Poruchový proud je nechtěný, nekontrolovaný, vysoký proud protékající elektrickým systémem. Poruchové proudy jsou způsobeny zkraty s velmi nízkou impedancí. Mohou to být zkraty proti zemi nebo napříč fázemi. Výsledný vysoký tok proudu může mít za následek přehřátí zařízení a vodičů, překročení sil a někdy i vážné oblouky, výbuchy a exploze. Mezi příčiny poruch patří například úder blesku, zvířata, nečistoty a úlomky, upuštěné nářadí, koroze a lidská chyba.

Výpočet poruchového proudu vychází z Ohmova zákona, ve kterém se proud (I) rovná napětí (V) dělenému odporem (R). Vzorec je I = V/R. Při zkratu je odpor velmi malý, a to znamená, že proud je velmi velký.

Pokud by byl odpor nulový, pak by vypočtený poruchový proud šel do nekonečna. Avšak i měděný vodič má určitý odpor; není dokonalým vodičem. Určení poruchového proudu zahrnuje znalost celkového odporu od zdroje napájení k místu poruchy.

Vyžaduje se výpočet poruchového proudu

Znalost dostupného poruchového proudu je důležitá při výběru ochranných zařízení, je však také vyžadována předpisy. Národní elektrický předpis (NEC) 110.24(A) uvádí:

„Servisní zařízení v jiných než obytných jednotkách musí být v terénu čitelně označeno maximálním dostupným poruchovým proudem. Označení v terénu musí obsahovat datum provedení výpočtu poruchového proudu a musí být dostatečně trvanlivé, aby odolalo danému prostředí.“

To znamená, že na elektrickém zařízení, jako je zařízení pro vstup do služby, musí být v terénu instalovány štítky, které udávají dostupný zkratový poruchový proud. To umožňuje snadno porovnat jmenovitý zkratový proud (SCCR) zařízení s maximálním dostupným poruchovým proudem.

Při každé změně zařízení se musí výpočet poruchového proudu provést znovu. To je uvedeno v NEC 110.24(B):

„Pokud dojde ke změnám v elektrické instalaci, které ovlivní maximální dostupný poruchový proud v provozu, musí být maximální dostupný poruchový proud podle potřeby ověřen nebo přepočítán, aby se zajistilo, že jmenovité hodnoty zařízení v provozu jsou dostatečné pro maximální dostupný poruchový proud na svorkách vedení zařízení. Požadované označení pole podle 110.24(A) musí být upraveno tak, aby odráželo novou úroveň maximálního dostupného poruchového proudu.“

Typy poruch

V elektrické soustavě existuje několik typů možných poruch:

• Zkrat, který vede k tomu, že proud obchází normální zátěž.
• „Zemní porucha“, při níž proud teče do země.
• V třífázových systémech může dojít ke zkratu mezi jednou nebo více fázemi. Tento typ poruchy obvykle vytváří nejvyšší poruchové proudy.

Čtvrtý typ poruchy, porucha s otevřeným obvodem, nevytváří zkratový proud. Porucha s otevřeným okruhem je důsledkem neúmyslného přerušení proudu.

Ochranné systémy musí zabránit poškození zařízení a chránit osoby ve všech výše uvedených situacích. To znamená, že je třeba provést výpočet poruchového proudu, aby bylo možné zvolit vhodná ochranná zařízení.

Poruchy se šrouby vs. poruchy s obloukem

Elektrická porucha může být buď porucha se šrouby, nebo porucha s obloukem.

Při poruše se šrouby existuje pevné spojení. To umožňuje průchod poruchového proudu vodičem. K tomuto typu poruchy může dojít, když instalatér připojí zdroj energie k zemi místo k místu, kde by měl být připojen. Při zapnutí napájení dojde k okamžité šroubové poruše, která vypne ochranné zařízení. Protože byl proudový tok omezen, škody jsou obvykle omezené. Šroubovaná porucha však vytváří nejvyšší poruchové proudy.

Oblouková porucha vzniká, když nedojde k pevnému spojení, ale vodiče se přiblíží natolik, že proud přeskočí mezeru a vytvoří oblouk. Počáteční oblouk ionizuje vzduch a vytváří plazmu, která umožňuje rychlé zvýšení a udržení proudového toku, což vede k obloukovému záblesku nebo výbuchu oblouku. Pokud je možný obloukový výboj, je třeba provést výpočet poruchového proudu, aby bylo možné určit hranice bezpečné ochrany a požadované osobní ochranné prostředky, a také poskytnout informace potřebné pro štítky pro obloukový výboj, které musí být instalovány jako doplněk k požadovaným štítkům NEC 110.24 pro poruchový proud.

Třífázové poruchy

IEC 60909 „Zkratové proudy v třífázových soustavách“ uvádí přijatou metodu výpočtu třífázových poruchových proudů.

Porucha v třífázové soustavě může být symetrická (vyvážená) nebo nesymetrická (nevyvážená). Při symetrické poruše jsou všechny tři fáze postiženy stejně. K tomu však dochází jen zřídka. Většina třífázových poruch je nesymetrická, a to ztěžuje provedení výpočtu poruchového proudu.

Zdroje obsahu

Před provedením výpočtu poruchového proudu je třeba identifikovat všechny možné zdroje proudu. To může zahrnovat i některé zdroje proudu, které nemusely být uvažovány. Existují čtyři možné zdroje zkratového poruchového proudu:

• Elektrické generátory na místě: Ty jsou blízko a poruchový proud je omezen pouze impedancí samotného generátoru a elektrického obvodu.
• Synchronní motory: Synchronní motor je střídavý motor, u kterého jsou otáčky motoru úměrné frekvenci elektrické energie. Při výpadku napájení, k čemuž dojde při zkratu, bude setrvačnost mechanické zátěže motoru pokračovat v jeho otáčení. Motor se pak bude chovat jako generátor dodávající proud, který bude přispívat k celkovému proudu tekoucímu do poruchy.
• Indukční motory: Tento typ motoru se také stane generátorem, pokud dojde ke zkratu někde jinde v systému. Poruchový proud generovaný indukčním motorem však bude trvat pouze několik cyklů. Tento proud se bude přibližně rovnat rozběhovému proudu motoru se zablokovaným rotorem.
• Elektrická síť: Většina poruchového proudu obvykle pochází z elektrické sítě. Úroveň zkratového proudu bude záviset na:
• jmenovitém sekundárním napětí a impedanci transformátoru
• impedanci generátorů
• impedanci obvodu od transformátoru do zkratu.

Pro zjednodušení výpočtu poruchového proudu se předpokládá, že všechny elektrické generátory v soustavě jsou ve fázi a že pracují při jmenovitém napětí soustavy.

Třífázový stav

Provede se studie zkratu, aby bylo možné vypočítat poruchový proud. Obvykle se přitom zkoumá nejhorší možný scénář, kterým je šroubový třífázový poruchový stav. Na základě této situace lze aproximovat ostatní poruchové stavy.

Důležitý je příspěvek poruchového proudu od motorů v soustavě. V mnoha případech mohou motory přispívat čtyř- až šestinásobkem normálního proudu při plném zatížení. I když tento proud trvá velmi krátkou dobu, je rozhodující, aby byl zahrnut do výpočtu poruchového proudu.

Pokud se provádí studie obloukového záblesku, měl by být výpočet poruchového proudu stále pro nejvyšší šroubový třífázový zkratový proud.

Značení poruchového proudu

Po výpočtu poruchového proudu by měly být na zařízení umístěny štítky vyrobené s uvedením dostupného zkratového poruchového proudu. Pokud je vyžadován štítek pro úraz elektrickým obloukem, měl by být rovněž vytištěn a nalepen na příslušném místě. Každý štítek vyžaduje vlastní informace, které vycházejí z výpočtu poruchového proudu.

Udělejte další krok!

Teď, když máte základní představu o proměnných při výpočtu obloukového záblesku, stáhněte si bezplatnou příručku Arc Flash Energy Guide, kde najdete podrobné rady, jak zavést bezpečnostní systém ve vašem zařízení. Stáhněte si bezplatnou kopii ještě dnes!