Розрахунок струмів короткого замикання особливості процесу
Коротке замикання між провідниками є найнебезпечнішим явищем, як в електричної мережі приватного домоволодіння, так і в складних сварках підстанцій і живлять ланцюгів потужного виробничого обладнання. Коротке замикання може стати причиною пожежі і виходу з ладу дорогих електроприладів, тому розрахунок струмів короткого замикання, є обов'язковим етапом перед здійсненням прокладки кабелів для різних споживачів електрики.
Хто займається обчисленням КЗ
Розрахунок КЗ, проводиться кваліфікованими фахівцями, які не тільки роблять необхідні обчислення, але й несуть відповідальність за подальшу експлуатацію електричного устаткування. Домашні електрики також можуть здійснити дані обчислення, але тільки при наявності початкових знань про природу електрики, властивості провідників і про роль діелектриків, в їх надійної ізоляції один від одного. При цьому, отриманий результат значення короткого замикання, перед проведенням електротехнічних робіт, необхідно перевірити ще раз самостійно, або скористатися послугами спеціалізованих фірм, які здійснюють дані обчислення на платній основі. Як розрахувати струм короткого замикання використовуючи спеціальні формули, буде детально описано далі.
особливості розрахунку
Розрахунок струмів трифазного обладнання проводиться із застосуванням спеціальних формул.
Якщо розрахунок струму трифазного короткого замикання, необхідно зробити для електричних мереж напругою до 1000 В, то необхідно враховувати наступні нюанси при проведенні розрахунків:
- Трифазна система повинна вважатися симетричною.
- Харчування трансформатора приймається за незмінну величину, рівну його номінального значення.
- Момент виникнення КЗ прийнято вважати при максимальному значенні сили струму.
- ЕРС джерел живлення, віддалених на значну відстань від ділянки електричної мережі, де відбувається КЗ.
Також при обчисленні параметрів КЗ необхідно правильно порахувати результуючий опір провідника, але робити це необхідно через приведення єдиного значення потужності. Якщо виробляти розрахунок опору стандартними формулами відомими з курсу фізики, то можна допустити помилки, через неоднакового номінальної напруги в момент виникнення короткого замикання для різних ділянок електричного кола. Вибір такої базисної потужності дозволяє значно спростити розрахунки, і значно підвищити їх точність.
Напруга, при обчисленні струму короткого замикання також прийнято вибирати не виходячи з номінального значення, а з перевищенням даного показника на 5%. Наприклад для електричної мережі 380 В, базисне напруга для розрахунку струмів короткого замикання складе 0,4 кВ.
Для мережі змінного струму напріряженіем 220 В, базисне напруга дорівнюватиме 231 В.
Формули обчислення трифазного замикання
Розрахунок струмів коротких замикань в електроенергетичних системах трифазного електрики виробляється з урахуванням особливості виникнення даного процесу.
Через прояви індуктивності провідника, в якому відбувається коротке замикання, сила КЗ змінюється не миттєво, а відбувається наростання даної величини за певними законами. Щоб методика розрахунку струмів короткого замикання дозволила провести високоточні обчислення, необхідно вирахувати всі основні величини вносяться в розрахункові формули.
Часто для цієї мети потрібно скористатися додатковими формулами або спеціальним програмним забезпеченням. Сучасні можливості обчислювальної техніки, дозволяють здійснювати складні операцій в лічені секунди. Методи розрахунку струмів короткого замикання можуть бути розширені застосуванням спеціального програмного забезпечення. В даному випадку, може бути використана комп'ютерна програма, яка може бути написана будь-яким кваліфікованим програмістом.
Якщо обчислення параметрів КЗ в трифазній мережі здійснюється вручну, то в для отримання точного результату цього значення застосовується формула:
де:
ХВН - опір між точкою короткого замикання і шинами.
Хсіст - опір всієї системи по відношенню до шин джерела.
Uс - напруга на шинах системи.
Якщо який-небудь показник відсутній при проведенні розрахунків, то його можна вирахувати застосувавши для цього додаткові формули, або слід застосувати спеціальні програми для комп'ютера.
У тому випадку, коли розрахунок КЗ, необхідно провести для складної розгалуженої мережі, проводиться перетворення схеми заміщення. Для максимально спрощення обчислень схема представляється з одним опором і джерелом електрики.
Для спрощення схеми необхідно:
- Скласти всі показники паралельно підключеного опору електричних ланцюгів.
- Скласти послідовно підключені опору.
- Обчислити результуюче опору, шляхом складання всіх паралельно і послідовно підключених опорів.
Розрахунок однофазної мережі
Розрахунок струмів коротких замикань в електроенергетичних системах однофазного напруги допускає проведення спрощених обчислень. Зазвичай, електроприлади струму однофазного не споживають багато електрики, і для надійного захисту квартири або будинку від виникнення короткого замикання, досить встановити автоматичний вимикач розрахований на величину спрацьовування, що дорівнює 25 А. Якщо потрібно
здійснити приблизний розрахунок однофазного короткого замикання, то його роблять за формулою:
де
Uf - напруга фази.
Zt - опір трансформатора, при виникненні КЗ.
Zc - опір між фазним і нульовим провідником.
Ik - однофазний струм короткого замикання.
Обчислення параметрів КЗ в однофазної ланцюга з використанням даної формули проводиться з похибкою до 10%, але в більшості випадків цього достатньо для здійснення правильної захисту електричної мережі. Основним ускладненням для отримання даних розрахованих за цією формулою, є складність в отриманні значення Zc. Якщо параметри провідника відомі і перехідні опори також визначені, то опір між фазним і нульовим провідником розраховується за формулою:
де:
rf - активний опір фазного проводу, Ом;
rn - активний опір нульового проводу, Ом;
ra - сумарний активний опір контактів ланцюга фаза-нуль, Ом;
xf »- внутрішнє індуктивне опір фазного проводу, Ом;
xn »- внутрішнє індуктивне опір нульового проводу, Ом;
x '- зовнішнє індуктивний опір ланцюга фаза-нуль, Ом.
Таким чином підставляючи відомі значення в формули наведені вище, легко знайдемо струм короткого замикання для однофазної мережі.
Обчислення параметрів КЗ в однофазної мережі здійснюється в такій послідовності:
- З'ясується параметри живильного трансформатора або реактора.
- Визначаються параметри використовуваного провідника.
- Якщо електрична схема надто розгалужена, то її слід спростити.
- Визначається повний опір МОЖД «фазою» і «0».
- Обчислюється повне опір трансформатора або реактора, якщо дане значення не можна отримати з документації до джерела живлення.
- Значення підставляються в формулу.
Якщо вся послідовність дій була проведена вірно, то таким чином можна розрахувати силу струму при виникненні КЗ в однофазної мережі.
Обчислення КЗ за паспортними даними
Значно спрощується задача з розрахунку КЗ, якщо є паспортні дані реактора або трансформатора. У цьому випадку досить номінальні значення електрики і напруги підставити в розрахункові формули, щоб отримати значення струму КЗ.
Сила і потужність КЗ можуть бути визначені за наступними формулами:
У цій формулі значення Iном одно номінальному струму електричного трансформатора або реактора.
Визначення струму КЗ в мережі необмеженої потужності
Якщо необхідно розрахувати КЗ в системі, де потужність джерела електрики незрівнянно вище сумарної потужності споживачів електрики, то величину напруги можна умовно вважати незмінною.
В таких умовах потужність електрики буде дорівнює нескінченності, а опір провідника - нулю. Дані умови можуть бути застосовані тільки до таких розрахунковим умовам, коли точка короткого замикання видалена на значну відстань від джерела електрики, а результуючий опір ланцюга в десятки разів перевищує опір системи.
Для електричної мережі необмеженої потужності сила електричної напруженості розраховується за формулою:
Ik = Ib / Xрез
де:
Ik - сила струму короткого замикання;
Ib - базисний струм;
Хрез - результуюче напруження мережі.
Підставивши значення в формулу можна отримати значення параметрів КЗ в мережі необмеженої потужності.
Керівні вказівки з розрахунку струмів короткого замикання, викладені в даній статті, містять основні принципи, за якими визначається сила струму в провіднику в момент утворення цього небезпечного явища. Якщо виникає складність у проведенні даних розрахунків самостійно, то можна скористатися послугами професійних інженерів-електриків, які проведуть всі необхідні обчислення. Розрахунок струмів короткого замикання і вибір електрообладнання за порадою професіоналів дозволить гарантувати безперебійне і безпечне використання електричних мереж в приватному будинку або на виробництві.