали вращается электрон — отрицательный элемент. В нормальном состоянии количество и тех и других совпадает, поэтому тело электрически нейтральное.

Если на вещество действует сторонняя сила, электроны могут разорвать свою связь с атомом и стать свободными. При этом в структуре материала могут уже быть свободные частицы. Возникают они из-за примесей или различных дефектов кристаллической решётки. В состоянии покоя свободные частицы могут хаотично двигаться по структуре.

Но стоит только к телу приложить электромагнитную силу, их движение становится упорядоченным. Возникает явление, называемое электрическим током. Характеризуется он силой. Это величина, показывающая, какое количество зарядов может протечь через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Чтобы возникла сила тока, нужно выполнение трёх условий:

• существование свободных носителей заряда;
• создание электромагнитного поля;
• замкнутость цепи.

Количественно определить силу тока можно с помощью закона Ома: I = U/R. Проведя ряд экспериментов, учёный открыл правило, согласно которому значение тока пропорционально работе, выполняемой для переноса заряда из одной точки в другую и обратно пропорционально сопротивлению материала.

Последняя величина довольно важная характеристика. По своему смыслу сопротивление — параметр обратный проводимости, то есть определяет тип материала.

Суть процесса

При включении любого электрического прибора в цепь происходит замыкание линии. По ней начинает проходить электроток. Он течёт от источника питания через нагрузку (потребителя) и возвращается. Сила тока определяется нагрузочным сопротивлением элементов, подключённых к цепи. Если R большое, величина силы тока небольшая. В ином случае она может достигать больших значений. Ситуация, при которой происходит электрическое соединение плюсового и минусового контакта электрической линии, называют коротким замыканием.

Например, можно представить простую цепь, состоящую из источника тока и лампы накаливания. Чтобы она засветилась, один из выводов источника (фаза) следует подключить к одному из электродов лампы, а другой — ко второму контакту осветительного устройства (нулевой). В замкнутой цепи появится ток, который, проходя по вольфрамовому проводнику лампы, приведёт к его разогреву с излучением света. Такая работа называется штатной или нормальной.

Но если по каким-то причинам возникнет дополнительный контакт между выводами источника питания, причём его сопротивление будет пренебрежительно мало, практически весь генерируемый ток устремится по нему. Произойдёт шунтирование фазы питания с нулём. В результате всё напряжение окажется приложенным к выводам генерирующего устройства. И сила тока, возникшая в цепи, будет определяться только внутренним сопротивлением источника питания.

Сила тока резко возрастёт. Учитывая закон Джоуля — Ленца, определяющий тепловое действие электротока, возрастёт нагрев электрической цепи. Если сила тока при КЗ вырастет в 2 раза, выделившееся тепло увеличится в 40 раз. Явление часто сопровождается расплавлением проводов и возгоранием. Вот поэтому так важно уметь выполнять расчёт токов короткого замыкания для 110 В, 220 В или 380 В. Это те напряжения, что используются в быту и промышленности, обеспечивающие работу электроприборов и установок.

Различают следующие виды КЗ:

• однофазное — установление контакта между фазовой линией и нулевой;
• двухфазное — замыкание фаз между собой или их общее соединение с землёй;
• трёхфазное — наблюдается в сетях 380 вольт при соединении трёх фаз.

Следует отметить, что КЗ возникнет лишь в том случае, если соединение будет иметь наименьшее сопротивление на замкнутом участке цепи, чем предусмотренное нормальным режимом работы. Определяется же он согласно ГОСТ и правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

Измерение тока КЗ

Расчёт КЗ необходим для правильного подбора устройств, способных защищать цепи от этого явления, поэтому крайне важно знать, до какой величины может подняться ток при замыкании в определённой точке. Выполнение работ предполагает определение сопротивления линии от места измерений до трансформаторной подстанции. Затем по результатам выполняется расчёт токов трёхфазного КЗ или однофазного, в зависимости от типа используемой электролинии.

При возникновении аварийной ситуации замыкания фазы на фазу или на корпус фактически появляется новая электрическая цепь — «петля» короткого замыкания. Есть несколько способов, с помощью которых можно определить величину сопротивления линии КЗ:

• метод вычисления напряжения в обесточенной цепи;
• способ определения падения разности потенциалов на нагрузочном импедансе;
• измерение полного сопротивления цепи.

Посчитать импеданс петли можно, создав искусственное короткое замыкание. Для этого используют специальные приборы. Они позволяют сначала измерить напряжение без подключённой нагрузки, а затем при включении малоомного резистора (до 10 Ом) в течение короткого времени (порядка 10 миллисекунд).

Полное сопротивление линии состоит из активной и реактивной составляющей. Расчёт выполняют по формуле: Z = √ (R² + (Xl + Xc)²). Чтобы рассчитать импеданс линии, состоящей из множества элементов, используют эквивалентную схему, состоящую из резисторов. Все данные трансформаторов, линий, различных электрических компонентов, необходимые для расчётов, приведены в справочных таблицах. Выполняя приведение, получают простую схему, состоящую из двух сопротивлений — активного и реактивного.

Выполнять можно расчёт токов КЗ в именованных единицах и относительных. Для нахождения номинальных параметров системы применяют стандартные формулы: Zn = U / P и I = P / √ (3 * U). Связь между единицами можно установить, выразив параметры через базисные значения. Z = Zn * (Un ²/Sn). При упрощённых вычислениях принято делать расчёт токов КЗ в относительных единицах.

Явления при замыкании

Как оказалось, ток короткого замыкания непостоянен во времени. Существует 2 понятия, описывающие процесс становления ТКЗ: ударный ток и установившийся. Они определяют поведение протекания процесса. Ударный возникает в первый момент времени при замыкании проводников. Он представляет собой импульс с максимальной амплитудой. Затем сила тока спадает, её значение становится постоянным. При расчётах процесс представляют суммой двух коэффициентов: апериодическим и периодическим. То есть считают, что ток постоянен на всём протяжении времени.

Если рассмотреть эквивалентную схему, становится понятным, почему при КЗ происходит просадка напряжения в сети. Ток, проходя через все элементы, которые находятся между ним и источником, вызывает потери. В точке КЗ напряжение становится минимальным, а во всей сети резко уменьшается. Причём чем дальше находится генератор, тем снижение весомее.

Это явление опасно тем, что на шинах генераторного напряжения происходит перевозбуждение обмоток. В них возникает большой нагрев, что в итоге приводит к пробою. Причём он часто сопровождается появлением искры. Чем дальше возникает КЗ от электростанции, тем его значение меньше. Если в высоковольтных цепях происходит существенное выделение тепла и возникновение искр, ближе к потребителю обычно возникает только дуга или маленькая вспышка. С другой стороны, на этом явлении построена работа аналогового сварочного трансформатора.

Однако методика вычисления остаётся неизменной. Но вместе с этим, чтобы точно убедиться, насколько правильно выбран автоматический предохранитель от КЗ, выполняют измерение сопротивление петли фаза-ноль. Считается, что безопасность выполнима, если измерения удовлетворяют следующему неравенству: Z ≤ 2 * U 0 / 3 * Ia, где:

• Z — измеренное значение петли в омах;
• U0 — напряжение фазы в вольтах;
• I0 — ток срабатывания автомата в соответствии с условиями, приведёнными в ГОСТ 50571 .16−99.

Вычисления можно выполнить и на так называемых онлайн-калькуляторах. Найти с их использованием ТКЗ не представляет трудностей даже человеку, слабо разбирающемуся в процессах, возникающих при замыкании.

Чтобы определить, чему он будет равен, нужно на сайте заполнить предлагающиеся графы и нажать кнопку «Расчёт». Через несколько секунд результат будет выведен на экран.

Содержание:

1. Введение
2. Основные понятия и принцип расчета
3. Методика расчета тока кз
4. Пример расчета тока кз

1. Введение

В соответствии с пунктом 3.1.8. ПУЭ электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения при этом указано что защита должна проверяться по отношению наименьшего расчетного тока короткого замыкания (далее — тока КЗ) к номинальному току плавкой вставки предохранителя или расцепителя автоматического выключателя. (Подробнее о выборе защиты от токов короткого замыкания читайте статью: Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты)

В сетях 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью наименьшим током КЗ является ток однофазного короткого замыкания методика расчета которого и приведена в данной статье.

1. Основные понятия и принцип расчета

Сама формула расчета тока короткого замыкания проста, она выходит из закона ома для полной цепи и имеет следующий вид:

I_кз=U_ф/Z_ф-о

где:

• U_ф — фазное напряжение сети (230 Вольт);
• Z_ф-о — полное сопротивление петли (цепи) фаза-нуль в Омах.

Что такое петля фаза-нуль (фаза-ноль)? Это электрическая цепь состоящая из фазного и нулевого проводников, а так же обмотки трансформатора к которым они подключены.

В свою очередь сопротивление данной электрической цепи и называется сопротивлением петли фаза нуль.

Как известно есть три типа сопротивлений: активное (R), реактивное (X) и полное (Z). Для расчета тока короткого замыкания необходимо использовать полное сопротивление определить которое можно из треугольника сопротивлений:

Примечание: Сумма полных сопротивлений нулевого и фазного проводников называется полным сопротивлением питающей линии.

Рассчитать точное сопротивление петли фаза-нуль довольно сложно, т.к. на ее сопротивление влияет множество различных факторов, начиная с переходных сопротивлений контактных соединений и сопротивлений внутренних элементов аппаратов защиты, заканчивая температурой окружающей среды. Поэтому для практических расчетов используются упрощенные методики расчета токов КЗ одна из которых и приведена ниже.

Справочно: Расчетным путем ток короткого замыкания определяется, как правило, только для новых и реконструируемых электроустановок на этапе проектирования электрической сети и выбора аппаратов ее защиты. В действующих электроустановках наиболее целесообразно определять ток короткого замыкания путем проведения соответствующих измерений (путем непосредственного измерения тока КЗ, либо путем косвенного измерения, т.е. измерения сопротивления петли-фаза-нуль и последующего расчета тока КЗ).

1. Методика расчета тока кз

1) Определяем полное сопротивление питающей линии до точки короткого замыкания:

Z_л = √(R²_л+X²_л), Ом

где:

• R_л — Активное сопротивление линии, Ом;
• X_л — Реактивное сопротивление линии, Ом;

Примечание: Расчет производится для каждого участка линии с различным сечением и/или материалом проводника, с последующим суммированием сопротивлений всех участков (Z_пл=Z_л1+Z_л2+…+Z_лn).

Активное сопротивление линии определяется по формуле:

R_л =L_фо*p/S, Ом

где:

• L_фо — Сумма длин фазного и нулевого проводника линии, м;
• p — Удельное сопротивление проводника (для алюминия — 0,028, для меди – 0,0175), Ом* мм²/м;
• S — Сечение проводника, мм².

Примечание: формула приведена с учетом, что сечения и материал фазного и нулевого проводников линии одинаковы, в противном случае расчет необходимо выполнять по данной формуле для каждого из проводников индивидуально с последующим суммированием их сопротивлений.

Реактивное сопротивление линии определяется по формуле:

Х_л =L_фо*0,6/1000, Ом

2) Определяем сопротивление питающего трансформатора

Сопротивление трансформатора зависит от множества факторов, таких как мощность, конструкция трансформатора и главным образом схема соединения его обмоток. Для упрощенного расчета сопротивление трансформатора при однофазном кз (Z_тр(1)) можно принять из следующей таблицы:

3) Рассчитываем ток короткого замыкания

Ток однофазного короткого замыкания определяем по следующей формуле:

I_кз=U_ф/(Z_тр(1)+Z_пл), Ампер

где:

• U_ф — Фазное напряжение сети в Вольтах (для сетей 0,4кВ принимается равным 230 Вольт);
• Z_тр(1) — Сопротивление питающего трансформатора при однофазном кз в Омах (из таблицы выше);
• Zпл — Полное сопротивление питающей линии (цепи фаза-ноль) от питающего трансформатора до точки короткого замыкания в Омах.

1. Пример расчета тока кз

Для примера возьмем следующую упрощенную однолинейную схему:

1. Определяем полное сопротивление питающей линии до точки короткого замыкания

Как видно из схемы всего имеется три участка сети, расчет сопротивления необходимо производить для каждого в отдельности, после чего сложить рассчитанные сопротивления всех участков.

• Участок 1

R_л1 =L_фо*p/S=150*0,028/35=0,12 Ом

Х_л1 =L_фо*0,6/1000=150*0,6/1000=0,09 Ом

Z_л1 = √(R²_л+X²_л)=√(0,12²+0,09²)=0,15 Ом

• Участок 2

R_л2 =L_фо*p/S=20*0,028/16=0,035 Ом

Х_л2 =L_фо*0,6/1000=20*0,6/1000=0,012 Ом

Z_л2 = √(R²_л+X²_л)=√(0,035²+0,012²)=0,037 Ом

• Участок 3

R_л3 =L_фо*p/S=40*0,0175/2,5=0,28 Ом

Х_л3 =L_фо*0,6/1000=40*0,6/1000=0,024 Ом

Z_л3 = √(R²_л+X²_л)=√(0,28²+0,024²)=0,281 Ом

Таким образом полное сопротивление питающей линии (цепи фаза-ноль) от питающего трансформатора до точки кз составит:

Z_пл=Z_л1 +Z_л2 +Z_л3 =0,15+0,037+0,281=0,468 Ом

1. Определяем сопротивление трансформатора

Как видно из схемы источником питания является трансформатор на 160 кВА, со схемой соединения обмоток «звезда — звезда с выведенной нейтралью». Определяем сопротивление трансформатора по таблице выше:

Z_тр(1)=0,16 Ом

1. Рассчитываем ток короткого замыкания

I_кз=U_ф/(Z_тр(1)+Z_пл)=230/(0,16+0,468)=366 Ампер

---

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

↑ Наверх