Меню

Что такое ток isc

Короткое замыкание

Что такое короткое замыкание

Короткое замыкание (КЗ, англ. short curcuit) — незапланированное соединение точек цепи с различными потенциалами друг с другом или с другими электрическими цепями через пренебрежимо малое сопротивление. При этом образуется сверхток, значения которого на порядки превышают предусмотренные нормальными условиями работы.

Определение КЗ из “Элементарного учебника физики” Ландсберга

короткое замыкание определение

В результате короткого замыкания выходит из строя электрооборудование, происходят возгорания. О самых разрушительных последствиях коротких замыканий мы регулярно узнаем из новостных рубрик «Чрезвычайные происшествия». Что же именно происходит при КЗ? В результате чего они появляются? Какими могут быть последствия? Давайте рассмотрим подробнее эти и другие вопросы в приведенной ниже статье.

Как образуется короткое замыкание

Как мы помним из учебника физики за 8 класс, закон Ома для участка цепи определяется по формуле:

закон Ома формула

I – сила тока в цепи, А

U – напряжение, В

R – сопротивление, Ом

Давайте рассмотрим вот такую схему

Короткое замыкание

Если мы подключим настольную лампу EL к источнику тока Bat и замкнем ключ SA, то вольфрамовая нить лампы начнет разогреваться под тепловым воздействием тока. В этом случае значительная часть электрической энергии преобразуется в световую и тепловую.

А теперь покончим с лирическими отступлениями и замкнем два провода, которые идут на лампочку, через толстый провод AВ

Короткое замыкание

Что будет дальше, если мы замкнем контакты ключа SA?

короткое замыкание

В результате ток пойдет по укороченному пути, минуя нагрузку. Короткий путь в данном случае и есть провод AB. Сопротивление провода АВ близко к нулю. В результате наша схема преобразуется в делитель тока. Согласно правилу делителя тока, если нагрузки соединены параллельно, то через нагрузку с меньшим сопротивлением побежит большая сила тока, а через нагрузку с большим значением сопротивления – меньшая сила тока. Так как провод АВ обладает почти нулевым сопротивлением, то через него потечет большая сила тока, согласно опять же закону Ома:

Короткое замыкание

Как я уже сказал, в режиме КЗ сила тока достигает критических значений, превышающих допустимые для данной цепи.

Закон Джоуля-Ленца

Согласно закону Джоуля-Ленца, тепловое действие тока прямо пропорционально квадрату силы тока на данном участке электрической цепи

закон джоуля ленца формула

Q – это количество теплоты, которое выделяется на сопротивлении нагрузки Rн . Выражается в Джоулях. 1 Джоуль = 1 Ватт х секунда.

I – сила тока в этой цепи, А

Rн – сопротивление нагрузки, Ом

t – период времени, в течение которого происходит выделение теплоты на нагрузке Rн , секунды

Это означает, что на проводе AB будет выделяться бешеное количество теплоты. Провод резко нагреется от температуры, а потом и сгорит. Все зависит от мощности источника питания.

То есть, если ток при коротком замыкании возрастет в 20 раз, то количество выделяющейся при этом теплоты — примерно в 400 раз! Вот почему бывшая еще мгновение назад мирной электроэнергия превращается в настоящее стихийное бедствие: горит проводка, расплавленный металл проводов поджигает находящиеся рядом предметы, возникают пожары.

Существуют еще запланированные и контролируемые КЗ, а также специальное замыкающее оборудование. Например, сварочные аппараты работают как раз на контролируемом КЗ, где требуется большая сила тока для плавки металла.

короткое замыкание сварочный ток

Основные причины короткого замыкания

Все многообразие причин возникновения коротких замыканий можно свести к следующим:

  • Нарушение изоляции
  • Внешние воздействия
  • Перегрузка сети

Нарушение изоляции вызывается как естественным износом, так и внешним вмешательством. Естественное старение элементов электросети ускоряется за счет длительного теплового воздействия тока (тепловое старение изоляции), агрессивных химических сред.

Внешние воздействия могут быть вызваны грызунами, насекомыми и другими животными. Сюда же относится и человеческий фактор. Это может быть “кривой” электромонтаж, либо несоблюдение техники электробезопасности.

Намного чаще короткое замыкание вызывается перегрузкой сети из-за подключения большого количества потребителей тока. Так, если совокупная мощность одновременно включенных в бытовую сеть электроприборов превышает допустимую нагрузку на проводку, с большой вероятностью произойдет короткое замыкание, так как сила тока в такой цепи начинает превышать допустимое значение. Такое явление можно часто наблюдать в домах со старой проводкой, где провода чаще всего алюминиевые и не рассчитаны на современные мощные электроприборы.

Ток короткого замыкания

Сверхток, образующийся в результате КЗ, называется током короткого замыкания. Как только произошло короткое замыкание в цепи, ток короткого замыкания достигает максимальных значений. После того, как провода начнут греться и плавиться, ток короткого замыкания идет на спад, так как сопротивление проводов в при нагреве возрастает.

Для источников ЭДС ток короткого замыкания может быть вычислен по формуле

ток короткого замыкания

Iкз – это ток короткого замыкания, А

E – ЭДС источника питания, В

Rвнутр. – внутреннее сопротивление источника ЭДС, Ом

Более подробно про ЭДС и внутреннее сопротивление читайте здесь.

Ниже на рисунке как раз изображен такой источник ЭДС в виде автомобильного аккумулятора с замкнутыми клеммами

короткое замыкание источник ЭДС

Внутреннее сопротивление автомобильного аккумулятора может достигать значений в доли Ома. Теперь представьте, какой ток короткого замыкания будет течь через проводник, если закоротить им клеммы аккумулятора. Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от многих факторов. Возьмем среднее значение Rвнутр = 0,1 Ом. Тогда ток короткого замыкания будет равен Iкз =E/Rвнутр. = 12/0,1=120 Ампер. Это очень большое значение.

Виды коротких замыканий

В цепи постоянного тока

В этом случае КЗ бывает, как правило, между напряжением питания, которое чаще всего обозначается как “+”, и общим проводом схемы, который соединяют с “-“. Последствия такого КЗ зависят от мощности источника питания постоянного тока. Если в автомобиле голый плюсовой провод заденет корпус автомобиля, который соединяется с “минусом” аккумулятора, то провода начнут плавится и гореть как спички, при условии если не сработает предохранитель, либо вместо него уже стоит “жучок” – самопальный предохранитель. Ниже на фото вы можете увидеть результат такого КЗ.

короткое замыкание сгорел автомобиль

В цепи переменного тока

Трехфазное замыкание

короткое замыкание трехфазное

Это когда три фазных провода коротнули между собой.

Трехфазное на землю

короткое замыкание на землю

Здесь все три фазы соединены между собой, да еще и замкнуты на землю

Двухфазное

короткое замыкание двухфазное

В этом случае любые две фазы замкнуты между собой

Двухфазное на землю

короткое замыкание двухфазное на землю

Любые две фазы замкнуты между собой, да еще и замкнуты на землю

Однофазное на землю

короткое замыкание однофазное на землю

Однофазное на ноль

короткое замыкание фаза ноль

Эти две ситуации чаще всего бывают в ваших квартирах и домах, так как к простым потребителям идет два провода: фаза и ноль.

В трехфазных сетях наиболее часто происходит однофазное замыкание на землю – 60-70% всех коротких замыканий. Двухфазные КЗ составляют 20-25%. Двойное замыкание фаз на землю происходит в электросетях с изолированной нейтралью и составляет 10-15% всех случаев. До 3-5% занимают трехфазные КЗ, при которых происходит нарушение изоляции между всеми тремя фазами.

В электрических двигателях короткое замыкание чаще всего возникает между обмотками двигателя и его корпусом.

Последствия короткого замыкания

Во время КЗ температура в зоне контакта возрастает до нескольких тысяч градусов. Помимо воспламенения изоляции, расплавления и механических повреждений выключателей и розеток и возгорания проводки, следствием замыкания может стать выход из строя компьютерного и телекоммуникационного оборудования и линий связи, которые находятся рядом, вследствие сильного электромагнитного воздействия.

Но падение напряжения и выход из строя оборудования — не самое опасное последствие. Нередко короткие замыкания становятся причиной разрушительных пожаров, зачастую с человеческими жертвами и огромными экономическими потерями.

Из-за удаленности и большого сопротивления до места замыкания защитное оборудование может не сработать. Бывают ситуации, когда ток недостаточен для срабатывания защиты и отключения напряжения, но в месте КЗ его вполне хватает для расплавления проводов и возникновения источников возгорания. Поэтому, токи коротких замыканий очень важны для расчетов аварийных режимов работы.

последствия короткого замыкания

Меры, исключающие короткое замыкание

Еще на заре развития электротехники появились плавкие предохранители. Принцип действия подобной защиты очень прост: под влиянием теплового действия тока предохранитель разрушается, тем самым размыкая цепь. Предохранители наиболее часто используются в бытовых электросетях и бытовых электроприборах, электрическом оборудовании транспортных средств и промышленном электрооборудовании до 1000 В. Встречаются они и в цепях с высоковольтным оборудованием.

Вот такие предохранители используются в цепях с малыми токами

стеклянный предохранитель

вот такие плавкие предохранители вы можете увидеть в автомобилях

Читайте также:  Что такое электрический ток эдс потенциал падение напряжения

автомобильный предохранитель

А вот эти большие предохранители используются в промышленности, и они уже рассчитаны на очень большие значения токов

промышленный плавкий предохранитель

Более сложную конструкцию имеют автоматические выключатели, оснащенные электромагнитными и/или тепловыми датчиками. Ниже на фото однофазный автоматический выключатель, а справа – трехфазный

однофазный автомат трехфазный автомат

Их принцип действия основан на размыкании цепи при превышении допустимых значений силы тока.

В быту мы чаще всего сталкиваемся со следующими устройствами защиты электросети:

  • Плавкие предохранители (применяются в том числе в бытовых электроприборах).
  • Автоматические выключатели.
  • Стабилизаторы напряжения.
  • Устройства дифференциального тока.

Все вышеперечисленное защитное оборудование относится к устройствам вторичной защиты, действующим по инерционному принципу. На вводе бытовых электросетей наиболее часто устанавливаются автоматические защитные устройства, действующие по адаптивному принципу. Такие устройства можно увидеть возле счетчиков электроэнергии квартир, коттеджей, офисов.

В высоковольтных сетях защита чаще обеспечивается:

  • Устройствами релейной защиты и другим отключающим оборудованием.
  • Понижающими трансформаторами.
  • Распараллеливанием цепей.
  • Токоограничивающими реакторами.

Большинства коротких замыканий можно избежать, если устранить основные причины их возникновения: своевременно ремонтировать или заменять изношенное оборудование, исключить вредные воздействия человека. Не допускать неправильных действий при монтажных и ремонтных работах, соблюдать СНИПы и правила техники безопасности.

Источник

Ток трехфазного короткого замыкания (Isc) в любой точке установки низкого напряжения

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Содержание

В трехфазной установке ток Isc в любой точке рассчитывается как:

где:
U20 — межфазное напряжение холостого хода вторичных обмоток питающего трансформатора(ов);
ZT — полное сопротивление на фазу в цепи, расположенной выше от точки повреждения (Ом).

Метод вычисления ZT

Каждый компонент установки (высоковольтная сеть, трансформатор, кабель, автоматический выключатель, сборные шины) характеризуется своим полным сопротивлением Z, которое состоит из активного сопротивления (R) и индуктивного реактивного сопротивления (Х). Следует заметить, что емкостные сопротивления не важны при расчете тока КЗ.

Параметры R, X и Z выражаются в Омах и представлены сторонами прямоугольного треугольника, как показано на схеме полного сопротивления на рис. G33.

Метод состоит в разделении сети на удобные участки и вычислении значений R и Х для каждого из них.

Когда участки соединяются в цепь последовательно, все элементы активного сопротивления в участках складываются арифметически, так же как и реактивные сопротивления, и дают значения RT и ХТ. Полное сопротивление (Z) для объединенных участков затем рассчитывается по формуле:

Любые два участка сети, соединенные параллельно, можно, если они оба являются преимущественно резистивными (или индуктивными), объединить и получить одно эквивалентное сопротивление (или реактивное сопротивление), как показано ниже:
Пусть R1 и R2 – это два сопротивления, соединенные в параллель, тогда эквивалентное сопротивление R3 находится по формуле:

для реактивного сопротивления:

Необходимо отметить, что вычисление X3 относится только к отдельной цепи, без влияния взаимной индуктивности. Если параллельные цепи расположены близко к друг другу, значение X3 будет заметно выше.

Рис G33.jpg

Рис. G33: Схема полного сопротивления

Определение полного сопротивления каждого компонента высоковольтной сети

  • Сеть, к которой подключен ввод от понижающего трансформатора (см. рис. G34)

Значение трехфазного тока КЗ (Isc) в кА или мощности (Psc) МВА [1] дается поставщиком энергии,отсюда можно вычислить эквивалентное полное сопротивление.

Psc Uo (B) Ra (мОм) Xa (мОм)
250 MВA 420 0,07 0,7
500 MВA 420 0,035 0,351

Рис. G34: Полное сопротивление высоковольтной сети, приведенное к стороне НН понижающего трансформатора

Формула, которая позволяет вычислить это значение и одновременно приводит полное сопротивление к его эквиваленту на стороне низкого напряжения:

где:
Zs — полное сопротивление высоковольтной сети, выраженное в миллиомах;
Uo — межфазное напряжение холостого хода низковольтной цепи, выраженное в вольтах;
Psc — мощность трехфазного КЗ, выраженная в кВA.

Сопротивление питающей высоковольтной сети Ra обычно мало по сравнению с соответствующим сопротивлением Ха, поэтому можно принять Ха равным Za. Если нужны более точные вычисления, можно принять, что Ха равно 0,995 Za, и Ra равно 0,1 Ха.

На рис. G36 даны значения для Ra и Xa, соответствующие наиболее распространенным значениям мощностей КЗ для высокого напряжения [2] в распределительных сетях питания, а именно, 250 и 500 MВA.

  • Трансформаторы (см. рис. G35)

Полное сопротивление Ztr трансформатора, со стороны низкого напряжения, находится по формуле:

где:
U20 — межфазное напряжение холостого хода вторичной обмотки, выраженное в вольтах;
Pn — номинальная мощность трансформатора в кВА;
Usс — напряжение короткого замыкания трансформатора, выраженное в %;

Сопротивление обмоток трансформатора Rtr можно затем вычислить из общих потерь следующим образом:

где:
Pcu — номинальные потери КЗ трансформатора в ваттах;
In — номинальный ток полной нагрузки в амперах;
Rtr — сопротивление одной фазы трансформатора в миллиомах (в это значение включены низковольтная и соответствующая высоковольтная обмотки одной фазы).

При приблизительных вычислениях значением Rtr можно пренебречь, так как X ≈ Z в стандартных распределительных трансформаторах.

Номинальная мощность(кВА) Масляный трансформатор Сухой трансформатор с литой изоляцией
Usc (%) Rtr (мОм) Xtr (мОм) Ztr (мОм) Usc (%) Rtr (мОм) Xtr (мОм) Ztr (мОм)
100 4 37,9 59,5 70,6 6 37,0 99,1 105,8
160 4 16,2 41,0 44,1 6 18,6 63,5 66,2
200 4 11,9 33,2 35,3 6 14,1 51,0 52,9
250 4 9,2 26,7 28,2 6 10,7 41,0 42,3
315 4 6,2 21,5 22,4 6 8,0 32,6 33,6
400 4 5,1 16,9 17,6 6 6,1 25,8 26,5
500 4 3,8 13,6 14,1 6 4,6 20,7 21,2
630 4 2,9 10,8 11,2 6 3,5 16,4 16,8
800 6 2,9 12,9 13,2 6 2,6 13,0 13,2
1,000 6 2,3 10,3 10,6 6 1,9 10,4 10,6
1,250 6 1,8 8,3 8,5 6 1,5 8,3 8,5
1,600 6 1,4 6,5 6,6 6 1,1 6,5 6,6
2,000 6 1,1 5,2 5,3 6 0,9 5,2 5,3

Рис. G35: Значения активного, реактивного и полного сопротивлений для типовых распределительных трансформаторов с напряжением высоковольтных обмоток
≤ 20 кВ, приведенные к 400 В

  • Автоматические выключатели

В низковольтных цепях необходимо учитывать полное сопротивление выключателей цепи, расположенных выше точки КЗ. Значение реактивного сопротивления условно принимается равным 0,15 мОм на автоматический выключатель, тогда как активным сопротивлением можно пренебречь.

  • Сборные шины

Активное сопротивление сборных шин обычно ничтожно, и, практически, все полное сопротивление является реактивным и составляет приблизительно 0,15 мОм/м [3] длины низковольтных сборных шин (удвоение расстояния между шинами увеличивает реактивное сопротивление только примерно на 10%).

  • Провода цепи

Сопротивление провода находится по формуле:

где:
ρ — удельное сопротивление материала провода при нормальной рабочей температуре:
— 22,5 мОм х мм 2 /м для меди;
— 36 мОм х мм 2 /м для алюминия;
— L — длина провода в м;
— S — сечение провода в мм 2 .

Значения реактивного сопротивления кабелей можно получить у производителей. Для кабеля сечением менее 50 мм 2 значением реактивного сопротивления можно пренебречь. В отсутствие другой информации, можно использовать значение 0,08 мОм/м (для сетей с частотой 50 Гц) или 0,096 мОм/м (для сетей 60 Гц). В случае готовых шинопроводов и подобных кабелепроводов в сборке обратитесь за данными к производителю.

  • Двигатели

В момент короткого замыкания работающий двигатель будет действовать (в течение короткого времени) как генератор и подавать ток в место повреждения.

В общем случае, этим некоторым увеличением тока КЗ можно пренебречь. Однако, для более точных вычислений, обычно в случае больших двигателей и/или большого числа небольших, общее увеличение тока можно оценить из формулы:

Iscm = 3,5 In от каждого двигателя, то есть 3,5m ln для m похожих двигателей, работающих одновременно. Двигатели, принимаемые во внимание, должны быть только трехфазными; вклад однофазных двигателей в увеличение тока является очень малым.

  • Сопротивление дуги в месте повреждения

Короткие замыкания обычно образуют дугу, которая имеет сопротивление. Сопротивление не является стабильным, и его среднее значение низкое, но при низком напряжении это сопротивление является достаточным, чтобы в некоторой степени снизить ток повреждения. Практика показывает, что можно ожидать снижения тока порядка 20%. Это явление эффективно облегчает работу автоматического выключателя по отключению цепи, но не оказывает никакого влияния на его ток включения.

Рис G36.jpg

Rtr часто можно пренебречь в сравнении
Xtr для трансформаторов > 100 кВА

[4] ρ = удельное сопротивление рабочего провода при нормальной температуре:

  • ρ = 22,5 мОм х мм 2 /м для меди;
  • ρ = 36 мОм х мм 2 /м для алюминия.
Читайте также:  Особенности переменного тока с индуктивным сопротивлением

[5] Если имеются несколько проводов на фазу, подключенных параллельно, то разделите сопротивление одного провода на количество проводов. Значение реактивного сопротивления остается практически неизмененным.

U20: межфазное напряжение холостого хода вторичной обмотки понижающего трансформатора (В).
Psc: мощность трехфазного короткого замыкания на высоковольтных вводах понижающих трансформаторов (кВА).
Pcu: общие потери трехфазной мощности в понижающих трансформаторах (Вт).
Pn: номинальная мощность понижающего трансформатора (кВА).
Usc: напряжение короткого замыкания понижающего трансформатора (%).
Rт: общее активное сопротивление, Xт: общее реактивное сопротивление.

Рис. G36: Сводная таблица полных сопротивлений для различных частей цепи КЗ

Рис G37.jpg

Рис. G37: Пример вычисления тока КЗ для низковольтной установки, питаемой напряжением 400 В (номинальное значение) от понижающего трансформатора мощностью 1000 кВА

Примечания

[1] Мощность КЗ в MВA = EL x Isc где:

  • EL = межфазное номинальное напряжение сети, выраженное в кВ (среднее квадратичное значение);
  • Isc = ток трехфазного КЗ, выраженный в кA (среднее квадратичное значение).

[3] Сети 50 Гц, но 0,18 мОм/м при частоте 60 Гц.zh:低压装置中任意点的三相短路电流 (Isc)

Источник



Что такое ток isc

информация о пошагово управляемом положении

[ГОСТ Р 54325-2011 (IEC/TS 61850-2:2003)]]

Тематики

  • integer step controlled position information
  • ISC

международный коммутационный центр

[Л.Г.Суменко. Англо-русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.]

Тематики

  • информационные технологии в целом
  • international switching centre
  • ISC

Тематики

  • электросвязь, основные понятия
  • international switching centre
  • ISC

межсистемная связь

[Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо-русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993]

Тематики

  • информационные технологии в целом
  • intersystem communication
  • ISC

ток короткого замыкания
Сверхток, появляющийся в результате короткого замыкания, вызываемого повреждением или неправильным соединением в электрической цепи.
МЭК 60050(441-11-07)
[ГОСТ Р 50030.1-2000 (МЭК 60947-1-99)]

ток короткого замыкания
Сверхток, обусловленный замыканием с ничтожно малым полным сопротивлением между точками, которые в нормальных условиях эксплуатации должны иметь различный потенциал.
Примечание — Ток короткого замыкания может явиться результатом повреждения или неправильного соединения
(МЭС 441—11—07)
[ГОСТ Р 50345-99 (МЭК 60898-95)]

ток короткого замыкания
Электрический ток в данной короткозамкнутой цепи.
[ГОСТ Р МЭК 60050-195-2005]

ток короткого замыкания (Ic)
Сверхток, появляющийся в результате короткого замыкания, вследствие повреждения или неправильного соединения в электрической цепи
[ГОСТ Р 51321.1-2000 (МЭК 60439-1-92)]

ток короткого замыкания
Электрический ток при данном коротком замыкании.
[ГОСТ Р МЭК 60050-826-2009]

ток короткого замыкания
Сверхток, возникающий в результате короткого замыкания из-за дефекта или неправильного подключения в электрической цепи.
[ГОСТ Р МЭК 60204-1-2007]

EN

short-circuit current
an over-current resulting from a short circuit due to a fault or an incorrect connection in an electric circuit
[IEV number 441-11-07]

short-circuit current
electric current in a given short-circuit
Source: 603-02-28 MOD
[IEV number 195-05-18]
[IEV number 826-11-16]

FR

courant de court-circuit
surintensité résultant d’un court-circuit dû un défaut ou à un branchement incorrect dans un circuit électrique
[IEV number 441-11-07

courant de court-circuit
courant électrique dans un court-circuit déterminé
Source: 603-02-28 MOD
[IEV number 195-05-18]
[IEV number 826-11-16]

0636_1

Рис. 7 (Рис. ABB)
Контур тока короткого замыкания при замыкании на землю в системе ТТ
1 — Вторичная обмотка трансформатора;
2 — Линейный проводник;
3 — Сопротивление в месте замыкания;
4 — Проводник защитного заземления;
5 — Зазеамляющий электрод электроустановки;
6 — Заземляющий электрод нейтрали вторичной обмотки тарнсформатора

Параллельные тексты EN-RU

An earth fault in a TT system originates the circuit represented in Figure 7.
The fault current flows through the secondary winding of the transformer, the line conductor, the fault resistance, the protective conductor, and the earth electrode resistances (RA, of the user’s plant, and RB, of the neutral).

[ABB]

Замыкание на землю в системе TT образует цепь, представленную на рисунке 7.
Ток короткого замыкания протекает через вторичную обмотку трансформатора, линейный проводник, сопротивление в месте замыкания, проводник защитного заземления, заземляющие электроды (RA электроустановки и RB нейтрали вторичной обмотки трансформатора).

[Перевод Интент]

Источник

Руководство по устройству электроустановок — Ток короткого замыкания

Содержание материала

Знание значений симметричных токов 3-фазного КЗ (Isc) в различных точках установки является необходимым для проектирования установки.
Знание величин симметричных токов 3-фазного КЗ (Isc) в стратегических точках установки необходимо, чтобы рассчитать параметры распределительного устройства (номинальный ток КЗ); кабелей (номинальный ток термической стойкости); защитных устройств (уставки селективной защиты) и т.д.
В следующих примерах будет рассмотрен 3-фазный ток КЗ нулевого сопротивления (так называемый ток КЗ болтового соединения), подаваемый через типовой понижающий распределительный трансформатор.
За исключением очень необычных обстоятельств, этот тип повреждения является наиболее серьезным, и очень простым для вычисления.
Токи КЗ, в цепи, питаемой от генератора переменного тока, а также в цепях постоянного тока, рассматриваются в главе М.
Самые простые вычисления и практические правила, которым нужно следовать, дают результаты достаточной точности, которые в большинстве случаев подходят для целей расчета установки.
4.1 Ток КЗ на зажимах вторичной обмотки понижающего распределительного трансформатора
В случае одного трансформатора
В качестве первого приближения сопротивление высоковольтной цепи принимается
пренебрежительно малым, поэтому:и:
P = номинальная мощность в ^A трансформатора
U2n = межфазное напряжение холостого хода вторичной обмотки
In = номинальный ток в амперах
Isc = ток КЗ в амперах
= напряжение короткого замыкания трансформатора в %. Типовые значения для распределительных трансформаторов даны на Рис. G32.

трансформатора в кВЛ

с изоляцией из литьевой смолы

Рис. G3.: Типовые значения Uso для различных номиналов кВ трансформаторов с напряжением высоковольтной обмотки У 20 кВ
■ Пример
Случай нескольких трансформаторов, параллельно питающих шину
Величину тока КЗ в начале линии, отходящей от сборных шин (см. Рис. G34), можно оценить как сумму токов Isc, вычисленных отдельно для каждого трансформатора. Предполагается, что все трансформаторы питаются от одной высоковольтной сети, в этом случае значения, полученные из Рис. G34, при сложении дадут немного большее значение тока КЗ, чем то, которое будет на самом деле.
Другие факторы, которые не были приняты во внимание, это сопротивление сборных шин и автоматических выключателей.
Трансформатор 400 кВА, 420 В, при отсутствии нагрузки: Usc = 4%


Рис. G3 : Случай нескольких трансформаторов, работающих параллельно
Однако, полученное значение тока КЗ является достаточно точным для целей расчета электроустановки. Выбор автоматических выключателей и встроенных устройств, защищающих от тока КЗ, описан в главе Н, подраздел 4.4.
4.2 Ток 3-фазного короткого замыкания (Isc) в любой точке установки низкого напряжения
В 3-фазной установке ток Isc в любой точке находится как: где
U20 = межфазное напряжение холостого хода вторичных обмоток питающего трансформатора(ов).
ZT = полное сопротивление на фазу в цепи, расположенной выше от точки повреждения ( Ом) Метод вычисления ZT
Каждый компонент установки (высоковольтная сеть, трансформатор, кабель, автоматический выключатель, сборная шина и т.д..) характеризуется своим полным сопротивлением Z, которое состоит из активного сопротивления (R) и индуктивного реактивного сопротивления (Х). Можно заметить, что емкостные сопротивления не важны при расчете тока КЗ. Параметры R,X и Z выражаются в Омах, и представлены сторонами прямоугольного треугольника, как показано на схеме полного сопротивления на Рис. G35. Метод состоит в разделении сети на удобные участки и вычислении значений R и Х для каждого из них.

Когда участки соединяются в цепь последовательно, все элементы сопротивления в участках складываются арифметически, так же как и реактивные сопротивления, и дают значения RT и ХТ. Полное сопротивление (Z) для объединенных участков затем рассчитывается по формуле:

Любые два участка сети, соединенные параллельно, можно, если они оба являются преимущественно резистивными (или индуктивными), объединить и получить одно эквивалентное сопротивление (или реактивное сопротивление), как показано ниже: Пусть R1 и R2 — это два сопротивления, соединенные в параллель, тогда эквивалентное сопротивление R3 находится по формуле:
или, для реактивного сопротивления
Необходимо отметить, что вычисление X3 относится только к отдельной цепи, без влияния взаимной индуктивности. Если параллельные цепи расположены близко к друг другу, значение Хз будет заметно выше.
Определение полного сопротивления каждого компонента высоковольтной сети

■ Сеть, к которой подключен вход понижающего трансформаторов (См. Рис. G36) Значение 3-фазного тока КЗ (Isc) в кА или мощности (Psc) МВА дается поставщиком энергии, отсюда можно вычислить эквивалентное полное сопротивление.

Читайте также:  Законы для пос тока

Рис. G3t: Посное сопротивление высоковольтной сети относительно низковольтных выходов понижающего трансформатора

Формула, которая позволяет вычислить это значение и одновременно приводит полное сопротивление к его эквиваленту на стороне низкого напряжения, следующая:
где
Zs = полное сопротивление высоковольтной сети, выраженный в милли-омах
Uo = межфазное напряжение холостого хода низковольтной цепи, выраженное в вольтах
Psc = мощность 3-фазного КЗ, выраженная в кВА

Рис. 631: Схема полного сопротивления

Ток КЗ в МВА: v3 ELIsc где:

  1. El = межфазное номинальное напряжение сети, выраженное в кВ (ср.квадр.)
  2. Isc = ток 3-фазного КЗ, выраженный в кА (ср.квадр.).

Сопротивление входящей высоковольтной сети Ra обычно ничтожно по сравнению с соответствующим сопротивлением Ха, значение которого в омах берется для величины Za. Если нужны более точные вычисления, можно принять, что Ха равно 0,995 Za и Ra равно 0,1 Ха. На Рис. G36 даны значения для Ra и Xa, соответствующие наиболее распространенным значениям мощностей КЗ для высокого напряжения11) в распределительных сетях питания, а именно, 250 МВА и 500 МВА.


■ Трансформаторы (см *рис. G! )
Полное сопротивление Ztr трансформатора, со стороны низкого напряжения, находится по формуле:
где:
U20 = межфазное напряжение холостого хода вторичной обмотки, выраженное в вольтах; Pn = номинальная мощность трансформатора (в кВА);
= напряжение короткого замыкания трансформатора, выраженное в %; Сопротивление обмоток трансформатора Rtr можно затем вычислить из общих потерь следующим образом:
в милли-омах
где:
Pcu = общие потери мощности в ваттах;
In = номинальный ток полной нагрузки в амперах;
Rtr = сопротивление одной фазы трансформатора в милли-омах (в это значение включены низковольтная и соответствующая высоковольтная обмотки для одной фазы низкого напряжения).

При приблизительных вычислениях значением Rtr можно пренебречь, так как X = Z в стандартных распределительных трансформаторах. I Автоматические выключатели
В низковольтных цепях необходимо учитывать полное сопротивление выключателей цепи, расположенных выше точки КЗ. Значение реактивного сопротивления условно принимается равным 0,15 мОм на автоматический выключатель, тогда как активным сопротивлением можно пренебречь. I Сборные шины
Активное сопротивление сборных шин обычно ничтожно, и, практически, все полное сопротивление является реактивным и составляет приблизительно 0,15 мОм/метр(2) длины низковольтных сборных шин (удвоение расстояния между шинами увеличивает реактивное сопротивление только примерно на 10%).

Сухой трансформатор с изоляцией из литьевой смолы

Рис. G37: Значения активного сопротивления, реактивного и полного сопротивления для типовых распределительных трансформаторов 400 В с напряжением высоковольтных обмоток У 20 кВ

Значения реактивного сопротивления кабелей можно получить у производителей. Для кабеля сечением менее 50 мм2 значением реактивного сопротивления можно пренебречь. В отсутствие другой информации, можно использовать значение 0,08 мОм/ м (для сетей с частотой 50 Гц) или 0,096 мОм/ м (для сетей 60 Гц). В случае готовых шинопроводов и похожих кабелепроводов в сборке, обратитесь за данными к производителю.
Двигатели
В момент короткого замыкания, работающий двигатель будет действовать (в течение короткого времени) как генератор, и подавать ток в место повреждения.
В общем случае, этим некоторым увеличением тока КЗ можно пренебречь. Однако, для более точных вычислений, обычно в случае больших двигателей и/или большого числа небольших, общее увеличение тока можно оценить из формулы:
Iscm = З.5 In от каждого двигателя, то есть З.5т In для m похожих двигателей, работающих одновременно. Двигатели, принимаемые во внимание, должны быть только З-фазными, вклад однофазных двигателей в увеличение тока является ничтожным.
Сопротивление дуги в месте повреждения
Короткие замыкания обычно образуют дугу, которая имеет сопротивление. Сопротивление не является стабильным и его среднее значение низкое, но при низком напряжении это сопротивление является достаточным, чтобы в некоторой степени снизить ток повреждения. Практика показывает, что можно ожидать снижения тока порядка 20%. Это явление эффективно облегчает работу автоматического выключателя по отключению цепи, но не оказывает никакого влияния на его ток включения.

U20: Межфазное напряжение холостого хода вторичной обмотки понижающего трансформатора (в вольтах).
Psc: Мощность З-х фазного короткого замыкания КЗ на высоковольтных вводах понижающих трансформаторов (в кВА).
Pcu: Общие потери З-фазной мощности в понижающих трансформаторах (в ваттах).
Pn: Номинальная мощность понижающего трансформатора (в кВА).
Usc: Напряжение короткого замыкания понижающего трансформатора (в %).
RT : Общее сопротивление XT: Общее реактивное сопротивление
р = удельное сопротивление рабочего провода при нормальной температуре
р = 22.5 мОм х мм2/м для меди
р = З6 мОм х мм2/м для алюминия
Если имеется несколько проводов на фазу, подключенных параллельно, то разделите сопротивление одного провода на количество проводов. Значение реактивного сопротивления остается практически неизмененным.
Рис. G3t: Сводная таблица полных сопротивлений для различных частей системы подачи питания.
Сводная таблица (см. Рис. G38)

■ Пример вычисления тока КЗ (см. Рис. G39)

Рис. G3S: Пример вычисления тока КЗ для низковольтной установки, питаемой напряжением 400 В (номинальное значение) от понижающего трансформатора мощностью 1000 кВА
4.3 Ток Isc на приемном конце линии, в зависимости от Isc на подающем конце
Сеть, изображенная на Рис. G40, показывает типичный случай для применения таблицы на Рис. G41 на следующей странице, которая составлена «методом композиции» (описан в главе F, подраздел 6.2). Такие таблицы позволяют быстро получить достаточно точное значение тока КЗ в точке сети, зная:
Значение тока КЗ в точке, расположенной выше по сети от рассматриваемой точки;
Длину и состав цепи между точкой, в которой известно значение тока КЗ, и точкой, в которой его нужно определить.

Рис. G4 : Определение значения тока КЗ (^)на нижнем уровне, используя таблицу на Рис. G41
После этого достаточно выбрать автоматический выключатель, который имеет номинальное значение тока КЗ, ближайшее (с большей стороны) к значению, указанному в таблице. Если нужны более точные значения, то можно сделать подробный расчет (см. подраздел 4.2) или использовать программный пакет, например Ecodial. Более того, в таком случае рекомендуется рассмотреть возможность использования каскадной технологии, при которой установка
токоограничивающего автоматического выключателя на верхнем уровне цепи позволит всем автоматическим выключателям, установленным ниже по цепи, иметь номинальный ток КЗ намного ниже, чем это было бы необходимо при других условиях (см. глава Н, подраздел 4.5).
Описание метода
Выберите сечение провода в колонке для медных проводов (в данном примере сечение провода равно 47,5 мм2).
Выберите в строке, соответствующей сечению 47,5 мм2, длину провода, равную длине рассчитываемой цепи (или ближайшему к ней значению с меньшей стороны). Опуститесь вертикально по колонке, где указана эта длина и остановитесь на строке в средней секции (из трех секций, выделенных на таблице), которая соответствует известному току КЗ (или ближайшему к ней значению с большей стороны).
В данном случае значение 30 кА является ближайшим значением к 28 кА с большей стороны. Значение тока КЗ на приемном конце 20-метровой цепи дано на пересечении вертикальной колонки, в которой расположена длина, и горизонтальной строки, соответствующей току Isc в точке выше по цепи (или ближайшему значению с большей стороны). В данном примере видно, что это значение равно 14,7 кА.
Процедура поиска для алюминиевых проводов похожа, но здесь нужно будет подняться по вертикальной колонке, чтобы оказаться в средней секции таблицы.
В результате, можно использовать автоматический выключатель, смонтированный на шине DIN, с номинальным током 63А и Isc = 25 кА (например, выключатель NG 125N) для цепи с током 55А, изображенной на Рис. 40.
Выключатель Compact с номинальным током 160 А и током Isc = 25 кА (например, выключатель NS160), можно использовать для защиты цепи на 160 А.
4 Ток короткого замыкания

Примечание: для 3-фазной системы с межфазным напряжением 230В, разделите вышеуказанные длины на v3
Рис. G41: Ток Isc в точке ниже по цепи, соответствующий известному значению тока КЗ выше по цепи, длине и поперечному сечению соединяющих проводов, в 3-фазной сети номиналом 230/400 В.
4.4 Ток КЗ, подаваемый от генератора переменного тока
G — Защита цепей
или инвертора: См. главу М.

Источник