Токи короткого замыкания что это такое. Токи короткого замыкания: причины возникновения, виды, последствия и методы защиты — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое ток короткого замыкания. Каковы основные причины возникновения коротких замыканий. Какие бывают виды коротких замыканий. Чем опасны токи короткого замыкания. Как защитить электрооборудование от токов короткого замыкания.

Содержание

Что такое ток короткого замыкания

Ток короткого замыкания (КЗ) — это сверхток, возникающий в электрической цепи при соединении точек с разными потенциалами через малое сопротивление. Основные характеристики тока КЗ:

Многократно превышает номинальный ток цепи
Возникает при нарушении изоляции или ошибках монтажа
Протекает по пути наименьшего сопротивления
Может достигать огромных значений (десятки и сотни кА)
Сопровождается выделением большого количества тепла
Создает мощные электродинамические усилия

Величина тока КЗ зависит от мощности источника питания и сопротивления цепи короткого замыкания. Чем меньше сопротивление, тем больше ток.

Основные причины возникновения коротких замыканий

Короткие замыкания могут происходить по различным причинам. Наиболее распространенные из них:

Повреждение изоляции проводов и кабелей из-за старения, механических воздействий, перегрева
Ошибки монтажа электропроводки, неправильное подключение оборудования
Попадание влаги, пыли, посторонних предметов на токоведущие части
Перенапряжения в сети, вызванные грозовыми разрядами или коммутационными процессами
Повреждение изоляции электрических машин и аппаратов

Вероятность КЗ повышается при неправильной эксплуатации электроустановок, несвоевременном обслуживании оборудования, использовании некачественных материалов.

Виды коротких замыканий

В трехфазных системах различают следующие основные виды КЗ:

Трехфазное короткое замыкание

Возникает при одновременном соединении всех трех фаз между собой. Является симметричным КЗ, так как токи во всех фазах одинаковы. Характеризуется наибольшими токами.

Двухфазное короткое замыкание

Происходит при соединении двух фаз между собой. Ток проходит по поврежденным фазам и обратно через источник питания. Является несимметричным КЗ.

Однофазное короткое замыкание

Возникает при замыкании одной фазы на землю или нулевой провод. Наиболее частый вид КЗ в сетях с заземленной нейтралью. Ток замыкания проходит через фазу и землю.

Двухфазное КЗ на землю

Характеризуется одновременным соединением двух фаз между собой и с землей. Является несимметричным режимом.

Последствия и опасность токов короткого замыкания

Протекание больших токов КЗ приводит к целому ряду негативных последствий:

Термическое повреждение изоляции и проводников
Механические разрушения оборудования из-за электродинамических усилий
Нарушение устойчивости энергосистемы
Возникновение пожаров и взрывов
Снижение напряжения в сети, нарушение работы потребителей

Выход из строя электрооборудования

Особую опасность токи КЗ представляют для обслуживающего персонала. Возможны поражения электрическим током, ожоги от электрической дуги, травмы от разлетающихся частей оборудования.

Методы защиты от токов короткого замыкания

Для предотвращения негативных последствий КЗ применяются следующие методы защиты:

Использование быстродействующих коммутационных аппаратов (автоматических выключателей, предохранителей)
Ограничение токов КЗ с помощью токоограничивающих реакторов
Применение устройств релейной защиты и автоматики
Секционирование электрических сетей
Использование трансформаторов с расщепленной обмоткой

Важную роль играет правильный выбор проводников, коммутационных и защитных аппаратов по условиям термической и электродинамической стойкости при КЗ.

Расчет токов короткого замыкания

Для выбора и проверки электрооборудования, настройки релейной защиты необходимо рассчитывать токи КЗ. Основные методы расчета:

Метод относительных единиц
Метод симметричных составляющих
Практические методы для приближенных расчетов

Расчет выполняется для начального момента КЗ и для произвольного момента времени с учетом переходных процессов. Учитываются параметры всех элементов схемы замещения.

Применение явления короткого замыкания

Несмотря на негативный характер, явление КЗ находит полезное применение в некоторых областях:

Электродуговая сварка — контролируемое КЗ между электродом и свариваемой деталью
Коммутационные аппараты с гашением дуги в масле или элегазе
Разрядники для защиты от перенапряжений
Плавкие предохранители
Некоторые виды электрических датчиков

Однако во всех этих случаях процесс КЗ строго контролируется и ограничивается по току и времени.

Заключение

Токи короткого замыкания представляют серьезную опасность для электрооборудования и людей. Правильный расчет и выбор защитных мер позволяет свести к минимуму негативные последствия КЗ и обеспечить надежную работу электроустановок. Важную роль играет также качественный монтаж, своевременное обслуживание и соблюдение правил эксплуатации электрооборудования.

что это такое, методика расчета

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.

Список использованной литературы

ГОСТ 30331.1-2013
Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 4// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2015. – № 6. – 160 c.;

что это такое, определение, причины, виды КЗ.

Ток короткого замыкания — это возрастающий электрический импульс ударного типа. Из-за его появления могут расплавиться провода, выйти из строя некоторые электрические приборы.

Почему происходит короткое замыкание?

Ток КЗ возникает в следующих случаях:

При высоком уровне напряжения. Происходит резкий скачок, уровень напряжения начинает превышать допустимые нормы, возникает вероятность появления электрического пробоя изоляционного покрытия проводника или схемы электрического типа. Образуется утечка тока, повышается температура дуги. Напряжение короткого замыкания приводит к созданию кратковременного дугового разряда.
При старом изоляционном покрытии. Такое замыкание возникает в жилых и промышленных зданиях, в которых не проводилась замена проводки. У любого изоляционного покрытия есть свой ресурс, который со временем истощается под воздействием факторов внешней среды. Несвоевременная замена изоляции может стать причиной КЗ.
При внешнем воздействии механического типа. Перетирание защитной оболочки провода или снятие его изоляционного покрытия, а также повреждение проводки приводят к возгоранию и КЗ.
При попадании посторонних предметов на цепь. Попавшие на проводник пыль, мусор или другие мелкие предметы способны вызвать замыкание в цепи механизма.
Во время удара молнии. Повышается уровень напряжения, пробивается изоляционное покрытие провода или электрической схемы, из-за чего и возникает КЗ в электро цепи.

Почему КЗ так называется?

Рассмотрим определение КЗ, расшифровка — короткое замыкание. Это объединение 2 любых точек (обладающих различным потенциалом), которые находятся в электрической цепи. Соединение не предусмотрено нормальным режимом функционирования цепи, что приводит к критическим показателям силы тока на месте объединения этих точек.

Такое замыкание называется коротким, потому что образуется, минуя прибор, т.е. по короткому пути.

Простым языком: происходит соединение положительного и отрицательного проводника (короткий путь), что приводит к тому, что значение сопротивления становится равно 0. Для нормального функционирования механизма необходимо сопротивление, а его отсутствие вызывает сбой в работе источника напряжения, что приводит к замыканию.

КЗ — это любое соединение проводников с разным потенциалом между собой или с землей. КЗ возникает только в том случае, если такое объединение не запланировано конструкцией данного прибора или механизма. Например, соединение между любыми точками разных фаз или объединение фазы и 0, когда образуется разрушительный ток, превышающий все критические значения электрической схемы устройства.

В чем опасность?

Последствия короткого замыкания могут быть следующими:

Падает уровень напряжения в электро цепи. Это может привести к выходу из строя и обгоранию электрического прибора или сбоям в функционировании устройства.
Повреждения механического и термического типа: обрыв цепи, повреждение проводки или отдельных проводов, розеток и выключателей.
В зависимости от мощности короткого замыкания возможно возгорание проводки и расположенных рядом с ней материалов и предметов.
Деструктивное электромагнитное воздействие на телефонную линию связи, компьютер, телевизор и другие электроприборы.
Опасность для жизни. Если в момент возникновения замыкания человек находится рядом с источником КЗ, то он может получить ожоги.
Нарушается функционирование электропоставляющих систем.
В зависимости от параметров КЗ возможны сбои в работе подземных коммуникаций при электромагнитном воздействии.

Многих людей интересует вопрос о том, как посчитать, чему равна сила тока при коротком замыкании. Для этого необходимо воспользоваться законом Ома: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на ее концах и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Вычисление КЗ осуществляется по формуле: I= U/R (I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление).

Виды короткого замыкания и их причины

Существуют такие виды КЗ, как:

Однофазное КЗ. Повреждение на линиях электропередачи, когда 1 из фаз электрической системы замыкается на землю или на элемент, который соединен с землей. Причиной замыкания может стать неправильное заземление.
Двухфазное КЗ. Тип замыкания, возникающий между 2 фазами с различным потенциалом в электроэнергетической цепочке. Причина — нарушение изоляции проводов. Также это может быть одновременное соединение 2 фаз не между собой, а на землю.
КЗ трехфазное (симметричное). Замыкание 3 фаз друг на друга. Причиной может стать механическое повреждение изоляционного покрытия, перегрев и пробой в изоляции или схлестывание проводов.
Межвитковое. Такой тип замыкания характерен для электрических машин. В этом случае происходит замыкание витков механизма обмотки статора, трансформатора или ротного устройства между собой.
Замыкание на металлический корпус прибора или системы. Такое короткое замыкание возникает при нарушении изоляции проводки на металлическом корпусе.

Варианты защиты от КЗ

В качестве защиты от возникновения короткого замыкания можно использовать:

реакторы электрического типа, которые будут ограничивать ток;
распараллеливание электрической цепи;
отключение секционных выключателей;
трансформаторы понижающего типа с расщепленной обмоткой с низким уровнем напряжения;
быстродействующие коммутационные аппараты, в которых есть опция ограничения поступления тока;
плавкие предохранительные элементы;
установку автоматических выключателей;
своевременную замену изоляционного покрытия проводов и регулярный осмотр проводки на наличие дефектов;
устройства релейной защиты, которые будут отключать поврежденные участки цепи.

Автоматы можно устанавливать только на всю систему, а не на отдельные фазы и цепь нуля. В противном случае во время замыкания выйдет из строя нулевой автомат, а вся электросеть окажется под напряжением, т.к. фазный автомат будет включен. По этой же причине не рекомендуется устанавливать провод меньшего сечения, чем может позволить автомат.

Использование этого явления

Данное явление нашло свое применение в дуговой сварке, принцип работы которой построен на взаимодействии стержня с металлической поверхностью. Поверхность нагревается до температуры плавки, благодаря чему появляется новое прочное соединение, т.е. сварочный электрод замыкается с заземляющим контуром.

Такие режимы короткого замыкания действуют непродолжительный промежуток времени. В момент сварки в месте соединения стержня и поверхности возникает нестандартный заряд тока, из-за чего выделяется большое количество теплоты. Ее достаточно для плавки металла и создания сварочного шва.

Также короткое замыкание используется в сфере промышленной автоматики, с его помощью создаются информационные системы, которые отражают параметры передачи токового сигнала.

Полезное КЗ применяется в электродинамических датчиках. Например, в индукционных виброметрах, сейсмических приемниках. Короткое замыкание дает возможность дополнительно уменьшить количество колебаний подвижной системы.

Режим КЗ может использоваться при объединении каскадов в электронике, когда выход первого активного компонента работает в режиме КЗ.

Что такое короткое замыкание? — CMP Products Limited

Тип продуктаКабельные скобы (12)Кабельные вводы (106)

Правила монтажа оборудованияAS/NZS, для горнодобывающей отрасли (Группа I) (15)Зоны AS/NZS (48)Разделы класса CEC (20)Зоны класса CEC (26)CEC, не классифицировано (3)GOST Zones (36)IEC, для горнодобывающей отрасли (Группа I) (14)IEC, не классифицировано (45)Зоны IEC (49)Разделы класса NEC (19)Зоны класса NEC (19)NEC, не классифицировано (3)Зоны Norsok (11)Параллельная конструкция (8)Один кабель (8)Трехлистная компоновка кабелей (7)

Тип защиты1Ex d IIC Gb X (27)1Ex e IIC Gb X (36)2Ex nR IIC Gc X (27)Класс I, Разд. 1 (8)Класс I, Разд. 1, Группы A, B, C, D (8)Класс I, Разд. 2 (18)Класс I, Разд. 2, Группы A, B, C, D (17)Класс I, Группы A, B, C, D (6)Класс I, Группы B, C, D (2)Класс I, Зона 1 (19)Класс I, Зона 1, AEx d IIC Gb (10)Класс I, Зона 1, AEx e IIC Gb (19)Класс I, Зона 2 (19)Класс I, Зона 2, AEx d IIC Gb (10)Класс I, Зона 2, AEx e IIC Gb (12)Класс I, Зона 2, AEx nR IIC Gc (8)Класс I, Зона 20 (10)Класс I, Зона 20, AEx ta IIIC Da (10)Класс I, Зона 21 (10)Класс I, Зона 21, AEx tb IIIC Db (10)Класс I, Зона 22 (10)Класс I, Зона 22, AEx tc IIIC Dc (10)Класс II, Разд. 1 (10)Класс I, Разд. 1, Группы E, F, G (10)Класс II, Разд. 2 (18)Класс II, Разд. 2, Группы E, F, G (18)Класс III, Разд. 1 (15)Класс III, Разд. 2 (13)Ex d I Mb (20)Ex d IIC Gb (36)Ex db I Mb (1)Ex db IIC Gb (1)Ex e I Mb (20)Ex e IIC Gb (46)Ex eb I Mb (1)Ex eb IIC Gb (3)Ex nR IIC Gc (34)Ex nRc IIC Gc (1)Ex ta IIIC Da (43)Ex ta IIIC Da X (35)Ex tb IIIC Db (43)Ex tb IIIC Db X (35)Ex tc IIIC Dc (43)Ex tc IIIC Dc X (35)Ex tD A21 IP66 (2)Промышленного назначения (45)Стандартные среды (6)Одноболтовой (10)Двухболтовой (10)Влажные среды (6)

Тип кабеляАлюминиевая ленточная броня (ASA) (25)Алюминиевая ленточная броня (например, ATA) (24)Алюминиевая проволочная броня (AWA) (34)Оснащенные броней и оболочкой (24)Судовой кабель с броней в виде оплетки (24)Гофрированная металлическая броня, приваренная непрерывным швом (MC-HL) — алюминий (4)Гофрофольгированная броня, приваренная непрерывным швом (MC-HL) — сталь (4)Гофрированная и взаимосвязанная металлическая броня (MC) — алюминий (4)Гофрированная и взаимосвязанная металлическая броня (MC) — сталь (4)Сверхтвердый шнур (2)Небронированный кабель плоской формы (2)Гибкий шнур (5)Освинцованный кабель с алюминиевой проволочной броней (LC/AWA) (9)Освинцованный кабель с гибкой проволочной броней (LC/PWA) (8)Освинцованный кабель с однослойной проволочной броней (LC/SWA) (9)Освинцованный кабель со стальной ленточной броней (LC/STA) (8)Освинцованный кабель с ленточной броней (LC/ASA) (8)Освинцованный кабель с броней в виде проволочной оплетки (8)Освинцованный небронированный кабель (2)M10 (12)M12 (8)Морской судовой кабель с броней в виде оплетки (24)Морской судовой кабель (11)Небронированный морской судовой кабель (19)Гибкая проволочная броня (PWA) (27)Оплетка и алюминиевая проволочная броня (AWA) (4)Оплетка и однослойная проволочная броня (SWA) (4)Гибкая проволочная (EMC) оплетка (например, CY/SY) (42)Однослойная проволочная броня (SWA) (38)Стальная ленточная броня (STA) (24)TECK (4)TECK 90 (4)TECK 90-HL (4)Кабель, укладывающийся в короб (9)Без брони (27)Броня в виде проволочной оплетки (42)

Конфигурация уплотненияДвойное наружное уплотнение (3)Внутреннее и наружное уплотнения (28)Внутреннее защитное уплотнение и кабельный ввод (2)Внутреннее защитное уплотнение и наружное уплотнение (18)Внутреннее защитное уплотнение и наружное уплотнение/переходная муфта FRAS (1)Без уплотнения (4)Наружное уплотнение (46)Наружное уплотнение/кабельный ввод (3)Наружное уплотнение/переходная муфта FRAS (1)Очень высокая (12)

СертификатыABS (67)Алюминий (3)Алюминий/нержавеющая сталь (1)ATEX (61)BS 6121 (45)BV (40)c-CSA-us (19)CCO-PESO (44)CSA (11)DNV-GL (41)Алюминий, покрытый эпоксидным составом (2)ГОСТ К (74)ГОСТ Р (44)IEC 62444 (45)IECEX (61)INMETRO (30)KCC (27)Lloyds (70)LSF (2)Одобренный LUL (Лондонский метрополитен) полимер (2)NEPSI (34)Нейлон (2)RETIE (35)Нержавеющая сталь (6)TR-CU-EAC (38)UL (9)

Защита от влагиОсевая нагрузка (12)Горизонтальная нагрузка (12)Нет (68)Силы при коротком замыкании (8)Да (41)

Ток короткого замыкания это сверх ток электрической цепи

Что такое ток короткого замыкания?

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. »

Особенности.

« 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.

Источник

Что такое ток короткого замыкания

Несмотря на свою очевидную пользу, электрическая энергия, в определенных условиях, представляет серьезную опасность. Среди всех негативных факторов, более всего оказывает отрицательное воздействие ток короткого замыкания, способный нанести вред не только приборам, бытовой технике, оборудованию, но и обслуживающему персоналу. КЗ возникает в результате электрического взаимодействия разных фаз друг с другом или с землей. В точках соприкосновения в цепи наблюдается резкий рост силы тока, многократно превышающий предельно допустимые значения. В результате, возникает аварийная ситуация.

Понятие короткого замыкания
Причины опасной ситуации
Разновидности коротких замыканий
Опасность и последствия
Защитные и профилактические мероприятия
Как использовать короткое замыкание

Понятие короткого замыкания

Короткое замыкание – КЗ возникает при незапланированном электрическом контакте между точками цепи с разными потенциалами, не предусмотренном нормативными правилами эксплуатации. Зону контакта отличает низкое сопротивление, что приводит к резкому росту силы тока, превышающему номинальное значение.

В качестве наглядного примера можно взять обычную лампочку на 100 Вт, подключенную к напряжению 220В. Для того чтобы сравнить токи в нормальном и аварийном режиме, необходимо воспользоваться законом Ома. При этом, сопротивление источника тока и проводников не учитывается при расчетах.

Сила тока в нормальном рабочем режиме составит I = P/U = 100/220 равно около 0,45А. Далее рассчитывается сопротивление нагрузки: R = U/I = 220/0,45 = около 489 Ом.

Когда появляется ток короткого замыкания, формула показывает, что параметры цепи существенно изменяются. Замыкание между двумя точками осуществляется проводником, сопротивление которого составляет 0,01 Ом. Известно, что ТКЗ всегда выбирает путь с минимальным сопротивлением. С связи с этим, произойдет резкое увеличение силы тока: I = U/R = 220/0,01 = 22000A. Поэтому данное явление и получило свое название, поскольку ток КЗ идет по наиболее минимальному пути, минуя нагрузку. Такое высокое значение получается лишь теоретически, на самом же деле такого роста не произойдет из-за падения напряжения у потребителя.

Таким образом, отвечая на вопрос, что такое короткое замыкание по-простому, можно отметить, что в этом случае положительный и отрицательный проводники создают для тока самый короткий путь, сопротивление начинает стремиться к нулю. Физика утверждает, что без сопротивления схема перестает нормально функционировать, работа источника напряжения сбивается и происходит замыкание с образованием разрушительного тока.

Причины опасной ситуации

Аварийная ситуация и короткое замыкание цепи не может возникнуть просто так.

В каждом конкретном случае имеются определенные причины и негативные факторы:

Высокий уровень напряжения при замыкании. Обычно возникает в результате резкого скачка, при котором наблюдается превышение всех допустимых норм. Вероятность пробоя изоляции или всей схемы становится очень высокой. Повышаются токовые утечки с одновременным повышением температуры дуги. При коротком замыкании большое напряжение всегда создает кратковременный дуговой разряд.
Старые изношенные слои изоляционного покрытия. Подобные ситуации чаще всего встречаются, когда замена проводки не проводилась в течение длительного времени. Слабая изоляция оказывается наиболее подверженной электрическому пробою, чему причина – выработка своего ресурса.
Внешние механические воздействия. Защитная оболочка проводников постепенно перетирается, а изоляционное покрытие оказывается нарушенным. Жилы проводов также подвержены повреждениям, вызывающим не только КЗ, но и возгорания.
В электрическую цепь иногда попадают посторонние предметы – пыль, мусор и т.д. Попадая на проводник, они создают собственную дополнительную цепочку, способную вызвать ток короткого замыкания источника.
Удары молний, создающие высокое напряжение, легко пробивающее всю электрическую схему или изоляцию проводников.

Разновидности коротких замыканий

В зависимости от конкретных обстоятельств и компонентов, участвующих в этом процессе, все аварийные ситуации подобного рода условно разделяются на следующие виды коротких замыканий:

Трехфазное (№ 1 на рисунке). В этом случае между собой контактируют все три фазы, без каких-либо перекосов. Распределение токов происходит симметрично, поэтому силу тока и ЭДС КЗ рассчитать достаточно легко. Главную опасность такого замыкания составляют тепловые и электродинамические воздействия, существенно превышающие такие же факторы в других случаях. Дополнительное замыкание на землю не оказывает какого-либо влияния на общий процесс, что характерно для подобной ситуации.
Двухфазное (№ 2). Подобное замыкание, как и все остальные называется несимметричным из-за происходящих процессов. В результате, они сопровождаются обязательным перекосом напряжения. В кабельных ЛЭП двухфазных процесс может легко превратиться в трехфазный. Это случается из-за высокой температуры в точке замыкания, под действием которой разрушается изоляция токоведущих частей.
Две фазы замыкаются с землей (№ 3). Ситуация характерна для систем, имеющих заземленную нейтраль.
Одна фаза замыкается на землю (№ 4). Считается наиболее частым коротким замыканием, встречающимся на жилых и промышленных объектах.
Замыкание двух фаз на землю (№ 5). Каждая из них замыкается по-отдельности, не контактируя между собой. Обычно такое положение приобретает схема, где имеется заземленная нейтраль.

Опасность и последствия

Практически все короткие замыкания приводят к негативным последствиям различной степени тяжести. Если кратко, то наибольшую опасность представляет возможное возгорание, нередко переходящее в полноценный пожар. В аварийной ситуации сила тока значительно увеличивается, а в проводниках в большом количестве выделяется теплота, оказывающая разрушающее действие на изоляцию.

В большинстве случаев, особенно в быту, при возникновении дугового КЗ между проводниками и местом замыкания образуется электрический разряд большой мощности, способный легко воспламенить находящиеся рядом предметы. Резкое выделение тока и тепла представляет особую опасность для людей, проживающих в доме, и обслуживающего персонала предприятий.

Аварийные ситуации с замыканиями называются просадочными из-за значительных понижений напряжения в данной сети. Особенно большие просадки образуются непосредственно в месте КЗ. Подобные скачки отрицательно влияют на электроприборы и оборудование, особенно с электрическими двигателями. Чувствительные устройства нередко попадают под воздействие сильных электромагнитных волн.

Предотвратить разрушительные последствия, определяемые термином коротких замыканий, вполне возможно при помощи различных защитных средств. Они определяются еще на стадии проектирования в индивидуальном порядке для каждой электроустановки.

Защитные и профилактические мероприятия

Полностью защититься от КЗ практически невозможно, поскольку во многих случаях оно происходит под влиянием случайных факторов. Поэтому основная роль отводится профилактическим мероприятиям, от чего зависит снижение вероятности аварийных ситуаций.

В обязательном порядке планируется и выполняется следующее:

Контроль и определение состояния изоляционного слоя токоведущих частей электроустановок или ЛЭП. В помещениях производственного назначения изоляция проводов проходит испытание 1 раз в 3 года или чаще. Домашние сети нормируются сроками максимальной эксплуатации. Например, скрытая проводка из медного провода может эксплуатироваться в течение 40 лет.
Перед тем как найти скрытую проводку перед сверлением стен, необходимо заранее свериться со схемой или проектом электрических сетей. Это существенно снизит вероятность повреждений, хотя более точные результаты можно получить только с помощью специального поискового прибора.
Выходя из дома следует отключать все электроприборы, особенно мощное оборудование – нагреватели, электроплиты, посудомоечные машины и т.д.
В помещениях, где есть признаки повышенной влажности, количество электрических устройств должно быть минимальным. Допускается эксплуатация приборов только с соответствующим классом защиты.
Не должна подключаться к сети поврежденная электротехника.
Не выходить за рамки установленных норм потребления электроэнергии.

Большое значение имеет использование защитных средств в электрической цепи – автоматов или плавких предохранителей. Они устанавливаются на вводе и на всех внутренних линиях проводки. В случае короткого замыкания произойдет срабатывание и сеть окажется обесточенной. Отработанные предохранители заменяются аналогичными устройствами того же типа. Элементы с меньшими номиналами приведут к ложным срабатываниям, а превышение допустимых токов вызовет повреждение оборудования и проводов.

Как использовать короткое замыкание

КЗ может не только наносить вред, но в чем-то – приносить ощутимую пользу в работе. Если говорить простым языком, то типичным примером такого использования служит дуговая сварка. Принцип действия сварочной аппаратуры заключается во взаимном контакте стержня-электрода и поверхности свариваемого металла.

Свойства КЗ обеспечивают нагрев поверхности до температуры плавления, после чего образуется сварочный шов из сплава металлов, обеспечивающий высокую прочность соединения. С технической точки зрения происходит замыкание сварочного электрода и контура заземления.

Работа сварочного аппарата в режиме электродвижущей силы КЗ происходит в течение короткого времени. В момент соприкосновения электрода с металлом появляется ток короткого замыкания с нестандартным зарядом и высокой ЭДС, сопровождающийся выделением большого количества тепла. Этой теплоты вполне достаточно, чтобы расплавить металл и образовать сварочный шов.

Кроме того, режимы КЗ используются в промышленной автоматике, некоторых видах электроники, в электродинамических датчиках сейсмических приемников и индукционных виброметров.

Что такое короткое замыкание (КЗ): в чем причина, виды, защита, определение для чайников

Причины возникновения короткого замыкания

Что такое короткое замыкание, его виды и причины возникновения

Источник

Ток короткого замыкания — формула и методы расчета

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 = √ (R 2 + (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.

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

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:

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

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

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.

Источник

Допустимые токи односекундного короткого замыкания

Номинальное сечение жилы, мм²	Допустимый ток односекундного короткого замыкания кабелей, кА, с изоляцией
	из поливинилхлоридного пластиката		из сшитого полиэтилена
	с медной жилой	с алюминиевой жилой	с медной жилой	с алюминиевой жилой
1,5	0,17	—	0,21	—
2,5	0,27	0,18	0,34	0,22
4,0	0,43	0,29	0,54	0,36
6,0	0,65	0,42	0,81	0,52
10,0	1,09	0,70	1,36	0,87
16,0	1,74	1,13	2,16	1,40
25,0	2,78	1,81	3,46	2,24
35,0	3,86	2,50	4,80	3,09
50,0	5,23	3,38	6,50	4,18
70,0	7,54	4,95	9,38	6,12
95,0	10,48	6,86	13,03	8,48
120,0	13,21	8,66	16,43	10,71
150,0	16,30	10,64	20,26	13,16
185,0	20,39	13,37	25,35	16,53
240,0	26,80	17,54	33,32	21,70

При продолжительности короткого замыкания, отличающейся от 1 с, значения токов короткого замыкания, указанные в таблице , необходимо умножить на коэффициент

где τ – продолжительность короткого замыкания, с.

Максимальная продолжительность короткого замыкания не должна превышать 5 с.

Расчёт трёхфазного короткого замыкания

а) Изменение тока при коротком замыкании

Рассчитать трёхфазное короткое замыкание — это значит определить токи и напряжения, имеющие место при этом виде повреждения как в точке к. з., так и в отдельных ветвях схемы.

Ток в процессе короткого замыкания не остаётся постоянным, а изменяется, как показано на рис. 1-23. Из этого рисунка видно, что ток, увеличившийся в первый момент времени, затухает до некоторой величины, а затем под действием автоматического регулятора возбуждения (АРВ) достигает установившегося значения.

Промежуток времени, в течение которого происходит изменение величины тока к. з., называется переходным процессом. После того как изменение величины тока прекращается и до момента отключения короткого замыкания продолжается установившийся режим к. з. В зависимости от того, производится ли выбор уставок релейной защиты или проверка электрооборудования на термическую и динамическую устойчивость, могут интересовать значения тока в разные моменты времени к. з.

Поскольку всякая сеть имеет определённые индуктивные сопротивления, препятствующие мгновенному изменению тока при возникновении короткого замыкания, величина его не изменяется скачком, а нарастает по определённому закону от нормального до аварийного значения.

Для упрощения расчёта и анализа ток, проходящий во время переходного процесса к. з., рассматривают как состоящий из двух составляющих: апериодической и периодической.

Апериодической называется постоянная по знаку составляющая тока i_a, которая возникает в момент короткого замыкания и сравнительно быстро затухает до нуля (рис. 1-23).

Периодическая составляющая тока к. з. в начальный момент времени I_nmo называется начальным током короткого замыкания. Величину начального тока к. з. используют, как правило, для выбора уставок и проверки чувствительности релейной защиты. Начальный ток короткого замыкания называют также сверхпереходным, так как для его подсчёта в схему замещения вводится так называемое сверхпереходное сопротивление генератора и сверхпереходная э. д. с.

Установившийся ток к. з. представляет собой периодический ток после окончания переходного процесса, обусловленного как затуханием апериодической составляющей, так и действием АРВ. Полный ток к. з. представляет собой сумму периодической и апериодической составляющих в любой момент переходного процесса. Максимальное мгновенное значение полного тока называется ударным током к. з. и вычисляется при проверке электротехнического оборудования на динамическую устойчивость.

Как уже отмечалось выше, для выбора уставок и проверки чувствительности релейной защиты используется обычно начальный или сверхпереходный ток к. з., расчёт величины которого производится наиболее просто. Используя начальный ток при анализе быстродействующих защит и защит, имеющих небольшие выдержки времени, пренебрегают апериодической составляющей. Допустимость этого очевидна, так как апериодическая составляющая в сетях высокого напряжения затухает очень быстро, за время 0,05—0,2 с, что обычно меньше времени действия рассматриваемых защит.

При к. з. в сети, питающейся от мощной энергосистемы, генераторы которой оснащены АРВ, поддерживающими постоянным напряжение на её шинах, периодическая составляющая тока в процессе к. з. не меняется (рис. 1-23, б). Поэтому расчётное значение начального тока к. з. в этом случае можно использовать для анализа поведения релейной защиты, действующей с любой выдержкой времени.

В сетях же, питающихся от генератора или системы определённой ограниченной мощности, напряжение на шинах которой в процессе к. з. не остаётся постоянным, а изменяется в значительных пределах, начальный и установившийся ток к. з. не равны (рис. 1-23, а). При этом для расчёта защит, имеющих выдержку времени порядка 1—2 с и более, следовало бы использовать установившийся ток к. з. Однако поскольку расчёт установившегося тока к. з. сравнительно сложен, допустимо в большинстве случаев использовать начальный ток к. з. Такое допущение, как правило, не приводит к большой погрешности. Объясняется это следующим. На величину установившегося тока к. з. значительно большее влияние, чем на величину начального тока, оказывают увеличение переходного сопротивления в месте повреждения, токи нагрузки и другие факторы, не учитываемые обычно при расчёте токов к. з. Поэтому расчёт установившегося тока к. з. может иметь весьма большую погрешность.

Принимая во внимание всё сказанное выше, можно считать целесообразным и в большинстве случаев вполне допустимым использование для анализа релейных защит, действующих с любой выдержкой времени, начального тока к. з. При этом возможное снижение тока в течение короткого замыкания следует учитывать для защит, имеющих выдержку времени, введением в расчёт повышенных коэффициентов надёжности по сравнению с быстродействующими защитами.

б) Определение начального тока к. з. в простой схеме

Поскольку при трёхфазном к. з. (рис. 1-24) э. д. с. и сопротивления во всех фазах равны, все три фазы находятся в одинаковых условиях. Векторная диаграмма для такого короткого замыкания, которое, как известно, называется симметричным, приведена на рис. 1-18, б. Расчёт симметричной цепи может быть существенно упрощён. Действительно, так как все три фазы находятся в одинаковых условиях, достаточно произвести расчёт для одной фазы и результаты его затем распространить на две другие. Расчётная схема при этом будет иметь вид, показанный на рис. 1-24, б. Совершенно очевидно, что даже в рассматриваемом простейшем случае последняя схема значительно проще, чем показанная на рис. 1-24, а.

В сложных же электрических цепях, имеющих много параллельных и последовательных ветвей, разница будет ещё более очевидной.

Итак, в симметричной системе расчёт токов и напряжений можно производить только для одной фазы. Расчёт начинается с составления схемы замещения, в которой отдельные элементы расчётной схемы заменяются соответствующими сопротивлениями, а для источников питания указывается их э. д. с. или напряжение на зажимах. Каждый элемент вводится в схему замещения своими активным и реактивным сопротивлениями. Сопротивления генераторов, трансформаторов, реакторов определяются на основании паспортных данных и вводятся в расчёт, как указано ниже.

Реактивные сопротивления линий электропередачи рассчитываются по специальным формулам или могут приниматься приближенно по следующему выражению:

где l — длина участка линии, км; х_уд — удельное реактивное сопротивление линии, Ом/км, которое можно принимать равным:

Активные сопротивления медных и алюминиевых проводов могут быть подсчитаны по известному выражению

Допускается при расчётах токов к. з. не учитывать активного сопротивления и вводить в схему замещения только реактивные сопротивления элементов, если суммарное реактивное сопротивление больше чем в 3 раза превышает суммарное активное сопротивление

В дальнейшем для упрощения рассуждений будем считать, что условие (1-23), которое, как правило, выполняется для сетей напряжением 110 кВ и выше, действительно, и в расчёты будем вводить только реактивные сопротивления расчётной схемы.

Определение тока к. з. при питании от системы неограниченной мощности. Ток к. з. в расчётной схеме (рис. 1-25) определится согласно следующему выражению, кА:

где x_рез — результирующее сопротивление до точки к. з., равное в рассматриваемом случае сумме сопротивлений трансформатора и линии, Ом;

U_с — междуфазное напряжение на шинах системы неограниченной мощности, кВ.

Под определением система неограниченной мощнoсти подразумевается мощный источник питания, напряжение на шинах которого остаётся постоянным независимо от места к. з. во внешней сети. Сопротивление системы неограниченной мощности принимается равным нулю. Хотя в действительности системы неограниченной мощности быть не может, это понятие широко используют при расчетах коротких замыканий. Можно считать, что рассматриваемая система имеет неограниченную мощность в тех случаях, когда её внутреннее сопротивление много меньше сопротивления внешних элементов, включенных между шинами системы и точкой к. з.

Пример 1-1. Определить ток. проходящий при трёхфазном к. з. за реактором сопротивлением 0,4 Ом, который подключен к шинам генераторного напряжения 10,5 кВ мощной электростанции.

Решение. Поскольку сопротивление реактора значительно больше, чем сопротивление системы, можно считать, что он подключен к шинам неограниченной мощности.

Тогда

Определение тока к. з. при питании от системы ограниченной мощности. Если сопротивление системы, питающей точку короткого замыкания, сравнительно велико, его необходимо учитывать при определении тока к. з. В этом случае в схему замещения вводится дополнительное сопротивление х_спст и принимается, что за этим сопротивлением находятся шины неограниченной мощности.

Величина тока к. з. определяется по следующему выражению (рис. 1-26):

где x_вн — сопротивление цепи короткого замыкания между шинами и точкой к. з.; х_сист — сопротивление системы, приведенное к шинам источника.

Сопротивление системы можно определить, если задан ток трёхфазного к. з. на её шинах I_к.з.зад.:

Пример 1-2. Определить ток трёхфазного к. з. за сопротивлением 15 Ом линии 110 кВ, питающейся от шин подстанции. Ток трёхфазного к. з. на шинах подстанции, приведенный к напряжению 115 кВ, равен 8 кА.

Решение. Согласно (1-26) определяется х_сист:

Определяется ток в месте к. з. в соответствии с (1-25):

Сопротивление системы при расчётах к. з. может быть задано не током, а мощностью короткого замыкания на шинах подстанции. Мощность короткого замыкания — условная величина, равная

где I_к.з. — ток короткого замыкания; U_cp — среднее расчётное напряжение на той ступени трансформации, где вычисляется ток короткого замыкания.

Пример 1-3. Определить ток трёхфазного к. з. за реактором сопротивлением 0,5 Ом. Реактор питается от шин 6,3 кВ подстанции, мощность к. з. на которых равна 300 MB • А.

Решение. Определим сопротивление системы:

в) Определение остаточного напряжения

В схеме, приведенной на рис. 1-26, величина остаточного напряжения на шинах определяется согласно следующим выражениям:

где x _к.з. — сопротивление от шин подстанции, на которых определяется остаточное напряжение, до места к. з., или

х — сопротивление от шин источника питания до точки, в которой определяется остаточное напряжение.

Поскольку сопротивление рассматриваемой цепи принято чисто реактивным, в выражения (1-27) и (1-28) входят абсолютные величины, а не векторы.

Пример 1-4. Определить остаточное междуфазное напряжение на шинах подстанции в примере 1-2.

Решение. По первому выражению (1-27):

г) Расчёты токов короткого замыкания и напряжений в разветвлённой сети

В сложной разветвлённой сети, для того чтобы определить ток в месте к. з., необходимо предварительно преобразовать схему замещения так, чтобы она имела простой вид, по возможности с одним источником питания и одной ветвью сопротивления. С этой целью производится сложение последовательно и параллельно включенных ветвей, треугольник сопротивлений преобразуется в звезду и наоборот.

Пример 1-5. Преобразовать схему замещения, приведенную на рис. 1-27, определить результирующее сопротивление и ток в месте к. з. Значения сопротивлений указаны на рис. 1-27.

Решение. Преобразование схемы замещения производим в следующей последовательности.

Для распределения тока к. з. по ветвям схемы можно воспользоваться формулами, приведенными в табл. 1-1. Распределение токов производится последовательно в обратном порядке начиная с последнего этапа преобразования схемы замещения.

Пример 1-6. Распределить ток к. з. по ветвям схемы, приведенной на рис. 1-27.

Решение. Определим токи в параллельных ветвях 4 и 7 в соответствии с формулами (табл. 1-1):

Ток I₇ проходит по сопротивлению х₅ и затем разветвляется по параллельным ветвям х₂ и х₃:

Остаточное напряжение в любой точке разветвлённой схемы может быть определёно путём последовательного суммирования и вычитания падений напряжения в её ветвях.

Пример 1-7. Определить остаточное напряжение в точках а и б схемы, приведенной на рис. 1-27. Решение.

Если в схему замещения входят две или несколько э. д. с, точки их приложения объединяются и они заменяются одной эквивалентной э. д. с. (рис. 1-28).

Если э. д. с. источников равны по величине, то эквивалентная э. д. с. будет иметь такую же величину

Если же э. д. с. не равны, эквивалентная э. д. с. подсчитывается по следующей формуле:

д) Расчёт токов короткого замыкания по паспортным данным реакторов и трансформаторов

Во всех примерах, рассмотренных выше, сопротивления отдельных элементов схемы задавались в омах. Сопротивления же реакторов и трансформаторов в паспортах и каталогах не задаются в омах.

Параметры реактора обычно задаются в процентах как относительная величина падения напряжения в нём при прохождении номинального тока х_P, %.

Сопротивление реактора (Ом) можно определить по следующему выражению:

гле U_HOM и I_HOM — номинальное напряжение и ток реактора.

Сопротивление трансформатора также задаётся в процентах как относительная величина падения напряжения в его обмотках при прохождении тока, равного номинальному, u_K, %.

Для двухобмоточного трансформатора можно записать сопротивление (Ом):

где u_K, %, и U_HOM, к_В, — указаны выше, а S _HOM — номинальная мощность трансформатора, MB• А.

При коротком замыкании за реактором или трансформатором подключенными, к шинам системы неограниченной мощности, ток и мощность к. з. определяются по следующим выражениям:

где I_HOM — номинальный ток соответствующего реактора или трансформатора.

Пример 1-8. Вычислить максимально возможный ток трёхфазного к. з. за реактором РБA-6-600-4. Реактор имеет следующие параметры: U_H = 6 кВ, I_H = 600 А, х_P = 4%.

Решение. Поскольку требуется определить максимально возможный ток к. з., считаем, что реактор подключен к шинам системы неограниченной мощности.

В соответствии с (1-33) ток к. з. за реактором определится как

Пример 1-9. Определить максимально возможный ток и мощность трёхфазного к. з. за понизительным трансформатором: S_H = 31,5MB • А, U_Н1= 115 кВ, U_Н2 = 6,3 кВ, u_K = 10,5%

Решение. Принимая, как и в предыдущем примере, что трансформатор подключен со стороны 115 кВ к шинам системы неограниченной мощности, определяем ток к. з.

Номинальный ток обмотки 6,3 кВ трансформатора равен:

Токи короткого замыкания

Общие сведения

Короткое замыкание является аварийным режимом работы электрической установки, возникающим в результате нарушения изоляции токоведущих частей.

Короткое замыкание нарушает бесперебойность питания приемников и может повлечь за собой повреждение оборудования. Поэтому при выборе токоведущих частей и аппаратов приходится их рассчитывать не только на номинальный режим работы, но и проверять по условиям возможного аварийного режима, вызванного коротким замыканием.

Нормальный установившийся режим — с параметрами, находящимися в нормированных пределах.

Основными причинами нарушения изоляции являются: пробой изоляции токоведущих частей под действием перенапряжения или перегрузок; механические воздействия на изоляцию.

Аналогично нарушению изоляции токоведущих частей можно рассматривать схлестывание голых проводов на линиях электропередачи под действием ветра, а также наброс различных предметов на провода. Возможны случаи, когда замыкание проводов производят животные. Причиной короткого замыкания в электротехнических установках может быть также и ошибочное действие обслуживающего персонала.

Ток короткого замыкания (т.к.з.) обычно во много раз больше рабочего тока и может вызвать в токоведущих частях недопустимые динамические усилия и перегрев.

Кроме того, при коротком замыкании возможно прекращение питания электроприемников, что (приводит к нарушению нормальной работы других приемников, подключенных к неповрежденным участкам сети, вследствие понижения напряжения на этих участках, а иногда — к расстройству электроснабжения.

Под коротким замыканием (к.з.) понимается не (предусмотренное условиями работы электрическое соединение между любыми точками разных фаз или фазы и нейтрального провода, или фазы с землей (при заземлении нейтрали источника электроэнергии).

В зависимости от соединения токоведущих элементов различают следующие основные виды металлических коротких замыканий:

трехфазное к.з., когда накоротко замыкаются между собой в одной точке все три фазы (принятое обозначение — К3), (рисунок ниже, положение — а). Система напряжений при трехфазном к.з. остается симметричной;
двухфазное к.з., когда две фазы (например, В и С) замыкаются между собой накоротко в одной точке (К2), рисунок ниже, положение — б;
однофазное к.з. (К1), рисунок ниже, положение — в, когда одна фаза замыкается на землю, при этом режиме считается коротким замыкание лишь в случае, когда источник электроэнергии имеет глухозаземленную нейтраль.

Виды коротких замыканий (а—г)

«Электроснабжение строительно-монтажных работ», Г.Н. Глушков

Термическое действие токов короткого замыкания

Токи к. з. вызывают дополнительный нагрев токоведущих частей электрических аппаратов, шин и жил электрических кабелей. Длительность т. к. з. определяется временем, необходимым для отключения цепи защитными устройствами. Для того чтобы…

Ударный ток к. з.

iy = √2Ку Iк, где Ку — ударный коэффициент определяется из графика Ку = f (X/R) Расчетная схема для X/R = 24/50 = 0,48. Из графика имеем Ку =1 iу…

Сопротивление системы Хс

Сопротивление системы Хс определяем по формуле Хc=Uc//√3I(30) Сопротивление воздушной линии: индуктивное Хл =x0l; активное Rл = r0l где х0, r0 — удельные индуктивное и активное сопротивления линии, Ом/км (см. справочник)….

Определение полного сопротивления цепи к. з.

Однако для более точного расчета полное сопротивление цепи к. з. следует определять не путем арифметического сложения модулей полных сопротивлений участков этой цепи (II-5), а как в выражении на рисунке: Пример…

Расчет т. к. з. в установках напряжением до 1000 В

При расчете т. к. з. в установках напряжением до 1000 В учитывается, что электрические сети имеют большую протяженность и большое количество аппаратуры: трансформаторы тока, контакторы, автоматы и т. д., которые…

Ударный коэффициент Ку

Отношение ударного тока короткого замыкания iy к амплитуде периодической составляющей iпm называется ударным коэффициентом Ку: Ку = iу/ iпm Заменяя в формуле выше амплитуду iпm действующим током, получим Ку =iV√2Iпm…

Процесс короткого замыкания

Если до момента наступления к. з. в электрической цели был установившийся ток iп, то при внезапном к. з. в этой цепи вследствие значительного уменьшения полного сопротивления цепи, ток резко возрастает…

Замыкание одной фазы

В случае замыкания одной фазы на землю в системе, где нейтраль источника изолирована, режим не считается коротким замыканием, так как ток, возникающий при этом в цепи повреждения «фаза — земля»,…

Простой метод расчета основных токов короткого замыкания

Дата публикации: 2 окт.2020 г. Последнее обновление: 2 окт.2020 г. Абдур Рехман

Чтобы глубже изучить простой способ расчета тока короткого замыкания, мы должны сначала разработать нашу базу знаний по основам анализа короткого замыкания.

«Анализ тока короткого замыкания используется для определения величины тока короткого замыкания, который способна произвести система, и сравнения величины величины короткого замыкания с номинальной мощностью отключения устройств защиты от сверхтоков (OCPD).»

Мы всегда должны помнить, что номинальный ток отключения не совпадает с номинальным током короткого замыкания (SCCR). Если вы хотите узнать об этом больше, расскажите нам в комментариях, и мы обсудим это в другом блоге.

В предыдущем блоге мы кратко познакомили вас с «Анализ короткого замыкания» . Если вы еще не проверяли его, прочтите этот блог, а затем вернитесь к этому!

Основная электрическая теорема гласит, что ток короткого замыкания на самом деле зависит от двух наиболее важных параметров:

Полный импеданс от источника до точки повреждения
Номинальное напряжение системы

С помощью основной формулы мы можем легко рассчитать ток короткого замыкания в месте повреждения, и с помощью этих значений мы можем проанализировать систему и установить защитные устройства и защитить объект от любого серьезного повреждения или повреждения.

I_fault = V / Z

Существует множество методов расчета токов короткого замыкания, однако мы дадим вам основное представление о том, как можно рассчитать токи короткого замыкания в простой распределительной системе переменного тока.

Пожалуйста, рассмотрите однолинейную схему (SLD) с электросетью, трансформатором и устройством защиты от перегрузки по току (OCPD) с определенным номиналом отключения по току короткого замыкания.

Давайте сначала поговорим об источнике питания.Обычно мы рассматриваем источник питания или сеть как бесконечную емкость или «Источник имеет бесконечную шину».

Все, что было сказано, это то, что напряжение источника не имеет внутреннего сопротивления. В результате простой расчет становится очень консервативным. Поскольку предполагается, что источник не имеет собственного импеданса, соответствующий ток короткого замыкания будет наихудшим сценарием.

Теперь следующее, что у нас есть на нашей однолинейной схеме, — это трансформатор. Импеданс, определяющий величину тока короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора, состоит из двух отдельных импедансов:

«Собственный импеданс плюс импеданс кабеля, подключенного между электросетью и трансформатором.Собственный импеданс трансформатора — это величина его сопротивления протеканию через него тока короткого замыкания ».

Все трансформаторы имеют импеданс, который обычно выражается в процентах от напряжения. Это процент от нормального номинального первичного напряжения, которое должно быть приложено к трансформатору, чтобы вызвать протекание номинального тока полной нагрузки по короткозамкнутой вторичной обмотке.

Что это значит? а почему важен простой расчет?

Мы только что запустили нашу серию Power Systems Engineering Vlog , и в этой серии мы поговорим о всевозможных различных исследованиях и комментариях по энергетической системе.Мы рассмотрим различные блоги, написанные AllumiaX. Это весело, это весело, по сути, это видеоблог, и мы надеемся, что вы, , присоединитесь к нам, и получите от этого пользу.

Предположим, что если у нас есть понижающий трансформатор 480 В / 220 В с импедансом 5%, это означает, что 5% 480 В, т.е. 24 В, приложенные к его первичной стороне, вызовут ток номинальной нагрузки во вторичной обмотке. .

Если 5% первичного напряжения вызовут такой ток, то 100% первичного напряжения вызовет 20-кратное (100 деленное на 5) вторичное напряжение полной нагрузки, которое будет протекать через короткое замыкание на его вторичных выводах.

Очевидно, что чем ниже полное сопротивление трансформатора с заданным номиналом кВА, тем большую величину тока короткого замыкания он может выдать.

Теперь, когда мы понимаем основные переменные, которые определяют токи короткого замыкания, давайте сделаем простой расчет для той же однолинейной схемы, которая упоминалась выше.

Предположим, у нас есть простая система распределения, состоящая из следующих компонентов:

Энергосистема, обеспечивающая питание системы
Понижающий трансформатор для преобразования уровня напряжения
Трансформатор тока для понижения уровня тока, который затем подается на реле
Реле для защиты, которое подает сигнал на автоматический выключатель при любом ненормальном состоянии.Ознакомьтесь с курсом «Основы защиты энергосистемы» , в котором мы кратко обсудили «Типы защитных реле и требования к конструкции».

Считайте, что на главной шине произошло короткое замыкание. Для ясности и упрощения предположим, что сопротивление линии между вторичной обмоткой трансформатора и местом повреждения пренебрежимо мало.

Во время неисправности трансформатор тока определит величину тока, протекающего через вторичную обмотку трансформатора, в результате чего реле максимального тока (OC Relay) немедленно сработает и подаст сигнал на подключенный автоматический выключатель, который сработает. со временем разомкнуть его контакты и уберечь рабочий персонал от травм.Таким образом будет защищена система, подключенная к выходу этой шины.

Итак, для правильной работы всех этих защитных устройств нам необходимо определить 2 вещи.

Определить вторичный ток полной нагрузки (Isec)
Определить значение тока короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора (Isc)

Для этого мы будем использовать простую формулу. Предположим, сеть имеет номинальную мощность 100 кВА и значение импеданса 2.5%, и мы уже знаем, что 220 вольт доступны на вторичной обмотке трансформатора. Итак,

I_sec = (номинальная мощность источника в кВА) / (напряжение вторичной обмотки трансформатора)

Подставив значения, мы получим;

I_sec = 100000/220

Теперь мы рассчитаем значение тока короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора, это поможет защитному устройству действовать соответствующим образом.

I_sc = ((100%) / ((Импеданс трансформатора (Z%))) * I_sec

Подставив значения, мы получим;

I_sc = (100/2.5) * 454,54

I_sc = 18181,6 А

Ор, 18,18 КА. Это означает, что защитное устройство, которое мы будем использовать, должно иметь мощность короткого замыкания более 20 кА. Это поможет устройству защиты от сверхтоков (OCPD) безопасно прервать это количество тока короткого замыкания.

В этом блоге вы получили общее представление о том, как рассчитать ток короткого замыкания для малой энергосистемы.

В следующем блоге (посвященном короткому замыканию) мы углубимся и объясним каждый аспект расчета токов короткого замыкания в однофазной и трехфазной энергосистеме.

Надеюсь, вам понравится этот блог, и вы также будете рекомендовать его другим. Если у вас есть вопросы, задавайте их в комментариях.

Об авторе
Абдур Рехман (Abdur Rehman) — профессиональный инженер-электрик с более чем восьмилетним опытом работы с оборудованием от 208 В до 115 кВ как в коммунальных, так и в промышленных и коммерческих помещениях. Особое внимание он уделяет вопросам защиты энергосистем и инженерным исследованиям.

Электрические токи короткого замыкания

Краткое описание короткого замыкания

Короткое замыкание является одним из основных происшествий, влияющих на электрические системы. Последствия часто бывают серьезными, если не драматическими:

Короткое замыкание нарушает системную среду вокруг точки неисправности, вызывая внезапное падение напряжения ,
для этого требуется, чтобы часть системы (часто большая часть) была отключена. отключены из-за срабатывания защитных устройств,
все оборудование и соединения (кабели, линии), подвергшиеся короткому замыканию, подвергаются сильному механическому напряжению (электродинамические силы), которые могут вызвать разрывы, и термическое напряжение, которое может расплавить проводники и разрушить изоляцию,
в точке разлома часто возникает электрическая дуга большой мощности, вызывающая очень тяжелые повреждения, которые могут быстро распространиться по всему периметру.

Хотя вероятность коротких замыканий в современных хорошо спроектированных и исправно работающих установках все меньше и меньше, серьезные последствия, которые они могут вызвать, являются стимулом для внедрения всех возможных средств для их быстрого обнаружения и ослабления.

Величина короткого замыкания в различных точках системы является важной информацией при определении кабелей, сборных шин и всех устройств размыкания и защиты, а также их настроек.

Определения

Диаграмма тока короткого замыкания

Ток короткого замыкания в данной точке системы выражается как действующее значение Isc (в кА) ее переменного тока.

Максимальное мгновенное значение, которого может достичь ток короткого замыкания, — это пиковое значение Ip первого полупериода. Это пиковое значение может быть намного выше √2.Isc из-за затухающей составляющей постоянного тока, которая может накладываться на составляющую переменного тока. Эта случайная составляющая постоянного тока зависит от мгновенного значения напряжения в начале короткого замыкания и от характеристик системы.

Междуфазное короткое замыкание

Значение трехфазного тока короткого замыкания I _sc в точке F в системе составляет:

, где U относится к межфазному напряжению в точке F до возникновения короткого замыкания, а Z _cc — эквивалентное полное сопротивление системы на входе, если смотреть из точки замыкания.

Теоретически это простой расчет; на практике это усложняется из-за сложности расчета Z _sc, полного сопротивления, эквивалентного всем унитарным импедансам последовательно и параллельно подключенных блоков, расположенных выше места повреждения.

Эти импедансы сами по себе являются квадратичной суммой реактивных сопротивлений и сопротивлений.

Расчеты можно значительно упростить, зная мощность короткого замыкания S _sc в точке, которая присоединяется к распределительной системе.Зная S _sc на этом этапе, эквивалентный импеданс Za перед этой точкой может быть рассчитан по формуле:

Может быть не один источник напряжения, а несколько источников параллельно, в в частности, синхронные и асинхронные двигатели, реагирующие как генераторы при возникновении коротких замыканий. Трехфазный ток короткого замыкания обычно является самым сильным током, который может протекать в системе.

Двухфазный ток короткого замыкания всегда слабее (на коэффициент e / 2, т.е.е. примерно 87%).

Ток короткого замыкания между фазой и землей (однофазный)

Величина этого тока зависит от полного сопротивления Zn между нейтралью и землей.

Этот импеданс может быть практически нулевым, если нейтраль напрямую заземлена (последовательно с сопротивлением заземляющего соединения), или, наоборот, почти бесконечным, если нейтраль незаземлена (параллельно с емкостью между фазой и землей системы).

Расчет этого несимметричного тока короткого замыкания требует использования метода симметричных компонентов.Этот метод заменяет реальную систему наложением трех систем: положительная Z ₁ , отрицательная Z ₂ , нулевая последовательность Z ₀

Значение тока замыкания фазы на землю Io:

Этот расчет требуется для систем, в которых нейтраль заземлена импедансом Z _n . Он используется для определения уставки устройств защиты от замыкания на землю, которые должны сработать для отключения тока замыкания на землю.

На практике:

ИСТОЧНИК — Руководство по защите Мерлин Герин

Понимание номинальных значений тока короткого замыкания

Что такое SCCR?

Когда дело доходит до промышленного оборудования, очень важно убедиться, что электрические панели спроектированы и построены с использованием надлежащих SCCR для обслуживания системы, устранения простоев и повышения безопасности рабочих. Цель этой статьи — объяснить, почему это важно, и как найти необходимые вычисления.

SCCR означает Номинальный ток короткого замыкания , который определен в Статье 100 NEC (Национальный электротехнический кодекс) 2017 года как: «Ожидаемый симметричный ток короткого замыкания при номинальном напряжении, до которого устройство или система могут быть подключенным без повреждений, превышающих определенные критерии приемки ».

Проще говоря, SCCR — это максимальный ток короткого замыкания, который электрический компонент может безопасно выдержать, не вызывая опасности поражения электрическим током или возгорания.В общем, рейтинг SCCR для электрической панели основан на понимании каждого электрического компонента SCCR в этой панели. SCCR становится все более важной темой при установке промышленного оборудования и электрических панелей на объектах клиентов.

Почему важен SCCR?

Поскольку SCCR представляет собой наивысший ток короткого замыкания, который может безопасно выдержать такое оборудование, как промышленные панели управления, превышение SCCR может вызвать катастрофические и серьезные отказы оборудования и компонентов.

2017 NEC ARTICLE 670 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПАНЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ
409.22 Номинальный ток короткого замыкания.

Установка. Промышленный щит управления не должен устанавливаться там, где имеющееся короткое замыкание превышает его номинал короткого замыкания, отмеченный в соответствии с 409.110 (4)

. Следовательно, необходимо определить (рассчитать) максимальный ток короткого замыкания, который может быть присутствует там, где установлена промышленная панель управления или другое оборудование.Доступный ток короткого замыкания должен быть меньше, чем обозначенный SCCR промышленной панели управления, чтобы соответствовать требованиям NEC.

Важно понимать номинальные значения тока короткого замыкания для промышленных панелей управления. Промышленная панель управления — это общий термин, обозначающий сборку из двух или более компонентов, которые включены в комплект. Узел может быть силовым, управляющим или и тем, и другим, но не включает управляемое оборудование.

In, и Национальный электротехнический кодекс (NEC®), стандарт требует, чтобы промышленные панели управления, содержащие компоненты силовой цепи (подающие питание от основной сети на нагрузки, такие как двигатели, обогреватель, освещение, приборы или розетки), были помечены SCCR, ранее называвшийся рейтингом устойчивости .

Как указано в UL 508A и NEC , промышленные панели управления, содержащие только компоненты цепи управления, не должны иметь маркировку SCCR.

Если промышленная панель управления содержит устройство защиты от перегрузки по току в ответвленной цепи силовой цепи, питающее цепь управления, то SCCR должен быть маркирован на основе номинала прерывания устройства защиты от перегрузки по току.

Силовая цепь и цепь управления

До выпуска последней редакции UL 508A, Дополнения SB от 20 декабря 2013 года, SCCR применялся только к силовой цепи панели управления.Цепь питания обеспечивает электричеством рабочих, которые выполняют тяжелую работу, например, приводя в действие большие двигатели. Обычно это где-то между 240 В ~ 600 В переменного тока, трехфазное питание. Схема управления имеет более низкую мощность, всего 5 вольт. Как следует из названия, он контролирует работу силовой цепи, но изолирован от нее. Это важно, чтобы изолировать пользователя от высоких напряжений и токов силовой цепи. Думайте о схеме управления как о мозге, а о силовой цепи как о мускуле панели управления.

Расчет номинального тока короткого замыкания (SCCR)

Сегодня большинство электрических компонентов имеют маркировку SCCR на самом компоненте производителем или комбинированный рейтинг на веб-сайте UL. Если SCCR недоступен, можно присвоить значение по умолчанию, обратившись к таблице SB4.1 в стандарте UL 508A. Принимая эти значения и время, необходимое для полного понимания используемой конструкции схемы, вы понимаете, что в основном компонент с наименьшим SCCR в определенных цепях определяет рейтинг SCCR электрической панели.

1. Определите все компоненты силовой цепи.

Сюда входят, но не ограничиваются:

2. Определите значение SCCR для всех компонентов в силовой цепи.

SCCR обычно указывается на компоненте, рейтинги комбинации доступны на веб-сайте UL или в инструкциях производителя.
Если производитель не предоставляет, значение SCCR можно определить с помощью таблицы UL SB4.1 (см. Приложение).

3.Определите SCCR для каждой ответвленной цепи.

Самый нижний компонент SCCR — это эквивалентная ответвленная цепь SCCR

4. Определите SCCR для фидерной цепи.

5. Принять к учету устройства защиты от перегрузки по току фидерной цепи.

6. Определите наименьшее значение для любого компонента или ответвленной цепи.

Это SCCR для панели управления.

Почему SCCR важен для установки

С момента выпуска NEC 2005 года электрические панели промышленного оборудования должны иметь маркировку SCCR.До этого производители панелей должны были предоставить только номинальную мощность отключения устройства защиты от перегрузки по току или силу тока, при которой главный выключатель панели будет «отключаться». Это означает, что с выпуска 2005 года NEC производители электрических панелей промышленного оборудования пришлось начать не только вычислять рейтинги SCCR для своих панелей, но и понимать доступный ток короткого замыкания, который подается на объекте заказчика, где будет проводиться установка панели.
Если доступный ток короткого замыкания, подаваемый на панель, выше, чем рейтинг SCCR, указанный на паспортной табличке панели, установка панели запрещена NEC, 670.5. Это требует, чтобы установщики электрических щитов промышленного оборудования проверяли наличие тока короткого замыкания на объектах своих клиентов.

2017 NEC ARTICLE 670 ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

670,5 Номинальный ток короткого замыкания (1) Промышленное оборудование не должно устанавливаться там, где доступный ток короткого замыкания превышает его номинальный ток короткого замыкания, указанный в соответствии с 670,3 (A) ( 4).

Соответствие SCCR

Подводя итог, при соблюдении рейтингов SCCR важно помнить три вещи.

SCCR для панели управления определяет наименьшее значение SCCR для любого компонента или ответвленной цепи.
Доступный ток короткого замыкания должен быть определен у заказчика, где будет установлен электрический щит. Это определение может сделать производитель или подрядчик по установке.
Рейтинг SCCR электрической панели должен быть равным или превышать установленный доступный ток короткого замыкания.

Отказ от ответственности:
Содержимое, представленное в этом техническом документе, предназначено исключительно для общих информационных целей и предоставляется при том понимании, что авторы и издатели не участвуют в предоставлении технических или других профессиональных консультаций или услуг.Инженерная практика определяется обстоятельствами конкретного объекта, уникальными для каждого проекта. Следовательно, любое использование этой информации должно осуществляться только после консультации с квалифицированным и лицензированным специалистом, который может принять во внимание все соответствующие факторы и желаемые результаты. Информация в этом техническом документе была размещена с разумной тщательностью и вниманием. Однако возможно, что некоторая информация в этих официальных документах является неполной, неверной или неприменимой к определенным обстоятельствам или условиям.Мы не несем ответственности за прямые или косвенные убытки, возникшие в результате использования информации, содержащейся в этом техническом документе, или действий на ее основе.

Расчет тока короткого замыкания — журнал IAEI

Один из самых фундаментальных расчетов системы распределения электроэнергии — это расчет доступного тока короткого замыкания. В выпуске журнала IAEI за сентябрь — октябрь 2012 г. была статья под названием «Основы, максимальный ток повреждения», в которой говорилось на эту тему, но не рассматривались математические выкладки.С тех пор я получил много просьб заняться математикой. Я надеюсь, что эта статья удовлетворит пытливые умы подробностями о вычислении доступного тока короткого замыкания и предоставит некоторые уравнения для изучения студентом.

Доступный ток короткого замыкания

Максимальный доступный ток короткого замыкания является важным параметром для каждой системы распределения электроэнергии, поскольку он обеспечивает точку данных, необходимую для подтверждения того, что оборудование применяется в пределах своих номинальных характеристик, и что система работает в соответствии с ожиданиями.Имеющийся ток короткого замыкания также используется во многих других приложениях.

Национальный электротехнический кодекс требует эту точку данных для обеспечения соблюдения таких разделов, как 110.9, рейтинг прерывания; 110.10. Полное сопротивление цепи, номинальные значения тока короткого замыкания и другие характеристики; и 110.24 Доступный ток повреждения. Независимо от того, являетесь ли вы проектировщиком, установщиком или инспектором, в какой-то момент вашей карьеры вы столкнетесь с расчетом доступного тока короткого замыкания. Понимание математики, лежащей в основе этого, и того, как используются расчетные токи короткого замыкания, может только расширить знания и понимание.Это также может помочь нам понять, что эти расчеты должен производить квалифицированный специалист. Итак, ради понимания, я предлагаю эту статью, чтобы помочь вам в этом.

Основы расчета тока короткого замыкания

Все, что вам нужно знать о вычислении токов короткого замыкания, вы изучили на курсах 101, тригонометрии и базовой математике. На рисунке 1 показана простая однолинейная схема, которая вполне может быть вашим основным служебным входом для коммерческой или промышленной установки.

Рисунок 1. Однолинейная диаграмма

Рисунок 2 — это основная принципиальная схема того, что представлено на Рисунке 1, и которая будет использоваться для расчета доступного тока короткого замыкания в любой точке приведенной выше простой однолинейной диаграммы. Инженеры назовут то, что вы видите на Рисунке 2, диаграммой импеданса, поскольку она в основном преобразует каждый компонент на Рисунке 1 выше в значения импеданса. Для тех из вас, кто разбирается в цепях 101, то, что вы видите ниже, когда все импедансы сложены вместе, представляет собой «эквивалент Теванина», который включает в себя импеданс и источник напряжения.Эта базовая схема будет использоваться в этой статье.

Рис. 2. Диаграмма импеданса (схема)

Для расчетов и упрощения нашей работы с этим документом необходимо сделать допущения.

Предположения для трансформатора, который будет использоваться как часть примера для этой статьи, будут включать следующие. Эта информация должна быть доступна при чтении паспортной таблички трансформатора.

Трансформатор кВА 1500
Первичное напряжение 4160 В
Вторичное напряжение 480 В
% Импеданс 5.75%

Предполагается для тока короткого замыкания, доступного для электросети. Для этого упражнения будет использовано 50 000 ампер. Перед проведением исследования с коммунальным предприятием связываются для получения этой информации. Они могут обеспечить доступный ток короткого замыкания одним из нескольких различных способов. Самыми простыми и, вероятно, наиболее заметными данными от электросети будут доступный ток короткого замыкания в кА. Некоторые утилиты могут вместо этого предоставлять данные в виде MVA короткого замыкания. В этой статье будут представлены уравнения для обеих форм ввода, но с учетом доступного тока короткого замыкания 50 кА.

Что касается импеданса проводника, следующие расчеты будут игнорировать сопротивление проводника и использовать только реактивное сопротивление. Это сделает две вещи для этой статьи. Во-первых, это приведет к более высокому току повреждения, чем можно было бы рассчитать, если бы мы приняли во внимание как сопротивление, так и реактивное сопротивление. Во-вторых, это упростит математику. В последнем разделе этой статьи будут представлены результаты анализа, включающие сопротивление и реактивное сопротивление проводников и электросети.Используемые методы отражают методы, используемые в таких программах, как SKM Systems Analysis A-Fault.

Эта статья также не предполагает участия двигателя. Максимальный доступный ток короткого замыкания должен включать все составляющие короткого замыкания. Мы не включаем этот вклад в эти усилия для простоты.

Основные расчеты трансформатора

Самым первым шагом этого процесса является расчет ампер полной нагрузки (FLA) для трансформатора. Еще один базовый расчет, который электротехнику придется выполнять в какой-то момент своей карьеры, и который некоторые выполняют много раз в день.Уравнения для расчета FLA приведены ниже:

FLA Вторичный	= кВА
	(√3) × (кВсек)

FLA Вторичный	= 1500
	[(√3) × (0,480)] = 1804 А

Этот трансформатор на 1500 кВА имеет FLA вторичной обмотки 1804 ампер. Этот параметр необходим для выбора вторичных проводов для этого трансформатора.Основываясь на этом FLA и использовании таблицы 310.15 (B) (16) из NEC 2014, проводники, используемые на вторичной обмотке трансформатора, будут иметь количество проводников 5-500 MCM на фазу.

Расчет тока короткого замыкания на вторичной обмотке главного трансформатора

Есть два подхода к вычислению доступного тока короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора. Мы можем рассчитать максимальное количество, которое трансформатор пропустит, как если бы объект выработки электроэнергии был подключен непосредственно к линейной стороне трансформатора, или мы можем рассчитать доступный ток повреждения с учетом предоставленного доступного тока повреждения от электросети.Первый подход, который приводит к максимальной величине тока повреждения, который пропускает трансформатор, называется расчетом «бесконечной шины». Схема на рисунке 2 может быть перерисована, чтобы включить нулевой импеданс для электросети, что снизит общий импеданс цепи и, таким образом, увеличит значение расчетного тока короткого замыкания. На рис. 3 будет показан максимально допустимый ток короткого замыкания, который может подавать трансформатор.

Рисунок 3. Эквивалентная схема бесконечной шины

На рис. 3 показано только полное сопротивление трансформатора.Уравнение для расчета максимального доступного тока короткого замыкания, который может обеспечить трансформатор, выглядит следующим образом:

Isc	= (трансформатор кВА) × 100
	(√3) × (вторичный кВ) × (трансформатор% Z)

Isc	= 1500 × 100
	(√3) × (0.480) × (5,75) = 31 378 ампер

Это говорит нам о том, что вторичная обмотка трансформатора не может видеть больше тока повреждения, чем мы рассчитали. На стороне электросети НЕТ изменений, которые могут повлиять на этот доступный ток короткого замыкания до точки, где он будет превышать 31 378 ампер. Единственный способ получить более 31 378 ампер, если мы изменим трансформатор, и новый трансформатор, который предположительно будет таким же по всем другим характеристикам, будет иметь другой% импеданса.На рисунке 4 представлена таблица, которая включает результаты изменения импеданса исследуемого трансформатора +/- 20% с шагом 5% по сравнению со значением импеданса 5,75%, используемым в этом примере. Это показывает, как изменение импеданса трансформатора повлияет на максимально допустимый ток короткого замыкания, который он может пропустить.

Как показано на рисунке 4, смена трансформатора и изменение его импеданса может оказать значительное влияние на систему. Если бы я рискнул предположить, я бы сказал, что в большинстве случаев коммунальное предприятие, меняющее служебный трансформатор, будет признано предприятием.Задача состоит в том, чтобы владелец объекта или постоянные сотрудники понимали, как это изменение может повлиять на их систему распределения электроэнергии. После внесения изменений метки, подобные тем, которые включены в Раздел 110.24 NEC , должны быть обновлены.

Рис. 4. Влияние изменения импеданса (+ / — 20%) трансформатора на 1500 кВА

В этом расчете не учитывается полное сопротивление источника электросети и не учитываются проводники на стороне нагрузки. Давайте теперь исследуем влияние добавления в сеть доступного тока короткого замыкания.

Расчет тока короткого замыкания с учетом тока повреждения сети

Как и в большинстве ситуаций, мы выбираем консервативные ярлыки, консервативные в отношении безопасности, пока не возникнут ситуации, требующие углубления в детали. Вышеупомянутый ярлык для расчета тока повреждения является консервативным, поскольку он НЕ учитывает доступный ток повреждения сети, дающий максимальное значение. При рассмотрении прерывания и других аналогичных номиналов устройства и оборудование, которые могут выдерживать это консервативное значение тока короткого замыкания, не нуждаются в дополнительных исследованиях.Когда новое или существующее оборудование не может справиться с этим консервативно высоким доступным током короткого замыкания, может быть проведен дальнейший подробный анализ или оборудование может быть заменено или рассчитано соответствующим образом. Далее будет рассмотрен вопрос о добавлении полезности при наличии доступного тока короткого замыкания. В частности, 50 кА доступны в коммунальном хозяйстве. Это продемонстрирует, что таким образом можно уменьшить рассчитанные 31 378 ампер.

Ниже приведены два уравнения, которые относятся к наличию кА и наличию MVA короткого замыкания.В этом примере мы будем использовать приведенное ниже уравнение, в котором предполагается, что электросеть предоставила вам доступный ток короткого замыкания в кА.

Принципиальная схема теперь выглядит так, как показано на рисунке 5.

Рис. 5. Принципиальная электрическая схема, которая включает импеданс трансформатора и сетевого источника.

Первым необходимым шагом является преобразование предоставленной электросетью доступной информации о токе повреждения (50 кА) в полное сопротивление источника.
Если кА предоставляется от электросети:

% Z утилита	= Трансформатор кВА × 100
	(Isc электросети) × (√3) × (кВ первичная)

При коротком замыкании MVA предоставляется коммунальным предприятием:

% Z утилита	= Трансформатор кВА
	Короткое замыкание кВА инженерных сетей

Для заданного доступного тока короткого замыкания в 50 кА,% Z сети рассчитывается следующим образом:

% Z утилита	= 1500 × 100
	(50 000) × (√3) × (4.160) = 0,420

На рисунке 6 показаны значения импеданса источника электросети для различных токов короткого замыкания, доступных для этого конкретного примера. Как отмечалось выше, трансформатор кВА и первичное напряжение будут играть ключевую роль в этих значениях.

Рисунок 6. Значения импеданса сетевого источника для различных уровней доступного тока короткого замыкания в сети

Уравнение для расчета доступного тока короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора, которое включает полное сопротивление электросети, выглядит следующим образом:

Isc	= (трансформатор, кВА) × 100)
	(√3) × (Вторичный кВ) × [(% Zтрансформатор) + (% Z полезность)]

После вставки всех известных переменных новый доступный ток повреждения рассчитывается следующим образом:

Isc	= 1500 × 100
	(√3) × (0.480) × [(5,75) + (0,4164)] = 29 259 А

Если мы сравним расчет бесконечной шины и тот, который включал импеданс источника электросети (доступный ток короткого замыкания 50 000 ампер), мы увидим, что доступный ток короткого замыкания упал с 31 378 ампер до 29 259 ампер, что на 6,8% меньше. в доступном токе короткого замыкания (2119 ампер).

Влияние изменяющегося тока короткого замыкания, доступного в электросети, показано на рисунке 7. В этой таблице показано, как изменяется расчетный доступный ток короткого замыкания при изменении значений тока повреждения источника электросети.Доступный ток короткого замыкания 50 кА используется в качестве значения, с которым сравниваются изменения. Интересно видеть, что увеличение доступного тока короткого замыкания от электросети, если исходная точка составляет 50 кА, не имеет такого большого влияния, как можно было бы подумать. Например, удвоение доступного тока повреждения в электросети с 50 кА до 100 кА увеличивает доступный ток повреждения вторичной обмотки трансформатора только на 3%, или на 1022 ампер. Для большинства устройств защиты от сверхтоков это изменение не должно быть значительным.Я слышал, что некоторые говорили, что мы не должны маркировать оборудование входа для обслуживания, потому что коммунальное предприятие может вносить изменения в коммутацию на стороне линии, которые повлияют на номер на этикетке. Рисунок 7 — хороший пример, который показывает, что даже если бесконечная шина не использовалась, изменения на стороне электросети не имеют такого значительного влияния на ток короткого замыкания, как можно было бы подумать.

Рис. 7. Влияние различных токов короткого замыкания, доступных в электросети, на систему распределения электроэнергии.

Напомним, где мы находимся в этом обсуждении, доступные токи замыкания показаны на рисунке 7a.

Следующее, что мы должны рассмотреть, — это провод на вторичной обмотке трансформатора. Это еще больше снизит доступный ток короткого замыкания.

Расчет — после длины проводника

Проводники могут оказывать значительное влияние на доступный ток короткого замыкания. Давайте продолжим анализ этого примера трансформатора 1500 кВА, добавив параллельные проводники 500MCM на стороне нагрузки.

Эквивалентная схема уже представлена как часть рисунка 1.Теперь давайте рассмотрим влияние длины проводника на доступный ток короткого замыкания. Нам понадобится следующее уравнение:

Данные, необходимые для этого примера, взяты из национального электрического кодекса . Из Таблицы 9 NEC 2014 для проводника 500 MCM в стальном трубопроводе, Xl (реактивное сопротивление) определено как 0,048 Ом / 1000 футов. В этом примере, как указывалось ранее, мы используем только значение реактивного сопротивления, которое приведет к немного более высоким значениям тока короткого замыкания и сделает математику для этой публикации более приемлемой.Для трансформатора мощностью 1500 кВА с током полной нагрузки 1804 нам потребуется 5-500 мкс проводов, включенных параллельно на каждую фазу. Расчет производится следующим образом:

уравнение для расчета доступного тока короткого замыкания выглядит следующим образом:

Подставив все известные переменные, мы вычислили ISC следующим образом:

Тот же расчет, предполагающий бесконечную шину без полного сопротивления сети, выглядит следующим образом:

Подводя итог еще раз,

Как видно здесь, включение дополнительных деталей снижает доступный ток повреждения.В этом случае ток короткого замыкания был снижен с 31 378 ампер до 26 566 ампер, примерно на 15,3%.

Рисунок 8. Сводка расчетов и сравнение с другими инструментами для расчета доступного тока короткого замыкания.

Окончательная калибровка

Итак, мы прошли через расчет доступного тока короткого замыкания для служебного входного оборудования. Мы показали, как короткие пути приводят к консервативным доступным токам короткого замыкания, которые в целях оценки отключающих характеристик и / или рейтингов SCCR обеспечивают коэффициент безопасности для конструкции.Мы также показали, как можно снизить доступные токи короткого замыкания с помощью более подробного анализа, но это требует больше усилий и опыта. Давайте посмотрим на приведенный выше пример и рассмотрим другие инструменты, которые могут быть доступны.

В нашем распоряжении есть различные инструменты, когда мы рассматриваем возможность расчета доступного тока короткого замыкания. Некоторые из них довольно дороги и требуют использования обученных специалистов. К ним относятся такие программные приложения, как инструменты системного анализа SKM. Эти приложения действительно являются достаточно подробными и предоставляют очень подробные отчеты.Существуют также бесплатные инструменты, такие как калькулятор короткого замыкания Eaton Bussmann FC2. Рисунок 8 суммирует то, что мы сделали выше, И дает сравнение с SKM и с приложением Bussmann FC2. Калькулятор Bussmann FC2 является бесплатным и доступен в Интернете или для любого IPHONE или ANDROID через App Store любого продукта. Посетите www.cooperbussmann.com/fc2 для получения дополнительной информации. Вы заметите, что результат программного обеспечения SKM использует как реальную, так и реактивную составляющие проводника. Значения импеданса были взяты прямо из Таблицы 9 в NEC 2014 для медных проводников в стальном трубопроводе.

Опять же, ни один из примеров, показанных выше и включенных в эту статью, не учитывает вклад двигателя. Это было упражнение, призванное дать некоторую основу для обсуждения токов короткого замыкания, и поэтому простота была нашим другом. Вклад двигателя может быть очень важным для этих расчетов. С точки зрения математики и / или системной схемы, когда вы включаете вклад двигателя, импеданс параллелен импедансу сетевого источника, импедансу трансформатора и импедансу проводника.Это снижает общий импеданс в цепи, показанной на рисунке 2, и, следовательно, увеличивает расчетный ток короткого замыкания. Сброс остается на усмотрение учащегося. (Я всегда хотел это сказать.)

Заключительное слово

Доступный ток короткого замыкания — очень важный параметр, который необходимо учитывать при проектировании, установке и проверке. На рынке доступны инструменты, которые помогают рассчитать доступный ток короткого замыкания. Используйте эти ресурсы для удовлетворения требований NEC и приложений к продукту.

Как всегда, поставьте безопасность на первое место в списке и убедитесь, что вы и окружающие доживете до следующего дня.

Ток повреждения или ток короткого замыкания, вот в чем вопрос

Что такое ток неисправности ? Что такое ток короткого замыкания ? Ответ на оба вопроса один, потому что это два разных способа сказать одно и то же. Оба термина используются для определения величины тока, который будет протекать во время короткого замыкания.В Национальном электротехническом кодексе (NEC®) от 2017 года используются оба термина, но ни один из них не имеет определения. По этой причине эти вопросы недавно были рассмотрены в рамках цикла NEC Code 2020 года . Это было сделано путем создания целевой группы, и они решили, что лучше всего использовать термин ток повреждения , и представили общедоступные входные данные, чтобы добавить определения и пересмотреть разделы, чтобы использовать термин «ток повреждения» для единообразия. В этой статье обсуждаются новые определения, способы определения величины тока короткого замыкания и применимые требования NEC .

Ток сбоя
Как обсуждалось ранее, ток короткого замыкания и ток короткого замыкания взаимозаменяемы; они оба показывают ток, который может протекать в точке системы во время короткого замыкания. Эта величина тока короткого замыкания зависит от источника питания и места возникновения короткого замыкания. Следовательно, потребовался другой термин, доступный ток короткого замыкания . Это максимальная величина тока, которая может подаваться в определенной точке системы во время короткого замыкания.Важно помнить, что ток повреждения и доступный ток повреждения связаны с параметрами электрической системы.

В NEC 2020 были добавлены новые определения «ток повреждения» и «доступный ток повреждения» в статье 100, как показано ниже:

Ток повреждения. Ток, подаваемый в точку системы во время короткого замыкания.

Доступный ток повреждения (доступный ток повреждения). Наибольшая сила тока, которая может подаваться в точке системы во время короткого замыкания.

Информационное примечание: Короткое замыкание может произойти при ненормальных условиях, таких как короткое замыкание между проводниками цепи или замыкание на землю. См. Информационное примечание на рис. 100.1. ¹ [См. Рисунок 1]

Цифра, указанная в информационном примечании, также указывает на важность терминов «номинальный ток отключения», который применяется к устройствам защиты от перегрузки по току, и «номинальный ток короткого замыкания», который применяется к оборудованию.

Рисунок 1. Рисунок 100.1 из NEC-2020.Воспроизведено с разрешения NFPA из NFPA 70®, National Electrical Code®, издание 2020 г. Авторское право © 2019, Национальная ассоциация противопожарной защиты. Полную копию NFPA 70® можно найти на сайте www.nfpa.org.
Расчет доступного тока повреждения
При расчете доступного тока повреждения отправной точкой всегда является источник питания, которым обычно является электросеть. Коммунальное предприятие может предоставить величину тока короткого замыкания в точке обслуживания, или можно использовать простой расчет, основанный на трансформаторе, обеспечивающем обслуживание.
После того, как это значение определено, следующим шагом будет выполнение другого расчета на основе проводников или автобусного пути от точки обслуживания до оборудования служебного входа.
Этот процесс затем повторяется для оборудования, расположенного ниже оборудования служебного входа. Этот расчет может быть выполнен вручную, с помощью программного обеспечения или мобильных приложений, таких как мобильное приложение серии Eaton Bussmann, FC ².
Рис. 2а и 2б. Смартфон демонстрирует калькулятор доступного тока повреждения (FC2), мобильное приложение серии Eaton Bussmann.Любезно предоставлено Eaton.
Документация / маркировка доступного тока повреждения
Начиная с модели NEC 2011 г., требуется отмечать доступный ток короткого замыкания на оборудовании служебного входа. В модели NEC 2017 года теперь требуется либо документировать, либо отмечать доступный ток короткого замыкания на оборудовании, обозначенном красный , показанном ниже.
Таблица 1. Тип оборудования (отметка / документ доступный ток неисправности)

NEC 2020 добавила новое требование в Раздел 408.6 для щитов, распределительных щитов и распределительных устройств, требующих маркировки на месте имеющегося тока короткого замыкания в жилых домах, отличных от одно- и двухквартирных. Это существенное изменение, требующее, чтобы почти все оборудование распределения электроэнергии было маркировано имеющимся током короткого замыкания.

Требования к номинальному отключению и устройствам защиты от сверхтоков
Первым термином, который использовался в NEC для обозначения способности устройства защиты от перегрузки по току прерывать ток, был «отключающая способность».Производители автоматических выключателей тогда, а в некоторых случаях и сегодня, использовали аббревиатуру «AIC», что означает «отключающая способность в амперах».
Этот термин и требование о том, что устройства защиты от сверхтоков должны иметь адекватную отключающую способность, относятся к 1940 NEC, , где в разделе 1109 говорится: «Устройства, предназначенные для отключения тока, должны иметь отключающую способность, достаточную для используемого напряжения и тока. который должен быть прерван ».

NEC 1959 года изменил этот раздел с 1109 на 110-9.В модели NEC 1978 года термин мощность прерывания был изменен на рейтинг прерывания , а к NEC 110-9 был добавлен второй параграф, который идентифицировал оборудование, отличное от уровней неисправности, также должно иметь адекватный рейтинг прерывания, например устройства, которые необходимы для прерывания перегрузок. В 1981 году было добавлено определение рейтинга прерывания . Текущее определение прерывания рейтинга в NEC Статья 100 и текущий текст NEC 110.9 показан ниже.

110,9 Рейтинг прерывания. Оборудование, предназначенное для прерывания тока на уровнях повреждения, должно иметь отключающую способность при номинальном напряжении цепи, по крайней мере, равную току, имеющемуся на линейных выводах оборудования.

Оборудование, предназначенное для прерывания тока на уровнях, отличных от неисправности, должно иметь отключающую способность при номинальном напряжении цепи, по крайней мере, равную току, который должен быть прерван. ¹

Итак, с 1940-х годов следовало задать вопрос: «Какую максимальную величину тока (доступный ток короткого замыкания) должно быть способно отключать устройство защиты от сверхтоков и каков соответствующий отключающий рейтинг (отключающая способность). что должно быть в устройстве защиты от сверхтока? »

Рисунок 3.Пример автоматического выключателя Eaton FDE и предохранителя серии Eaton Bussmann класса J LPJ. Любезно предоставлено Eaton.

Номинальные значения тока короткого замыкания и требования к оборудованию

Аналогом отключающей способности устройств защиты от сверхтоков являются номинальные значения тока короткого замыкания оборудования. Термин, использовавшийся ранее, но не определенный в NEC , был «рейтинг устойчивости к короткому замыканию», и он просто относился к максимальной силе тока, которую оборудование могло безопасно выдержать.В NEC 2005 было добавлено определение номинального тока короткого замыкания (SCCR), как показано ниже.

Номинальный ток короткого замыкания. Предполагаемый симметричный ток короткого замыкания при номинальном напряжении, к которому устройство или система могут быть подключены без повреждений, превышающих определенные критерии приемки. ¹

Также в NEC 2005 , дополнительное оборудование, на которое часто не обращали внимания, требовалось маркировать с помощью SCCR (показано черным текстом в таблице 2).В модели NEC 2017 года требовалось маркировать дополнительное оборудование с помощью SCCR ( показано красным текстом в таблице 2). Движущей силой добавления требований к маркировке SCCR является обеспечение того, чтобы оборудование не было установлено в местах, где доступный ток короткого замыкания выше, чем маркированный SCCR, что предотвращает серьезную угрозу безопасности. Обратите внимание, что маркировка для безобрывных переключателей — это маркировка поля в дополнение к маркировке производителя. Маркировка поля необходима, поскольку SCCR переключателя может варьироваться в зависимости от типа, номинальных характеристик и настроек вышестоящего устройства защиты от перегрузки по току.

Таблица 2. Оборудование, необходимое для маркировки SCCR
Подобно NEC 110.9 для правильного применения номинального тока отключения, NEC 110.10 требует, чтобы оборудование имело номинальный ток короткого замыкания, соответствующий имеющемуся току повреждения. NEC 110.10 входит в состав NEC с 1965 года и требует защиты электрических компонентов от значительных повреждений. Версия 1978 года NEC 110.10 добавила термин рейтинг устойчивости к короткому замыканию .В 1999 г. NEC этот термин был изменен в NEC 110.10 на «номинальный ток короткого замыкания». Итак, с 1965 года следовало задать вопрос: «Каков доступный ток короткого замыкания и каковы номинальные значения электрического компонента (оборудования) (номинальные значения тока короткого замыкания)?» При применении электрического оборудования, такого как распределительные щиты, щитовые щиты, центры управления двигателями, разъединители, автоматические переключатели резерва и другое оборудование в соответствии с требованиями текущей версии NEC .
110.10 Полное сопротивление цепи, номинальные значения тока короткого замыкания и другие характеристики. Должны быть выбраны и согласованы устройства защиты от сверхтоков, общий импеданс, номинальные значения тока короткого замыкания оборудования и другие характеристики защищаемой цепи, чтобы устройства защиты цепи, используемые для устранения повреждения, могли работать без значительного повреждения. электрооборудование схемы. Предполагается, что это замыкание происходит либо между двумя или более проводниками цепи, либо между любым проводником цепи и заземляющим проводом (проводниками) оборудования, разрешенным в 250.118. Включенное в список оборудование, применяемое в соответствии с его списком, считается отвечающим требованиям этого раздела. ¹
Глядя на формулировку NEC 110.10, может сбить с толку тот факт, что это требование просто требует, чтобы SCCR оборудования соответствовал имеющемуся току короткого замыкания.
Например, почему здесь упоминаются устройства защиты от сверхтоков? Это связано с тем, что SCCR оборудования может зависеть от конкретного устройства защиты от перегрузки по току.
Почему это относится к общему сопротивлению? Это связано с тем, что доступный ток повреждения зависит от того, где в системе расположено оборудование (полное сопротивление от источника питания до точки короткого замыкания).
Какие еще характеристики следует учитывать? Это может быть что-то вроде минимального размера корпуса для данного компонента оборудования.
Что такое «обширный ущерб?» Это означает, что может произойти повреждение, но оно не должно представлять опасность поражения электрическим током, возгорания или выброса снарядов из оборудования.
Если оборудование внесено в список, нужно ли мне беспокоиться о SCCR? Да, конечно. Это относится к тому факту, что NEC 3 (B) требует применения оборудования согласно его списку и маркировке. Следовательно, если SCCR оборудования составляет 5 кА, это будет нарушением NEC 110,3 (B) и NEC 110,10, если доступный ток повреждения превышает 5 кА.

В NEC 2011 были добавлены дополнительные требования, которые четко указывают, что SCCR оборудования должен быть равен или превышать доступный ток короткого замыкания для промышленных панелей управления и электрических панелей и оборудования промышленного оборудования.В модели NEC 2017 года аналогичные требования были добавлены к оборудованию, показанному ниже красным. Опять же, важно помнить, что номинальный ток короткого замыкания относится к «оборудованию», а SCCR оборудования должен быть равен или больше доступного тока короткого замыкания.

В NEC 2020 новый Раздел 408.6 не только требует маркировки полей всех распределительных щитов, распределительных устройств и щитовых панелей, но также требует, чтобы SCCR был равен или превышал доступный ток короткого замыкания.Это требование на самом деле не является «новым», поскольку от оборудования требовалось соответствие 110.9 и 110.10 для многих циклов Code . Это действительно подчеркивает необходимость оценки этого оборудования на предмет надлежащего SCCR для инженеров, подрядчиков и инспекторов. По-прежнему может быть сложно оценить и проверить это оборудование на предмет надлежащего SCCR, поскольку типовые щиты автоматических выключателей и распределительные щиты могут работать с множеством различных автоматических выключателей, а SCCR зависит от устройства с наименьшим номиналом прерывания, установленного в оборудовании.Поэтому инженерам и подрядчикам важно отметить конкретные автоматические выключатели и их отключающие характеристики, чтобы инспекторы могли легко оценить оборудование на предмет надлежащего SCCR.

Также важно установить автоматические выключатели с надлежащими отключающими характеристиками при замене или добавлении новых автоматических выключателей после первоначальной установки. Если используются серийные рейтинги, они должны быть проверены на соответствие 240.86 и отмечены в соответствии с 110.22 (B) или (C).Типичное оборудование с плавкими предохранителями будет иметь SCCR на 100 000 или 200 000 ампер при использовании токоограничивающих предохранителей, таких как класс CF, J, R, L или T. Следует проявлять осторожность при установке зажимов отклоняющего типа в оборудование, которое может вмещать предохранители класса R. , но откажитесь от предохранителей класса H (K5) в соответствии с требованиями 240.60 (B) в системах, способных обеспечить ток повреждения более 10 000 ампер. Использование переключателей класса H позволит использовать нетоковые предохранители класса H и ограничит SCCR в сборе до 10 000 ампер.

Таблица 3. Тип оборудования, при котором SCCR должен быть равным доступному току неисправности или превышать его

Выборочная координация

Доступный ток короткого замыкания также является ключевым фактором для критических систем, где требуется или желательна избирательная координация. Это связано с тем, что определение выборочной координации, которое было изменено в NEC 2014 , теперь четко указывает, что это включает в себя полный диапазон сверхтоков (все токи), от перегрузки до имеющегося тока короткого замыкания, и полный диапазон защиты от сверхтоков. время работы устройства (постоянно).

Координация, выборочная (Selective Coordination). Локализация состояния перегрузки по току для ограничения перебоев в цепи или затронутом оборудовании путем выбора и установки устройств защиты от перегрузки по току и их номинальных значений или настроек для всего диапазона доступных сверхтоков, от перегрузки до максимального доступного тока короткого замыкания, а также для полный диапазон времени срабатывания защитных устройств от сверхтоков, связанных с этими сверхтоками. ¹

Подчеркнутый текст выше был добавлен, поскольку некоторые ошибочно интерпретировали выборочную координацию как «основанную на времени».Это не было намерением, поэтому выборочная координация осуществляется не в течение 0,1 секунды или 0,01 секунды, а, по сути, с точностью до «нуля». Несмотря на это изменение определения, это неправильное понимание ограничения времени до 0,1 секунды или 0,01 секунды продолжает распространяться. Фактически, один производитель заявил: «Полная избирательная координация (некоторые в отрасли называют это селективностью до 0,01 секунды)». Это неверное заявление.

Для анализа всех сверхтоков и в любое время анализа только кривых время-ток в большинстве случаев недостаточно при оценке устройств защиты от сверхтоков для выборочной координации.При определенных условиях для подтверждения всех токов и времени может потребоваться использование таблиц селективной координации производителя, как показано на рисунке 4 для предохранителей и автоматических выключателей. Для автоматических выключателей в таблице показан максимальный ток повреждения, для которого выборочно согласована пара автоматических выключателей. Токи повреждения выше этого значения приведут к отсутствию избирательной координации. Как вы можете видеть на рисунке 4, автоматические выключатели часто способны обеспечить селективную координацию только для более низких уровней доступных токов короткого замыкания.

Для достижения селективной координации при более высоких токах замыкания, может потребоваться увеличение номинальной силы тока входящего в сеть выключателя и могут потребоваться дополнительные возможности, такие как кратковременная задержка, а также может потребоваться увеличение допустимой нагрузки проводов.

Рис. 4. Комбинации выборочной координации между MCCB и MCCB — данные испытаний. Предоставлено Eaton
Рисунок 5. Коэффициенты селективности предохранителей. Предоставлено Eaton

В NEC 2020 года было внесено важное изменение, касающееся уточнения того, какие устройства защиты от сверхтоков должны иметь избирательную координацию.Информационное примечание и цифра были добавлены к 700.32, 701.32 и 708.54 для решения этой проблемы. В этом примечании поясняется, что устройства защиты от перегрузки по току аварийной системы (на стороне нагрузки автоматического переключателя) должны выборочно координироваться с устройствами защиты от перегрузки по току нормального источника. Однако устройства защиты от сверхтоков, которые не являются устройствами максимальной токовой защиты аварийной системы (обычные устройства защиты от сверхтоков), не требуют выборочной координации с другими неаварийными OCPD.

700.32 Выборочная координация. Аварийные устройства защиты от перегрузки по току должны быть выборочно согласованы со всеми устройствами максимальной токовой защиты на стороне питания.

Выборочная координация должна быть выбрана лицензированным профессиональным инженером или другими квалифицированными лицами, занимающимися главным образом проектированием, установкой или обслуживанием электрических систем. Выбор должен быть задокументирован и предоставлен лицам, уполномоченным проектировать, устанавливать, проверять, поддерживать и эксплуатировать систему.

Исключение: Избирательная координация не требуется между двумя устройствами максимального тока, расположенными последовательно, если никакие нагрузки не подключены параллельно с устройством, расположенным ниже по потоку.

Информационное примечание. См. Информационное примечание на рис. 700.32, где показан пример того, как устройства защиты от сверхтоков аварийной системы (OCPD) выборочно координируются со всеми OCPD на стороне питания.

OCPD D выборочно координирует работу с OCPD C, F, E, B и A.

OCPD C выборочно координируется с OCPD F, E, B и A.

OCPD F выборочно координирует свою работу с OCPD E.

OCPD B не требуется для выборочной координации с OCPD A, потому что OCPD B не является аварийной системой OCPD.1

Рисунок 6. Рисунок 700.32 из NEC-2020. Воспроизведено с разрешения NFPA из NFPA 70®, National Electrical Code®, издание 2020 г. Авторское право © 2019, Национальная ассоциация противопожарной защиты. Полную копию NFPA 70® можно найти на сайте www.nfpa.org.

Сводка

Ток повреждения и доступный ток повреждения являются ключевыми факторами для правильного применения устройств, оборудования и систем максимального тока, где требуется выборочная координация.Определение 2020 NEC для «тока короткого замыкания» и «доступного тока короткого замыкания», а также информационное примечание и рисунок в определении доступного тока короткого замыкания помогают объяснить важность номинальных характеристик отключения устройства защиты от перегрузки по току и номинальных значений тока короткого замыкания оборудования. поскольку это относится к доступному в системе току повреждения. Надлежащее применение устройств защиты от перегрузки по току, отключающих номиналы и SCCR компонентов и оборудования не должно быть новой концепцией, поскольку история восходит к 1940 и 1965 годам соответственно.Из-за изменений, связанных с этой темой после выпуска NEC 2005 года, не удивляйтесь, когда электротехник задаст вам следующие вопросы: «Каков доступный ток короткого замыкания? Это отмечено или задокументировано? И равны ли номинальные токи короткого замыкания устройств защиты от сверхтоков и оборудования доступному току короткого замыкания или превышают его? »

Ссылки

NFPA 70®, National Electrical Code® , издание 2020 г.Авторское право © 2019, Национальная ассоциация противопожарной защиты. Полную копию NFPA 70® можно найти на сайте www.nfpa.org.

Ток короткого замыкания — обзор

3 Функциональные доказательства

Появляется все больше физиологических данных в поддержку иннервации тучных клеток в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта. Пердью с соавторами с помощью исследований камеры Уссинга показали, что ток короткого замыкания (индикатор функции эпителия) в кишечнике крыс, сенсибилизированных к овальбумину, увеличивается в ответ на антигенную нагрузку (Perdue & Gall, 1985, 1986).Эти авторы также обнаружили, что аномалии можно предотвратить путем предварительной обработки доксантразолом (который ингибирует дегрануляцию тучных клеток как слизистой, так и соединительной ткани), но не кромогликатом натрия (который действует только на тучные клетки соединительной ткани) (FL Pearce, Befus, Gauldie , & Bienenstock, 1982). Кастро, Харари и Рассел (1987) и Рассел (1986) продемонстрировали участие медиаторов тучных клеток слизистой оболочки, включая гистамин, серотонин и метаболиты арахидоновой кислоты.Кроме того, было показано, что нервы являются важным компонентом, поскольку тетродотоксин снижает нарушения транспорта ионов, вызванные специфическим антигеном (Baird and Cuthbert, 1987; Perdue & Davison, 1987; Castro et al. , 1987).

Bani-Sacchi et al. (1986) продемонстрировал, что полевое стимулирование подвздошной кишки крысы вызывает уменьшение метахромазии гранул тучных клеток, а также увеличение высвобождения гистамина и ацетилхолина. Эти ответы подавлялись как атропином, так и тетродотоксином.Напротив, Гангули и его коллеги показали, что ваготомия вызывает увеличение гранулярности тучных клеток и что такая процедура может предотвратить снижение гистамина в тканях, вызванное перевязкой привратника (Ganguly & Gopinath, 1979; Ganguly, Sathiamoorthy, & Bhatnager, 1978 ).

Что еще более интересно, недавние данные, полученные доктором Маккуином в нашей лаборатории, показали, что сенсибилизированные крысы могут быть психологически обусловлены высвобождением RMCP II (протеаза II тучных клеток крысы, фермент, специфичный для тучных клеток слизистой оболочки) (MacQueen, Marshall, Perdue, Siegel, & Bienenstock, 1989).В этих исследованиях использовали крыс, инфицированных нематодами, для увеличения количества тучных клеток слизистой оболочки (MMC) и примированных овальбумином (OA). Животных кондиционировали аудиовизуальным стимулом в сочетании с провокацией антигеном. Последующее заражение только аудиовизуальным сигналом приводило к увеличению сывороточного RMCP II, аналогичному таковому у животных, зараженных как антигеном (ОА), так и парным стимулом или только антигеном. Контрольные животные, которые ранее получали аудиовизуальный стимул и антиген непарным образом или только антиген, демонстрировали очень небольшие изменения в уровнях RMCP II ( p <.05). Об условном высвобождении гистамина сообщали и другие исследователи (Russell et al. , 1984). Хотя эти данные предполагают направленную на ЦНС, опосредованную периферическими нервами дегрануляцию тучных клеток, могут быть задействованы и другие косвенные механизмы.

Исследования, проведенные доктором Сестини в нашей лаборатории, показывают, что существуют также функциональные последствия для ассоциаций тучных клеток и нервов в дыхательных путях крыс. Используя камеру Уссинга, доктор Сестини продемонстрировал, что нанесение антигена (яичного альбумина) на просветную поверхность трахей, выделенных от ранее сенсибилизированных животных, приводит к увеличению тока короткого замыкания (Sestini et al., 1990). У контрольных нечувствительных животных таких изменений не наблюдалось. Кроме того, увеличение тока короткого замыкания устранялось доксантразолом, но не кромогликатом натрия, что указывает на вовлечение тучных клеток слизистой оболочки. Крысы, получавшие при рождении капсаицин в дозе 50 мг / кг (у которых впоследствии были повреждены сенсорные афферентные нервы), также наблюдались равномерно меньшие (50%) токи короткого замыкания, чем у контрольных животных, когда они были сенсибилизированы и подвергнуты воздействию антигена.

Доктор Сестини также продемонстрировал, что проницаемость эпителия в легких, оцененная по клиренсу аэрозольного радиоактивного зонда (^99m Tc-меченный DTPA), через 20 минут после воздействия антигена у сенсибилизированных крыс увеличилась примерно в три раза по сравнению с контрольной группой. (Sestini et al., 1989). Этот эффект был антигенспецифическим, так как он не наблюдался с бычьим сывороточным альбумином в виде аэрозоля. Кроме того, у сенсибилизированных крыс, получавших капсаицин, наблюдалось меньшее изменение проницаемости, напоминающее наблюдения, наблюдаемые в исследованиях трахеальной камеры Уссинга.

Лефф и его коллеги ранее показали, что стимуляция блуждающего нерва вызывает усиление высвобождения гистамина из тучных клеток после заражения антигеном Ascaris в легких собак с природной аллергией (Leff et al., 1986). Дополнительные доказательства иннервации тучных клеток в дыхательных путях были опубликованы Masini, Rucci, Cirri-Borghi, Giannella и Mannaioni (1986). Эти авторы продемонстрировали значительное снижение тканевой дегрануляции гистамина и тучных клеток после стимуляции видиального нерва у пациентов с хроническим гипертрофическим неаллергическим ринитом. Другая литература по иннервации тучных клеток в неслизистых участках довольно обширна и рассмотрена в других источниках (Stead, Perdue, et al., 1990).

Токи короткого замыкания и симметричные компоненты

Токи короткого замыкания и симметричные компоненты

(Мануэль Болотинья)

Короткие замыкания и токи

Короткие замыкания могут возникать между фазами и между фазой и землей , в основном из-за:

Пробой диэлектрика изоляционных материалов (старение, сильный перегрев и перенапряжения, механическое напряжение и химическая коррозия являются основными факторами пробоя диэлектрика)
Уменьшение пути утечки (самый короткий путь между двумя токопроводящими частями — или между токопроводящей частью и ограничивающей поверхностью оборудования — измеряется по поверхности изоляции)
Уменьшение безопасного расстояния
Неконтролируемые частичные разряды (корона)

Когда один или более из этих ситуаций возникает « solid » или « incipien ». t ”[1] контакт между проводниками различных фаз или между проводником и металлической токоведущей частью может быть установлен, вызывая короткое замыкание , что на диаграммах показано на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схемы короткого замыкания

Междуфазное короткое замыкание и короткое замыкание между фазой и землей может развиться до трехфазного короткого замыкания (наихудшая ситуация ) из-за диэлектрика Пробой вызван током большой величины .

Короткое замыкание вызывает тепловое и электродинамическое напряжение на оборудовании и проводниках.

Термическое напряжение возникает из-за перегрева проводников ( закон Джоуля ) и может вызвать пробой диэлектрика и плавление металлических материалов .

Электродинамическое напряжение вызывается электромагнитной силой , которая является одним из четырех фундаментальных взаимодействий в природе и описывается электромагнитными полями , которые определяются законом Лоренца .

Величина этой силы прямо пропорциональна величине электрического тока .

Расчет токов короткого замыкания используется для проектирования установки и для определения характеристик оборудования т, а именно отключающей способности автоматических выключателей и уставки реле защиты .

Согласно стандарту IEC 60865-1 e 2 для расчета токов короткого замыкания используются следующие уравнения:

I ”_к3 = 1,1xUn / (√3xZ _d) — максимум

I ”_k3 = 0,95xUn / (√3xZ _d) — минимум

I” _k2 = 1,1xUn / (2xZ _d) — максимум

I ”_k2 = 0,95xUn / (2xZ _d) — минимум

I” _k1 = 1.1xUn / (2xZ _{d +} Z ₀) — максимум

I ”_k1 = 0,95xUn / (2xZ _d + Z ₀) — минимум

9018 Симметричные компоненты

Все сети и оборудование имеют внутренний импеданс, который можно разделить на три симметричных компонента , связанных с вращением электромагнитного поля.

Система дисбаланса разделена на трех отдельных симметричных систем :

Положительная или синхронная последовательность ( X _d / Z _d ) — , где три поля вращаются по часовой стрелке , с фазовым сдвигом 120 °
Обратная последовательность ( X _i / Z _i ) — , где три поля вращаются против часовой стрелки , с фазовым сдвигом 120 °
Нулевая последовательность ( X ₀ / Z ₀ ) — одиночное поле, которое не вращается , с каждой фазой вместе ( 0 ° друг от друга

Рисунок 2 — Симметричные компоненты (токи)

Как только цепи последовательности известны, определение величины повреждения становится относительно простым.

Система ac разбита на симметричных компонентов , как показано выше.

Каждая симметричная система затем решается индивидуально, и окончательное решение получается путем их наложения.

Данные полного сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности часто можно получить у производителей.

Распространенным предположением является то, что для невращающегося оборудования значение обратной последовательности принимается как то же значение , что и положительное значение ( X _d = X _i / Z _d = Z _i )

Значения полного сопротивления нулевой последовательности тесно связаны с типом устройств заземления и меняются в зависимости от типа оборудования.

Хотя всегда лучше использовать фактические данные, если они недоступны (или на предварительных этапах), можно использовать следующие приближения, показанные в таблице 1.

Таблица 1 — Приближение импеданса нулевой последовательности

Эквивалентное сопротивление оборудования и сети Эквивалент

Эквивалентные импедансы оборудования и вышестоящей сети составляют:
Z _N = R _N + jX _N
IZ _N I = 1.1xU _n / √3xI ”k ₃ или IZ _N I = 1.1xS” _k3 / √3xU _n ²
R _N = 0,1xX _N 9 N 900 эмпирический )
Трансформаторы и реакторы
Z _T = R _T + jX _T
IZ _T I = u _k _n ² / 100xS _n
R _T = P _cu / 3xI _n ²
Моторы 909 = jX _M
X _M = U _n / ((I _start / I _n) x√3xIn
I ”_kM = 1.1xU _n / √3xX _M
Кабели
Z _C = ρ _{20 ° C} xl / s + j2πfxL
R _{C _{C _{C 20 ° C} xl / s}}
X _C = 2πfxL

Воздушные линии
Для расчетов воздушная линия может быть представлена в виде π-диаграммы ”, Как показано на Рисунке 3.
Рисунок 3 — π-диаграмма воздушной линии
In сверхвысокого напряжения ( EHV ) и высокого напряжения ( HV ) воздушных линий сопротивление линии обычно незначительно по сравнению с индуктивным реактивным сопротивлением , но в низкого напряжения ( LV ) и среднего напряжения ( MV ) воздушных линий это сопротивление необходимо учитывать для расчета полного сопротивления линии .
Для расчета токов короткого замыкания , что не вызывает замыкания на землю th емкостное реактивное сопротивление не учитывается .
Эквивалент положительного (и отрицательного) импеданса линии рассчитывается следующим образом:
R _OL = ρ _{20 ° C} xl / s
X _OL = 2 π fxl ₁ x ( μ ₀ /2 π ) x (ln (d / r _e) + (1 / 4n)) — одинарный- линия цепи
X _OL = 2 π fxl ₁ x ( μ ₀ /2 π ) x (ln (dxd ‘/ r _e xd ”) + (1 / 4n)) — двухконтурная линия
Общий эквивалентный импеданс

Условные обозначения
S” _k3: Мощность короткого замыкания
I ”k ₃: Ток короткого замыкания
Z _d: Синхронный импеданс
Z ₀: Импеданс нулевой последовательности
S _n: Номинальная мощность
U _n: Номинальное напряжение
I _n: Номинальный ток
Z: Импеданс
ӀZI : Модуль Z
X: Индуктивность
X ”: Вспомогательное переходное реактивное сопротивление
R: Сопротивление
ρ: Удельное сопротивление
s: Сечение проводника
l: Длина кабеля
l ₁: Длина воздушной линии
d, d ‘, d ”: Среднее геометрическое расстояние между тремя фазными проводниками линии (линий).
d _12, d ‘₁₂: расстояние между проводниками фаз 1 и 2 (линия 1 и линия 2)
d ₂₃, d’ ₂₃: расстояние между проводниками фаз 2 и 3 ( линия 1 и линия 2)
d ₃₁, d ‘₃₁: расстояние между проводниками фаз 3 и 1 (линия 1 и линия 2)
d ”₁₁, d” ₂₂, d ” ₃₃: расстояние между проводниками фазы 1 (2 и 3) линии 1 и линии 2
r _e: Эквивалентный радиус для жгутов проводов
n: Количество жил в жгуте проводов
μ ₀ : Пространственная проницаемость — 4πx10 ^-4 Гн / км
ln: натуральный логарифм
L: Индуктивность
u _k: Падение напряжения на импедансе трансформатора
P _cu: Резистивные потери трансформатора
f: Частота
[1] Непрерывный отказ происходит, когда en имеется прямой контакт между токоведущими проводниками или между токоведущими проводниками и землей .

Что такое ток короткого замыкания

Основные причины возникновения коротких замыканий

Виды коротких замыканий

Трехфазное короткое замыкание

Двухфазное короткое замыкание

Однофазное короткое замыкание

Двухфазное КЗ на землю

Последствия и опасность токов короткого замыкания

Методы защиты от токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания

Применение явления короткого замыкания

Заключение

что это такое, методика расчета

Список использованной литературы

что это такое, определение, причины, виды КЗ.

Почему происходит короткое замыкание?

Почему КЗ так называется?

В чем опасность?

Виды короткого замыкания и их причины

Варианты защиты от КЗ

Использование этого явления

Что такое короткое замыкание? — CMP Products Limited

Ток короткого замыкания это сверх ток электрической цепи

Что такое ток короткого замыкания?

Что такое ток короткого замыкания

Понятие короткого замыкания

Причины опасной ситуации

Разновидности коротких замыканий

Опасность и последствия

Защитные и профилактические мероприятия

Как использовать короткое замыкание

Ток короткого замыкания — формула и методы расчета

Общие сведения

Суть процесса

Измерение тока КЗ

Явления при замыкании

Короткое замыкание

Что такое короткое замыкание

Как образуется короткое замыкание

Закон Джоуля-Ленца

Основные причины короткого замыкания

Ток короткого замыкания

Виды коротких замыканий

В цепи постоянного тока

В цепи переменного тока

Последствия короткого замыкания

Меры, исключающие короткое замыкание

Допустимые токи односекундного короткого замыкания

Расчёт трёхфазного короткого замыкания

Токи короткого замыкания

Простой метод расчета основных токов короткого замыкания

Что это значит? а почему важен простой расчет?

Электрические токи короткого замыкания

Краткое описание короткого замыкания

Определения

Междуфазное короткое замыкание

Ток короткого замыкания между фазой и землей (однофазный)

Понимание номинальных значений тока короткого замыкания

1. Определите все компоненты силовой цепи.

2. Определите значение SCCR для всех компонентов в силовой цепи.

3.Определите SCCR для каждой ответвленной цепи.

4. Определите SCCR для фидерной цепи.

5. Принять к учету устройства защиты от перегрузки по току фидерной цепи.

6. Определите наименьшее значение для любого компонента или ответвленной цепи.

Расчет тока короткого замыкания — журнал IAEI

Доступный ток короткого замыкания

Основы расчета тока короткого замыкания

Основные расчеты трансформатора

Расчет тока короткого замыкания на вторичной обмотке главного трансформатора

Расчет тока короткого замыкания с учетом тока повреждения сети

Расчет — после длины проводника

Окончательная калибровка

Заключительное слово

Ток повреждения или ток короткого замыкания, вот в чем вопрос

Ток короткого замыкания — обзор

3 Функциональные доказательства

Токи короткого замыкания и симметричные компоненты

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка