En fejlstrøm er en utilsigtet, ukontrolleret, høj strømstrøm gennem et elektrisk system. Fejlstrømme er forårsaget af kortslutninger med meget lav impedans. Disse kan være kortslutninger til jord eller på tværs af faser. Den deraf følgende høje strømstrøm kan resultere i overophedning af udstyr og ledere, overdrevne kræfter og til tider endda alvorlige lysbuer, sprængninger og eksplosioner. Årsager til fejl omfatter ting som lynnedslag, dyr, snavs og affald, tabt værktøj, korrosion og menneskelige fejl.

Fejlstrømsberegninger er baseret på Ohm’s lov, hvor strømmen (I) er lig med spændingen (V) divideret med modstanden (R). Formlen er I = V/R. Når der er en kortslutning, bliver modstanden meget lille, og det betyder, at strømmen bliver meget stor.

Hvis modstanden var nul, ville den beregnede fejlstrøm gå til uendelighed. Men selv kobbertråd har en vis modstand; det er ikke en perfekt leder. Bestemmelse af fejlstrømmen indebærer kendskab til den samlede modstand fra strømkilden til fejlstedet.

Fejlstrømsberegninger er påkrævet

Kendskab til den tilgængelige fejlstrøm er vigtigt, når der vælges beskyttelsesanordninger, men det er også påkrævet i henhold til lovgivningen. I National Electric Code (NEC) 110.24(A) står der:

“Serviceudstyr i andre enheder end boligenheder skal være letlæseligt mærket i marken med den maksimale tilgængelige fejlstrøm. Markeringen(e) i marken skal indeholde datoen for fejlstrømsberegningen og være af tilstrækkelig holdbarhed til at kunne modstå det pågældende miljø.”

Det betyder, at der skal være feltmonterede mærkater på elektrisk udstyr, f.eks. på serviceindgangsudstyr, som angiver den tilgængelige kortslutningsfejlstrøm. Dette gør det muligt at sammenligne udstyrets kortslutningsstrømsværdi (SCCR) nemt med den maksimale tilgængelige fejlstrøm.

Hver gang der sker en ændring i udstyret, skal fejlstrømsberegningen foretages på ny. Dette er specificeret i NEC 110.24(B):

“Når der sker ændringer i den elektriske installation, som påvirker den maksimale tilgængelige fejlstrøm ved tjenesten, skal den maksimale tilgængelige fejlstrøm verificeres eller genberegnes efter behov for at sikre, at tjenesteudstyrets nominelle værdier er tilstrækkelige til den maksimale tilgængelige fejlstrøm ved udstyrets linjeklemmer. Den/de krævede feltmarkering(er) i 110.24(A) skal justeres for at afspejle det nye niveau for den maksimale tilgængelige fejlstrøm.”

Typer af fejl

I et elektrisk system er der flere typer mulige fejl:

• En kortslutning, der resulterer i, at strømmen går uden om den normale belastning.
• En “jordfejl”, hvor strømmen løber ind i jorden.
• I trefasede systemer kan der være en kortslutning mellem en eller flere faser. Denne type fejl skaber typisk de højeste fejlstrømme.

Den fjerde type fejl, en åben-fejl, genererer ikke en kortslutningsstrøm. En åben-fejl skyldes, at strømmen utilsigtet afbrydes.

Sikringssystemer skal forhindre beskadigelse af udstyr og beskytte mennesker i alle ovennævnte situationer. Det betyder, at der skal foretages fejlstrømsberegninger, så de relevante beskyttelsesanordninger kan vælges.

Boltfejl vs. lysbuefejl

En elektrisk fejl kan enten være en boltfejl eller en lysbuefejl.

I en boltfejl er der en fast forbindelse. Dette gør det muligt for fejlstrømmen at løbe gennem en leder. Denne type fejl kan opstå, når en installatør tilslutter en strømkilde til jord i stedet for til det punkt, hvor den skal tilsluttes. Når strømmen tændes, vil der straks opstå en boltet fejl, som udløser beskyttelsesanordningen. Da strømgennemstrømningen var begrænset, er skaden typisk begrænset. En boltet fejl skaber imidlertid de højeste fejlstrømme.

En lysbuefejl opstår, når der ikke er en fast forbindelse, men lederne kommer tæt nok på hinanden, således at strømmen springer over mellemrummet og skaber en lysbue. Den første lysbue ioniserer luften og skaber et plasma, som gør det muligt for strømmen at stige hurtigt og blive opretholdt, hvilket resulterer i et lysbueflash eller en lysbueeksplosion. Når et lysbueflash er muligt, skal der foretages fejlstrømsberegninger for at bestemme de sikre beskyttelsesgrænser og den nødvendige personlige værnemidler samt for at tilvejebringe de oplysninger, der er nødvendige for lysbueflash-mærkater, som skal installeres ud over de krævede NEC 110.24-mærkater for fejlstrøm.

Three Phase Faults

IEC 60909 “Short Circuit Currents in Three-Phase Systems” angiver den accepterede beregningsmetode for trefasede fejlstrømme.

En fejl i et trefaset system kan enten være symmetrisk (balanceret) eller usymmetrisk (ubalanceret). Ved en symmetrisk fejl påvirkes alle tre faser lige meget. Dette sker dog sjældent. De fleste trefasede fejl er usymmetriske, og det gør det vanskeligere at udføre fejlstrømsberegningen.

Indholdskilder

Hvor en fejlstrømsberegning kan udføres, skal alle de mulige strømkilder identificeres. Dette kan omfatte nogle strømkilder, som måske ikke er blevet overvejet. Der er fire mulige kilder til kortslutningsfejlstrøm:

• On-site elgeneratorer: Disse er tætliggende, og fejlstrømmen er kun begrænset af impedansen i selve generatoren og det elektriske kredsløb.
• Synkronmotorer: En synkronmotor er en vekselstrømsmotor, hvor motorens hastighed er proportional med den elektriske strøms frekvens. Når strømmen svigter, hvilket vil ske i tilfælde af kortslutning, vil inertien af den mekaniske belastning på motoren fortsætte med at dreje motoren. Motoren vil da fungere som en generator, der leverer strøm, og dette vil bidrage til den samlede strøm, der strømmer til fejlen.
• Induktionsmotorer: Denne type motor vil også blive en generator, hvis der opstår en kortslutningsfejl et andet sted i systemet. Den fejlstrøm, der genereres af en induktionsmotor, vil dog kun vare i nogle få cyklusser. Strømmen vil være omtrent lig med motorens startstrøm med låst rotor.
• Elektriske forsyningsanlæg: Det meste af fejlstrømmen kommer typisk fra det elektriske forsyningsanlæg. Niveauet af kortslutningsstrømmen vil afhænge af:
• transformatorens sekundære spændingsværdi og impedans
• generatorernes impedans
• impedansen i kredsløbet fra transformeren til kortslutningen.

For at forenkle beregningen af fejlstrømmen antages det, at alle elektriske generatorer i systemet er i fase, og at de arbejder ved den nominelle systemspænding.

Bolted Three – Phase Condition

Der foretages en kortslutningsundersøgelse, så fejlstrømmen kan beregnes. Dette indebærer normalt, at man ser på det værst tænkelige scenarie, som er den boltede trefasede fejltilstand. På grundlag af denne situation kan andre fejltilstande tilnærmes.

Det er vigtigt, at motorerne i systemet bidrager med fejlstrøm. I mange tilfælde kan motorerne bidrage med fire til seks gange deres normale fuldlaststrøm. Selv om strømmen er af meget kort varighed, er det afgørende, at den medtages i fejlstrømsberegningen.

Når der foretages en lysbueundersøgelse, bør fejlstrømsberegningen stadig være for den højeste boltede trefasede kortslutningsstrøm.

Fejlstrømsmærkning

Når fejlstrømmen er beregnet, bør udstyret forsynes med mærkater, der angiver den tilgængelige kortslutningsfejlstrøm. Hvis der er behov for en lysbueflash-mærkning, skal den også udskrives og anbringes på det relevante sted. Hver etiket kræver brugerdefinerede oplysninger, der stammer fra fejlstrømsberegningen.

Tag det næste skridt!

Nu, hvor du har en grundlæggende forståelse af variablerne i lysbueflashberegninger, kan du downloade vores gratis Arc Flash Energy Guide for at få detaljerede råd om, hvordan du kan implementere et sikkerhedssystem på dit anlæg. Download dit gratis eksemplar i dag!