Jaka jest siła prądu podczas zwarcia? Prąd zwarciowy i jego obliczanie. Prąd uderzeniowy zwarcia. Prąd uderzeniowy zwarcia

Prąd zwarcia

Rysunek 1 przedstawia schemat połączeń lampa elektrycznażarzący się w sieci elektrycznej. Jeśli rezystancja tej lampy R l = 240 Ohm i napięcie sieciowe U= 120 V, wówczas zgodnie z prawem Ohma prąd w obwodzie lampy będzie wynosić:

Rysunek 1. Schemat zwarcia na zaciskach wyłącznika

Spójrzmy na przypadek, gdy przewody prowadzące do żarówki są zwarte przez bardzo mały opór, na przykład gruby metalowy pręt z oporem R= 0,01 oma, przypadkowo spada na dwa przewody. W tym przypadku prąd sieciowy przechodzi do punktu A, rozgałęzia się dwiema ścieżkami: jedna duża jego część pójdzie wzdłuż metalowego pręta - ścieżką o niskim oporze, a druga, niewielka część prądu, przejdzie ścieżką o dużym oporze - żarówce.

Nazywa się awaryjny tryb działania sieci, gdy ze względu na spadek jej rezystancji prąd w niej gwałtownie wzrasta w porównaniu do normalnego zwarcie.

Określmy siłę prądu zwarciowego przepływającego przez metalowy pręt:

W rzeczywistości w przypadku zwarcia napięcie sieciowe będzie mniejsze niż 120 V, ponieważ duży prąd wytworzy w sieci duży prąd i dlatego prąd przepływający przez metalowy pręt będzie mniejszy niż 12 000 A. Ale mimo to prąd ten będzie wielokrotnie większy niż prąd pobierany dotychczas przez żarówkę.

Moc zwarciowa przy prądzie I zwarcie = 12 000 A będzie wynosić:

P kz = U × I zwarcie = 120 × 12 000 = 1 440 000 W = 1440 kW.

Prąd przepływający przez przewodnik wytwarza ciepło, a przewodnik nagrzewa się. W naszym przykładzie przekrój przewodów obwodu elektrycznego został zaprojektowany dla małego prądu - 0,5 A. Gdy przewody są zwarte, przez obwód będzie płynął bardzo duży prąd - 12 000 A. Prąd taki spowoduje, że wyzwolenie ogromnej ilości ciepła, co z pewnością doprowadzi do zwęglenia i spalenia izolacji drutu, stopienia materiału drutu, uszkodzenia elektrycznych przyrządów pomiarowych, stopienia styków przełączników, przełączników nożowych i tak dalej. Uszkodzone może być także źródło energii elektrycznej zasilające taki obwód. Przegrzanie przewodów może spowodować pożar.

Każda sieć elektryczna jest zaprojektowana na własny normalny prąd.

Ze względu na niebezpieczne, destrukcyjne i czasami nieodwracalne skutki zwarcia, podczas instalowania i obsługi instalacji elektrycznych należy przestrzegać określonych warunków, aby wyeliminować przyczyny zwarcia. Najważniejsze z nich są następujące:
1) izolacja przewodów musi odpowiadać ich przeznaczeniu (napięcie sieciowe i warunki pracy);
2) przekrój przewodów musi być taki, aby ich nagrzanie w istniejących warunkach pracy nie osiągnęło wartości niebezpiecznej;
3) ułożone przewody muszą być niezawodnie chronione przed uszkodzeniami mechanicznymi;
4) połączenia i odgałęzienia muszą być tak niezawodnie izolowane, jak same przewody;
5) skrzyżowanie przewodów należy wykonać tak, aby przewody nie stykały się ze sobą;
6) Przewody należy prowadzić przez ściany, sufity i podłogi tak, aby były zabezpieczone przed wilgocią, uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi oraz aby były dobrze izolowane.

Zabezpieczenie przed zwarciem

Aby uniknąć nagłego, niebezpiecznego wzrostu prądu w obwodzie elektrycznym podczas zwarcia, obwód jest chroniony wyłącznikami topikowymi lub automatycznymi.

Bezpieczniki to niskotopliwy przewód podłączony szeregowo do sieci. Gdy prąd wzrośnie powyżej określonej wartości, drut bezpiecznikowy nagrzewa się i topi, w wyniku czego obwód elektryczny automatycznie pęka i prąd w nim zatrzymuje się.

Wyłącznik automatyczny jest bardziej złożonym i kosztownym urządzeniem zabezpieczającym niż bezpiecznik. Jednak w przeciwieństwie bezpiecznik jest przeznaczony do wielu operacji podczas zabezpieczania obwodów w awaryjnych warunkach pracy. Strukturalnie wyłącznik wykonany jest w obudowie dielektrycznej z wbudowanym wewnątrz mechanizmem wyzwalającym. Mechanizm zwalniający ma styki stałe i ruchome. Ruchomy styk jest obciążony sprężyną; sprężyna zapewnia siłę umożliwiającą szybkie zwolnienie styków. Mechanizm zwalniający aktywowany jest poprzez jeden z dwóch wyzwalaczy: termiczny lub magnetyczny.

Wyzwalacz termiczny to bimetaliczna płyta podgrzewana przez przepływający prąd. Kiedy prąd przepływa powyżej dopuszczalnej wartości, płytka bimetaliczna wygina się i aktywuje mechanizm wyzwalający. Czas reakcji zależy od prądu (charakterystyka czasowo-prądowa) i może wynosić od sekund do godziny. W przeciwieństwie do bezpiecznika, wyłącznik automatyczny jest gotowy do następnego użycia po ostygnięciu płytki.

Wyzwalacz elektromagnetyczny to wyzwalacz natychmiastowy, czyli cewka wykonana z przewodnika, którego ruchomy rdzeń może jednocześnie uruchamiać mechanizm wyzwalający. Prąd przepływający przez przełącznik przepływa przez uzwojenie elektromagnesu i powoduje cofanie się rdzenia po przekroczeniu określonego progu prądu. Wyzwalacz natychmiastowy, w przeciwieństwie do wyzwalacza termicznego, działa bardzo szybko (ułamki sekundy), ale przy znacznie większym prądzie: 2 ÷ 14-krotności prądu znamionowego.

Wideo 1. Zwarcie

Zwarcie.

Zwarcie (zwarcie) to tryb pracy źródła energii elektrycznej, gdy jego zaciski są zamknięte przewodnikiem, którego rezystancję można uwzględnić równy zeru. Zwarcie występuje, gdy przewody łączące źródło energii elektrycznej z odbiornikiem są ze sobą połączone, ponieważ przewody te zwykle mają niewielki opór i można je przyjąć jako równe zeru. Zwarcie może wystąpić również w przypadku uszkodzenia izolacji przewodu.

Możliwe zwarcia

Ze względu na to, że rezystancja wewnętrzna źródła r 0 jest zwykle bardzo mała, a rezystancja amperomierza jest prawie równa 0, prąd w obwodzie wzrasta do bardzo dużych wartości.

Zwarcie to tryb awaryjny, ponieważ powstający duży prąd może sprawić, że zarówno samo źródło, jak i urządzenia, urządzenia i przewody zawarte w obwodzie staną się bezużyteczne. Tylko w przypadku niektórych specjalnych typów generatorów, na przykład spawania, zwarcia. nie stwarza zagrożenia i jest normalnym trybem pracy. Odbywa się to w przypadkach, gdy niezwykle ważne jest uzyskanie z generatora jak największego prądu. Wysoka rezystancja wewnętrzna generatora ogranicza prąd, który nie osiąga wartości niebezpiecznych dla generatora

Przykład:

Odbiornik elektryczny o rezystancji 109 omów jest podłączony do obwodu o napięciu 220 V. Rezystancja elektryczna przewodów wynosi 1 om. Znajdź natężenie prądu w tym obwodzie w trybie pracy i w trybie zwarcia.

Przeczytaj także

- W przypadku siły prądu zwarciowego

Zwarcie. Zwarcie (zwarcie) to tryb działania źródła energii elektrycznej, gdy jego zaciski są zamknięte przewodnikiem, którego rezystancję można uznać za zerową. Zwarcie następuje po podłączeniu przewodów...

Treść:

Ruch naładowanych cząstek w przewodniku w elektrotechnice nazywa się prądem elektrycznym. Prąd elektryczny nie charakteryzuje się jedynie ilością energii elektrycznej przepływającej przez przewodnik, ponieważ w ciągu 60 minut może przez niego przepłynąć prąd równy 1 kulombowi, ale taka sama ilość energii elektrycznej może przejść przez przewodnik w ciągu jednej sekundy.

Jaka jest aktualna siła

Biorąc pod uwagę ilość prądu przepływającego przez przewodnik w różnych odstępach czasu, widać, że w krótszym czasie prąd płynie z większą intensywnością, dlatego do charakterystyki prądu elektrycznego wprowadza się inną definicję - jest to natężenie prądu, który charakteryzuje się prądem płynącym w przewodniku na sekundę. Jednostką miary wielkości przepływającego prądu w elektrotechnice jest amper.

Inaczej mówiąc, natężenie prądu elektrycznego w przewodniku to ilość prądu, która przepłynęła przez jego przekrój w ciągu sekundy, oznaczona literą I. Natężenie prądu mierzy się w amperach – to jest jednostka miary równa natężeniu prądu stałego przepływającego przez nieskończone równoległe przewody o najmniejszych przekrojach kołowych oddalonych od siebie o 100 cm i znajdujących się w próżni, co powoduje oddziaływanie na metr długości przewodnika siłą = 2 * 10 minus 7 stopni Newtona na każde 100 cm długości.

Eksperci często określają wielkość przepływającego prądu; na Ukrainie (moc uderzenia) jest ona równa 1 amperowi, gdy przez przekrój przewodnika przepływa co sekundę 1 kulomb prądu.

W elektrotechnice można zauważyć częste użycie innych wielkości przy określaniu wartości przepływającego prądu: 1 miliamper, który jest równy jeden / amper, 10 do minus trzeciej potęgi ampera, jeden mikroamper to dziesięć do minus szóstej moc Ampera.

Znając ilość prądu przepływającego przez przewodnik w określonym czasie, możesz obliczyć natężenie prądu (jak mówią na Ukrainie - siła strumu) za pomocą wzoru:

Gdy obwód elektryczny jest zamknięty i nie ma odgałęzień, wówczas w każdym miejscu jego przekroju na sekundę przepływa taka sama ilość prądu. Teoretycznie tłumaczy się to niemożnością gromadzenia ładunków elektrycznych w dowolnym miejscu obwodu, z tego powodu natężenie prądu jest wszędzie takie samo.

Zasada ta obowiązuje również w przypadku złożonych obwodów, w których występują rozgałęzienia, ale ma zastosowanie do niektórych odcinków złożonego obwodu, który można uznać za prosty obwód elektryczny.

Jak mierzy się prąd?

Wielkość prądu mierzy się za pomocą urządzenia zwanego amperomierzem, a także dla małych wartości - miliamperomierza i mikroamperomierza, co widać na poniższym zdjęciu:

Wśród ludzi panuje opinia, że gdy mierzone jest natężenie prądu w przewodniku przed obciążeniem (konsumentem), to wartość będzie większa niż po nim. Jest to błędna opinia, oparta na fakcie, że rzekomo zostanie użyta pewna ilość siły, aby skłonić konsumenta do działania. Prąd elektryczny w przewodniku jest procesem elektromagnetycznym, w którym uczestniczą naładowane elektrony; poruszają się one w określonym kierunku, ale to nie elektrony przekazują energię, ale pole elektromagnetyczne otaczające przewodnik.

Liczba elektronów opuszczających początek łańcucha będzie równa liczbie elektronów za konsumentem na końcu łańcucha, nie można ich wykorzystać.

Jakie są rodzaje przewodników? Eksperci definiują pojęcie „przewodnika” jako materiału, w którym cząstki posiadające ładunek mogą się swobodnie poruszać. Prawie wszystkie metale, kwasy i roztwory soli mają w praktyce takie właściwości. Materiał lub substancja, w której ruch naładowanych cząstek jest utrudniony lub wręcz niemożliwy, nazywa się izolatorami (dielektrykami). Typowymi materiałami dielektrycznymi są kwarc lub ebonit, sztuczny izolator.

Wniosek

W praktyce nowoczesny sprzęt pracuje zarówno z dużymi wartościami prądu, do setek, a nawet tysięcy amperów, jak i z małymi wartościami. Przykładem z życia codziennego wartości prądu w różnych urządzeniach może być kuchenka elektryczna, gdzie osiąga ona wartość 5 A, a zwykła żarówka może mieć w fotokomórce wartość 0,4 A, czyli wartość przepływającego prądu mierzy się w mikroamperach. W liniach miasta transport publiczny(trolejbus, tramwaj) wartość przepływającego prądu osiąga 1000 A.

Energia elektryczna niesie ze sobą dość duże zagrożenie, przed którym nie są chronieni ani pracownicy poszczególnych podstacji, ani urządzenia gospodarstwa domowego. Prąd zwarciowy jest jednym z najniebezpieczniejszych rodzajów prądu elektrycznego, istnieją jednak metody jego kontrolowania, obliczania i pomiaru.

Co to jest

Prąd zwarciowy (SCC) to gwałtownie rosnący impuls elektryczny. Jego głównym niebezpieczeństwem jest to, że zgodnie z prawem Joule'a-Lenza taka energia charakteryzuje się bardzo dużą szybkością wydzielania ciepła. W wyniku zwarcia przewody mogą się stopić lub niektóre urządzenia elektryczne mogą się spalić.

Zdjęcie - schemat rozrządu

Składa się z dwóch głównych składników - aperiodycznej składowej prądu i wymuszonej okresowej składowej.

Formuła – okresowa

Formuła – aperiodyczna

Zgodnie z zasadą najtrudniejszą do zmierzenia rzeczą jest energia występowania aperiodycznego, która ma charakter pojemnościowy, przedawaryjny. Przecież to właśnie w chwili wypadku różnica faz ma największą amplitudę. Jego osobliwością jest także nietypowe występowanie tego prądu w sieciach. Schemat jego powstawania pomoże pokazać zasadę działania tego przepływu.

Oporność źródła z powodu Wysokie napięcie zwarciem zamyka się na niewielką odległość lub „zwarcie” - dlatego zjawisko to ma swoją nazwę. Występuje prąd zwarciowy trójfazowy, dwufazowy i jednofazowy - tutaj klasyfikacja odbywa się według liczby zamkniętych faz. W niektórych przypadkach zwarcie może nastąpić pomiędzy fazami i do masy. Następnie, aby to ustalić, należy osobno wziąć pod uwagę uziemienie.

Zdjęcie – skutek zwarcia

Zwarcia można także rozdzielić w zależności od rodzaju podłączenia sprzętu elektrycznego:

Z uziemieniem;
Bez niego.

Aby w pełni wyjaśnić to zjawisko, sugerujemy rozważenie przykładu. Załóżmy, że istnieje konkretny odbiorca prądu podłączony do lokalnej linii energetycznej za pomocą kranu. Przy prawidłowym obwodzie całkowite napięcie w sieci jest równe różnicy pola elektromagnetycznego na źródle zasilania i obniżeniu napięcia w lokalnych sieciach elektrycznych. Na tej podstawie można zastosować wzór Ohma do określenia prądu zwarciowego:

R = 0; Ikz = Ɛ/r

Tutaj r jest rezystancją zwarciową.

Podstawiając określone wartości, można określić prąd zwarciowy w dowolnym punkcie całej linii energetycznej. Nie ma tu potrzeby sprawdzania krotności zwarć.

Metody obliczeniowe

Załóżmy, że zwarcie wystąpiło już w sieci trójfazowej, na przykład w podstacji lub na uzwojeniach transformatora, jak wtedy obliczane są prądy zwarciowe:

Wzór - trójfazowy prąd zwarciowy

Tutaj U20 to napięcie uzwojeń transformatora, a Z T to rezystancja określonej fazy (która uległa uszkodzeniu w wyniku zwarcia). Jeżeli napięcie w sieciach jest znanym parametrem, należy obliczyć rezystancję.

Każde źródło prądu, czy to transformator, styk bateria, przewody elektryczne - ma swój własny nominalny poziom rezystancji. Innymi słowy, każdy ma swoje własne Z. Charakteryzują się jednak kombinacją rezystancji aktywnych i indukcyjnych. Istnieją również pojemnościowe, ale nie są one istotne przy obliczaniu dużych prądów. Dlatego wielu elektryków stosuje uproszczoną metodę obliczania tych danych: arytmetyczne obliczenie rezystancji prądu stałego w sekcjach połączonych szeregowo. Gdy te charakterystyki są znane, obliczenie impedancji dla odcinka lub całej sieci nie będzie trudne, korzystając z poniższego wzoru:

Pełna formuła uziemiająca

Gdzie ε to emf, a r to wartość rezystancji.

Biorąc pod uwagę, że podczas przeciążeń rezystancja wynosi zero, rozwiązanie przyjmuje następującą postać:

I = ε/r = 12 / 10 -2

Na tej podstawie wytrzymałość zwarciowa tego akumulatora wynosi 1200 amperów.

W ten sposób możliwe jest również obliczenie prądu zwarciowego dla silnika, generatora i innych instalacji. Ale w produkcji nie zawsze możliwe jest obliczenie akceptowalnych parametrów dla każdego pojedynczego urządzenia elektrycznego. Dodatkowo należy wziąć pod uwagę, że w przypadku zwarć asymetrycznych obciążenia mają inną kolejność, co wymaga znajomości cos φ i rezystancji. Do obliczeń stosuje się specjalną tabelę GOST 27514-87, w której wskazane są te parametry:

Istnieje również koncepcja jednosekundowego zwarcia, tutaj wzór na natężenie prądu podczas zwarcia określa się za pomocą specjalnego współczynnika:

Wzór – współczynnik zwarcia

Uważa się, że w zależności od przekroju kabla zwarcie może pozostać niezauważone przez okablowanie. Optymalny czas trwania zwarcia wynosi do 5 sekund. Zaczerpnięte z książki Nebrata „Obliczanie zwarć w sieciach”:

Przekrój, mm 2	Dopuszczalny czas trwania zwarcia dla określonego rodzaju przewodu
	Izolacja PCV		Polietylen
	Żyły miedziane	Aluminium	Miedź	Aluminium
1,5	0,17	NIE	0,21	NIE
2,5	0,3	0,18	0,34	0,2
4	0,4	0,3	0,54	0,36
6	0,7	0,4	0,8	0,5
10	1,1	0,7	1,37	0,9
16	1,8	1,1	2,16	1,4
25	2,8	1,8	3,46	2,2
35	3,9	2,5	4,8	3,09
50	5,2	3	6,5	4,18
70	7,5	5	9,4	6,12
95	10,5	6,9	13,03	8,48
120	13,2	8,7	16,4	10,7
150	16,3	10,6	20,3	13,2
185	20,4	13,4	25,4	16,5
240	26,8	17,5	33,3	21,7

Ta tabela pomoże Ci określić oczekiwany warunkowy czas trwania zwarcia podczas normalnej pracy, natężenie prądu na szynach zbiorczych i różne rodzaje przewody

Jeśli nie ma czasu na obliczanie danych za pomocą formuł, użyj specjalny sprzęt. Na przykład wskaźnik Shch41160 jest bardzo popularny wśród zawodowych elektryków - jest to miernik prądu zwarciowego o napięciu 380/220 V z fazą zerową. Urządzenie cyfrowe umożliwia wyznaczanie i obliczanie wytrzymałości zwarciowej w sieciach domowych i przemysłowych. Taki licznik można kupić w specjalnych sklepach elektrycznych. Ta technika jest dobra, jeśli chcesz szybko i dokładnie określić bieżący poziom pętli lub odcinka obwodu.

Stosowany jest również program „Emergency Emergency”, który pozwala szybko określić efekt termiczny zwarcia, stopień strat i natężenie prądu. Kontrola odbywa się w tryb automatyczny, wprowadzane są znane parametry i sam oblicza wszystkie dane. Jest to projekt płatny, licencja kosztuje około tysiąca rubli.

Wideo: ochrona sieci elektrycznej przed zwarciami

Wytyczne dotyczące ochrony i doboru sprzętu

Pomimo niebezpieczeństwa tego zjawiska, wciąż istnieje sposób na ograniczenie lub zminimalizowanie prawdopodobieństwa wystąpienia sytuacji awaryjnych. Bardzo wygodne jest użycie urządzenia elektrycznego w celu ograniczenia zwarć; może to być reaktor ograniczający prąd, który znacznie zmniejsza efekt termiczny wysokich impulsów elektrycznych. Ale ta opcja nie nadaje się do użytku domowego.

Zdjęcie - schemat zespołu zabezpieczenia zwarciowego

W domu często można znaleźć zastosowanie automatycznych wyłączników automatycznych i zabezpieczeń przekaźników. Te wyzwalacze mają pewne ograniczenia (maksymalny i minimalny prąd sieci), po przekroczeniu zasilanie zostaje wyłączone. Maszyna pozwala określić dopuszczalny poziom amperażu, co pomaga zwiększyć bezpieczeństwo. Wyboru dokonuje się spośród urządzeń o wyższym stopniu ochrony niż jest to konieczne. Na przykład w sieci 21 A zaleca się użycie wyłącznika automatycznego 25 A.