Меню

Как найти ток короткого замыкания в цепи постоянного тока

Как найти ток короткого замыкания в цепи постоянного тока

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

КОРОTКИЕ ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

Методика расчета в электроустановках постоянного тока

Short-circuits in electrical installations.
Calculation methods in d. c. electrical equipment

Дата введения 1992-07-01

1. РАЗРАБОТАН и ВНЕСЕН Техническим комитетом 117 «Энергоснабжение»

Л.Г.Мамиконянц, д-р техн. наук; Б.Н.Неклепаев, д-р техн. наук (руководители темы); А.В.Клименко, д-р техн. наук; И.П.Крючков, канд. техн. наук; Ю.Н.Львов, канд. техн. наук; Ю.П.Кузнецов, канд. техн. наук; В.В.Жуков, канд. техн. наук

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Комитета стандартизации и метрологии СССР от 19.12.91 N 2000

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Настоящий стандарт распространяется на электроустановки постоянного тока, в которых источниками энергии постоянного тока (преобразователями) являются:

— свинцово-кислотные аккумуляторные батареи;

— машины постоянного тока параллельного возбуждения;

— трехфазные вентильные полупроводниковые выпрямители, выполненные по схеме две обратные звезды с уравнительным реактором;

— трехфазные вентильные полупроводниковые выпрямители, выполненные по симметричной мостовой схеме.

Стандарт не распространяется на электроустановки постоянного тока напряжением выше ±750 кВ.

Стандарт не регламентирует:

— методику расчета токов при внутренних повреждениях в источниках энергии постоянного тока (преобразователях) (при замыкании пластин в аккумуляторах, при замыкании витков и секций обмоток в машинах постоянного тока, при пробоях вентилей в преобразователях);

— методику расчета токов КЗ, учитывающую развитие аварии (КЗ в сети постоянного тока и внутреннее повреждение);

— методику расчета токов КЗ при сложных видах повреждений в сети постоянного тока (КЗ полюсных проводов отжиг провода замыкание провода на землю);

— методику расчета токов КЗ, учитывающую взаимное влияние через общую ветвь тока источников (преобразователей) постоянного тока разных видов (типов);

— методику расчета токов КЗ, учитывающую электромеханические переходные режимы электрических машин;

— методику расчета токов КЗ, учитывающую распределенность параметров длинных линий постоянного тока;

— методику расчета токов КЗ в специальных установках (автономные системы, установки постоянного тока подвижного состава);

— методику расчета токов КЗ в каналах МГД-установок;

— методику расчета токов КЗ с учетом нелинейностей электрических характеристик машин постоянного тока, токоограничивающих и сглаживающих реакторов.

Все требования стандарта являются обязательными.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.1. Настоящий стандарт устанавливает общую методику расчета токов КЗ в электроустановках постоянного тока в начальный и произвольный моменты времени, необходимых для выбора электрооборудования и проверки его по условиям КЗ, для выбора уставок и оценки действия защит и автоматики, для расчета заземляющих устройств.

1.1.2. Стандарт устанавливает методику расчетов токов при замыкании полюсов сети постоянного тока, а также при замыкании полюса на землю (корпус) заземленной сети.

1.1.3. Величины, подлежащие определению, и допустимая погрешность расчетов токов КЗ определяются указанными в п.1.1.1 целями. Для выбора электрооборудования и защит допускаются приближенные методы расчета. Определению подлежат:

— значение тока КЗ в цепях постоянного тока в произвольный момент времени;

— максимальное (пиковое) значение тока КЗ в цепях постоянного тока;

— ударный ток КЗ в цепях переменного тока вентильных преобразователей (при трех- и двухфазных КЗ в вентильных обмотках преобразовательных трансформаторов);

— максимальное значение установившегося тока КЗ в цепях постоянного тока вентильных преобразователей;

— минимальное значение установившегося тока КЗ в цепях постоянного тока вентильных преобразователей.

1.2. Исходные данные

1.2.1. Для расчета токов КЗ в электроустановках постоянного тока необходимы достоверные данные о параметрах используемого электрооборудования.

1.2.2. Приведенные ниже расчетные методики устанавливают связь параметров электрооборудования с параметрами эквивалентных схем замещения, позволяющую учесть его основные характеристики.

1.3. Схемы замещения

1.3.1. Электрооборудование установок постоянного тока в схемах замещения, соответствующих расчетным схемам, следует учитывать элементами с сосредоточенными параметрами.

1.3.2. Все элементы схемы замещения, кроме элемента, замещающего электрическую дугу, допустимо считать обладающими линейными характеристиками, т.е. их самоиндуктивность и взаимоиндуктивность, коэффициент магнитного рассеяния, а также электрическое сопротивление постоянному и переменному току принимать неизменными, не зависящими от значения тока и напряжения.

1.4. Параметры схем замещения

1.4.1. Параметры схем замещения могут быть выражены как в именованных, так и в относительных единицах. Предпочтительно использование системы именованных единиц.

1.4.2. Параметры элементов схемы замещения следует относить к ступени напряжения сети постоянного тока.

1.4.3. При расчетах токов КЗ в электроустановках, в которых источниками энергии (преобразователями) являются трехфазные вентильные выпрямители, составление схем замещения трехфазных цепей переменного тока, а также определение параметров различных элементов и приведение их к одной ступени напряжения следует производить в соответствии с ГОСТ 27514.

При упрощенных расчетах допустимо источники энергии (преобразователи) в схемах замещения представлять эквивалентными параметрами, косвенно учитывающими параметры схемы и режима питающей сети переменного тока.

1.5. Использование ЭВМ

1.5.1. ЭВМ рекомендуется использовать при массовых расчетах токов КЗ для оценки аварийных режимов оборудования электроустановок постоянного тока, а также при расчетах переходных режимов регулируемых вентильных преобразователей, в частности, преобразователей электропередач или вставок постоянного тока.

2. РАСЧЕТ ТОКОВ КЗ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ, ПОЛУЧАЮЩИХ ПИТАНИЕ ОТ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

2.1. Исходные данные для расчета и их условные обозначения

2.1.1. Геометрические параметры пластин свинцового аккумулятора:

— высота электродных пластин, м;

— длина электродных пластин, м;

— расстояние между электродными пластинами,

2.1.2. Число элементов аккумуляторной батареи:

— число последовательно соединенных элементов;

— число параллельно соединенных элементов.

2.1.3. Начальные параметры:

— начальная относительная плотность электролита;

— начальное сопротивление электролита, Ом;

— начальное сопротивление положительной пластины, Ом;

— начальное сопротивление сепаратора, Ом.

2.1.4. Электрохимические константы:

— коэффициент диффузии ионов , ;

— положительная константа, характеризующая интенсивность электродных реакций, ;

— удельная электропроводность электролита, ;

— положительная и отрицательная константы, определяемые при аппроксимации уравнений Нернста, В/(

2.1.5. Расчетные значения параметров аккумулятора СК-1 и значения электрохимических констант свинцово-кислотных аккумуляторов приведены в приложении 1.

2.1.6. Определяемые параметры (промежуточные), используемые при расчетах:

— константа, характеризующая удельное сопротивление электролита при заданной концентрации и температуре, Ом/м;

— обратимая ЭДС аккумулятора, В;

— ЭДС поляризации аккумулятора, В;

— внутренняя ЭДС аккумулятора, находящегося в режиме кратковременного разряда большим током, В;

графически определяют как точку пересечения спрямленной вольт-амперной характеристики с осью ординат;

— внутреннее сопротивление аккумулятора, Ом.

Источник

Короткое замыкание

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

короткое замыкание определение

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.

Читайте также:  Определите сопротивление проводника если при напряжении 10 в сила тока в нем равна 2

Как образуется короткое замыкание

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

закон Ома формула

I – сила тока в цепи, А

U – напряжение, В

R – сопротивление, Ом

Давайте рассмотрим вот такую схему

Короткое замыкание

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

Короткое замыкание

Что будет дальше, если мы замкнем контакты ключа SA?

короткое замыкание

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:

Короткое замыкание

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

закон джоуля ленца формула

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

I – сила тока в этой цепи, А

Rн – сопротивление нагрузки, Ом

t – период времени, в течение которого происходит выделение теплоты на нагрузке Rн , 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.

короткое замыкание сварочный ток

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

ток короткого замыкания

Iкз – это ток короткого замыкания, А

E – ЭДС источника питания, В

Rвнутр. – 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

короткое замыкание источник ЭДС

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 Rвнутр = 0,1 Ом. Тогда ток короткого замыкания будет равен Iкз =E/Rвнутр. = 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.

короткое замыкание сгорел автомобиль

В цепи переменного тока

Трехфазное замыкание

короткое замыкание трехфазное

Это когда три фазных провода коротнули между собой.

Трехфазное на землю

короткое замыкание на землю

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

Двухфазное

короткое замыкание двухфазное

В этом случае любые две фазы замкнуты между собой

Двухфазное на землю

короткое замыкание двухфазное на землю

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

Однофазное на землю

короткое замыкание однофазное на землю

Однофазное на ноль

короткое замыкание фаза 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.

Читайте также:  General lighting systems драйвер постоянного тока

последствия короткого замыкания

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

стеклянный предохранитель

вот такие плавкие предохранители вы можете увидеть в автомобилях

автомобильный предохранитель

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

промышленный плавкий предохранитель

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

однофазный автомат трехфазный автомат

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.

Источник



Что такое ток короткого замыкания?

Ток короткого замыкания (short-circuit current) — это сверхток в электрической цепи при коротком замыкании (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013). В некоторой нормативной документации используется сокращение «ток КЗ».

Харечко Ю.В. конкретизировал понятие «ток короткого замыкания» следующим образом [2]:

« Ток короткого замыкания представляет собой одну из разновидностей сверхтока. В отличие от тока перегрузки ток короткого замыкания обычно возникает в условиях повреждений, когда повреждается изоляция каких-либо проводящих частей, находящихся под разными электрическими потенциалами, и между ними возникает электрический контакт с пренебрежимо малым полным сопротивлением. В условиях повреждений также возможно замыкание частей, находящихся под напряжением, на открытые и сторонние проводящие части, которые в электроустановках зданий с типами заземления системы TN-S, TN-C-S и TN-C имеют электрическую связь с заземленной нейтралью источника питания. »

« Токи замыкания на землю в системах TN, протекающие по фазным проводникам и защитным или PEN-проводникам, будут сопоставимы с токами однофазных коротких замыканий, которые протекают по фазным проводникам и нейтральным или PEN-проводникам. »

Ток короткого замыкания может также возникнуть в нормальных условиях, когда отсутствуют повреждения, из-за ошибочного соединения проводящих частей с разными электрическими потенциалами, допущенного при монтаже и эксплуатации электроустановки здания. Если ошибочно выполнено электрическое соединение, например, фазного и нейтрального проводников какой-то электрической цепи, то при ее включении по обоим проводникам будет протекать ток однофазного короткого замыкания.

Особенности.

В своей книге [2] Харечко Ю.В. также отразил некоторые особенности, которые касаются понятия «ток короткого замыкания»:

« Величина тока короткого замыкания может многократно (на несколько порядков) превышать значение тока перегрузки и тем более значение номинального тока. Даже кратковременное его воздействие на какие-либо элементы электроустановки зданий может вызвать их механическое повреждение, перегрев, возгорание и, как следствие, явиться причиной пожара в здании. Поэтому электрооборудование в электроустановках зданий, прежде всего – проводники электрических цепей, должно быть надежно защищено от токов короткого замыкания с помощью устройств защиты от сверхтока – автоматических выключателей и плавких предохранителей. »

« Токи короткого замыкания определяют при проектировании электроустановок зданий и учитывают при выборе характеристик электрооборудования. Максимальные токи короткого замыкания всегда соотносят с предельными сверхтоками, которые способны отключить коммутационные устройства и устройства защиты от сверхтока, а также могут пропустить через себя некоторые виды электрооборудования. Минимальные токи короткого замыкания используют для проверки способности устройств защиты от сверхтока выполнить их отключение в течение нормируемого или предпочтительного промежутка времени. »

О методике расчета токов короткого замыкания.

Методики расчета токов короткого замыкания изложены в ГОСТ 28249-93, в стандартах и технических отчетах комплекса МЭК 60909. ГОСТ 28249-93 распространяется на трехфазные электроустановки переменного тока напряжением до 1 кВ, присоединенные к энергосистеме или к автономным источникам электрической энергии. Стандарт устанавливает общую методику расчета токов симметричных и несимметричных коротких замыканий в начальный и произвольный моменты времени с учетом параметров синхронных и асинхронных машин, трансформаторов, реакторов, кабельных и воздушных линий электропередачи, а также шинопроводов.

Комплекс МЭК 60909 применяют для расчета токов короткого замыкания в низковольтных и высоковольтных электроустановках переменного тока частотой 50 или 60 Гц. Однако, как указано в стандарте МЭК 60909-0, электрические системы с напряжением 550 кВ и более, имеющие протяженные линии электропередачи, требуют специального рассмотрения.

Источник

Особенности расчета тока КЗ в цепях постоянного тока

date image2014-02-09
views image6272

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

На промышленных предприятиях устройства постоянного тока существуют в виде сетей электроснабжения внутризаводского электрического транспорта и сетей электроустановок. Сети городского транспорта – 500 В, сети ж/д транспорта – 3 кВ. Процессы КЗ в сетях постоянного тока различного назначения на промышленных предприятиях принципиально одинаковы. Ограничимся рассмотрением явлений при КЗ и расчета токов КЗ в сетях внутризаводского электрического транспорта [20].

Токи КЗ в тяговых устройствах возникают так же, как и в установках переменного тока. Особенностью цепей постоянного тока является то, что ток КЗ, в отличие от цепей переменного тока, плавно возрастает, стремясь к установившемуся значению.

Рис. 11.2. Принципиальная схема питания внутризаводского электрического

транспорта и схема замещения для расчета тока КЗ:

1 – преобразовательная подстанция; 2 – питающий провод; 3 – отсасывающий провод;

4 – контактный провод; 5 – рельсы

Определение тока короткого замыкания

Ток КЗ, действующий в цепи между источником тока и местом, где возникло КЗ, по закону Ома:

Напряжение на шинах подстанции снижается с увеличением ее нагрузки, что вызывает снижение тока КЗ, для учета этого введем в схему замещения эквивалентное сопротивление , представляющее собой сумму сопротивлений питающих линий переменного тока и преобразовательных агрегатов (рис. 1):

где – сопротивление преобразовательных агрегатов,

– сопротивление питающих линий переменного тока

Если считать, что характеристика преобразовательных агрегатов прямолинейна, то:

где – отношение потерь напряжения в преобразовательном агрегате при номинальной нагрузке , к номинальному выпрямленному напряжению Uном;

Читайте также:  Ардуино уно управление двигателем постоянного тока

– число находящихся в работе преобразовательных агрегатов.

При повышении нагрузки увеличиваются потери напряжения в линиях переменного тока, вследствие чего снижается напряжение на шинах постоянного тока. Если обозначить через отношение потерь напряжения в линиях переменного тока при номинальной нагрузке к номинальному напряжению, то потери напряжений в питающей линии, приведенные к выпрямленному напряжению подстанции, будут равны . Заметим, что обычно kл

Из опыта эксплуатации известно, что короткое замыкание в цепях постоянного тока, если оно не подготовлено специально, является дуговым.

Параметры электрической дуги, возникающей при КЗ, зависят от конкретных условий появления и развития дугового КЗ. Характерной особенностью системы постоянного тока электростанций и подстанций является питание их от источников малой мощности, наличие довольно сложной конфигурации кабельных сетей и высокой насыщенности коммутационными и защитными аппаратами. Токи КЗ в этих установках не превышают значений 5–6 кА. [21].

В месте КЗ возникает дуга, сопротивление которой обусловливает потери напряжения , тогда напряжение, действующее в цепи КЗ:

Полное сопротивление цепи КЗ: ,

где − сопротивление питающего провода, Ом;

− сопротивление отсасывающего провода, Ом;

− удельное сопротивление контактной сети, Ом/км;

− удельное сопротивление рельсов, Ом/км;

− расстояние от подстанции до места КЗ, км;

Ток КЗ определяют по формуле:

1. При определении максимального тока КЗ допустимо не учитывать предварительную нагрузку подстанции и падения напряжения в дуге и на вентилях, а также принимать = 0.

2. При определении минимального тока КЗ предварительно следует сопротивления токоведущих частей привести к нормированной предельно допустимой температуре продолжительного режима.

При определении минимального значения тока КЗ необходимо учитывать увеличение активного сопротивления проводников от их нагрева током КЗ. Достоверные экспериментальные данные по эффекту увеличения сопротивления жил кабелей при КЗ показали, что активное сопротивление может увеличиться к моменту отключения КЗ в 2–3 раза в зависимости от условий КЗ [21].

В настоящее время для расчета токов КЗ и выбора аппаратов защиты в системе постоянного тока используется ГОСТ 29176−91 [6].

Источник

Как рассчитать ток короткого замыкания

Аварии в электрических сетях способны причинить серьезный вред не только оборудованию, но и обслуживающему персоналу. Наибольшие неприятности доставляют короткие замыкания, периодически возникающие в домашних сетях, в сложных схемах трансформаторных подстанций и электроустановок, питающих цепях, подключенных к мощному производственному оборудованию. В связи с этим, на стадии проектирования выполняется расчет токов короткого замыкания, позволяющий предотвратить возникновение аварийного режима, и не допустить серьезных негативных последствий.

  1. Для чего рассчитываются токи КЗ
  2. Исходные данные и критерии для расчетов
  3. Проведение расчетов
  4. Как вычислить ток при трехфазном замыкании
  5. Расчеты токов КЗ в однофазных сетях

Для чего рассчитываются токи КЗ

Проектируя энергетическую систему, инженеры пользуются различными компьютерными программами, справочниками, графиками и таблицами. С помощью этих средств анализируется работа схемы в режиме холостого хода, рассчитываются токи при номинальной нагрузке и в аварийных ситуациях.

Как рассчитать ток короткого замыкания

Особенно опасными считаются возможные аварии, при которых возникают неисправности, наносящие оборудованию непоправимый вред. Наиболее часто возникают ситуации, когда проводники с разными потенциалами начинают контактировать между собой, вызывая режим короткого замыкания трансформатора. При этом, токопроводящие детали и предметы, послужившие причиной замыкания, обладают минимальным электрическим сопротивлением.

Основным параметром такого режима является ток короткого замыкания. Его появление связано с несколькими причинами:

  • Нарушения работы защитных автоматических устройств.
  • Техническое старение оборудования, вызывающее повреждения изоляции и короткое замыкание.
  • Удары молний, вызывающие высокое напряжение и другие воздействия природной стихии.
  • Ошибки, допущенные обслуживающим персоналом, неспособным определить ток.

Каждая электрическая схема создается под определенную номинальную нагрузку. Ток КЗ многократно превышает ее, создает высокую температуру, выжигающую наиболее слабые места в сети и оборудовании. Все заканчивается возгоранием и полным разрушением. Одновременно элементы схемы подвергаются механическим воздействиям.

Во избежание подобных ситуаций в процессе эксплуатации, еще во время проектирования принимаются меры специального характера. В первую очередь выполняются теоретический расчет токов короткого замыкания, определяющие вероятность их появления и величину. Полученные данные применяются в дальнейшем проектировании, а также при подборе силового оборудования и элементов защиты. Степень точности расчетов может быть разной, в зависимости от уровня надежности создаваемой защиты.

Исходные данные и критерии для расчетов

Напряжение, используемое в сети, бывает постоянным, переменным, с импульсной, синусоидальной и другой конфигурацией. Аварийные токи, случайно созданные любым из этих напряжений, полностью повторяют начальную форму, которая может изменяться под действием сопротивления или других факторов.

В первую очередь учитывается закон Ома, определяемый формулой I = U/R. Его принципы совершенно одинаковы как для номинальных нагрузок, так и для аварийных ситуаций, с небольшими отличиями. В первом случае показатели напряжения и сопротивления находятся в стабильном состоянии, а их изменения не выходят за пределы нормативных данных. В аварийном режиме эти процессы проходят стихийно, под влиянием случайных факторов. Поэтому и требуется расчет тока по специальным методикам.

Не менее важны показатели мощности источника напряжения. Данный критерий позволяет сделать оценку и вычислить энергетические возможности для разрушений, причиняемых токами коротких замыканий. Одновременно определяется величина этих токов и продолжительность действия. Кроме того, учитывается протяженность электрической цепи, количество линий и подключенных потребителей, существенно повышающих сопротивление. Однако, при слишком большой мощности, даже самая надежная схема не выдержит нагрузки и сгорит.

Методы расчетов зависит от конфигурации конкретной электрической схемы. В первую очередь, это подводка питания, выполняемая разными способами. В бытовых сетях на 220 В обычно используется фаза и ноль, постоянное напряжение подается от плюсовой и минусовой клеммы источника, а трехфазный ток подается по отдельной схеме. Изоляция проводников и токоведущих частей может быть нарушена в любом из этих вариантов, и в поврежденных местах начнут протекать токи короткого замыкания.

Замыкание случается одновременно между тремя или двумя фазами, между фазой и нулем или землей, между двумя или тремя фазами и землей. Каждый из этих режимов учитывается при составлении проекта.

Большое значение имеет электрическое сопротивление цепи. Оно зависит от протяженности линии от источника питания, особенно постоянного, до точки КЗ, отсюда и его возможности по ограничению тока. К основному добавляются индуктивные и емкостные сопротивления, присутствующие в обмотках катушек, трансформаторов и в обкладках конденсаторов. Они участвуют в формировании апериодических составляющих, вносят изменения в основные параметры.

Проведение расчетов

Для выполнения расчетов трёхфазного и однофазного тока привлекаются квалифицированные специалисты. Они отвечают не только за математическую часть, но и за дальнейшее поведение рассчитанной схемы в условиях эксплуатации. Вычисления, сделанные в домашних условиях, требуют дополнительной проверки, чтобы исключить вероятность ошибок. До начала расчетов начинающие электрики должны изучить основные понятия электричества, свойства проводников и диэлектриков, роль и значение надежной изоляции.

Источник