Formula za kratki spoj u strujnom kolu. Kratki spojevi su razdvojeni strujnim krugom. Opasnost od kratkog spoja

Svaki put kada uključite električni uređaj u utičnicu, završite električni krug i električna struja počinje da teče kroz njega.

Potrošač električna struja transformiše električna energija, koja do njega dolazi, u druge vrste energije - mehaničku (na primjer, u elektromotorima), termičku (u glačama, uređaji za grijanje), svjetlo ( osvetljenje) itd.

Jačina struje u ovom kolu je jednaka

odnosno direktno je proporcionalan naponu u mreži, a obrnuto proporcionalan otporu koji električni aparat stvara (Ohmov zakon).

Što se događa ako se krug zatvori ne kako je predviđeno dizajnom kruga i električnog uređaja, već direktno, zaobilazeći električni uređaj?

Šematski to izgleda ovako:

U ovom slučaju, otpor mreže značajno opada, a kao rezultat toga, struja u krugu naglo raste. I, kao što je poznato, količina topline koja se oslobađa u dijelu kola je proporcionalna kvadratu struje u ovom dijelu (Joule-Lenzov zakon). Dakle, ako se tijekom kratkog spoja struja poveća za 20 puta, tada će se količina oslobođene topline povećati za oko 400 puta! Zbog toga kratki spoj može uzrokovati topljenje žica, zapaliti izolaciju i na kraju uzrokovati zapaljenje zapaljivih predmeta oko kratkog spoja, što rezultira požarom.

Do kratkog spoja dolazi i ako otpor opterećenja postane manji od unutrašnjeg otpora izvora napajanja.

Šta može uzrokovati kratki spoj? Najčešće je njegov uzrok kršenje izolacije žice (zbog habanja, nepravilnog rada itd.). Uzrok kratkog spoja također može biti mehaničko oštećenje V električni krug ili u električnom uređaju, kao i preopterećenje mreže.

Kako možete spriječiti kratki spoj?

U tu svrhu u strujne krugove se ugrađuju posebni osigurači.

Najjednostavniji osigurači su napravljeni od topljivog materijala. U slučaju velikog povećanja struje, ovaj materijal se topi ili sagorijeva i otvara strujni krug mnogo prije nego što se u strujnom kolu jave ozbiljnije posljedice. Mali heroj koji se žrtvovao zamijenjen je novim.

Automatski osigurači su dizajnirani na način da se u slučaju velike struje kratkog spoja odmah aktiviraju. elektromagnetno oslobađanje, koji isključuje električni krug bez oštećenja. Da biste nakon otklanjanja kratkog spoja ponovo uključili struju, potrebno je samo pritisnuti bijelo dugme (crveno se koristi za gašenje) ili podići ručicu koja je pala kada je osigurač aktiviran.

Električna raža se repom počešala po nosu i uginula od kratkog spoja.

Dobili smo pitanje od našeg čitatelja, šta je kratki spoj i kako ga prepoznati? Pa, hajde da pokušamo dati dobar odgovor na dobro pitanje.

Pogledajmo najjednostavniji krug koji se sastoji od sijalice i, pretpostavimo, automobilske baterije:

Struja teče kroz strujni krug kroz žice i naša sijalica počinje svijetliti. To je jednostavno.

Pretpostavimo da su naše žice koje vode do sijalice potpuno ogoljene i odjednom, nekim čudom, još jedna identična gola žica padne na te žice. Ovo ožičenje zatvara naše dvije gole žice. A sada počinje ono najzanimljivije - u shemi postoji kratki spoj (kratki spoj). Kratki spoj je kratak put da električna struja teče kroz strujni krug u kojem postoji najmanji otpor.

Sada struja teče i kroz sijalicu i kroz ožičenje. Ali, naš otpor ožičenja je mnogo manji od otpora sijalice, i skoro sva struja će teći tamo gde je otpor manji - odnosno kroz ožičenje. A pošto naše ožičenje ima vrlo mali otpor, struja će stoga teći vrlo velika, prema Ohmovom zakonu. A ako teče velika struja, količina topline koju proizvodi ožičenje će biti vrlo velika, prema Joule-Lenzovom zakonu. Na kraju, kroz kolo će teći velika struja, koja je označena crvenom bojom, i ona će postati vrlo vruća. Toliko da bi čak moglo izazvati i požar.

Vjerovatno ste više puta čuli u vijestima da je do požara došlo zbog kratkog spoja. U ovom slučaju, izložena fazna žica na nekom mjestu dodiruje izloženu nultu žicu. Uglavnom kratki spoj u stambene zgrade dolazi od starog kabla koji puca po šavovima u svakoj prilici i od vlage koja može doći na kabl. Ali postoji i ljudski faktor. Ovo je, naravno, nepoštivanje sigurnosnih mjera opreza pri korištenju električne struje.

Prilikom projektovanja bilo kog energetskog sistema koriste se posebno obučeni inženjeri elektrotehnike tehničkih priručnika, tabele, grafikoni i kompjuterski programi vrše svoju analizu rada kola u različitim režimima, uključujući:

1. idle;

2. nazivno opterećenje;

3. vanredne situacije.

Treći slučaj je posebno opasan, kada dođe do kvarova u mreži koji mogu oštetiti opremu. Najčešće su povezani s "metalnim" kratkim spojem napojnog kruga, kada su električni otpori frakcija oma nasumično povezani između različitih potencijala napojnog napona.

Takvi načini rada se nazivaju struje kratkog spoja ili skraćeno "kratki spoj". Nastaju kada:

kvarovi automatizacije i zaštite;

greške servisnog osoblja;

oštećenje opreme zbog tehničkog starenja;

spontani uticaji prirodnih pojava;

sabotaže ili vandala.

Struje kratkog spoja znatno premašuju nazivna opterećenja za koja je električni krug dizajniran. Stoga jednostavno spaljuju slabe tačke u opremi, uništavaju je i izazivaju požare.

Osim termičkog razaranja, imaju i dinamički učinak. Njegova manifestacija je jasno prikazana u videu:

Kako bi spriječili razvoj takvih nesreća tokom rada, oni se počinju boriti protiv njih u fazi kreiranja projekta. električna oprema. Da biste to učinili, teoretski izračunajte mogućnost pojave struja kratkog spoja i njihovu veličinu.

Ovi podaci se koriste za dalju izradu projekta i izbor nosivih elemenata i zaštitnih uređaja shema. Oni nastavljaju da rade sa njima konstantno tokom rada opreme.

Izračunavaju se struje mogućih kratkih spojeva teorijske metode sa različitim stepenom tačnosti prihvatljivim za pouzdano kreiranje zaštite.

Koji električni procesičine osnovu za izračunavanje struja kratkog spoja

Za početak, fokusirajmo se na činjenicu da bilo koja vrsta primijenjenog napona, uključujući direktan, naizmjenični sinusoidalni, impulsni ili bilo koji drugi slučajni, stvara hitne struje koje ponavljaju sliku ovog oblika ili je mijenjaju ovisno o primijenjenom otporu i djelovanju kolateralni faktori. Dizajneri moraju sve to predvidjeti i uzeti u obzir u svojim proračunima.

Pojava i djelovanje struja kratkog spoja može se ocijeniti prema:

Ohmov zakon;

veličina karakteristike snage snage primijenjene iz izvora napona;

strukturu električnog kruga koji se koristi za električnu instalaciju;

vrijednost ukupnog primijenjenog otpora prema izvoru.

Djelovanje Ohmovog zakona

Osnova za proračun kratkih spojeva je princip koji određuje da se jačina struje može izračunati iz primijenjenog napona ako se podijeli s vrijednošću spojenog otpora.

Primjenjuje se i pri izračunavanju nazivnih opterećenja. Jedina razlika je u tome što:

tokom optimalne performanse električnog kola, napon i otpor su praktično stabilizovani i neznatno se menjaju u okviru operativnih tehničkih standarda;

U slučaju nesreća, proces se odvija spontano i nasumično. Ali to se može predvidjeti i izračunati korištenjem razvijenih metoda.

Snaga izvora napona

Uz nju se procjenjuje snaga i energetski potencijal obavljanja destruktivnog rada strujama kratkog spoja, analizira se trajanje i veličina njihovog toka.

Razmotrimo primjer kada je isti komad bakrene žice sa poprečnim presjekom od jedan i pol kvadratni mm i dužinom od pola metra, prvo su spojeni direktno na terminale akumulatora Krona, a nakon nekog vremena umetnuti u fazne i neutralne kontakte kućne utičnice .

U prvom slučaju struja kratkog spoja će teći kroz žicu i izvor napona, što će zagrijati bateriju do takvog stanja da će oštetiti njezine performanse. Snaga izvora nije dovoljna da spali spojeni kratkospojnik i prekine strujni krug.

U drugom slučaju će raditi automatska zaštita. Pretpostavimo da su svi neispravni i zaglavljeni. Tada će struja kratkog spoja proći kroz kućnu instalaciju, doći do ulazne ploče u stanu, ulazu, zgradi i duž kabla ili nadzemni vod prijenos energije će doći do dovodne trafostanice.

Kao rezultat toga, prilično dugačak krug s velikim brojem žica, kabela i njihovih spojnih točaka spojen je na namotaj transformatora. Oni će se značajno povećati električni otpor naš kratki. Ali čak iu ovom slučaju postoji velika vjerovatnoća da neće izdržati primijenjenu snagu i jednostavno će izgorjeti.

Konfiguracija električnog kola

Prilikom napajanja potrošača, njima se dovodi napon Različiti putevi, Na primjer:

kroz potencijale pozitivnih i negativnih terminala izvora konstantnog napona;

faza i nula jednofazni kućna mreža 220 volt;

trofazno kolo 0,4 kV.

U svakom od ovih slučajeva može doći do kvarova izolacije raznim mjestima, što će dovesti do struja kratkog spoja koje teku kroz njih. Samo za trofazno kolo naizmjenična struja mogući su kratki spojevi između:

sve tri faze istovremeno - nazivaju se trofaznim;

bilo koje dvije faze između sebe - faza do faze;

bilo koja faza i nula - jednofazni;

faza i uzemljenje - jednofazno prema zemlji;

dvije faze i uzemljenje - dvofazno uzemljenje;

tri faze i uzemljenje - tri faze na uzemljenje.

Prilikom izrade projekta napajanja za opremu, svi ovi načini moraju se izračunati i uzeti u obzir.

Utjecaj otpora električnog kola

Dužina linije od izvora napona do tačke gde dolazi do kratkog spoja ima određeni električni otpor. Njegova vrijednost ograničava struje kratkog spoja. Prisustvo namotaja transformatora, prigušnica, zavojnica i kondenzatorskih ploča dodaje induktivne i kapacitivne otpore koji formiraju aperiodične komponente koje iskrivljuju simetrični oblik osnovnih harmonika.

Postojeće metode za izračunavanje struja kratkog spoja omogućavaju njihovo izračunavanje sa dovoljnom preciznošću za praksu koristeći prethodno pripremljene informacije. Stvarni električni otpor već sastavljenog kola može se izmjeriti pomoću metode. Omogućava vam da razjasnite proračun i izvršite prilagođavanje izbora zaštite.

Osnovni dokumenti za proračun struja kratkog spoja

1. Metodologija za proračun struja kratkog spoja

Dobro je predstavljen u knjizi A.V. Belyaeva „Izbor opreme, zaštite i kablova u mrežama 0,4 kV“, koju je objavio Energoatomizdat 1988. godine. Informacija obuhvata 171 stranicu.

Knjiga pruža:

redoslijed proračuna struja kratkog spoja;

uzimajući u obzir učinak električnog luka koji ograničava struju na mjestu oštećenja;

principi izbora zaštitne opreme na osnovu izračunatih vrednosti struje.

Knjiga se objavljuje referentne informacije Autor:

prekidači i osigurači sa analizom karakteristika njihovih zaštitnih svojstava;

izbor kablova i opreme, uključujući instalacije za zaštitu elektromotora, energetskih sklopova, ulazni uređaji generatori i transformatori;

nedostatke zaštite pojedinačne vrste prekidači;

karakteristike upotrebe daljinske relejne zaštite;

primjeri rješavanja problema dizajna.

2. Smjernice RD 153—34.0—20.527—98

Ovaj dokument definiše:

metode za proračun struja kratkog spoja u simetričnim i asimetričnim režimima u električnim instalacijama napona do i iznad 1 kV;

metode ispitivanja električnih uređaja i provodnika na termičku i elektrodinamičku otpornost;

metode ispitivanja uklopni kapacitet električnih uređaja.

Uputstva ne pokrivaju pitanja proračuna struja kratkog spoja u odnosu na uređaje relejne zaštite i automatike sa specifičnim radnim uslovima.

3. GOST 28249-93

U dokumentu su opisani kratki spojevi koji se javljaju u električnim instalacijama naizmjenične struje i metodologija za njihov proračun za sisteme napona do 1 kV. Na snazi ​​je od 1. januara 1995. godine na teritorijama Bjelorusije i Kirgistana. Moldavija, Rusija, Tadžikistan, Turkmenistan i Ukrajina.

Državni standard definira opšte metode proračuni struja kratkog spoja u početnom i bilo kom proizvoljnom trenutku za električne instalacije sa sinhronim i asinhrone mašine, prigušnice i transformatori, nadzemni i kablovski dalekovodi, sabirnice, složeni čvorovi opterećenja.

Tehnički standardi za projektovanje električnih instalacija određeni su važećim državni standardi i dogovoreno od strane Međudržavnog vijeća za standardizaciju, mjeriteljstvo i sertifikaciju.

Redoslijed radnji projektanta za proračun struja kratkog spoja

U početku biste trebali pripremiti informacije potrebne za analizu, a zatim izvršiti proračune. Nakon ugradnje opreme, procesa njenog puštanja u rad i tokom rada, provjerava se pravilan izbor i operativnost zaštita.

Prikupljanje početnih podataka

Svaki dijagram se može svesti na pojednostavljeni oblik kada se sastoji od dva dijela:

1. izvor napona. Za mrežu od 0,4 kV njegovu ulogu imaju sekundarnog namotaja energetski transformator;

2. linija napajanja.

Za njih se prikupljaju potrebne karakteristike.

Podaci transformatora za proračun struja kratkog spoja

Morate saznati:

vrijednost napona kratkog spoja (%) - Us;

gubitak kratkog spoja (kW) - Pk;

nazivni naponi na namotajima visoke i niske strane (kV. V) - Uin, Unn;

fazni napon na donjem bočnom namotu (V) - Eph;

nazivna snaga (kVA) — Snt;

ukupna otpornost na jednofaznu struju kratkog spoja (mOhm) - Zt.

Podaci o liniji napajanja za proračun struja kratkog spoja

To uključuje:

marka i broj kablova koji označavaju materijal i poprečni presjek žila;

ukupna dužina trase (m) - L;

induktivna reaktancija (mOhm/m) - X0;

ukupni otpor za petlju faza-nula (mOhm/m) - Zpt.

Ove informacije za transformator i vod su koncentrisane u referentnim knjigama. Tu se uzima i udarni koeficijent Kud.

Redoslijed izračunavanja

Na osnovu pronađenih karakteristika izračunajte za:

transformator - aktivni i induktivni otpor (mOhm) - Rt, Xt;

vodovi - aktivni, induktivni i impedansni (mOhm).

trofazni kvar i udar (kA);

jednofazni kratki spoj (kA).

Na osnovu vrijednosti posljednjih izračunatih struja biraju prekidači i drugi uređaji za zaštitu potrošača.

Dizajneri mogu izračunati struje kratkog spoja ručno koristeći formule, tabele i grafikone ili koristeći posebne kompjuterske programe.

Na opremi stvarne snage koja je puštena u rad, sve struje, uključujući nazivne i struje kratkog spoja, bilježe se automatskim osciloskopima.

Takvi oscilogrami vam omogućavaju da analizirate napredak vanrednih stanja, ispravan rad energetske opreme i zaštitnih uređaja. Prema njima se poduzimaju efikasne mjere za poboljšanje pouzdanosti potrošača električnih kola.

Proračun struja kratkog spoja (SC) je neophodan za odabir opreme i provjeru elektrodinamičke i termičke stabilnosti elemenata elektroinstalacije (sabirnice, izolatori, kablovi, itd.), kao i podešavanja odziva zaštite i njihovo ispitivanje osjetljivosti odziva. Izračunati tip kratkog spoja za odabir ili provjeru parametara električne opreme obično se smatra trofaznim kratkim spojem. Međutim, za odabir i provjeru postavki relejne zaštite i automatike potrebno je odrediti i asimetrične struje kratkog spoja.

Proračun struja kratkog spoja uzimajući u obzir stvarne karakteristike i stvarne režime rada svih elemenata sistema napajanja je složen. Dakle, za odluku većine praktični problemi uvesti pretpostavke koje ne proizvode značajne greške:

trofazna mreža pretpostavlja se da je simetričan;

struje opterećenja se ne uzimaju u obzir;

kapaciteti se ne uzimaju u obzir, pa samim tim kapacitivnih struja u nadzemnim i kablovskim mrežama;

zasićenje magnetnih sistema se ne uzima u obzir, što nam omogućava da razmotrimo induktivne reaktanse svih elemenata kratkospojnog kola konstantne i nezavisne od struje;

Ne uzimaju se u obzir struje magnetiziranja transformatora.

Ovisno o svrsi proračuna struja kratkog spoja, odabire se projektni mrežni dijagram, određuje se vrsta kratkog spoja, lokacija tačaka kratkog spoja na dijagramu i otpor elemenata ekvivalentnog kola. Proračun struja kratkog spoja u mrežama napona do 1000 V i više ima niz karakteristika koje su razmotrene u nastavku.

Prilikom određivanja struja kratkog spoja obično se koristi jedna od dvije metode:

metoda imenovanih jedinica - u ovom slučaju, parametri kola su izraženi u imenovanim jedinicama (omi, amperi, volti, itd.);

metoda relativnih jedinica - u ovom slučaju, parametri kola izražavaju
u razlomcima ili procentima vrijednosti prihvaćene kao glavna (osnovna).

Metoda imenovanih jedinica koristi se pri proračunu relativno jednostavnih struja kratkog spoja električni dijagrami sa malim brojem koraka transformacije.

Prilikom izračunavanja struja kratkog spoja koristi se metoda relativnih jedinica
u složenim električnim mrežama sa nekoliko faza transformacije povezanih na regionalne elektroenergetske sisteme.

Ako se proračun vrši u imenovanim jedinicama, tada je za određivanje struja kratkog spoja potrebno obezbijediti sve električne veličine na napon stupnja u kojem dolazi do kratkog spoja.

Prilikom izračunavanja u relativnim jedinicama, sve vrijednosti se uspoređuju s osnovnim, koje se uzimaju kao osnovna snaga jednog GPP transformatora ili konvencionalne jedinice snage, na primjer 100 ili 1000 MVA.

Prosječni napon faze u kojoj je došlo do kratkog spoja uzima se kao osnovni napon ( U prosječno = 6,3; 10.5; 21; 37; 115; 230 kV). Otpori elemenata sistema napajanja dovode do osnovnih uslova u skladu sa tabelom. 3.1.

Tabela 3.1

Prosječne specifične vrijednosti induktivnih reaktancija

vazduh i kablovske linije prijenos snage

Kratki spoj je veza na polove EMF izvora otpora srazmjernog njegovom unutrašnjem otporu. U većini slučajeva, ovaj način rada se javlja slučajno i ispostavlja se da je izuzetno štetan za izvor EMF. Međutim, postoji električni aparati(, uređaji za topljenje luka), posebno dizajnirani za dugotrajan rad u režimu kratkog spoja.

Opasnost od kratkog spoja

Za ljude je kratki spoj opasan prvenstveno zbog prskanja rastopljenog metala koji nastaju na mjestima slučajnog kontakta između vodiča i ultraljubičasto zračenje od električnog luka koji nastaje kada se prekinu. osim toga, visoke temperature na mjestu kontakta u većini slučajeva može dovesti do paljenja izolacije i izazvati požar.

U prvoj aproksimaciji, maksimalna moguća struja kratkog spoja jednaka je omjeru emf izvora i njegovog unutrašnjeg otpora. Što se više energije ukloni iz izvora u projektovanom režimu rada, to je manje unutrašnji otpor i što je način zatvaranja opasniji za njega. Ipak, specifičnost efekta je različita u različitim EMF izvorima.

Princip rada kratkog spoja

Slučajno zatvoren i ne može se vratiti galvanske ćelije(baterije, itd.), unatoč niskom EMF-u, koji ne prelazi nekoliko volti, sposobne su proizvesti struju koja zagrijava element na značajnu temperaturu. Ako se ostavi bez nadzora, takva baterija se može rastopiti plastično kućište uređaj u koji se ubacuje. Stoga, prilikom zamjene baterija, uvijek ih trebate provjeriti da li se zagrijavaju nakon otprilike jednog minuta. Nakon takvog procesa, otpor elementa se neprihvatljivo povećava i treba ga zamijeniti.

Baterije, pa čak i više, imaju znatno veći EMF od 6 - 48 volti, a sa kapacitetom od desetina i stotina amper-sati njihova struja kratkog spoja može se mjeriti u stotinama i hiljadama ampera. Kratko spojena baterija bez osigurača u svom strujnom krugu može lako postati izvor požara, pa s njima morate rukovati vrlo pažljivo.

Ožičenje stana u velikoj većini slučajeva opremljeno je zaštitnom opremom u obliku automatskih ulaznih prekidača koji se aktiviraju kada struja u njemu prijeđe određenu vrijednost. Ovo pomaže u sprečavanju topljenja žica.

Slične zaštitne mjere se koriste u industrijskoj elektrotehnici gdje se prekida prekomjerna struja ili elektromagnetna mašina zaštite, ili topljenjem uloška osigurača s poprečnim presjekom mnogo manjim od presjeka glavnih vodiča mreže.