Glavni razlog za motnje normalnega delovanja sistema oskrbe z električno energijo (SES) je pojav kratkih stikov (SC) v omrežju ali elementih električne opreme zaradi poškodbe izolacije ali nepravilnih dejanj vzdrževalnega osebja. Za zmanjšanje škode, ki nastane zaradi okvare električne opreme med pretokom tokov kratkega stika, kot tudi za hitro vzpostavitev običajnega načina delovanja sončne elektrarne, je potrebno pravilno določiti tokove kratkega stika in izbrati električno opremo. , zaščitna oprema in sredstva za omejevanje tokov kratkega stika, ki temeljijo na njih.
Kratek stik se imenuje neposredna povezava med poljubnimi točkami različne faze, fazna in nevtralna žica ali faza na ozemljitev, ki ni predvidena v običajnih pogojih delovanja napeljave.
Glavne vrste kratkih stikov v električni sistemi Oh:
3. Enofazni kratek stik, pri katerem je ena od faz v kratkem stiku z nevtralno žico ali ozemljitvijo. Simbol enofazne točke kratkega stika 
Označeni so tokovi, napetosti, moči in druge količine, povezane z enofaznim kratkim stikom 
,
,
itd.
Obstajajo tudi druge vrste kratkih stikov, povezanih z zlomi žice in hkratnimi kratkimi stiki žic različnih faz.
Trifazni kratek stik je simetričen, saj so pri njem vse tri faze pod enakimi pogoji. Vse druge vrste kratkih stikov so asimetrične, saj pri njih faze ne ostanejo v enakih pogojih, zaradi česar so tokovni in napetostni sistemi izkrivljeni.
Ko pride do kratkega stika, se skupni električni upor tokokroga napajalnega sistema zmanjša, zaradi česar se tokovi v vejah sistema močno povečajo, napetosti v posameznih odsekih sistema pa se zmanjšajo.
Elementi električnih sistemov imajo aktivne in reaktivne (induktivne ali kapacitivne) upore, zato je v primeru nenadne motnje normalnega načina delovanja (ko pride do kratkega stika) električni sistem nihajni krog. Tokovi v vejah sistema in napetosti v njegovih posameznih delih se bodo nekaj časa po pojavu kratkega stika spreminjali v skladu s parametri tega vezja. Tisti. Med kratkim stikom pride do prehodnega procesa v tokokrogu poškodovanega območja.
Pri kratkem stiku v vsaki fazi poleg periodične komponente toka (komponenta toka izmeničnega predznaka) obstaja še aperiodična komponenta toka (komponenta konstantnega predznaka), ki lahko tudi spreminja predznak, vendar v daljših intervalih v primerjavi s periodično .
Trenutna vrednost navidezni tok Kratek stik za poljubno časovno točko:
Kje 
- aperiodična komponenta toka kratkega stika v trenutku 
;
- kotna frekvenca izmeničnega toka; 
- fazni kot izvorne napetosti v trenutku ;
- kot premika toka v vezju kratkega stika glede na napetost vira - časovna konstanta vezja kratkega stika; 
- induktivnost, induktivni in aktivni upor kratkostičnega tokokroga.
Periodična komponenta 
tok kratkega stika (slika 1) je za vse enak tri faze in je za kateri koli trenutek določena z vrednostjo ordinate ovojnice, deljeno s 
. Aperiodična komponenta 
Tok kratkega stika je različen za vse tri faze (glej sliko 2) in se spreminja glede na trenutek nastanka kratkega stika.
riž. 3. Sprememba časa periodične komponente toka kratkega stika:
a) pri napajanju z generatorji brez avtomatskega preklopnega stikala; b) pri napajanju z generatorji z avtomatskim preklopnim stikalom; c) pri napajanju iz elektroenergetskega sistema.
Amplituda periodične komponente se v prehodnem procesu spreminja skladno s spremembo vir EMF Kratek stik (slika 3) Z močjo vira, ki je sorazmerna z močjo elementa, kjer je kratek stik obravnavan, kot tudi z odsotnostjo ARV generatorjev, se vir emf zmanjša od začetne vrednosti 
dokler se ne ustali 
, zaradi česar se amplituda periodične komponente spreminja od 
(superprehodni tok kratkega stika) do 
(stacionarni kratek stik) (slika 3, a).
V prisotnosti generatorjev ARV se periodična komponenta toka kratkega stika spremeni, kot je prikazano na sl. 3b Zmanjšanje periodične komponente v začetnem obdobju kratkega stika je razloženo z vztrajnostjo delovanja naprave AR, ki začne delovati 0,08-0,3 s po pojavu kratkega stika. S povečanjem vzbujalnega toka generatorja se njegov EMF poveča in v skladu s tem se periodična komponenta toka kratkega stika poveča do vrednosti stabilnega stanja.
Če je moč vira bistveno večja od moči elementa, kjer se obravnava kratek stik, kar ustreza viru neomejene moči, katerega notranji upor je enak nič, potem je EMF vira konstantna. Zato je periodična komponenta toka kratkega stika med prehodnim procesom nespremenjena (slika 3,c), tj.
Aperiodična komponenta toka kratkega stika 
je različen v vseh fazah in se lahko spreminja glede na trenutek nastanka kratkega stika in prejšnji način (znotraj obdobja). Hitrost slabljenja aperiodične komponente toka je odvisna od razmerja med aktivnim in induktivnim uporom kratkostičnega tokokroga, tj. od stalnih 
: večja kot je aktivna upornost vezja, bolj intenzivno je slabljenje. Aperiodična komponenta toka kratkega stika je opazna šele v prvih 0,1-0,2 s po nastanku kratkega stika. Običajno je določena z največjo možno trenutno vrednostjo, ki (v tokokrogih s prevladujočo induktivno reaktanco 
)se pojavi v trenutku, ko napetost vira preide skozi ničelno vrednost ( 
) in pomanjkanje bremenskega toka. pri čemer 
.V tem primeru je najpomembnejši skupni kratkostični tok. Navedeni pogoji se izračunajo pri določanju tokov kratkega stika.
Največ trenutni tok Do kratkega stika pride po približno polovici obdobja, tj. 0,01 s po pojavu kratkega stika. Največji možni trenutni tok kratkega stika imenujemo udarni tok 
(slika 3) Zaenkrat je določeno 
z:
Kje 
- udarni koeficient v odvisnosti od časovne konstante kratkostičnega tokokroga.
Efektivna vrednost skupnega toka kratkega stika za poljuben trenutek se določi iz izraza:
(3.4)
Kje 
- efektivna vrednost periodične komponente kratkostičnega toka; 
- efektivna vrednost aperiodične komponente, enaka
(3.5)
Najvišja efektivna vrednost udarnega toka za prvo obdobje od začetka procesa kratkega stika:
(3.6)
Moč kratkega stika za poljubno časovno točko:
(3.7)
Napajalniki kratkega stika. Pri izračunu tokov kratkega stika se predpostavlja, da so viri energije mesta kratkega stika turbo in vodikovi generatorji, sinhroni kompenzatorji in motorji, asinhroni motorji. Vpliv asinhronih motorjev se upošteva samo v začetnem trenutku in v tistih primerih, ko so priključeni neposredno na kratek stik.
Določene količine. Pri izračunu tokov kratkega stika se določijo naslednje vrednosti:
-začetna vrednost periodične komponente kratkostičnega toka (začetna vrednost superprehodnega kratkostičnega toka);
- udarni tok kratkega stika, potreben za preizkušanje elektrodinamične stabilnosti električnih naprav, zbiralk in izolatorjev;
- najvišja efektivna vrednost udarnega toka kratkega stika, ki je potrebna za preskušanje stabilnosti električnih naprav v prvem obdobju procesa kratkega stika;
- pomen Za 
, potrebno za preverjanje odklopnikov glede na tok, ki ga izklopijo;
- efektivno vrednost stacionarnega kratkostičnega toka, ki se uporablja za preverjanje toplotne stabilnosti električnih naprav, zbiralk, puš in kablov;
- moč kratkega stika za čas ;odločen za testiranje odklopnikov na podlagi največje dovoljene stikalne moči. Za hitra stikala se ta čas lahko zmanjša na 0,08 s.
Predpostavke in projektni pogoji. Za lažji izračun tokov kratkega stika so narejene številne predpostavke:
1) EMF vseh virov se šteje, da so v fazi;
2) EMF virov, ki so znatno oddaljeni od mesta kratkega stika ( 
), veljajo za nespremenjene;
3) ne upoštevajte prečnih kapacitivnih kratkih tokokrogov (razen nadzemnih vodov nad 330 kV in kabelskih vodov nad 110 kV) in magnetnih tokov transformatorjev;
4) aktivni upor vezja kratkega stika se upošteva samo z razmerjem 
,
Kje 
in 
- ekvivalentne aktivne in reaktivne upornosti kratkostičnega tokokroga;
5) v številnih primerih se vpliv obremenitev ne upošteva (ali se upošteva približno), zlasti vpliv majhnih asinhronih in sinhronih motorjev.
V skladu z namenom določanja kratkostičnih tokov so določeni projektni pogoji, ki vključujejo izdelavo projektne sheme, določitev načina kratkega stika, vrsto kratkega stika, lokacijo točk kratkega stika in ocenjeno kratko - čas kroga.
Pri določanju načina kratkega stika se glede na namen izračuna določijo možne največje in najmanjše ravni kratkostičnih tokov. Na primer, preskušanje električne opreme za elektrodinamične in toplotne učinke tokov kratkega stika se izvaja v najtežjem načinu - največ, ko največji tok kratkega stika teče skozi preskušani element. Nasprotno, glede na minimalni način, ki ustreza najnižjemu toku kratkega stika , izvajati izračune in preizkuse delovanja naprav relejne zaščite in avtomatike.
Izbira vrste kratkega stika določen z namenom izračuna kratkostičnih tokov. Za določitev elektrodinamične upornosti naprav in togih vodil se kot konstrukcijski vzame trifazni kratek stik; za določitev toplotne upornosti naprav in vodnikov - trifazni ali dvofazni kratki stik glede na tok. Preverjanje stikalnih in stikalnih zmožnosti naprav se izvaja s pomočjo trifaznih oz enofazni tok Ozemljitvena napaka (v omrežjih z velikimi ozemljitvenimi tokovi) glede na njeno vrednost.
Izbira vrste kratkega stika pri izračunih relejne zaščite je določena z njegovim funkcionalnim namenom in je lahko tri-, dvo-, enofazna in dvofazna zemeljska napaka.
Lokacije točk kratkega stika so izbrani tako, da so med kratkim stikom preskušana električna oprema in vodniki v najbolj neugodnih razmerah. Na primer, za izbiro stikalne opreme je potrebno izbrati mesto kratkega stika neposredno na njihovih izhodnih sponkah, prerez kabla je izbran glede na tok kratkega stika na začetku črte. Lokacija točk kratkega stika pri izračunu relejne zaščite je določena z njenim namenom - na začetku ali koncu zaščitenega odseka.
Ocenjeni čas kratkega stika. Dejanski čas, v katerem pride do kratkega stika, je določen s trajanjem zaščitne in odklopne opreme,
. (3.8)
Pri izračunih se uporablja zmanjšan (fiktivni) čas - časovno obdobje, v katerem stacionarni kratkostični tok oddaja enako količino toplote, kot bi jo moral dejansko potekajoči kratkostični tok oddati v dejanskem času kratkega stika.
Podani čas, ki ustreza polnemu kratkostičnemu toku, je
. (3.9)
Kje 
- zmanjšan čas za periodično komponento toka kratkega stika;
- zmanjšan čas za aperiodično komponento kratkostičnega toka.
V realnem času 
c zmanjšani čas za periodično komponento toka kratkega stika se določi z uporabo nomogramov.
V realnem času 
z 
, Kje 
- vrednost skrajšanega časa za 
z.
Določitev zmanjšanega časa za aperiodično komponento , in se proizvaja na 
po formuli:
, (3.10)
Kje 
- razmerje med začetnim superprehodnim tokom in vzpostavljenim tokom na mestu kratkega stika ( 
).
pri 
- po formuli:
. (3.11)
Ko je realni čas večji od 1 sek. oz 
zmanjšan čas aperiodične komponente toka kratkega stika ( ) lahko zanemarimo.
Obvezno izračun toka trifaznega kratkega stika (TCC) na zbiralkah projektirane zaprte stikalne naprave-6 kV RTP 110/6 kV "GPP-3". To transformatorsko postajo napajata dva 110 kV nadzemna voda iz RTP 110 kV GPP-2. ZRU-6 kV "P4SR" prejema moč iz dveh močnostni transformatorji TDN-16000/110-U1, ki ga delam posebej. Ko je eden od vhodov odklopljen, je možno napajati breznapetostni odsek vodila preko odsečnega stikala v avtomatskem načinu (ATS).
Slika 1 prikazuje shema oblikovanja omrežja
Ker je veriga od I N.S. "GPP-2" do I severne zemljepisne širine. "GLP-3" je enak verigi II s.sh. od "GPP-2" do II severne zemljepisne širine. Izračun "GPP-3" se izvede samo za prvo verigo.
Enakovredno vezje za izračun kratkostičnih tokov je prikazano na sliki 2.
Izračun bo narejen v imenovanih enotah.
2. Začetni podatki za izračun
- 1. Sistemski podatki: Is=22 kA;
- 2. Podatki VL - 2xAS-240/32 (Podatki so podani za eno vezje AS-240/32, RD 153-34.0-20.527-98, Dodatek 9):
- 2.1 Induktivna reaktanca pozitivnega zaporedja - X1ud=0,405 (Ohm/km);
- 2.2 Kapacitivna prevodnost - bsp = 2,81x10-6 (S/km);
- 2.3 Aktivni upor pri +20 C na 100 km proge - R=R20C=0,12 (Ohm/km).
- 3. Podatki o transformatorju (vzeti iz GOST 12965-85):
- 3.1 TDN-16000/110-U1, Uin=115 kV, Unn=6,3 kV, stikalo pod obremenitvijo ±9*1,78, Uk.inn-nn=10,5%;
- 4. Podatki o gibkem vodniku: 3xAC-240/32, l=20 m (Zaradi poenostavitve izračuna upor gibkega vodnika ni upoštevan.)
- 5. Podatki reaktorja za omejevanje toka - RBSDG-10-2x2500-0,2 (vzeto iz GOST 14794-79):
- 5.1 Nazivni tok reaktor - Inom. = 2500 A;
- 5.2 Nazivne izgube moči na fazo reaktorja - ∆P= 32,1 kW;
- 5.3 Induktivna reaktanca – X4=0,2 Ohma.
3. Izračun upornosti elementov
3.1 Sistemska upornost (za napetost 115 kV):
3.2 Odpornost nadzemni vod(za napetost 115 kV):
Kje:
n - število žic v enem nadzemnem vodu 110 kV nadzemnega voda;
3.3 Skupna odpornost na transformator (za napetost 115 kV):
X1,2=X1+X2=3,018+0,02025=3,038 (Ohm)
R1,2=R2=0,006 (Ohm)
3.4 Upornost transformatorja:
3.4.1 Upornost transformatorja (preklopnik pod obremenitvijo je v srednjem položaju):
3.4.2 Aktivni upor transformatorja (preklopnik pod obremenitvijo je v skrajnem položaju "minus"):
3.4.3 Aktivni upor transformatorja (preklopnik pod obremenitvijo je v skrajnem "pozitivnem" položaju):
Najmanjša induktivna reaktanca transformatorja (preklopnik pod obremenitvijo je v skrajnem položaju "minus")
Največja induktivna reaktanca transformatorja (preklopnik pod obremenitvijo je v skrajnem "pozitivnem" položaju)
Vrednost, vključena v zgornjo formulo, je napetost, ki ustreza skrajnemu pozitivnemu položaju stikala pod obremenitvijo in je enaka Umax.VN=115*(1+0,1602)=133,423 kV, kar presega najvišjo delovno napetost električne opreme enaka 126 kV (GOST 721-77 " Sistemi napajanja, omrežja, viri, pretvorniki in sprejemniki električna energija. Nazivne napetosti nad 1000 V"). Napetost UmaxVN ustreza Uk%max=10,81 (GOST 12965-85).
Če se izkaže, da je Umax.VN večji od največjega dovoljenega za dano omrežje (tabela 5.1), potem je treba Umax.VN vzeti v skladu s to tabelo. Vrednost Uk%, ki ustreza tej novi najvišji vrednosti Umax.VN, je določena empirično ali iz prilog GOST 12965-85.
3.4.5 Tokovno omejevalni upor reaktorja (pri napetosti 6,3 kV):
4. Izračun trifaznih tokov kratkega stika v točki K1
4.1 Skupna induktivna reaktanca:
X∑=X1,2=X1+X2=3,018+0,02025=3,038 (Ohm)
4.2 Skupni aktivni upor:
R∑=R1,2=0,006 (Ohm)
4.3 Skupna impedanca:
4.4 Trifazni tok kratkega stika:
4.5 Prenapetostni tok kratkega stika:
5. Izračun tokov trifaznega kratkega stika v točki K2
6.1.1 Vrednost celotnega upora v točki K2 se zmanjša na omrežno napetost 6,3 kV:
6.1.2 Tok kratkega stika, zmanjšan na efektivno napetost 6,3 kV, je enak:
6.1.3 Prenapetostni tok kratkega stika:
6.2 Upornost na zbiralkah zaprte stikalne naprave 6 kV z odcepnim stikalom transformatorja T3 v negativnem položaju
6.2.1 Vrednost celotnega upora v točki K2 se zmanjša na omrežno napetost 6,3 kV:
6.2.2 Tok kratkega stika, zmanjšan na efektivno napetost 6,3 kV, je enak:
6.2.3 Prenapetostni tok kratkega stika:
6.3 Upornost na zbiralkah zaprte stikalne naprave 6 kV z odcepnim stikalom transformatorja T3 v pozitivnem položaju
6.3.1 Vrednost celotnega upora v točki K2 se zmanjša na omrežno napetost 6,3 kV:
6.3.2 Tok kratkega stika, zmanjšan na efektivno napetost 6,3 kV, je enak:
6.3.3 Prenapetostni tok kratkega stika:
Rezultati izračuna se vnesejo v tabelo PP1.3
Tabela PP1.3 – Računski podatki za tokove trifaznega kratkega stika
| Položaj odcepa transformatorja pod obremenitvijo | Tokovi kratkega stika | Točka kratkega stika | ||
|---|---|---|---|---|
| K1 | K2 | K3 | ||
| Preklopnik tovora v srednjem položaju | Tok kratkega stika, kA | 21,855 | 13,471 | 7,739 |
| Udarni tok kratkega stika, kA | 35,549 | 35,549 | 20,849 | |
| Tok kratkega stika, kA | - | 13,95 | 7,924 | |
| Udarni tok kratkega stika, kA | - | 36,6 | 21,325 | |
| Preklopnik pod obremenitvijo v pozitivnem položaju | Tok kratkega stika, kA | - | 13,12 | 7,625 |
| Udarni tok kratkega stika, kA | - | 34,59 | 20,553 | |
7. Izračun toka kratkega stika izveden v Excelu
Če ta izračun izvedete s pomočjo lista papirja in kalkulatorja, vam vzame veliko časa, poleg tega pa se lahko zmotite in bo celoten izračun propadel, in če se izvorni podatki nenehno spreminjajo, vse to vodi do povečanja časa načrtovanja in nepotrebne izgube živcev.
Zato sem se odločil, da ta izračun izvedem z Excelovo preglednico, da ne izgubljam časa s preračuni TKZ in se zaščitim pred nepotrebnimi napakami, z njeno pomočjo lahko hitro preračunaš kratkostične tokove in spremeniš le prvotne podatke.
Upam, da vam bo ta program pomagal in da boste porabili manj časa za načrtovanje vašega predmeta.
8. Reference
- 1. Navodila za izračun kratkostičnih tokov in izbiro električne opreme.
RD 153-34.0-20.527-98. 1998 - 2. Kako izračunati tok kratkega stika. E. N. Beljajev. 1983
- 3. Izračun tokov kratkega stika v električnih omrežjih 0,4-35 kV, Golubev M.L. 1980
- 4. Izračun tokov kratkega stika za relejno zaščito. I.L.Nebrat. 1998
- 5. Pravila za gradnjo električnih instalacij (PUE). Sedma izdaja. 2008
Pozdravljeni, dragi prijatelji! V tem članku boste izvedeli, kaj je tok kratkega stika, njegovi vzroki in kako ga izračunati. Do kratkega stika pride, ko so med seboj povezani tokovni deli različnih potencialov ali faz. Kratek stik lahko nastane tudi na ozemljenem ohišju opreme. Ta pojav je značilen tudi za električna omrežja in električnih sprejemnikov.
Vzroki in posledice toka kratkega stika
Vzroki kratkega stika so lahko zelo različni. K temu pripomore vlažna oz agresivno okolje, pri katerem se izolacijska upornost bistveno poslabša. Posledica je lahko zaprtje mehanski vplivi ali napake osebja med popravili in vzdrževanjem. Bistvo pojava je v njegovem imenu in predstavlja skrajšanje poti, po kateri teče tok. Posledično tok teče mimo uporovne obremenitve. Hkrati se poveča do nesprejemljivih meja, če zaščitni izklop ne deluje.
Tokovi kratkega stika imajo elektrodinamični in toplotni učinek na opremo in električne instalacije, kar na koncu povzroči njihovo znatno deformacijo in pregrevanje. V zvezi s tem je treba vnaprej narediti izračune tokov kratkega stika.
Kako izračunati tok kratkega stika doma
Za zagotovitev je bistvenega pomena poznavanje velikosti toka kratkega stika požarna varnost. Očitno, če je izmerjeni tok kratkega stika manjši od nastavljenega toka maksimalno zaščito stroja ali 4-kratno vrednost toka varovalke, potem bo odzivni čas (izgorelost talilnega vložka) daljši, kar lahko posledično povzroči prekomerno segrevanje žic in njihov požar.
Kako se lahko določi ta tok? obstajati posebne tehnike in posebne naprave za to. Tukaj bomo razmislili o tem, kako to storiti, če imamo samo ali celo voltmeter. Očitno ta metoda nima zelo visoke natančnosti, vendar je še vedno dovolj za odkrivanje neskladja med maksimalno tokovno zaščito in vrednostjo tega toka.
Kako to narediti doma? Treba je vzeti dovolj močan sprejemnik, npr. Kuhalnik vode ali železo. Prav tako bi bilo lepo imeti majico. Naš potrošnik in voltmeter ali multimeter v načinu merjenja napetosti priključimo na tee. Zabeležimo vrednost stacionarne napetosti (U1). Izklopimo porabnik in zabeležimo vrednost napetosti brez obremenitve (U2). Nato naredimo izračun. Moč vašega porabnika (P) morate deliti z razliko v izmerjenih napetostih.
Ic.c.(1) = Р/(U2 – U1)
Naredimo matematiko s primerom. Kotliček 2 kW. Prva meritev je 215 V, druga meritev 230 V. Po izračunu se izkaže, da je 133,3 A. Če je na primer avtomatski stroj BA 47-29 s karakteristiko C, bo njegova nastavitev od 80 do 160 amperov. Zato je možno, da bo ta stroj deloval z zamikom. Glede na značilnosti stroja je mogoče ugotoviti, da je lahko odzivni čas do 5 sekund. Kar je v bistvu nevarno.
Kaj storiti? Potrebno je povečati vrednost toka kratkega stika. Ta tok je mogoče povečati z zamenjavo žic napajalnega voda z večjim presekom.
Uporabno kratko obvestilo
Zdi se očitno dejstvo, da je kratek stik izjemno slab, neprijeten in nezaželen pojav. Lahko vodi do najboljši možni scenarij do odklopa objekta, izklopa zaščitne opreme v sili in v najslabšem primeru do izgorelosti napeljave in celo požara. Zato je treba vsa prizadevanja usmeriti v izogibanje tej nesreči. Vendar ima izračun tokov kratkega stika zelo resničen in praktičen pomen. Kar veliko je bilo izumljenih tehnična sredstva, ki deluje v načinu visokega toka. Primer bi bil običajen varilnik, zlasti obločni, ki v času delovanja praktično kratko sklene elektrodo z ozemljitvijo. Drugo vprašanje je, da so ti načini kratkoročne narave, moč transformatorja pa jim omogoča, da prenesejo te preobremenitve. Pri varjenju na stičnem mestu konca elektrode prehajajo ogromni tokovi (merijo se v desetinah amperov), zaradi česar se sprosti dovolj toplote, da se kovina lokalno stopi in ustvari močan šiv.