Zwarcie (elektrotechnika)

Zwarcie spowodowane przez gałęzie drzew w czasie burzy

Zwarcie (potocznie: spięcie) – nagłe zmniejszenie rezystancji obwodu elektrycznego do bardzo małej wartości, powstające najczęściej wskutek połączenia się przewodów obwodu lub uszkodzenia izolacji elektrycznej w wyniku jej przebicia. Prąd zwarciowy jest wielokrotnie większy od prądu roboczego i może spowodować zniszczenie przewodów elektrycznych, urządzeń i odbiorników elektrycznych lub pożar. Do ochrony przed skutkami zwarcia służą zabezpieczenia elektryczne.

Stan zwarcia źródła w obwodzie elektrycznym

Układ zwarty

Ma miejsce gdy zaciski źródła są zwarte, czyli rezystancja obciążeniowa jest równa $R_{o}=0.$ W tym stanie przez źródło płynie tak zwany prąd zwarcia:

I_{zw}={\frac {E}{R_{W}}},

gdzie:

I_{zw}

– natężenie prądu zwarcia,

E

– siła elektromotoryczna źródła napięcia,

R_{W}

– opór wewnętrzny źródła napięcia.

Jest to zazwyczaj największy prąd dla danego źródła napięcia. Napięcie na zaciskach jest równe 0, ponieważ zaciski A i B są ze sobą połączone i nie ma różnicy potencjałów między nimi.

Parametry prądu zwarciowego

Prąd zwarciowy jest zmienny w czasie, dlatego definiuje się jego parametry charakterystyczne. Wyróżnia się takie wartości jak^[1]:

$I_{k}''$ – początkowy prąd zwarciowy;
$I_{k}$ – ustalony prąd zwarciowy;
$i_{p}$ – prąd zwarciowy udarowy;
$i_{D.C}$ – składowa aperiodyczna prądu zwarcia;
$I_{B}$ – prąd wyłączeniowy niesymetryczny;
$I_{Th}$ – zastępczy prąd zwarciowy cieplny;
$S_{k}''$ – moc zwarciowa;

Klasyfikacja zwarć

Zwarcia można klasyfikować według różnych kryteriów, np. liczby zwartych punktów, liczby zwartych faz systemu 3-fazowego, położenia zwarcia względem konkretnego elementu systemu, istnienia w zwarciu (lub nie) małej impedancji, istnienia w trakcie zwarcia połączenia z ziemią (lub nie) itd. Najczęściej wyróżnia się następujące rodzaje zwarć:

pojedyncze i wielokrotne
symetryczne i niesymetryczne
jednoczesne i niejednoczesne
trwałe i przemijające
bezimpedancyjne (metaliczne lub bezpośrednie) oraz przez impedancje
doziemne i bez udziału ziemi
małoprądowe i wielkoprądowe
pobliskie i odległe.

Przyczyny zwarć

Przyczyny powstawania zwarć mogą być różne. Można je podzielić na elektryczne i nieelektryczne. Do przyczyn elektrycznych można zaliczyć:

przepięcia atmosferyczne
przepięcia łączeniowe
pomyłki łączeniowe
długotrwałe przeciążenia ruchowe (maszyn, kabli i przewodów izolowanych) powodujące przegrzewanie izolacji i jej przebicie.

Do przyczyn nieelektrycznych można zaliczyć:

zawilgocenie izolacji
zniszczenie izolatorów
zbliżenia przewodów linii napowietrznej wskutek ich kołysania wywołanego wiatrem lub nagłym odpadnięciem szadzi,
uszkodzenia mechaniczne (słupów, izolatorów, przewodów, kabli) wywołane pracami ziemnymi lub klęskami żywiołowymi (powódź, pożar),
wady fabryczne
działanie zwierząt (duże ptaki lub gryzonie) bądź ludzi (celowe zarzucanie drutów zwierających przewody linii napowietrznych, niszczenie izolatorów, uszkadzanie kabli w celu pozyskania metali kolorowych),
niefachowe obchodzenie się z urządzeniami elektrycznymi.

Skutki zwarć

Prądy zwarciowe mogą osiągać natężenie rzędu kilkunastu lub nawet kilkudziesięciu kiloamperów. Mimo krótkiego czasu trwania zwarć mogą powodować nagrzewanie się urządzeń, co z kolei może prowadzić do uszkodzenia izolacji oraz stopienia przewodów. Duże natężenie prądu powoduje również powstawanie dużych sił elektrodynamicznych, które mogą doprowadzić do mechanicznego uszkodzenia urządzeń elektrycznych. Ponadto zwarcia powodują zakłócenia w pracy innych odbiorników. Co więcej, zwarcia mogą również mieć negatywny wpływ na generatory, gdyż mogą spowodować wypadnięcie z synchronizmu. W sieciach z izolowanym punktem neutralnym zwarcia jednofazowe nie powodują przepływu prądu o dużym natężeniu. Jednak mogą spowodować przepięcia, które mogą spowodować uszkodzenie izolacji urządzeń^[2].

Zobacz też

Przypisy

↑ EdwardE. Musiał EdwardE., Prądy zwarciowe w niskonapięciowych instalacjach i urządzeniach prądu przemiennego, INPE, 2001 .
↑ A.A. Kanicki A.A., Wyznaczanie wielkości zwarciowych w systemie elektroenergetycznym, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, 2001, s. 10 - 13 .

Bibliografia

PiotrP. Kacejko PiotrP., Zwarcia w systemach elektroenergetycznych, JanJ. Machowski, RyszardR. Kowalik, wyd. 2, Warszawa: WNT, 2009, ISBN 978-83-204-3583-2, OCLC 751402667 .

[1] EdwardE. Musiał EdwardE., Prądy zwarciowe w niskonapięciowych instalacjach i urządzeniach prądu przemiennego, INPE, 2001 .

[2] A.A. Kanicki A.A., Wyznaczanie wielkości zwarciowych w systemie elektroenergetycznym, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, 2001, s. 10 - 13 .

[1]

[2]