Ударный ток короткого замыкания

Ударный ток короткого замыкания

Проверка электронной аппаратуры и всех видов шин может производится разными способами. Например, чтобы выявить степень электродинамической устойчивости, применяется ударный ток короткого замыкания (iуд), значение которого определяется путем расчетов. По своей сути, данная величина является максимальным мгновенным значением полного тока КЗ. Рассчитать указанную характеристику можно на стадии между отсутствием тока в предыдущем режиме и максимальным показателем апериодической компоненты.

Относительный импульс

Относительный импульс — векторная физическая величина, равная произведению массы тела на относительную скорость:

p _1отн2 — импульс первого тела относительно второго, m₁ — масса первого тела, v _1отн2 — скорость первого тела относительно второго, v ₁ и v ₂ — скорости первого и второго тела соответственно в одной и той же системе отсчета.

Пример №2. Два автомобиля одинаковой массы (15 т) едут друг за другом по одной прямой. Первый — со скоростью 20 м/с, второй — со скоростью 15 м/с относительно Земли. Вычислите импульс первого автомобиля в системе отсчета, связанной со вторым автомобилем.

Сначала переведем единицы измерения в СИ:

Понятие номинальной предельной кратности

Параметр характеризуется как наибольшее значении кратности первичного в определенных условиях. Полная погрешность на вторичной нагрузке не должна превышать 10 процентов. Показатель нормируется, должны учитываться условия работы по защите трансформатора.

Если силовой трансформатор используется для питания различных электроизмерительных приборов, то к нему не предъявляются требования. Дело в том, что насыщение магнитного провода в оборудовании может быть даже положительным моментом, обеспечивающим улучшение электродинамических и термических свойств оборудования. Если же трансформаторы применяются для токовых цепей релейной защиты, то к требованиям устанавливают условия. Первичный поток увеличиваясь более получаемой погрешности, установленной для тс, влияет на сердечник, что приводит к увеличению насыщения.

Если функционирование силового оборудования ведется при характеристиках подачи тока, которые выше на 10% чем номинальные (что и называется — к10), то прибор перестает работать в стабильной области, переходит в фазу насыщения.

Под сушкой трансформатора понимают операцию по устранению влаги, скопившейся в оборудовании в процессе эксплуатации, для восстановления диэлектрических свойств изолирующего покрытия проводников. Проникновение влаги обычно обусловлено высокой влажностью окружающего воздуха или масла, применяемого для охлаждения и изоляции контуров устройств.

Используют несколько способов, в зависимости от степени увлажнения, применяемых средств и целей, которых необходимо достигнуть проведением данной операции. Далее – детальнее о возможных методиках сушки трансформаторного оборудования.

Индукционным нагревом

Эта методика достаточно распространена, в силу высокой эффективности. Принцип способа предполагает нагрев силового контура за счет образования вихревых токов. На бак наматывают намагниченные провода, при подаче нагрузки на которые возникает индукция.

Работы выполняют в таком порядке:

• операцию проводят при сухом баке, уплотнив отверстия,
• снаружи бак обматывают стеклотканью,
• к активному контуру подключают термопары и сопротивления,
• подключают приборы для контроля температуры,
• наносят обмотку для создания индукционных токов.

Затем включают печь, подогревающую днище бака. Нагретый воздух нагнетают насосами. Процедуру контролируют, следя за показаниями термометров и вакуумметров.

Токами КЗ

Методика токов короткого замыкания предполагает тепловые потери, за счет чего происходит нагрев. Эти процессы характерны для проводов катушек, подключенной стали сердечника.

Схема для сушки трансформатора методом короткого замыкания

Суть способа в том, что низковольтную часть трансформатора закорачивают по вводным зажимам. В это время высоковольтная схема устройства находится под напряжением. В результате возникающего короткого замыкания, электроустановка нагревается, что способствует испарению влаги.

Постоянным током

Методика предусматривает подачу на катушки трансформатора токов, приближенных к номинальной величине. Обычно задействуют обмотки среднего и высокого напряжения.

Схема для сушки трансформатора постоянным током

Те из контуров, которые не задействованы при данной процедуре, замыкают накоротко, с подводом к заземлительному контакту. Это распространяется на бак и прочие катушки, лишенные прямой электрической связи с прогреваемыми электричеством.

Точки нулевой последовательности

Этот метод применяют для трансформаторов с невысокими значениями мощности – в пределах до 400 кВА. Требуется подключение вторичных контуров по следующей схеме:

Схема для сушки трансформатора током нулевой последовательности

При выполнении работ необходимо соблюдать соответствующие меры предосторожности, поскольку контакты повышающей стороны остаются разомкнутыми.

За счет того, что фазы образуемых магнитных потоков совпадают и равны по величине, выделяется тепло, нагревающее токопроводящие элементы и испаряющее влагу. Данная методика очень проста, но не применима, если контакты выходных катушек соединены треугольником.

Перед началом сушки, активный контур подключают к напряжению, используемому при процедуре. Выполняют контрольный прогрев в течение 30 минут. Если в процессе проверки возникнет перегрев отдельных элементов сердечника, необходимо определить причину неисправности и устранить дефект. Только после этого проводят полноценную сушку.

Циркуляция масла через электронагреватели

Еще одна методика предполагает циркуляцию масла. Работы выполняют в такой последовательности:

• убирают масло из нижнего отсека бака,
• состав пропускают через нагревательное устройство,
• заливают нагретую жидкость в верхнюю часть бака.

Масло подают интенсивно, под давлением вводя в каждую фазу. Это исключает перегрев элементов, при равномерной просушке агрегата. После того, как цель достигнута, масло сливают и вновь заполняют бак в условиях вакуума.

Инфракрасное излучение

Использование инфракрасных лучей целесообразно для трансформаторных установок, мощностью до 1 000 кВА. Подводимую электроэнергию преобразуют в тепловое излучение, с эффективностью до 80%.

Процедура требует постоянного контроля температуры посредством термометров или термопар. Чаще применяют термопары. Используют инфракрасные лампы мощностью 250 или 500 Вт, рассчитанные на напряжение соответственно 120 и 220 В. Возможна замена этих устройств лампами накаливания.

Тепловое излучение направляют отражателями.

Обдув горячим воздухом

При использовании этого метода, не слишком распространенного, трансформатор обдувают нагретым воздухом, температура которого достигает 100°С. Тепловой поток направляют на активный контур, добиваясь нагрева катушек. Предусмотрена настройка расхода воздуха, с небольшой разницей температур на входе и выходе.

Метод сушки трансформатора горячим воздухом

Камера без вакуума

Данная методика предполагает такие последовательные операции:

• активный контур ставят в камеру,
• к входному и выходному отверстию камеры подключают воздуходувные устройства,
• нагнетают воздух, нагретый до температуры 105 градусов,
• контролируют нагрев оборудования по показаниям термометра,
• когда активная часть нагрета, снижают температуру внешнего изоляционного покрытия, подавая холодный воздух,
• по завершении сушки, активный корпус ревизируют, опускают в масляный бак.

Камера состоит из деревянного каркаса, обшитого и утепленного асбестом, сверху зашитого профнастилом. Зазор между оборудованием и внутренними стенками сооружения должен быть не менее 200 мм.

Стационарный сушильный шкаф

Эту установку применяют в условиях промышленных предприятий, когда требуется регулярная сушка трансформаторов. Данный способ характеризует высокая эффективность. Но покупка стационарного сушильного шкафа требует существенных финансовых затрат.

Электроосмос

Применение сушильных шкафов сопряжено с большим расходом энергии, длительным проведением операции сушки, неблагоприятным влиянием нагрева на элементы трансформатора в результате систематического нагрева.

Этих недостатков можно избежать, используя принцип электроосмоса. В данном случае создание внешнего электрического поля вызывает удаление жидкости через микроскопические поры оборудования. Установка работает импульсами, что не вызывает нагрев элементов.

Своевременная сушка позволит избежать возможной аварийной ситуации. Главное – правильно избрать метод, с учетом характеристик трансформатора и экономической целесообразности.

Отвод тепла в процессе работы тиристора

В открытом состоянии полупроводниковый вентиль имеет довольно малое сопротивление и падение напряжения на нем не превышает 1-2 В. Это относительно небольшое падение, при значительных токах анодных приводит к серьезным тепловым потерям, которые способны вызвать выход прибора из строя. Для предотвращения перегрева полупроводниковых устройств их крепят на специальные радиаторы, которые способствуют теплоотведению. Если теплоотводящих свойств радиатора недостаточно – применяют принудительное охлаждение.

Закон сохранения импульса, кинетическая и потенциальные энергии, мощность силы

Следует помнить, что речь идет о теле, которое можно представить как материальную точку. Импульс тела ($р$) называют также количеством движения. Понятие количества движения было введено в физику Рене Декартом (1596—1650). Термин «импульс» появился позже (impulsus в переводе с латинского означает «толчок»). Импульс является векторной величиной (как и скорость) и выражается формулой:

Направление вектора импульса всегда совпадает с направлением скорости.

За единицу импульса в СИ принимают импульс тела массой $1$ кг, движущегося со скоростью $1$ м/с, следовательно, единицей импульса является $1$ кг $·$ м/с.

Если на тело (материальную точку) действует постоянная сила в течение промежутка времени $∆t$, то постоянным будет и ускорение:

где, $<υ_1>↖<→>$ и $<υ_2>↖<→>$ — начальная и конечная скорости тела. Подставив это значение в выражение второго закона Ньютона, получим:

Раскрыв скобки и воспользовавшись выражением для импульса тела, имеем:

Здесь $↖<→>—↖<→>=∆p↖<→>$ — изменение импульса за время $∆t$. Тогда предыдущее уравнение примет вид:

Выражение $∆p↖<→>=F↖<→>∆t$ представляет собой математическую запись второго закона Ньютона.

Произведение силы на время ее действия называют импульсом силы. Поэтому изменение импульса точки равно изменению импульса силы, действующей на нее.

Выражение $∆p↖<→>=F↖<→>∆t$ называется уравнением движения тела. Следует заметить, что одно и то же действие — изменение импульса точки — может быть получено малой силой за большой промежуток времени и большой силой за малый промежуток времени.

Импульс системы тел. Закон изменения импульса

Импульсом (количеством движения) механической системы называется вектор, равный сумме импульсов всех материальных точек этой системы:

Законы изменения и сохранения импульса являются следствием второго и третьего законов Ньютона.

Рассмотрим систему, состоящую из двух тел. Силы ($F_<12>$ и $F_<21>$ на рисунке, с которыми тела системы взаимодействуют между собой, называются внутренними.

Пусть кроме внутренних сил на систему действуют внешние силы $↖<→>$ и $↖<→>$. Для каждого тела можно записать уравнение $∆p↖<→>=F↖<→>∆t$. Сложив левые и правые части этих уравнений, получим:

В левой части стоит геометрическая сумма изменений импульсов всех тел системы, равная изменению импульса самой системы — $<∆p_<сист>>↖<→>$.С учетом этого равенство $<∆p_1>↖<→>+<∆p_2>↖<→>=(↖<→>+↖<→>)∆t$ можно записать:

где $F↖<→>$ — сумма всех внешних сил, действующих на тело. Полученный результат означает, что импульс системы могут изменить только внешние силы, причем изменение импульса системы направлено так же, как суммарная внешняя сила. В этом суть закона изменения импульса механической системы.

Внутренние силы изменить суммарный импульс системы не могут. Они лишь меняют импульсы отдельных тел системы.

Закон сохранения импульса

Из уравнения $<∆p_<сист>>↖<→>=F↖<→>∆t$ вытекает закон сохранения импульса. Если на систему не действуют никакие внешние силы, то правая часть уравнения $<∆p_<сист>>↖<→>=F↖<→>∆t$ обращается в ноль, что означает неизменность суммарного импульса системы:

Система, на которую не действуют никакие внешние силы или равнодействующая внешних сил равна нулю, называется замкнутой.

Закон сохранения импульса гласит:

Суммарный импульс замкнутой системы тел остается постоянным при любых взаимодействиях тел системы между собой.

Полученный результат справедлив для системы, содержащей произвольное число тел. Если сумма внешних сил не равна нулю, но сумма их проекций на какое-то направление равна нулю, то проекция импульса системы на это направление не меняется. Так, например, система тел на поверхности Земли не может считаться замкнутой из-за силы тяжести, действующей на все тела, однако сумма проекций импульсов на горизонтальное направление может оставаться неизменной (при отсутствии трения), т. к. в этом направлении сила тяжести не действует.

Реактивное движение

Рассмотрим примеры, подтверждающие справедливость закона сохранения импульса.

Возьмем детский резиновый шарик, надуем его и отпустим. Мы увидим, что когда воздух начнет выходить из него в одну сторону, сам шарик полетит в другую. Движение шарика является примером реактивного движения. Объясняется оно законом сохранения импульса: суммарный импульс системы «шарик плюс воздух в нем» до истечения воздуха равен нулю; он должен остаться равным нулю и во время движения; поэтому шарик движется в сторону, противоположную направлению истечения струи, и с такой скоростью, что его импульс по модулю равен импульсу воздушной струи.

Реактивным движением называют движение тела, возникающее при отделении от него с какой- либо скоростью некоторой его части. Вследствие закона сохранения импульса направление движения тела при этом противоположно направлению движения отделившейся части.

На принципе реактивного движения основаны полеты ракет. Современная космическая ракета представляет собой очень сложный летательный аппарат. Масса ракеты складывается из массы рабочего тела (т. е. раскаленных газов, образующихся в результате сгорания топлива и выбрасываемых в виде реактивной струи) и конечной, или, как говорят, «сухой» массы ракеты, остающейся после выброса из ракеты рабочего тела.

Когда реактивная газовая струя с большой скоростью выбрасывается из ракеты, сама ракета устремляется в противоположную сторону. Согласно закону сохранения импульса, импульс $m_

υ_p$, приобретаемый ракетой, должен быть равен импульсу $m_<газ>·υ_<газ>$ выброшенных газов:

Отсюда следует, что скорость ракеты

Из этой формулы видно, что скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов и отношение массы рабочего тела (т. е. массы топлива) к конечной («сухой») массе ракеты.

Формула $υ_p=(>/)·υ_<газ>$ является приближенной. В ней не учитывается, что по мере сгорания топлива масса летящей ракеты становится все меньше и меньше. Точная формула для скорости ракеты была получена в 1897 г. К. Э. Циолковским и носит его имя.

Формула Циолковского позволяет рассчитать запасы топлива, необходимые для сообщения ракете заданной скорости.

Работа силы

Термин «работа» был введен в физику в 1826 г. французским ученым Ж. Понселе. Если в обыденной жизни работой называют лишь труд человека, то в физике и, в частности, в механике принято считать, что работу совершает сила. Физическую величину работы обычно обозначают буквой $А$.

Работа силы — это мера действия силы, зависящая от ее модуля и направления, а также от перемещения точки приложения силы. Для постоянной силы и прямолинейного перемещения работа определяется равенством:

где $F$ — сила, действующая на тело, $∆r↖<→>$ — перемещение, $α$ — угол между силой и перемещением.

Работа силы равна произведению модулей силы и перемещения и косинуса угла между ними, т. е. скалярному произведению векторов $F↖<→>$ и $∆r↖<→>$.

2.1. Порядок измерения прибором MZC-300, MZC-303E

2.1.1 Условия выполнения измерений и получения правильных результатов

Чтобы начать измерение, необходимо соблюдение нескольких условий. Измеритель автоматически блокирует возможность начала измерений (это не касается измерения напряжения сети) в случае обнаружения каких-либо из ниже перечисленных ненормальных условий:

Ситуация Отображаемые символы и предупреждающие сигналы Пояснения
Напряжение, приложенное к измерителю, больше 250В. Надпись OFL и длительный звуковой сигнал. Незамедлительно отсоедините измеритель от испытуемой сети!
Нарушена целостность провода PE/N. Отображается символ _—_ и звучит продолжительный звуковой сигнал. Символ и звуковой сигнал появляются после нажатия клавиши [start]
Необходимо принять меры предосторожности, так как в испытуемой сети отсутствует защита от сверхтоков!
Напряжение, приложенное к измерителю, слишком мало для измерения сопротивления – менее 180В. Отображается надпись -U- и звучат два длинных звуковых сигнала. Надпись и звуковые сигналы появляются после нажатия клавиши [start]
Термическая защита блокирует измерение, что возможно при очень интенсивных измерениях. Отображается символ Т на дисплее и звучат два длинных звуковых сигнала. Символ и звуковые сигналы появляются после нажатия клавиши [start]
Во время Автокалибровки сумма полного сопротивления цепи и полного сопротивления измеряемого провода очень велика. Вместо результата измерения отображается символ ]-[, прибор дополнительно генерирует два длинных звуковых сигнала.

Измеритель также сигнализирует о ситуации, в которой результат измерения не может быть признан верным:
¦ Если элементы питания разряжены, то на дисплее попеременно с результатом измерения напряжения отображается надпись bAt . Заданное измерение можно произвести, однако полученные результаты не могут быть основанием для правильной оценки электробезопасности испытуемой электроустановки.

2.1.2 Способы подключения измерителя

Рис.6. Измерение в рабочей цепи (L-N)

Рис. 7. Измерение в защитной цепи (L-PE)
а) сети TN (с занулением)
б) сети ТТ (с защитным заземлением)

Рис. 8. Тестирование эффективности защиты корпуса электроустановки

Измеритель подключается к тестируемой цепи или к устройству как показано на Рис.6, 7 и 8.
Следует обратить внимание на правильный подбор измерительных наконечников, так как точность выполняемых измерений сильно зависит от качества выполненных подключений. Следует обеспечить хорошее соединение и сделать возможным непрерывное протекание большого измерительного тока.
Недопустимо, например, присоединение зажима «Крокодил» к грязным или ржавым элементам — необходимо их тщательно очистить или использовать для измерений остроконечные зонды.

2.1.3 Измерение напряжения переменного тока

Приборами семейства MZC-300 можно измерить напряжение переменного тока в диапазоне 0. 250В. Прибор измеряет напряжение между измерительными гнёздами L и PE/N.
Входное сопротивление вольтметра не менее 150 кОм. Включение режима вольтметра происходит автоматически после включения питания измерителя, а также примерно через 5 секунд после:
• Выполнения измерения полного сопротивления, ожидаемого тока короткого замыкания либо сопротивления измерительного провода (во время Автокалибровки);
• Последнего нажатия какой-либо из клавиш, связанных с выводом на дисплей результатов измерения.

2.1.4 Измерение параметров петли короткого замыкания

В приборах семейства MZC-300 используется метод измерения полного сопротивления петли короткого замыкания путём «искусственного короткого замыкания» испытуемой цепи через резистор, ограничивающий величину измерительного тока.
Измеряется напряжение на гнёздах прибора непосредственно перед протеканием измерительного тока и в процессе протекания измерительного тока с учётом векторной структуры напряжения и тока.
Далее процессор вычисляет полное сопротивление петли короткого замыкания, выделяет его активную и реактивную компоненты, а также фазовый угол, который возникнет в испытуемой цепи в случае короткого замыкания.
Ограничивающий резистор имеет величину 10 Ом, а время протекания измерительного тока составляет З0 мс. Измеритель самостоятельно выбирает диапазон измерения полного сопротивления.

Отображение результата измерения в виде сопротивления или тока
Результат измерения можно отобразить в виде полного сопротивления петли короткого замыкания или ожидаемого тока короткого замыкания. Нажатие клавиши Z/I во время отображения одной из этих величин переводит прибор на отображение другой. Прибор всегда измеряет полное сопротивление, а отображаемый на дисплее ожидаемый ток короткого замыкания вычисляется по формуле:

где: Uo =220В — номинальное напряжение исследуемой сети, Zs — измеренное полное сопротивление. Поэтому в сетях с иным номинальным напряжением необходимо при расчёте тока короткого замыкания внести соответствующую поправку. Например, в сети с Uo =230B ожидаемый ток короткого замыкания будет в 230/220=1,045 раза больше, чем отображаемый на приборе.
В дальнейшем термин «измерение полного сопротивления» будет означать выполнение измерения и отображение результата в виде тока или сопротивления.

2.1.5 Выполнение измерения и считывание результата

Процесс измерения может быть начат нажатием клавиши START в момент, когда измеритель отображает на дисплее величину напряжения. Если нет причин для блокировки измерения, прибор выполняет измерение и в зависимости от установок, выполненных Пользователем клавишей Z/I, отображает на дисплее величину полного сопротивления либо ожидаемого тока короткого замыкания.
Остальные компоненты результата измерения: активное сопротивление, реактивное сопротивление и фазовый угол можно вызвать на дисплей нажатием клавиши SEL.
После автоматического возврата прибора в режим измерения напряжения результат измерения остаётся доступным. Он может быть снова вызван на дисплей клавишей SEL.
Полное сопротивление, активное сопротивление и реактивное сопротивление указываются до величины 199,9 Ом. Если в режиме измерения сопротивления, показания будут более 199,9 Ом, на дисплее появится символ превышения диапазона измерения OFL, а режиме тока короткого замыкания измеритель отобразит символ очень малой величины UFL.
Если в точке измерения предполагаются величины полного сопротивления более 199,9 Ом и такой результат является допустимым для данной электроустановки, то в приборе MZC-ЗОЗЕ можно использовать функцию RCD, которая увеличивает диапазон измерения до 1999 Ом.
ВНИМАНИЕ:
Выполнение большого количества измерений за короткий промежуток времени может привести к выделению большого количества тепла на ограничивающем резисторе. В связи с этим корпус прибора может нагреваться. Это нормальное явление.
Измеритель имеет защиту от перегрева.

2.1.6 Измерение сопротивления заземления

Измерители семейства MZC-300 можно использовать для приблизительных измерений сопротивления заземления. В этих целях в качестве дополнительного источника напряжения, позволяющего создать измерительный ток, используется фазный проводник сети, как показано на рисунке 9.

рис. 9. Способ подключения для измерения сопротивления заземления

Результат измерения есть сумма сопротивлений измеряемого заземлителя, рабочего заземления, источника и фазного проводника. Если полученный результат не превышает допустимой величины для испытуемого заземления, то можно сделать вывод о том, что заземление выполнено правильно и нет необходимости использования более точных методов измерения.

2.1.7 Безопасные приемы работы.

Работы по измерению полного сопротивления петли «фаза-нуль» и токов однофазных замыканий выполняется по наряду-допуску или по распоряжению. Вид оформления работ определяет работник, имеющий право выдачи нарядов и распоряжений. К работе допускаются лица из электротехнического персонала не моложе 18 лет, обученные и аттестованные на знание ПТБ, и данной методики, обеспеченные инструментом, индивидуальными защитными средствами, спецодеждой.
Состав бригады должен быть не менее двух человек:
— производитель работ с группой по электробезопасности не ниже III;
— член бригады с группой по электробезопасности не ниже III.
При подаче напряжения от постороннего источника питания должны быть оформлены и выполнены организационные и технические мероприятия, как в месте подключения, так и на рабочем месте.
Соединительные провода, питающий кабель, понижающий трансформатор должны иметь двойную изоляцию.
Запрещается выполнять работы при высокой влажности, а также в огне-, пожаро- и во взрывоопасных средах и помещениях.
По результатам измерений составляется протокол установленной формы. Лица, допустившие нарушения ПТБ или ПТЭЭП, а также допустившие искажения достоверности и точности измерений, несут ответственность в соответствии с законодательством и положением о передвижной электролаборатории.