Při navrhování jakéhokoli energetického systému používají speciálně vyškolení elektrotechnici technické příručky, tabulky, grafy a počítačové programy, aby jej analyzovali pro provoz obvodu v různých režimech, včetně:
2. jmenovité zatížení;
3. mimořádné události.
Zvláště nebezpečný je 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 vstupního napětí náhodně zapojeny elektrické odpory zlomků ohmů.
Takové režimy se nazývají zkratové proudy nebo zkraty. Vyskytují se, když:
poruchy v provozu automatizace a ochrany;
chyby servisního personálu;
poškození zařízení v důsledku technického stárnutí;
přírodní dopady přírodních jevů;
sabotáž nebo vandalismus.
Zkratové proudy ve své velikosti výrazně převyšují jmenovité zátěže, pro které je elektrický obvod vytvořen. Proto jednoduše vypálí slabá místa ve vybavení, zničí je, způsobí požáry.
Kromě tepelné destrukce mají také dynamický efekt. Jeho projev je dobře vidět na videu:
Aby se vyloučil vývoj takových havárií během provozu, začínají se jimi zabývat již ve fázi vytváření projektu 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 případných zkratů jsou vypočteny teoretickými metodami s různou přesností, přijatelnou pro spolehlivou tvorbu ochran.
Jaké elektrické procesy jsou základem pro výpočet zkratových proudů
Nejprve se zaměříme na skutečnost, že jakýkoli typ použitého napětí, včetně stejnosměrného, střídavého sinusového, pulzního nebo jakéhokoli jiného náhodného, vytváří poruchové proudy, které opakují obraz této formy nebo jej mění v závislosti na použitém odporu a působení vedlejší faktory. To vše musí projektanti předvídat a vzít v úvahu ve svých výpočtech.
Posouzení výskytu a působení zkratových proudů umožňuje provádět:
velikost výkonové charakteristiky výkonu aplikovaného ze zdroje napětí;
struktura použitého elektrického obvodu elektroinstalace;
hodnota impedance aplikovaná na zdroj.
Fungování Ohmova zákona
Základem pro výpočet zkratů je princip, který určuje, že proudovou sílu lze vypočítat z velikosti přiloženého napětí, pokud je děleno hodnotou připojeného odporu.
Platí také pro výpočet jmenovitých zatížení. Jediný rozdíl je v tom, že:
při optimálním provozu elektrického obvodu se napětí a odpor prakticky stabilizují a mírně se mění v rámci pracovních technických norem;
v případě nehod probíhá proces spontánně náhodně. Lze to však předvídat, vypočítat pomocí vyvinutých metod.
Napájení zdroje napětí
S jeho pomocí se vyhodnocuje energetická možnost výkonu destruktivní práce zkratovými proudy, doba jejich toku a analyzuje se velikost.
Vezměme si 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 chvíli byl vložen do fáze a nulové kontakty 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 budou fungovat automatické ochrany. Předpokládejme, že jsou všechny vadné a zaseknuté. Poté zkratový proud projde domovní elektroinstalací, dostane se na vstupní stínění do bytu, vchodu, budovy a kabelem nebo nadzemním vedením se dostane do napájecí trafostanice.
V důsledku toho je k vinutí transformátoru připojen poměrně rozšířený obvod s velkým počtem vodičů, kabelů a jejich spojů. Výrazně zvýší elektrický odpor našeho zkratu. Ale i v tomto případě je velká pravděpodobnost, že nevydrží aplikovaný výkon a prostě shoří.
Konfigurace zapojení
Při napájení spotřebitelů je na ně napětí aplikováno různými způsoby, například:
přes potenciály kladných a záporných svorek zdroje konstantního napětí;
fáze a nula jednofázové domácí sítě 220 voltů;
třífázový obvod 0,4 kV.
V každém z těchto případů může na různých místech dojít k poruchám izolace, což povede k tomu, že jimi budou protékat zkratové proudy. Pouze u třífázového střídavého obvodu jsou možné zkraty mezi:
všechny tři fáze současně – nazývá se třífázový;
libovolné dvě fáze mezi sebou – mezifáze;
libovolná fáze a nula – jednofázová;
fáze a země – jednofázové vůči zemi;
dvě fáze a země – dvoufázové vůči zemi;
tři fáze a země – třífázové vůči zemi.
Při vytváření projektu napájení zařízení je třeba vypočítat a vzít v úvahu všechny tyto režimy.
Vliv elektrického odporu obvodu
Délka vedení od zdroje napětí k místu vzniku zkratu má určitý elektrický odpor. Jeho hodnota omezuje zkratové proudy. Přítomnost vinutí transformátoru, tlumivek, cívek, kondenzátorových desek přidává indukční a kapacitní odpory, které tvoří aperiodické složky, které zkreslují symetrický tvar hlavních harmonických.
Stávající metody výpočtu zkratových proudů umožňují jejich výpočet s dostatečnou přesností pro praxi pomocí předem připravených informací. Skutečný elektrický odpor již sestaveného obvodu lze měřit metodou fázově nulové smyčky. Umožňuje zpřesnit výpočet, provést úpravy výběru ochrany.
Základní podklady pro výpočet zkratových proudů
1. Metodika výpočtu zkratových proudů
Dobře je to popsáno v knize A. V. Belyaeva „Volba zařízení, ochrany a kabelů v sítích 0,4 kV“, vydané nakladatelstvím Energoatomizdat v roce 1988. Informace zabírají 171 stran.
posloupnost výpočtu zkratových proudů;
zohlednění účinku elektrického oblouku omezujícího proud v místě poškození;
zásady pro výběr ochranných prostředků podle hodnot vypočtených proudů.
Kniha obsahuje základní informace o:
automatické spínače a pojistky s analýzou charakteristik jejich ochranných vlastností;
výběr kabelů a vybavení, včetně instalací pro ochranu elektromotorů, výkonových agregátů, vstupních zařízení generátorů a transformátorů;
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 symetrických a asymetrických režimů v elektrických instalacích s napětím do a nad 1 kV;
metody kontroly elektrických přístrojů a vodičů na tepelný a elektrodynamický odpor;
metody testování spínací kapacity elektrických přístrojů.
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. Je v platnosti od 1. ledna 1995 na území Běloruska a Kyrgyzstánu. Moldavsko, Rusko, Tádžikistán, Turkmenistán a Ukrajina.
Státní norma definuje obecné metody výpočtu zkratových proudů v počátečním a libovolném časovém okamžiku pro elektrické instalace se synchronními a asynchronními stroji, reaktory a transformátory, nadzemní a kabelová elektrická vedení, sběrnicové kanály, uzly složité komplexní zátěže.
Technické normy pro projektování elektrických instalací jsou stanoveny aktuálními státními normami a schváleny Mezistátní radou pro normalizaci, metrologii, certifikaci.
Stáhnout GOST 28249-93 (2003). Zkraty v elektrických instalacích. Metody výpočtu ve střídavých elektrických instalacích s napětím do 1 kV naleznete zde: GOST pro výpočet zkratových proudů
Sled akcí projektanta pro výpočet zkratových proudů
Nejprve byste měli připravit informace potřebné pro analýzu a poté provést výpočet. Po instalaci zařízení do procesu jeho uvedení do provozu a za provozu se kontroluje správnost výběru a provozuschopnosti ochran.
Sběr počátečních dat
Jakékoli schéma lze zredukovat na zjednodušenou formu, pokud se skládá ze dvou částí:
1. zdroj napětí. Pro síť 0,4 kV hraje jeho roli sekundární vinutí výkonového transformátoru;
2. Napájecí vedení.
Pod nimi se shromažďují potřebné charakteristiky.
Údaje transformátoru pro výpočet zkratových proudů
velikost zkratového napětí (%) – Ukz;
zkratové ztráty (kW) – Pk;
jmenovitá napětí na vinutí vysoké a nízké strany (kV. V) – Uvn, Unn;
fázové napětí na spodním vinutí (V) – Eph;
jmenovitý výkon (kVA) – Snt;
impedanční proud jednofázový zkrat (mOhm) – Zt.
Data napájecího vedení pro výpočet zkratových proudů
značky a počet kabelů s uvedením materiálu a průřezu žil;
celková délka trasy (m) – L;
indukční odpor (mOhm/m) — X0;
impedance pro smyčku fáze-nula (mΩ / m) – Zpt.
Tyto informace pro transformátor a vedení jsou soustředěny v adresářích. Berou také koeficient šoku Kud.
Sekvence výpočtu
Podle zjištěných charakteristik jsou vypočteny pro:
transformátor – činný a indukční odpor (mΩ) – Rt, Xt;
vedení – aktivní, indukční a impedanční (mOhm).
Tyto údaje umožňují vypočítat celkový aktivní a indukční odpor (mΩ). A na jejich základě můžete určit impedanci obvodu (mΩ) a proudy:
třífázový obvod a výboj (kA);
jednofázový zkrat (kA).
Podle hodnot posledních vypočtených proudů se vybírají jističe a další ochranná zařízení pro spotřebitele.
Konstruktéři mohou vypočítat zkratové proudy ručně pomocí vzorců, referenčních tabulek a grafů nebo pomocí speciálních počítačových programů.
Na skutečných energetických zařízeních uváděných do provozu jsou všechny proudy včetně jmenovitých a zkratů zaznamenávány automatickými osciloskopy.
Tyto oscilogramy umožňují analyzovat průběh nouzových režimů, správnou činnost energetických zařízení a ochranných zařízení. Podle nich jsou přijímána účinná opatření ke zlepšení spolehlivosti provozu spotřebitelů elektrického obvodu.
Doufám, že vám tento článek pomohl. Podívejte se také na další články z kategorie Elektrická energie doma a v práci » Pomoc začínajícím elektrikářům
V tomto článku budu uvažovat příklad výpočtu proudu jednofázového zkratu (SC) použití v první variantě referenčních tabulek uvedených v [L1] a ve druhé variantě referenčních tabulek z [L2].
S metodami pro stanovení velikosti proudu jednofázového zkratu a s referenčními tabulkami pro všechny prvky zkratovaného obvodu viz článek: “Výpočet jednofázových zkratových proudů při napájení ze sítě .”
- olejový transformátor s napětím 6 / 0,4 kV, výkonem 1000 kVA se schématem zapojení vinutí – Y / Yo.
- z transformátoru do ASU je použit kabel zn. AASHVU 3×95 o délce 120m.
- Od ASU k motoru se používá kabel AAShvU 3×95 + 1×35 o délce 150 m.
Obr.1 – Výpočtové schéma sítě el. motor
1. Výpočet proudu jednofázového zkratu bude proveden podle vzorce přibližné metody s vysokým výkonem napájecí soustavy (Xc < 0,1Xm) [L1, str. 4 a L2, str 39]:
- Uf – fázové napětí sítě, V;
- Zt je celkový odpor transformátoru proti proudu jednofázového zkratu do pouzdra, Ohm;
- Zpt je impedance smyčky fáze-nula z transformátoru do bodu zkratu, Ohm.
2. Podle tabulky 2 [L1, str. 6] určíme odpor transformátoru při sekundárním napětí 400/230 V, Zt / 3 = 0,027 Ohm.
3. Impedanci obvodu fáze-nula pro úsek od tr-ra do bodu zkratu určíme podle vzorce 2-27 [L2, str. 40]:
- Zpt.sp.1 = 0,729 Ohm/km – celkový měrný odpor smyčky fáze-nula pro kabel AASHvU 3×95, je určen podle tabulky 12 [L1, str. 16];
- l1 = 0,120 km – délka úseku č.1.
- Zpt.sp.2 = 0,661 Ohm/km – celkový odpor smyčky fáze-nula pro kabel značky AASHvU 3×95 + 1×35, je určen podle tabulky 13 [L1, str. 16];
- l2 = 0,150 km – délka úseku č.2.
4. Určete proud jednofázového zkratu:
Upozorňuji na skutečnost, že při určování velikosti proudu jednofázového zkratu přibližnou metodou se při této metodě nebere v úvahu odpor kontaktů pneumatik, zařízení, proudových transformátorů, protože aritmetický součet Zt / 3 a Zpt vytváří určitou rezervu [L2, s. 40].
Stanovme proud jednofázového zkratu podle referenčních tabulek z [L2].
1. Podle tabulky 2.4 [L2, str. 29] určíme odpor transformátoru Zt / 3 = 33,6 mOhm.
2. Impedanci obvodu fáze-nula pro úsek od tr-ra do bodu zkratu určíme podle vzorce 2-27 [L2, str. 40]:
- Zpt.sp.1 u0,83d 3 mOhm / m – celkový odpor smyčky fáze-nula pro kabel značky AASHvU 95×2.11, je určen podle tabulky 2 [L41, str. XNUMX];
- l1 u120d 1 m – délka úseku č. XNUMX.
- Zpt.sp.2 u1,45d 3 mOhm / m – celkový odpor smyčky fáze-nula pro kabel značky AASHvU 95×1 + 35×2.10, je určen podle tabulky 2 [L41, str. XNUMX].
Upozorňuji na skutečnost, že v této tabulce je hodnota Zpt.ud. udává se pro kabely bez ohledu na materiál pláště kabelu.
Pokud se podíváte na [L1, str. 16], tak v tabulce 13 pro 4žilové kabely s hliníkovým pláštěm 3×95 + 1×35, Zpt.ud. u0,661d 2 mΩ/m. Přijímám Zpt.ud.1,45 u1d 2 mOhm / m, abych jasně viděl, jak moc se bude hodnota jednofázového zkratového proudu lišit od výpočtu podle “Možnosti I”. V praxi je lepší kombinovat referenční tabulky z [LXNUMX a LXNUMX].
3. Určete proud jednofázového zkratu:
Jak je vidět z výsledků výpočtu (varianta I: Ik = 1028 A; varianta II: Ik = 627 A), získané hodnoty jednofázového zkratového proudu jsou téměř 2krát odlišné. Podle kterých referenčních tabulek pro výpočet proudu jednofázového zkratu se rozhodněte sami, v každém případě se jedná o přibližnou metodu, pokud tedy potřebujete přesné hodnoty proudu jednofázového zkratu obvodu, měli byste vypočítat podle vzorce uvedeného v GOST 28249-93.
1. Doporučení pro výpočet odporu obvodu “fáze-nula”. Glavelektromontazh. 1986
2. Beljajev A.V. Výběr zařízení, ochran a kabelů v síti 0,4 kV. Tutorial. 2008
