A hibaáram egy elektromos rendszeren keresztül folyó nem szándékolt, nem szabályozott, nagy áramáram. A hibaáramokat nagyon alacsony impedanciájú rövidzárlatok okozzák. Ezek lehetnek földzárlatok vagy fázisok közötti rövidzárlatok. Az ebből eredő nagy áramáramlás a berendezések és vezetékek túlmelegedését, túlfeszültségeket, sőt időnként súlyos íveket, robbanásokat és robbanásokat is eredményezhet. A hibák okai közé tartoznak például a villámcsapások, állatok, szennyeződések és törmelékek, elejtett szerszámok, korrózió és emberi hiba.

A hibaáram számításai Ohm törvényén alapulnak, amelyben az áram (I) egyenlő a feszültség (V) és az ellenállás (R) hányadosával. A képlet a következő: I = V/R. Rövidzárlat esetén az ellenállás nagyon kicsi lesz, és ez azt jelenti, hogy az áram nagyon nagy lesz.

Ha az ellenállás nulla lenne, akkor a számított hibaáram a végtelenbe menne. Azonban még a rézhuzalnak is van némi ellenállása; nem tökéletes vezető. A hibaáram meghatározásához ismerni kell a teljes ellenállást az áramforrástól a hiba helyéig.

Hibaáram számítások szükségesek

A rendelkezésre álló hibaáram ismerete fontos a védelmi eszközök kiválasztásakor, azonban a szabályzat is előírja. A National Electric Code (NEC) 110.24(A) pontja kimondja:

“A lakóegységeken kívüli szolgáltató berendezéseket a helyszínen olvashatóan fel kell tüntetni az elérhető maximális hibaárammal. A helyszíni jelölés(ek)nek tartalmaznia kell a hibaáram-számítás elvégzésének dátumát, és kellően tartósnak kell lennie ahhoz, hogy ellenálljon az érintett környezetnek.”

Ez azt jelenti, hogy az elektromos berendezéseken, például a szolgáltatási bemeneti berendezéseken, a helyszínen elhelyezett címkéknek kell lenniük, amelyek megadják az elérhető rövidzárlati hibaáramot. Ez lehetővé teszi, hogy a berendezés rövidzárlati áramerősségét (SCCR) könnyen össze lehessen hasonlítani az elérhető maximális hibaárammal.

Amikor a berendezésben változás történik, a hibaáram-számítást újra kell végezni. Ezt az NEC 110.24(B) pontja írja elő:

“Ha a villamos berendezésben olyan módosítások történnek, amelyek befolyásolják a szolgáltatáson elérhető maximális hibaáramot, a maximálisan elérhető hibaáramot szükség szerint ellenőrizni kell vagy újra kell számítani annak biztosítására, hogy a szolgáltatási berendezések névleges értékei elegendőek legyenek a berendezés vonali csatlakozóin elérhető maximális hibaáramhoz. A 110.24(A) pontban előírt helyszíni jelölés(eke)t ki kell igazítani, hogy tükrözze a maximálisan elérhető hibaáram új szintjét.”

Hibák típusai

Egy elektromos rendszerben többféle lehetséges hiba létezik:

• Közelzárlat, amelynek következtében az áram megkerüli a normál terhelést.
• Egy “földzárlat”, amelyben az áram a földbe folyik.
• Háromfázisú rendszerekben egy vagy több fázis között lehet rövidzárlat. Ez a fajta hiba tipikusan a legnagyobb hibaáramokkal jár.

A negyedik hibatípus, a nyílt áramú hiba, nem generál rövidzárlati áramot. A nyílt zárlat az áram akaratlan megszakadásából ered.

A védelmi rendszereknek a fenti helyzetek mindegyikében meg kell akadályozniuk a berendezések károsodását és védeniük kell az embereket. Ez azt jelenti, hogy hibaáram-számításokat kell végezni, hogy a megfelelő védőberendezéseket ki lehessen választani.

Boltos hibák vs. íves hibák

Egy elektromos hiba lehet boltos vagy íves hiba.

Boltos hiba esetén szilárd kapcsolat van. Ez lehetővé teszi a hibaáram áramlását a vezetőn keresztül. Ez a fajta hiba akkor fordulhat elő, ha a szerelő az áramforráshoz a földeléshez csatlakozik, ahelyett, hogy ahhoz a ponthoz csatlakozna, ahová csatlakoztatni kellene. Az áram bekapcsolásakor azonnali csavarozott hiba keletkezik, amely kioldja a védőberendezést. Mivel az áramáramlás visszafogott volt, a kár jellemzően korlátozott. A csavarozott hiba azonban a legnagyobb hibaáramokkal jár.

Az ívhiba akkor keletkezik, amikor nincs szilárd kapcsolat, de a vezetők elég közel kerülnek egymáshoz, hogy az áram átugrik a résen, és ív keletkezik. A kezdeti ív ionizálja a levegőt, plazmát hozva létre, amely lehetővé teszi az áramáram gyors növekedését és fenntartását, ami ívvillanást vagy ívrobbanást eredményez. Ha az ívvillanás lehetséges, akkor hibaáram-számításokat kell végezni a biztonságos védelmi határok és a szükséges egyéni védőeszközök meghatározásához, valamint az NEC 110.24 szabványban előírt hibaáram-címkék mellett elhelyezendő ívvillanás-címkékhez szükséges információk megadásához.

Háromfázisú hibák

Az IEC 60909 “Rövidzárlati áramok háromfázisú rendszerekben” a háromfázisú hibaáramok elfogadott számítási módszerét adja meg.

A háromfázisú rendszerben a hiba lehet szimmetrikus (kiegyensúlyozott) vagy nem szimmetrikus (kiegyensúlyozatlan). Szimmetrikus hiba esetén mindhárom fázis egyformán érintett. Ez azonban ritkán fordul elő. A legtöbb háromfázisú hiba nem szimmetrikus, és ez megnehezíti a hibaáram-számítás elvégzését.

Tartalomforrások

A hibaáram-számítás elvégzése előtt az összes lehetséges áramforrást azonosítani kell. Ez magában foglalhat olyan áramforrásokat is, amelyeket esetleg nem vettünk figyelembe. A rövidzárlati hibaáramnak négy lehetséges forrása van:

• A helyszíni villamos generátorok: Ezek közel vannak, és a hibaáramot csak magának a generátornak és az elektromos áramkörnek az impedanciája korlátozza.
• Szinkronmotorok: A szinkronmotor olyan váltakozó áramú motor, amelyben a motor fordulatszáma arányos az elektromos áram frekvenciájával. Ha az áramszolgáltatás kiesik, mint például rövidzárlat esetén, a motorra ható mechanikai terhelés tehetetlensége tovább forgatja a motort. A motor ekkor áramot szolgáltató generátorként viselkedik, és ez hozzájárul a hiba felé áramló teljes áramhoz.
• Indukciós motorok: Ez a motortípus szintén generátorrá válik, ha a rendszerben valahol máshol rövidzárlati hiba lép fel. Az indukciós motor által generált hibaáram azonban csak néhány ciklusig tart. Az áram megközelítőleg megegyezik a motor zárolt forgórészű indítóáramával.
• Elektromos közműrendszer: A hibaáram nagy része jellemzően az elektromos közműből származik. A rövidzárlati áram mértéke függ:
• a transzformátor szekunder feszültségének névleges értékétől és impedanciájától
• a generátorok impedanciájától
• a transzformátortól a rövidzárlatig tartó áramkör impedanciájától.

A hibaáram-számítás egyszerűsítése érdekében feltételezzük, hogy a rendszerben lévő összes villamos generátor fázisban van, és a rendszer névleges feszültségén működik.

Boltozott háromfázisú állapot

A rövidzárlat-vizsgálatot úgy kell elvégezni, hogy a hibaáram kiszámítható legyen. Ehhez általában a legrosszabb esetet kell megvizsgálni, ami a csavarozott háromfázisú hibaállapot. E helyzet alapján más hibaállapotok is közelíthetők.

A rendszerben lévő motorok hibaáram-hozzájárulása fontos. Sok esetben a motorok a normál teljes terhelésű áram négy-hatszorosával járulhatnak hozzá. Még ha ez az áram nagyon rövid ideig tart is, kritikus, hogy a hibaáram-számításba beleszámítsuk.

Az ívvillanásvizsgálat elvégzésekor a hibaáram-számításnak továbbra is a legnagyobb csavarozott háromfázisú rövidzárlati áramra kell vonatkoznia.

Hibaáram-jelölés

Amikor a hibaáramot kiszámították, a rendelkezésre álló rövidzárlati hibaáramot feltüntető címkéket kell a berendezésre helyezni. Ha ívvillanásjelző címke szükséges, azt is ki kell nyomtatni és a megfelelő helyen fel kell helyezni. Minden címke egyedi információkat igényel, amelyek a hibaáram-számításból származnak.

Tegye meg a következő lépést!

Most, hogy alapvetően megértette az ívvillám-számítások változóit, töltse le ingyenes Arc Flash Energy Guide című ingyenes ívvillám-útmutatónkat, amely részletes tanácsokat ad a biztonsági rendszer bevezetéséhez a létesítményében. Töltse le ingyenes példányát még ma!