Ток короткого замыкания и его определение. Как рассчитать ток КЗ?

Вычисление КЗ по паспортным данным

Расчёт КЗ, производится квалифицированными специалистами, которые не только производят необходимые вычисления, но и несут ответственность за дальнейшую эксплуатацию электрического оборудования.

Домашние электрики также могут осуществить данные вычисления, но только при наличии начальных знаний о природе электричества, свойствах проводников и о роли диэлектриков, в их надёжной изоляции друг от друга.

При этом, полученный результат значения короткого замыкания, перед проведением электротехнических работ, необходимо перепроверить самостоятельно, либо воспользоваться услугами специализированных фирм, которые осуществляют данные вычисления на платной основе.

Как рассчитать ток короткого замыкания используя специальные формулы, будет подробно описано далее.

Расчёт токов коротких замыканий в электроэнергетических системах трёхфазного электричества производится с учётом особенности возникновения данного процесса.

Схема подключения потребителя к ТП

Из-за проявления индуктивности проводника, в котором происходит короткое замыкание, сила КЗ изменяется не мгновенно, а происходит нарастание данной величины по определённым законам. Чтобы методика расчёта токов короткого замыкания позволила произвести высокоточные вычисления, необходимо высчитать все основные величины вносимые в расчётные формулы.

Часто для этой цели требуется воспользоваться дополнительными формулами или специальным программным обеспечением. Современные возможности вычислительной техники, позволяют осуществлять сложнейшие операций в считанные секунды.

Методы расчёта токов короткого замыкания могут быть расширены применением специального программного обеспечения. В данном случае, может быть использована компьютерная программа, которая может быть написана любым квалифицированным программистом.

Хвн — сопротивление между точкой короткого замыкания и шинами.Хсист — сопротивление всей системы по отношению к шинам источника.Uс — напряжение на шинах системы.

Если какой-либо показатель отсутствует при проведении расчётов, то его можно высчитать применив для этого дополнительные формулы, или следует применить специальные программы для компьютера.

Для упрощения схемы необходимо:

  1. Сложить все показатели параллельно подключённого сопротивления электрических цепей.
  2. Сложить последовательно подключённые сопротивления.
  3. Вычислить результирующее сопротивлению, путём сложения всех параллельно и последовательно подключённых сопротивлений.

Значительно упрощается задача по расчёту КЗ, если имеются паспортные данные реактора или трансформатора. В этом случае достаточно номинальные значения электричества и напряжения подставить в расчётные формулы, чтобы получить значение тока КЗ.

Ток короткого замыкания и его определение. Как рассчитать ток КЗ?

В данной формуле значение Iном равно номинальному току электрического трансформатора или реактора.

Напряжение, используемое в сети, бывает постоянным, переменным, с импульсной, синусоидальной и другой конфигурацией. Аварийные токи, случайно созданные любым из этих напряжений, полностью повторяют начальную форму, которая может изменяться под действием сопротивления или других факторов.

В первую очередь учитывается закон Ома, определяемый формулой I = U/R. Его принципы совершенно одинаковы как для номинальных нагрузок, так и для аварийных ситуаций, с небольшими отличиями. В первом случае показатели напряжения и сопротивления находятся в стабильном состоянии, а их изменения не выходят за пределы нормативных данных. В аварийном режиме эти процессы проходят стихийно, под влиянием случайных факторов. Поэтому и требуется расчет тока по специальным методикам.

Не менее важны показатели мощности источника напряжения. Данный критерий позволяет сделать оценку и вычислить энергетические возможности для разрушений, причиняемых токами коротких замыканий. Одновременно определяется величина этих токов и продолжительность действия. Кроме того, учитывается протяженность электрической цепи, количество линий и подключенных потребителей, существенно повышающих сопротивление. Однако, при слишком большой мощности, даже самая надежная схема не выдержит нагрузки и сгорит.

Методы расчетов зависит от конфигурации конкретной электрической схемы. В первую очередь, это подводка питания, выполняемая разными способами. В бытовых сетях на 220 В обычно используется фаза и ноль, постоянное напряжение подается от плюсовой и минусовой клеммы источника, а трехфазный ток подается по отдельной схеме.

Замыкание случается одновременно между тремя или двумя фазами, между фазой и нулем или землей, между двумя или тремя фазами и землей. Каждый из этих режимов учитывается при составлении проекта.

Большое значение имеет электрическое сопротивление цепи. Оно зависит от протяженности линии от источника питания, особенно постоянного, до точки КЗ, отсюда и его возможности по ограничению тока. К основному добавляются индуктивные и емкостные сопротивления, присутствующие в обмотках катушек, трансформаторов и в обкладках конденсаторов. Они участвуют в формировании апериодических составляющих, вносят изменения в основные параметры.

Расчет тока трехфазного короткого замыкания необходимо рассмотреть более подробно, учитывая все особенности и сопутствующие факторы этого процесса.

В проводнике, попавшем под действие короткого замыкания, не будет мгновенного изменения силы тока. Его значение нарастает постепенно, в соответствии с установленными физическими законами. Существуют специальные методики на расчет трехфазного тока, для которых требуются данные всех основных величин, определяемые математическим путем. Полученные результаты затем использует специальная формула.

Одна из формул выглядит следующим образом: Iкз = Uc/√3*xрез = Uc/√3*(хсист хвн). В ней Uc – величина напряжения на шинах, xрез – результативное или общее сопротивление. Оно состоит из хсист – соотношения сопротивления всей системы и шин источника питания, и хвн – сопротивления на участке между шинами и точкой КЗ.

Если какой-либо показатель отсутствует, его можно рассчитывать по дополнительным формулам или с помощью специальных компьютерных программ. При выполнении расчетов в сложных разветвленных сетях, они преобразуются в схемы замещения. Каждая отдельно взятая схема представлена в виде источника электроэнергии и одного сопротивления. Процесс упрощения происходит в следующем порядке:

  • Складываются все показатели сопротивлений, подключенных параллельно.
  • То же самое выполняется в отношении последовательно подключенных сопротивлений.
  • Величина результирующего сопротивления в относительных единицах определяется сложением всех сопротивлений с параллельным и последовательным подключением.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Таблица температур пайки для полипропиленовых труб

Современная вычислительная техника предоставляет возможность выполнения сложнейших операций буквально за несколько секунд. Это дает возможность получения точных результатов, используемых в проектировании.

Для чего рассчитываются токи КЗ

Проектируя энергетическую систему, инженеры пользуются различными компьютерными программами, справочниками, графиками и таблицами. С помощью этих средств анализируется работа схемы в режиме холостого хода, рассчитываются токи при номинальной нагрузке и в аварийных ситуациях.

Особенно опасными считаются возможные аварии, при которых возникают неисправности, наносящие оборудованию непоправимый вред. Наиболее часто возникают ситуации, когда проводники с разными потенциалами начинают контактировать между собой, вызывая режим короткого замыкания трансформатора. При этом, токопроводящие детали и предметы, послужившие причиной замыкания, обладают минимальным электрическим сопротивлением.

Основным параметром такого режима является ток короткого замыкания. Его появление связано с несколькими причинами:

  • Нарушения работы защитных автоматических устройств.
  • Техническое старение оборудования, вызывающее повреждения изоляции и короткое замыкание.
  • Удары молний, вызывающие высокое напряжение и другие воздействия природной стихии.
  • Ошибки, допущенные обслуживающим персоналом, неспособным определить ток.

Ток короткого замыкания и его определение. Как рассчитать ток КЗ?

Каждая электрическая схема создается под определенную номинальную нагрузку. Ток КЗ многократно превышает ее, создает высокую температуру, выжигающую наиболее слабые места в сети и оборудовании. Все заканчивается возгоранием и полным разрушением. Одновременно элементы схемы подвергаются механическим воздействиям.

Во избежание подобных ситуаций в процессе эксплуатации, еще во время проектирования принимаются меры специального характера. В первую очередь выполняются теоретический расчет токов короткого замыкания, определяющие вероятность их появления и величину. Полученные данные применяются в дальнейшем проектировании, а также при подборе силового оборудования и элементов защиты. Степень точности расчетов может быть разной, в зависимости от уровня надежности создаваемой защиты.

Особенности расчёта

Расчёт токов трёхфазного оборудования производится с применением специальных формул.

Если расчёт тока трёхфазного короткого замыкания, необходимо сделать для электрических сетей напряжением до 1000 В, то необходимо учитывать следующие нюансы при проведении расчётов:

  1. Трёхфазная система должна считаться симметричной.
  2. Питание трансформатора принимается за неизменяемую величину, равную его номинальному значению.
  3. Момент возникновения КЗ принято считать при максимальном значении силы тока.
  4. ЭДС источников питания, удалённых на значительное расстояния от участка электрической сети, где происходит КЗ.

Также при вычислении параметров КЗ необходимо правильно посчитать результирующее сопротивление проводника, но делать это необходимо через приведение единого значения мощности.

Ток короткого замыкания: как рассчитать, таблица

Если производить расчёт сопротивления стандартными формулами известными из курса физики, то можно допустить ошибки, по причине неодинакового номинального напряжения в момент возникновения короткого замыкания для различных участков электрической цепи. Выбор такой базисной мощности позволяет значительно упростить расчёты, и значительно повысить их точность.

Для сети переменного тока наприряжением 220 В, базисное напряжение будет равно 231 В.

Проведение расчетов

Для выполнения расчетов трёхфазного и однофазного тока привлекаются квалифицированные специалисты. Они отвечают не только за математическую часть, но и за дальнейшее поведение рассчитанной схемы в условиях эксплуатации. Вычисления, сделанные в домашних условиях, требуют дополнительной проверки, чтобы исключить вероятность ошибок.

Все вычисления, в том числе затрагивающие трехфазное оборудование, выполняются по специальным методикам, включающим в себя различные формулы.

Следует обязательно учесть ряд особенностей:

  • Все трехфазные системы условно относятся к симметричным.
  • Питание, подведенное к трансформатору, считается неизменной величиной, приравненной к его номиналу.
  • Сила тока принимает максимальное значение в момент возникновения аварийного режима. Потребуется расчет ударного тока короткого замыкания.
  • Влияние ЭДС источника питания, расположенного на большом расстоянии от места появления короткого замыкания.

Параметры ТКЗ при необходимости дополняются результирующим сопротивлением проводников. С этой целью показатели мощности приводятся к единому значению. Для таких расчетов нежелательно использовать обычные формулы, изучаемые на курсе физики. Здесь вполне возможны ошибки из-за разных номиналов напряжения на различных участках цепи в момент начала аварийного режима. Единая базовая мощность делает расчеты более простыми, существенно повышая точность результатов.

Номинальное напряжение, используемое при вычислениях, берется с увеличением на 5%. В сетях 380 вольт этот показатель составит 400В, а при 220В итоговое значение будет 231В.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Как правильно рассчитать водопотребление ресторана

Расчёт однофазной сети

Расчет токов коротких замыканий в электроэнергетических системах однофазного напряжения допускает проведение упрощённых вычислений. Обычно, электроприборы тока однофазного не потребляют много электричества, и для надёжной защиты квартиры или дома от возникновения короткого замыкания, достаточно установить автоматический выключатель рассчитанный на величину срабатывания, равную 25 А.

гдеUf — напряжение фазы.Zt — сопротивление трансформатора, при возникновении КЗ.Zc — сопротивление между фазным и нулевым проводником.Ik — однофазный ток короткого замыкания.

Ток короткого замыкания: как рассчитать, таблица

Вычисление параметров КЗ в однофазной цепи с использованием данной формулы производится с погрешностью до 10%, но в большинстве случаев этого достаточно для осуществления правильной защиты электрической сети.

Основным затруднением для получения данных рассчитанных по этой формуле, является сложность в получении значения Zc.

где:rf — активное сопротивление фазного провода, Ом;rn — активное сопротивление нулевого провода, Ом;ra — суммарное активное сопротивление контактов цепи фаза-нуль, Ом;xf» — внутреннее индуктивное сопротивление фазного провода, Ом;xn» — внутреннее индуктивное сопротивление нулевого провода, Ом;x’ — внешнее индуктивное сопротивление цепи фаза-нуль, Ом.

Таким образом подставляя известные значения в формулы приведённые выше, легко найдём ток короткого замыкания для однофазной сети.

Вычисление параметров КЗ в однофазной сети осуществляется в такой последовательности:

  1. Выяснится параметры питающего трансформатора или реактора.
  2. Определяются параметры используемого проводника.
  3. Если электрическая схема слишком разветвлена, то её следует упростить.
  4. Определяется полное сопротивление можду «фазой» и «0».
  5. Вычисляется полное сопротивление трансформатора или реактора, если данное значение нельзя получить из документации к источнику питания.
  6. Значения подставляются в формулу.

Если необходимо рассчитать КЗ в системе, где мощность источника электричества несоизмеримо выше суммарной мощности потребителей электричества, то величину напряжения можно условно считать неизменной.

В таких условиях мощность электричества будет равна бесконечности, а сопротивление проводника — нулю. Данные условия могут быть применены только к таким расчётным условиям, когда точка короткого замыкания удалена на значительное расстояние от источника электричества, а результирующее сопротивление цепи в десятки раз превышает сопротивление системы.

Ik=Ib/Xрезгде:Ik — сила тока короткого замыкания;Ib — базисный ток;Хрез — результирующее напряжения сети.

Подставив значение в формулу можно получить значение параметров КЗ в сети неограниченной мощности.

Руководящие указания по расчёту токов короткого замыкания, изложенные в данной статье, содержат основные принципы, по которым определяется сила тока в проводнике в момент образования этого опасного явления.

Если возникает сложность в проведении данных расчётов самостоятельно, то можно воспользоваться услугами профессиональных инженеров-электриков, которые проведут все необходимые вычисления.

Расчёт токов короткого замыкания и выбор электрооборудования по совету профессионалов позволит гарантировать бесперебойное и безопасное использование электрических сетей в частном доме или на производстве.

Категория: И.Л. Небрат «Расчеты токов короткого замыкания в сетях 0,4 кВ»

  • Расчет токов КЗ – трехфазных, двухфазных, однофазных в сети 0,4 кВ схемы, приведенной на рис. 7
  • Рис.8 Расчетная схема к примеру

Необходимо рассчитать токи КЗ в сети 0,4 кВ собственных нужд электростанции. Расчет выполняется для проверки отключающей способности автоматических выключателей, проверки кабельных линий на термическую стойкость, а также для выбора уставок токовых катушек автоматических выключателей и проверки их чувствительности.

  1.        С этой целью выполняются расчеты металлических и дуговых КЗ трехфазных, двухфазных и однофазных.
  2.    Расчетная схема представлена на рис.7
  3.        Расчет выполняется в именованных единицах, сопротивления расчетной схемы приводятся к напряжению 0,4 кВ и выражаются в миллиомах. Параметры элементов расчетной схемы приводятся в таблицах Приложения 1
  4.        Расчеты выполняются в соответствии с методикой рекомендованной ГОСТ 28249-93 на расчеты токов КЗ в сетях напряжением до 1 кВ.
  5.        Короткие замыкания рассчитываются на шинах 0,4 кВ РУ (точка К1) и на вторичной силовой сборке за кабелем КЛ1 (точка К2).

В данном примере расчеты дуговых КЗ выполняются с использованием снижающего коэффициента КС , поэтому переходные сопротивления контактов, контактных соединений кабелей и шинопроводов в расчетных выражениях для определения суммарного активного сопротивления R∑ не учитываются, эти сопротивления учтены при построении характеристик зависимости коэффициента Кс от полного суммарного сопротивления до места К3, Кс = ∫(Z∑), полученных экспериментальным путем. Характеристики Кс = ∫(Z∑) приведены на рис. 6.

Система

Sк=100мВ•А, UН ВН=6,3 кВ.

Трансформатор

  • ТС3-1000/6,0, схема соединения обмоток ∆/Y0
  • Sк=1000 кВ•А, UН ВН=0,4 кВ,
  • Uк=8%.
  • Сопротивления трансформатора, приведены к UН ВН=0,4 кВ, определяются по таблице 1 Приложения 1:
  • R1=R2=R0=1.9 мОм,

X1=X2=X0=12.65 мОм.

  1. Шинопровод III 1
  2. IIIМА-4-1600, длина 15м.
  3. Удельное параметры шинопровода по данным таблицы II Приложения1
  4. R1 уд=0,03 мОм/м
  5. прямая последовательность
  6. X1 уд =0,014мОм/м
  7. R0 уд=0,037 мОм/м
  8. нулевая последовательность
  9. X0 уд =0,042мОм/м
  • Удельные параметры трансформатора тока по данным таблицы 14 Приложения1:
  • Ктт=150/5,
  • R1=R0=0,33 мОм,
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Пресс гидравлический своими руками: универсальный инструмент из домкрата

X1=X0=0.3 мОм.

Кабельная линия КЛ1

  1. АВВГ- (3*185 1*70),
  2.    =100м.
  3. Удельные параметры кабеля по данным таблицы 7 Приложения 1:
  4. R1 уд=0,208 мОм/м
  5. прямая последовательность
  6. X1 уд =0,063мОм/м
  7. R0 уд=0,989 мОм/м
  8. нулевая последовательность
  9. X0 уд =0,244мОм/м
  • Тип “Электрон” , IН =1000А.
  • Из таблицы 13 Приложения 1 определяем сопротивления катушек АВ1:
  • Rкв= 0,25 мОм,
  • Хкв= 0,1 мОм.
  1. Тип А3794С, Iн= 400А.
  2. Из таблицы 13 Приложения 1 определяем сопротивления катушек АВ2:
  3. Rкв= 0,65 мОм,
  4. Хкв= 0,17 мОм.

Все сопротивления расчетной схемы приводятся к Uбаз= 0,4 кВ.

Система

  • Сопротивление системы учитывается индуктивным сопротивлением в схеме замещения прямой последовательности. По формуле (3)
  • Трансформатор

R1Т= R2Т= R0Т=1,9 мОм,

X1Т= X2Т= X0Т=12,65 мОм.

Шинопровод III 1

  1. Сопротивление шинопровода III 1 определяем по известным удельным сопротивлениям шинопровода и его длине:
  2. R1Ш= R2Ш= 0,03•15=0,45 мОм;
  3. X1Ш= X2Ш= 0,014•15=0,21 мОм;
  4. R0Ш= 0,037•15=0,555 мОм;
  5. X0Ш= 0,042•15=0,63 мОм.

Кабельная линия КЛ1

  • Сопротивление кабельной линии КЛ1 определяется по известным удельным сопротивлениям кабеля и его длине:
  • R1кл= R2кл= 0,208•100=20,8 мОм;
  • X1кл= X2кл= 0,063•100=6,3 мОм;
  • R0кл= 0,989•100=98,9 мОм;
  • X0кл= 0,244•100=24,4 мОм.

Схема замещения прямой ( обратной ) последовательности представлена на рис. 9, схема замещения нулевой последовательности – на рис. 10.

  1. Рис. 10 Схема замещения нулевой последовательности к примеру
  2. Расчет токов короткого замыкания для точки К1
  3.    Трехфазное КЗ.
  4.    Ток металлического трехфазного КЗ определяется по формуле:
  •    По схеме замещения прямой последовательности суммарные сопротивления R1S и X1S определяем арифметическим суммированием сопротивлений до точки КЗ.
  •                          R1S = 0,33 1,9 0,45 0,25 = 2,93 мОм
  •                          X1S = 1,6 0,3 12,65 0,21 0,1 = 14,86 мОм
  • Полное суммарное сопротивление до точки К1 :
  • Ток короткого замыкания: как рассчитать, таблица мОм
  •    Ток трехфазного металлического КЗ :
  • Ток короткого замыкания: как рассчитать, таблица кА

   Ток трехфазного дугового КЗ определяется с использованием снижающего коэффициента КС . Кривые зависимости коэффициента КС от суммарного сопротивления до места КЗ, приведены на рисунке 6, построены для начального момента КЗ (кривая 1) и установившегося КЗ (кривая 2).

   Расчеты показывают, что разница токов дуговых КЗ для разных моментов времени незначительна, примерно составляет 10%.

Поэтому можно рекомендовать для практических расчетов дуговых КЗ определять ток по минимальному снижающему коэффициенту КС2 (кривая 2), полагая, что ток в процессе дугового КЗ практически не изменяется.

В данном примере расчет дуговых КЗ производится с использованием обеих характеристик, т.е. определяются и КС1 и КС2

1.     Определяются значения снижающего коэффициента для начального момента КЗ (КС2) по кривым 1 и 2 рис.6.

  1. При мОм       КС1 = 0,67   КС2 = 0,58
  2. 2.     Ток трехфазного дугового КЗ определяется по формуле :
  3.                              = 15,27 × 0,67 = 10,23 кА       tКЗ » 0
  4. = 15,27 × 0,58 = 8,86 кА         tКЗ {amp}gt; 0,05 с.
  5.    Ударный ток КЗ определяется по формуле :
  6.    Ударный коэффициент КУ определяется по характеристике, приведенной на рисунке 5.
  7. Находим отношение                 Ток короткого замыкания: как рассчитать, таблица
  8. Этому отношению соответствует КУ = 1,6
  9. Определяем                           кА

   Двухфазное КЗ

  •    Ток металлического двухфазного КЗ определяется по формуле :
  •    Полное суммарное сопротивление до точки К1 при двухфазном КЗ определяется по формуле :
  • мОм
  •    Определяем ток двухфазного металлического КЗ
  • кА
  • проверяем                           кА
  •    Расчет дугового двухфазного КЗ :
  •    Определяем коэффициенты КС1 и КС2.
  • для мОм       КС1 = 0,68, а   КС2 = 0,6
  •    Определяем токи двухфазного дугового КЗ
  •                                         tКЗ » 0
  •      tКЗ{amp}gt; 0,05 с.

Однофазное К3

  1. Ток металлического однофазного К3 IКм(1) определяется по формуле IКм(1) =
  2. Полное суммарное сопротивление цепи до точки К1 при однофазном К3 определяем по формуле
  3. ;

Предварительно определяем суммарные активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности до точки К1 из схемы замещения на рис.10.

  • R0∑=1,9 0,555 0,25=2,7 мОм
  •    X0∑=12,65 0,63 0,1=13,38 мОм
  • Определяем полное сумарное сопротивление цепи для однофазного К3
  • мОм
  • Определяем ток однофазного металлического К3
  • кА
  • Расчет дугового однофазного К3:
  • Определяем коэффициенты Кс1 и Кс2.
  • Для =14,65 мОм   Кс1=0,66 , а Кс2=0,58.
  • Определяем токи однофазного дугового К3
  • =15,66•0,66=10,33 кА   tкз ≈0
  • =15,66•0,58=9,1 кА   tкз{amp}gt;0,05 с
  • Расчет токов короткого замыкания для точки К2.
Оцените статью
MALIVICE.RU
Adblock
detector