Формула расчета силы ударного тока коротких замыканий ткз

Почему происходит короткое замыкание?

Ток КЗ возникает в следующих случаях:

При высоком уровне напряжения. Происходит резкий скачок, уровень напряжения начинает превышать допустимые нормы, возникает вероятность появления электрического пробоя изоляционного покрытия проводника или схемы электрического типа. Образуется утечка тока, повышается температура дуги. Напряжение короткого замыкания приводит к созданию кратковременного дугового разряда.
При старом изоляционном покрытии. Такое замыкание возникает в жилых и промышленных зданиях, в которых не проводилась замена проводки. У любого изоляционного покрытия есть свой ресурс, который со временем истощается под воздействием факторов внешней среды. Несвоевременная замена изоляции может стать причиной КЗ.
При внешнем воздействии механического типа. Перетирание защитной оболочки провода или снятие его изоляционного покрытия, а также повреждение проводки приводят к возгоранию и КЗ.
При попадании посторонних предметов на цепь. Попавшие на проводник пыль, мусор или другие мелкие предметы способны вызвать замыкание в цепи механизма.
Во время удара молнии. Повышается уровень напряжения, пробивается изоляционное покрытие провода или электрической схемы, из-за чего и возникает КЗ в электро цепи.

Watch this video on YouTube

От чего зависит

Ток короткого замыкания образуется в тот момент, когда генерируются и разделяются сгенерированные носители при помощи света, в дополнение к теме, как определить ток короткого замыкания источника. Часто он равняется светопотоку, поэтому считается минимальным. Зависит от:

площади и плотности;
число фотонов или мощности падающего показателя излучения;
световой интенсивности;
спектра падающего излучения;
оптического свойства, поглощения и отражения;
вероятности разделения СЭ, поверхностной пассивации и времени.

Обратите внимание! Также он зависит от возникающего в проводнике электрического поля, от времени и пути токового протекания. Находится в зависимости от заряда с его концентрацией, скоростью и площади поперечного проводникового сечения

Равен напряжению, поделенному на проводниковое сопротивление. Измеряется в амперах.

Зависимость электротока

Особенности расчёта

Для вычисления тока короткого замыкания формулы и методику выбирают с учетом особенностей сети. В следующих разделах публикации показано, как выполнить расчет самостоятельно.

Формулы вычисления трёхфазного замыкания

При выполнении работ с подобными системами подразумевают следующие исходные условия:

симметричность фаз;
номинальные электрические параметры источника питания берут с повышающим коэффициентом (+5%);
мощность пересчитывают к единому значению.

При подключении емкостной нагрузки следует учесть постепенное увеличение силы тока. Для трехфазной цепи подойдет формула:

Iкз = Uш/(√3 * (Zс + Zш)),

где:

Zс – сопротивление рассматриваемой системы;
Zш – сопротивление между точками шины – место КЗ.

Расчёт однофазной сети

Для этой ситуации ток КЗ определяется следующим образом:

Iкз = Uф/(Zи/3 + Zс).

Здесь сопротивление системы определяется значением Zс между проводниками фаза-ноль. Этот параметр вычисляют сложением активных и реактивных составляющих цепи.

Вычисление КЗ по паспортным данным

Эту методику применяют, если известны параметры отдельных функциональных устройств.

Сопротивление реактора:

Rр = (Rр% * Uн )/(100% √3 Iн),

где Rр% – относительная величина (%) при номинальном токе трансформатора (иного источника питания).

Сопротивление определяют по формуле:

Rт = (Uо% /100%)*(Uн/Sн),

где:

Uо% – изменение напряжения в обмотках (%) при прохождении тока в рабочем режиме;
Uн – номинальное напряжение (кВ);
Pн – мощность.

Итоговые формулы для КЗ:

Ток: Iкз = (Iн/ Rр%) * 100%;
Мощность: Pкз = (Pн/Uо%) * 100%.

Определение тока КЗ в сети неограниченной мощности

Аккумулятор накапливает ограниченную энергию, что объясняет сравнительно небольшие последствия короткого замыкания. Однако ситуация меняется при подключении к стационарной сети. В этом случае мощность источника намного больше суммарного потребления подключенных устройств. При расчете можно принять сопротивление проводников равным нулю.

Методы защиты

Простейший, но достаточно эффективный автоматический «выключатель» показан на первой картинке. При увеличении плотности тока в цепи выше определенного уровня плавкая вставка разрушается.

Подобное устройство стоит недорого. Минусы:

медленное срабатывание;
отсутствие регулировок;
однократное применение.

Чтобы исключить перечисленные недостатки, рекомендуется применить специализированный автомат. Корректный выбор модели сопровождается оценкой чувствительности. Для упрощения оборудование этой категории разделено на группы. Класс В, например, будет отключать питание не более, чем за 0,015 с после регистрации двукратного увеличения тока, по сравнению с номиналом.

Почему КЗ так называется?

Рассмотрим определение КЗ, расшифровка — короткое замыкание. Это объединение 2 любых точек (обладающих различным потенциалом), которые находятся в электрической цепи. Соединение не предусмотрено нормальным режимом функционирования цепи, что приводит к критическим показателям силы тока на месте объединения этих точек.

Такое замыкание называется коротким, потому что образуется, минуя прибор, т.е. по короткому пути.

Простым языком: происходит соединение положительного и отрицательного проводника (короткий путь), что приводит к тому, что значение сопротивления становится равно 0. Для нормального функционирования механизма необходимо сопротивление, а его отсутствие вызывает сбой в работе источника напряжения, что приводит к замыканию.

КЗ — это любое соединение проводников с разным потенциалом между собой или с землей. КЗ возникает только в том случае, если такое объединение не запланировано конструкцией данного прибора или механизма. Например, соединение между любыми точками разных фаз или объединение фазы и 0, когда образуется разрушительный ток, превышающий все критические значения электрической схемы устройства.

Цепи переменного тока

В легковом автомобиле двигатель внутреннего сгорания через передаточный механизм вращает генератор. Второй источник тока – аккумуляторная батарея. В бортовой сети есть цепи с переменным и постоянным током. Для изменения питающего напряжения применяют специальный преобразователь.

Электрическая схема автомобильного преобразователя напряжения (12-220V) для подключения усилителя мощностью 750 Вт

Для оценки постоянных составляющих тока применяют представленные выше формулы. Переменные – анализируют с учетом реактивных составляющих нагрузок. Индуктивные и емкостные характеристики изменяют фазы токов и напряжений, обеспечивают накопление и возврат электроэнергии обратно в источник питания.

Схема

Еще один способ изучения принципа токового действия это построение схемы. На данный момент для этого можно применить специальную программу. Благодаря ей можно не только понять, в какой ситуации случится короткое замыкание, но и попробовать его предотвратить, построив правильную электросхему и используя затем качественные материалы.

Обратите внимание! Стоит указать, что кроме дистанционного способа, есть возможность сделать схему самостоятельно, используя соответствующие учебные пособия. В результате такого действия можно сделать проверку вводного автоматического выключателя, имеющего средний номинальный ток на коммутационную способность в силовой кабельной линии

Благодаря схеме будет несложно определяться в токовых значениях.

Схема электротока

В целом, электроток короткого замыкания — разрушительная энергия, которая зависит от числа фотонов, спектра излучения, оптического свойства и прочего. Измерение его мощности можно произвести через специальную формулу. Имеет свой график и схему, которые представлены выше.

Что происходит в цепи при коротком замыкании

Рассчитать количество выделяемого тепла можно с помощью математического выражения закона Джоуля-Ленца:

Q = k*I2*R*t.

Расшифровка отдельных обозначений:

Q – тепло в калориях (кал);
k – поправочный коэффициент (0,239);
t – время в секундах.

К сведению. Для достаточно точных расчетов k принимают равным 0,24. Такое количество тепла выделяется при нагревании на 1°C одного грамма воды.

Эта зависимость в совокупности с рассмотренными выше формулами закона Ома объясняет критически быстрый (ударный) рост температуры при возникновении КЗ. В аварийной ситуации снижение сопротивления в цепи провоцирует увеличение тока. В соответствии с законом Джоуля-Ленца выделяется большое количество тепла (прямая квадратичная зависимость от I).

Экстремально быстрое повышение температуры объясняет потенциальную опасность возникновения открытого пламени

Методы защиты

Подобное устройство стоит недорого. Минусы:

медленное срабатывание;
отсутствие регулировок;
однократное применение.

Цепи переменного тока

Принцип действия

Внутреннее сопротивление — формула

Из представленной выше формулы понятно, что ток проходит по пути наименьшего электрического сопротивления. Этот процесс можно наблюдать, если разрушить изоляционные оболочки и соединить провода (уменьшить расстояние до критически малого уровня). Электрический пробой создает локальный нагрев. При значительном энергетическом потенциале такое воздействие провоцирует пожар, разрушает кабель.

На этом этапе рассуждений надо вспомнить следующую формулу:

P = I * U.

По мощности определяют потребление энергии нагрузкой. Увеличение этого параметра повышает вероятность повреждения силовых линий.

Особенности расчёта

Формулы вычисления трёхфазного замыкания

При выполнении работ с подобными системами подразумевают следующие исходные условия:

симметричность фаз;
номинальные электрические параметры источника питания берут с повышающим коэффициентом (+5%);
мощность пересчитывают к единому значению.

Iкз = Uш/(√3 * (Zс + Zш)),

где:

Zс – сопротивление рассматриваемой системы;
Zш – сопротивление между точками шины – место КЗ.

Расчёт однофазной сети

Для этой ситуации ток КЗ определяется следующим образом:

Iкз = Uф/(Zи/3 + Zс).

Вычисление КЗ по паспортным данным

Эту методику применяют, если известны параметры отдельных функциональных устройств.

Сопротивление реактора:

Rр = (Rр% * Uн )/(100% √3 Iн),

где Rр% – относительная величина (%) при номинальном токе трансформатора (иного источника питания).

Сопротивление определяют по формуле:

Rт = (Uо% /100%)*(Uн/Sн),

где:

Uо% – изменение напряжения в обмотках (%) при прохождении тока в рабочем режиме;
Uн – номинальное напряжение (кВ);
Pн – мощность.

Итоговые формулы для КЗ:

Ток: Iкз = (Iн/ Rр%) * 100%;
Мощность: Pкз = (Pн/Uо%) * 100%.

Определение тока КЗ в сети неограниченной мощности

Аварийная защита от КЗ

Существует достаточно много устройств, обеспечивающих безопасность потребителя при коротком замыкании, в основе своей эти устройства отключают аварийный участок сети:

плавкие предохранители различных типов;
электрические автоматы;
дифференциальные автоматические устройства защиты;
токоограничители.

Наиболее простым, но в тоже время эффективным способом защиты от возникновения короткого замыкания служит включение в электросеть плавких предохранителей. При повышенной нагрузке нить таких предохранителей плавится и перегорает, тем самым обрывая от источника повреждённый участок сети.

Но, помимо высокой эффективности, эти устройства обладают рядом недостатков. В первую очередь, это необходимость их постоянной замены и работа только при определенных нагрузках. При дефиците таких предохранителей их зачастую заменяли «жучками», которые могли служить проводником тока, но не выполняли функции предохранителей, что, в свою очередь, могло привести к печальным последствиям.

Также достаточно эффективным и надёжным средством обеспечения безопасности служат автоматические выключатели, также известные как электрические автоматы. Принцип их действия основан на использовании тепловых реле. При нагреве пластины сверх нормы они расширяются и отключают автомат, для включения сети достаточно просто включить его обратно. Эти устройства более удобны, чем плавкие предохранители, более эффективны в работе.

Дифференциальные автоматы отключают ток даже при небольших изменениях параметров тока на подключённом к ним участке, эти устройства наиболее эффективны и безопасны, но в тоже время достаточно дорого стоят.

Токоограничивающий реактор применяется в сетях высокого напряжения, использование этих устройств, рассчитанных на промышленные нагрузки, в быту нерационально. Практически это катушка, последовательно включённая в токоведущую сеть. При коротком замыкании реактор принимает энергию на себя. В настоящее время применяются токоограничители различных конструкций.

Важно! Использование «жучков» вместо плавких предохранителей может грозить выходом из строя электрооборудования, а также пожаром!

Предохранитель

Принцип действия

На этом этапе рассуждений надо вспомнить следующую формулу:

P = I * U.

Использование явления короткого замыкания

Помимо негативного эффекта, к которому приводит короткое замыкание в аварийных и неконтролируемых ситуациях, это явление может использоваться и в полезных целях. Нужно отметить, что в результате КЗ выделяется значительное количество тепла, и возникает электрическая дуга, контролируемое использование которой может принести немалую пользу.

Единица измерения напряжения

Так, например, электродуговой сварочный аппарат. Принципом его работы является создание электрической дуги между электродом и поверхностью детали, в результате чего в зоне её работы повышается температура, и металл сваривается между собой. Действие в этом случае основано на явлении КЗ электрода и земли.

Стоит отметить! Величина тока и температура, создаваемая на месте сварки, достаточно велики, поэтому при работе с подобного рода оборудованием требуется соблюдать все необходимые меры предосторожности

Расчет тока короткого замыкания выполненный в Excel

Если выполнять данный расчет с помощью листка бумаги и калькулятора, уходит много времени, к тому же Вы можете ошибиться и весь расчет пойдет насмарку, а если еще и исходные данные постоянно меняются – это все приводит к увеличению времени на проектирование и не нужной трате нервов.

Поэтому, я принял решение выполнить данный расчет с помощью электронной таблицы Excel, чтобы больше не тратить в пустую свое время на перерасчеты ТКЗ и обезопасить себя от лишних ошибок, с ее помощью можно быстро пересчитать токи КЗ, изменяя только исходные данные.

Надеюсь, что данная программа Вам поможет, и Вы потратите меньше времени на проектирование Вашего объекта.

Расчет токов трехфазного короткого замыкания в точке К2

5.1 Для среднего положения регулятора РПН трансформатора Т3

5.1.1 Суммарное сопротивление до точки К2:

Х∑==Х1+Х2+Х3ср=3,018+0,02025+86,789=89,827 (Ом) R∑=R2+К3=0,006+4,391=4,397 (Ом)

5.1.2 Ток трехфазного короткого замыкания:

5.1.3 Ток в месте короткого замыкания, приведенный к действующему напряжению 6,3 кВ, равен:

5.1.4 Ударный ток короткого замыкания:

5.2 Для минимального положения регулятора РПН трансформатора Т3

5.2.1 Значение суммарного сопротивления в точке К1, приводим к напряжению сети 96,577 кВ:

5.2.2 Ток трехфазного короткого замыкания:

5.2.3 Ток в месте короткого замыкания, приведенный к действующему напряжению 6,3 кВ, равен:

5.2.4 Ударный ток короткого замыкания:

5.3 Для максимального положения регулятора РПН трансформатора Т3

5.3.1 Значение суммарного сопротивления в точке К1, приводим к напряжению сети 126 кВ:

5.3.2 Ток трехфазного короткого замыкания:

5.3.3 Ток в месте короткого замыкания, приведенный к действующему напряжению 6,3 кВ, равен:

5.3.4 Ударный ток короткого замыкания:

В чем опасность?

Последствия короткого замыкания могут быть следующими:

Падает уровень напряжения в электро цепи. Это может привести к выходу из строя и обгоранию электрического прибора или сбоям в функционировании устройства.
Повреждения механического и термического типа: обрыв цепи, повреждение проводки или отдельных проводов, розеток и выключателей.
В зависимости от мощности короткого замыкания возможно возгорание проводки и расположенных рядом с ней материалов и предметов.
Деструктивное электромагнитное воздействие на телефонную линию связи, компьютер, телевизор и другие электроприборы.
Опасность для жизни. Если в момент возникновения замыкания человек находится рядом с источником КЗ, то он может получить ожоги.
Нарушается функционирование электропоставляющих систем.
В зависимости от параметров КЗ возможны сбои в работе подземных коммуникаций при электромагнитном воздействии.

Многих людей интересует вопрос о том, как посчитать, чему равна сила тока при коротком замыкании. Для этого необходимо воспользоваться законом Ома: сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению на ее концах и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Вычисление КЗ осуществляется по формуле: I= U/R (I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление).

Формулы вычисления трёхфазного замыкания

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

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.

Если вычисление параметров КЗ в трёхфазной сети осуществляется вручную, то в для получения точного результата этого значения применяется формула:

где:

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:

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

Как измерить мощность электротока

Измерение мощности электротока короткого замыкания не отличается от измерения обычной электроэнергии. Все что нужно для ответа на вопрос, как рассчитать ток короткого замыкания трансформатора, это поделить сетевое напряжение на электросопротивление. Также можно воспользоваться более сложной формулой: Iкз = E/r.

Стоит указать, что при снижении показателя сопротивления, токовая сила будет расти. Соответственно, по проводнику будет идти тепло. Эта связь обладает количественной и временной характеристикой. Поэтому чем выше токовое значение, тем больше тепла будет выведено за определенное время. В этот момент можно найти, рассчитать и посчитать токовое значение.

Формула измерения мощности электротока

Методы защиты

Подобное устройство стоит недорого. Минусы:

медленное срабатывание;
отсутствие регулировок;
однократное применение.

Использование этого явления

Данное явление нашло свое применение в дуговой сварке, принцип работы которой построен на взаимодействии стержня с металлической поверхностью. Поверхность нагревается до температуры плавки, благодаря чему появляется новое прочное соединение, т.е. сварочный электрод замыкается с заземляющим контуром.

Такие режимы короткого замыкания действуют непродолжительный промежуток времени. В момент сварки в месте соединения стержня и поверхности возникает нестандартный заряд тока, из-за чего выделяется большое количество теплоты. Ее достаточно для плавки металла и создания сварочного шва.

Также короткое замыкание используется в сфере промышленной автоматики, с его помощью создаются информационные системы, которые отражают параметры передачи токового сигнала.

Полезное КЗ применяется в электродинамических датчиках. Например, в индукционных виброметрах, сейсмических приемниках. Короткое замыкание дает возможность дополнительно уменьшить количество колебаний подвижной системы.

Режим КЗ может использоваться при объединении каскадов в электронике, когда выход первого активного компонента работает в режиме КЗ.

Источники

Источником выступает в быту поврежденная электрическая проводка, незаземленный кабель или нагретый поврежденный провод.

Стоит указать, что электроток происходит в одно-, двух- и трехфазной цепи во время замыкания фазы на землю или нейтрального провода, нескольких фаз, одновременного переключения фаз на землю. Бывает межвитковым и обмоточным на металлокорпус.

Чтобы защититься от него, нужно поставить токоограничивающего вида электрореакторы, распараллелить электроцепи, отключить секционные и шиносоединительные выключатели, использовать трансформаторы, имеющие расщепленную обмотку, использовать коммутационный аппарат, который отключает поврежденное оборудование. Также нужно применить релейную защиту вместе с плавкими предохранителями и автоматическими выключателями.

Источники

8.Дуговые короткие замыкания

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

Выше указывалось, что наибольшая часть КЗ в сетях нпряжением до 1 кВ является дуговыми КЗ. Многочисленные исследования показывают, что при дуговом КЗ ток КЗ всегда меньше тока металлического КЗ в этой же точке. Однако определить точное значение R_Д в месте КЗ не представляется возможным. Существующие методики расчетов дуговых КЗ позволяют лишь примерно оценить значение R_Д в месте КЗ.

Рассмотрим более подробно некоторые методики расчетов дуговых КЗ.

Все расчеты токов дуговых КЗ, также как и металлических, сводятся к определению суммарного сопротивления до точки КЗ для данного вида КЗ, по которому при известном напряжении сети можно вычислить ток КЗ. В общем виде это можно выразить следующей формулой :

, кА (24)

где n – вид КЗ;

— суммарное сопротивление до места КЗ

Расчетные формулы для определения суммарных сопротивлений до места КЗ и токов дуговых КЗ приведены в таблице 2

Таблица 2

Расчетные формулы для определения суммарных сопротивлений и токов в сети 0,4 кВ для дуговых КЗ

	Суммарное сопротивление Z_å, мОм	Суммарный ток I_К_å, кА
Трехфазное, К(3)
Двухфазное, К(2)
Однофазное, К(1)

Сопротивления R₁_å и X₁_å рассчитываются также, как для металлических КЗ.Учет сопротивления дуги в месте КЗ в данном случае выполняется введением в расчетную схему активного сопротивления дуги R_Д , причем R_Д либо принимается равным 15 мОм, либо определяется из таблицы № 3, в которой значение сопротивления R_Дполучены экспериментально в зависимости от места КЗ и мощности питающего трансформатора .

Таблица 3

Значение активного сопротивления дуги

Расчетные условия КЗ	Активное сопротивление дуги (R_Д), мОм, при КЗ за трансформаторами мощностью, кВА
250	400	630	1000	1600	2500
КЗ вблизи выводов низшего напряжения трансформатора:
— в разделке кабелей напряжением:
0,4 кВ	15	10	7	5	4	3,0
0,525 кВ	14	8	6	1,5	3,5	2,5
0,69 кВ	12	7	5	4	3,0	2,0
— в шинопроводе типа ШМА напряжением :
0,4 кВ				6	4	3,0
0,525 кВ				5	3,5	2,5
0,69 кВ				4	3,0	2,0
КЗ в конце шинопровода типа ШМА длиной 100 – 150 м.
напряжением:
0,4 кВ				6-8	5-7	4-6
0,525 кВ				5-7	4-6	3-5
0,69 кВ				4-6	3-5	2-4

Значение коэффициентов Кс в зависимости от удаленности точки КЗ, т.е. кривые Кс = были получены в результате обработки экспериментальных данных реальных опытов КЗ за трансформаторами мощностью 630 и 1000 кВА. Эти кривые приведены на рис. 6

где — ток трехфазного металлического КЗ, кА;

Какое сопротивление системы

Чтобы избежать ошибок в расчетах токов короткого замыкания, необходимо корректно определять сопротивление (общее и отдельных участков). Вычисление сопротивления между фазой и нулем производится по следующей формуле:

Z = корень ((ха + хn + x)2 + (rf + rn + ra)2),

из которых rf и rn – активное сопротивление нулевого и фазного провода, ra – сумма сопротивлений на участке, xf и xn – внутреннее индуктивное на нуле и фазе, x – внешнее индуктивное в цепочке.

Виды сопротивления при КЗ

Важно! Итоговое значение используется в предыдущих формулах при расчете токов короткого замыкания. Главное условие – соблюдение порядка действий при составлении схемы и формул

Даже небольшое короткое замыкание способно вывести из строя технику и оборудование, сети электроэнергии. Чтобы установить соответствующие приборы защиты, необходим предварительный расчет возможных участков КЗ.