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Cálculo de corrientes de cortocircuito para electricistas principiantes.
Al diseñar cualquier sistema de energía, los ingenieros eléctricos especialmente capacitados que utilizan manuales técnicos, tablas, gráficos y programas de computadora realizan su análisis sobre la operación del circuito en varios modos, que incluyen:
1. inactivo;
2. carga nominal;
3. situaciones de emergencia.
Un peligro especial es el tercer caso cuando se produce un mal funcionamiento de la red que puede dañar el equipo. Con mayor frecuencia, están asociados con un cortocircuito "metálico" del circuito de alimentación, cuando las resistencias eléctricas con una dimensión de una fracción de Ohm se conectan aleatoriamente entre diferentes potenciales del voltaje de entrada.
Dichos modos se denominan corrientes de cortocircuito o se abrevian como "cortocircuito". Ocurren cuando:
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fallas en la operación de automatización y protección;
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errores del personal;
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daño al equipo debido al envejecimiento técnico;
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impactos naturales de fenómenos naturales;
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sabotaje o actos de vandalismo.
Las corrientes de cortocircuito son significativamente mayores en magnitud que las cargas nominales bajo las cuales se crea un circuito eléctrico. Por lo tanto, simplemente queman los puntos débiles del equipo, lo destruyen y provocan incendios.
Además de la destrucción térmica, todavía tienen un efecto dinámico. Su manifestación muestra bien el video:
Para excluir el desarrollo de tales accidentes durante la operación, comienzan a luchar con ellos incluso en la etapa de creación del proyecto de equipos eléctricos. Para hacer esto, calcule teóricamente la posibilidad de ocurrencia de corrientes de cortocircuito y su magnitud.
Estos datos se utilizan para crear aún más el proyecto y seleccionar los elementos de potencia y los dispositivos de protección del circuito. Continúan trabajando con ellos constantemente durante la operación del equipo.
Las corrientes de posibles cortocircuitos se calculan mediante métodos teóricos con diversos grados de precisión aceptables para la creación confiable de protecciones.
¿Qué procesos eléctricos son la base para calcular las corrientes de cortocircuito?
Inicialmente, nos centraremos en el hecho de que cualquier tipo de tensión aplicada, incluida la directa, alterna sinusoidal, pulsada o cualquier otra aleatoria, crea corrientes accidentales que repiten la imagen de esta forma o la cambian dependiendo de la resistencia aplicada y la acción de los factores secundarios. Todo esto debe proporcionarse a los diseñadores y tenerse en cuenta en sus cálculos.
La evaluación de la ocurrencia de acción m de corrientes de cortocircuito le permite realizar:
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Ley de Ohm;
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la magnitud de la característica de potencia de la potencia aplicada desde la fuente de voltaje;
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estructura del circuito eléctrico utilizado;
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valor de la resistencia total aplicada a la fuente.
Ley de ohmios
La base para calcular los cortocircuitos es el principio que determina que la intensidad de corriente se puede calcular por el valor de la tensión aplicada, si la divide por el valor de la resistencia conectada.
También actúa en el cálculo de cargas nominales. La única diferencia es que:
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Durante el funcionamiento óptimo del circuito eléctrico, el voltaje y la resistencia están prácticamente estabilizados y varían ligeramente dentro de los límites de las normas técnicas de trabajo;
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En caso de accidentes, el proceso ocurre espontáneamente al azar. Pero puede ser previsto, calculado por los métodos desarrollados.
Tensión de alimentación
Con su ayuda, se evalúa la posibilidad de energía energética de realizar trabajos destructivos por corrientes de cortocircuito, se analiza la duración de su curso, se analiza el valor.
Veamos un ejemplo cuando una misma pieza de cable de cobre con una sección transversal de un milímetro cuadrado y medio y una longitud de medio metro se conectó por primera vez directamente a los terminales de la batería de Krona, y después de un tiempo insertaron un enchufe doméstico en la fase y cero contactos.
En el primer caso, una corriente de cortocircuito fluirá a través del cable y la fuente de voltaje, lo que calentará la batería a un estado que dañará su rendimiento. El poder de la fuente no es suficiente para quemar el puente conectado y romper el circuito.
En el segundo caso, la protección automática funcionará. Supongamos que todos están defectuosos y atascados. Luego, la corriente de cortocircuito pasará a través del cableado de la casa, alcanzará el blindaje de entrada al departamento, la entrada, el edificio y alcanzará la subestación del transformador de energía a través de cables o líneas de alta tensión.
Como resultado, un circuito bastante largo con una gran cantidad de alambres, cables y lugares de conexión están conectados al devanado del transformador. Aumentarán significativamente la resistencia eléctrica de nuestro cortocircuito. Pero incluso en este caso, es muy probable que no resista la potencia aplicada y simplemente se queme.
Configuración del circuito
Cuando se alimenta a los consumidores, se les suministra voltaje de diferentes maneras, por ejemplo:
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a través de los potenciales de los terminales positivo y negativo de la fuente de voltaje de CC;
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fase y cero de una red doméstica monofásica de 220 voltios;
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Un circuito trifásico de 0.4 kV.
En cada uno de estos casos, pueden ocurrir fallas de aislamiento en varios lugares, lo que conducirá al flujo de corrientes de cortocircuito a través de ellos. Solo para un circuito de CA trifásico, cortocircuitos entre:
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las tres fases simultáneamente: se llama trifásico;
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cualesquiera dos fases entre ellos - interfase;
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cualquier fase y cero - monofásico;
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fase y tierra - monofásica a tierra;
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dos fases y tierra: dos fases a tierra;
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tres fases y tierra - trifásico a tierra.
Al crear un proyecto para el suministro de energía del equipo, todos estos modos deben calcularse y tenerse en cuenta.
El efecto de la resistencia eléctrica de un circuito.
La longitud de la línea desde la fuente de voltaje hasta la ubicación del cortocircuito tiene una cierta resistencia eléctrica. Su valor limita las corrientes de cortocircuito. La presencia de devanados de transformadores, bobinas, bobinas, placas de condensadores agregan resistencias inductivas y capacitivas, formando componentes aperiódicos que distorsionan la forma simétrica de los armónicos fundamentales.
Los métodos existentes para calcular las corrientes de cortocircuito les permiten calcularse con suficiente precisión para la práctica de acuerdo con la información preparada previamente. El método puede medir la resistencia eléctrica real de un circuito ya ensamblado. bucles de fase cero. Le permite aclarar el cálculo, hacer ajustes a la elección de las defensas.
Documentos básicos para el cálculo de corrientes de cortocircuito.
1. El método de cálculo de las corrientes de cortocircuito.
Está bien establecido en el libro de A. V. Belyaev "La elección de equipos, protecciones y cables en redes de 0.4 kV", publicado por Energoatomizdat en 1988. La información ocupa 171 páginas.
El libro proporciona:
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secuencia de cálculo de corrientes de cortocircuito;
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teniendo en cuenta el efecto limitador de corriente del arco eléctrico en el sitio del daño;
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principios para la selección de equipos de protección de acuerdo con los valores de las corrientes calculadas.
El libro publica información de referencia sobre:
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disyuntores y fusibles con análisis de las características de sus propiedades protectoras;
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selección de cables y equipos, incluidas instalaciones para proteger motores eléctricos, conjuntos de potencia, dispositivos de entrada para generadores y transformadores;
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desventajas de la protección de ciertos tipos de interruptores automáticos;
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características del uso de protección de relé remoto;
-
ejemplos de resolución de problemas de diseño.
Puedes descargar este libro aquí: Selección de equipos, blindajes y cables en redes de 0.4 kV
2. Directrices RD 153—34.0—20.527—98
Este documento define:
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métodos para calcular corrientes de cortocircuito de modos simétricos y asimétricos en instalaciones eléctricas con voltajes de hasta 1 kV y superiores;
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métodos para verificar la resistencia térmica y electrodinámica de aparatos y conductores eléctricos;
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métodos de prueba para la capacidad de conmutación de dispositivos eléctricos.
Las instrucciones no cubren el cálculo de corrientes de cortocircuito con respecto a dispositivos de protección de relés con condiciones de operación específicas.
Puedes descargarlos aquí: Pautas para el cálculo de corrientes de cortocircuito
3. GOST 28249-93
El documento describe los cortocircuitos que ocurren en instalaciones eléctricas de corriente alterna y el procedimiento para su cálculo para sistemas con voltajes de hasta 1 kV. Ha sido efectivo desde el 1 de enero de 1995 en los territorios de Bielorrusia y Kirguistán. Moldavia, Rusia, Tayikistán, Turkmenistán y Ucrania.
El estándar estatal define métodos generales para calcular las corrientes de cortocircuito en el momento inicial y en cualquier momento arbitrario para instalaciones eléctricas con máquinas síncronas y asíncronas, reactores y transformadores, líneas de alta tensión y cables, barras colectoras, nodos de carga compleja compleja.
Las normas técnicas para el diseño de instalaciones eléctricas están determinadas por las normas estatales actuales y acordadas por el Consejo Interestatal de Normalización, Metrología y Certificación.
Descargar GOST 28249-93 (2003). Cortocircuitos en instalaciones eléctricas. Los métodos de cálculo en instalaciones eléctricas de CA con voltaje de hasta 1 kV pueden encontrarse aquí: GOST para el cálculo de corrientes de cortocircuito
La secuencia de acciones del diseñador para el cálculo de corrientes de cortocircuito.
Inicialmente, debe preparar la información necesaria para el análisis y luego realizar el cálculo. Después de la instalación del equipo para el proceso de ponerlo en funcionamiento y durante el funcionamiento, se verifica la correcta selección y operatividad de las protecciones.
Recopilación de datos de origen
Cualquier esquema se puede reducir a una forma simplificada cuando consta de dos partes:
1. fuente de voltaje. Para una red de 0.4 kV, su rol es desempeñado por el devanado secundario del transformador de potencia;
2. La línea de alimentación.
Debajo de ellos, se recopilan las características necesarias.
Datos del transformador para el cálculo de corrientes de cortocircuito.
Descubre:
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valor de la tensión de cortocircuito (%) - Uкз;
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pérdida de cortocircuito (kW) - Rk;
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tensiones nominales en los devanados laterales alto y bajo (kV. V) - Uvn, Unn;
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voltaje de fase en el devanado del lado bajo (V) - Ef;
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potencia nominal (kVA) - Snt;
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resistencia de corriente total de cortocircuito monofásico (mOhm) - Zt.
Suministro de datos de línea para calcular corrientes de cortocircuito
Estos incluyen:
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marcas y cantidad de cables con indicación de material y sección de venas;
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longitud total de la ruta (m) - L;
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resistencia inductiva (mOhm / m) - X0;
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impedancia para el bucle de fase cero (mOhm / m) - Zpt.
Esta información para el transformador y la línea se concentra en los directorios. El coeficiente de impacto de Kud también se toma allí.
Secuencia de cálculo
Según las características encontradas, se calculan para:
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transformador - resistencia activa e inductiva (mOhm) - Rt, Xt;
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líneas - activa, inductiva e impedancia (mOhm).
Estos datos le permiten calcular la resistencia total activa e inductiva (mOhm). Y en base a ellos, puede determinar la resistencia total del circuito (mOhm) y las corrientes:
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circuito trifásico y choque (kA);
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cortocircuito monofásico (kA).
Según los valores de las últimas corrientes calculadas, seleccionan disyuntores y otros dispositivos de protección para los consumidores.
Los diseñadores pueden realizar el cálculo de corrientes de cortocircuito manualmente de acuerdo con fórmulas, tablas de búsqueda y gráficos, o utilizando programas especiales de computadora.
En los equipos de potencia real puestos en funcionamiento, todas las corrientes, incluidos los circuitos nominales y los cortocircuitos, se registran mediante osciloscopios automáticos.
Dichos oscilogramas le permiten analizar el curso de las condiciones de emergencia, el funcionamiento correcto de los equipos de energía y los dispositivos de protección.Toman medidas efectivas para mejorar la fiabilidad de los consumidores del circuito eléctrico.
Ver también en electro-es.tomathouse.com
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