При проектуванні будь-якої енергетичної системи спеціально підготовлені інженери електрики за допомогою технічних довідників, таблиць, графіків та комп’ютерних програм виконують її аналіз на роботу схеми у різних режимах, включаючи:
1. холостий перебіг;
2. номінальне навантаження;
3. аварійні ситуації.
Особливу небезпеку становить третій випадок, коли у мережі виникають несправності, які можуть пошкодити обладнання. Найчастіше вони пов’язані з «металевим» закорочуванням ланцюга живлення, коли між різними потенціалами підводиться напруги підключаються випадковим чином електричні опори розмірністю в частки Ома.
Такі режими називають струмами коротких замикань або скорочено КЗ. Вони виникають при:
- збоях у роботі автоматики та захистів;
- помилки обслуговуючого персоналу;
- пошкодження обладнання через технічне старіння;
- стихійних впливів природних явищ;
- диверсії або дії вандалів.
Струми коротких замикань за своєю величиною значно перевищують номінальні навантаження, під які створюється електрична схема. Тому вони просто випалюють слабкі місця в обладнанні, руйнують його, спричиняють пожежі.
Крім термічного руйнування вони ще мають динамічну дію. Його прояв добре показує відеоролик:
Щоб при експлуатації виключити розвиток подібних аварій, з ними починають боротися ще на стадії створення проекту електричного обладнання. І тому теоретично обчислюють можливості виникнення струмів коротких замикань та його величини.
Ці дані використовуються для подальшого створення проекту та вибору силових елементів та захисних пристроїв схеми. З ними продовжують постійно працювати і при експлуатації обладнання.
Струми можливих коротких замикань розраховують теоретичними методами з різним ступенем точності, допустимою для надійного створення захисту.
Які електричні процеси закладено основою розрахунку струмів короткого замикання
Спочатку звернемо увагу на те, що будь-який вид прикладеної напруги, включаючи постійне, змінне синусоїдальне, імпульсне або будь-яке інше випадкове створює струми аварій, які повторюють образ цієї форми або змінюють її в залежності від прикладеного опору та дії побічних факторів. Все це доводиться передбачати проектувальникам та враховувати у своїх розрахунках.
Оцінку виникнення м дії струмів коротких замикань дозволяють виконати:
- закон Ома;
- величина силової характеристики потужності, прикладеної від джерела напруги;
- структура електричної схеми електроустановки, що використовується;
- значення повного доданого опору джерелу.
Дія закону Ома
За основу розрахунку коротких замикань взято принцип, що визначає, що силу струму можна обчислити за величиною напруги, якщо поділити її на значення підключеного опору.
Він діє і при розрахунку номінальних навантажень. Різниця лише в тому, що:
- під час оптимальної роботи електричної схеми напруга та опір практично стабілізовані та змінюються незначно в межах робочих технічних нормативів;
- при аваріях процес відбувається стихійно випадковим чином. Але його можна передбачити, прорахувати розробленими методиками.
Потужність джерела напруги
З її допомогою оцінюють силову енергетичну можливість здійснення руйнівної роботи струмами коротких замикань, аналізують тривалість їхнього протікання, величину.
Розглянемо приклад, коли один і той же шматок мідного дроту перетином півтора квадратних мм і довжиною півметра спочатку підключили безпосередньо на клеми батарейки «Крона», а через деякий час вставили в контакти фази і нуля побутової розетки.
У першому випадку через провід та джерело напруги потече струм короткого замикання, який розігріє батарейку до такого стану, що пошкодить її працездатність. Потужності джерела не вистачить на те, щоб спалити підключену перемичку та розірвати ланцюг.
У другому випадку спрацюють автоматичні захисту. Припустимо, що всі вони несправні і заклинили. Тоді струм короткого замикання пройде через домашню проводку, досягне вступного щитка в квартиру, під’їзд, будівлю і по кабельній або повітряній лінії електропередач дійде до трансформаторної підстанції, що живить.
У результаті до обмотки трансформатора підключається досить протяжний ланцюг з великою кількістю проводів, кабелів та місць їх з’єднання. Вони значно збільшать електричний опір нашої закороткі. Але навіть у цьому випадку висока ймовірність того, що вона не витримає прикладеної потужності та просто згорить.
Конфігурація електричної схеми
При харчуванні споживачів до них підводиться напруга різними способами, наприклад:
- через потенціали плюсового та мінусового висновків джерела постійної напруги;
- фазою та нулем однофазної побутової мережі 220 вольт;
- трифазною схемою 0,4 кВ.
У кожному з цих випадків можуть відбутися порушення ізоляції у різних місцях, що призведе до протікання через них струмів короткого замикання. Тільки для трифазного ланцюга змінного струму можливі короткі замикання між:
- всіма трьома фазами одночасно називається трифазним;
- двома будь-якими фазами між собою – міжфазна;
- будь-якою фазою та нулем – однофазне;
- фазою та землею – однофазне на землю;
- двома фазами та землею – двофазне на землю;
- трьома фазами та землею – трифазне на землю.
При створенні проекту електропостачання обладнання всі ці режими потрібно прорахувати та врахувати.
Вплив електричного опору ланцюга
Протяжність магістралі від джерела напруги до місця утворення короткого замикання має певний електричний опір. Його величина обмежує струми короткого замикання. Наявність обмоток трансформаторів, дроселів, котушок, обкладок конденсаторів додають індуктивні та ємнісні опори, що формують аперіодичні складові, що спотворюють симетричну форму основних гармонік.
Існуючі методики розрахунку струмів короткого замикання дозволяють їх обчислити з достатньою для практики точністю заздалегідь підготовленою інформацією. Реальний електричний опір вже зібраної схеми можна виміряти за методикою петлі (фаза-нуль) . Воно дозволяє уточнити розрахунок, внести корективи на вибір захисту.
Сила струму короткого замикання формула
