Расчет токов короткого замыкания для начинающих электриков
При проектировании любой энергетической системы специально подготовленные инженеры электрики с помощью технических справочников, таблиц, графиков и компьютерных программ выполняют ее анализ на работу схемы в различных режимах, включая:
Особую опасность представляет третий случай, когда в сети возникают неисправности, способные повредить оборудование. Чаще всего они связаны с «металлическим» закорачиванием питающей цепи, когда между разными потенциалами подводимого напряжения подключаются случайным образом электрические сопротивления размерностью в доли Ома.
Такие режимы называют токами коротких замыканий или сокращенно «КЗ». Они возникают при:
повреждениях оборудования из-за технического старения;
Токи коротких замыканий по своей величине значительно превышают номинальные нагрузки, под которые создается электрическая схема. Поэтому они просто выжигают слабые места в оборудовании, разрушают его, вызывают пожары.
Кроме термического разрушения они еще обладают динамическим действием. Его проявление хорошо показывает видеоролик:
Чтобы при эксплуатации исключить развитие подобных аварий с ними начинают бороться еще на стадии создания проекта электрического оборудования. Для этого теоретически вычисляют возможности возникновения токов коротких замыканий и их величины.
Эти данные используются для дальнейшего создания проекта и выбора силовых элементов и защитных устройств схемы. С ними же продолжают постоянно работать и при эксплуатации оборудования.
Токи возможных коротких замыканий рассчитывают теоретическими методами с разной степенью точности, допустимой для надежного создания защит.
Какие электрические процессы заложены в основу расчета токов короткого замыкания
Оценку возникновения м действия токов коротких замыканий позволяют выполнить:
величина силовой характеристики мощности, приложенной от источника напряжения;
структура используемой электрической схемы электроустановки;
значение полного приложенного сопротивления к источнику.
За основу расчета коротких замыканий взят принцип, определяющий, что силу тока можно вычислить по величине приложенного напряжения, если поделить ее на значение подключенного сопротивления.
Он же действует и при расчете номинальных нагрузок. Разница лишь в том, что:
во время оптимальной работы электрической схемы напряжение и сопротивление практически стабилизированы и изменяются незначительно в пределах рабочих технических нормативов;
при авариях процесс происходит стихийно случайным образом. Но его можно предусмотреть, просчитать разработанными методиками.
С ее помощью оценивают силовую энергетическую возможность совершения разрушительной работы токами коротких замыканий, анализируют длительность их протекания, величину.
Рассмотрим пример, когда один и тот же кусок медного провода сечением полтора квадратных мм и длиной в полметра вначале подключили напрямую на клеммы батарейки «Крона», а через некоторое время вставили в контакты фазы и нуля бытовой розетки.
Определение мгновенного и действующего значений ударного тока КЗ — Физика
Пример расчета токов короткого замыкания трансформатора
Сначала рассчитывается активное сопротивление понижающего трансформатора:
Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Где: Рк — потери короткого замыкания трансформатора; Uнн — номинальное напряжения обмоток трансформатора; Sm — минимальлная мощность трансформатора.
Индуктивное сопротивление трансформатора рассчитывается по следующей формуле:
Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где Uкз — напряжение короткого замыкания рассчитываемого трансформатора.
Формула для расчета активного сопротивления линии питания выглядит следующим образом:
Где: Rуд.к — удельное активное сопротивление кабеля; I — сила тока; Nk — число кабельных линий.
где, Худ.к — удельное индуктивное сопротивление кабеля.
Теперь можно рассчитать полное активное сопротивление:
А формула полного индуктивного сопротивления будет выглядеть следующим образом:
Отсюда полное сопротивление рассчитывается следующим образом
Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Электрический ток трехфазного короткого замыкания рассчитывается по следующей формуле:
Рисунок 4. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
После этого рассчитывается ударный ток короткого замыкания:
Рисунок 5. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Ударный коэффициент тока короткого замыкания – это отношение ударного тока короткого замыкания к амплитуде периодической части короткого замыкания рабочей частоты в начальный момент времени.
Электрический ток короткого замыкания определяется по формуле:
Рисунок 6. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Где: Eф — фазное напряжение обмоток трансформатора; Znm — полное сопротивление петли фаза-ноль от трансформатора до точки короткого замыкания.
Последовательность и способ расчета токов короткого замыкания могут отличаться для разных объектов расчета. Это зависит от условий эксплуатации объекта, поставленной задачи, а также имеющихся исходных данных.
Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 03 06 2024
Эксперт по предмету «Электроника, электротехника, радиотехника» , преподавательский стаж — 5 лет
Автор24 — это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.
Ток короткого замыкания — определение, методики расчёта, формула
- Токи намагничивания трансформаторов не учитываются.
- Трехфазная сеть принимается симметричной.
- Насыщение магнитных систем не учитываются (позволяет считать, что индуктивные сопротивления не зависят от электрического тока).
- Емкости не учитываются.
Измерение тока КЗ
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:
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).
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.
Виды, причины и последствия коротких замыканий
- 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.
Явления при замыкании
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.
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:
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.
