Трехфазное кз: ЭлектрО — Трехфазное короткое замыкание

Внезапное трехфазное кз синхронного генератора

Страница 40 из 51

Внезапное трехфазное короткое замыкание синхронного генератора

При исследовании статических режимов синхронной машины мы использовали уравнение напряжений
,
полученное из физических представлений на основе понятия о вращающихся магнитных полях. Такой подход позволил сравнительно просто выявить основные свойства и характеристики синхронных машин в установившихся режимах. Поведение же синхронной машины в динамических режимах описывается системой дифференциальных уравнений. Однако для качественного анализа электромагнитных переходных процессов также удобно использовать физический подход.

Рассмотрим внезапное симметричное короткое замыкание синхронного генератора из режима холостого хода при , и . При анализе внезапного короткого замыкания основной интерес представляют величины токов обмотки статора и характер их изменения во времени.

Расчет токов короткого замыкания трехфазного явнополюсного генератора с обмоткой возбуждения f и двумя короткозамкнутыми эквивалентными демпферными обмотками и по осям d и q ротора (рис. 5.56) может быть выполнен с помощью дифференциальных уравнений магнитосвязанных контуров синхронной машины:
; ;

; ;
; .
Однако строгое аналитическое решение данной системы уравнений оказывается достаточно сложным. С целью упрощения воспользуемся теоремой о постоянстве потокосцепления короткозамкнутого сверхпроводящего контура. Поскольку в сверхпроводящем контуре активное сопротивление , то уравнение напряжения для него имеет вид

и, следовательно, потокосцепление . Любые изменения потока взаимоиндукции сверхпроводящего контура вызывают протекание тока в нем такой величины и такого направления, что поле этих токов компенсирует изменение потока взаимоиндукции и поэтому результирующий поток остается неизменным.

Реальные контуры синхронных машин обладают малым активным сопротивлением, и для начального периода короткого замыкания можно принять активные сопротивления всех обмоток равными нулю.

Пусть в первый момент короткого замыкания () положение вектора потока обмотки возбуждения определяется углом относительно фазы «а» статора (рис. 5.57). Этот поток образует с обмотками статора потокосцепления

где — максимальное потокосцепление фазы в момент совпадения ее магнитной оси с осью d ротора.
Согласно теореме о постоянстве потокосцепления полные потокосцепления фаз , , должны оставаться неизменными и при . В произвольный момент времени t положение вектора задается углом , т.е. потокосцепления фаз статора с этим потоком будут меняться с течением времени. Для того, чтобы полные потокосцепления фаз статора остались неизменными, в них должны возникнуть системы апериодических и периодических токов. Система апериодических токов создает поток реакции якоря , неподвижный относительно статора и равный в первый момент короткого замыкания потоку , а система периодических токов создает поток реакции якоря , вращающийся синхронно с потоком , но направленный в противоположную сторону.
Возникновение двух магнитных полей реакции якоря вызывает, в соответствии с теоремой о постоянстве потокосцеплений замкнутых роторных контуров, токи, противодействующие образованию новых магнитных полей и тем самым обеспечивающие постоянство потокосцеплений соответствующих обмоток. Внезапное возникновение вращающегося магнитного поля реакции якоря , неподвижного относительно ротора, вызывает в замкнутых роторных контурах апериодические токи , , , а неподвижное поле реакции якоря наводит в короткозамкнутых роторных контурах периодические токи , , частоты , которые постепенно затухают по мере затухания апериодических токов статора.

Трансформаторная связь между апериодическими токами ротора и периодическими токами статора может быть выражена уравнениями потокосцеплений. В соответствии с теоремой о постоянстве потокосцеплений каждой обмотки по оси d имеем

где — индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси; , , — индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора по продольной оси.

Первое уравнение определяет потокосцепление фазы «а» при . Второе уравнение определяет потокосцепление обмотки возбуждения, а третье — потокосцепление эквивалентной демпферной обмотки по оси d. Уравнения потокосцеплений могут быть преобразованы к более удобному для анализа виду, если заменить и сгруппировать члены, зависящие от :

Этим уравнениям соответствует схема замещения (рис.5.59). Входное сопротивление схемы

называется сверхпереходным индуктивным сопротивлением обмотки статора по оси d. Величина сопротивления зависит, главным образом, от сопротивлений рассеяния обмоток статора и ротора. Порядок этого сопротивления Физически малая величина сопротивления объясняется следующим. В результате действия апериодических токов ротора поток реакции якоря замыкается по путям рассеяния демпферной обмотки и обмотки возбуждения (рис. 5.60). Проводимость для потока снижается, и сопротивление оказывается небольшим.

Так как сопротивления роторных обмоток и не равны нулю, то с течением времени апериодические составляющие и затухают. Токи демпферной обмотки затухают быстрее, так как сопротивление демпферной обмотки на порядок выше, чем сопротивление обмотки возбуждения. После затухания апериодического тока поток частично проходит через ротор (рис. 5.61), поэтому проводимость для потока возрастает. Схема замещения в этом случае (рис. 5.62) не содержит сопротивления рассеяния демпферной обмотки. Входное сопротивление схемы

называется переходным индуктивным сопротивлением обмотки статора по оси d. В сравнении с сопротивление имеет большую величину,

В дальнейшем по мере затухания апериодического тока в обмотке возбуждения поток реакции якоря все больше проникает в ротор. Когда апериодическая составляющая тока ротора полностью затухнет, поток будет беспрепятственно проходить через ротор (рис. 5.63). В итоге схема замещения будет содержать два последовательно соединенных сопротивления (рис. 5.64). Входное сопротивление схемы

представляет собой полное индуктивное сопротивление машины по продольной оси в установившемся режиме.

Решая первое уравнение потокосцеплений, находим периодическую составляющую тока якоря
,
или .

Первый член этого уравнения соответствует установившемуся току короткого замыкания, индуцируемому в обмотке якоря током возбуждения , а два других члена — составляющим тока якоря, индуцируемым апериодическими токами ротора и . Знак «-» означает, что поле реакции якоря носит размагничивающий характер. Согласно схеме замещения (рис. 5.59) периодический ток реакции якоря в первый момент короткого замыкания определяется сопротивлением :
,
а после затухания апериодического тока демпферной обмотки (рис. 5.61) ток определяется сопротивлением :
.
Данные соотношения позволяют определить токи и :
; .
Апериодические токи обмотки возбуждения и демпферной обмотки затухают с постоянными времени и соответственно. Постоянная времени определяется из схемы рис. 5.61, если учесть в контуре обмотки возбуждения сопротивление :

.
Она называется постоянной времени переходного процесса. Постоянная времени сверхпереходного процесса определяется из схемы замещения рис. 5.59, если учесть сопротивление в контуре демпферной обмотки:
.
Таким образом, периодическая составляющая тока якоря с течением времени будет изменяться по закону
.
Отсюда получаем мгновенное значение периодического тока короткого замыкания в фазе «а»:
.

Рассмотрим закон изменения апериодической составляющей тока статора . Магнитный поток , созданный этим током, неподвижен в пространстве, поэтому при вращении ротора он будет замыкаться либо по продольной, либо по поперечной оси. Реакция ротора на внезапное появление потока по продольной оси рассмотрена выше (см. рис. 5.59). Аналогичная реакция имеет место и при возникновении потока по поперечной оси (рис. 5.65).

Поэтому схема замещения синхронной машины по оси q будет иметь вид, представленный на рис. 5.66. Входное сопротивление схемы

называется сверхпереходным индуктивным сопротивлением синхронной машины по поперечной оси.
В первый момент короткого замыкания при апериодическая составляющая равна и обратна по знаку периодической составляющей
.
Так как этот ток является свободным и не поддерживается внешними источниками, то он с течением времени затухает до нуля,
,
где — постоянная времени обмотки статора.
Реакция ротора на постоянный магнитный поток (рис. 5.59 и 5.65) аналогична реакции на поток обратной последовательности, поэтому постоянная определяется индуктивным сопротивлением .
При магнитной или электрической несимметрии ротора апериодическая составляющая будет испытывать периодические колебания между и с двойной частотой:
.
Для произвольного положения ротора в первый момент короткого замыкания апериодическая составляющая тока фазы «а» статора определится из выражения
.
Характер изменения во времени составляющих , и полного тока фазы при трехфазном коротком замыкании для показан на рис. 5.67.

Наибольший ток короткого замыкания называется ударным током короткого замыкания . Ток достигает ударного значения примерно через полпериода после начала короткого замыкания. Величина ударного тока с учетом затухания апериодических токов статора и ротора определяется по формуле
.
Ток короткого замыкания создает весьма опасные электродинамические усилия в зоне лобовых частей обмотки статора. Эти усилия стремятся отогнуть лобовые части обмотки статора к торцевой поверхности сердечника статора. ГОСТ ограничивает величину ударного тока короткого замыкания мощных машин значением .
Переходные токи короткого замыкания создают также знакопеременный момент на валу машины. Амплитуда этого момента может в 5¸15 раз превышать номинальный момент, поэтому его необходимо учитывать при расчете на прочность валов и муфт, соединяющих синхронный генератор с турбиной. Тепловые воздействия токов короткого замыкания не представляют большой опасности для генератора, так как длительность короткого замыкания обычно не превышает 1 с.

• Назад
• Вперёд

Ток короткого замыкания однофазных и трехфазных сетей

В электрических сетях периодически возникают различные аварийные ситуации. Среди них, наибольшую опасность представляет ток короткого замыкания, формула которого используется при расчетах и проектировании. Последствия аварийного режима достаточно серьезные – выходят из строя сами сети, а также подключенные приборы и оборудование. Все это причиняет большой материальный ущерб. Проводимые расчеты, в том числе и на ударный ток КЗ требуются, в первую очередь, для того, чтобы обеспечить надежную защиту на электрифицированном объекте.

Содержание

Расчет токов короткого замыкания

Для выполнения подобного расчета тока привлекаются квалифицированные специалисты. Они не только разрабатывают теоретическую сторону, но и отвечают за последующую эксплуатацию представленных схем. Здесь слишком много специфических особенностей, поэтому начинающие электрики должны хорошо представлять себе не только саму природу электричества, но и свойства проводников, диэлектриков, особенности изоляции и другие важные вопросы.

Результаты рассчитанные в домашних условиях, должны обязательно проверяться специалистами. Все расчеты, касающиеся короткого замыкания, выполняются с использованием специальных формул.

Трёхфазное короткое замыкание в электрических сетях до 1000В определяется с учетом следующих особенностей:

• Трехфазная система по умолчанию является симметричной.
• Трансформаторное питание считается неизменным, сравнимым с его номиналом.
• Возникновение короткого замыкания считается в момент максимального значения силы тока.
• Значение ЭДС принимается для источников питания, расположенных на большом расстоянии от места КЗ.

Кроме того, определяя параметры короткого замыкания, следует правильно вычислить общее сопротивление проводников, с привязкой к единому значению мощности. Обычные формулы могут привести к ошибкам из-за разных номинальных напряжений на отдельных участках в момент КЗ. Базовая мощность существенно упрощает расчеты и повышает их точность.

Изменения тока в процессе короткого замыкания

За период КЗ ток подвергается различным изменениям. В самом начале он увеличивается, далее – затухает до определенного значения, а потом автоматический регулятор возбуждения доводит его до стабильной величины.

Период времени, требуемый для изменения параметров тока короткого замыкания – ТКЗ, получил название переходного процесса. По окончании этого промежутка и до момента, когда КЗ будет отключено, наблюдается стабильный аварийный режим. Величина тока в различные промежутки времени необходима при выборе уставок для защитной аппаратуры, проверке динамической и термической устойчивости электрооборудования.

В каждой сети подключены нагрузки с установленными индуктивными сопротивлениями. Они препятствуют мгновенным изменениям тока, поэтому его величина меняется не скачкообразно, а нарастает постепенно, в соответствии с законом физики. Анализ и расчет тока в переходный период значительно упрощается, если его условно разделить на две составные части – апериодическую и периодическую.

1. Первая – апериодическая часть ia – обладает постоянным знаком, появляется в момент КЗ и довольно быстро понижается до нулевой отметки.
2. Вторая часть – периодическая составляющая тока КЗ Inmo – в первый момент времени представляет собой начальный ток короткого замыкания. Именно он используется при выборе уставок и проверке чувствительности защитных устройств. Данная сила тока короткого замыкания получила название сверхпереходного тока, поскольку при его расчетах схема замещения дополняется сверхпереходными ЭДС и сопротивлением генератора.

По завершении переходного периода периодический ток считается установившимся. Величина полного тока включает в себя апериодическую и периодическую составляющие на любом отрезке переходного периода. Показатель его максимального мгновенного значения представляет собой ударный ток короткого замыкания, определяемый при проверке динамической устойчивости электрооборудования.

Короткие замыкания в однофазных сетях

При выполнении расчетов энергосистем однофазного тока допускаются вычисления, производимые в упрощенной форме. Приборы и оборудование в таких сетях не потребляют большого количества электроэнергии, поэтому надежная защита может быть обеспечена обычным автоматическим выключателем, рассчитанным на ток срабатывания 25 ампер.

Ток однофазного короткого замыкания вычисляется в следующем порядке:

• Определение параметров трансформатора или реактора, питающих сеть, в том числе их электродвижущей силы.
• Устанавливаются технические характеристики проводников, используемых в сети.
• Разветвленную электрическую схему необходимо упростить, разбив на отдельные участки.
• Вычисление полного сопротивления между фазой и нулем.
• Определения полных сопротивлений трансформатора или других питающих устройств, если такие данные отсутствуют в технической документации.
• Все полученные значения вставляются в формулу.

В каждом случае сила тока короткого замыкания и формула, по которой рассчитывается однофазный процесс, показана на рисунке.

В ней U_f является фазным напряжением, Z_t – сопротивлением трансформатора в момент КЗ. Z_c будет сопротивлением между фазой и нулем, а I_k – однофазным током КЗ.

Использование данной формулы позволяет определить ток однофазного КЗ и его параметры в соответствующих цепях с величиной погрешности в пределах 10%. Полученных данных вполне достаточно, чтобы рассчитать правильную и эффективную защиту сети. Основной проблемой при получении исходных данных считается определение величины Z_c.

При наличии данных о параметрах проводников и значениях переходных сопротивлений, определить сопротивление между фазой и нулем вполне возможно по формуле:

Здесь r_f и r_n являются, соответственно, активными сопротивлениями фазного и нулевого проводов, измеряемыми в Омах, r_a представляет собой сумму активных сопротивлений контактов в цепочке фаза-ноль (Ом), xf” и xn” – внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводов (Ом), x’ – является внешним индуктивным сопротивлением в цепочке фаза-ноль (Ом).

Полученное значение подставляется в предыдущую формулу, после чего определение тока КЗ уже не составит особого труда. Главное – соблюдать правильную последовательность действий при выполнении расчетов.

Расчет токов КЗ для трехфазных сетей

Для того чтобы определить ток трехфазного короткого замыкания в соответствующих сетях, следует обязательно учитывать специфику возникновения и развития этого процесса. Прежде всего, это индуктивность, возникающая в замкнутом проводнике, из-за чего ток трехфазного КЗ изменяется не мгновенно, а нарастает постепенно в соответствии с определенными законами.

Точность производимых вычислений зависит в первую очередь от расчетов основных величин, вставляемых в формулу. С этой целью используются дополнительные формулы или специальное программное обеспечение, выполняющее сложнейшие вычислительные операции за очень короткое время.

Если же расчеты в трехфазных сетях выполняются ручным способом, в таких случаях нужные результаты про ток КЗ формула, приведенная ниже, позволяет определить с достаточно точными показателями:

• I_кз = U_c/(√₃*Х_рез) = U_c /(√₃*(Х_сист + Х_вн)), в которой Х_вн является сопротивлением между шинами и точкой КЗ, Х_сист – это сопротивление во всей системе относительно шин источника напряжения, U_c – напряжение на шинах в данной системе.

При отсутствии какого-то из показателей, его значение определяется с использованием дополнительных формул или программ. Если же расчеты трехфазного КЗ производятся для сложных сетей с большим количеством разветвлений, в этом случае основная схема преобразуется в схему замещения, где присутствует лишь один источник электроэнергии и одно сопротивление.

Сам процесс упрощения производится в следующем порядке:

• Складываются все показатели сопротивлений, подключенных параллельно в данной цепи.
• Далее суммируются все сопротивления, подключенные последовательно.
• Результирующее сопротивление Х_рез определяется как сумма всех подключенных параллельных и последовательных сопротивлений.

Расчеты токов двухфазного короткого замыкания выполняются с учетом отсутствия у них симметричности. У них нет нуля, а присутствую токи, протекающие в прямом и обратном направлении. Таким образом, ток двухфазного КЗ рассчитывается последовательно, по отдельным формулам, используемым для каждого показателя.

Ток КЗ в сетях с неограниченной мощностью

Довольно часто мощность источника электроэнергии значительно превышает величину суммарной мощности всех подключенных потребителей. В таких случаях при решении задачи, как найти значение короткого замыкания, величина напряжения считается условно неизменной.

Наличие подобных условий приводит к бесконечному показателю мощности, а сопротивление проводников принимает нулевое значение. Они используются для расчета только в тех случаях, когда место короткого замыкания располагается на большом расстоянии от источника напряжения, а величина результирующего сопротивления цепи многократно превышает показатели сопротивления всей системы.

В сетях с неограниченной мощностью, вычислить ток короткого замыкания позволяет следующая формула: I_k = I_b/X_рез, в которой I_b является базисным током, а X_рез – результирующим сопротивлением сети. При наличии исходных данных, очень быстро найдем достаточно точный конечный результат.

Токи короткого замыкания | 3-фазный VS 1-фазный – Основы PAC

Содержание

 [скрыть]

Введение

Расчеты короткого замыкания выполняются по нескольким причинам. В исследованиях короткого замыкания, как правило, используются различные характеристические значения тока короткого замыкания, например, рассчитываются пиковый ток короткого замыкания ( i _p ), эквивалентный тепловой ток короткого замыкания ( I _th ) и т.д. Также часто возникает необходимость рассчитать различные типы токов короткого замыкания, например. симметричный или несимметричный. В каждом приложении в качестве входных данных используется разное значение тока короткого замыкания. Например, при расчетах заземления ясно, что входное значение представляет собой ток короткого замыкания одиночной линии на землю. Напротив, для выбора автоматического выключателя генератора и анализа распространения гармоник в качестве входных данных требуются значения трехфазного короткого замыкания.

Исходя из этих соображений, определение размеров электрических устройств с учетом теплового и динамического воздействия токов короткого замыкания может оказаться сложной задачей. Электроконструктору необходимо использовать для этих целей максимальные значения токов короткого замыкания. Как правило, значение трехфазного тока короткого замыкания является самым высоким значением. Но это не всегда так. Очень важно, чтобы проектировщик электротехники понимал, какое значение тока короткого замыкания следует принимать для определения размеров электрических устройств. Основная цель этой статьи — указать на тонкую дилемму выбора правильного значения тока короткого замыкания для определения размеров электрооборудования. Теоретический вывод сделан на очень простом примере схемы.

Трехфазный ток короткого замыкания

Предположим, что имеется простая сеть согласно рисунку 1. Полное сопротивление трансформатора на единицу измерения рассчитано на основе следующих базовых значений: S _base = 100 МВА и V _base = 110 кВ.

Рисунок 1. Однолинейная схема электрической сети

Трансформатор T1 питает распределительную нагрузку. Предположим далее, что сеть 110 кВ эксплуатируется как глухозаземленная. На рис. 2 показана эквивалентная схема для случая трехфазного замыкания в точке F:

Рисунок 2. Схема эквивалентной последовательности для трехфазного короткого замыкания

Трехфазное короткое замыкание является симметричным, поэтому компоненты обратной и нулевой последовательности отсутствуют. Эквивалентная сеть последовательностей состоит только из сети положительной последовательности. Решение для тока короткого замыкания,

, где индекс 1 используется для обозначения прямой последовательности

Расчет тока короткого замыкания даст,

-на землю) короткое замыкание в точке F. Значение тока короткого замыкания зависит от соединения нулевой последовательности трансформатора Т1 (которое определяется типом трансформатора и соединением его обмотки).

Рассмотрим корпусной трансформатор. Согласно [2], [3] трансформаторы корпусного типа имеют отношение нулевой последовательности к прямой в диапазоне X ₀ / X ₁ = 1:10 в зависимости от соединения обмоток трансформатора. Рассмотрим, например, отношение нулевой последовательности к прямой последовательности, X ₀ / X ₁ = 1. Это означает, что импеданс нулевой последовательности трансформатора равен его импедансу прямой последовательности, Z _T0 = Z _T1 . Эквивалентная схема показана на следующем рисунке.

Рисунок 3. Эквивалентная схема последовательности для однофазного короткого замыкания

Поскольку все три импеданса последовательности равны, Z _T1 = Z _{T2 = Z T0 , мы можем вычислить Z T0 ток короткого замыкания, как показано ниже.}

Значение тока однофазного короткого замыкания в этом случае равно току трехфазного короткого замыкания.

Во втором случае рассмотрим трансформатор с сердечником (T1) с импедансом нулевой последовательности, Z _T0 = 0,85 Z _T1 . Решение для тока короткого замыкания,

В этом случае значение однофазного короткого замыкания больше, чем трехфазного тока короткого замыкания. Такая ситуация может возникнуть в случае «близких» замыканий на глухозаземленных трансформаторах или заземляющих трансформаторах. Это особенно актуально для трансформаторов со следующими соединениями обмоток:

• Yz
• Dy
• Dz

, где y или z заземлены на стороне низкого напряжения.

В технической литературе можно найти, что однофазные токи короткого замыкания могут в 1,5 раза превышать трехфазные токи короткого замыкания.

В глухозаземленных сетях электрические устройства должны быть рассчитаны на большее значение тока короткого замыкания.

В незаземленных сетях (изолированных) или в резонансных, заземленных через активное/реактивное сопротивление сетях однофазное короткое замыкание не может произойти (вместо этого в этих сетях происходит замыкание на землю). Поэтому в этом типе сети значение трехфазного тока короткого замыкания всегда самое высокое.

Ссылки

[1] IEC 60909 – 0: Токи короткого замыкания в трехфазной сети переменного тока. системы. Часть 0: Расчет токов. Действует с 1.10.2016.

[2] IEC 60909–2: Электрооборудование. Данные для расчета тока короткого замыкания в соответствии с IEC 60909. Действительны с 1.8.2000.

[3] Schlabbach, J.: Токи короткого замыкания. Институт электротехники и технологий. Лондон, Великобритания, 2005 г.

Нравится:

Нравится Загрузка…

interFIRE. Сайт, посвященный улучшению расследования пожаров во всем мире.

Ток короткого замыкания для пожарного следователя Бернар Белан Белан, Бернар. Ток короткого замыкания для пожара Следователь. Следователь по пожарам и поджогам. Том. 46, № 4 (июнь 1996 г.). стр. 19-21. Расчет тока короткого замыкания часто требуется инженера-электрика за правильный выбор защитных устройств для схема и другие соображения. Пожарные следователи иногда требуют, чтобы Информация. Цель этой статьи — дать следователю пожарной безопасности некоторый базовый опыт в этой области. Хотя эти вычисления просты во многих случаях есть и другие случаи, которые могут быть очень сложными. обсуждение будет ограничено простыми ситуациями. Теория Короткое замыкание происходит при замыкании двух проводников с разными потенциалами в контакт. Контакт таков, что ток идет по пути, не предназначен для протекания тока. Сила тока может быть от нескольких раз больше нормального тока до сотен раз больше этого значения. В некоторых случаях замыкания на землю или возникновения дуги этот ток короткого замыкания может быть только около нормального значения. Как слишком маленький, так и слишком большой ток короткого замыкания может вызвать опасную ситуация. Если ток короткого замыкания только около нормального значения для цепи, то ток короткого замыкания может протекать бесконечно в непреднамеренном путь, так как защита не размыкала бы цепь. Слишком высокое короткое замыкание подразумевает, что защитные устройства (предохранители или автоматические выключатели) может быть не в состоянии разомкнуть цепь в случае неисправности. Защитный устройство имеет не только номинальное значение тока, которое оно может нести, но и ограниченная отключающая способность по току. Например, выключатель на 15 А. предназначен для переноски 15-А на постоянной основе и размыкает цепь под условиях перегрузки или короткого замыкания. Однако его максимальное прерывание мощность часто ограничивается 10 000 А. Это означает, что если короткое замыкание ток выше, автоматический выключатель не будет выполнять свои обязанности должным образом. Это не сможет разомкнуть цепь, и ток будет продолжать течь между размыкание контактов на короткое время до полного разрушения, искрения и, возможно, последующий пожар. Чтобы вычислить ток короткого замыкания, нужно просто разделить напряжение источника по полному сопротивлению цепи. Проблема состоит в том, чтобы оценить это сопротивление. Во многих случаях это просто. Однако в сложных цепях, включающих как сопротивления, так и индуктивности, проблема более сложная. В трехфазном схемы, задача сложна для анализа, за исключением простого случая трехфазного короткого замыкания, что на практике случается редко. В этом статье мы ограничимся простыми случаями. В резиденциях три случаи необходимо рассмотреть: 1. Линейная неисправность 2. Неисправность фаза-нейтраль 3. Замыкание линии на землю Самая распространенная из этих ошибок — последняя. Первый очень редкий. Будет рассмотрен только случай твердой неисправности. В случае дугового пробоя, падение напряжения в дуге ограничивает ток до меньшего значение, чем при коротком замыкании. Ток дуги обычно составляет два или в несколько раз меньше, чем при коротком замыкании. Дуга довольно непредсказуема и нельзя дать точных указаний. Расчет импеданса Общий импеданс, который необходимо учитывать, равен импедансу трансформатора, линия от трансформатора до дома, служебное падение и любой кабель вверх к месту неисправности. Полное сопротивление линии электропередачи энергетической компании игнорируется. Это почти всегда оправдано, по крайней мере, в жилых домах. и другие маломощные системы. В этом анализе, чтобы быть точным, следует учитывать как сопротивления, так и реактивные сопротивления. Это не будет сделано, поэтому результаты следует рассматривать как приблизительные. Тем не менее, результаты достаточно точно в большинстве случаев. Трансформатор Полное сопротивление трансформатора определяется по формуле: В 2 ( %Z ) Z = __________________ (1) 100 000 ( кВА ) в котором: Z полное сопротивление в омах относительно вторичной (низковольтной) сторона В — вторичная (низковольтная) сторона в вольтах (для 120/240 В трансформатора, следует использовать всю емкость обмотки, которая составляет 240) %Z — полное сопротивление трансформатора в процентах, указанное на именная табличка; обычно он составляет от 2 до 4% для небольших распределительных трансформаторов. Если эта информация недоступна, 2,5% будут достаточно точными. в большинстве случаев. Для больших трансформаторов (1000 кВА) это сопротивление может быть выше. кВА мощность трансформатора в киловольт-амперах. это обычно напечатаны большими буквами на трансформаторе. Уравнение (1) дает эквивалентное полное сопротивление трансформатора, о котором идет речь на вторичной (низковольтной) стороне. Для трансформатора 120/240 В 240 следует использовать для V. Вычисленный импеданс применим для короткого замыкания 240 В или линейная неисправность. В случае короткого замыкания 120 В (фаза-земля или фаза-нейтраль) неисправность), результат уравнения (1) следует умножить на 3/8 или 0,375 чтобы получить нужный импеданс. Для трансформатора 120/240 В уравнение (1) принимает вид: Z=0,576(%Z)/кВА для неисправности 240 В и Z=0,216(%Z)/кВА при неисправности 120 В. (2)     (3) Проводник Тогда импеданс всех проводников до точки короткого замыкания должны быть оценены. Это довольно просто, если все сопротивления проводники известны в Ом/фут. Однако не следует забывать включать два проводника к месту неисправности и обратно. Иногда два проводника может быть разного размера. В таблице I приведены сопротивления различных величин. медных проводников. Примеры Рассмотрим трансформатор 2,5% Z, 50 кВА, который питает дом от 50 футов алюминиевого тройного кабеля № 3. Услуга имеет длину 20 футов медных проводников № 0. Производится короткое замыкание в цепи № 18. медный гибкий шнур, 5 футов от розетки. Этот выход питается на 30 футов медного кабеля № 14. Очевидно, неисправность от фазы к нейтрали, на 120-В. Расчет следующий: для трансформатора (уравнение (3)), Z х = 0,216 х 2,5/50 = 0,0108; для №3, алюминиевый триплекс, З 3 = 0,202 х 1,6 х 50 х 2 ________________ 1 000 = 0,032; для медных жил № 0, З 0 = 0,101 х 20 х 2 ________________ 1 000 = 0,004; для медного кабеля № 14, З 14 = 2,54 х 30 х 2 ________________ 1 000 = 0,15; и для гибкого шнура № 18, З 18 = 6,4 х 5 х 2 ________________ 1 000 = 0,064. Общее сопротивление: З Т = 0,0108 + 0,032 + 0,004 + 0,15 + 0,064 = 0,2608. Тогда ток неисправности равен: Я СК = В _____ З  120 _____ 0,2608 = 460 — A В приведенных выше уравнениях нижние индексы X и T обозначают трансформатор и полное сопротивление соответственно. Числовые индексы обозначают размер проводников. Я СК обозначает ток короткого замыкания. Примечания Приведенный выше пример вполне типичен для реальных ситуаций. будет отмечено что трансформатор и обслуживание не вносят большого вклада в общую импеданс. Большая часть общего импеданса связана с триплексом и кабелями. внутри дома. Неисправность 120 В на трансформаторе привела бы к 120/0,0108 = 13000-А. Короткое замыкание на главном выключателе или распределительной коробке произвели ток: 120/(0,0108 + 0,032 + 0,004) = 2564-А В настенной розетке ток короткого замыкания составил бы: 120/(0,0108 + 0,032 + 0,004 + 0,15) = 610-А Очевидно, что ток короткого замыкания быстро уменьшается в зависимости от расстояния от источника питания. Бытовые автоматические выключатели обычно имеют отключающую способность 10 000 А. Иногда утверждают, что ток короткого замыкания такого уровня не исключительный. Это необоснованно. В промышленных и коммерческих условиях, это может иметь место в некоторых местах рядом с большими трансформаторами. Под бытовых условиях, это возможно только в том случае, если дом находится недалеко от очень большой трансформатор и питается коротким кабелем большого размера. Даже тогда вина должен быть в распределительной коробке. Рассмотрим бесконечную мощность источник, который питает распределительную коробку. Ток короткого замыкания будет бесконечный. Если добавить три фута медного кабеля № 14, сопротивление из которых 3 х 0,0025 х 2 = 0,015 Ом, то ток короткого замыкания снижается до 8000-А. Такая длина проводника (6 футов) часто используется внутри коробка. Очевидно, что ток короткого замыкания быстро уменьшается с расстояние. При длине кабеля 10 футов ток короткого замыкания уже снижен. до 2400 А или менее. С этим последним током выключатель должен будет разомкнуться. примерно за один цикл, если нужно избежать повреждения изоляции. ТАБЛИЦА I Сопротивление медных проводников в дюймах / 1000 футов при 25°C Размер (AWG) 18 16 14 12 10 8 6 4 3 2 1 0 R(1000 футов) 6,51 4,1 2,57 1,62 1,02 . 645 .403 .254 .202 .16 .127 .101 Примечания: для алюминиевых проводников умножьте эти значения на 1,6. Для определения сопротивления в футах разделите эти значения на 1000. Для промежуточных размеров возьмите среднее значение один сверху и снизу. Добавьте 4% к этим значениям на каждые 10°C выше 25°C или вычесть 4% за каждые 10°C ниже 25°C. Из приведенных выше соображений должно быть ясно, что под бытовыми условиях, ток короткого замыкания обычно составляет несколько сотен ампер. В недавнем исследование UL, на цепях 15-А, из 943 измерений на разных розетках, в многочисленных домохозяйствах было обнаружено, что ток короткого замыкания: 1 1. Был менее 100-А в 2% случаев 2. Превышение 1000-А в 1% случаев 3. Максимальный ток составил 1650 А. 4. Самый низкий ток был 77-А 5. Сила тока была в пределах от 100 до 500 А в 87% случаев. 6. Средний ток короткого замыкания составил 300 А. Очевидно, что большинство токов короткого замыкания в розетках составляют несколько сотен ампер. уровень. Ток короткого замыкания выше 1000 А встречается редко, а 2000 А — крайне редко. вряд ли произойдет на практике. В распределительном щите или главном выключателе дома ток короткого замыкания обычно составляет от нескольких сотен до несколько тысяч ампер. Ток короткого замыкания в 10 000 А крайне маловероятен. Это возможно только в экстремальных условиях, например, с трансформатором мощностью 200 кВА. с 20 футами алюминиевого триплекса № 0. Очевидно, что в условиях дуги ток короткого замыкания будет еще меньше чем при сплошном коротком замыкании. В больших зданиях или под промышленными условиях, ток короткого замыкания может быть намного выше на 100 000 А. Четное в этих условиях эти большие токи возможны только вблизи к большим источникам энергии. Большая часть освещения и малое распределение мощности системы даже в промышленных условиях имеют ток короткого замыкания, сравнимый к многочасовому. Например, школа, в которой этот автор преподавал насчитывает около 15 000 студентов. Наибольший ток короткого замыкания в силовой лаборатории при 120/240 В чуть меньше 2000 А. Любой тест, требующий более высокая сила должна быть проведена в другом месте. Дугирование при 120 В с током короткого замыкания 1000 А создает напряжение около 70 В с 500 А для мощности около 30 000 Вт. Это все еще впечатляющая сила, которая может нанести большой урон, если ее поддерживать в течение некоторого времени. время. Однако в большинстве случаев питание будет отключено быстро. из-за сгоревшего предохранителя. Однако предохранителю на 200 А потребуется много секунд, прежде чем это открывает. Для сравнения, в большинстве случаев дуговая сварка выполняется при напряжении около 50 В. Опубликовано 29.03.2023 в Разное от admin Метки: Комментарии Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт