Ударный ток короткого замыкания представляет большую опасность для электрооборудования и требует тщательного контроля. Давайте разберемся, какие существуют предельно допустимые значения этого показателя и как их правильно рассчитывать.
1. Понятие ударного тока короткого замыкания
Ударный ток короткого замыкания - это наибольшее мгновенное значение полного тока короткого замыкания, возникающее в первые миллисекунды после наступления КЗ. Физически ударный ток обусловлен наложением двух составляющих:
- Периодической составляющей - тока промышленной частоты, определяемого параметрами сети.
- Апериодической составляющей - затухающего тока, обусловленного разрядом емкостей сети.
Наибольшее значение ударного тока достигается в момент, когда обе эти составляющие совпадают по фазе и взаимно усиливают друг друга. Величина ударного тока зависит от:
- параметров сети (напряжения, индуктивности, активного и реактивного сопротивлений);
- места возникновения КЗ;
- предшествующего режима работы сети;
- типа замыкания (одно-, двух- или трехфазное).
Знание величины ударного тока важно при выборе и проверке электрооборудования, в частности выключателей и проводников.
2. Нормативные значения и методики расчета
Допустимые значения ударного тока регламентируются нормативными документами, такими как ГОСТ, ПУЭ, отраслевые стандарты. Например, согласно ПУЭ:
Токоограничивающие реакторы должны выбираться с учетом времени действия резервных защит от КЗ таким образом, чтобы при коротких замыканиях исключалась возможность перегрева шин, проводов и оборудования токами КЗ больше допустимых значений.
Для расчета ударного тока используются разные методики в зависимости от параметров схемы. Например, для цепей до 1 кВ применяется упрощенный расчет по приближенным формулам, а в сетях выше 1 кВ требуется точный расчет с учетом реальных сопротивлений и реактивностей.
При этом нужно выбирать наиболее тяжелые условия КЗ, чтобы результаты расчетов имели запас прочности. Например, рассматривать:
- трехфазное КЗ как наиболее тяжелый вид;
- минимальные сопротивления цепи КЗ;
- максимально возможную предшествующую нагрузку.
3. Воздействие на электрооборудование
При протекании ударного тока КЗ на электрооборудование оказываются два основных воздействия:
- Термическое - нагрев проводников и контактов;
- Электродинамическое - механические усилия в проводниках.
Последствиями превышения допустимых значений могут быть:
- Перегрев и повреждение изоляции;
- Деформация шин и проводов, разрушение контактных соединений;
- Механические повреждения оборудования.
Поэтому очень важно не допускать превышения номинальных значений тока при выборе и установке электрооборудования.
| Электрооборудование | Допустимый ударный ток, кА |
| Трансформатор 6 кВ | 51 |
| Шины 6 кВ | 20 |
Как видно из примера, допустимые значения ударного тока зависят от типа оборудования и его номинальных параметров.
4. Меры по ограничению ударного тока
Чтобы не допустить превышения допустимых значений ударного тока, применяются следующие меры:
- Установка предохранителей и автоматических выключателей с нужными параметрами отключения;
- Применение токоограничивающих реакторов;
- Секционирование сборных шин;
- Выравнивание токов при несимметричных КЗ.
При выборе токоограничивающих устройств важно правильно рассчитать их параметры исходя из величины ударного тока в данной сети. Например, индуктивность реактора выбирают таким образом, чтобы ограничить ток до нужного уровня.
5. Защита от перенапряжений при отключении ударного тока
При отключении больших индуктивных токов КЗ в сети возникают перенапряжения, опасные для изоляции оборудования. Для защиты применяют:
- Заземляющие устройства;
- Разрядники и ограничители перенапряжений;
- Тщательную координацию с работой основных защит.
Заземляющие устройства должны иметь необходимую проводимость, чтобы обеспечить отвод токов промышленной частоты и грозовых разрядов в землю. Разрядники подбирают с учетом ожидаемых уровней перенапряжений.
6. Автоматизация контроля и защиты
Для непрерывного контроля уровня ударных токов и быстрого реагирования применяют современные средства автоматизации:
- Микропроцессорные устройства защиты;
- Цифровые датчики тока;
- Алгоритмы расчета предельных значений в реальном времени.
Это позволяет максимально точно отслеживать текущую ситуацию в сети и предотвращать аварийные режимы. Превышение допустимого тока может автоматически привести к отключению соответствующего оборудования.
7. Перспективы развития систем защиты
В ближайшем будущем ожидается дальнейшее развитие систем контроля и защиты от ударных токов в таких направлениях:
- Повышение быстродействия и точности измерений;
- Внедрение новых принципов ограничения токов;
- Искусственный интеллект для оптимизации параметров защиты.
Это позволит свести к минимуму ущерб от аварийных режимов работы сети и повысить надежность электроснабжения в целом.
8. Выбор оборудования по допустимым токам
При проектировании и монтаже электроустановок необходимо учитывать допустимые значения ударного тока для всех элементов. Оборудование выбирают с запасом по отношению к расчетным или измеренным токам КЗ.
Например, если по данным измерений ударный ток в сети может достигать 50 кА, то на данном участке следует устанавливать:
- Выключатели на ток отключения не менее 50 кА;
- Шины с допустимым током не менее 50 кА в течение 1 секунды;
- Трансформаторы, рассчитанные на термическое и динамическое воздействие тока 50 кА.
Такой подход гарантирует надежную работу оборудования при возникновении КЗ.
9. Выбор параметров ограничителей тока
Для выбора параметров ограничителей тока КЗ необходимо:
- Рассчитать возможные уровни ударного тока в сети;
- Определить допустимые пределы тока для защищаемого оборудования;
- Подобрать ограничитель, обеспечивающий снижение тока до нужного уровня.
Например, если расчетный ток КЗ составляет 80 кА, а предельно допустимый для шин - 50 кА, можно установить реактор, снижающий ударный ток до 45-55 кА.
10. Координация работы ограничителей и защит
При установке ограничителей тока КЗ необходимо обеспечить правильную координацию их работы с резервными защитами от КЗ. Важно соблюсти баланс:
- Ограничитель должен включиться быстрее защиты, чтобы успеть ограничить ток;
- Но время срабатывания ограничителя не должно превышать предельно допустимого для оборудования при протекании неограниченного тока.
Таким образом достигается надежное ограничение тока КЗ до безопасного уровня наряду с резервированием защиты.
11. Автоматическая защита оборудования от превышения тока
Современные системы автоматизации позволяют реализовать автоматическую защиту оборудования в случае превышения предельно допустимых токов.
Для этого в цепи устанавливают датчики тока, которые контролируют уровень ударного тока КЗ в реальном времени. При превышении уставки микропроцессорное устройство защиты выдает команду на отключение оборудования автоматическим выключателем.
Такая система позволяет оперативно защитить дорогостоящее оборудование от повреждений токами КЗ, не дожидаясь срабатывания основной защиты.
