Vzroki in posledice kratkega stika

Kratek stik — priključitev vira EMF na breme, katerega upor je zelo majhen v primerjavi z notranjim uporom vira.

Tok kratkega stika določa le notranji upor vira r, tj. ik = E / r, kjer je E EMF vira.

Običajno Viri EMF niso zasnovani za visok tok, ki nastane med kratkim stikom, se v viru ustvari zelo velika količina toplote, kar lahko povzroči uničenje in smrt vira. Kratek stik je še posebej nevaren za vire z majhno notranji upor (baterije, električni avtomobili itd.).

Torej do kratkega stika pride, ko sta povezani dve žici vezja, povezani na različne sponke (na primer v enosmernih tokokrogih sta to «+» in «-«) vira skozi zelo majhen upor, ki je primerljiv z odpornost samih žic.

Tok kratkega stika lahko večkrat preseže nazivni tok v tokokrogu. V takih primerih je treba tokokrog prekiniti, preden temperatura žic doseže nevarne vrednosti.

Za zaščito žic pred pregrevanjem in preprečitev vžiga okoliških predmetov so v tokokrog vključene zaščitne naprave — varovalke oz odklopniki.

Do kratkega stika lahko pride tudi pri prenapetosti kot posledica neviht, neposrednih udarov strele, mehanskih poškodb izolacijskih delov, napačnih dejanj servisnega osebja.

V primeru kratkega stika se kratkostični tokovi močno povečajo in napetost zmanjša, kar predstavlja veliko nevarnost za električno opremo in lahko povzroči izpad električne energije pri porabnikih.

Poglej tudi: Kako deluje in deluje zaščita kratkega stika

Kratki stiki so:

• trifazni (simetrični), v katerem so vse tri faze v kratkem stiku;

• dvofazni (neuravnoteženi), v katerem sta samo dve fazi v kratkem stiku;

• dvofazna povezava z zemljo v sistemih s trdno ozemljenimi nevtralnimi vodili;

• enofazne neuravnotežene ozemljene nevtralnosti.

Tok doseže največjo vrednost z enofaznim kratkim stikom. Zaradi uporabe posebnih umetnih ukrepov (na primer ozemljitev nevtralnih elementov z reaktorji, ozemljitev le dela nevtralnih vodov), se lahko največja vrednost enofaznega kratkostičnega toka zmanjša na vrednost trifaznega kratkostičnega toka, za katerega se najpogosteje izvajajo izračuni.

Vzroki kratkega stika

Glavni vzrok kratkega stika so motnje izolacija električne opreme.

Okvare izolacije so posledica:

1. Prenapetost (zlasti v omrežjih z izoliranimi nevtralnimi),

2. Neposreden udar strele,

3. Izolacija staranja,

4.Mehanske poškodbe izolacije, vožnja pod črto prevelikih mehanizmov,

5. Neustrezno vzdrževanje opreme.

Pogosto so vzrok za poškodbe električnega dela električnih napeljav nekvalificirana dejanja servisnega osebja.

Namerni kratek stik

Pri uporabi poenostavljenih povezovalnih shem padajočih transformatorskih postaj se uporabljajo posebne naprave - kratkih stikovki ustvarijo namerni kratek stik, da bi hitro prekinili nastalo napako. Tako poleg naključnih kratkih stikov v elektroenergetskih sistemih obstajajo tudi namerni kratki stiki, ki nastanejo zaradi delovanja kratkega stika.

Posledice kratkega stika

Zaradi kratkega stika se deli pod napetostjo močno pregrejejo, kar lahko povzroči razpad izolacije, pa tudi pojav velikih mehanskih sil, ki prispevajo k uničenju delov električnih instalacij.

V tem primeru je normalna oskrba potrošnikov v nepoškodovanih odsekih omrežja motena, saj zasilni način kratkega stika v eni liniji povzroči splošno zmanjšanje napetosti. V točki kratkega stika konjugacija postane enaka nič, na vseh točkah do točke kratkega stika pa napetost močno pade in normalno napajanje nepoškodovanih vodov postane nemogoče.

Ko pride do kratkih stikov v elektroenergetskem sistemu, se njegov skupni upor zmanjša, kar vodi do povečanja tokov v njegovih vejah v primerjavi s tokovi v normalnem načinu, kar povzroči zmanjšanje napetosti na posameznih točkah elektroenergetskega sistema, ki je še posebej velik v bližini točke kratkega stika.Stopnja zmanjšanja napetosti je odvisna od delovanja naprave za avtomatsko regulacijo napetosti in oddaljenost od mesta poškodbe.

Odvisno od mesta nastanka in trajanja okvare so lahko njene posledice lokalne narave ali pa vplivajo na celoten elektroenergetski sistem.

Pri veliki razdalji kratkega stika je lahko vrednost toka kratkega stika le majhen del nazivnega toka električnih generatorjev, pojav takega kratkega stika pa zaznavajo kot rahlo povečanje obremenitve .

Do močnega znižanja napetosti pride le v bližini točke kratkega stika, medtem ko je na drugih točkah elektroenergetskega sistema to znižanje manj opazno. Zato se v obravnavanih pogojih nevarne posledice kratkega stika pokažejo le na delih napajalnega sistema, ki so najbližje mestu nesreče.

Čeprav je tok kratkega stika majhen v primerjavi z nazivnim tokom generatorjev, je običajno večkrat večji od nazivnega toka veje, kjer pride do kratkega stika. Zato lahko tudi pri kratkotrajnem pretoku toka kratkega stika povzroči dodatne segrevanje tokovnih elementov in žice nad dovoljeno raven.

Kratkostični tokovi povzročajo velike mehanske sile med vodniki, ki so še posebej velike na začetku kratkostičnega procesa, ko tok doseže največjo vrednost. Če je moč žic in njihovih pritrdil nezadostna, lahko pride do mehanskih poškodb.

Nenaden globok padec napetosti kratkega stika vpliva na delovanje porabnikov.Najprej to velja za motorje, saj se lahko tudi pri kratkotrajnem padcu napetosti za 30-40% ustavijo (motorji se obrnejo).

Prevračanje motorja močno vpliva na delovanje industrijskega obrata, saj traja dolgo časa, da se vzpostavi normalen proizvodni proces, nepričakovana zaustavitev motorjev pa lahko povzroči napako v proizvodu obrata.

Pri majhni razdalji in zadostnem trajanju kratkega stika je možen izpad vzporednih postaj iz sinhronizma, t.j. motnje normalnega delovanja celotnega električnega sistema, kar je najnevarnejša posledica kratkega stika.

Neuravnoteženi tokovni sistemi, ki nastanejo zaradi zemeljskih napak, lahko ustvarijo dovolj magnetnih tokov, da inducirajo znatna elektromagnetna polja v sosednjih tokokrogih (komunikacijski vodi, cevovodi), ki so nevarni za servisno osebje in opremo v teh tokokrogih.

Zato so posledice kratkega stika naslednje:

1. Mehanske in toplotne poškodbe električne opreme.

2. Požar v električnih inštalacijah.

3. Zmanjšanje nivoja napetosti v električnem omrežju, kar povzroči zmanjšanje navora elektromotorjev, njihovo zaustavitev, zmanjšanje zmogljivosti ali celo prevračanje.

4. Izguba sinhronosti posameznih generatorjev, elektrarn in delov elektroenergetskega sistema ter nastanek nesreč, vključno s sistemskimi.

5. Elektromagnetni vpliv na komunikacijske linije, komunikacije itd.

Čemu služi izračun tokov kratkega stika?

Kratek stik v tokokrogu povzroči v njem prehodni proces, med katerim lahko tok obravnavamo kot vsoto dveh komponent: prisilne harmonične (periodične, sinusne) ip in proste (aperiodične, eksponentne) ia. Prosta komponenta se zmanjšuje s časovno konstanto Tc = Lc / rc = xc /? Rc kot prehodni razpada. Največja trenutna vrednost iу celotnega toka i se imenuje udarni tok, razmerje med slednjim in amplitudo Iπm pa se imenuje udarni koeficient.

Izračun tokov kratkega stika je potreben za pravilno izbiro električne opreme, načrtovanje relejna zaščita in avtomatika, izbor sredstev za omejevanje kratkostičnih tokov.

Kratki stiki (SC) se običajno pojavijo zaradi prehodnih uporov - električnih lokov, tujkov na mestu napake, nosilcev in njihovih ozemljitev ter uporov med faznimi vodniki in zemljo (na primer, ko vodniki padejo na tla). Za poenostavitev izračunov se predpostavlja, da so posamezni prehodni upornosti, odvisno od vrste napake, enaki drug drugemu ali enaki nič ("kovinski" ali "dolgočasen" kratek stik).

Poglej tudi:Tok kratkega stika, ki določa velikost toka kratkega stika