W instalacjach elektroenergetycznych jednym z najgroźniejszych i najbardziej dynamicznych zjawisk jest zwarcie. Choć trwa zazwyczaj ułamki sekund, jego skutki mogą być poważne – od uszkodzeń urządzeń, porażenia osób, przez pożary, aż po awarie całych fragmentów sieci i brak zasilania odbiorców. Prąd zwarciowy – co to jest, jakie są jego źródła i jak przebiega jego analiza?
Co to jest prąd zwarciowy?
Prąd zwarciowy to prąd elektryczny, który przepływa przez obwód w wyniku zwarcia – czyli niekontrolowanego połączenia punktów obwodu należących do różnych faz lub połączenie jednego lub więcej takich punktów z ziemią. Stan zwarcia wywołuje różnorodne skutki w sieci elektroenergetycznej, od oddziaływań dynamicznych wywołanych naprężeniami mechanicznymi przez oddziaływania cieplne wywołane przepływem prądu zwarciowego, po zaburzenia pracy równoległej generatorów.
W normalnych warunkach pracy sieci prądy utrzymują się na poziomie roboczym. Jednak w przypadku zwarcia – np. wskutek przepięć atmosferycznych lub łączeniowych, długotrwałego przeciążenia powodującego przegrzanie i przebicie izolacji, uszkodzeń mechanicznych, zbliżenia do nieizolowanych przewodów czy błędów eksploatacyjnych -następuje niekontrolowany przepływ prądu.
Zwarcia i prądy zwarciowe można klasyfikować według wielu kryteriów. Najczęściej wyróżnia się:
- Zwarcia symetryczne (trójfazowe) i niesymetryczne (jednofazowe, dwufazowe)
- Zwarcia doziemne i bez udziału ziemi
- Zwarcia małoprądowe i wielkoprądowe
- Zwarcia trwałe i przemijające
Wartość prądu zwarciowego zależy m.in. od napięcia sieci, impedancji obwodu zwarciowego.
Analiza prądów zwarciowych – jaki jest jej cel?
Prądy zwarciowe analizuje się zarówno na etapie projektowania sieci, jak i przy planowaniu pracy systemu elektroenergetycznego. Znajomość parametrów prądów zwarciowych jest niezbędna dla prawidłowego planowania konfiguracji pracy sieci, doboru urządzeń zdolnych do przenoszenia skutków zwarcia, doboru i parametryzacji zabezpieczeń nadprądowych i ziemnozwarciowych, a także oceny skuteczności ochrony przeciwporażeniowej.
Matematyczny opis zjawiska zwarcia jest złożony dlatego w praktyce inżynierskiej stosuje się metody uproszczone wypracowane w oparciu o prace analityczne, poparte doświadczalnie. Zasady modelowania sieci oraz sposoby wykonywania obliczeń zwarciowych opisuje w Polsce norma PN-EN 60909.
Narzędzia do obliczeń prądów zwarciowych
W dzisiejszych czasach, w dużych, złożonych systemach elektroenergetycznych, w których coraz większy udział mają rozproszone źródła OZE, ręczne obliczenia zwarciowe stają się żmudne i czasochłonne. W łatwy sposób można również popełnić poważny w skutkach błąd. Dlatego w praktyce wykorzystuje się specjalistyczne oprogramowanie – takie jak system OeS oferowany przez IPC – które umożliwia:
- modelowanie rozległych, złożonych sieci elektroenergetycznych (WN, SN, nn),
- przeprowadzanie obliczeń zwarciowych zgodnie z normami (np. PN-EN 60909),
- analizę skutków zwarcia w różnych punktach sieci,
- dobór urządzeń do warunków zwarciowych
- dobór zabezpieczeń i określenie ich czułości i selektywności.
Dzięki temu projektanci i operatorzy mogą szybko reagować na zmiany w strukturze sieci, uwzględniając np. przyłączenia źródeł OZE, zmiany parametrów technicznych urządzeń przy modernizacjach czy konfiguracje awaryjne.
