Rumus hubung singkat pada suatu rangkaian. Hubungan pendek dipisahkan berdasarkan rangkaian. Bahaya korsleting

Setiap kali Anda mencolokkan alat listrik ke stopkontak, Anda menyelesaikan rangkaian listrik dan arus listrik mulai mengalir melaluinya.

Konsumen arus listrik berubah energi listrik, yang masuk ke dalamnya, menjadi jenis energi lain - mekanik (misalnya, pada motor listrik), termal (pada setrika, perangkat pemanas), lampu ( Petir) dll.

Kuat arus pada rangkaian ini sama dengan

yaitu berbanding lurus dengan tegangan dalam jaringan, dan berbanding terbalik dengan hambatan yang ditimbulkan oleh alat listrik tersebut (hukum Ohm).

Apa yang terjadi jika rangkaian ditutup tidak sesuai dengan desain rangkaian dan peralatan listrik, melainkan secara langsung, melewati peralatan listrik?

Secara skematis tampilannya seperti ini:

Dalam hal ini, resistansi jaringan turun secara signifikan, dan akibatnya, arus dalam rangkaian meningkat tajam. Dan sebagaimana diketahui, jumlah kalor yang dilepaskan pada suatu bagian suatu rangkaian sebanding dengan kuadrat arus pada bagian tersebut (hukum Joule-Lenz). Jadi, jika saat terjadi hubungan pendek arusnya meningkat 20 kali lipat, maka jumlah panas yang dilepaskan akan meningkat sekitar 400 kali lipat! Itu sebabnya hubungan pendek dapat menyebabkan kabel meleleh, insulasi terbakar, dan pada akhirnya menyebabkan benda mudah terbakar di sekitar korsleting terbakar, yang mengakibatkan kebakaran.

Hubungan pendek juga terjadi jika resistansi beban menjadi lebih kecil dari resistansi internal sumber listrik.

Apa yang bisa menyebabkan korsleting? Paling sering, penyebabnya adalah pelanggaran isolasi kawat (karena keausan, pengoperasian yang tidak tepat, dll.). Penyebab korsleting juga mungkin kerusakan mekanis V rangkaian listrik atau pada peralatan listrik, serta kelebihan jaringan.

Bagaimana cara mencegah korsleting?

Untuk tujuan ini, sekering khusus dipasang di sirkuit.

Sekering paling sederhana terbuat dari bahan yang dapat melebur. Jika terjadi peningkatan arus yang besar, bahan ini akan meleleh atau terbakar dan membuka rangkaian jauh sebelum akibat yang lebih serius terjadi pada rangkaian. Pahlawan kecil yang mengorbankan dirinya digantikan oleh yang baru.

Sekring otomatis dirancang sedemikian rupa sehingga jika terjadi arus hubung singkat yang tinggi, sekering tersebut akan langsung terpicu. pelepasan elektromagnetik, yang memutus rangkaian listrik tanpa merugikan dirinya sendiri. Untuk menghidupkan kembali listrik setelah korsleting dihilangkan, Anda cukup menekan tombol berwarna putih (yang berwarna merah untuk mematikannya) atau membalik tuas yang terjatuh saat sekring diaktifkan.

Ikan pari listrik menggaruk hidungnya dengan ekornya dan mati karena korsleting.

Kami mendapat pertanyaan dari pembaca kami, apa itu korsleting dan bagaimana cara mengenalinya? Baiklah, mari kita coba memberikan jawaban yang bagus untuk pertanyaan yang bagus.

Mari kita lihat rangkaian paling sederhana yang terdiri dari bola lampu dan, misalkan, aki mobil:

Arus mengalir melalui rangkaian melalui kabel dan bola lampu kita mulai menyala. Itu mudah.

Mari kita asumsikan bahwa kabel kita yang menuju ke bola lampu benar-benar telanjang dan tiba-tiba, secara ajaib, kabel telanjang serupa lainnya jatuh ke kabel ini. Kabel ini menutup dua kabel telanjang kami. Dan sekarang hal yang paling menarik dimulai - ada skema hubungan pendek (korsleting). Hubungan pendek adalah jalur pendek arus listrik mengalir melalui suatu rangkaian yang hambatannya paling kecil.

Sekarang arus mengalir melalui bola lampu dan kabel. Namun, resistansi kabel kita jauh lebih kecil daripada resistansi bola lampu, dan hampir semua arus akan mengalir ke tempat yang resistansinya lebih kecil - yaitu melalui kabel. Dan karena kabel kita mempunyai hambatan yang sangat kecil, maka arus yang mengalir akan sangat besar, sesuai dengan Hukum Ohm. Dan jika arus yang mengalir besar, maka jumlah panas yang dihasilkan oleh pengkabelan akan sangat besar, sesuai Hukum Joule-Lenz. Akhirnya, arus besar akan mengalir melalui rangkaian, yang disorot dengan warna merah, dan akan menjadi sangat panas. Bahkan bisa menimbulkan kebakaran.

Anda mungkin pernah mendengar lebih dari satu kali di pemberitaan bahwa kebakaran terjadi karena korsleting. Dalam hal ini, kabel fase yang terbuka di suatu tempat menyentuh kabel nol yang terbuka. Terutama korsleting masuk bangunan tempat tinggal berasal dari kabel lama yang selalu retak pada jahitannya dan dari kelembapan yang dapat masuk ke kabel. Tapi ada juga faktor manusianya. Hal ini tentu saja merupakan kegagalan dalam mematuhi tindakan pencegahan keselamatan saat menggunakan arus listrik.

Saat merancang sistem energi apa pun, insinyur listrik terlatih khusus menggunakan buku referensi teknis, tabel, grafik, dan program komputer melakukan analisis terhadap pengoperasian rangkaian dalam berbagai mode, antara lain:

1. menganggur;

2. beban terukur;

3. situasi darurat.

Kasus ketiga sangat berbahaya, ketika terjadi kesalahan pada jaringan yang dapat merusak peralatan. Paling sering, mereka dikaitkan dengan korsleting "logam" dari rangkaian suplai, ketika hambatan listrik sebesar pecahan ohm dihubungkan secara acak antara berbagai potensi tegangan suplai.

Modus seperti ini disebut arus hubung singkat atau disingkat “korsleting”. Mereka terjadi ketika:

kegagalan fungsi otomatisasi dan perlindungan;

kesalahan petugas servis;

kerusakan peralatan karena penuaan teknis;

dampak spontan dari fenomena alam;

sabotase atau tindakan pengacau.

Arus hubung singkat secara signifikan melebihi beban pengenal yang dirancang untuk rangkaian listrik. Oleh karena itu, mereka hanya membakar titik lemah pada peralatan, menghancurkannya, dan menyebabkan kebakaran.

Selain kerusakan termal, mereka juga memiliki efek dinamis. Manifestasinya terlihat jelas dalam video:

Untuk mencegah berkembangnya kecelakaan seperti itu selama operasi, mereka mulai memeranginya pada tahap pembuatan proyek. peralatan listrik. Untuk melakukan ini, secara teoritis menghitung kemungkinan terjadinya arus hubung singkat dan besarnya.

Data ini digunakan untuk pembuatan desain lebih lanjut dan pemilihan elemen penahan beban dan perangkat pelindung skema. Mereka terus bekerja dengan mereka terus-menerus selama pengoperasian peralatan.

Arus kemungkinan hubung singkat dihitung metode teoritis dengan berbagai tingkat akurasi yang dapat diterima untuk pembuatan perlindungan yang andal.

Yang proses kelistrikan menjadi dasar penghitungan arus hubung singkat

Pertama, mari kita fokus pada fakta bahwa segala jenis tegangan yang diterapkan, termasuk tegangan langsung, sinusoidal bolak-balik, berdenyut, atau tegangan acak lainnya, menciptakan arus darurat yang mengulangi gambaran bentuk ini atau mengubahnya tergantung pada resistansi yang diterapkan dan aksi dari faktor jaminan. Desainer harus memperhitungkan semua ini dan memperhitungkannya dalam perhitungan mereka.

Terjadinya dan tindakan arus hubung singkat dapat dinilai dengan:

Hukum Ohm;

besarnya karakteristik daya dari daya yang dialirkan dari sumber tegangan;

struktur rangkaian listrik yang digunakan untuk instalasi listrik;

nilai resistansi total yang diterapkan pada sumber.

Tindakan hukum Ohm

Dasar penghitungan hubung singkat adalah prinsip yang menentukan bahwa kuat arus dapat dihitung dari tegangan yang diberikan jika dibagi dengan nilai resistansi yang dihubungkan.

Hal ini juga berlaku ketika menghitung beban terukur. Satu-satunya perbedaan adalah:

selama performa optimal dari rangkaian listrik, tegangan dan hambatan praktis stabil dan sedikit berubah dalam standar teknis pengoperasian;

Jika terjadi kecelakaan, prosesnya terjadi secara spontan dan acak. Namun hal itu dapat diramalkan dan dihitung dengan menggunakan metode yang dikembangkan.

Sumber tegangan listrik

Dengan bantuannya, potensi daya dan energi dari melakukan pekerjaan destruktif oleh arus hubung singkat dinilai, dan durasi aliran serta besarnya dianalisis.

Mari kita perhatikan contoh ketika bagian yang sama kawat tembaga dengan penampang satu setengah mm persegi dan panjang setengah meter, pertama-tama dihubungkan langsung ke terminal baterai Krona, dan setelah beberapa saat dimasukkan ke kontak fase dan netral stopkontak rumah tangga. .

Dalam kasus pertama, arus hubung singkat akan mengalir melalui kabel dan sumber tegangan, yang akan memanaskan baterai sedemikian rupa sehingga akan merusak kinerjanya. Daya sumber tidak cukup untuk membakar jumper yang terhubung dan memutus rangkaian.

Dalam kasus kedua, mereka akan berhasil perlindungan otomatis. Anggap saja semuanya rusak dan macet. Kemudian arus hubung singkat akan melewati kabel rumah, mencapai panel input di apartemen, pintu masuk, gedung dan sepanjang kabel atau saluran udara transmisi tenaga listrik akan mencapai gardu trafo suplai.

Akibatnya, rangkaian yang cukup panjang dengan jumlah kawat, kabel dan titik sambungannya yang banyak dihubungkan ke belitan transformator. Jumlahnya akan meningkat secara signifikan hambatan listrik pendek kami. Namun bahkan dalam kasus ini, ada kemungkinan besar bahwa ia tidak akan menahan daya yang diberikan dan hanya akan terbakar.

Konfigurasi rangkaian listrik

Saat memberi daya pada konsumen, tegangan disuplai ke mereka cara yang berbeda, Misalnya:

melalui potensi terminal positif dan negatif dari sumber tegangan konstan;

fase dan nol fase tunggal jaringan rumah tangga 220 volt;

rangkaian tiga fasa 0,4 kV.

Dalam setiap kasus ini, kegagalan isolasi dapat terjadi berbagai tempat, yang akan menyebabkan arus hubung singkat mengalir melaluinya. Hanya untuk rangkaian tiga fasa arus bolak-balik korsleting mungkin terjadi antara:

ketiga fase secara bersamaan - disebut tiga fase;

setiap dua fase di antara mereka sendiri - fase ke fase;

fase apa pun dan nol - fase tunggal;

fase dan ground - fase tunggal ke ground;

dua fase dan ground - dua fase ke ground;

tiga fase dan ground - tiga fase ke ground.

Saat membuat proyek catu daya untuk peralatan, semua mode ini harus dihitung dan diperhitungkan.

Pengaruh Resistansi Rangkaian Listrik

Panjang saluran dari sumber tegangan sampai ke tempat terjadinya hubung singkat mempunyai hambatan listrik tertentu. Nilainya membatasi arus hubung singkat. Adanya belitan trafo, choke, kumparan, dan pelat kapasitor menambah hambatan induktif dan kapasitif sehingga membentuk komponen aperiodik yang mendistorsi bentuk simetris harmonisa fundamental.

Metode penghitungan arus hubung singkat yang ada memungkinkan penghitungannya dengan akurasi yang cukup untuk latihan menggunakan informasi yang telah disiapkan sebelumnya. Hambatan listrik sebenarnya dari rangkaian yang sudah dirakit dapat diukur dengan menggunakan metode ini. Ini memungkinkan Anda untuk memperjelas perhitungan dan melakukan penyesuaian pada pilihan perlindungan.

Dokumen dasar tentang perhitungan arus hubung singkat

1. Metodologi penghitungan arus hubung singkat

Hal ini disajikan dengan baik dalam buku karya AV Belyaev “Pemilihan peralatan, proteksi dan kabel dalam jaringan 0,4 kV”, yang diterbitkan oleh Energoatomizdat pada tahun 1988. Informasi tersebut mencakup 171 halaman.

Buku ini menyediakan:

urutan perhitungan arus hubung singkat;

dengan mempertimbangkan efek pembatas arus busur listrik di lokasi kerusakan;

prinsip pemilihan peralatan proteksi berdasarkan nilai arus yang dihitung.

Buku itu diterbitkan informasi referensi Oleh:

pemutus sirkuit dan sekering dengan analisis karakteristik sifat pelindungnya;

pemilihan kabel dan peralatan, termasuk instalasi untuk melindungi motor listrik, rakitan tenaga, perangkat masukan generator dan transformator;

kekurangan perlindungan spesies individu pemutus sirkuit;

fitur penggunaan proteksi relai jarak jauh;

contoh pemecahan masalah desain.

2. Pedoman RD 153—34.0—20.527—98

Dokumen ini mendefinisikan:

metode penghitungan arus hubung singkat dalam mode simetris dan asimetris pada instalasi listrik dengan tegangan sampai dengan dan di atas 1 kV;

metode untuk menguji perangkat listrik dan konduktor untuk ketahanan termal dan elektrodinamik;

Metode tes kapasitas peralihan alat listrik.

Instruksi tidak mencakup masalah penghitungan arus hubung singkat sehubungan dengan proteksi relai dan perangkat otomasi dengan kondisi pengoperasian tertentu.

3.GOST 28249-93

Dokumen tersebut menjelaskan tentang hubung singkat yang terjadi pada instalasi listrik AC dan metodologi penghitungannya untuk sistem dengan tegangan sampai dengan 1 kV. Hal ini berlaku sejak 1 Januari 1995 di wilayah Belarus dan Kyrgyzstan. Moldova, Rusia, Tajikistan, Turkmenistan dan Ukraina.

Standar negara mendefinisikan metode umum perhitungan arus hubung singkat pada momen waktu awal dan sembarang untuk instalasi listrik sinkron dan mesin asinkron, reaktor dan transformator, saluran listrik overhead dan kabel, busbar, simpul beban kompleks.

Standar teknis perancangan instalasi listrik ditentukan oleh standar yang berlaku saat ini standar negara dan disetujui oleh Dewan Antar Negara untuk Standardisasi, Metrologi dan Sertifikasi.

Urutan tindakan perancang untuk menghitung arus hubung singkat

Awalnya, Anda harus menyiapkan informasi yang diperlukan untuk analisis, dan kemudian melakukan perhitungan. Setelah pemasangan peralatan, proses pengoperasiannya dan selama pengoperasian, pilihan yang tepat dan pengoperasian perlindungan diperiksa.

Pengumpulan data awal

Diagram apa pun dapat direduksi menjadi bentuk yang disederhanakan jika terdiri dari dua bagian:

1. sumber tegangan. Untuk jaringan 0,4 kV, perannya dimainkan oleh belitan sekunder transformator daya;

2. jalur catu daya.

Karakteristik yang diperlukan dikumpulkan untuk mereka.

Data transformator untuk menghitung arus hubung singkat

Anda perlu mencari tahu:

nilai tegangan hubung singkat (%) - Us;

rugi hubung singkat (kW) - Pk;

tegangan pengenal pada belitan sisi tinggi dan rendah (kV.V) - Uin, Unn;

tegangan fasa pada belitan sisi rendah (V) - Eph;

daya pengenal (kVA) — Snt;

resistansi total terhadap arus hubung singkat satu fasa (mOhm) - Zt.

Data jalur suplai untuk menghitung arus hubung singkat

Ini termasuk:

merek dan jumlah kabel yang menunjukkan bahan dan penampang inti;

total panjang rute (m) - L;

reaktansi induktif (mOhm/m) - X0;

resistansi total untuk loop fase-nol (mOhm/m) - Zpt.

Informasi untuk trafo dan saluran ini terkonsentrasi di buku referensi. Koefisien guncangan Kud juga diambil di sana.

Urutan perhitungan

Berdasarkan ciri-ciri yang ditemukan, hitunglah:

transformator - resistansi aktif dan induktif (mOhm) - Rt, Xt;

garis - aktif, induktif dan impedansi (mOhm).

gangguan dan guncangan tiga fasa (kA);

hubung singkat satu fasa (kA).

Berdasarkan nilai arus yang dihitung terakhir, mereka memilih pemutus sirkuit dan perangkat perlindungan konsumen lainnya.

Perancang dapat menghitung arus hubung singkat secara manual menggunakan rumus, tabel pencarian dan grafik, atau menggunakan program komputer khusus.

Pada peralatan listrik nyata yang dioperasikan, semua arus, termasuk arus pengenal dan arus hubung singkat, dicatat oleh osiloskop otomatis.

Osilogram semacam itu memungkinkan Anda menganalisis kemajuan kondisi darurat, pengoperasian peralatan listrik dan perangkat pelindung yang benar. Menurut mereka, tindakan efektif diambil untuk meningkatkan keandalan konsumen rangkaian listrik.

Perhitungan arus hubung singkat (SC) diperlukan untuk memilih peralatan dan memeriksa elemen instalasi listrik (busbar, isolator, kabel, dll.) untuk stabilitas elektrodinamik dan termal, serta pengaturan respons proteksi dan menguji sensitivitas responsnya. Jenis hubung singkat yang dihitung untuk memilih atau memeriksa parameter peralatan listrik biasanya dianggap sebagai hubung singkat tiga fasa. Namun, untuk memilih dan memeriksa pengaturan proteksi dan otomatisasi relai, perlu juga menentukan arus hubung singkat asimetris.

Perhitungan arus hubung singkat dengan mempertimbangkan karakteristik aktual dan mode operasi aktual dari semua elemen sistem catu daya adalah hal yang rumit. Oleh karena itu, untuk keputusan mayoritas masalah praktis memperkenalkan asumsi yang tidak menghasilkan kesalahan signifikan:

jaringan tiga fase diasumsikan simetris;

arus beban tidak diperhitungkan;

kapasitas tidak diperhitungkan, dan karena itu arus kapasitif di jaringan overhead dan kabel;

saturasi sistem magnetik tidak diperhitungkan, yang memungkinkan kita untuk mempertimbangkan reaktansi induktif semua elemen hubung singkat konstan dan tidak bergantung pada arus;

Arus magnetisasi transformator tidak diperhitungkan.

Tergantung pada tujuan penghitungan arus hubung singkat, diagram jaringan desain dipilih, jenis hubung singkat, lokasi titik hubung singkat pada diagram dan resistansi elemen rangkaian ekivalen ditentukan. Perhitungan arus hubung singkat pada jaringan dengan tegangan sampai dengan 1000 V ke atas memiliki beberapa ciri yang dibahas di bawah ini.

Saat menentukan arus hubung singkat, salah satu dari dua metode biasanya digunakan:

metode satuan bernama - dalam hal ini, parameter rangkaian dinyatakan dalam satuan bernama (ohm, ampere, volt, dll.);

metode unit relatif - dalam hal ini, parameter rangkaian dinyatakan
dalam pecahan atau persentase dari nilai yang diterima sebagai nilai utama (dasar).

Metode satuan bernama digunakan ketika menghitung arus hubung singkat yang relatif sederhana diagram kelistrikan dengan sejumlah kecil langkah transformasi.

Metode satuan relatif digunakan saat menghitung arus hubung singkat
dalam jaringan listrik yang kompleks dengan beberapa tahap transformasi yang terhubung ke sistem tenaga regional.

Jika perhitungan dilakukan dalam satuan bernama, maka untuk menentukan arus hubung singkat perlu disediakan semuanya besaran listrik dengan tegangan tahap di mana hubung singkat terjadi.

Jika dihitung dalam satuan relatif, semua nilai dibandingkan dengan nilai dasar, yang diambil sebagai daya dasar satu trafo GPP atau satuan daya konvensional, misalnya 100 atau 1000 MVA.

Tegangan rata-rata pada tahap terjadinya hubung singkat diambil sebagai tegangan dasar ( kamu rata-rata = 6,3; 10.5; 21; 37; 115; 230kV). Resistansi elemen-elemen sistem catu daya dibawa ke kondisi dasar sesuai tabel. 3.1.

Tabel 3.1

Rata-rata nilai spesifik reaktansi induktif

udara dan jalur kabel kekuatan transmisi

Hubungan pendek adalah hubungan ke kutub sumber EMF yang resistansinya sepadan dengan resistansi internalnya. Dalam kebanyakan kasus, mode operasi ini terjadi secara tidak sengaja dan ternyata sangat berbahaya bagi sumber EMF. Namun, ada peralatan listrik(, perangkat peleburan busur), dirancang khusus untuk operasi jangka panjang dalam mode hubung singkat.

Bahaya korsleting

Bagi manusia, korsleting berbahaya terutama karena percikan logam cair yang terbentuk di tempat kontak yang tidak disengaja antara konduktor dan radiasi ultraviolet dari busur listrik yang terjadi ketika putus. Di samping itu, suhu tinggi pada titik kontak dalam banyak kasus dapat menyebabkan pengapian isolasi dan menyebabkan kebakaran.

Sebagai perkiraan pertama, arus hubung singkat maksimum yang mungkin sama dengan rasio ggl sumber terhadap resistansi internalnya. Semakin banyak daya yang dikeluarkan dari sumber pada mode operasi desain, semakin sedikit daya yang dikeluarkan resistensi internal dan semakin berbahaya mode penutupannya baginya. Namun demikian, kekhususan efeknya berbeda pada sumber EMF yang berbeda.

Prinsip operasi hubung singkat

Ditutup secara tidak sengaja dan tidak dapat dipulihkan sel galvanik(baterai, dll.), meskipun EMF rendah, tidak melebihi beberapa volt, mampu menghasilkan arus yang memanaskan elemen hingga suhu yang signifikan. Jika dibiarkan, baterai tersebut bisa meleleh kotak plastik perangkat yang dimasukkannya. Oleh karena itu, saat mengganti baterai, Anda harus selalu memeriksa apakah baterai memanas setelah sekitar satu menit. Setelah proses seperti itu, resistensi elemen meningkat secara tidak dapat diterima dan harus diganti.

Baterai, dan terlebih lagi, memiliki EMF yang jauh lebih tinggi yaitu 6 - 48 volt, dan dengan kapasitas puluhan dan ratusan ampere-jam, arus hubung singkatnya dapat diukur dalam ratusan dan ribuan ampere. Baterai yang mengalami korsleting tanpa sekring di sirkuitnya dapat dengan mudah menjadi sumber api, jadi Anda harus menanganinya dengan sangat hati-hati.

Pengkabelan apartemen di sebagian besar kasus dilengkapi dengan peralatan pelindung berupa sakelar input otomatis yang terpicu ketika arus di dalamnya melebihi nilai tertentu. Ini membantu mencegah kabel meleleh.

Tindakan perlindungan serupa digunakan dalam teknik kelistrikan industri di mana arus berlebih terputus atau mesin elektromagnetik perlindungan, atau dengan meleburkan sambungan sekering dengan penampang yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan konduktor utama jaringan.