תופעת זרמי הקצר
זרם קצר היינו תופעת המעבר שכתוצאה ממנה עולה הזרם בהרבה מעל הזרם שחושב במערכת.
כשמתרחש קצר במערכת החשמל, ההתנגדות השקולה של המערכת משתנה ומתקבל זרם נצרך חדש בהתאם לתנאים החדשים. המעבר מהמצב הישן למצב המתמיד החדש, מלווה בתופעת מעבר הבאה לידי ביטוי על ידי שינויים גדולים באמפליטודת הזרם. תופעת המעבר נובעת מחוק שימור האנרגיה וכתוצאה מהאנרגיה האגורה ברכיבים הראקטיבים של המערכת, בעיקר סלילים המעלים את ערך הקצר.
מבחינה מעשית זהו חיבור או קשת חשמלית בין מוליכים של פאזות שונות או בין מוליך עצמו לאפס או להארקה, שבמצב תקין קיים ביניהן הפרש פוטנציאלים.
יש לציין, שהקצר לא צפוי מראש ע"י תנאי פעולה נורמאליים, ואי אפשר לזהותו מראש.
השפעות של זרמי קצר
לזרמי קצר השפעות שליליות על מערכת החשמל, כגון :
- השפעה תרמית – התחממות הגורמת להרס ציוד חשמלי.
- השפעה מכאניות – היוצרות כוחות בין כבלים, פסי צבירה וכו' … כתוצאה מהזרמים הגבוהים.
- ירידת מתח – בזמן קצר המתח בנקודת הקצר יורד לערך אפסי, דבר העלול להפעיל הגנות נגד מתח מינימאלי והפסקת מערכות חשמל שלא לצורך.
סוגי זרמי הקצר
ניתן להבחין בכמה סוגי זרם קצר:
- קצר תלת מופעי: זרם קצר הנובע ממגע בין מוליכי כל מופעים.
נגרם בעיקר כתוצאה מכשל במערכת הגנת הקצר החד מופעי, ההופך
לקצר תלת מופעי.
במצב זה, רמת זרמי הקצר הינה גבוהה ביותר.
קצר תלת מופעי משפיע על שלושת המופעים בצורה סימטרית.
- קצר דו מופעי לאדמה: זרם קצר הנובע ממגע בין מוליך המופע לאדמה, וכן מגע בין שני
מוליכים לאדמה.
קצר זה מתפתח בעיקר ברשתות מתח גבוה, בגלל שיטות ההגנה.
שיטת ההגנה השכיחה ביותר ברשתות מתח גבוה עבור זרם קצר חד מופעי היא הגנה וואטמטרית הנעזרת בסליל כיבוי (סליל פטרסון).
כאשר סליל הכיבוי מכבה את הקשת החשמלית, נוצרת עליית מתח בשני המופעים שעובדים ללא תקלה וכתוצאה מכשלים עלול להווצר קצר דו מופעי לאדמה.
- קצר דו מופעי: זרם קצר הנובע ממגע בין שני מופעים.
נגרם בעיקר כתוצאה משבירת מבדדים קריעת תיל ונפילתו על תיל אחר ופגיעת גופים אחרים.
- קצר חד מופעי: זרם קצר הנובע ממגע בין מוליך לאדמה.
נגרם כתוצאה מפריצות בבידוד ומפגיעת גופים זרים ברשת כגו' עצים, ציפורים וכו'.
ברשת החשמל הארצית סוגי הקצרים מופיעים בהסתברות הנתונה:
טבלה – סוגי קצרים והסתברות להופעתם
| סוג הקצר | הסתברות להופעה [%] |
 # קצר תלת פאזי | 5 |
 # קצר דו פאזי | 10 |
 # קצר חד פאזי | 65 |
| # קצר דו פאזי לאדמה | 20 |
גודלו של זרם הקצר תלוי בגורמים הבאים:
- גודל ההספק של מקור הקצר.
- המרחק בין מקור ההזנה לבין נקודת הקצר במתקן.
- סוג הקצר.
בחישוב זרם הקצר נשתמש בזרם קצר תלת מופעי, מכיוון שזהו הקצר החזק ביותר, וכאשר המבטח יעמוד בזרם קצר זה הוא יעמוד גם בזרמים נמוכים יותר.
בנוסף לזרם הקצר, יש להתייחס בזמן תכנון מעגל חשמלי לזרם ההלם.
זרם ההלם – הערך המרבי של זרם הקצר, אשר מופיע לאחר חצי מחזור מרגע הופעת הקצר.
זמן המחזור מתחיל להימדד מרגע סגירת המפסק. בכל זמן אחר זרם הקצר יהיה נמוך יותר.
זרם ההלם הוא הגורם להרס הבידוד, למגעים דבוקים ולהצתת הקשת מחדש. לכן בעת חישוב הציוד יש להביא בחשבון את גודל זרם ההלם.
מטרת חישוב זרם הקצר
לחישוב זרם הקצר ישנם מספר מטרות:
- זרם קצר תלת מופעי משמש לקביעת כושר הניתוק של מבטח המגן של מוליכי המעגל.
- זרם הלם משמש לקביעת עמידות דינמית של ציוד חשמלי.
זרם קצר חד מופעי משמש לקביעת זמן הניתוק של מבטח המגן על מוליכי המעגל מבחינת עמידותם התרמית בעת קצר.
