Skutki mechaniczne prądu zwarciowego

Skutkami mechanicznymi prądów zwarciowych w torach prądowych rozdzielni WN i NN zajmuję się od ok. 30 lat. Temu zagadnieniu poświęcona była m. in. moja praca doktorska. Jestem autorem dwu aplikacji komputerowych do szacowania skutków mechanicznych prądu zwarciowego w oszynowaniu giętkim. Pierwszy program (WASP - więcej tutaj) opracowałem na podstawie własnych algorytmów i jest to program z grupy tzw. metod pośrednich. Drugi program opracowałem na podstawie algorytmów zawartych w normie PN-EN 60865 (IEC 865). Programy były stosowane i weryfikowane w wielu biurach projektowych zajmujących się projektowaniem rozdzielni WN i NN. Przepływ prądu elektrycznego w dowolnie usytuowanych względem siebie torach prądowych powoduje powstawanie sił elektromagnetycznych działających na przepływające ładunki a więc i na tory prądowe. W przypadku prądu zwarciowego działania te mogą być znaczne. W oszynowaniu sztywnym rozdzielni może dojść do powyginania szyn, zniszczenia odstępników, uszkodzenia izolatorów wsporczych itp. W oszynowaniu giętkim problem jest bardziej złożony. W wyniku np. zwarcia dwufazowego, w przewodach tworzących sąsiednie fazy popłynie prąd w przeciwnych kierunkach. Powstałe siły elektromagnetyczne spowodują "odpychanie się" przewodów (rys.1). W wyniku uzyskanej energii kinetycznej i potencjalnej a także sprężystej, przewody będą poruszać się dalej, także po wyłączeniu zwarcia, "kreśląc" w środku trajektorię np. taką jak na rysunku 1.

trajektoria_2jpg
Rys.1. Trajektorie ruchu przewodów w środku przęsła w wyniku przepływu prądu zwarciowego

Poruszające się przewody mogą zbliżyć się na odległość dmin. Jeżeli odległość ta będzie mniejsza niż dopuszczalna dla wytrzymałości elektrycznej powietrznego odstępu izolacyjnego, może dojść do zwarcia wtórnego, ponieważ w chwili zbliżenia przewodów, płynie już przez nie prąd roboczy, w wyniku zadziałania automatyki SPZ. Zbliżenie przewodów na niebezpieczną odległość jest jednym ze skutków mechanicznych prądu zwarciowego w oszynowaniu giętkim rozdzielni WN i NN. Wielkość tego zbliżenia zależy od wielu czynników: wartości i rodzaju prądu zwarciowego (prądu początkowego Ik”), długości przęsła L, temperatury otoczenia i związanej z nią początkowej siły naciągu Fst, odległości między fazami a, czasu trwania zwarcia Tk, działania automatyki SPZ, typu przewodów tworzących oszynowanie, „sztywności” konstrukcji wsporczych, kąta zwarcia, rodzaju zwarcia itp. Wpływ tych czynników na efekty mechaniczne prądu zwarciowego jest bardzo zróżnicowany. Jak wykazują analizy, wykonywane m. in. przez autora), największe znaczenie mają: długość przęsła i wartość prądu zwarciowego. Żeby to sprawdzić, należy zastosować jedną z wielu metod szacowania skutków mechanicznych prądu zwarciowego w oszynowaniu giętkim rozdzielni.
Jeżeli interesuje Cię ta tematyka zapraszam do lektury moich wybranych materiałów publikowanych i niepublikowanych.
Poniżej można zapoznać się z metodami szacowania skutków mechanicznych w oszynowaniu rozdzielni WN i NN. Dotyczy do przede wszystkim oszynowania giętkiego. Projektowanie oszynowania sztywnego z uwzględnieniem sił dynamicznych jest już bowiem od dawna praktykowane i bardzo dobrze znane. Nie różni się ono na tę chwilę (mimo wątpliwości co do poprawności takiego postępowania) od projektowania szyn w rozdzielniach SN.
  1. Metody szacowania skutków mechanicznych prądu zwarciowego w oszynowaniu giętkim.
  2. Proste metod obliczania minimalnych, powietrznych odstępów międzyfazowych w rozdzielniach WN i NN, w warunkach zwarcia. 
  3. Porównanie prostych metod szacowania skutków mechanicznych prądu zwarciowego w oszynowaniu giętkim rozdzielni WN I NN.
Bardzo ważnymi elementami projektowania oszynowania giętkiego jest odległość na jaką zbliżą się przewody w wyniku przepływu przez nie prądu zwarciowego. Na ten temat pisałem m.in. w następujących artykułach:
  1. Izolacja powietrzna szyn giętkich rozdzielni WN i NN w warunkach przepływu prądu zwarciowego.
  2. Zwarcie a powietrzny odstęp izolacyjny w rozdzielniach WN.
  3. Szacowanie odstępów powietrznych w rozdzielniach WN i NN w warunkach zwarcia.
  4. Obrazwyładowań niezupełnych między dwoma przewodnikami zmieniającymi gwałtownie położenie względem siebie.
Nie mniej ważnym problemem jest zwymiarowanie izolatorów pod szyny w rozdzielniach z uwagi na siły dynamiczne towarzyszące przepływowi prądu zwarciowego. Poniżej wybrane materiały na ten temat:
  1. Wybrane aspekty doboru stacyjnych izolatorów wsporczych WN i NN. 
  2. Siły zwarciowe narażające izolatory wsporcze WN.