Cálculo de correntes de curto-circuito para eletricistas iniciantes

Ao projetar qualquer sistema de energia, engenheiros elétricos especialmente treinados, usando manuais técnicos, tabelas, gráficos e programas de computador, analisam a operação do circuito em vários modos, incluindo:

1. marcha lenta sem carga;

2. carga nominal;

3. situações de emergência.

Um perigo especial é o terceiro caso em que ocorre um mau funcionamento da rede que pode danificar o equipamento. Na maioria das vezes, eles estão associados ao curto-circuito "metálico" do circuito de alimentação, quando resistências elétricas com uma dimensão de uma fração de Ohm são aleatoriamente conectadas entre diferentes potenciais da tensão de entrada.

Esses modos são chamados de correntes de curto-circuito ou abreviados como "curto-circuito". Eles ocorrem quando:

• falhas na operação de automação e proteção;

• erros de equipe;

• danos ao equipamento devido ao envelhecimento técnico;

• impactos naturais de fenômenos naturais;

• ações de sabotagem ou vandalismo.

As correntes de curto-circuito são significativamente maiores em magnitude do que as cargas nominais sob as quais um circuito elétrico é criado. Portanto, eles simplesmente queimam pontos fracos no equipamento, destroem-no, causam incêndios.

Além da destruição térmica, eles ainda têm um efeito dinâmico. Sua manifestação mostra bem o vídeo:

Para excluir o desenvolvimento de tais acidentes durante a operação, eles começam a lutar com eles, mesmo na fase de criação do projeto de equipamentos elétricos. Para fazer isso, calcule teoricamente a possibilidade de ocorrência de correntes de curto-circuito e sua magnitude.

Esses dados são usados ​​para criar ainda mais o projeto e selecionar os elementos de potência e os dispositivos de proteção do circuito. Eles continuam trabalhando com eles constantemente durante a operação do equipamento.

As correntes de possíveis curtos-circuitos são calculadas por métodos teóricos com graus variáveis ​​de precisão aceitáveis ​​para a criação confiável de proteções.

Quais processos elétricos são a base para o cálculo de correntes de curto-circuito

Inicialmente, focaremos no fato de que qualquer tipo de tensão aplicada, incluindo direta, alternada sinusoidal, pulsada ou qualquer outra aleatória, cria correntes de acidente que repetem a imagem desta forma ou a alteram dependendo da resistência aplicada e da ação de fatores colaterais. Tudo isso deve ser fornecido aos projetistas e levado em consideração em seus cálculos.

A avaliação da ocorrência de m ação de correntes de curto-circuito permite executar:

• Lei de Ohm;

• A magnitude da característica de potência aplicada à fonte de tensão;

• estrutura do circuito elétrico utilizado;

• valor da resistência total aplicada à fonte.

Lei de Ohm

A base para o cálculo de curtos-circuitos é o princípio que determina que a força da corrente pode ser calculada pelo valor da tensão aplicada, se você a dividir pelo valor da resistência conectada.

Também atua no cálculo das cargas nominais. A única diferença é que:

• durante a operação ideal do circuito elétrico, a tensão e a resistência são praticamente estabilizadas e variam ligeiramente dentro dos limites das normas técnicas de trabalho;

• em caso de acidentes, o processo ocorre espontaneamente de forma aleatória. Mas pode ser previsto, calculado pelos métodos desenvolvidos.

Tensão de alimentação

Com sua ajuda, é avaliada a possibilidade da energia de realizar trabalhos destrutivos por correntes de curto-circuito, a duração do curso e o valor.

Vejamos um exemplo quando um e o mesmo pedaço de fio de cobre com uma seção transversal de um mm e meio quadrado e meio metro foi conectado primeiro diretamente aos terminais da bateria Krona e, depois de um tempo, eles inseriram uma tomada doméstica nos contatos de fase e zero.

No primeiro caso, uma corrente de curto-circuito fluirá através do fio e da fonte de tensão, o que aquecerá a bateria a um estado que prejudicará seu desempenho. A energia da fonte não é suficiente para queimar o jumper conectado e interromper o circuito.

No segundo caso, a proteção automática funcionará. Suponha que todos estejam com defeito e atolados. Em seguida, a corrente de curto-circuito passará pela fiação da casa, alcançará a blindagem de entrada do apartamento, da entrada, do prédio e alcançará a subestação do transformador de energia por meio de cabos ou linhas aéreas.

Como resultado, um circuito bastante longo com um grande número de fios, cabos e locais de conexão é conectado ao enrolamento do transformador. Eles aumentarão significativamente a resistência elétrica do nosso curto-circuito. Mas, mesmo neste caso, é altamente provável que não resista à energia aplicada e simplesmente queime.

Configuração do circuito

Quando os consumidores são alimentados, a voltagem é fornecida a eles de maneiras diferentes, por exemplo:

• através dos potenciais dos terminais positivo e negativo da fonte de tensão DC;

• fase e zero de uma rede doméstica monofásica 220 volts;

• um circuito trifásico de 0,4 kV.

Em cada um desses casos, falhas de isolamento podem ocorrer em vários locais, o que levará ao fluxo de correntes de curto-circuito através deles. Somente para um circuito CA trifásico, curto-circuito entre:

• todas as três fases simultaneamente - é chamado trifásico;

• duas fases entre si - interfase;

• qualquer fase e zero - monofásica;

• fase e terra - fase única para terra;

• duas fases e terra - duas fases para terra;

• três fases e terra - três fases para terra.

Ao criar um projeto para a fonte de alimentação de equipamentos, todos esses modos devem ser calculados e levados em consideração.

O efeito da resistência elétrica de um circuito

O comprimento da linha da fonte de tensão até o local do curto-circuito possui uma certa resistência elétrica. Seu valor limita as correntes de curto-circuito. A presença de enrolamentos de transformadores, bobinas, bobinas, placas de capacitores adicionam resistências indutivas e capacitivas, formando componentes aperiódicos que distorcem a forma simétrica dos harmônicos fundamentais.

Os métodos existentes para calcular correntes de curto-circuito permitem que sejam calculados com precisão suficiente para a prática, de acordo com as informações previamente preparadas. A resistência elétrica real de um circuito já montado pode ser medida pelo método loops de fase zero. Permite esclarecer o cálculo, fazer ajustes na escolha das defesas.

Documentos básicos para o cálculo de correntes de curto-circuito

1. O método de cálculo das correntes de curto-circuito

É bem afirmado no livro de A. V. Belyaev "A escolha de equipamentos, proteções e cabos em redes de 0,4 kV", lançado pela Energoatomizdat em 1988. A informação ocupa 171 páginas.

O livro fornece:

• sequência de cálculo de correntes de curto-circuito;

• levando em consideração o efeito limitador de corrente do arco elétrico no local do dano;

• princípios para a seleção de equipamentos de proteção de acordo com os valores das correntes calculadas.

O livro publica informações de referência sobre:

• disjuntores e fusíveis com análise das características de suas propriedades de proteção;

• seleção de cabos e equipamentos, incluindo instalações para proteção de motores elétricos, conjuntos de potência, dispositivos de entrada de geradores e transformadores;

• desvantagens da proteção de certos tipos de disjuntores;

• características do uso da proteção de relé remoto;

• exemplos de solução de problemas de design.

Você pode baixar este livro aqui: Seleção de equipamentos, blindagens e cabos em redes de 0,4 kV

2. Diretrizes RD 153—34.0—20.527—98

Este documento define:

• Métodos para o cálculo de correntes de curto-circuito dos modos simétrico e assimétrico em instalações elétricas com tensões iguais ou superiores a 1 kV;

• métodos para verificar aparelhos e condutores elétricos quanto à resistência térmica e eletrodinâmica;

• métodos de teste para a capacidade de comutação de dispositivos elétricos.

As instruções não cobrem o cálculo de correntes de curto-circuito em relação a dispositivos de proteção de relé com condições operacionais específicas.

Você pode baixá-los aqui: Diretrizes para o cálculo de correntes de curto-circuito

3. GOST 28249-93

O documento descreve os curtos-circuitos que ocorrem em instalações elétricas de corrente alternada e o procedimento para seu cálculo para sistemas com tensão de até 1 kV. É efetivo desde 1º de janeiro de 1995 nos territórios da Bielorrússia e Quirguistão. Moldávia, Rússia, Tajiquistão, Turquemenistão e Ucrânia.

O padrão de estado define métodos gerais para calcular correntes de curto-circuito no momento inicial e em qualquer momento arbitrário para instalações elétricas com máquinas síncronas e assíncronas, reatores e transformadores, linhas aéreas e de cabos, barramentos, nós de carga complexa e complexa.

Os padrões técnicos para o projeto de instalações elétricas são determinados pelos padrões estaduais atuais e acordados pelo Conselho Interestadual de Normalização, Metrologia e Certificação.

Faça o download do GOST 28249-93 (2003). Curto-circuito em instalações elétricas. Os métodos de cálculo em instalações elétricas CA com tensão de até 1 kV podem ser encontrados aqui: GOST para o cálculo de correntes de curto-circuito

A sequência de ações do projetista para o cálculo de correntes de curto-circuito

Inicialmente, as informações necessárias para a análise devem ser preparadas e depois realizadas a partir do cálculo. Após a instalação do equipamento para o processo de colocação em operação e durante a operação, a seleção e operacionalidade corretas das proteções são verificadas.

Coleta de dados de origem

Qualquer esquema pode ser reduzido a uma forma simplificada quando consiste em duas partes:

1. fonte de tensão Para uma rede de 0,4 kV, seu papel é desempenhado pelo enrolamento secundário do transformador de potência;

2. A linha de energia.

Sob eles, as características necessárias são coletadas.

Dados do transformador para o cálculo de correntes de curto-circuito

Descubra:

• valor da tensão de curto-circuito (%) - Uкз;

• perda de curto-circuito (kW) - Rk;

• tensões nominais nos enrolamentos laterais alto e baixo (kV. V) - Uvn, Unn;

• tensão de fase no enrolamento lateral baixo (V) - Ef;

• potência nominal (kVA) - Snt;

• resistência atual total do curto-circuito monofásico (mOhm) - Zt.

Forneça dados da linha para calcular correntes de curto-circuito

Estes incluem:

• marcas e quantidade de cabos com indicação do material e seção das veias;

• comprimento total da rota (m) - L;

• resistência indutiva (mOhm / m) - X0;

• impedância para o loop de fase zero (mOhm / m) - Zpt.

Essas informações para o transformador e a linha estão concentradas nos diretórios. O coeficiente de impacto Kud também é levado para lá.

Sequência de cálculo

De acordo com as características encontradas, elas são calculadas para:

• transformador - resistência ativa e indutiva (mOhm) - Rt, Xt;

• linhas - ativa, indutiva e impedância (mOhm).

Esses dados permitem calcular a resistência total ativa e indutiva (mOhm). E com base neles, você pode determinar a resistência total do circuito (mOhm) e correntes:

• circuito trifásico e choque (kA);

• curto-circuito monofásico (kA).

De acordo com os valores das últimas correntes calculadas, eles selecionam disjuntores e outros dispositivos de proteção para os consumidores.

Os projetistas podem executar o cálculo das correntes de curto-circuito manualmente, de acordo com fórmulas, tabelas e gráficos de consulta ou usando programas de computador especiais.

Em equipamentos de potência real colocados em operação, todas as correntes, incluindo os classificados e os curto-circuitos, são registradas por osciloscópios automáticos.

Esses oscilogramas permitem analisar o curso das condições de emergência, a operação correta dos equipamentos de energia e dispositivos de proteção.Eles tomam medidas eficazes para melhorar a confiabilidade dos consumidores do circuito elétrico.