Сила тока короткого замыкания это: Как определить силу тока короткого замыкания? — Физблог — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

Короткое замыкание — урок. Физика, 8 класс.

Каждый раз, когда вы вставляете вилку электроприбора в розетку, вы замыкаете электрическую цепь, и по ней начинает течь электрический ток.

Потребитель электрического тока преобразует электрическую энергию, которая к нему поступает, в другие виды энергии — механическую (например, в электродвигателях), тепловую (в утюгах, нагревательных приборах), световую (в осветительных приборах).

При создании электроприборов обязательно рассчитываются и указываются в маркировках и технических паспортах оптимальное и максимальное значение силы тока и напряжения. При превышении максимальных значений перегрев элементов прибора может нарушить их электрическую изоляцию, повлиять на работоспособность прибора.

Рассмотрим простейшую электрическую цепь, которая состоит из источника тока (1), выключателя (2) и потребителя электроэнергии (3), соединённых между собой проводами (рис. 1).

Рис. \(1\). Электрическая цепь

Сила тока в этой цепи определяется по закону Ома:

I=UR, где

\(U\) — напряжение в сети;

\(R\) — сопротивление потребителя электроэнергии (электроприбора).

Сила тока прямо пропорциональна напряжению в сети и обратно пропорциональна сопротивлению, которое создаёт электроприбор.

Что произойдёт, если цепь замкнуть проводником так, как показано на рисунке 2, то есть между точками \(A\) и \(B\) напрямую?

Рис. \(2\). Электрическая цепь, возможность замыкания

В этом случае основная часть электрического тока потечёт по проводнику \(AB\), минуя потребитель тока, так как сопротивление участка \(AB\) намного меньше, чем сопротивление электроприбора.

При этом общее сопротивление цепи сильно уменьшится, а в результате, согласно закону Ома для участка цепи, сила тока в ней резко возрастёт. Возникнет короткое замыкание.

Короткое замыкание (КЗ) — явление резкого увеличения значения электрического тока в цепи вследствие уменьшения внешнего сопротивления до нуля.

Ток короткого замыкания прямо пропорционален ЭДС цепи и обратно пропорционален внутреннему сопротивлению ЭДС: \(I_{кз}=\frac{\varepsilon}{r}\).

Как известно из закона Джоуля-Ленца, количество теплоты \(Q\), выделяемое на участке цепи \(R\), пропорционально квадрату силы тока \(I\) на этом участке:

Q=I2Rt, где

\(t\) — время протекания тока по цепи.

Согласно этому закону, если при коротком замыкании ток увеличится в \(10\) раз, то количество теплоты, выделяющейся при этом, возрастёт примерно в \(100\) раз (при прочих равных условиях)!

Вот почему короткое замыкание может вызвать расплавление проводов, воспламенение изоляции и в конечном итоге привести к возгоранию горючих предметов вокруг места короткого замыкания и к пожару.

Чаще всего причиной короткого замыкания является нарушение изоляции проводов (из-за их износа, неправильной эксплуатации и т.п.). Также причиной короткого замыкания могут быть механические повреждения в электрической цепи или в электроприборе, а также перегрузки сети.

Источники:

Рис. 1. Электрическая цепь. © ЯКласс.
Рис. 2. Электрическая цепь, возможность замыкания. © ЯКласс.

Расчет тока короткого замыкания — CMP Products Limited

Ниже представлено описание принципа расчета в компании CMP Products пиковых значений тока короткого замыкания (кА) для конкретного назначения и условий монтажа.

Компания CMP Products провела более 300 испытаний на короткое замыкание. Тем не менее, провести испытание для каждого значения тока отказа, кабельной скобы, размера и типа кабеля, а также конфигурации расположения крепежных отверстий не представляется возможным.

Компания CMP Products непрерывно разрабатывает программное обеспечение с целью воспроизведения данных испытаний и обладает возможностями провести испытания кабельных скоб, кабелей, кабельных лотков и кабельных лестниц, использование которых планируется в проекте при нестандартных условиях эксплуатации.

Компания CMP также обладает опытом, позволяющим точно рассчитать пиковые значения тока короткого замыкания (кА) на основе данных дорогостоящих испытаний, проверенных в универсальной программе для испытаний.

Испытания

Начиная с испытания на короткое замыкание при расстоянии между центрами крепежных отверстий скоб в 300 мм, устанавливается максимальное безопасное пиковое значение тока короткого замыкания в кА.

В примере ниже описано успешное прохождение испытаний кабельной скобы согласно требованиям стандарта IEC 61914:2009 при токе 190 кА, диаметре кабеля 36 мм и расстоянии между центрами крепежных отверстий 300 мм.

Расчет максимального показателя силы, воздействующей на испытываемую кабельную скобу

Для расчета силы, воздействие которой может выдержать кабельная скоба в процессе испытания, используются результаты испытаний, проведенных по стандарту IEC 61914:2009, из таблицы:

Ft — максимальная сила, действующая на кабель (Н/м)
ip — максимальное значение тока короткого замыкания (кА)
S — расстояние между осевыми линиями двух соседних проводников, например, в трехлистной компоновке оно соответствует наружному диаметру кабеля (м)

В данном примере величина Ft равна 170 472,22 Н/м

Ft — это величина силы в Ньютонах на метр, требуемая для расчета максимального значения силы, воздействие которой сможет выдерживать кабельная скоба, и которое должно быть умножено на расстояние между центрами крепежных отверстий кабельных скоб:

Максимальное значение силы, действующей на кабельную скобу = Ft (Н/м) x расстояние между центрами крепежных отверстий (м)

В данном примере максимальная сила, действующая на кабельную скобу (с учетом расстояния между центрами крепежных отверстий, равного 0,3 м), = 51 141,67 Н

Расчет показателя Ft для новых условий

После расчет максимальной силы, действующей на кабельную скобу, формула будет преобразована с целью расчета максимального КЗ при иных значениях расстояния между центрами крепежных отверстий, диаметров кабелей и пр.

Сперва необходимо рассчитать значение ip, если расстояние между центрами крепежных отверстий увеличилось до 600 мм, затем рассчитать значение Ft:

Ft — максимальная сила, действующая на кабель (Н/м)
ip — максимальное значение тока короткого замыкания (кА)
S — расстояние между осевыми линиями двух соседних проводников, т. е. наружный диаметр кабеля (м)

В данном примере значение Ft = 85 236,11 (Н/м)

После расчета значения Ft для данных условий эксплуатации следует рассчитать значение ip.

Расчет показателя i для новых условий

— максимальная сила, действующая на кабель (Н/м)
ip— максимальное значение тока короткого замыкания (кА)
S — расстояние между осевыми линиями двух соседних проводников, т. е. наружный диаметр кабеля (м)

Значение ip в данном примере = 134,35 кА

Опыт показывает, что эти значения всегда ниже тех, которых удается достичь в условиях физического испытания. Это подтверждает учет показателя безопасности в расчетах стандарта IEC 61914:2009. И это хорошо, поскольку означает, что рассчитанные значения всегда указаны с запасом.

Это также значит, что значение Ft (максимальная сила, действующая на каждую кабельную скобу), полученное по результатам испытаний, следует использовать только с учетом расстояний между центрами крепежных отверстий, которые в действительности меньше тех, что были использованы в процессе испытания, в качестве величины для расчета значений ip. Не рекомендуется проводить расчет в обратном порядке, поскольку это будет противоречить показателю безопасности, использованному в стандартной ситуации, что приведет к получению нереалистичных значений ip.

Пример:

Кабель и кабельная скоба успешно прошли испытания по стандарту 61914:2009 при значении 150 кА и расстоянии между центрами крепежных отверстий 600 мм (рассчитанное значение ip составило 134,35 кА, что, по сути, превышает максимально возможное на ~12 %)

С учетом полученного нового значения ip рассчитываем значение Ft:

В данном примере величина Ft = 106 250 Н/м

В данном примере максимальная сила, действующая на кабельную скобу (с учетом расстояния между центрами крепежных отверстий, равного 0,6 м) = 63 750 Н

Если данное максимальное значение силы, действующей на каждую кабельную скобу, использовалось в качестве основы для расчета значения ip с учетом расстояния между центрами крепежных отверстий, равного 0,3 м, тогда значение Ft должно равняться 212 500 Н/м

В этом случае значение ip будет составлять 212,13 кА — ЭТО ЧРЕЗМЕРНО ВЫСОКОЕ ЗНАЧЕНИЕ! При условии, что расстояние между центрами крепежных отверстий составляло 300 мм, было достигнуто значение всего 190 кА в условиях физического испытания. Это указывало на то, что кабельная скоба уже выдерживает близкую к предельной нагрузку.

Уточняющий расчет:

При расчете величины ip используйте только величину Ft (максимальная сила, действующая на каждую кабельную скобу), полученную по результатам испытаний при коротких расстояниях между центрами крепежных отверстий, а не при тех расстояниях, которые будут использоваться в реальных условиях.

Проводить расчеты в обратном порядке опасно, поскольку это будет противоречить учтенному в стандартных расчетах показателю безопасности, что приведет к получению нереалистичных значений ip.

С целью максимально точного расчета и наибольшей безопасности конструкции CMP рекомендует использовать данные, полученные в результате испытаний CMP кабельных скоб, закрепленных на максимально близком (и наименьшем) расстоянии до целевых центров крепежных отверстий для расчета значения ip, например:

Если скобы необходимо крепить на расстоянии 500 мм, в качестве основного для расчета значения ip используйте показатель силы, рассчитанный для расстояния между центрами крепежных отверстий в 300 мм, полученный в результате испытания CMP.

Если скобы необходимо крепить на расстоянии 900 мм, в качестве основного для расчета значения ip используйте показатель силы, рассчитанный для расстояния между центрами крепежных отверстий в 600 мм, полученный в результате испытания CMP.

Суть короткого замыкания электрической цепи.

Напряжение (ЭДС) и ток при возникновении КЗ.

Про электрическое короткое замыкание слышали многие, но далеко не всем известна суть этого явления. Давайте же с этим разберемся. Итак, если вникнуть в само словосочетание «короткое замыкание», то можно понять, что происходит какой-то процесс, при котором замыкается нечто по короткому, а именно самому короткому пути протекания электрического тока (электрических зарядов в проводнике). Проще говоря, есть путь, по которому течет электричество, его ток зарядов. Это различные электрические цепи, проводники электроэнергии. Чем длиннее этот путь, тем больше преград нужно преодолеть зарядам, тем больше электрическое сопротивление этого пути. А из закона ома известно, чем больше сопротивление цепи, тем меньше сила тока будет в нем (при определенном значении напряжения). Следовательно, на самом коротком пути, будет максимально возможный ток, а это путь будет коротким в случае замыкания концов самого источника питания.

В общем, у нас есть, к примеру, обычный автомобильный аккумулятор (в заряженном состоянии). Если к нему подключить лампочку, рассчитанную на напряжение аккумулятора (12 вольт), то в результате прохождения тока определенной величины через эту лампу мы получим излучение света и тепла. Лампа имеет определенное электрическое сопротивление, которое и ограничивает силу тока, идущего по этой цепи. Чтобы намеренно сделать короткое замыкание нам просто нужно взять кусок провода и подсоединить его к концам выводов аккумулятора (параллельно лампе). У этого провода сопротивление очень мало, по сравнению с лампой. Следовательно и нет особого ограничения, которое бы препятствовало движению заряженных частиц. И как только мы замкнем такую вот цепь, получим наше КЗ. По проводу потечет сразу большое ток, который может просто раскалить и расплавить этот кусок провода.

В результате такого вот короткого замыкания будет возгорание проводника (его изоляции), вплоть до пожара, если этот проводник своим воспламенением переносит огонь на легковоспламеняющиеся вещи, что находятся поблизости. Кроме этого такое вот резкое, скачкообразное течение тока может быть вредным для самого аккумулятора. Он также в это время начинает нагреваться. А как известно аккумуляторы очень сильно не любят чрезмерного нагрева. Как минимум у них значительно после этого сокращается срок службы, а как максимум — выходят из строя и даже загораются и взрываются. Если такое короткое замыкание происходит, к примеру, с литиевым аккумулятором в телефоне (у которого нет электронной защиты внутри), в течении нескольких секунд происходит сильный нагрев, далее образуется пламя и взрыв.

Есть некоторые аккумуляторы, которые изначально рассчитаны на отдачу больших токов (тяговые аккумуляторы), но и у них полное короткое замыкание может привести к большим неприятностям. Ну, а что же происходит с напряжением во время короткого замыкания? Из школьной физики должно быть известно, что чем больше сила тока, тем большее падение напряжения на этом участке цепи. Следовательно, когда к источнику электропитания не подсоединено никакой нагрузки, на нем можно увидеть максимальное значение напряжения (это и есть ЭДС источника питания, его электродвижущая сила). Как только мы нагрузили этот источник питания, тут же появляется некое падение напряжения. И чем больше будет нагрузка, тем сильнее будет падение напряжения. Так как при коротком замыкании сопротивление цепи практически равно нулю, а сила тока при этом будет максимально возможной, то и падение напряжение на источнике питания также будет максимальной (около нуля).

Это мы рассмотрели вариант полного короткого замыкания, который происходит непосредственно на выводах источника питания. Да, вот, что еще стоит добавить про это. В случае аккумулятора будет происходит большая токовая нагрузка на внутренние части и химические вещества самого аккумулятора (электролит, пластины, выводы). В случае короткого замыкания на таких источниках питания как электрогенераторы токовая нагрузка ложится на обмотки этих генераторов, что приводит к ее чрезмерному нагреву и испорченности (ну и те цепи, что работают в генераторе после этой обмотки). Короткое замыкание на выводах различных блоков питания приводит к перегреву и выходу из строя самих электрических схем источников тока и вторичной обмотки трансформатора.

Короткое замыкание может случаться в самой электрической цепи проводки, схемы. В этом случае последствия также имеют крайне негативный характер. Но при этом сила тока уже будет, как правило, чуть меньше, чем в случае замыкания на выходе источника питания. К примеру, есть схема усилителя звука. Вдруг из-за плохой изоляции самих динамиков происходит короткое замыкание на звуковом выходе этого усилителя. В итоге, скорее всего выгорят выходные транзисторы, микросхемы, стоящей в последних каскадах усиления звука. Сам источник питания в этом случае может даже не пострадать, так как до него чрезмерная токовая нагрузка может не дойти. Думаю вы суть короткого замыкания уловили.

P.S. В любом случае явление электрического короткого замыкания приводит к плачевным последствиям. Для защиты от этого как правило применять обычные плавкие предохранители, автоматические выключатели, защитные схемы и т.д. Их задача заключается в быстром разрыве электрической цепи при резком увеличении силы тока. То есть, обычный предохранитель как бы является самым слабым звеном во всех электрической цепи. Как только сила тока резко возросла плавкая вставка просто плавится и разрывает цепь. Это в большинстве случаев приводит к тому, что прочие другие цепи в схеме остаются не поврежденными.

Ударный ток короткого замыкания — это… Что такое Ударный ток короткого замыкания?

УДАРНЫЙ ТОК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ — наибольшее мгновенное значение силы тока в электрической цепи при возникновении короткого замыкания. Сила тока в цепи достигает этого значения примерно через половину периода (для переменного тока) после возникновения короткого замыкания. При… … Российская энциклопедия по охране труда

ударный ток короткого замыкания — Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания, определяемое как сумма мгновенных значений вынужденного тока и свободного тока в процессе короткого замыкания [ГОСТ 16110 82] Тематики трансформатор Классификация >>> Обобщающие… … Справочник технического переводчика

Ударный ток короткого замыкания — 1.

2.6. Ударный ток короткого замыкания Is наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ударный ток короткого замыкания — Наибольшее мгновенное значение тока короткого замыкания … Политехнический терминологический толковый словарь

ударный ток короткого замыкания синхронной машины — ударный ток короткого замыкания Максимальное значение тока в обмотке якоря синхронной машины, в течение первого полупериода после его короткого замыкания, когда апериодическая составляющая наибольшая. [ГОСТ 27471 87] Тематики машины электрические … Справочник технического переводчика

наибольший ударный ток короткого замыкания — Ударный ток короткого замыкания при наибольшем вынужденном токе и наибольшем возможном или установленном нормативным документом свободном токе [ГОСТ 16110 82] Тематики трансформатор Классификация >>> Обобщающие термины общие параметры … Справочник технического переводчика

Наибольший ударный ток короткого замыкания — 9. 1.15. Наибольший ударный ток короткого замыкания Ударный ток короткого замыкания при наибольшем вынужденном токе и наибольшем возможном или установленном нормативным документом свободном токе Источник: ГОСТ 16110 82: Трансформаторы силовые.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Номинальный ударный ток короткого замыкания — 1.3.3. Номинальный ударный ток короткого замыкания ударный ток короткого замыкания, динамическое действие которого должна выдерживать электроустановка без повреждений, нарушающих ее работоспособность Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Номинальный ударный ток короткого замыкания — English: Rated blow short current Ударный ток короткого замыкания, динамическое действие которого должна выдерживать электроустановка без повреждений, нарушающих ее работоспособность (по СТ СЭВ 2726 80) Источник: Термины и определения в… … Строительный словарь

Защита от короткого замыкания — 7. 11 Защита от короткого замыкания Пункт 7.11 изложить в новой редакции: «7.11 Шинопроводы класса III должны иметь средства для предотвращения случайных коротких замыканий между токоведущими частями различной полярности в выходной цепи». 7.11.1… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

составляющие тока, формула, сила тока, график

Ток короткого замыкания — разрушительная энергия, создаваемая между двумя точками электроцепи. Полное определение, график тока кз, зависимость, равенство, токовые источники, измерение токовой мощности и другое далее.

Что это такое

Это электросоединение нескольких точек электроцепи, имеющих разные потенциальные значения, которые не предусмотрены конструкцией устройства и нарушают нормальное его функционирование. Также им называют резко возрастающий ударный электроимпульс. Возникает, если была нарушена изоляция в токоведущих элементах или произошло механическое соприкосновение незаизолированных проводников. Также бывает в том случае, когда значение сопротивления нагрузки меньше того, что имеет источник питания.

Полное определение

От чего зависит

Ток короткого замыкания образуется в тот момент, когда генерируются и разделяются сгенерированные носители при помощи света, в дополнение к теме, как определить ток короткого замыкания источника. Часто он равняется светопотоку, поэтому считается минимальным. Зависит от:

площади и плотности;
число фотонов или мощности падающего показателя излучения;
световой интенсивности;
спектра падающего излучения;
оптического свойства, поглощения и отражения;
вероятности разделения СЭ, поверхностной пассивации и времени.

Обратите внимание! Также он зависит от возникающего в проводнике электрического поля, от времени и пути токового протекания. Находится в зависимости от заряда с его концентрацией, скоростью и площади поперечного проводникового сечения. Равен напряжению, поделенному на проводниковое сопротивление. Измеряется в амперах.

Зависимость электротока

Источники

Источником выступает в быту поврежденная электрическая проводка, незаземленный кабель или нагретый поврежденный провод.

Стоит указать, что электроток происходит в одно-, двух- и трехфазной цепи во время замыкания фазы на землю или нейтрального провода, нескольких фаз, одновременного переключения фаз на землю. Бывает межвитковым и обмоточным на металлокорпус.

Чтобы защититься от него, нужно поставить токоограничивающего вида электрореакторы, распараллелить электроцепи, отключить секционные и шиносоединительные выключатели, использовать трансформаторы, имеющие расщепленную обмотку, использовать коммутационный аппарат, который отключает поврежденное оборудование. Также нужно применить релейную защиту вместе с плавкими предохранителями и автоматическими выключателями.

Источники

Как измерить мощность электротока

Измерение мощности электротока короткого замыкания не отличается от измерения обычной электроэнергии. Все что нужно для ответа на вопрос, как рассчитать ток короткого замыкания трансформатора, это поделить сетевое напряжение на электросопротивление. Также можно воспользоваться более сложной формулой: Iкз = E/r.

Стоит указать, что при снижении показателя сопротивления, токовая сила будет расти. Соответственно, по проводнику будет идти тепло. Эта связь обладает количественной и временной характеристикой. Поэтому чем выше токовое значение, тем больше тепла будет выведено за определенное время. В этот момент можно найти, рассчитать и посчитать токовое значение.

Формула измерения мощности электротока

График тока короткого замыкания

Чтобы понять, как действует переменный ток короткого замыкания в однофазном резисторе, можно сделать специальный график. По нему можно научиться находить, определять, рассчитывать и измерять энергию. В момент нарушения кабельной изоляции, нормальное значение вырастает на графике в десять раз, а в тот период, когда срабатывает автомат, это разрывает аварийную цепь. Резко снижается показатель, а затем постепенно все приходит в норму.

График электротока

Схема

Еще один способ изучения принципа токового действия это построение схемы. На данный момент для этого можно применить специальную программу. Благодаря ей можно не только понять, в какой ситуации случится короткое замыкание, но и попробовать его предотвратить, построив правильную электросхему и используя затем качественные материалы.

Обратите внимание! Стоит указать, что кроме дистанционного способа, есть возможность сделать схему самостоятельно, используя соответствующие учебные пособия. В результате такого действия можно сделать проверку вводного автоматического выключателя, имеющего средний номинальный ток на коммутационную способность в силовой кабельной линии. Благодаря схеме будет несложно определяться в токовых значениях.

Схема электротока

В целом, электроток короткого замыкания — разрушительная энергия, которая зависит от числа фотонов, спектра излучения, оптического свойства и прочего. Измерение его мощности можно произвести через специальную формулу. Имеет свой график и схему, которые представлены выше.

Короткое замыкание происходит в том случае если. Короткое замыкание

Всем привет. Я очень рад, что вы зашли на мой сайт. И сегодня, мы с вами, поговорим о том, что такое короткое замыкание и какие замыкания бывают.

Короткое замыкание – это соединение (соприкосновение) двух или нескольких точек (проводников) электрической цепи с разными потенциальными значениями.

Разные потенциалы – это когда фаза и ноль в сети переменного тока, или плюс и минус в сети постоянного тока.

Теперь давайте рассмотрим, какие бывают виды короткого замыкания.

В однофазной сети может быть только два вида короткого замыкания:

1. фаза и ноль – это вид замыкания очень часто бывает в простых бытовых условиях. К примеру с наступление зимы становится холодно, и многие люди пытаются согреться с помощью электрических обогревателей.

Но мало кто обращает внимание на розетки, в которые включают эти самые обогреватели. Очень часто бывает, что розетки не рассчитаны на токи, которые потребляют обогреватели, или же часто в розетках может быть плохой контакт.

Из-за этого розетки и вилочки начинают греться. В следствии длительных нагревов разрушается изоляция проводов. И в один прекрасный момент два, уже оголевших, проводника могут соприкоснуться, и получится короткое замыкание.

2. фаза и заземление – это когда фазный провод, каким-то образом начинает контактировать с заземлённым корпусом любого электрического оборудования. Будь то электрический водонагреватель, светильник, станок и так далее.

Бывает ещё такое, что корпус может быть занулённым, тогда такое замыкание можно отнести к первому случаю.

А вот в ситуаций, при которых возникает короткое замыкание, может быть намного больше:

1. однофазное замыкание – фаза и ноль. Этот вид я уже описывал выше, так что переходим к следующему.

2. двухфазное – это когда соединились между собой две фазы. Часто случается на воздушных линиях электропередач. Такое явление, наверное, видел каждый человек в своей жизни. Когда на улице сильный ветер и начинает расшатывать провода, и получает не большой салют. На промышленных предприятиях такое замыкание часто случается в силовых цепях.

3. двухфазное и земля – такое, конечно, реже бывает, но всё равно случается. Пример, когда две фазы могут соединиться между собой, и одновременно контактировать ещё и с землёй.

4. трёхфазное – это когда все три фазы каким-то образом замкнулись между собой. Такое замыкание получится при падении или прикосновении, какого-то токопроводящего предмета ко всем трём фазам одновременно.

Какие могут быть последствия от токов короткого замыкания.

При коротком замыкании мгновенно возрастает ток, что приводит сильному нагреву и расплавлению металлов. Брызги этого металла разлетаются во все стороны, и всё это сопровождается яркой вспышкой и огнём. Что легко может привести к пожару и к очень серьёзным последствиям.

В обычных домашних условиях, если не правильно подобрать защиту от короткого замыкания, то реально можно потерять очень многое. Начиная от жилища и мебели, и заканчиваю своей и жизнью людей живущих с вами под одной крышей.

На предприятиях токи короткого замыкания могут привести к аварийным ситуациям, повреждению оборудования, ну и от этого так же могут пострадать люди. Но на предприятиях обычно используют несколько защит сразу, что практически исключает возникновению коротких замыканий.

Вот и всё что хотел сказать. Если у вас есть какие-то вопросы, то задавайте их в комментариях. Если статья была вам полезной, то поделитесь нею со своими друзьями в социальных сетях и подписывайтесь на обновления. До новых встреч.

С уважением Александр!

Тема: что такое короткое замыкание в электроцепи, каковы последствия КЗ.

В этой статье рассмотрим главную головную боль любого электрика – короткое замыкание. При этом поясним, что такое ток короткого замыкания и развеем миф о том, что такое напряжение короткого замыкания, заодно обсудив, что коротыш (он же КЗ ) значит для электросети. Но сначала немного физики, что поможет вспомнить о том, что электричество – это передача электронами заряда от одной точки в другую. Последовательный и упорядоченный процесс. Но иногда в эту строгую последовательность вмешивается авария, и вот тут-то приходится вспомнить эти два слова «короткое замыкание».

Почему замыкание короткое, и кто в этом виноват?

Любая схема электрической цепи представляет собой «плюс» и «минус», как в любой батарейке. Если между ними поместить лампочку, она при замыкании цепи начнёт гореть. Правильно собранная цепь позволить гореть лампочке довольно долго, что успешно демонстрирует любой фонарик. Но давайте посмотрим, что случится, если мы просто соединим «плюс» и «минус» батарейки. Без лампочки и вообще без какого бы то ни было сопротивления. Да, в этой модели мы получим замыкание электропроводки в чистом виде. Провод между контактами батарейки нагреется, заряд почти мгновенно истощится и через пару секунд эта батарейка не зажжет ни одну лампочку. Вся энергия батарейки уйдёт на максимальный подъём силы тока короткого замыкания, разогрев провода и полное истощение ресурса. Такой опыт безопасен для экспериментатора, поскольку токи невелики.

Однако примерно то же самое произойдет, если в розетку сунуть ножницы, чтобы понять что случится. Ток, обнаружив самый короткий путь (ножницы) устремится в розетке именно через этот короткий путь от «плюса» к «минусу» (), забыв про остальные пути, на которых его ожидает сопротивление цепи. Отсюда и название этой неприятности – «короткое замыкание». Фактически, КЗ — это возможность для тока максимально быстро и с максимальным эффектом достигнуть от «плюса» «минуса». Ток при этом становится неразборчивым в средствах, на чем и построена защита от замыкания, и основные правила того, как избежать этой напасти.

Итак, короткое замыкание — это аварийная ситуация в электрической сети, где прохождение тока получает наиболее короткий и прямой путь для ликвидации потенциала (разности потенциала между «плюсом» и «минусом»), приводя к лавинообразному росту силы тока и сильному разогреву участка цепи, в котором произошло КЗ.

Отметим, что перманентное (непрерывное КЗ) имеет место и в сетях, в которых использованы силовые провода с недостаточным уровнем изоляции (низкое сопротивление изоляции), многочисленными лишними коммутациями (скрутки в распредкоробках, в линиях и пр.), а также во влажных зонах.

Выходит, что виноват в коротком замыкании кто угодно, но не электрик, который делал проводку? Не совсем так. Именно электрик обязан, прокладывая линию или, включая оконечное (проходное) устройство, обеспечить невозможность короткого замыкания. Иначе любая защита от короткого замыкания будет ни к чему. Чаще всего защита не справляется именно в щитках, собранных с нарушениями, что приводит к катастрофическим последствиям:

Немного подробнее о причинах короткого замыкания

Неправильно заизолированные провода или физическое перемещение контактов в оконечных устройствах (сдвиг, поворот, иные действия способные соединить два провода).
Повреждение изоляции кабелей при прокладке (в том числе скрытых) силовых линий или при работах по ремонту и отделке помещений.
Использование в работе неисправных приборов (от патрона к лампе до клеммника и розетки), в которых есть прямая возможность возникновения короткого замыкания.
Игнорирование замыканий электропроводки при работах (самая частая ошибка начинающих электриков), поскольку эффект КЗ не повторяется.
«Плавающие», «спорадические» неисправности проводки, которым не уделено достаточно внимания из-за редких проявлений.

Это список наиболее частых причин коротких замыканий, выхода из строя квартирных и домашних электросетей, а также пожаров, которые сложно тушить по причине постоянной подпитки огня со стороны горящих кабелей. Очевидно, что такие неприятности не нужны никому.

Ещё несколько слов о физике короткого замыкания.

Вернёмся за парту, и вспомним, что при прохождении тока можно наблюдать, как падает сила тока при возрастании сопротивления проводника. Это тот самый фактор, благодаря которому ток короткого замыкания значительно превышает допустимые параметры. Так и работает защита от замыкания – отслеживает внезапные скачки силы тока, обесточивая «подозрительную» линию.

Не все вспомнят, что при снятии сопротивления в проводнике, также изменится ещё один параметр. Мы говорим о том, что напряжение короткого замыкания станет совсем уж подозрительным. А при наличии индуктивного фактора (например, человек с феном упал в ванну с водой) и вовсе нелинейным и не синусоидальным. При этом непосредственно короткого замыкания может и не быть, но защита от короткого замыкания работает и в этом случае – это автоматы отключения УЗО. Устройство защитного отключения, принцип действия которого исключает реагирование на изменение только силы тока.

Что оценивают защитные устройства, и что мы должны знать о КЗ, если не хотим, чтобы нас спасали только ?

Любая электросеть имеет точки нестабильности. Это контакты, клеммы, выключатели света и прочие автоматические выключатели, работающие на основе программ (например, датчик отслеживания освещённости). Каждая из этих точек потенциальный источник КЗ. Именно им электрик обязан уделить максимальное внимание при работах и монтаже;
Наличие заземления в сети. Вы удивитесь, но замыкание на землю (ноль) это наиболее безопасное КЗ. Да, оно тоже доставит много хлопот и неприятностей, но, по крайней мере, никого не убьет. Кроме того, заземление приборов позволяет оценить наличие пробоя изоляции и утечки ДО того, как короткое замыкание случится.

Заземлять в обязательном порядке необходимо микроволновую печь, посудомоечную и стиральную машины, морозильную камеру и духовой электрический шкаф. Посмотрите на заднюю панель микроволновки. Вы увидите прикрученный медный контакт. Это – заземление. Не стоит рассчитывать на вилку с контактами «ноль». Найдите специалиста, который заземлит эту печь. Такой же контакт Вы обнаружите на задней стенке электрического духового шкафа. На морозильной камере этот контакт будет, скорее всего, в зоне змеевика-охладителя. Это делается не просто так, поэтому не думайте, что вилка способна Вас защитить. Найдите способ такую технику «занулить» по-настоящему!

Кроме перечисленного, автоматы ещё определяют постоянный «баланс сети», отслеживая перегрузки и пиковые перепады как токов короткого замыкания (или близких по значению), так и напряжений. Но автоматы не станут панацеей, если произойдёт короткое замыкание на участке Вашей сети, который проложен с нарушениями требований и правил. Например, провод, проходящий под листом фанеры или другого горючего отделочного материала. О том, что произойдет при КЗ в таком месте ниже.

Процесс возникновения короткого замыкания. Время отключения, развитие процесса, последствия

Несмотря на кажущуюся «мгновенность», процесс короткого замыкания имеет хорошо описанные стадии при возникновении.

Возникновение несанкционированного мостика между двумя проводниками;
Пробой током «барьера изоляции» и возникновение новой, короткой, цепи в электрической схеме;
Перенаправление энергии, и возникновение тока короткого замыкания в новом участке;
Резкий рост силы тока, падение напряжения и быстрый разогрев нового участка «сопротивления» — проводов, в которых происходит короткое замыкание;
Расплавление проводов (нагрев не останавливается сам, и температуры нагрева существенно превышают температуры плавления сплавов и металлов) с одновременным возгоранием изоляции;
Срабатывание автоматов защиты, пытающихся обесточить проблемную зону;
Снятие напряжение и обесточивание линии;
Продолжающийся нагрев повреждённого участка сети (даже после обесточивания, поскольку нагрев значительно более длительный процесс) с возгоранием изоляции или проводов, если защита от замыкания не работала как надо;
Выход из строя участка сети, в котором произошло КЗ.

Всё это занимает примерно 2-4 секунды. Достаточное время для того, чтобы провод разогрелся до 1100 градусов и изоляция вспыхнула как спичка. Предотвратить короткое замыкание в этом случае не получится, только минимизировать урон. Несмотря на время, даже при визуальном наблюдении процесса замыкания электропроводки, возникновения КЗ, Вы просто не успеете ничего сделать. Поэтому несколько рекомендаций о том, как избежать такой беды

Если не можешь предотвратить – возглавь!

Эта фраза великого политического деятеля как нельзя лучше описывает ситуацию с электросетью, которой мы доверяем многое. И свою жизнь, и комфорт и почти всё имущество. Поэтому не будет лишним список простых рекомендаций.

Проверку новых электросетей и коммуникаций проводите с избыточными токами, моделируя перегрузку. Такое испытание надо проводить со специалистом, самостоятельно делать это опасно.

Не пренебрегайте замером сопротивления изоляции в готовой сети. Да, это стоит денег и занимает время, но такой замер исключит замыкание на землю, свойственное длинным кабелям, а также покажет наиболее опасные участки, которые возможно правильнее будет заменить.

На изображении видно, что дуга (пробой) может происходить и без физического контакта проводников. Именно поэтому, собирая розетки и выключатели, зачищайте изоляцию проводов только на участке, полностью убираемом в клемму! Не допускайте даже нескольких миллиметров оголённых проводов, иначе может случиться то, что на фото – электрическая дуга внутри прибора. Напомним, что при таком происшествии защита от короткого замыкания почти гарантированно опоздает с отключением линии!

Непродуманное наращивание и добавление линий без мер защиты – прямая дорога к замыканию и пожару. Это хороший пример того, что никогда нельзя делать.

Однажды одной даме, не очень сведущей в электротехнике, монтер сообщил причину пропадания света в ее квартире. Это оказалось короткое замыкание, и женщина потребовала немедленно его удлинить. Над этой историей можно посмеяться, но лучше все же рассмотреть эту неприятность подробнее. Специалистам-электрикам и без этой статьи известно, что это за явление, чем оно грозит и как рассчитать ток короткого замыкания. Изложенная ниже информация адресована людям, не имеющим технического образования, но, как и все прочие, не застрахованным от неприятностей, связанных с эксплуатацией техники, машин, производственного оборудования и самых обычных бытовых приборов. Каждому человеку важно знать, что такое короткое замыкание, каковы его причины, возможные последствия и методы его предотвращения. Не обойтись в этом описании и без знакомства с азами электротехнической науки. Не знающий их читатель может заскучать и не дочитать статью до конца.

Две простых, но важных формулы

Понять причину, по которой возникает ток короткого замыкания, невозможно без усвоения еще одной нехитрой формулы. Мощность, потребляемая нагрузкой, равна (без учета реактивных составляющих, но о них позже) произведению тока на напряжение.

P — мощность, Ватт или Вольт-Ампер;

U — напряжение, Вольт;

I — ток, Ампер.

Мощность бесконечной не бывает, она всегда чем-то ограничена, поэтому при ее фиксированной величине при увеличении тока напряжение уменьшается. Зависимость этих двух параметров рабочей цепи, выраженная графически, называется вольт-амперной характеристикой.

И еще одна формула, необходимая для того, чтобы произвести расчет токов короткого замыкания, это закон Джоуля-Ленца. Она дает представление о том, сколько тепла выделяется при сопротивлении нагрузке, и очень проста. Проводник будет греться с интенсивностью, пропорциональной величинам напряжения и квадрата тока. И, конечно же, формула не обходится без времени, чем дольше раскаляется сопротивление, тем больше оно выделит тепла.

Что происходит в цепи при коротком замыкании

Итак, читатель может считать, что освоил все главные физические закономерности для того, чтобы разобраться в том, какой может быть величина (ладно, пусть будет сила) тока короткого замыкания. Но сначала следует определиться с вопросом о том, что, собственно, это такое. КЗ (короткое замыкание) — это ситуация, при которой сопротивление нагрузки близко к нулю. Смотрим на формулу закона Ома. Если рассматривать его вариант для участка цепи, несложно понять, что ток будет стремиться к бесконечности. В полном варианте он будет ограничен сопротивлением источника ЭДС. В любом случае ток короткого замыкания очень велик, а по закону Джоуля-Ленца, чем он больше, тем сильнее греется проводник, по которому он идет. Причем зависимость не прямая, а квадратичная, то есть, если I увеличится стократно, то тепла выделится в десять тысяч раз больше. В этом и состоит опасность явления, приводящего порой к пожарам.

Провода накаляются докрасна (или добела), они передают эту энергию стенам, потолкам и другим предметам, которых касаются, и поджигают их. Если фаза в каком-то приборе касается нулевого проводника, возникает ток короткого замыкания источника, замкнутого на самого себя. Горючее основание электропроводки — страшный сон инспекторов пожарной охраны и причина многих штрафов, налагаемых на безответственных собственников зданий и помещений. И всему виной, конечно же, не законы Джоуля-Ленца и Ома, а пересохшая от старости изоляция, неаккуратно или безграмотно произведенный монтаж, повреждения механического характера или перегрузка проводки.

Однако и ток короткого замыкания, каким бы он ни был большим, также не бесконечен. На размеры бед, которые он может натворить, влияет продолжительность нагрева и параметры схемы электроснабжения.

Цепи переменного тока

Рассмотренные выше ситуации имели общий характер или касались цепей постоянного тока. В большинстве случаев электроснабжение и жилых, и промышленных объектов производится от сети переменного напряжения 220 или 380 Вольт. Неприятности с проводкой, рассчитанной на постоянный ток, чаще всего случаются в автомобилях.

Между этими двумя основными типами электропитания есть разница, и существенная. Дело в том, что прохождению переменного тока препятствуют дополнительные составляющие сопротивления, называемые реактивными и обусловленные волновой природой возникающих в них явлений. На переменный ток реагируют индуктивности и емкости. Ток короткого замыкания трансформатора ограничивается не только активным (или омическим, то есть таким, которое можно измерить карманным приборчиком-тестером) сопротивлением, но и его индуктивной составляющей. Второй тип нагрузки — емкостный. Относительно вектора активного тока векторы реактивных составляющих отклонены. Индуктивный ток отстает, а емкостный опережает его на 90 градусов.

Примером разницы поведения нагрузки, обладающей реактивной составляющей, может служить обычный динамик. Его некоторые любители громкой музыки перегружают до тех пор, пока диффузор магнитное поле не выбивает вперед. Катушка слетает с сердечника и тут же сгорает, потому что индуктивная составляющая ее напряжения уменьшается.

Виды КЗ

Ток короткого замыкания может возникать в разных цепях, подключенных к различным источникам постоянного или переменного тока. Проще всего дело обстоит с обычным плюсом, который вдруг соединился с минусом, минуя полезную нагрузку.

А вот с переменным током вариантов больше. Однофазный ток короткого замыкания возникает при соединении фазы с нейтралью или ее заземлении. В трехфазной сети может возникнуть нежелательный контакт между двумя фазами. Напряжение в 380 или более (при передаче энергии на большие расстояния по ЛЭП) вольт также может вызвать неприятные последствия, в том числе и дуговую вспышку в момент коммутации. Замкнуть может и все три (или четыре, вместе с нейтралью) провода одновременно, и ток трехфазного короткого замыкания будет течь по ним до тех пор, пока не сработает защитная автоматика.

Но и это еще не все. В роторах и статорах электрических машин (двигателей и генераторов) и трансформаторах порой случается такое неприятное явление, как межвитковое замыкание, при котором соседние петли провода образуют своеобразное кольцо. Этот замкнутый контур обладает крайне низким сопротивлением в сети переменного тока. Сила тока короткого замыкания в витках растет, это становится причиной нагрева всей машины. Собственно, если такая беда произошла, не следует ждать, пока оплавится вся изоляция и электромотор задымится. Обмотки машины нужно перематывать, для этого необходимо специальное оборудование. Это же касается и тех случаев, когда из-за «межвиткового» возник ток короткого замыкания трансформатора. Чем меньше обгорит изоляция, тем проще и дешевле будет перемотка.

Расчет величины тока при коротком замыкании

Каким бы ни было катастрофичным то или иное явление, для инженерной и прикладной науки важна его количественная оценка. Формула тока короткого замыкания очень похожа на закон Ома, просто к ней требуются некоторые пояснения. Итак:

I к.з.=Uph / (Zn + Zt),

I к.з. — величина тока короткого замыкания, А;

Uph — фазное напряжение, В;

Zn — полное (включая реактивную составляющую) сопротивление короткозамкнутой петли;

Zt — полное (включая реактивную составляющую) сопротивление трансформатора питания (силового), Ом.

Полные сопротивления определяются как гипотенуза прямоугольного треугольника, катеты которого представляют собой величины активного и реактивного (индуктивного) сопротивления. Это очень просто, нужно пользоваться теоремой Пифагора.

Несколько чаще, чем формула тока короткого замыкания, на практике используются экспериментально выведенные кривые. Они представляют собой зависимости величины I к.з. от длины проводника, сечения провода и мощности силового трансформатора. Графики представляют собой совокупность нисходящих по экспоненте линий, из которых остается лишь выбрать подходящую. Метод дает приблизительные результаты, но его точность вполне отвечает практическим потребностям инженеров по энергоснабжению.

Как проходит процесс

Кажется, что все происходит мгновенно. Что-то загудело, свет померк и тут же погас. На самом деле, как любое физическое явление, процесс можно мысленно растянуть, замедлить, проанализировать и разбить на фазы. До наступления аварийного момента цепь характеризуется установившимся значением тока, находящимся в пределах номинального режима. Внезапно полное сопротивление резко уменьшается до величины, близкой к нулю. Индуктивные составляющие (электродвигатели, дроссели и трансформаторы) нагрузки при этом как бы замедляют процесс роста тока. Таким образом, в первые микросекунды (до 0,01 сек) сила тока короткого замыкания источника напряжения остается практически неизменной и даже несколько снижается за счет начала переходного процесса. ЭДС его при этом постепенно достигает нулевого значения, затем проходит через него и устанавливается в каком-то стабилизированном значении, обеспечивающем протекание большого I к. з. Сам ток в момент переходного процесса представляет собой сумму из периодической и апериодической составляющих. Форма графика процесса анализируется, в результате чего можно определить постоянную величину времени, зависящую от угла наклона касательной к кривой разгона в точке ее перегиба (первой производной) и времени запаздывания, определяемого величиной реактивной (индуктивной) составляющей суммарного сопротивления.

Ударный ток КЗ

В технической литературе часто встречается термин «ударный ток короткого замыкания». Не следует пугаться этого понятия, оно вовсе не такое страшное и к поражению электричеством прямого отношения не имеет. Понятие это означает максимальное значение I к.з. в цепи переменного тока, достигающее своей величины обычно через полпериода после того, как возникла аварийная ситуация. При частоте 50 Гц период составляет 0,2 секунды, а его половина — соответственно 0,1 сек. В этот момент взаимодействие проводников, расположенных вблизи друг относительно друга, достигает наибольшей интенсивности. Ударный ток короткого замыкания определяется по формуле, которую в этой статье, предназначенной не для специалистов и даже не для студентов, приводить не имеет смысла. Она доступна в специальной литературе и учебниках. Само по себе это математическое выражение не представляет особой сложности, но требует довольно объемных комментариев, углубляющих читателя в теорию электроцепей.

Полезное КЗ

Казалось бы, очевидный факт состоит в том, что короткое замыкание — явление крайне скверное, неприятное и нежелательное. Оно может привести в лучшем случае к обесточиванию объекта, отключению аварийной защитной аппаратуры, а в худшем — к выгоранию проводки и даже пожару. Следовательно, все силы нужно сосредоточить на том, чтобы избежать этой напасти. Однако расчет токов короткого замыкания имеет вполне реальный и практический смысл. Изобретено немало технических средств, работающих в режиме высоких токовых значений. Примером может служить обычный сварочный аппарат, особенно дуговой, замыкающий в момент эксплуатации практически накоротко электрод с заземлением. Другой вопрос состоит в том, что режимы эти носят кратковременный характер, а мощность трансформатора позволяет выдерживать эти перегрузки. При сварке в точке касания окончания электрода проходят огромные токи (они измеряются в десятках ампер), в результате чего выделяется достаточно тепла для местного расплавления металла и создания прочного шва.

Методы защиты

В первые же годы бурного развития электротехники, когда человечество еще отважно экспериментировало, внедряя гальванические приборы, изобретало различные виды генераторов, двигателей и освещения, возникла проблема защиты этих устройств от перегрузок и токов короткого замыкания. Самое простое ее решение состояло в последовательной с нагрузкой установке плавких элементов, которые разрушались под воздействием резистивного тепла, в случае если ток превышал установленное значение. Такие предохранители служат людям и сегодня, их главные достоинства состоят в простоте, надежности и дешевизне. Но есть у них и недостатки. Сама простота «пробки» (так назвали держатели плавких ставок за их специфическую форму) провоцирует пользователей после ее перегорания не мудрствовать лукаво, а заменять вышедшие из строя элементы первыми попавшимися под руку проволочками, скрепками, а то и гвоздями. Стоит ли упоминать о том, что такая защита от токов короткого замыкания не выполняет своей благородной функции?

На промышленных предприятиях для обесточивания перегруженных цепей автоматические выключатели начали использовать раньше, чем в квартирных щитках, но в последние десятилетия «пробки» были в основном заменены ими. «Автоматы» намного удобнее, их можно не менять, а включить, устранив причину КЗ и дождавшись, когда тепловые элементы остынут. Контакты у них иногда подгорают, в этом случае их лучше заменить и не пытаться почистить или починить. Более сложные дифференциальные автоматы при высокой стоимости не служат дольше обычных, но функционально их нагрузка шире, они отключают напряжение в случае минимальной утечки тока «на сторону», например при поражении человека током.

В обыденной же жизни экспериментировать с коротким замыканием не рекомендуется.

КЗ образуется вследствие замыкания двух проводов цепи, которые подсоединены к разным контактам (это плюс и минус). В данном случае происходит это через маленькое сопротивление, которое можно сравнить с сопротивлением самого провода. При этом ток может превысить номинальное значение в несколько раз. Чтобы предотвратить возгорание, электрическая цепь должна быть разорвана до того, как провода нагреются до критической температуры.

Что такое короткое замыкание?

Ежедневно, где бы мы не находились, мы осуществляем замыкание электрической цепи. При этом ничего опасного не происходит, так как при подсоединении вилки электрооборудования в розетку электрическая энергия превращается в:

механическую энергию;
тепловую мощность.

Данные виды замыкания можно условно назвать «длинными». Короткое замыкание — это, говоря простым языком, такой вид энергии, которая выражается в виде искры, хлопка или возгорания. Это такое состояние, когда сопротивление самой нагрузки становится меньше сопротивления источника питания. При коротком замыкании мгновенно увеличивается сила тока, которая приводит к сильному выделению тепла. Это — в свою очередь — может привести к расплавлению проводки и её последующему возгоранию. Такое КЗ способно не только нарушить работоспособность элемента электрической цепи, но и привести к снижению входного напряжения у других потребителей.

В нормальном рабочем режиме ток между фазным и нулевым проводом протекает лишь в том случае, когда подсоединена нагрузка, которая и осуществляет его ограничение на безопасном уровне для электрической проводки. Как происходит короткое замыкание? В тех случаях, когда появляется нарушение изоляционного покрытия, приводящее к замыканию плюса и минуса, ток минует нагрузку и течёт между этими проводами. Данный вид контакта называется «коротким», в связи с тем, что минует электрические приборы.

Металлическое короткое замыкание — это такое замыкание, в котором не учитывается переходное сопротивление. Оно возможно только в случае его специальной подготовки при помощи болтового соединения токоведущих частей.

Ток короткого замыкания — это такой ток, который появляется вследствие повреждения изоляции токоведущих частей, обладающих различным электрическим потенциалом. Возникнуть он может и просто при случайном соединении проводящих частей с теми же потенциалами.

Ударный ток короткого замыкания — это максимальная величина тока, которая возникает при трёхфазном КЗ.

Режим короткого замыкания — это такое состояние двухполюсника, когда его выходы соединены между собой при помощи проводника с нулевым сопротивлением. В данном режиме вторичная обмотка замыкается накоротко. При проведении такого опыта можно определить величину потерь в обмотках самого трансформатора.

Также стоит знать, что напряжение короткого замыкания трансформатора — это такое напряжение, которое необходимо подать на обмотку, когда вторая замкнута. И тогда в последней обмотке начнёт протекать номинальный ток.

Как его обнаружить и предотвратить?

Можно вспомнить всем известный закон Ома, который гласит: «Ток в цепи прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению». Как раз на последнее и стоит обращать в данном случае пристальное внимание. В связи с тем, что сопротивление проводки очень мало, его принято считать равным «0». В случае с КЗ его величина — наоборот — очень велика, так как в замкнутой цепи начинает течь ток.

Для того чтобы предотвратить короткое замыкание, необходимо периодически производить замеры сопротивления проводки. Если вы самостоятельно не можете это делать, то стоит обратиться за помощью к специалистам. Они на профессиональном уровне проведут все измерения, касающиеся проводки, а также помогут провести испытание измерительных трансформаторов тока, что также убережет ваше оборудование и повысит пожарную безопасность.

Короткое замыкание. Предохранители

Мы часто говорили о том, что те или иные приборы или электрические цепи рассчитаны на определенную силу тока. Если по какой-то причине сила тока становится больше допустимой, то это может привести к перегреву проводов или даже к пожару. Изучая параллельное соединение, мы говорили, что сила тока в проводе может стать слишком большой, если одновременно включить в сеть много приборов. Но, кроме этого, есть и другая причина, которая называется коротким замыканием. Соединение концов участка цепи проводником, с очень маленьким сопротивлением, по сравнению с сопротивлением цепи — это короткое замыкание. При коротком замыкании, сопротивление цепи резко уменьшается, а, значит, резко увеличивается сила тока.

Самый простой пример короткого замыкания — это прикосновение к открытому контакту. То есть, если сунуть шпильку в розетку, то будет короткое замыкание (не нужно проверять — поверьте на слово). Скажем, сопротивление шпильки в 10 раз меньше. Тогда сила тока увеличится в 10 раз, а количество выделяемой тепловой энергии — в 100 раз по закону Джоуля-Ленца. Ведь количество теплоты, выделяемого током, пропорционально квадрату силы тока.

Таким образом, короткое замыкание может привести к воспламенению проводки. Кроме неправильных действий людей, короткое замыкание возникает и по другим причинам. Чаще всего, это повреждение изоляции проводов. Например, если на улице ветер, а изоляция проводов неисправна, то при соприкосновении двух оголенных проводов возникнет короткое замыкание.

Итак, давайте рассмотрим, что именно происходит при коротком замыкании. Например, вы включаете в розетку телевизор, мощностью 180 Вт. Поскольку напряжение в розетке 220 В, а мощность — это сила тока умножить на напряжение, ток составляет примерно 0,8 А.

А теперь представьте, что с проводом телевизора что-то не так, и ток возвращается в розетку, не проходя через телевизор (то есть коротким путём). Возникнет короткое замыкание. Сопротивление самого провода ничтожно мало по сравнению с сопротивлением телевизора. Поэтому, исходя из закона Ома, ток резко возрастёт, причем в десятки, а иногда и сотни раз.

Чтобы избежать пожаров по причине короткого замыкания — существуют предохранители. Как только сила тока превышает допустимое значение, предохранитель сразу отключает линию. Предохранители стоят в любом электроприборе, чтобы защитить их при перегрузках электрической сети и скачках напряжения. Самый элементарный предохранитель изготавливается из медной проволоки, покрытой оловом.

Он устанавливается на входе электроприборов, и при большой силе тока, проволока попросту плавится и цепь оказывается разомкнутой. Такие предохранители называют плавкими. Существует и другой вид предохранителей, основанных на тепловом действии тока. При слишком большой силе тока возникает перегрев проводов, а, как мы помним, при нагревании тела расширяются. Как только происходит такое расширение, предохранитель выключается автоматически.

В квартирной проводке, эти предохранители находятся на специальном щитке, на вводе проводов в квартиру. Как правило, в квартиру идут несколько проводов, поэтому, к каждому проводу последовательно подключается отдельный предохранитель. Если провода начинают перегреваться, то предохранители автоматически отключаются с характерным щелчком (мы говорим, что «вышибло пробки»).

Наверное, многие замечали такие явления: если включить одновременно на кухне и чайник, и микроволновку, и электрическую плитку, то может вышибить пробки. Или же, если одновременно работает стиральная машина, пылесос и фен, то может произойти то же самое. Поэтому, часто рекомендуется равномерно распределять нагрузку, которую даёт бытовая техника на провода. Нужно либо стараться не использовать несколько приборов одновременно, либо подключить их к разным узлам.

Упражнения.

Задача 1. На рисунке представлены мощность различных электроприборов в ваттах. Как лучше их подключить к домашней проводке, если ток в несущем проводе рассчитан на 33 А.

Мы видим, что в квартиру идут три параллельных узла (условно, кухня, коридор и комната), в каждом из которых должно быть не более 11 А. Напомним, что при параллельном подключении ток в несущем проводе равен сумме токов во всех ответвлениях. Например, несущий провод делится на три параллельных узла. Поэтому максимальный ток в каждом из этих узлов втрое меньше, чем максимальный ток в несущем проводе.

Разумеется, это далеко не самая сложная задача по распределению нагрузки, да и потребители электроэнергии редко думают об этом. Поэтому, необходимо использовать предохранители для предотвращения пожаров и поломки техники.

Ток повреждения или ток короткого замыкания, вот в чем вопрос

Время считывания: 11 минут

Какой 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®) 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 повреждения
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 для «тока повреждения» и «доступного тока 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 после 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 2017 NEC теперь требуется либо задокументировать и / или отметить доступный ток короткого замыкания на оборудовании, показанном ниже красный .
Таблица 1. Тип оборудования (отметка / документ доступный ток неисправности)

В NEC 2020 добавлено новое требование в разделе 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 номинальным характеристикам отключения и защитным устройствам 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 отключающая способность был изменен на рейтинг прерывания , а в NEC 110-9 был добавлен второй параграф, который идентифицировал оборудование, отличное от уровней сбоя, также должно иметь адекватный рейтинг отключения, 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 стойкости к короткому замыканию», и он просто относился к максимальной величине тока, которую оборудование могло безопасно выдержать.В 2005 NEC 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 года , 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 короткого замыкания. 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 NEC 1999 года 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 электрических компонентов (оборудования) (номинальные значения тока короткого замыкания)?» При применении электрического оборудования, такого как распределительные щиты, щитовые щиты, центры управления двигателями, разъединители, автоматические переключатели и другое оборудование в соответствии с требованиями текущей версии NEC .
110.10 Сопротивление цепи, номинальные значения тока короткого замыкания и другие характеристики. Устройства защиты от сверхтоков, общий импеданс, номинальные значения тока короткого замыкания оборудования и другие характеристики защищаемой цепи должны быть выбраны и согласованы таким образом, 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 он указывает на полное сопротивление? 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 щитков, но также требует, чтобы SCCR был равен или больше доступного тока повреждения.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 записывать 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 100000 или 200000 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 плавкие предохранители класса R. , но отклоните предохранители 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, в котором SCCR должен быть равным доступному току повреждения 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 избирательной 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 максимально 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 избирательная координация осуществляется не в течение 0,1 секунды или 0,01 секунды, а, по сути, 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 избирательной координации при более высоких токах замыкания может потребоваться увеличение номинальной силы тока входящего в сеть автоматического 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 2020 NEC 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: селективная 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 повреждения» и «доступного тока повреждения», а также информационное примечание и рисунок в определении доступного тока повреждения помогают объяснить важность номинальных характеристик отключения устройства защиты от сверхтоков 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 со времени 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? »
Список литературы
NFPA 70®, Национальный электротехнический кодекс® , издание 2020 г.Авторское право © 2019, Национальная ассоциация противопожарной защиты. Полную копию NFPA 70® можно найти на сайте www.nfpa.org.
Расчеты короткого замыкания с использованием метода бесконечной шины
Короткое замыкание — это, по сути, ненормальное состояние в энергосистеме, в которой через цепь протекает большой ток.
Короткое замыкание обычно возникает в результате неисправности в энергосистеме. Неисправность может заключаться в обрыве проводника и его падении на землю, или в контакте двух или более электрических проводов друг с другом.
Такие повреждения приводят к образованию пути с низким сопротивлением для тока. Это состояние короткого замыкания.
Вот почему расчет короткого замыкания является обязательным, а также является рекомендуемой практикой профилактического обслуживания электрооборудования согласно NFPA. (NFPA 70B, глава 9)
Мы только что выпустили нашу серию Power Systems Engineering Vlog , и в этой серии мы собираемся поговорить о всевозможных различных исследованиях и комментариях по разработке энергетических систем.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.
Влияние тока короткого замыкания
За коротким замыканием следует протекание чрезвычайно высокого тока, известного как ток короткого замыкания. Высокая величина тока короткого замыкания делает рабочую среду критически опасной.
Избыточное тепло, выделяемое сильным током, вызывает возгорание проводов.Эти токи не только повреждают оборудование, такое как генераторы, двигатели и другие электроприборы, но также могут сжечь обмотки двигателя.
Еще одно опасное воздействие коротких замыканий — вспышки дуги, которые разрушают оборудование и могут оказаться смертельными для окружающих людей и оборудования.
Следовательно, необходимо выполнить расчеты короткого замыкания, чтобы быть готовым к неудачному случаю короткого замыкания.
Наличие адекватных знаний о токе короткого замыкания помогает определить защиту системы до того, как произойдет инцидент.
Метод бесконечной шины
Простым методом аппроксимации тока короткого замыкания является метод расчета короткого замыкания на бесконечной шине.
Этот метод вычисляет наихудший возможный или максимальный ток, который распространяется от трансформатора в случае короткого замыкания. Мы получаем максимальное значение, потому что импеданс источника и любые другие импедансы игнорируются или считаются равными нулю, за исключением импеданса трансформатора.
Импеданс трансформатора играет жизненно важную роль в вычислении SCC, поскольку он ограничивает максимально допустимый SCC, который может быть передан на сторону низкого напряжения.
Требуемые данные:
Расчеты бесконечной шины выполняются через трехфазный трансформатор в энергосистеме. Следовательно, у нас должны быть данные о номинальной мощности трансформатора в кВА, первичном и вторичном напряжении и процентном сопротивлении. Эти данные можно легко получить на паспортной табличке трансформатора.
Расчет
Этот расчет выполняется в два простых шага, а именно:
Шаг 1:
Рассчитайте номинальный ток при полной нагрузке на вторичной обмотке трансформатора.
FLA _{вторичный} =
( кВА _{, 3 фазы} ) кВ _L-L x √3
Где:
FLA _{вторичный} = вторичный ток полной нагрузки
кВ _{L − L} = вторичное напряжение в кВ
кВА _{3 фазы} = трехфазный трансформатор кВА
Шаг 2:
Рассчитайте ток короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора.
SCA _{вторичный} =
( FLA _{вторичный} x 100) % Z
Где:
SCA _{вторичная} = Амперы короткого замыкания на вторичной обмотке трансформатора
% Z = процентное сопротивление трансформатора
Ограничения метода бесконечной шины:
Метод бесконечной шины, будучи простым методом расчета, не учитывает некоторые важные факторы и имеет свои ограничения, а именно:
Влияние тока, создаваемого двигателем.
Уменьшение тока из-за сопротивления источника и линии.
Исследования тока короткого замыкания и вспышки дуги:
Расчеты короткого замыкания с использованием методов бесконечной шины не подходят для исследования вспышки дуги.
Метод бесконечной шины дает наихудший возможный ток в случае короткого замыкания, поэтому реле или система защиты, настроенная с использованием метода бесконечной шины, отключит цепь за минимальное время.
Однако при меньшем значении тока короткого замыкания обратнозависимые временные характеристики этого реле будут задерживать срабатывание систем защиты (время задержки срабатывания).
Увеличенное время приведет к высвобождению большей падающей энергии в случае вспышки дуги при таком значении тока.
У нас, в AllumiaX, есть стандартная процедура использования 2-х кейсов:
Сначала мы изучаем нормальный ток короткого замыкания, задаваемый методом бесконечной шины.
Затем проводится второе исследование с использованием пониженных токов на уровне от 40% до 50% от наихудшего возможного тока, чтобы обеспечить увеличенное время срабатывания.
AllumiaX, ООО. специализируется на проведении исследований вспышки дуги и соответствует мировым стандартам OSHA и NFPA. Следуя действиям, предложенным выше, мы предоставляем «Отчеты о вспышках дуги» вместе с «Ярлыками дуговых вспышек» с указанием категории риска оборудования вместе с соответствующей одеждой СИЗ, необходимой для взаимодействия сотрудников.Кроме того, мы также проводим обучение работе с дуговой вспышкой, обучая сотрудников работе с оборудованием.
Ток короткого замыкания — обзор
5.4 Обсуждение защиты микросети
Токи короткого замыкания для одного и того же типа и места повреждения значительно отличаются друг от друга при подключенной к сети и изолированной работе микросети. Сравнивая рис. 7.17–7.19 — рис. 7.16, ток короткого замыкания в изолированном режиме намного ниже, чем в подключенном к сети, что указывает на то, что уникальная настройка реле максимального тока не будет работать должным образом для приложения с зеркальной сетью.Когда микросеть подключена к сети, относительно легче идентифицировать неисправные фазы на основе амплитуды тока, поскольку большая часть тока короткого замыкания вносится из коммунальной сети. Например, токи в фазах A и B намного выше, чем токи в фазе C при КЗ AB, которая аналогична традиционной энергосистеме. Однако такая логика не применима к микросети, работающей в изолированном режиме, когда нет поддержки со стороны энергосистемы. Напротив, вклад преобразователей в короткое замыкание ограничен на каждой фазе с учетом их ограниченной перегрузочной способности полупроводников.Это приводит к гораздо более низкому уровню тока короткого замыкания в микросети изолированного режима.
В отличие от этого, как показано на рис. 7.17, относительное фазовое соотношение тока короткого замыкания значительно изменяется при несимметричных КЗ с различными стратегиями управления преобразователем. Например, ток короткого замыкания в фазе C является самым высоким для неисправности A-g на рис. 7.17H и J, что делает невозможным определение неисправной фазы обычным способом. Несмотря на то, что стратегии управления постоянной активной мощностью и сбалансированным током дают относительно лучший результат с точки зрения выявления неисправных фаз, ток короткого замыкания все еще слишком медленный, чтобы отличить ток нагрузки от тока короткого замыкания для реле максимального тока, поскольку они обычно устанавливаются на работают при 2–10-кратном токе полной нагрузки [14].Сравнивая рис. 7.18 и 7.19 — рис. 7.17C и D, характеристики тока короткого замыкания при несимметричных КЗ также различаются при изменении предаварийных условий. Поскольку микросеть имеет динамическую топологию и обычно проникает с высоким уровнем возобновляемой энергии, генерация которой колеблется, ток короткого замыкания также будет соответственно изменяться с точки зрения направления, амплитуды и фазы. Следовательно, ненаправленное реле максимального тока с фиксированной настройкой нереально для среды микросети.
Большинство МЭД в микросети связаны с микросетью через преобразователи мощности, чья реакция на короткое замыкание может значительно отличаться от обычных синхронных генераторов. В результате на надежность других традиционных методов защиты также могут отрицательно повлиять силовые электронные устройства. Согласно исх. [15], направленная перегрузка по току может не определить правильное направление повреждения, а дистанционное реле может неправильно рассчитать импеданс от реле до места повреждения.Поскольку реакция на короткое замыкание VSI изменяется в зависимости от различных стратегий управления при несимметричных повреждениях, оценка и конструкция системы защиты микросети не должны игнорировать влияние стратегий управления и ограничения тока преобразователя. Для применения в микросетях было подтверждено, что традиционные методы защиты, основанные на местных измерениях, могут быть неуместными. Таким образом, будущая тенденция защиты микросетей повернется к использованию адаптивных реле, высокоскоростной связи и других интеллектуальных устройств в соответствии с топологией микросети, чтобы гарантировать быструю, избирательную и надежную работу.
Майк Холт Доступный ток короткого замыкания
Автор: Майк Холт, опубликовано в журнале EC&M Magazine
Доступный ток короткого замыкания (SCA) — это доступный ток в амперах. в данной точке электрической системы. Этот доступный ток короткого замыкания сначала определяется в вторичные клеммы сетевого трансформатора. После этого доступный ток короткого замыкания равен рассчитывается на зажимах вспомогательного оборудования, распределительной панели и нагрузке ответвительной цепи.
Доступный ток короткого замыкания различен в каждой точке электрического система; он самый высокий на трансформаторе электросети и самый низкий на нагрузке параллельной цепи. Доступные ток короткого замыкания зависит от полного сопротивления цепи, которое увеличивается после трансформатор электросети. Чем больше полное сопротивление цепи (трансформатор электросети и аддитивные сопротивления проводов цепи), тем меньше доступный ток короткого замыкания.
Факторы, влияющие на доступный ток короткого замыкания в электросети трансформатор включает в себя напряжение системы, номинальную мощность трансформатора в кВА и его полное сопротивление (как выражено в процентах). Свойства, влияющие на импеданс цепи, включают материал проводника. (медь по сравнению с алюминием), размер проводника и его длина.
Комментарий автора: Импеданс цепи увеличивается с дальнейшим увеличением от сетевого трансформатора, поэтому доступный ток короткого замыкания ниже по потоку от трансформатор электросети.
Рейтинг прерывания. Устройства защиты от перегрузки по току, такие как автоматические выключатели и предохранители, предназначены для прерывания цепи, и они должны иметь номинальный отключаемый ток (AIR), достаточный для доступный ток короткого замыкания в соответствии с разделами 110-9 и 240-1. Если не указано иное, номинальный отключаемый ток для автоматических выключателей составляет 5000 ампер [240-83 (c)] и 10 000 ампер для предохранителей параллельной цепи [240-60 (c)].
Чрезвычайно высокие значения протекания тока (вызванные коротким замыканием или заземлением разломы) создают огромные разрушительные тепловые и магнитные силы. Если в цепи максимальная токовая защита устройство не рассчитано на прерывание тока при доступных значениях неисправности, оно может взорваться во время пытается устранить ошибку. Естественно, это может привести к серьезным травмам, смерти, а также к повреждению имущества. повреждать.
Защита электрических компонентов. В дополнение к отключающей способности для устройств максимального тока, электрические оборудование, компоненты и проводники цепи должны иметь номинальный ток короткого замыкания (выдерживать) что позволит устройству защиты от перегрузки по току устранить неисправность без значительного повреждения к любому из компонентов электрической системы [110-9, 110-10, 250-2 (d), 250-90, 250-96 (a) и Таблица 250-122 Примечание].
Если доступный ток короткого замыкания превышает ток оборудования / проводника номинальный ток короткого замыкания, тогда тепловые и магнитные силы могут привести к взрыву оборудования и / или проводники цепи, а также заземляющие проводники для испарения. Единственное решение проблема чрезмерно доступного тока короткого замыкания до
(1) Установите оборудование с более высоким током короткого замыкания. рейтинг
(2) Защитите компоненты цепи токоограничивающим защитное устройство, такое как предохранитель с быстрым срабатыванием, который может уменьшить пропускаемую энергию.
Быстро узнавайте самую свежую информацию
Этот том охватывает области теории электротехники последовательных цепей, параллельных цепей, последовательно-параллельных цепей, многопроволочных цепей и т. Д. электрическая система и защитные устройства. Вы узнаете, чем предохранитель отличается от автоматического выключателя, как выбрать автоматический выключатель, и что заставляет его работать.Вы поймете роль максимальной токовой защиты цепи в устранении замыканий на землю и некоторые важные факты о заземлении.
Больше информации
Что такое анализ короткого замыкания и почему он проводится?
Анализ короткого замыкания используется для определения величины тока короткого замыкания, которую система способна производить, и сравнения этой величины с номинальной мощностью отключения устройств защиты от сверхтоков (OCPD).Поскольку номинальные значения прерывания основаны на стандартах, методы, используемые при проведении анализа короткого замыкания, должны соответствовать процедурам, которые для этой цели устанавливаются организациями, разрабатывающими стандарты. Американский национальный институт стандартов (ANSI) публикует стандарты на оборудование и руководства по применению, в которых описываются методы расчета.
Токи короткого замыкания — это токи, которые вводят большое количество разрушительной энергии в виде тепла и магнитной силы в энергосистему.Короткое замыкание иногда называют неисправностью. Это особый вид тока, который вводит большое количество энергии в энергосистему. Это может быть тепло или магнитная сила. По сути, это путь энергии с низким сопротивлением, который пропускает часть цепи и приводит к тому, что часть цепи в обходе перестает работать. Надежность и безопасность систем распределения электроэнергии зависят от точного и досконального знания возможных токов короткого замыкания, а также от способности защитных устройств удовлетворительно прерывать эти токи.Знание вычислительных методов анализа энергосистемы необходимо инженерам, ответственным за планирование, проектирование, эксплуатацию и устранение неисправностей в распределительных системах.
Токи короткого замыкания представляют наиболее серьезную общую опасность для компонентов системы распределения электроэнергии и являются первоочередной задачей при разработке и применении систем защиты. К счастью, токи короткого замыкания вычислить относительно легко. Применение трех или четырех фундаментальных концепций анализа цепей позволит определить основную природу токов короткого замыкания.Эти концепции будут изложены и использованы в пошаговой разработке.
Трехфазные токи короткого замыкания с болтовым соединением являются основными эталонными величинами в исследовании системы. Во всех случаях необходимо знать значение трехфазного короткого замыкания с болтовым соединением, которое необходимо выделить для независимой обработки. Это установит шаблон, который будет использоваться в других случаях.
Устройство, прерывающее ток короткого замыкания, представляет собой устройство, подключенное к электрической цепи для обеспечения защиты от чрезмерного повреждения при возникновении короткого замыкания.Он обеспечивает эту защиту путем автоматического прерывания большого значения тока, поэтому устройство должно быть рассчитано на прерывание и остановку тока короткого замыкания без повреждения устройства защиты от сверхтока. OCPD также обеспечивает автоматическое отключение токов перегрузки.
Расчеты короткого замыкания необходимы для применения и согласования реле защиты и оценки оборудования. Могут быть смоделированы все типы неисправностей. Исследование короткого замыкания Carelab предоставляет подробный отчет с указанием номинальных характеристик выключателей, их неисправностей, обсуждений и рекомендаций по любым обнаруженным недостаткам.
Риски, связанные с токами короткого замыкания
Возможно, здание / объект не имеют должной защиты от токов короткого замыкания.Эти токи могут повредить оборудование или вывести его из строя. Неправильно защищенные токи короткого замыкания могут травмировать или убить обслуживающий персонал. Недавно были предприняты новые инициативы, требующие от предприятий надлежащего определения этих опасных точек в распределительной сети объекта.
Почему опасно короткое замыкание?
Ток короткого замыкания может быть очень большим. Если необычно высокие токи превышают возможности защитных устройств (предохранители, автоматические выключатели и т. Д.)) Это может привести к большим и быстрым высвобождениям энергии в виде тепла, сильных магнитных полей и даже потенциально к взрывам, известным как дуговая разрядка. Тепло может повредить или разрушить изоляцию проводов и электрические компоненты. Дуговой разряд создает ударную волну, которая может переносить испаренный или расплавленный металл и может быть смертельной для находящихся поблизости незащищенных людей.
Расчет тока короткого замыкания необходим для правильного выбора типа, отключающей способности и характеристик отключения силовых и осветительных автоматических выключателей и предохранителей.Результаты расчетов тока короткого замыкания также используются для определения требуемых характеристик короткого замыкания компонентов системы распределения электроэнергии, включая переключатели шины, приводы с регулируемой скоростью, распределительные щиты, центры нагрузки и щитовые панели. При вычислении максимального тока повреждения необходимо определить общий вклад всех генераторов, которые могут быть подключены параллельно, а также вклад асинхронных и синхронных двигателей в двигатель.
Анализ короткого замыкания выполняется для определения токов, протекающих в энергосистеме в условиях неисправности.Если мощность короткого замыкания системы превышает мощность защитного устройства, возникает опасная ситуация. Поскольку рост энергосистемы часто приводит к увеличению доступного тока короткого замыкания, необходимо проверять мгновенные и отключающие характеристики нового и существующего оборудования в системе, чтобы убедиться, что оборудование выдерживает энергию короткого замыкания (см. Оценка устройства). Учитываются вклады в неисправности для сетевых источников, двигателей и генераторов.
A Анализ короткого замыкания поможет обеспечить защиту персонала и оборудования за счет определения надлежащих отключающих характеристик защитных устройств (автоматический выключатель и предохранители).Если электрическая неисправность превышает предел отключения защитного устройства, последствия могут быть катастрофическими. Это может быть серьезной угрозой для жизни человека и привести к травмам, значительному повреждению оборудования и дорогостоящим простоям.
В больших системах требуется анализ короткого замыкания для определения как номинальных характеристик распределительного устройства, так и настроек реле. Оборудование подстанции не может быть установлено, зная полные значения короткого замыкания для всей системы распределения электроэнергии.Расчеты короткого замыкания должны поддерживаться и периодически обновляться, чтобы защитить оборудование и сократить срок службы. Небезопасно предполагать, что новое оборудование правильно оценено.
Результаты анализа короткого замыкания также используются для выборочной координации электрических защитных устройств.
Что такое анализ короткого замыкания?
Анализ короткого замыкания по существу состоит из определения стационарного решения линейной сети со сбалансированным трехфазным возбуждением.Такой анализ позволяет получить токи и напряжения в энергосистеме во время неисправности. Эта информация необходима для определения необходимой отключающей способности автоматических выключателей и для разработки надлежащей системы реле. Чтобы получить достаточно информации, различные типы неисправностей моделируются в разных местах, и исследование повторяется. Обычно при анализе короткого замыкания не учитываются все параметры шунта, такие как нагрузки, проводимость заряда извести * Тогда линейная сеть, которую необходимо решить, состоит из
Передающая сеть
Генераторная система и
Неисправность.Правильно комбинируя представления этих компонентов, мы можем решить проблему короткого замыкания
Carelabs позволяет выполнять расчет на единицу в любой системе, с которой вы работаете. Мы автоматически преобразуем всю систему (панели управления, трансформаторы, генераторы, моторизованные элементы и кабели) в уникальную единицу импеданса, из которой вы можете получить номинальный ток короткого замыкания в любой заданной точке. Этот процесс прост, эффективен и сэкономит вам деньги и время.
Carelabs обеспечивает расчеты коротких замыканий для единичных и множественных неисправностей, а также несколько вариантов отчетов. Поскольку расчеты короткого замыкания необходимы для различных целей, расчет короткого замыкания в Carelabs поддерживает различные представления и методы расчета, основанные на ряде международных стандартов, а также метод наложения (также известный как полный метод),
Что такое болтовые соединения, дуговое замыкание и замыкание на землю?
Неисправность с болтовым креплением обычно возникает в результате ошибки изготовления или сборки, в результате которой два проводника с разным напряжением «скручиваются» вместе или источник питания напрямую соединяется (прикручивается) к земле.Поскольку разъемы прочно закреплены болтами, дуга не возникает, а сильный ток быстро срабатывает защитное устройство, ограничивая повреждение.
Дуговое замыкание — это дуговое замыкание, при котором короткое замыкание создает дугу. Дуга — это электрический ток между двумя не контактирующими проводниками. Возникающий в результате сильный жар может привести к возгоранию, значительному повреждению оборудования и, возможно, к вспышке дуги или дуговому разряду, что приведет к серьезным травмам.
Замыкание на землю — это когда электричество находит непреднамеренный путь к земле с низким сопротивлением.Когда этот путь проходит через человеческое тело, возникающее тепло может вызвать серьезные ожоги, а поражение электрическим током может нарушить работу человеческого сердца (фибрилляция).
Что такое симметричный и асимметричный токи?
Многофазная система может иметь симметричный или асимметричный дефект. Симметричный ток короткого замыкания — это ток, который одинаково влияет на все фазы. Если затронуты только некоторые из фаз или фазы затронуты неравномерно, то ток короткого замыкания будет асимметричным.
Симметричные неисправности относительно просто анализировать, однако они составляют очень мало реальных неисправностей. Только около 5% неисправностей являются симметричными. Асимметричные разломы труднее анализировать, но они являются более распространенным типом неисправностей.
Что такое защитные устройства для анализа короткого замыкания?
Защитные устройства предназначены для обнаружения неисправности и отключения электрического тока до того, как произойдет значительное повреждение. Существует ряд различных типов защитных устройств, из которых наиболее распространены два:
Предохранители и автоматические выключатели
Предохранители и автоматические выключатели используются для защиты электрической цепи от перегрузки по току, обычно возникающей в результате короткого замыкания, путем отключения источника питания.Предохранители можно использовать только один раз. Автоматические выключатели можно перезапускать и использовать многократно.
Прерыватель замыкания на землю (GFI)
Это устройство, которое определяет, когда ток в проводе под напряжением не равен обратному току в нейтральном проводе. GFI защищает людей, быстро перекрывая ток, предотвращая травмы в результате удара. Прерыватели замыкания на землю обычно используются в домах для ванных комнат, кухонь и уличных электрических розеток.GFI обычно встраивается в электрическую розетку.
GFI не обеспечивает защиты от перегрузки по току, и цепь, которая включает GFI, также будет включать предохранитель или автоматический выключатель.
Помимо предохранителей, автоматических выключателей и GFI, существуют устройства электрической защиты, которые:
обнаружение изменений уровней тока или напряжения
контролировать соотношение напряжения к току
обеспечивает защиту от перенапряжения
обеспечивает защиту от пониженного напряжения
обнаружение обратного тока
обнаружение переворота фазы
Когда требуется анализ короткого замыкания № ?
Первый анализ короткого замыкания должен выполняться при первоначальном проектировании энергосистемы, хотя это не единственный раз.Эти исследования необходимо проводить при любом расширении предприятия или при добавлении любого нового электрического оборудования, такого как автоматические выключатели или новые трансформаторы и кабели. Без каких-либо новых дополнений или изменений исследования короткого замыкания все равно необходимо проводить на регулярной основе, по крайней мере, каждые 5-6 лет.
Как рассчитывается ток короткого замыкания?
Расчеты короткого замыкания необходимы для правильного использования оборудования в соответствии со стандартами NEC и ANSI. В зависимости от размера и подключения к электросети количество деталей, необходимых для выполнения этих расчетов, может сильно различаться.Анализ короткого замыкания Carelabs будет включать расчеты, выполненные в соответствии с последними стандартами ANSI.
Выключатели, предохранители и автоматические выключатели, которые должны отключать или замыкать при повреждении, вызывают особую озабоченность. Кабели и шины также имеют ограничения по устойчивости к коротким замыканиям, и при тщательном изучении будет изучено оборудование, не прерывающее работу, а также переключатели и прерыватели. Стандарты, такие как ANSI C37.010 и C37.13, описывают признанные методы расчета для этих анализов рейтинга оборудования.
Эти исследования короткого замыкания выполняются с использованием программного обеспечения энергосистемы в соответствии со стандартами IEEE. Для более крупных систем эти расчеты короткого замыкания должны выполняться как для номинальных характеристик распределительного устройства, так и для настроек реле. Знание вычислительных методов анализа энергосистемы необходимо инженерам, ответственным за планирование, проектирование, эксплуатацию и устранение неисправностей в распределительных системах. Исследование короткого замыкания — это анализ электрической системы, который определяет величину токов, протекающих во время электрического повреждения.Сравнение этих расчетных значений с номинальными характеристиками оборудования — это первый шаг к обеспечению надежной защиты энергосистемы. Как только ожидаемые токи короткого замыкания известны, выполняется исследование координации защиты для определения оптимальных характеристик, номинальных значений и настроек защитных устройств энергосистемы.
NEC 110 требует, чтобы анализ короткого замыкания проводился для всего электрического оборудования и панелей. Двумя наиболее распространенными стандартами для расчета тока короткого замыкания являются ANSI / IEEE C37.010-1979 и стандарте 60909 Международной электротехнической комиссии (IEC).
Стандарт ANSI C37.010 был предназначен для использования при выборе силового выключателя, но он предоставляет информацию, необходимую для маркировки, требуемой NEC 110. Стандарт IEC 60909-3: 2009 является более общим. Он предназначен для предоставления общих рекомендаций по анализу короткого замыкания любого асимметричного короткого замыкания в трехфазной электрической системе переменного тока 50 или 60 Гц.
Можно использовать метод расчета короткого замыкания ANSI или IEC.Их сравнили, и было обнаружено, что они дают аналогичные результаты. Метод ANSI обычно используется в программном обеспечении для расчета тока короткого замыкания.
Наша служба анализа коротких замыканий:
Выполнено с поддержкой норм и методов IEC 60909 (включая редакцию 2016 г.), IEEE 141 / ANSI C37, VDE 0102/0103, G74 и IEC 61363
Расчет токов короткого замыкания в сетях постоянного тока в соответствии с IEC 61660 и ANSI / IEEE 946
Выполняем метод полной суперпозиции, включая динамическую поддержку напряжения генераторов, подключенных через силовую электронику
Анализ множественных неисправностей любого типа, вкл.однофазное прерывание, межконтурные замыкания, поиск замыканий по линиям и т. д.
Диакоптическая модель для анализа короткого замыкания (используем ли мы это?
При анализе короткого замыкания обычно пренебрегают нагрузками и другими параметрами, шунтирующими землю. При этом условии представление импеданса для сети передачи с заземлением в качестве опорного не существует. Однако соединение с землей устанавливается на шинах генератора, представляя генератор как источник постоянного напряжения за соответствующим реагентом.Следовательно, давайте рассмотрим объединенную сеть передачи-генератора и, разорвав сеть, обеспечим, чтобы каждая подсеть имела по крайней мере один генератор. На практике это не должно вызывать затруднений, поскольку сети крупных энергосистем 84 обычно состоят из разных областей, в каждой из которых есть поколения.
Neplan
Анализ короткого замыкания выполняется таким образом, чтобы номинальные параметры существующего и нового оборудования были достаточными для выдерживания имеющегося тока короткого замыкания.Этот анализ короткого замыкания может быть выполнен либо с помощью ручных расчетов, либо с помощью известного программного обеспечения, такого как NEPLAN.
Используя NEPLAN, мы можем быстро и эффективно проводить исследования коротких замыканий в электрических системах в четыре этапа.
Сбор данных и подготовка SLD
Расчет короткого замыкания
Исследования координации реле
Анализ потока нагрузки
Почему выбрали Carelabs для анализа короткого замыкания ?
Компания Carelabs отличается от конкурентов размером и структурой, что позволяет нам более оперативно реагировать на изменения.Это также позволяет нам предоставлять вам персонализированные и превосходные услуги. Мы следуем рекомендациям NFPA-70E и IEEE 1584, чтобы гарантировать, что мы всегда соблюдаем самые высокие отраслевые стандарты.
Преимущества анализа короткого замыкания
Проведение анализа короткого замыкания дает следующие преимущества:
Помогает избежать незапланированных отключений и простоев
Очень важно для предотвращения перебоев в предоставлении основных услуг
Снижает риск повреждения оборудования и возгорания
Повышает безопасность и защищает людей от травм
Определяет уровень и тип необходимых защитных устройств
Предоставляет информацию, необходимую для этикеток NEC и NFPA.
Обеспечивает соблюдение требований NEC
Снижает риск, с которым может столкнуться предприятие, и помогает избежать катастрофических потерь
Повышает безопасность и надежность энергосистемы и сопутствующего оборудования
границ | Расчет тока короткого замыкания в системе распределения постоянного тока на основе линеаризации MMC
Введение
С постоянным развитием общества методы производства людей становятся все более и более распространенными, и спрос на использование электроэнергии также растет.В настоящее время распределительная сеть переменного тока в некоторых крупных городах сталкивается с проблемой отсутствия коридоров электроснабжения и недостаточной мощности электроснабжения. В то же время традиционная распределительная сеть переменного тока имеет такие проблемы, как трехфазный дисбаланс и недостаточная поддержка реактивной мощности узлов, которые становятся все более заметными в связи с тенденцией значительного увеличения спроса на электроэнергию. Кроме того, рост многих высокотехнологичных отраслей выдвинул более высокие требования к надежности электроснабжения и качеству электроэнергии.Однако добиться качественного электропитания сложно из-за таких проблем, как гармоники и ударные нагрузки, вызванные преобразовательным оборудованием в сети. Эта серия проблем способствовала технологическим инновациям в распределительной сети (Feng, 2019).
Поскольку страны придают большое значение возобновляемым источникам энергии и развитию технологий силовой электроники, технология распределения энергии постоянного тока постепенно входит в поле зрения людей. В то же время распределительная сеть постоянного тока стала реальным способом решения ряда проблем в традиционной распределительной сети переменного тока с ее преимуществами большой пропускной способности, низкой стоимости линии, низких потерь в сети, высокой надежности электроснабжения и высокого качества электроэнергии. (Баран и Махаджан, 2003; Саннино и др., 2003; Старке и др., 2008). Более того, распределительная сеть постоянного тока с преобразователями и рядом силового электронного оборудования хорошо управляема и будет важной частью гибких и активных распределительных сетей. В распределительной сети постоянного тока преобразователь является одним из ключевых устройств. Как новое поколение преобразователей, преобразователь источника напряжения обладает такими преимуществами, как способность управлять направлением потока мощности, невосприимчивость к сбоям коммутации и простота подключения к многополюсной сети постоянного тока (Лю и др., 2016; Hao et al., 2019). Следовательно, преобразователь источника напряжения обеспечивает возможность для распределительной сети постоянного тока. В настоящее время, как своего рода преобразователи источника напряжения, MMC не только имеет высокое качество формы выходного сигнала, но также имеет низкую частоту переключения и низкие потери (Xu, 2013). В настоящее время это ключевой объект исследований технологии постоянного тока.
Расчет тока короткого замыкания является важной основой для обнаружения неисправностей и выбора оборудования в системе распределения постоянного тока (Li et al., 2018). В настоящее время многие исследователи изучали расчет постоянного тока короткого замыкания в распределительной сети постоянного тока, образованной MMC. Franquelo et al. (2008) провели качественный анализ различных типов неисправностей в многополюсной сети постоянного тока, состоящей из MMC. Некоторые исследователи применили методы моделирования для анализа короткого замыкания на стороне постоянного тока MMC (Bucher and Franck, 2013; Zhang, Xu, 2016; Han et al., 2018; Tünnerhoff et al., 2018). Хотя такое моделирование является точным, моделирование является сложным и требует много времени, поэтому оно не подходит для системного планирования и проектирования.Чтобы избежать этих недостатков моделирования, мы можем использовать упрощенную модель для аналитических расчетов. Чжоу и др. (2017) провели теоретический анализ распределительной сети постоянного тока, сформированной MMC, когда сторона постоянного тока не была заземлена, и исследовали эквивалентную схему разряда до блокировки MMC после короткого замыкания на выходе MMC и одиночного -полюсное замыкание на землю. На основе схемной модели эквивалентного разрядного контура получено аналитическое выражение тока разряда при коротком замыкании.Сюй (2013) проанализировал эквивалентную схему MMC до того, как MMC заблокируется при коротком замыкании на выходе MMC. В его исследованиях была решена установившаяся ситуация после блока ГМК и выявлено аналитическое выражение всего процесса разлома. Кроме того, Xu (2013) также представил модель схемы, которая применяет теорему суперпозиции для расчета при столкновении со сложной топологией многополюсной сети постоянного тока, и смоделировал расчетную модель. В (Wang et al., 2011) разрядная цепь субмодуля после межэлектродного короткого замыкания на выходе MMC была разделена на два этапа до и после блокировки MMC, и аналитическое выражение была представлена максимальная токовая защита субмодуля.Gao et al. (2020) применили модель преобразователя, состоящую из последовательной цепи RLC и параллельного источника тока, и выполнили эффективный приближенный расчет короткого замыкания между полюсами. Ши и Ма (2020) проанализировали цепь повреждения при коротком замыкании с однополюсным заземлением и рассчитали ток короткого замыкания для двухполюсной системы постоянного тока.
Судя по предыдущему обсуждению, в распределительной сети постоянного тока, в которой широко применяется симметричная однополярная структура, у людей больше исследований по коротким замыканиям между полюсами на выходе MMC, но меньше по однополюсным замыканиям на землю.Кроме того, когда на линии происходит отказ, трудно получить аналитическое выражение тока короткого замыкания в сложной многополюсной системе постоянного тока, а в методе расчета не хватает более подробных исследований.
Чтобы восполнить эти пробелы, в данной статье представлена линеаризованная модель перед блоком MMC для двух типов разломов. Кроме того, для сложной модели распределительной сети постоянного тока с несколькими терминалами предлагается эффективный метод решения.
Остальная часть этого документа организована следующим образом.В Анализ и моделирование системы распределения постоянного тока представлена модель системы распределения постоянного тока. В Model Solution Method предлагается метод решения представленной модели. В Case Studies тематические исследования проводятся для оценки эффективности и точности предложенной модели. Заключительные замечания представлены в Заключении .
Анализ и моделирование системы распределения постоянного тока
Топология MMC показана на рисунке 1.Поскольку характеристики неисправности различных субмодулей в основном одинаковы до блокировки MMC, полумостовой субмодуль здесь рассматривается как типичный. MMC — это преобразователь, который полагается на постоянное переключение между субмодулями для приближения синусоидальной волны к ступенчатой, поэтому MMC — это изменяющаяся во времени схема. Однако, если мы сделаем время анализа достаточно коротким и полагаем, что входные и обходные подмодули MMC остаются неизменными, мы можем рассматривать MMC как линейную и инвариантную во времени схему и использовать теорему суперпозиции для анализа.Следующая исследовательская работа основана на этом предположении.
РИСУНОК 1 . Топология MMC.
Анализ и моделирование при межполюсных коротких замыканиях
Когда межполюсное короткое замыкание происходит в распределительной сети постоянного тока, теорема суперпозиции может использоваться в точке повреждения f , чтобы разделить межполюсное замыкание. напряжение в точке повреждения на нормальный компонент и компонент повреждения, как показано на рисунке 2. Тогда реакция, генерируемая всеми другими источниками возбуждения, за исключением напряжения компонента повреждения в точке повреждения, является реакцией нормального рабочего состояния схемы.В нормальном рабочем состоянии ток короткого замыкания в точке повреждения равен нулю, а ток, переносимый каждой линией, является током при нормальной работе. Ток при нормальных условиях эксплуатации может быть получен путем расчета расхода нагрузки или прямого измерения и не будет рассчитываться в этой статье. В этой статье будет вычислен ток компонента повреждения, который представляет собой ток срабатывания схемы в нулевом состоянии при возбуждении источника питания компонента повреждения. Если нет переходного сопротивления, источник питания неисправного компонента можно рассматривать как источник напряжения.Если в точке короткого замыкания имеется переходное сопротивление, ток составляющей короткого замыкания может быть выражен реакцией при возбуждении источника тока составляющей короткого замыкания. Этот источник тока может быть получен путем преобразования источника напряжения составляющей короткого замыкания и переходного сопротивления с помощью эквивалентного закона Нортона.
РИСУНОК 2 . Принципиальная схема теоремы суперпозиции.
При рассмотрении реакции в нулевом состоянии источника напряжения компонента неисправности в цепи, MMC может быть преобразован в эквивалентную модель схемы, как показано на рисунке 3. R , L и C в модели все рассчитываются по формуле. 1 (Сюй, 2013). Если MMC заземлена через середину конденсатора, соответствующее значение емкости может быть добавлено к C .
{R = 23R0 + 2RdcL = 23L0 + 2LdcC = 6C0N # (1)
Где R ₀ и L ₀ — сопротивление и индуктивность реактора мостового плеча, соответственно, R _dc и L _dc — сопротивление и индуктивность сглаживающего реактора на выходе преобразователя, соответственно, Н, — количество подмодулей в каждом плече моста, а C ₀ — емкость подмодуля.
РИСУНОК 3 . Модель эквивалентной схемы с нулевым откликом MMC в частотной области.
Линия постоянного тока может быть описана как модель эквивалентной схемы π-типа. Чтобы упростить последующий расчет, параметры модели преобразуются в положительный полюс или между полюсами, как показано на рисунке 4. При расчетах с током положительного полюса и напряжением между полюсами модель до и после преобразование эквивалентно.
РИСУНОК 4 .Эквивалентная модель схемы до и после преобразования линии постоянного тока (A) До преобразования. (B) После преобразования.
На рисунке 4, R _l, L _l и C _l — эквивалентное сопротивление, эквивалентная индуктивность и эквивалентная емкость положительной / отрицательной линии, соответственно. R , L и C на рисунке 4 — их значения после преобразования в положительный полюс или межполюсный.Параметры схемы до и после преобразования имеют следующую взаимосвязь:
Анализ и моделирование при неисправностях однополюсного заземления
При возникновении однополюсного замыкания на землю на переходные характеристики распределительной сети постоянного тока сильно влияет метод заземления. стороны переменного и постоянного тока. При разных методах заземления на сторонах переменного и постоянного тока распределительной сети постоянного тока будут возникать разные петли замыкания и механизмы замыкания. Поэтому перед моделированием необходимо классифицировать различные методы заземления сторон переменного и постоянного тока MMC.Если на стороне переменного тока MMC есть путь нулевой последовательности, сторона переменного тока считается заземленной. В противном случае считается, что сторона переменного тока не заземлена. Как показано на рисунке 5, методы заземления на стороне постоянного тока MMC делятся на три типа: незаземленные, заземленные через среднюю точку зажимного сопротивления и заземленные через среднюю точку конденсатора (Luo, 2019).
РИСУНОК 5 . Метод заземления на стороне постоянного тока MMC.
При моделировании MMC, чтобы сделать модель симметричной относительно положительного и отрицательного полюсов и облегчить последующий анализ и расчет, влияние реактора с мостовым плечом не учитывалось.Учитывая, что индуктивность реактора перемычки не слишком велика, она обычно на порядок меньше индуктивности сглаживающего реактора на выходе преобразователя, поэтому ошибка, вызванная упрощенной моделью, не будет большой, и консервативность модели также могут быть приняты во внимание.
При различных режимах заземления эквивалентная схема нулевого состояния MMC показана на рисунке 6. Пунктирная линия указывает, что соединение существует только тогда, когда стороны переменного и постоянного тока MMC заземлены соответствующим образом. L _ac представляет 1/3 индуктивности нулевой последовательности на стороне переменного тока, когда сторона переменного тока заземлена (Luo, 2019). R _g представляет сопротивление зажима. C _g представляет собой емкость заземления. R _cg представляет сопротивление заземления в средней точке конденсатора.
РИСУНОК 6 . Модель эквивалентной схемы нулевого отклика MMC при однополюсных замыканиях на землю.
Линия постоянного тока может быть описана как модель непреобразованной эквивалентной схемы на рис. 4.
Однополюсное короткое замыкание на землю сделает схему асимметричной. Следовательно, мы можем проанализировать это с помощью преобразования CDM. С точки зрения CDM, он будет разделен на две симметричные схемы, которые легко проанализировать. Преобразование CDM имеет следующую математическую форму (Kimbark, 1970):
[IΣIΔ] = 12 [111-1] [IpIn] # (3)
Где Σ и Δ соответственно представляют синфазную и дифференциальную составляющие.Кроме того, p и n соответственно представляют положительные и отрицательные параметры. Эта формула применима как к току, так и к напряжению.
После преобразования тока и напряжения CDM модель преобразователя примет следующий вид:
(1) Случай 1: сторона переменного тока не заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку конденсатора.
В этом случае синфазная и дифференциальная модели преобразователя показаны на рисунке 7.
(2) Случай 2: Сторона переменного тока не заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку зажимного резистора.
РИСУНОК 7 . Синфазная модель (слева) и дифференциальная модель (справа) преобразователя в случае 1.
В этом случае синфазная и дифференциальная модели преобразователя показаны на рисунке 8. Когда сторона постоянного тока не заземлена, это эквивалентно обрыву цепи на R _g, поэтому он не будет отдельно перечисляться позже.
(3) Случай 3: сторона переменного тока заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку конденсатора.
РИСУНОК 8 . Синфазная модель (слева) и дифференциальная модель (справа) преобразователя в случае 2.
В этом случае синфазная и дифференциальная модели преобразователя показаны на рисунке 9.
(4) Случай 4: Сторона переменного тока заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку зажимного резистора.
РИСУНОК 9 . Синфазная модель (слева) и дифференциальная модель (справа) преобразователя в случае 3.
В этом случае синфазная и дифференциальная модели преобразователя показаны на рисунке 10. Когда сторона постоянного тока не заземлена, это эквивалентно обрыву цепи на R _g, поэтому он не будет отдельно перечисляться позже.
РИСУНОК 10 . Синфазная модель преобразователя (слева) и дифференциальная модель (справа) преобразователя в корпусе 4.
После преобразования тока и напряжения CDM модель линии постоянного тока показана на рисунке 11. Ее синфазная модель такая же, как и ее дифференциальная модель.
РИСУНОК 11 . Модель CDM линии постоянного тока.
С точки зрения CDM, граничные условия неисправности схемы также должны быть преобразованы. Без потери общности, если мы установим короткое замыкание заземления отрицательного полюса в точке повреждения f , граничные условия могут быть выражены как уравнение.4.
Где U _{f, n} — отрицательное напряжение в точке повреждения, I _{f, p} и I _{f, n} — положительное и отрицательное токи, протекающие от точки короткого замыкания к земле, соответственно, и R _f — это переходное сопротивление между точкой замыкания и землей.
Через преобразование CDM уравнения. 4, граничные условия преобразуются в уравнение.5.
{If, Σ + If, Δ = 0Uf, Σ − Uf, Δ = Rf (If, Σ − If, Δ) # (5)
Где U _{f, ∑} и U _{f, Δ} — синфазное и дифференциальное напряжение в точке повреждения, соответственно, I _{f, ∑} и I _{f, Δ} — синфазное и ток дифференциального режима, протекающий из точки повреждения, соответственно.
Подобно асимметричному анализу неисправности сети переменного тока, распределительная сеть постоянного тока также имеет следующие соотношения в точке повреждения:
{Uf, Δ (0) −Uf, Δ = ZΔIf, Δ − Uf, Σ = ZΣIf, Σ # (6)
Где
В уравнении.6, U _{f, Δ (0)} — нормальная составляющая дифференциального напряжения в точке повреждения, Z _Δ и Z _∑ — эквивалентный дифференциальный режим и синфазное сопротивление распределительной сети постоянного тока, измеренное от точки повреждения, соответственно. В формуле. 7, U _dc — межполюсное напряжение в точке повреждения при нормальной работе.
Согласно формуле. 5 и уравнение. 6 может быть сформирована эквивалентная сеть CDM, показанная на фиг. 12.
РИСУНОК 12 . Эквивалентная сеть CDM при однополюсном замыкании на землю.
Метод решения модели
Решение проблемы тока компонента при межполюсном коротком замыкании
Поскольку трудно получить аналитические формулы для цепей высокого порядка, когда распределительная сеть постоянного тока имеет сложную топологию, в этом разделе вводится аналитический метод расчета подходит для компьютеров. Набор символьных математических инструментов MATLAB может помочь нам в использовании этого метода.
Перед расчетом структура схемы должна быть классифицирована, и шины должны быть классифицированы в первую очередь:
(1) Шина напряжения: напряжение компонента неисправности шины известно, в то время как ток инжекции компонента неисправности на шине неизвестен. . Этот тип автобуса, как правило, является причиной неисправности.
(2) Токовая шина: ток инжекции компонента неисправности на шине известен, а напряжение компонента неисправности на шине неизвестно. Этот тип шины обычно является шиной без неисправности или в точке неисправности с известным током неисправности.
После этого необходимо классифицировать структуру соединений в цепи:
(1) Структура заземления
Структура заземления показана на рисунке 13. Заземление на рисунке не является заземлением в обычном смысле, но эталонная точка напряжения на шине. В этом расчете межполюсного короткого замыкания для расчета используются межполюсное напряжение и положительный ток, поэтому заземление на Рисунке 13 эквивалентно преобразованной отрицательной цепи на Рисунке 4.
РИСУНОК 13 . Конструкция заземления.
Межполюсное напряжение U _n и положительный ток I _nn в заземляющей конструкции имеют следующие отношения:
Где Y _nn — допуск заземляющей конструкции.
(2) Структура шинного соединения
Структура шинного соединения показана на рисунке 14.
РИСУНОК 14 .Структура автобусного соединения.
U _n и U _m — межполюсные напряжения на шине n и m соответственно. Положительный ток, протекающий в структуре соединения шины I _nn, и они имеют следующую взаимосвязь:
После классификации структуры распределительной сети постоянного тока, составляющая тока короткого замыкания может быть решена в рамках межполюсного короткого замыкания. неисправность цепи.Следующая матрица была определена и использована в качестве входных данных формулы расчета.
Предполагая, что в цепи имеется N _b исходных шин, в цепи будет N _b +1 шин после добавления неисправной шины (если неисправность возникла на исходной шине, количество автобусов не изменится).
(1) Матрица подключения F (( N _b +1) × ( N _b +1)): описывает подключение распределительной сети постоянного тока:
i) F _nm = 1, если линия соединяет автобусы n и m.
ii) F _нм = 0, если нет линии, соединяющей автобусы n и m.
(2) Матрица пропускной способности Y (( N _b +1) × ( N _b +1)): диагональный элемент Y _{nn _{в матрице — проводимость заземления на шине n , а недиагональный элемент Y _нм — проводимость линии постоянного тока, соединяющей шины n и м.}}
С входными матрицами F и Y , согласно KVL и KCL, мы можем перечислить следующие линейные уравнения на n _i текущих шинах.
IGn = YnnUn + ∑m = 1m ≠ nNb + 1FnmYnm (Un − Um), n∈ℝni # (10)
Где IGn — известный ток инжекции на шине n .
В системе уравнений, показанной в формуле. 10 есть n _i текущих напряжения на шине в качестве переменных, и это число совпадает с количеством уравнений.Следовательно, выражение неизвестного напряжения в частотной области может быть решено компьютером.
После получения напряжения на каждой шине, уравнение. 11 может использоваться для определения тока составляющей короткого замыкания, вытекающей из выхода MMC на шине n .
Ic − n = −UnRc − n + sLc − n + 1sCc − n # (11)
Где R _cn, L _cn и C _{9034 cn сопротивление, индуктивность и емкость в эквивалентной схеме MMC на шине n соответственно.}
Ток компонента повреждения, протекающий от шины n к шине m , можно определить по формуле. 12.
Il − нм = 12sCl − nmUn + Un − UmRl − nm + sLl − nm # (12)
Где R _l-нм, L _l-нм и C _l-нм — это сопротивление, индуктивность и емкость в эквивалентной цепи постоянного тока между шиной n и шиной m , соответственно.
Тогда уравнение.13 можно использовать для определения тока межполюсного короткого замыкания, протекающего от положительного полюса в точке повреждения f .
If = Ic − f − ∑m = 1m ≠ fNb + 1FnmIl − nm # (13)
После расчета токов компонентов короткого замыкания повсюду, мы можем использовать компьютер для выполнения обратного преобразования Лапласа, чтобы получить соответствующее выражение во временной области.
Устранение неисправности тока компонента при коротком замыкании в однополюсном заземлении
Для решения проблемы тока компонента повреждения в этом случае сначала следует рассчитать токи CDM в точке повреждения.Согласно схеме, показанной на рисунке 12, синфазный ток I _{f , Σ} и дифференциальный ток I _{f , Δ}, протекающий из точки повреждения, можно решить с помощью уравнений . 14,15.
If, Σ = −Uf, Δ (0) ZΔ + 2Rf + ZΣ # (14) If, Δ = Uf, Δ (0) ZΔ + 2Rf + ZΣ # (15)
Где
ZΣ = Yff, Σ ∗ det (YΣ) # (16) ZΔ = Yff, Δ ∗ det (YΔ) # (17)
В уравнениях. 16,17, Y _∑ и Y _Δ — синфазная и дифференциальная матрицы проводимости соответственно.Yff, Σ ∗ и Yff, Δ ∗ — элементы в строке f и столбце f в сопряженных матрицах общей и дифференциальной матриц проводимости соответственно. Следует отметить, что для расчета импеданса здесь необходимо сформировать Y _∑ и Y _Δ по следующим правилам: Диагональный элемент Y _{nn , ∑} в Матрица синфазной проводимости — это собственная проводимость шины n в синфазной сети, и ее значение равно сумме проводов ветвей, подключенных к шине. Y _{нм , ∑} ( n ≠ м ) — это взаимная проводимость шин n и м в синфазной сети, и ее значение равно противоположному значению. вход ответвления, соединенного между двумя автобусами. Элементы в матрице проводимости дифференциального режима подчиняются тем же правилам.
После получения I _{f , Σ} и I _{f , Δ}, методы решения, упомянутые в расчете межполюсного короткого замыкания, могут быть применены для решения общих и дифференциальных -режимные сети соответственно.Здесь напряжения и токи CDM, возбуждаемые источником тока составляющей короткого замыкания, должны использоваться в качестве неизвестных переменных. После этого положительные и отрицательные токи компонентов короткого замыкания могут быть получены посредством обратного преобразования CDM, показанного в формуле. 18.
[IpIn] = T-1 [IΣIΔ] = [111-1] [IΣIΔ] # (18)
Наконец, выражение во временной области тока компонента повреждения может быть получено с помощью обратного преобразования Лапласа.
Примеры из практики
В этом разделе представлены примеры из практики, которые использовались для оценки эффективности и точности предложенной линеаризованной модели.Мы сравним рассчитанное значение и моделируемое значение в системе распределения постоянного тока кольцевой сети с четырьмя выводами, показанной на рисунке 15. Это значение моделирования предоставляется PSCAD / EMTDC. В таблице 1 представлены соответствующие параметры системы. Система использует стратегию управления ведущий-ведомый. MMC1 — это главная станция, а остальные — подчиненные станции. Активные мощности в таблице — это вводимые мощности на стороне переменного тока. Вводимая реактивная мощность каждой MMC равна нулю.
РИСУНОК 15 .Четырехконтактная система распределения постоянного тока с кольцевой сеткой.
ТАБЛИЦА 1 . Системные параметры четырехконтактной системы распределения постоянного тока кольцевой сети.
Проверка при сбоях межполюсного короткого замыкания
При проверке при сбоях межполюсного короткого замыкания все MMC на Рисунке 15 не заземлены, а переходное сопротивление равно нулю. После того, как цепь стабилизируется, установите межполюсное короткое замыкание в средней точке линии постоянного тока между MMC1 и MMC2 (пусть t = 0 с в это время).Полученные токи короткого замыкания показаны на Рисунке 16.
РИСУНОК 16 . Сравнение расчетного значения и моделируемого значения тока повреждения при межполюсном коротком замыкании (A) Ток короткого замыкания в точке повреждения. (B) Положительный ток, протекающий от MMC1 к MMC2 на линии повреждения. (C) Положительный ток на выходе MMC1.
Из сравнения на рисунке 16 видно, что по сравнению с смоделированным значением рассчитанное значение имеет небольшую ошибку (не более 2.64%), и со временем эта ошибка будет постепенно увеличиваться. Я думаю, что причина этой ошибки в том, что MMC больше не будет поддерживать исходное рабочее состояние после сбоя, установившаяся составляющая тока короткого замыкания изменится, и это изменение будет постепенно увеличиваться с течением времени. Следовательно, метод расчета с использованием теоремы суперпозиции из предыдущей статьи применим только через очень короткое время после сбоя. Однако, учитывая, что MMC будет заблокирован в течение очень короткого времени после отказа постоянного тока, результат расчета все еще будет достаточно надежным в течение этого времени.
Проверка при неисправностях короткого замыкания однополюсного заземления
При проверке неисправностей при коротком замыкании однополюсного заземления, для проверки моделей MMC с различными методами заземления, для MMC на Рисунке 15 установлены разные методы заземления. Для MMC1 сторона переменного тока заземлена ( L _ac = 10 мГн), а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку конденсатора ( C _g = 8 мФ, R _cg = 0.5 Ом). Для MMC2 сторона переменного тока не заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку зажимного резистора ( R _g = 4 МОм). Для MMC3 сторона переменного тока не заземлена, а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку конденсатора ( C _g = 8 мФ, R _cg = 0,5 Ом). Для MMC4 сторона переменного тока заземлена ( L _ac = 10 мГн), а сторона постоянного тока заземлена через среднюю точку зажимного резистора ( R _g = 4 МОм).После того, как цепь стабилизируется, установите отрицательное замыкание на землю ( R _f = 0) в средней точке линии постоянного тока между MMC1 и MMC2 (пусть t = 0 с в это время). Полученные токи короткого замыкания показаны на Рисунке 17.
РИСУНОК 17 . Сравнение расчетного значения и смоделированного значения тока короткого замыкания при коротком замыкании на отрицательную массу (A) Ток короткого замыкания в точке короткого замыкания. (B) Отрицательный ток, протекающий от MMC1 к MMC2 на линии повреждения. (C) Отрицательный ток на выходе MMC1.
Из сравнения на рисунке 17 видно, что по сравнению с смоделированным значением расчетное значение имеет небольшую ошибку (не более 4,53%), и эта ошибка будет постепенно увеличиваться с течением времени. Мало того, погрешность в этом расчете больше, чем при расчете межполюсного короткого замыкания. Я думаю, что ошибка в этом расчете связана не только с изменением рабочего состояния ММС, но и с пренебрежением реактором мостового плеча.Этот результат расчета не только надежен за очень короткое время, но и консервативен.
Заключение
В этой статье обобщается модель MMC для расчета межполюсного короткого замыкания и предлагается новая линеаризованная модель, основанная на преобразовании CDM для расчета короткого замыкания в однополюсном заземлении. Благодаря проверке результатов моделирования эта новая модель оказалась надежной и консервативной. Кроме того, в этой статье предлагается метод расчета в частотной области, подходящий для расчета сложных многополюсных распределительных сетей постоянного тока.Этот метод может гибко преобразовывать топологию сети и имеет гораздо более высокую скорость вычислений, чем моделирование. Модели и метод, описанные в этой статье, можно использовать в качестве справочной информации при планировании энергосистемы и выборе оборудования.
Заявление о доступности данных
Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без излишних оговорок.
Вклад авторов
PS: анализ, моделирование, метод, проверка и написание. ZJ: консультирование, супервизия, написание-рецензирование и редактирование.HG: имитационная модель, концептуализация и методология.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Ссылки
Баран М. Э. и Махаджан Н. Р. (2003). Распределение постоянного тока для возможностей и задач промышленных систем. Транзакции IEEE в отраслевых приложениях 39 (6), 1596–1601. DOI: 10.1109 / TIA.2003.818969
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Бухер, М. К., и Франк, К. М. (2013). Вклад источников тока короткого замыкания в многополюсных кабельных сетях HVDC. IEEE Transactions on Power Delivery 28 (3), 1796–1803. doi: 10.1109 / TPWRD.2013.2260359
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Feng, T. (2019). Исследование переходных режимов заземления и неисправностей гибкой распределительной сети постоянного тока среднего напряжения. Магистерская работа, Китай: Сианьский технологический университет.
Google Scholar
Franquelo, L. G., Rodriguez, J., Leon, J. I., Kouro, S., Portillo, R., and Prats, M. A. M. (2008). Наступает век многоуровневых преобразователей. Журнал промышленной электроники IEEE 2 (2), 28–39. doi: 10.1109 / MIE.2008.923519
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Gao, S., Ye, H., and Liu, Y. (2020). Точная и эффективная оценка тока короткого замыкания для сетей MTDC с учетом управления MMC. IEEE Transactions on Power Delivery 35 (3), 1541–1552.doi: 10.1109 / TPWRD.2019.2946603
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Хан, X., Сима, В., Ян, М., Ли, Л., Юань, Т., и Си, Ю. (2018). Переходные характеристики под землей и короткое замыкание в системе HVDC на основе MMC ± 500 кВ с гибридными автоматическими выключателями постоянного тока. Транзакции IEEE по доставке питания 33 (3), 1378–1387. doi: 10.1109 / TPWRD.2018.2795800
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Hao, Q., Li, Z., Gao, F., and Zhang, J. (2019). Малосигнальные модели модульного многоуровневого преобразователя пониженного порядка и высоковольтной сети постоянного тока на основе MMC. Транзакции IEEE по промышленной электронике 66 (3), 2257–2268. doi: 10.1109 / TIE.2018.2869358
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Kimbark, E. W. (1970). Переходные перенапряжения, вызванные монополярным замыканием на землю в биполярной линии постоянного тока: теория и моделирование. Системы силовых аппаратов. Транзакции IEEE по PAS 89 (4), 584–592. doi: 10.1109 / TPAS.1970.292605
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ли К., Голе А. М. и Чжао К. (2018).Метод быстрого обнаружения повреждений постоянного тока с использованием напряжения реактора постоянного тока в сетях высокого напряжения постоянного тока. IEEE Transactions on Power Delivery 33 (5), 2254–2264. doi: 10.1109 / TPWRD.2018.2825779
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Луо, Ф. (2019). Исследование метода заземления и стратегии защиты распределительной сети постоянного тока для электроснабжения в отдаленных районах. Степень магистра, Китай: Сианьский университет Цзяотун.
Google Scholar
Лю, Дж., Цай, X., и Молинас, М. (2016).Анализ стабильности в частотной области HVdc на основе MMC для интеграции ветряных электростанций. IEEE J. Новые и избранные темы в силовой электронике 4 (1), 141–151. doi: 10.1109 / JESTPE.2015.2498182
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Саннино А., Постильоне Г. и Боллен М. Х. Дж. (2003). Возможность создания сети постоянного тока для коммерческих объектов. Транзакции IEEE в отраслевых приложениях . 39 (5), 1499–1507. doi: 10.1109 / TIA.2003.816517
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Shi, X., и Ма, Дж. (2020). «Анализ однополюсного замыкания на землю на стороне постоянного тока в системе MMC-HVDC с учетом влияния стратегии управления», 12-я Азиатско-Тихоокеанская конференция по энергетике и энергетике IEEE PES в 2020 г., Нанджинд, Китай, 20–23 сентября 2020 г. doi: 10.1109 / APPEEC48164.2020.9220729
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Старке М. Р., Толберт Л. М. и Озпинечи Б. (2008). «Распределение переменного и постоянного тока: сравнение потерь», Конференция и выставка по передаче и распределению, 2008 г., Чикаго, Иллинойс, 21–24 апреля 2008 г.doi: 10.1109 / TDC.2008.4517256
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Tünnerhoff, P., Ruffing, P., and Schnettler, A. (2018). Комплексная концепция распознавания типа повреждения для биполярных полномостовых систем MMC HVDC с выделенным металлическим возвратом. IEEE Transactions on Power Delivery 33 (1), 330–339. doi: 10.1109 / TPWRD.2017.2716113
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Wang, S., Zhou, X., Tang, G., He, Z., Teng, L., and Bao, H. (2011).Анализ сверхтока субмодуля, вызванного межполюсным замыканием постоянного тока в модульной многоуровневой преобразовательной системе HVDC. Труды CSEE 31 (01), 1–7. doi: 10.13334 / j.0258-8013.pcsee.2011.01.001
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Xu, Z. (2013). Гибкая система передачи постоянного тока . Пекин, Китай: China Machine Press.
Чжан, З., и Сюй, З. (2016). Расчет тока короткого замыкания и требования к характеристикам выключателей HVDC для систем MMC-MTDC. IEEJ Transactions по электротехнике и электронной технике 11 (2), 168–177. doi: 10.1002 / tee.22203
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Zhou, J., Zhao, C., Li, C., Xu, J., and An, T. (2017). Схема граничной защиты многополюсной гибкой сети постоянного тока на основе напряжения реактора постоянного тока. Автоматизация электрических систем 41 (19), 89–94. doi: 10.7500 / AEPS20170331005
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ток короткого замыкания — примечания по техническому току неисправности
Ток короткого замыкания или ток короткого замыкания в электросети — это протекание сильного тока в сети.Этот поток сильного тока в электросети из-за неисправности называется током короткого замыкания.
На рисунке 1 показано изменение тока короткого замыкания при возникновении короткого замыкания. Глядя на форму сигнала тока повреждения, ток достигает максимального значения в первый момент повреждения. Затем снижается до некоторого установившегося значения. Для проверки термической и динамической стабильности любого электрооборудования важно знать ток короткого замыкания или ток короткого замыкания, а также значения токов короткого замыкания.
Рисунок 1: Процесс изменения тока короткого замыкания
Поддерживаемый ток (I): ток повреждения, который будет течь в цепи, если току позволят сохраняться после завершения переходного процесса, называется устойчивым током. Это значение полезно при проектировании электрического оборудования для обеспечения термической устойчивости.
Первый пиковый ток короткого замыкания (i _fp): в первый момент неисправности максимальное значение тока, которое достигнет цепи, называется первым пиковым током короткого замыкания.Это значение полезно при проектировании электрического оборудования для обеспечения динамической устойчивости.
i _fp выдается
I _pc — среднеквадратичное значение периодической составляющей тока повреждения после 2-3 периодов возникновения повреждения.
Источники тока короткого замыкания
Неисправное питание может генерироваться в следующих подключенных частях сети энергосистемы.
Генератор; Генераторы приводятся в движение первичным двигателем. Когда возникает неисправность, генератор постоянно приводится в действие первичными двигателями на нормальной скорости, и возбуждение также сохраняется.Напряжение непрерывно генерируется генератором. Это приводит к протеканию огромного количества тока к точке повреждения. Подаваемый таким образом ток повреждения ограничивается импедансом генератора и цепи до точки повреждения.
Синхронный двигатель; Синхронные двигатели имеют возбуждение постоянного тока. Он потребляет переменный ток от цепи и выполняет механическую работу. Во время неисправности напряжение в системе значительно снижается (почти до нуля) и подача электроэнергии на двигатель прекращается.Из-за этого двигатель начинает замедляться, но маховик и инерция двигателя препятствуют его замедлению. Поскольку возбуждение постоянного тока поддерживается, двигатель теперь действует как синхронный генератор. Механическая энергия, накопленная в маховике, преобразуется в электрическую и подается к месту повреждения. Величина тока короткого замыкания, подаваемого двигателем, зависит от выходной мощности, реактивного сопротивления и номинального напряжения двигателя.
Двигатель асинхронный; Во время неисправности напряжение на клеммах двигателя внезапно падает (почти до нуля).Но поток, режущий ротор, не меняется мгновенно. Инерция двигателя продолжает управлять им. Следовательно, асинхронный двигатель действует как генератор, питающий точку повреждения, пока поток статора не упадет до нуля.
И синхронный двигатель, и асинхронный двигатель действуют как генераторы, но в течение короткого промежутка времени. Вырабатываемая ими достаточная мощность вызывает кратковременное срабатывание выключателя.
Последствия неисправности
Из-за неисправности большой ток, протекающий в цепи, вызывает чрезмерный нагрев, что может привести к возгоранию или взрыву.
Электрическая дуга может образоваться из-за неисправности, которая может повредить элементы энергосистемы.
Неисправность влияет на стабильность системы питания.
Несимметричный отказ вызывает несимметричные токи в фазах, что приводит к нежелательным падениям напряжения и общему нарушению работы системы.
Потребитель может столкнуться с отключением электроэнергии из-за неисправностей.
Неисправность может привести к значительному снижению напряжения на исправных фидерах. Это может привести к чрезмерному потреблению тока двигателями.
Для получения дополнительных статей по электротехнике посетите
Faults in Power system
.

Сила тока короткого замыкания это: Как определить силу тока короткого замыкания? — Физблог

Короткое замыкание — урок. Физика, 8 класс.

Расчет тока короткого замыкания — CMP Products Limited

Суть короткого замыкания электрической цепи.

Ударный ток короткого замыкания — это… Что такое Ударный ток короткого замыкания?

составляющие тока, формула, сила тока, график

Что это такое

От чего зависит

Источники

Как измерить мощность электротока

График тока короткого замыкания

Схема

Короткое замыкание происходит в том случае если. Короткое замыкание

Какие могут быть последствия от токов короткого замыкания.

Тема: что такое короткое замыкание в электроцепи, каковы последствия КЗ.

Почему замыкание короткое, и кто в этом виноват?

Немного подробнее о причинах короткого замыкания

Ещё несколько слов о физике короткого замыкания.

Процесс возникновения короткого замыкания. Время отключения, развитие процесса, последствия

Если не можешь предотвратить – возглавь!

Популярное изложение закона Ома

Две простых, но важных формулы

Что происходит в цепи при коротком замыкании

Цепи переменного тока

Виды КЗ

Расчет величины тока при коротком замыкании

Как проходит процесс

Ударный ток КЗ

Полезное КЗ

Методы защиты

Что такое короткое замыкание?

Как его обнаружить и предотвратить?

Короткое замыкание. Предохранители

Ток повреждения или ток короткого замыкания, вот в чем вопрос

Расчеты короткого замыкания с использованием метода бесконечной шины

Влияние тока короткого замыкания

Метод бесконечной шины

Требуемые данные:

Расчет

Шаг 1:

Шаг 2:

Ограничения метода бесконечной шины:

Ток короткого замыкания — обзор

5.4 Обсуждение защиты микросети

Майк Холт Доступный ток короткого замыкания

Что такое анализ короткого замыкания и почему он проводится?

границ | Расчет тока короткого замыкания в системе распределения постоянного тока на основе линеаризации MMC

Введение

Анализ и моделирование системы распределения постоянного тока

Анализ и моделирование при межполюсных коротких замыканиях

Анализ и моделирование при неисправностях однополюсного заземления

Метод решения модели

Решение проблемы тока компонента при межполюсном коротком замыкании

Устранение неисправности тока компонента при коротком замыкании в однополюсном заземлении

Примеры из практики

Проверка при сбоях межполюсного короткого замыкания

Проверка при неисправностях короткого замыкания однополюсного заземления

Заключение

Заявление о доступности данных

Вклад авторов

Конфликт интересов

Ссылки

Ток короткого замыкания — примечания по техническому току неисправности

Источники тока короткого замыкания

Последствия неисправности

Добавить комментарий Отменить ответ