Devre kısa devre formülü. Kısa devreler kısa devre ile ayrılır. Kısa devre tehlikesi

Elektrikli bir cihazı prize her taktığınızda elektrik ağını kapatmış olursunuz ve içinden bir elektrik akımı akmaya başlar.

Tüketici elektrik akımı dönüşümler elektrik enerjisi onu diğer enerji türlerine sokan - mekanik (örneğin elektrik motorlarında), termal (ütülerde, ısıtma cihazları), ışık ( aydınlatma) vesaire.

Bu devredeki akım

yani şebekedeki voltajla doğru orantılı, cihazın yarattığı dirençle ters orantılıdır (Ohm kanunu).

Peki devre, devrenin ve elektrikli cihazın tasarımı tarafından öngörüldüğü gibi değil, doğrudan elektrikli cihazı atlayarak kapanırsa ne olur?

Şematik olarak şöyle görünür:

Bu durumda ağın direnci keskin bir şekilde düşer ve bunun sonucunda devredeki akım gücü keskin bir şekilde artar. Ve bildiğiniz gibi devrenin bir bölümünde açığa çıkan ısı miktarı, bu bölümdeki akım gücünün karesiyle orantılıdır (Joule-Lenz yasası). Yani kısa devre sırasında akım 20 kat artarsa, bu durumda açığa çıkan ısı miktarı yaklaşık 400 kat artacaktır! Bu yüzden kısa devre tellerin erimesine, yalıtımın tutuşmasına ve sonunda kısa devre etrafındaki yanıcı nesnelerin tutuşmasına ve yangın çıkmasına neden olabilir.

Yük direnci güç kaynağının iç direncinden daha az olduğunda da kısa devre meydana gelir.

Kısa devreye ne sebep olabilir? Çoğu zaman nedeni, kabloların yalıtımının ihlalidir (aşınma, yanlış çalışma vb. nedeniyle). Ayrıca kısa devreye neden olabilir mekanik hasar V elektrik devresi veya elektrikli bir cihazda ve ayrıca ağ aşırı yükünde.

Kısa devre nasıl önlenebilir?

Bunu yapmak için devrelere özel sigortalar takılıdır.

En basit sigortalar eriyebilir malzemeden yapılmıştır. Akımda güçlü bir artış olması durumunda, bu malzeme devrelerin daha ciddi sonuçlara yol açmasından çok önce erir veya yanar ve devreyi açar. Kendini feda eden küçük kahramanın yerine yenisi gelir.

Otomatik sigortalar kısa devre akımının yüksek olması durumunda anında devreye girecek şekilde tasarlanmıştır. elektromanyetik salınım Kendine zarar vermeden elektrik devresini kesen. Kısa devre giderildikten sonra elektriği tekrar açmak için sadece beyaz düğmeye basmanız (kırmızı olan kapatmak için kullanılır) veya sigorta tetiklendiğinde düşen kolu kaldırmanız yeterlidir.

Elektrikli vatoz kuyruğuyla burnunu kaşıdı ve kısa devre sonucu hayatını kaybetti.

Okuyucumuzdan bir soru geldi: Kısa devre nedir ve nasıl tanınır? Peki, iyi bir soruya iyi bir cevap vermeye çalışalım.

Bir ampulden ve bir araba aküsünden oluşan en basit devreyi düşünelim:

Devredeki tellerden akım akar ve bir ampul yanmaya başlar. Her şey basit.

Ampule giden tellerimizin tamamen çıplak olduğunu ve bir anda mucizevi bir şekilde bu tellerin üzerinde başka bir çıplak tel bulunduğunu varsayalım. Bu kablolama iki çıplak kablomuzu kapatır. Ve burada en ilginç şey başlıyor - şemada var kısa devre (kısa devre). Kısa devre, elektrik akımının direncin en az olduğu bir devreden geçmesi için en kısa yoldur.

Artık akım hem ampulden hem de kablolardan akıyor. Ancak kablo direncimiz bir ampulün direncinden çok daha azdır ve akımın neredeyse tamamı daha az direncin olduğu yere, yani kablolara akacaktır. Ve kablolarımızın direnci çok küçük olduğundan, Ohm Yasasına göre akım çok büyük akacaktır. Ve eğer büyük bir akım akarsa, Joule-Lenz Yasasına göre kablolamanın ürettiği ısı miktarı çok büyük olacaktır. Sonunda, kırmızıyla vurgulanan devre içinden çok fazla akım akacak ve çok ısınacaktır. Öyle ki yangın bile çıkarabilir.

Yangının kısa devreden kaynaklandığını muhtemelen haber bülteninde birden fazla kez duymuşsunuzdur. Bu durumda fazın çıplak teli bir yerde sıfırın çıplak teline temas eder. Temel olarak kısa devre Konut inşaatları her fırsatta dikiş yerlerinden patlayan eski bir kablodan ve kablonun üzerine gelebilecek nemden gelir. Ama bir de insan faktörü var. Bu elbette elektrik akımı kullanılırken güvenlik önlemlerine uyulmamasıdır.

Herhangi bir güç sistemini tasarlarken, özel eğitimli elektrik mühendislerinin yardımıyla teknik kılavuzlar, tablolar, grafikler ve bilgisayar programları, devrenin çalışmasıyla ilgili analizini aşağıdakiler dahil çeşitli modlarda gerçekleştirir:

1. boşta;

2. Nominal yük;

3. acil durumlar.

Ağda ekipmana zarar verebilecek arızaların meydana geldiği üçüncü durum özellikle tehlikelidir. Çoğu zaman, bir ohm'un kesirlerinin elektrik dirençleri giriş voltajının farklı potansiyelleri arasında rastgele bağlandığında, besleme devresindeki "metalik" kısa devre ile ilişkilendirilirler.

Bu tür modlara kısa devre akımları veya kısa devre için kısa devreler denir. Şu durumlarda ortaya çıkarlar:

otomasyon ve korumanın işleyişindeki arızalar;

servis personelinin hataları;

teknik eskimeye bağlı ekipman hasarı;

doğal olayların doğal etkileri;

sabotaj veya vandalizm eylemleri.

Büyüklüklerindeki kısa devre akımları, elektrik devresinin oluşturulduğu nominal yükleri önemli ölçüde aşmaktadır. Bu nedenle ekipmandaki zayıf noktaları yakarlar, yok ederler, yangına neden olurlar.

Termal tahribatın yanı sıra dinamik bir etkiye de sahiptirler. Onun tezahürü videoda iyi bir şekilde gösteriliyor:

İşletme sırasında bu tür kazaların gelişmesini dışlamak için proje oluşturma aşamasında bile bunlarla ilgilenmeye başlarlar. elektrikli ekipman. Bunu yapmak için, kısa devre akımlarının oluşma olasılığını ve bunların büyüklüğünü teorik olarak hesaplayın.

Bu veriler daha fazla proje oluşturmak ve kuvvet elemanlarının seçimi için kullanılır ve koruyucu aletlerşeması. Ekipmanların çalışması sırasında sürekli onlarla çalışmaya devam ediyorlar.

Olası kısa devre akımları hesaplanır teorik yöntemler Korumaların güvenilir şekilde oluşturulması için kabul edilebilir değişen derecelerde doğrulukla.

Hangi elektriksel süreçler kısa devre akımlarının hesaplanmasının temelidir

Başlangıçta, doğrudan, alternatif sinüzoidal, darbeli veya herhangi başka bir rastgele gerilim de dahil olmak üzere uygulanan her türlü voltajın, bu formun görüntüsünü tekrarlayan veya uygulanan dirence ve darbenin etkisine bağlı olarak onu değiştiren arıza akımları yarattığı gerçeğine odaklanacağız. yan faktörler. Bütün bunların tasarımcılar tarafından öngörülmesi ve hesaplamalarında dikkate alınması gerekir.

Kısa devre akımlarının oluşumunun ve eyleminin değerlendirilmesi şunları yapmanızı sağlar:

Ohm kanunu;

voltaj kaynağından uygulanan gücün güç karakteristiğinin büyüklüğü;

elektrik tesisatının kullanılan elektrik devresinin yapısı;

kaynağa uygulanan empedansın değeri.

Ohm yasasının işleyişi

Kısa devreleri hesaplamanın temeli, akım gücünün, bağlı direncin değerine bölünmesi durumunda uygulanan voltajın büyüklüğünden hesaplanabileceğini belirleyen prensiptir.

Aynı zamanda nominal yüklerin hesaplanması için de geçerlidir. Tek fark şudur:

sırasında optimum performans elektrik devresi voltajı ve direnci pratik olarak sabitlenir ve çalışma teknik standartları dahilinde biraz değişir;

Kaza durumunda süreç kendiliğinden ve rastgele gerçekleşir. Ancak geliştirilen yöntemlerle öngörülebilir, hesaplanabilir.

Gerilim kaynağı gücü

Yardımı ile kısa devre akımları ile yıkıcı iş yapma güç enerjisi olasılığı değerlendirilir, akış süreleri ve büyüklüğü analiz edilir.

Aynı parçanın olduğu bir örnek düşünün bakır kablo bir buçuk mm kare kesitli ve yarım metre uzunluğunda, önce doğrudan Krona pilinin terminallerine bağlandılar ve bir süre sonra ev prizinin faz ve sıfır kontaklarına yerleştirildiler.

İlk durumda, telden ve voltaj kaynağından kısa devre akımı akacak ve bu, pili performansına zarar verecek kadar ısıtacaktır. Kaynağın gücü bağlı jumper'ı yakmaya ve devreyi kesmeye yetmiyor.

İkinci durumda işe yarayacaktır. otomatik koruma. Hepsinin arızalı ve sıkışmış olduğunu varsayalım. Daha sonra kısa devre akımı ev kablolarından geçecek, giriş ekranına daireye, girişe, binaya ve kablo yoluyla ulaşacaktır. havai hat elektrik hatları besleme trafo merkezine ulaşacak.

Sonuç olarak, transformatör sargısına çok sayıda tel, kablo ve bunların bağlantılarını içeren oldukça genişletilmiş bir devre bağlanır. Çok artacaklar elektrik direnci bizim kısamız. Ancak bu durumda bile, uygulanan güce dayanmama ve basitçe yanma olasılığı yüksektir.

Kablolama konfigürasyonu

Tüketicileri beslerken onlara voltaj uygulanır Farklı yollar, Örneğin:

sabit bir voltaj kaynağının pozitif ve negatif terminallerinin potansiyelleri aracılığıyla;

faz ve sıfır tek fazlı ev ağı 220 volt;

üç fazlı devre 0,4 kV.

Bu durumların her birinde izolasyon hataları meydana gelebilir. çeşitli yerler bu da içlerinden kısa devre akımlarının geçmesine yol açacaktır. Sadece üç fazlı devre alternatif akım aşağıdakiler arasında olası kısa devreler:

üç fazın tümü aynı anda - üç fazlı olarak adlandırılır;

kendi aralarında herhangi iki faz - fazlar arası;

herhangi bir faz ve sıfır - tek fazlı;

faz ve toprak - tek fazdan toprağa;

iki faz ve toprak - iki fazdan toprağa;

üç faz ve toprak - üç fazdan toprağa.

Ekipman için bir güç kaynağı projesi oluştururken tüm bu modlar hesaplanmalı ve dikkate alınmalıdır.

Devrenin elektrik direncinin etkisi

Gerilim kaynağından kısa devrenin oluştuğu yere kadar olan hattın uzunluğu belirli bir elektrik direncine sahiptir. Değeri kısa devre akımlarını sınırlar. Transformatör sargılarının, bobinlerin, bobinlerin, kapasitör plakalarının varlığı, ana harmoniklerin simetrik şeklini bozan periyodik olmayan bileşenler oluşturan endüktif ve kapasitif dirençler ekler.

Kısa devre akımlarını hesaplamak için mevcut yöntemler, bunların önceden hazırlanmış bilgiler kullanılarak pratikte yeterli doğrulukla hesaplanmasına olanak tanır. Halihazırda monte edilmiş bir devrenin gerçek elektrik direnci, yöntem kullanılarak ölçülebilir. Hesaplamayı hassaslaştırmanıza, koruma seçiminde ayarlamalar yapmanıza olanak tanır.

Kısa devre akımlarının hesaplanması için temel belgeler

1. Kısa devre akımlarını hesaplama metodolojisi

Energoatomizdat tarafından 1988 yılında yayınlanan A. V. Belyaev'in “0,4 kV ağlarda ekipman, koruma ve kablo seçimi” kitabında iyi anlatılmıştır. Bilgiler 171 sayfayı kaplıyor.

Kitap şunları sağlar:

kısa devre akımlarının hesaplanma sırası;

hasar bölgesindeki bir elektrik arkının akım sınırlayıcı etkisinin hesaba katılması;

hesaplanan akımların değerlerine göre koruyucu ekipman seçimi ilkeleri.

Kitap yayınlanıyor referans bilgisiİle:

koruyucu özelliklerinin özelliklerinin analizi ile otomatik anahtarlar ve sigortalar;

motor koruma kurulumları, güç düzenekleri dahil olmak üzere kablo ve ekipman seçimi, giriş cihazları jeneratörler ve transformatörler;

savunma eksiklikleri belirli türler otomatik anahtarlar;

uzaktan röle koruması kullanımının özellikleri;

tasarım problemlerini çözme örnekleri.

2. RD 153-34.0-20.527-98 Yönergeleri

Bu belge şunları tanımlar:

gerilimi 1 kV'a kadar olan elektrik tesisatlarında simetrik ve asimetrik modların kısa devre akımlarını hesaplama yöntemleri;

elektrikli aparatların ve iletkenlerin termal ve elektrodinamik direnç açısından kontrol yöntemleri;

test yöntemleri anahtarlama kapasitesi elektrikli aletler.

Talimatlar, belirli çalışma koşullarına sahip röle koruma ve otomasyon cihazlarıyla ilgili kısa devre akımlarının hesaplanması konularını kapsamamaktadır.

3. GOST 28249-93

Belge, AC elektrik tesisatlarında meydana gelen kısa devreleri ve 1 kV'a kadar gerilime sahip sistemler için bunların hesaplanmasına yönelik metodolojiyi açıklamaktadır. Belarus ve Kırgızistan topraklarında 1 Ocak 1995'ten beri yürürlüktedir. Moldova, Rusya, Tacikistan, Türkmenistan ve Ukrayna.

Devlet standardı tanımlar ortak yöntemler senkron ve senkron elektrik tesisatları için başlangıç ​​ve herhangi bir isteğe bağlı zaman anında kısa devre akımlarının hesaplanması asenkron makineler, reaktörler ve transformatörler, havai ve kablo iletim hatları, baralar, karmaşık karmaşık yük düğümleri.

Elektrik tesisatlarının tasarımına ilişkin teknik standartlar mevcut duruma göre belirlenir. devlet standartları ve Eyaletlerarası Standardizasyon, Metroloji ve Sertifikasyon Konseyi tarafından kabul edilmiştir.

Kısa devre akımlarının hesaplanması için tasarımcının eylem sırası

Başlangıçta analiz için gerekli bilgileri hazırlamalı, ardından hesaplamayı yapmalısınız. Ekipmanların kurulumundan sonra devreye alma sürecine kadar ve işletme sırasında korumaların doğru seçimi ve çalışabilirliği kontrol edilir.

İlk verilerin toplanması

Herhangi bir şema, iki bölümden oluştuğunda basitleştirilmiş bir forma indirgenebilir:

1. voltaj kaynağı. 0,4 kV'luk bir ağ için rolü şu şekilde oynanır: ikincil sargı güç transformatörü;

2. Güç kaynağı hattı.

Bunların altında gerekli özellikler toplanır.

Kısa devre akımlarını hesaplamak için transformatör verileri

Bunu öğrenmeniz gerekiyor:

kısa devre voltajının büyüklüğü (%) - Ukz;

kısa devre kayıpları (kW) - Pk;

yüksek ve alçak tarafların sargılarındaki nominal gerilimler (kV.V) - Uvn, Unn;

düşük taraftaki sargıdaki faz voltajı (V) - Eph;

nominal güç (kVA) - Snt;

empedans akımı tek fazlı kısa devre (mOhm) - Zt.

Kısa devre akımlarının hesaplanması için besleme hattı verileri

Bunlar şunları içerir:

damarların malzemesini ve kesitini gösteren kablo markaları ve sayıları;

rotanın toplam uzunluğu (m) - L;

endüktif direnç (mOhm/m) — X0;

faz-sıfır döngüsü için empedans (mΩ / m) - Zpt.

Trafo ve hat için bu bilgiler rehberlerde yoğunlaşmıştır. Ayrıca Kud şok katsayısını da alırlar.

Hesaplama sırası

Bulunan özelliklere göre aşağıdakiler için hesaplanır:

transformatör - aktif ve endüktif direnç (mΩ) - Rt, Xt;

çizgiler - aktif, endüktif ve empedans (mOhm).

üç fazlı devre ve şok (kA);

tek fazlı kısa devre (kA).

Son hesaplanan akımların değerlerine göre ve seçimini yapın Devre kesiciler ve tüketiciler için diğer koruyucu cihazlar.

Tasarımcılar kısa devre akımlarını formüller, referans tabloları ve grafikler kullanarak veya özel bilgisayar programları kullanarak manuel olarak hesaplayabilirler.

Çalıştırılan gerçek güç ekipmanında, nominal ve kısa devreler dahil tüm akımlar otomatik osiloskoplar tarafından kaydedilir.

Bu tür osilogramlar, acil durum modlarının gidişatını, güç ekipmanının ve koruyucu cihazların doğru çalışmasını analiz etmeyi mümkün kılar. Onlara göre, elektrik devresi tüketicilerinin çalışmasının güvenilirliğini artırmak için etkili önlemler alınıyor.

Kısa devre akımlarının (SC) hesaplanması, ekipmanın seçilmesi ve elektrik tesisatı elemanlarının (lastikler, yalıtkanlar, kablolar vb.) elektrodinamik ve termal stabilite açısından kontrol edilmesinin yanı sıra koruma işlemi için ayarların yapılması ve bunların kontrol edilmesi için gereklidir. tepki duyarlılığı. Elektrikli ekipmanın parametrelerini seçmek veya kontrol etmek için hesaplanan kısa devre türü genellikle üç fazlı kısa devre olarak kabul edilir. Ancak röle koruma ve otomasyon ayarlarının seçilmesi ve kontrol edilmesi için asimetrik kısa devre akımlarının belirlenmesi de gereklidir.

Güç kaynağı sisteminin tüm elemanlarının gerçek özellikleri ve gerçek çalışma modları dikkate alınarak kısa devre akımlarının hesaplanması karmaşıktır. Bu nedenle çoğunluğun çözümü için pratik görevlerÖnemli hatalar vermeyen varsayımları tanıtın:

üç fazlı ağ simetrik olduğu varsayılır;

yük akımları dikkate alınmaz;

kapasiteler dikkate alınmaz ve bu nedenle kapasitif akımlar hava ve kablo ağlarında;

manyetik sistemlerin doygunluğu dikkate alınmaz; bu, kısa devre devresinin tüm elemanlarının endüktif dirençlerinin sabit ve akımdan bağımsız olarak değerlendirilmesini mümkün kılar;

trafo mıknatıslama akımları dikkate alınmaz.

Kısa devre akımlarının hesaplanmasının amacına bağlı olarak ağın tasarım devresi seçilir, kısa devrenin türü, kısa devre noktalarının devre üzerindeki konumu ve eşdeğer devre elemanlarının dirençleri belirlenir. Gerilimi 1000 V ve üzeri olan ağlarda kısa devre akımlarının hesaplanması, aşağıda tartışılan bir takım özelliklere sahiptir.

Kısa devre akımlarını belirlerken kural olarak iki yöntemden biri kullanılır:

adlandırılmış birimler yöntemi - bu durumda devre parametreleri adlandırılmış birimlerle (ohm, amper, volt vb.) ifade edilir;

bağıl birimler yöntemi - bu durumda devre parametreleri ifade edilir
esas (temel) olarak alınan değerin payları veya yüzdeleri cinsinden.

Adlandırılmış birimler yöntemi, nispeten basit olanların kısa devre akımlarının hesaplanmasında kullanılır. elektrik devreleri az sayıda dönüşüm adımıyla.

Kısa devre akımları hesaplanırken bağıl birimler yöntemi kullanılır
bölgesel güç sistemlerine bağlı, çeşitli dönüşüm aşamalarına sahip karmaşık elektrik ağlarında.

Hesaplama belirtilen birimlerde yapılıyorsa, kısa devre akımlarını belirlemek için tümünün getirilmesi gerekir. elektriksel büyüklükler kısa devrenin meydana geldiği adımın voltajına.

Göreceli birimler halinde hesaplanırken, tüm miktarlar, bir GPP transformatörünün temel gücü veya geleneksel bir güç birimi, örneğin 100 veya 1000 MVA olarak alınan temel değerlerle karşılaştırılır.

Baz gerilimi olarak kısa devrenin meydana geldiği kademenin ortalama gerilimi alınır ( sen cp = 6,3; 10.5; 21; 37; 115; 230 kV). Güç kaynağı sistemi elemanlarının direnci, tabloya göre temel koşullara yol açar. 3.1.

Tablo 3.1

Endüktif dirençlerin ortalama spesifik değerleri

hava ve kablo hatları güç iletimi

Kısa devre, iç direnciyle orantılı bir EMF direnç kaynağının kutuplarına bağlantıdır. Çoğu durumda, bu çalışma modu kazara uygulanır ve EMF kaynağına son derece zararlıdır. Ancak var elektrikli aparat( , ark eritme cihazları), kısa devre modunda uzun süreli çalışma için özel olarak tasarlanmıştır.

Kısa devre tehlikesi

Bir kişi için kısa devre, öncelikle iletkenlerin kazara temas ettiği yerlerde oluşan erimiş metal sıçramaları nedeniyle tehlikelidir ve morötesi radyasyon kırıldıklarında oluşan elektrik arkından. Ayrıca, yüksek sıcaklıklar Temas noktasında çoğu durumda izolasyonu tutuşturup yangına neden olabilirler.

İlk yaklaşımda, mümkün olan maksimum kısa devre akımı, kaynağın EMF'sinin iç direncine oranına eşittir. Tasarım çalışma modunda kaynaktan ne kadar çok güç çıkarılırsa, o kadar az güç tüketilir. iç direnç ve onun için daha tehlikeli olanı kapatma modudur. Bununla birlikte, farklı EMF kaynaklarındaki etkinin özgüllüğü farklıdır.

Kısa devre prensibi

Rastgele kapanan kurtarılamaz galvanik hücreler(piller vb.), birkaç voltu geçmeyen düşük EMF'ye rağmen, elemanı önemli bir sıcaklığa kadar ısıtan bir akım verebilirler. Böyle bir pil gözetimsiz bırakılırsa eriyebilir plastik kasa içine yerleştirildiği cihaz. Bu nedenle pilleri değiştirirken, yaklaşık bir dakika sonra ısınmalarını mutlaka kontrol etmelisiniz. Böyle bir işlem sonrasında elemanın direnci kabul edilemeyecek derecede artar ve değiştirilmesi gerekir.

Piller ve hatta daha fazlası, 6 - 48 volt gibi çok daha yüksek bir EMF'ye sahiptir ve onlarca ve yüzlerce ampersaat kapasiteyle kısa devre akımları yüzlerce ve binlerce amper olarak ölçülebilir. Devresinde sigortası olmayan kısa devre yapmış bir akü kolayca yangın kaynağı haline gelebilir, bu nedenle çok dikkatli kullanılmalıdır.

Çoğu durumda, konut elektrik kabloları, içindeki akım belirli bir değeri aştığında çalışan otomatik giriş anahtarları biçiminde koruma araçlarıyla donatılmıştır. Bu, tellerin erimesini önler.

Aşırı akımın kesildiği veya aşırı akımın olduğu endüstriyel elektrik mühendisliğinde de benzer koruyucu önlemler kullanılmaktadır. elektromanyetik makine koruma veya ağın ana iletkenlerinden çok daha küçük bir bölüm olan eriyebilir bir bağlantının eritilmesiyle.