Αιτίες και συνέπειες βραχυκυκλώματος

Βραχυκύκλωμα — σύνδεση της πηγής EMF με το φορτίο, η αντίσταση του οποίου είναι πολύ μικρή σε σύγκριση με την εσωτερική αντίσταση της πηγής.

Το ρεύμα βραχυκυκλώματος καθορίζεται μόνο από την εσωτερική αντίσταση της πηγής r, δηλ. ik = E / r, όπου E είναι το EMF της πηγής.

Συνήθως Πηγές EMF δεν έχουν σχεδιαστεί για το υψηλό ρεύμα που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια ενός βραχυκυκλώματος, παράγεται πολύ μεγάλη ποσότητα θερμότητας στην πηγή, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή και θάνατο της πηγής. Ένα βραχυκύκλωμα είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο για πηγές με μικρές πηγές εσωτερική αντίσταση (μπαταρίες, ηλεκτρικά αυτοκίνητα κ.λπ.).

Έτσι, συμβαίνει βραχυκύκλωμα όταν δύο καλώδια ενός κυκλώματος συνδέονται, συνδέονται με διαφορετικούς ακροδέκτες (για παράδειγμα, σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, αυτοί είναι «+» και «-») της πηγής μέσω μιας πολύ μικρής αντίστασης, η οποία είναι συγκρίσιμη με την αντίσταση των ίδιων των καλωδίων.

Το ρεύμα βραχυκυκλώματος μπορεί να υπερβεί το ονομαστικό ρεύμα στο κύκλωμα πολλές φορές. Σε τέτοιες περιπτώσεις, το κύκλωμα πρέπει να σπάσει πριν η θερμοκρασία των καλωδίων φτάσει σε επικίνδυνες τιμές.

Για την προστασία των καλωδίων από υπερθέρμανση και για την αποφυγή ανάφλεξης των γύρω αντικειμένων, στο κύκλωμα περιλαμβάνονται προστατευτικές συσκευές — ασφάλειες ή διακόπτες κυκλώματος.

Βραχυκυκλώματα μπορεί επίσης να προκύψουν με υπέρταση ως αποτέλεσμα καταιγίδων, άμεσων κεραυνών, μηχανικών βλαβών σε μονωτικά μέρη, λανθασμένων ενεργειών του προσωπικού σέρβις.

Σε περίπτωση βραχυκυκλώματος, τα ρεύματα βραχυκυκλώματος αυξάνονται απότομα και η τάση μειώνεται, γεγονός που αποτελεί μεγάλο κίνδυνο για τον ηλεκτρικό εξοπλισμό και μπορεί να προκαλέσει διακοπές ρεύματος στους καταναλωτές.

Δείτε επίσης: Πώς λειτουργεί και λειτουργεί η προστασία βραχυκυκλώματος

Τα βραχυκυκλώματα είναι:

• τριφασική (συμμετρική), στην οποία και οι τρεις φάσεις βραχυκυκλώνονται.

• διφασική (μη ισορροπημένη), στην οποία μόνο δύο φάσεις βραχυκυκλώνονται.

• Διφασικά προς γείωση σε συστήματα με σταθερά γειωμένα ουδέτερα.

• μονοφασικοί μη ισορροπημένοι γειωμένοι ουδέτεροι.

Το ρεύμα φτάνει στη μέγιστη τιμή του με μονοφασικό βραχυκύκλωμα. Ως αποτέλεσμα της χρήσης ειδικών τεχνητών μέτρων (για παράδειγμα, γείωση των ουδέτερων από αντιδραστήρες, γειώνοντας μόνο μέρος των ουδέτερων), η μέγιστη τιμή του μονοφασικού ρεύματος βραχυκυκλώματος μπορεί να μειωθεί στην τιμή του τριφασικού ρεύματος βραχυκυκλώματος, για το οποίο οι υπολογισμοί γίνονται πιο συχνά.

Αιτίες βραχυκυκλώματος

Η κύρια αιτία του βραχυκυκλώματος είναι οι διαταραχές μόνωση ηλεκτρολογικού εξοπλισμού.

Οι αστοχίες μόνωσης προκαλούνται από:

1. Υπέρταση (ειδικά σε δίκτυα με απομονωμένους ουδέτερους),

2. Απευθείας κεραυνός,

3. Απομόνωση γήρανσης,

4.Μηχανική βλάβη στη μόνωση, οδήγηση κάτω από τις γραμμές μεγάλων μηχανισμών,

5. Ανεπαρκής συντήρηση του εξοπλισμού.

Συχνά η αιτία βλάβης στο ηλεκτρικό μέρος των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων είναι οι αναρμόδιες ενέργειες του προσωπικού σέρβις.

Σκόπιμα βραχυκύκλωμα

Κατά την εφαρμογή απλοποιημένων σχημάτων σύνδεσης υποσταθμών υποβάθμισης, χρησιμοποιούνται ειδικές συσκευές — βραχυκυκλώματατα οποία δημιουργούν σκόπιμα βραχυκύκλωμα προκειμένου να διακοπεί γρήγορα η προκύπτουσα βλάβη. Έτσι, εκτός από τυχαία βραχυκυκλώματα στα συστήματα ισχύος, υπάρχουν και σκόπιμα βραχυκυκλώματα που προκαλούνται από τη δράση ενός βραχυκυκλώματος.

Συνέπειες βραχυκυκλώματος

Ως αποτέλεσμα βραχυκυκλώματος, τα ενεργά μέρη υπερθερμαίνονται σημαντικά, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη της μόνωσης, καθώς και στην εμφάνιση μεγάλων μηχανικών δυνάμεων που συμβάλλουν στην καταστροφή τμημάτων ηλεκτρικών εγκαταστάσεων.

Σε αυτήν την περίπτωση, η κανονική τροφοδοσία των καταναλωτών σε μη κατεστραμμένα τμήματα του δικτύου διακόπτεται, καθώς η λειτουργία έκτακτης ανάγκης ενός βραχυκυκλώματος σε μία γραμμή οδηγεί σε γενική μείωση της τάσης. Στο σημείο βραχυκυκλώματος, η σύζευξη γίνεται μηδέν, και σε όλα τα σημεία μέχρι το σημείο βραχυκυκλώματος, η τάση πέφτει απότομα και η κανονική παροχή ρεύματος στις άθικτες γραμμές καθίσταται αδύνατη.

Όταν συμβαίνουν βραχυκυκλώματα στο σύστημα ισχύος, η συνολική του αντίσταση μειώνεται, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση των ρευμάτων στους κλάδους του σε σύγκριση με τα ρεύματα στην κανονική λειτουργία, και αυτό προκαλεί μείωση της τάσης σε μεμονωμένα σημεία του συστήματος ισχύος, που είναι ιδιαίτερα μεγάλο κοντά στο σημείο βραχυκύκλωμα.Ο βαθμός μείωσης της τάσης εξαρτάται από τη λειτουργία συσκευές αυτόματης ρύθμισης τάσης και απόσταση από το σημείο της ζημιάς.

Ανάλογα με τον τόπο εμφάνισης και τη διάρκεια της βλάβης, οι συνέπειές της μπορεί να είναι τοπικής φύσης ή να επηρεάσουν ολόκληρο το σύστημα τροφοδοσίας.

Με μεγάλη απόσταση βραχυκυκλώματος, η τιμή του ρεύματος βραχυκυκλώματος μπορεί να είναι μόνο ένα μικρό μέρος του ονομαστικού ρεύματος των γεννητριών ισχύος και η εμφάνιση ενός τέτοιου βραχυκυκλώματος γίνεται αντιληπτή από αυτούς ως ελαφρά αύξηση του φορτίου .

Μια ισχυρή μείωση της τάσης εμφανίζεται μόνο κοντά στο σημείο βραχυκυκλώματος, ενώ σε άλλα σημεία του συστήματος ισχύος αυτή η μείωση είναι λιγότερο αισθητή. Επομένως, υπό τις εξεταζόμενες συνθήκες, οι επικίνδυνες συνέπειες ενός βραχυκυκλώματος εκδηλώνονται μόνο στα μέρη του συστήματος τροφοδοσίας που βρίσκονται πιο κοντά στον τόπο του ατυχήματος.

Το ρεύμα βραχυκυκλώματος, αν και μικρό σε σύγκριση με το ονομαστικό ρεύμα των γεννητριών, είναι συνήθως πολλαπλάσιο του ονομαστικού ρεύματος του κλάδου όπου συμβαίνει το βραχυκύκλωμα. Επομένως, ακόμη και με βραχυπρόθεσμη ροή ρεύματος βραχυκυκλώματος, μπορεί να προκαλέσει πρόσθετη θέρμανση στοιχείων μεταφοράς ρεύματος και καλώδια πάνω από το επιτρεπόμενο επίπεδο.

Τα ρεύματα βραχυκυκλώματος προκαλούν υψηλές μηχανικές δυνάμεις μεταξύ των αγωγών, οι οποίες είναι ιδιαίτερα μεγάλες στην αρχή της διαδικασίας βραχυκυκλώματος, όταν το ρεύμα φτάσει στη μέγιστη τιμή του. Εάν η αντοχή των συρμάτων και η στερέωσή τους είναι ανεπαρκής, μπορεί να προκληθεί μηχανική βλάβη.

Η ξαφνική πτώση τάσης σε βαθύ βραχυκύκλωμα επηρεάζει την απόδοση των καταναλωτών.Πρώτα απ 'όλα, αυτό ισχύει για κινητήρες, επειδή ακόμη και με βραχυπρόθεσμη πτώση τάσης 30-40%, μπορούν να σταματήσουν (οι κινητήρες αναποδογυρίζουν).

Η ανατροπή κινητήρα έχει σοβαρές επιπτώσεις στη λειτουργία μιας βιομηχανικής μονάδας, καθώς χρειάζεται πολύς χρόνος για να αποκατασταθεί η κανονική διαδικασία παραγωγής και η απροσδόκητη διακοπή λειτουργίας των κινητήρων μπορεί να προκαλέσει ελάττωμα στο προϊόν της μονάδας.

Με μικρή απόσταση και επαρκή διάρκεια βραχυκυκλώματος, είναι δυνατό οι παράλληλοι σταθμοί να πέσουν εκτός συγχρονισμού, δηλ. διακοπή της κανονικής λειτουργίας ολόκληρου του ηλεκτρικού συστήματος, που είναι η πιο επικίνδυνη συνέπεια ενός βραχυκυκλώματος.

Τα συστήματα μη ισορροπημένου ρεύματος που προκύπτουν από σφάλματα γείωσης είναι ικανά να δημιουργούν μαγνητικές ροές επαρκείς για να επάγουν σημαντικά EMF σε παρακείμενα κυκλώματα (γραμμές επικοινωνίας, αγωγοί) που είναι επικίνδυνα για το προσωπικό σέρβις και τον εξοπλισμό σε αυτά τα κυκλώματα.

Επομένως, οι συνέπειες ενός βραχυκυκλώματος είναι οι εξής:

1. Μηχανική και θερμική βλάβη σε ηλεκτρολογικό εξοπλισμό.

2. Πυρκαγιά σε ηλεκτρολογικές εγκαταστάσεις.

3. Μείωση της στάθμης τάσης στο ηλεκτρικό δίκτυο, που οδηγεί σε μείωση της ροπής των ηλεκτροκινητήρων, σταμάτημά τους, μείωση της απόδοσης ή ακόμα και σε ανατροπή.

4. Απώλεια συγχρονισμού μεμονωμένων γεννητριών, σταθμών ηλεκτροπαραγωγής και τμημάτων του ηλεκτρικού συστήματος και εμφάνιση ατυχημάτων, συμπεριλαμβανομένων των ατυχημάτων στο σύστημα.

5. Ηλεκτρομαγνητική επίδραση σε γραμμές επικοινωνίας, επικοινωνίες κ.λπ.

Σε τι χρησιμεύει ο υπολογισμός των ρευμάτων βραχυκυκλώματος;

Ένα βραχυκύκλωμα στο κύκλωμα προκαλεί μια μεταβατική διαδικασία σε αυτό, κατά την οποία το ρεύμα μπορεί να θεωρηθεί ως το άθροισμα δύο συστατικών: εξαναγκασμένης αρμονικής (περιοδική, ημιτονοειδής) ip και ελεύθερη (απεριοδική, εκθετική) ia. Η ελεύθερη συνιστώσα μειώνεται με τη σταθερά χρόνου Tc = Lc / rc = xc /? Rc καθώς το παροδικό διασπάται. Η μέγιστη στιγμιαία τιμή iу του συνολικού ρεύματος i ονομάζεται ρεύμα κρούσης και ο λόγος του τελευταίου προς το πλάτος Iπm ονομάζεται συντελεστής κρούσης.

Ο υπολογισμός των ρευμάτων βραχυκυκλώματος είναι απαραίτητος για τη σωστή επιλογή ηλεκτρικού εξοπλισμού, σχεδιασμός προστασία ρελέ και αυτοματισμός, επιλογή μέσων για τον περιορισμό των ρευμάτων βραχυκυκλώματος.

Τα βραχυκυκλώματα (SC) συμβαίνουν συνήθως μέσω μεταβατικών αντιστάσεων - ηλεκτρικών τόξων, ξένων αντικειμένων στο σημείο σφάλματος, στηρίγματα και των γειώσεων τους, καθώς και αντιστάσεις μεταξύ αγωγών φάσης και γείωσης (για παράδειγμα, όταν οι αγωγοί πέφτουν στο έδαφος). Για να απλοποιηθούν οι υπολογισμοί, οι επιμέρους μεταβατικές αντιστάσεις, ανάλογα με τον τύπο της βλάβης, θεωρούνται ίσες μεταξύ τους ή ίσες με μηδέν («μεταλλικό» ή «θαμπό» βραχυκύκλωμα).

Δείτε επίσης:Ρεύμα βραχυκυκλώματος, το οποίο καθορίζει το μέγεθος του ρεύματος βραχυκυκλώματος