Что такое межфазное короткое замыкание и как защититься от него?

Не будет сильным преувеличением утверждение о том, что такой нештатный режим работы электросети, как короткое замыкание известен даже тем, кто не изучал основы электротехники. Сегодня мы предлагаем рассмотреть частный случай этого явления – межфазное замыкание. Из материалов нашей статьи Вы узнаете, особенности данного вида КЗ и вызванные им последствия. В завершении мы рассмотрим способы защиты электросети от различных видов замыканий.

Что такое межфазное замыкание?

Это аварийный режим работы электросети, вызванный электроконтактом разноименных фаз. В качестве примера приведем типовые виды замыканий.

Виды коротких замыканий

Обозначения:

1. Трехфазные КЗ.
2. Замыкание двух фазных проводов.
3. КЗ на землю при двухфазном замыкании.
4. Фазное (однофазное) КЗ. Замыкание может происходить с землей или нулевым проводом в системах с изолированной или заземленной нейтралью.

Как видно из рисунка, под определение межфазного замыкание подходит пункт 2. Заметим, что при определенных условиях 1 и 3 также можно рассматривать как частный случай межфазного КЗ.

Где возникает и почему?

Теоретически КЗ может образоваться в любой точке сети. Этот процесс носит случайный характер, за исключением тех случаев, когда короткое замыкание вызывается принудительно, при помощи короткозамыкателя для оперативного отключения высоковольтных линий электропередач.

Короткозамыкатель КЗ-110

Непреднамеренное КЗ может возникнуть в следующих местах:

• На изоляторах, как проходных, так и опорных, используемых для токоведущих частей.
• Между фазными обмотками электрических машин и электромагнитных устройств, например, трансформаторов тока, двигателей или генераторов.
• В воздушных и кабельных линиях электропередач.
• В коммутаторах электрических цепей, например, разъединителях, рубильниках, автоматических выключателях и т.д.
• В цепях оборудования или других потребителей электроэнергии.

Причины КЗ могут быть вызваны различными условиями, перечислим наиболее распространенные электрические соединения:

• Металлический контакт межфазных напряжений с минимальным переходным сопротивлением и исключением электрической дуги.
• Дуговые замыкания. Между фазными проводниками протекают сильные токи нагрузки даже при воздушном зазоре.
• Тлеющие КЗ, как правило, возникают в силовых КЛ при разрушении или повреждении изоляции токопроводящих линий. В результате на участке сети между фазными проводниками может образоваться зона с малым сопротивлением, что приводит к перегреву изоляции.
• Пробой силовых полупроводниковых элементов, например, тиристоров.

Ток межфазного КЗ

При любом виде замыкания ток является основной характеристикой аварийного режима работы трехфазной сети. Это необходимо принимать во внимание при разработке электрооборудования, для чего применяется специальная методика, описание которой можно найти на нашем сайте.

Расчет тока КЗ помимо электроустройств также необходим для выбора характеристик аппаратов, производящих защитное (аварийное) отключение, например автоматические выключатели или системы релейной защиты.

Перечислим факторы, от которых зависит ток КЗ:

• Удаление аварийного участка от источника питания. Чем больше расстояние между ними, тем меньшим будет уровень тока КЗ.
• Тип, сечение токоведущих элементов и длина силовых магистралей между аварийным участком и источником электроэнергии. При этом немаловажное влияние оказывают параметры и состояние коммутаторов, расположенных в данной цепи. Перечисленные выше характеристики цепи позволяют рассчитать эквивалентное сопротивление нагрузки, необходимое для определения тока замыкания.

Обратим внимание, что вид электрического соединения при КЗ влияет на величину тока замыкания. Наблюдается следующая зависимость:

• Металлический контакт фазных напряжений образует наибольшую величину тока. Именно поэтому при проектировании электрооборудования производятся расчеты для данного электрического соединения.
• Дуговое КЗ образует меньший ток. Но на практике можно часто наблюдать неустойчивую дугу, то есть, периодически зажигающуюся и затухающую, что приводит к образованию переходных процессов. Они, в свою очередь, могут вызвать превышение расчетных характеристик тока КЗ.
• Тлеющее КЗ образует уровень тока существенно меньше расчетного, что может негативно отразиться срабатывании автоматов защиты. На практике наблюдались случаи, когда данный вид замыкания становился дуговым или образовывал металлический контакт, вызывая срабатывание АВ. Но после включения линии электрическое соединение вновь возвращалось к состоянию тлеющего замыкания, нее распознаваемое АВ. В таких случаях для распознавания аварийного участка необходимо подать на линию повышенное напряжение или провести измерение сопротивления изоляции.

Проверка изоляции с помощью мегаомметра

Последствия

Межфазные КЗ могут не только отразиться на режимах работы электроустройств, ни и стать причиной их выхода из строя. Помимо этого токоведущие элементы подвергаются как термической, так и динамической нагрузке. Последняя характерна для мощных энергосистем, в которых наблюдается притягивание или отталкивание токопроводящих элементов. Это взаимодействие зависит от направления тока.

При аварии высоковольтных цепей динамическая нагрузка может привести к разрушению изоляторов, поддерживающих токопроводные магистрали, что только усугубляет ситуацию.

Термическая нагрузка проявляется в виде нагрева проводников при прохождении по ним тока замыкания. В результате токопроводы становятся, в буквальном смысле, нагревательными элементами.

Не менее опасным поражающим фактором при межфазном КЗ является образование электродуги, оказывающей негативное воздействие как на человека, так и оборудование. Она способна в течение микросекунд нагреть поверхность контакта до 4000°С — 10000°С, а в некоторых случаях и более. Соответственно, при такой высокой температуре плавится практически все металлические элементы. Нередко до срабатывания защиты дуга успевает пережечь токоведущие шины.

Образование электрической дуги на размыкателях

Электродуга не только нагревает как место контакта, так и окружающее ее пространство. Если рядом с ней расположены горючие материалы, то вероятность пожара существенно увеличивается.

Ожог, вызванный дугой, сложно поддается лечению. Это связано с тем, что мелкие брызги расплавленных металлов оседают на коже, образуя эффект металлизации. Характерно, что на практике случайно попасть под воздействие дуги практически нереально. Как правило, причина кроется в нарушении ТБ, технологических процессов, а также других ошибок, связанных с воздействием человеческого фактора.

К негативным последствиям КЗ также стоит отнести снижение уровня напряжения на аварийном участке. Это создает ряд дополнительных проблем, проявляющихся в виде сбоев в работе оборудования, подключенного к данной сети. Например, отключаются магнитные пускатели, срабатывает защита блоков питания электронных систем, повышается рабочий ток электродвигателей и т.д.

Способы защиты

Мы уже рассматривали ранее способы защиты от КЗ, но учитывая актуальность данной темы, будет полезным напомнить о них. В быту для этих целей используются автоматические выключатели, встроенная в них электромагнитная защита реагирует на токи замыкания, и снимает нагрузку при межфазных, однофазных и других замыканиях.

Селективность устройств защиты в бытовых и распределительных сетях позволяет локализовать аварийный участок, оставив подключенными потребителей, запитанных от неповрежденных фаз.

Для защиты электроцепей с классом напряжения более 1-го киловольта не применяются АВ или аналогичная коммутационная аппаратура. Это связано с тем, что даже при нормальных режимах работы величина нагрузки может привести к образованию дуги, с которой не справятся дугогасящие катушки. Именно поэтому в высоковольтном оборудовании применяется релейная защита, управляющая вакуумными, масляными и элегазовыми разъединителями.

Профилактика

Несмотря на то, что образование замыкания носит случайный характер, применяя ряд профилактических мер, можно несколько снизить вероятность его возникновения. К таковым мерам относятся:

• Своевременная замена электрооборудования, у которого закончился срок эксплуатации.
• Регулярное проведение планово-предупредительных ремонтов. При таких процедурах можно своевременно обнаружить и устранить повреждение изоляции токоведущих линий, межвитковые замыкания первичных или вторичных обмоток трансформатора и другие неисправности.
• Электрооборудование необходимо эксплуатировать в штатном режиме, перегрузка существенно снижает его ресурс.
• Соответствующая подготовка и регулярный инструктаж обслуживающего и электротехнического персонала.

Видео по теме

трехфазное короткое замыкание — это… Что такое трехфазное короткое замыкание?

трехфазное короткое замыкание

three-phase fault

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

• трехфазная электропередача
• трехфазное питание

Смотреть что такое «трехфазное короткое замыкание» в других словарях:

• трехфазное короткое замыкание — Короткое замыкание между тремя фазами в трехфазной электроэнергетической системе [ГОСТ 26522 85] короткое замыкание трехфазное Замыкание в одном месте электрической сети между всеми тремя фазными проводами цепи [ОАО РАО «ЕЭС России» СТО …   Справочник технического переводчика

• трехфазное короткое замыкание — трехфазное короткое замыкание: Короткое замыкание между тремя фазами в трехфазной электроэнергетической системе. [ГОСТ 26522 85, статья 9] Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• трехфазное короткое замыкание — Короткое замыкание, при котором в трехфазной электрической системе происходит соединение между всеми тремя фазами (в одном и том же месте системы) без соединения с землей …   Политехнический терминологический толковый словарь

• трехфазное короткое замыкание с землей — Трехфазное короткое замыкание в трехфазной электроэнергетической системе с незаземленными или резонансно заземленными нейтралями силовых элементов, сопровождающееся контактированием точки короткого замыкания с землей [ГОСТ 26522 85] Тематики… …   Справочник технического переводчика

• трехфазное короткое замыкание на землю — Короткое замыкание на землю в трехфазной электроэнергетической системе с глухо или эффективно заземленными нейтралями силовых элементов, при котором с землей соединяются три фазы [ГОСТ 26522 85] Тематики электробезопасность Классификация… …   Справочник технического переводчика

• трехфазное короткое замыкание на землю — Короткое замыкание между тремя фазами электрической системы и землей …   Политехнический терминологический толковый словарь

• симметричное короткое замыкание — Трехфазное короткое замыкание с равными сопротивлениями в фазах (в месте соединения) …   Политехнический терминологический толковый словарь

• ГОСТ Р 52735-2007: Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ — Терминология ГОСТ Р 52735 2007: Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ оригинал документа: апериодическая составляющая тока короткого замыкания в электроустановке:… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• автоматическое повторное включение — АПВ Коммутационный цикл, при котором выключатель вслед за его отключением автоматически включается через установленный промежуток времени (О tбт В). [ГОСТ Р 52565 2006] автоматическое повторное включение АПВ Автоматическое включение аварийно… …   Справочник технического переводчика

• Требования — 5.2 Требования к вертикальной разметке 5.2.1 На поверхность столбиков, обращенную в сторону приближающихся транспортных средств, наносят вертикальную разметку по ГОСТ Р 51256 в виде полосы черного цвета (рисунки 9 и 10) и крепят световозвращатели …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• симметричное КЗ — — [В.А.Семенов. Англо русский словарь по релейной защите] симметричное КЗ [Интент] Симметричное трехфазное КЗ наиболее простой для расчета и анализа вид повреждения. Он характерен тем, что токи и напряжения всех фаз равны по значению как в… …   Справочник технического переводчика

Расчёт трёхфазного короткого замыкания

а) Изменение тока при коротком замыкании

Рассчитать трёхфазное короткое замыкание — это значит определить токи и напряжения, имеющие место при этом виде повреждения как в точке к. з., так и в отдельных ветвях схемы.

Ток в процессе короткого замыкания не остаётся постоянным, а изменяется, как показано на рис. 1-23. Из этого рисунка видно, что ток, увеличившийся в первый момент времени, затухает до некоторой величины, а затем под действием автоматического регулятора возбуждения (АРВ) достигает установившегося значения.

 

Промежуток времени, в течение которого происходит изменение величины тока к. з., называется переходным процессом. После того как изменение величины тока прекращается и до момента отключения короткого замыкания продолжается установившийся режим к. з. В зависимости от того, производится ли выбор уставок релейной защиты или проверка электрооборудования на термическую и динамическую устойчивость, могут интересовать значения тока в разные моменты времени к. з.

Поскольку всякая сеть имеет определённые индуктивные сопротивления, препятствующие мгновенному изменению тока при возникновении короткого замыкания, величина его не изменяется скачком, а нарастает по определённому закону от нормального до аварийного значения.

Для упрощения расчёта и анализа ток, проходящий во время переходного процесса к. з., рассматривают как состоящий из двух составляющих: апериодической и периодической.

Апериодической называется постоянная по знаку составляющая тока i_a, которая возникает в момент короткого замыкания и сравнительно быстро затухает до нуля (рис. 1-23).

Периодическая составляющая тока к. з. в начальный момент времени I_nmo называется начальным током короткого замыкания. Величину начального тока к. з. используют, как правило, для выбора уставок и проверки чувствительности релейной защиты. Начальный ток короткого замыкания называют также сверхпереходным, так как для его подсчёта в схему замещения вводится так называемое сверхпереходное сопротивление генератора  и сверхпереходная э. д. с.

Установившийся ток к. з. представляет собой периодический ток после окончания переходного процесса, обусловленного как затуханием апериодической составляющей, так и действием АРВ. Полный ток к. з. представляет собой сумму периодической и апериодической составляющих в любой момент переходного процесса. Максимальное мгновенное значение полного тока называется ударным током к. з. и вычисляется при проверке электротехнического оборудования на динамическую устойчивость.

Как уже отмечалось выше, для выбора уставок и проверки чувствительности релейной защиты используется обычно начальный или сверхпереходный ток к. з., расчёт величины которого производится наиболее просто. Используя начальный ток при анализе быстродействующих защит и защит, имеющих небольшие выдержки времени, пренебрегают апериодической составляющей. Допустимость этого очевидна, так как апериодическая составляющая в сетях высокого напряжения затухает очень быстро, за время 0,05—0,2 с, что обычно меньше времени действия рассматриваемых защит.

При к. з. в сети, питающейся от мощной энергосистемы, генераторы которой оснащены АРВ, поддерживающими постоянным напряжение на её шинах, периодическая составляющая тока в процессе к. з. не меняется (рис. 1-23, б). Поэтому расчётное значение начального тока к. з. в этом случае можно использовать для анализа поведения релейной защиты, действующей с любой выдержкой времени.

В сетях же, питающихся от генератора или системы определённой ограниченной мощности, напряжение на шинах которой в процессе к. з. не остаётся постоянным, а изменяется в значительных пределах, начальный и установившийся ток к. з. не равны (рис. 1-23, а). При этом для расчёта защит, имеющих выдержку времени порядка 1—2 с и более, следовало бы использовать установившийся ток к. з. Однако поскольку расчёт установившегося тока к. з. сравнительно сложен, допустимо в большинстве случаев использовать начальный ток к. з. Такое допущение, как правило, не приводит к большой погрешности. Объясняется это следующим. На величину установившегося тока к. з. значительно большее влияние, чем на величину начального тока, оказывают увеличение переходного сопротивления в месте повреждения, токи нагрузки и другие факторы, не учитываемые обычно при расчёте токов к. з. Поэтому расчёт установившегося тока к. з. может иметь весьма большую погрешность.

Принимая во внимание всё сказанное выше, можно считать целесообразным и в большинстве случаев вполне допустимым использование для анализа релейных защит, действующих с любой выдержкой времени, начального тока к. з. При этом возможное снижение тока в течение короткого замыкания следует учитывать для защит, имеющих выдержку времени, введением в расчёт повышенных коэффициентов надёжности по сравнению с быстродействующими защитами.

б) Определение начального тока к. з. в простой схеме

Поскольку при трёхфазном к. з. (рис. 1-24) э. д. с. и сопротивления во всех фазах равны, все три фазы находятся в одинаковых условиях. Векторная диаграмма для такого короткого замыкания, которое, как известно, называется симметричным, приведена на рис. 1-18, б. Расчёт симметричной цепи может быть существенно упрощён. Действительно, так как все три фазы находятся в одинаковых условиях, достаточно произвести расчёт для одной фазы и результаты его затем распространить на две другие. Расчётная схема при этом будет иметь вид, показанный на рис. 1-24, б. Совершенно очевидно, что даже в рассматриваемом простейшем случае последняя схема значительно проще, чем показанная на рис. 1-24, а.

 

В сложных же электрических цепях, имеющих много параллельных и последовательных ветвей, разница будет ещё более очевидной.

Итак, в симметричной системе расчёт токов и напряжений можно производить только для одной фазы. Расчёт начинается с составления схемы замещения, в которой отдельные элементы расчётной схемы заменяются соответствующими сопротивлениями, а для источников питания указывается их э. д. с. или напряжение на зажимах. Каждый элемент вводится в схему замещения своими активным и реактивным сопротивлениями. Сопротивления генераторов, трансформаторов, реакторов определяются на основании паспортных данных и вводятся в расчёт, как указано ниже.

Реактивные сопротивления линий электропередачи рассчитываются по специальным формулам или могут приниматься приближенно по следующему выражению:

 

где l — длина участка линии, км; х_уд — удельное реактивное сопротивление линии, Ом/км, которое можно принимать равным:

 

Активные сопротивления медных и алюминиевых проводов могут быть подсчитаны по известному выражению

 

Допускается при расчётах токов к. з. не учитывать активного сопротивления и вводить в схему замещения только реактивные сопротивления элементов, если суммарное реактивное сопротивление больше чем в 3 раза превышает суммарное активное сопротивление

 

В дальнейшем для упрощения рассуждений будем считать, что условие (1-23), которое, как правило, выполняется для сетей напряжением 110 кВ и выше, действительно, и в расчёты будем вводить только реактивные сопротивления расчётной схемы.

Определение тока к. з. при питании от системы неограниченной мощности. Ток к. з. в расчётной схеме (рис. 1-25) определится согласно следующему выражению, кА:

 

где x_рез — результирующее сопротивление до точки к. з., равное в рассматриваемом случае сумме сопротивлений трансформатора и линии, Ом;

 

U_с — междуфазное напряжение на шинах системы неограниченной мощности, кВ.

Под определением система неограниченной мощнoсти подразумевается мощный источник питания, напряжение на шинах которого остаётся постоянным независимо от места к. з. во внешней сети. Сопротивление системы неограниченной мощности принимается равным нулю. Хотя в действительности системы неограниченной мощности быть не может, это понятие широко используют при расчетах коротких замыканий. Можно считать, что рассматриваемая система имеет неограниченную мощность в тех случаях, когда её внутреннее сопротивление много меньше сопротивления внешних элементов, включенных между шинами системы и точкой к. з.

Пример 1-1. Определить ток. проходящий при трёхфазном к. з. за реактором сопротивлением 0,4 Ом, который подключен к шинам генераторного напряжения 10,5 кВ мощной электростанции.

Решение. Поскольку сопротивление реактора значительно больше, чем сопротивление системы, можно считать, что он подключен к шинам неограниченной мощности.

Тогда

 

Определение тока к. з. при питании от системы ограниченной мощности. Если сопротивление системы, питающей точку короткого замыкания, сравнительно велико, его необходимо учитывать при определении тока к. з. В этом случае в схему замещения вводится дополнительное сопротивление х_спст и принимается, что за этим сопротивлением находятся шины неограниченной мощности.

Величина тока к. з. определяется по следующему выражению (рис. 1-26):

 

где x_вн — сопротивление цепи короткого замыкания между шинами и точкой к. з.; х_сист — сопротивление системы, приведенное к шинам источника.

Сопротивление системы можно определить, если задан ток трёхфазного к. з. на её шинах I_к.з.зад.:

 

Пример 1-2. Определить ток трёхфазного к. з. за сопротивлением 15 Ом линии 110 кВ, питающейся от шин подстанции. Ток трёхфазного к. з. на шинах подстанции, приведенный к напряжению 115 кВ, равен 8 кА.

Решение. Согласно (1-26) определяется х_сист:

 

Определяется ток в месте к. з. в соответствии с (1-25):

 

Сопротивление системы при расчётах к. з. может быть задано не током, а мощностью короткого замыкания на шинах подстанции. Мощность короткого замыкания — условная величина, равная

 

где I_к.з. — ток короткого замыкания; U_cp — среднее расчётное напряжение на той ступени трансформации, где вычисляется ток короткого замыкания.

Пример 1-3. Определить ток трёхфазного к. з. за реактором сопротивлением 0,5 Ом. Реактор питается от шин 6,3 кВ подстанции, мощность к. з. на которых равна 300 MB • А.

Решение. Определим сопротивление системы:

 

в) Определение остаточного напряжения

В схеме, приведенной на рис. 1-26, величина остаточного напряжения на шинах определяется согласно следующим выражениям:

 

где x _к.з. — сопротивление от шин подстанции, на которых определяется остаточное напряжение, до места к. з., или

 

х — сопротивление от шин источника питания до точки, в которой определяется остаточное напряжение.

Поскольку сопротивление рассматриваемой цепи принято чисто реактивным, в выражения (1-27) и (1-28) входят абсолютные величины, а не векторы.

Пример 1-4. Определить остаточное междуфазное напряжение на шинах подстанции в примере 1-2.

Решение. По первому выражению (1-27):

 

г) Расчёты токов короткого замыкания и напряжений в разветвлённой сети

В сложной разветвлённой сети, для того чтобы определить ток в месте к. з., необходимо предварительно преобразовать схему замещения так, чтобы она имела простой вид, по возможности с одним источником питания и одной ветвью сопротивления. С этой целью производится сложение последовательно и параллельно включенных ветвей, треугольник сопротивлений преобразуется в звезду и наоборот.

Пример 1-5. Преобразовать схему замещения, приведенную на рис. 1-27, определить результирующее сопротивление и ток в месте к. з. Значения сопротивлений указаны на рис. 1-27.

Решение. Преобразование схемы замещения производим в следующей последовательности.

 

Для распределения тока к. з. по ветвям схемы можно воспользоваться формулами, приведенными в табл. 1-1. Распределение токов производится последовательно в обратном порядке начиная с последнего этапа преобразования схемы замещения.

Пример 1-6. Распределить ток к. з. по ветвям схемы, приведенной на рис. 1-27.

Решение. Определим токи в параллельных ветвях 4 и 7 в соответствии с формулами (табл. 1-1):

 

 

Ток I₇ проходит по сопротивлению х₅ и затем разветвляется по параллельным ветвям х₂ и х₃:

 

Остаточное напряжение в любой точке разветвлённой схемы может быть определёно путём последовательного суммирования и вычитания падений напряжения в её ветвях.

Пример 1-7. Определить остаточное напряжение в точках а и б схемы, приведенной на рис. 1-27. Решение.

 

Если в схему замещения входят две или несколько э. д. с, точки их приложения объединяются и они заменяются одной эквивалентной э. д. с. (рис. 1-28).

Если э. д. с. источников равны по величине, то эквивалентная э. д. с. будет иметь такую же величину

 

Если же э. д. с. не равны, эквивалентная э. д. с. подсчитывается по следующей формуле:

 

д) Расчёт токов короткого замыкания по паспортным данным реакторов и трансформаторов

Во всех примерах, рассмотренных выше, сопротивления отдельных элементов схемы задавались в омах. Сопротивления же реакторов и трансформаторов в паспортах и каталогах не задаются в омах.

Параметры реактора обычно задаются в процентах как относительная величина падения напряжения в нём при прохождении номинального тока х_P, %.

Сопротивление реактора (Ом) можно определить по следующему выражению:

 

гле U_HOM и I_HOM — номинальное напряжение и ток реактора.

Сопротивление трансформатора также задаётся в процентах как относительная величина падения напряжения в его обмотках при прохождении тока, равного номинальному, u_K, %.

Для двухобмоточного трансформатора можно записать сопротивление (Ом):

 

где u_K, %, и U_HOM, к_В, — указаны выше, а S _HOM — номинальная мощность трансформатора, MB• А.

При коротком замыкании за реактором или трансформатором подключенными, к шинам системы неограниченной мощности, ток и мощность к. з. определяются по следующим выражениям:

 

где I_HOM — номинальный ток соответствующего реактора или трансформатора.

Пример 1-8. Вычислить максимально возможный ток трёхфазного к. з. за реактором РБA-6-600-4. Реактор имеет следующие параметры: U_H = 6 кВ, I_H = 600 А, х_P = 4%.

Решение. Поскольку требуется определить максимально возможный ток к. з., считаем, что реактор подключен к шинам системы неограниченной мощности.

В соответствии с (1-33) ток к. з. за реактором определится как

 

Пример 1-9. Определить максимально возможный ток и мощность трёхфазного к. з. за понизительным трансформатором: S_H = 31,5MB • А, U_Н1= 115 кВ, U_Н2 = 6,3 кВ, u_K = 10,5%

Решение. Принимая, как и в предыдущем примере, что трансформатор подключен со стороны 115 кВ к шинам системы неограниченной мощности, определяем ток к. з.

Номинальный ток обмотки 6,3 кВ трансформатора равен:

 

Трехфазное короткое замыкание машины, работающей в режиме под нагрузкой

Страница 9 из 23

Рассмотрим машину, которая до момента возникновения режима внезапного короткого замыкания работает под нагрузкой, причем ее ток равен ί0, а напряжение и0. Составляющие напряжения и0d, и0q и тока i0d, i0q могут быть определены либо из векторной диаграммы, либо из уравнений (24) — (27) главы 6. С момента короткого замыкания ud=uq = 0.
Подставим эти значения составляющих тока и напряжения в уравнения (107), (108) главы 6. В результате получим уравнения для составляющих тока внезапного трехфазного короткого замыкания по продольной и поперечной осям:

(9)
(10)
Выражение для расчета огибающей результирующего тока короткого замыкания таково:

(11)
Все то время, пока угол нагрузки машины в исходном установившемся режиме мал — несколько меньше 30° эл., — процессами изменения токов преимущественно в контурах по продольной оси определяются процессы изменения результирующего тока короткого замыкания в обмотке статора. Осциллограммы этого тока существенно не отличаются от осциллограмм, полученных из опыта внезапного короткого замыкания машины, работающей до момента возникновения короткого замыкания в режиме холостого хода. Однако, если угол нагрузки в исходном режиме  ϑ≥30° эл., то необходимо учитывать неустановившиеся процессы также и в контурах по поперечной оси. Такие режимы имеют место в особенности при недовозбуждении или емкостной нагрузке машины с большими значениями синхронных реактивных сопротивлений. В качестве предельного случая рассмотрим режим внезапного короткого замыкания синхронной машины, которая работала до момента возникновения короткого замыкания в режиме нагрузки с углом ϑ= 90° эл. Это соответствует режимам с емкостной нагрузкой или кратковременному асинхронному с полной потерей возбуждения. Отметим, что режим при постоянном токе возбуждения и угле ϑ≈90° эл. неустойчив.

В данном случае справедливы соотношения u0d = u0, u0q = 0. Из уравнений (9) и (10) получаем

(12)
(13)
Из этих формул следует, что составляющая тока по продольной оси после того, как обмотка статора была замкнута накоротко, сохраняет свое прежнее значение, а составляющая тока по поперечной оси изменяется. Рассмотрим в качестве примера машину, параметры которой приведены на стр. 192. Примем для исходного режима работы машины под нагрузкой следующие значения составляющих тока: i0d = 0,1; i0q=l,43.
Подставим вместо xq(t) последовательно значения x»q и xq со стр. 192. Составляющие тока при коротком замыкании получаем в соответствии с (13):

На рис. 5 представлены кривые изменения составляющих тока по продольной и поперечной осям и результирующего тока в обмотке. Так как ток по поперечной оси затухает по экспоненциальному закону со сверхпереходной постоянной времени, то периодическая составляющая тока короткого замыкания затухает до своего установившегося значения очень быстро. Ниже при рассмотрении апериодической составляющей будет показано, что периодическая составляющая затухает быстрее, чем апериодическая; в результате достаточно длительное время ток короткого замыкания может не принимать нулевое значение.

Трехфазное короткое замыкание в неразветвленной цепи — Студопедия

Обратимся к рис. 3-1, на котором представлена простейшая симметричная трехфазная цепь. В ней условно принято, что на одном ее участке имеется взаимоиндук­ция между фазами, а на другом она отсутствует. Цепь присоединена к источнику синусоидального напряжения с неизменными амплитудой и частотой.

Рассмотрим переходный процесс, вызванный включе­нием выключателя В, за которым сделана закоротка, что равносильно возникновению металлического трех­фазного короткого замыкания между двумя участками данной цепи.

Пусть векторы , , , , , (рис. 3-2) характеризуют предшествующий режим рассматривае­мой цепи, а вертикаль tt является неподвижной линией времени, т. е. мгновенные значения отдельных величин определяются проекциями на эту линию соответствую­щих вращающихся векторов. Момент возникновения ко­роткого замыкания будем фиксировать значением угла а (т. е. фазой включения) между вектором напря­жения фазы А и горизонталью (рис. 3-2).

После включения выключателя В цепь рис. 3-1 рас­падается на два независимых друг от друга участка. Участок с и оказывается зашуитированным корот­ким замыканием и ток в нем будет поддерживаться лишь до тех пор, пока запасенная в индуктивности энергия магнитного потока не перейдет в тепло, погло­щаемое активным сопротивлением .

Дифференциальное уравнение равновесия в каждой фазе этого участка имеет вид:

. (3-1)

Его решение общеизвестно:

, сек. (3-2)

оно показывает, что здесь имеется лишь свободный ток. который затухает по экспоненте с постоянной времени

, сек. (3-3)

Начальное значение свободного тока в каждой фазе зашунтированного участка цепи, очевидно, равно пред­шествовавшему мгновенному значению тока, поскольку в цепи с индук­тивностью не может произойти внезапного (скачком) изменения тока. В общем случае свободные токи в фазах различны, хотя их затухание, разумеется, происходит с од­ной и той же постоянной времени. В одной из фаз свободный ток может во­обще отсутствовать, если в момент возникновения
короткого замыкания предшествовавший ток в этой фазе проходил через нуль; при этом свободные токи в двух других фазах будут одинаковы по величине, но противопо­ложны по направлению.

На рис. 3-3 слева приведены кривые изменения фаз­ных токов в зашунтированном участке рассматриваемой цепи, с учетом, что короткое замыкание произошло в мо­мент, отвечающий положению векторов на рис. 3-2.

Напомним, что подкасательная в любой точке экспоненты в принятом для оси времени масштабе дает значение постоянной времени, с которой происходит изменение экспоненты (рис. 3-3). Имея в виду, что при значение , постоянную обычно трактуют как время, в течение которого переменная величи­на снижается до 0,368 своего начального значения; при этом за на­чальную может быть принята любая точка кривой.

Перейдем теперь к участку цепи, который остался присоединенным к источнику. Здесь помимо свободного тока будет новый принужденный ток, величина которого, очевидно, больше предыдущего и сдвиг по фазе которого в общем случае иной. Допустим, что векторы , , (рис. 3-2) отвечают новому установившемуся режиму данного участка цепи.

Дифференциальное уравнение равновесия для любой фазы, например фазы А, этого участка

,

имея в виду, что , можно представить (опуская индекс фазы) как

, (3-la)

где — результирующая индуктивность фа­зы, т. е. индуктивность с учетом влияния двух других фаз.

Решение (3-1а) имеет вид:

, (3-2a)

где — полное сопротивление присоединенного к источ­нику участка цепи или, короче, цепи короткого замыкания; — угол сдвига тока в этой цепи; — постоянная времени цепи короткого замыкания, определяемая по (3-3), где вместо , , следует ввести , , .

Первый член правой части (3-2а) представляет пери­одическую слагающую тока, которая при рассматривае­мых условиях является принужденным током с постоянной амплитудой . Соответственно второй член представляет, как и раньше, затухающий по экспо­ненте свободный ток; его называют также апериодиче­ской слагающей тока. Начальное значение этой слагаю­щей определяется из начальных условий, т. е.

, (3-3)

откуда после подстановки соответствующих выражений имеем:

. (3-4)

Поскольку токи и являются проекциями векторов и на линию времени, то ток также можно рассматривать как проекцию вектора на ту же линию (рис. 3-2). В зависимости от фазы включения на­чальное значение тока может изменяться от возможной наибольшей величины, когда вектор параллелен линии времени, до нуля, когда этот вектор норма­лен к ней. В трехфазной системе такие частные условия, разумеется, могут быть лишь в одной из фаз.

На рис. 3-3 справа представлены кривые изменения токов в фазах рассматриваемого участка при трехфаз­ном коротком замыкании. Как видно, чем больше апе­риодическая слагающая тока, тем больше смещение кривой полного тока относительно оси времени. Эту сла­гающую можно рассматривать как криволинейную ось симметрии кривой полного тока, из которой ее легко вы­делить. Для этого нужно сначала провести огибающие по максимальным положительным и отрицательным зна­чениям заданной кривой тока (см. пунктирные линии у кривой тока фазы А на рис. 3-3). Каждая точка кри­вой апериодической слагающей лежит посредине верти­кального отрезка между этими огибающими.

Из (3-4) и рис. 3-2 следует, что наибольшее значение апериодической слагающей тока определяется не только фазой включения, но также предшествующим режимом цепи. Так, например, при отсутствии предшествующего тока в данной цепи величина может достигать амплитуды периодической слагающей, если в момент ко­роткого замыкания эта слагающая проходит через свой положительный или отрицательный максимум (рис. 3-4). Обычно этот случай рассматривается как расчетный.

Важно отметить, что фаза включения, при которой возникает наибольшее значение апериодической слагаю­щей, еще не предопределяет того, что именно три ней будет максимум мгновенного значения полного тока. В самом деле, из (3-2а) и (3-4) при отсутствии предше­ствующего тока следует, что полный ток в цепи короткого замыкания является функцией двух независи­мых переменных: времени t и фазы включения и вы­ражается уравнением

(3-5)

Приравняв нулю частные производные этого уравнения, т. е.

;

,

и совместно решив эти уравнения, найдем, что максимум тока наступает при

, т. е. при .

Следовательно, в предварительно разомкнутой цепи с r и L максимум мгновенного значения полного тока при коротком замыкании наступает, если в момент воз­никновения короткого напряжение источника проходит через нуль.

Для цепей с преобладающей индуктивностью , поэтому условие возникновения наибольшей апериодиче­ской слагающей и условие, при котором достигается максимум мгновенного значения полного тока очень близки друг к другу. Поэтому в практических расчетах максимальное мгновенное значение полного тока коротко­го замыкания, которое называют ударным током короткого замыкания , обычно находят при наибольшем значении апериодической слагающей (рис. 3-4), считая, что он наступает приблизительно через полпериода, что при f=50 Гц составляет около 0,01 сек с возникновения короткого замыкания.

Таким образом, выражение для ударного тока корот­кого замыкания можно записать в следующем виде:

(3-6)

где , (3-7)

который называют ударным коэффициентом, показывает превышение ударного тока над амплитудой периодической слагающей; его величина находится в пре­делах 1< <2, что соответствует предельным значениям , т. е. (при L_K=0) и (при r_к=0).

Естественно, чем меньше , тем быстрее затухает апериодическая слагающаяи тем соответственно меньше ударный коэффициент. Влияние этой слагающей сказы­вается лишь в начальной стадии переходного процесса; в сетях и установках высокого напряжения она практи­чески исчезает спустя 0,1—0,3 сек, а в установках низко­го напряжения она практически совсем незаметна.

Еще раз подчеркнем, что апериодические слагающие токов в фазах различны. Поэтому определение трехфаз­ного короткого замыкания как симметричного, строго говоря, справедливо применительно к периодическим слагающим фазных токов.

1 Трехфазное короткое замыкание

Поскольку это замыкание является симметричным, то целесообразно рассмотреть сущность процесса КЗ для одной фазы.

На рисунке 1 приведены для системы неограниченной мощности ( ) кривые изменения напряжения сети и тока нагрузки в точке КЗ в нормальном режиме, режиме предшествующем короткому замыканию, кривые изменения тока в точке КЗ в переходном процессе во время короткого замыкания и в установившемся режиме короткого замыкания.

Рисунок 1 – Кривые изменения тока короткого замыкания при питании точки КЗ от системы неограниченной мощности

Изображено:

– кривые изменения соответственно напряжения сети и тока нагрузки в точке КЗ в нормальном режиме;

– мгновенное значение тока нагрузки в точке КЗ в момент возникновения КЗ;

– мгновенное значение ударного тока КЗ через полпериода после возникновения короткого замыкания;

– кривые изменения соответственно периодической и апериодической составляющих тока КЗ и результирующего тока КЗ;

– амплитуды соответственно периодической и апериодической составляющих тока КЗ;

– значение апериодической составляющей тока КЗ в начальный момент КЗ;

– кривая изменения установившегося тока КЗ.

При коротком замыкании существенно снижаются сопротивления цепи питания до точки КЗ, и, как следствие, возрастают токи установившегося режима короткого замыкания. Эти токи считаются периодическими составляющими токов КЗ (кривая на рисунке 1). Но в момент возникновения короткого замыкания в цепи переменного тока, содержащей индуктивные элементы, возникает электромагнитный переходной процесс, который приводит к еще большему увеличению амплитуд токов КЗ, что можно объяснить следующим.

Всякое изменение тока в цепи переменного тока, содержащей индуктивность, вызывает изменение магнитного потока, который наводит в этой цепи ЭДС самоиндукции. Под действием последней в цепи устанавливается апериодический ток обратного направления (кривая на рисунке 1), модуль начального значения которого равен разности мгновенных значений периодической составляющей тока в начальный момент короткого замыкания и тока нагрузки в точке КЗ в момент, предшествующий КЗ.

Мгновенное значение тока КЗ во время переходного процесса

.

На рисунке 1 рассматривается возможный при коротком замыкании случай, когда мгновенное значение периодической составляющей в начальный момент возникновения КЗ равно амплитуде этой составляющей, что имеет место, если:

• напряжение сети к моменту возникновения КЗ проходит через нуль;

• активная составляющая сопротивления цепи короткого замыкания значительно меньше индуктивной составляющей этого сопротивления.

Тогда модуль начального значения апериодической составляющей

. (1)

Апериодическая составляющая тока КЗ затухает по экспоненциальному закону

,

где – постоянная времени затухания апериодической составляющей

или с учетом соотношений и для частоты

,

где – суммарная индуктивность цепи короткого замыкания;

– суммарные активное и индуктивное сопротивления сети от источника до места КЗ.

Мгновенное значение ударного тока КЗ (по рисунку 1)

.

Так как , то из выражения 1 и [1] наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока КЗ следует принимать равным амплитуде периодической составляющей тока в начальный момент КЗ, т.е.

.

Поэтому

.

Коэффициент увеличения ударного тока по отношению к через время (полпериода) от момента возникновения короткого замыкания называется ударным коэффициентом

;

.

Рассмотренный случай характеризуется наибольшим из возможных мгновенных значений ударного тока и поэтому лежит в основе расчетов тока КЗ.

Для вычисления токов КЗ в удаленных от генераторов точках ударный коэффициент можно определять по кривой зависимости от отношения сопротивлений в цепи КЗ , представленной на рисунке 2. Именно такими точками являются точки коротких замыканий в СЭС промышленных предприятий, не имеющих собственных электростанций.

Р исунок 2 – Зависимость ударного коэффициента от отношения сопротивлений в цепи КЗ

В системах неограниченной мощности , и ударный коэффициент, а следовательно, ударный ток зависят от удаления точки КЗ от источника:

• при КЗ на выводах генератора ;

• при КЗ в какой-либо точке сети (без учета активного сопротивления элементов сети) ;

• при КЗ на стороне НН трансформаторов мощностью .

Основные сведения о коротких замыканиях.

Основные сведения о коротких замыканиях. Короткое замыкание (КЗ) — электрическое соединение двух точек электрической сети с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу.Короткие замыкания, возникающие в электрических сетях, машинах и аппаратах, отличаются большим разнообразием как по виду, так и по характеру повреждения.

Для упрощения расчетов и анализа поведения релейной защиты при повреждениях исключаются отдельные факторы, не оказывающие существенного влияния на значения токов и напряжений. В частности, как правило, не учитывается при
расчетах переходное сопротивление в месте КЗ и все повреждения рассматриваются как непосредственное (или, как говорят, «глухое» или «металлическое») соединение фаз между собой или на землю (для сети с заземленной нейтралью). Не учитываются токи намагничивания силовых трансформаторов и емкостные токи линий электропередачи напряжением до 330 кВ. Сопротивления всех трех фаз считаются одинаковыми.

Основные виды КЗ показаны на рис.1.17. Междуфазные КЗ – двухфазные и трехфазные – возникают в сетях как с заземленной, так и с изолированной нейтралью. Однофазные КЗ могут происходить только в сетях с заземленной нейтралью.

Основными причинами, вызывающими повреждения на линиях электропередачи, являются перекрытия изоляции во время грозы, схлестывание и обрывы проводов при гололеде, набросы, перекрытия загрязненной и увлажненной изоляции, ошибки персонала и др.

Трехфазное короткое замыкание. Симметричное трехфазное КЗ – наиболее простой для расчета и анализа вид повреждения. Он характерен тем, что токи и напряжения всех фаз равны по значению как в месте КЗ, так и в любой другой точке сети:

Векторная диаграмма токов и напряжений при трехфазном КЗ приведена на рис.1.18. Поскольку рассматриваемая система симметрична, ток, проходящий в каждой фазе, отстает от создающей его ЭДС на одинаковый угол φ_k, определяемый соотношением активного и реактивного сопротивления цепи короткого замыкания:

        Для линий 110 кВ этот угол равен 60-78^о; 220 кВ (один провод в фазе) – 73-82^о; 330 кВ (два провода в фазе) – 80-85^о; 500 кВ (три провода в фазе) – 84-87^о; 750 кВ (четыре провода в фазе) – 86-88^о (большие значения угла соответствуют большим сечениям проводов).

      Напряжение в месте КЗ равно нулю, а в любой другой точке сети может быть определено, как показано на рис.1.18, в. Так как все фазные и междуфазные напряжения в точке трехфазного короткого замыкания равны нулю, а в точках, удаленных от места КЗ на небольшое расстояние, незначительны по значению, рассматриваемый вид повреждения представляет наибольшую опасность для работы энергосистемы с точки зрения устойчивости параллельной работы электростанций и узлов нагрузки.

        Двухфазное короткое замыкание. При двухфазном КЗ токи и напряжения разных фаз неодинаковы. Рассмотрим соотношения токов и напряжений, характерные для двухфазного КЗ между фазами В и С (рис.1.19). В поврежденных фазах в месте КЗ проходят одинаковые токи, а в неповрежденной фазе ток отсутствует

Междуфазное напряжение  в месте КЗ равно нулю, а фазные напряжения        Так же как и при трехфазном КЗ, токи, проходящие в поврежденных фазах, отстают от создающей их ЭДС (в данном случае от ЭДС  или параллельного ему вектора) на угол φ_k, определяемый соотношением активных и реактивных сопротивлений цепи.        Соответствующие векторные диаграммы для места КЗ построены на рис.1.19, а. По мере удаления от места КЗ фазные напряжения , и междуфазное напряжение будут увеличиваться, как показано на рис.1.19, а штриховыми линиями для точки n.

      С точки зрения влияния на устойчивость параллельной работы генераторов и на работу электродвигателей рассматриваемый вид повреждения представляет значительно меньшую опасность, чем трехфазное КЗ.

   Двухфазное короткое замыкание на землю в сети с заземленной нейтралью. Этот вид повреждения для сетей с изолированной нейтралью практически не отличается от двухфазного КЗ. Токи, проходящие в месте КЗ и в ветвях рассматриваемой схемы, а также междуфазные напряжения в разных точках сети имеют те же самые значения, что и при двухфазном КЗ.

     В сетях с заземленной нейтралью двухфазное КЗ на землю значительно более опасно, чем двухфазное КЗ. Это объясняется более значительным снижением междуфазных напряжений в месте КЗ, так как одно междуфазное напряжение уменьшается до нуля, а два других – до значения фазного напряжения неповрежденной фазы (рис.1.20).

Соотношение токов и напряжений в месте КЗ для этого вида повреждения имеют следующий вид:

   Однофазное короткое замыкание в сети с заземленной нейтралью. Однофазное КЗ может иметь место только в сетях с заземленной нейтралью (на пост советском пространстве, как правило, с заземленной нейтралью работают сети напряжением 110 кВ и выше). Векторные диаграммы токов и напряжений в месте однофазного КЗ фазы А приведены на рис.1.21, а формулы, определяющие соотношения между ними, даны ниже:

    Однофазное КЗ, сопровождающиеся снижением до нуля в месте повреждения только одного фазного напряжения, представляют меньшую опасность для работы энергосистемы, чем рассмотренные выше междуфазные КЗ.

     Однофазное замыкание на землю в сети с малым током замыкания на землю. В сетях с малыми токами замыкания на землю, к которым относятся сети 3-35 кВ, работающие с изолированной нейтралью или с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор, замыкание одной фазы на землю сопровождается значительно меньшими токами, чем токи КЗ.

       где Х_Σ – суммарное сопротивление цепи замыкания на землю.

      Поскольку активные и индуктивные сопротивления генераторов, трансформаторов и кабельных линий много меньше, чем емкостное сопротивление сети, ими можно пренебречь. Тогда

      где f – частота сети, равная 50 Гц; С – емкость одной фазы сети относительно земли.

       Поскольку при замыкании фазы А на землю напряжение фаз В и С относительно земли равны по значению междуфазному напряжению и сдвинуты на угол 60^о, то

В результате

       Емкость сети в основном определяется длиной присоединённых линий, в то время как емкости относительно земли обмоток генераторов и трансформаторов сравнительно невелики. Для расчета емкостного тока (А/км), проходящего при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью, можно воспользоваться следующими выражениями, определяющими ток на 1 км кабельной линии:

        Для линии 6 кВ и 10 кВ соответственно.

      где S – сечение кабеля, мм²; U_ном – номинальное междуфазное напряжение кабеля, кВ.

      Для воздушных линий можно принимать следующие удельные значения емкостных токов: 6 кВ – 0,015 А/км; 10 кВ – 0,025 А/км; 30 кВ – 0,1 А/км.

   Для снижения тока замыкания на землю применяются специальные компенсирующие устройства – дугогасящие катушки, которые подключаются между нулевыми точками трансформаторов или генераторов и землей. В зависимости от настройки дугогасящей катушки ток замыкания на землю уменьшается до нуля или до небольшого остаточного значения.

      Поскольку токи замыкания на землю имеют небольшие значения, а все междуфазные напряжения остаются неизменными (рис.1.22), однофазное замыкание на землю не представляет непосредственной опасности для потребителей. Защита от этого вида повреждения, как правило, действует на сигнал. Однако длительная работа сети с заземленной фазой нежелательна, так как длительное прохождение тока в месте замыкания на землю, а также повышенные в 1,73 раза напряжения неповрежденных фаз относительно земли могут привести к пробою или повреждению их изоляции и возникновению двухфазного КЗ. Поэтому допускается работа сети с заземлением одной фазы только в течении 2 ч. За это время оперативный персонал с помощью устройств сигнализации должен обнаружить и вывести из схемы поврежденный участок.

     В сетях, питающих торфопредприятия и передвижные строительные механизмы, для обеспечения условий безопасности обслуживающего персонала защита от замыканий на землю выполняется с действием на отключение.

Токи короткого замыкания и симметричные компоненты

Токи короткого замыкания и симметричные компоненты

(Мануэль Болотинья)

Короткие замыкания и токи

Короткие замыкания могут возникать между фазами и фаза-земля , в основном из-за:

• Пробой диэлектрика изоляционных материалов (старение, сильный перегрев и перенапряжения, механическое напряжение и химическая коррозия являются основными факторами пробоя диэлектрика)
• Уменьшение длины пути утечки (кратчайший путь между двумя токопроводящими частями — или между токопроводящей частью и ограничивающей поверхностью оборудования — измеряется по поверхности изоляции)
• Уменьшение безопасного расстояния
• Неконтролируемые частичные разряды (корона)

Когда один или чаще встречаются такие ситуации: « solid » или « incipien t» [1] c Может возникнуть контакт между проводниками разных фаз или между проводником и металлической токоведущей частью , что приведет к короткому замыканию , которое диаграммы показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схемы короткого замыкания

Междуфазное короткое замыкание и короткое замыкание между фазой и землей может развиться до трехфазного короткого замыкания (наихудшая ситуация ) из-за диэлектрика Пробой вызван током большой величины .

Короткие замыкания вызывают тепловое и электродинамическое напряжение на оборудовании и проводниках.

Термическое напряжение возникает из-за перегрева проводов ( закон Джоуля ) и может вызывать пробой диэлектрика и плавление металлических материалов .

Электродинамическое напряжение вызывается электромагнитной силой , которая является одним из четырех фундаментальных взаимодействий в природе и описывается электромагнитными полями , которые определяются законом Лоренца .

Величина этой силы прямо пропорциональна величине электрического тока .

Расчет токов короткого замыкания используется для проектирования установки и для определения характеристик оборудования т, а именно отключающей способности автоматических выключателей и уставки реле защиты .

Согласно стандарту IEC 60865-1 e 2 для расчета токов короткого замыкания используются следующие уравнения:

I ” _k3 = 1,1xUn / (√3xZ _d ) — максимум

I ” _k3 = 0,95xUn / (√3xZ _d ) — минимум

I” _k2 = 1,1xUn / (2xZ _d ) 84 7 — максимум

I ” _k2 = 0,95xUn / (2xZ _d ) — минимум

I” _k1 = 1.1xUn / (2xZ _{d +} Z ₀ ) — максимум

I ” _k1 = 0,95xUn / (2xZ _d + Z ₀ ) — минимум

Симметричные компоненты

Все сети и оборудование имеют внутренний импеданс, который можно разделить на три симметричных компонента , связанных с вращением электромагнитного поля.

Система дисбаланса разделена на три отдельные симметричные системы :

• Положительная или синхронная последовательность ( X _d / Z _d ) — , где три поля вращаются по часовой стрелке , с фазовым сдвигом 120 °
• Обратная последовательность ( X _i / Z _i ) — где три поля вращаются против часовой стрелки , с фазовым сдвигом 120 °
• Нулевая последовательность ( X ₀ / Z ₀ ) — одно поле, которое не вращается , с каждой фазой вместе ( 0 ° друг от друга

Рисунок 2 — Симметричные компоненты (токи)

Как только цепи последовательности известны, определение величины повреждения становится относительно простым.

ac Система разбита на симметричных компонентов , как показано выше.

Каждая симметричная система затем решается индивидуально, и окончательное решение получается путем их наложения.

Данные полного сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности часто можно получить у производителей.

Распространенным предположением является то, что для невращающегося оборудования значение обратной последовательности принимается как , такое же , что и положительное значение ( X _d = X _i / Z _d = Z _i )

Значения полного сопротивления нулевой последовательности тесно связаны с типом заземляющих устройств и меняются в зависимости от типа оборудования.

Хотя всегда лучше использовать фактические данные, если они недоступны (или на предварительных этапах), можно использовать следующие приближения, показанные в таблице 1.

Таблица 1 — Приближение полного сопротивления нулевой последовательности

Эквивалентное сопротивление оборудования и сети эквивалент

Эквивалентные импедансы оборудования и вышестоящей сети:

Z _N = R _N + jX _N

IZ _N I = 1.1xU _n / √3xI ”k ₃ или IZ _N I = 1.1xS” _k3 / √3xU _n ²

R _N = 0,1xX _{N эмпирический )}

Трансформаторы и реакторы

• Z _T = R _T + jX _T
• IZ _T I = u _{k 9011 n ² / 100xS n}
• R _T = P _cu / 3xI _n ²

4 902 9002

9002 = jX _M

X _M = U _n / ((I _start / I _n ) x√3xIn

I ” _kM = 1.1xU _n / √3xX _M

Кабели

• Z _C = ρ _{20 ° C} xl / s + j2πfxL
• R 20 ° C xl / s
• X _C = 2πfxL
  

Воздушные линии

Для расчетов воздушная линия может быть представлена ​​диаграммой π ”, Как показано на Рисунке 3.

Рисунок 3 — π-схема воздушной линии

В сверхвысокого напряжения ( EHV ) и высокого напряжения ( HV ) воздушной линии сопротивление линии обычно незначительно по сравнению с индуктивным реактивным сопротивлением , но в низкого напряжения ( LV ) и среднего напряжения ( MV ) воздушных линий это сопротивление необходимо учитывать для расчета полного сопротивления линии .

Для расчета токов короткого замыкания , который не вызывает замыкания на землю -й емкостное реактивное сопротивление не учитывается .

Эквивалент положительного (и отрицательного) импеданса линии рассчитывается следующим образом:

• R _OL = ρ _{20 ° C} xl / s
• X _OL = 2 π fxl ₁ x ( μ ₀ /2 π ) x (ln (d / r _e ) + (1 / 4n)) — одинарный- линия цепи
• X _OL = 2 π fxl ₁ x ( μ ₀ /2 π 12) x (ln (dx1) e xd ”) + (1 / 4n)) — двухконтурная линия

Общий эквивалентный импеданс

Легенда

• S” _{k3 k3 Мощность короткого замыкания}
• I ”k ₃ : Ток короткого замыкания
• Z _d : Синхронный импеданс
• Z ₀ : Импеданс нулевой последовательности
• S _n : Номинальная мощность
• U _n : Номинальное напряжение
• I _n : Номинальный ток
• Z: Импеданс
• ӀZI : Модуль Z
• X: Индуктивность
• X ”: Вспомогательное переходное реактивное сопротивление
• R: Сопротивление
• ρ: Удельное сопротивление
• s: Сечение проводника
• l: Длина кабеля
• l ₁ : Длина воздушной линии
• d, d ‘, d ”: Среднее геометрическое расстояние между тремя фазными проводниками линии (линий).
• d _12, d ‘ ₁₂ : расстояние между проводниками фаз 1 и 2 (линия 1 и линия 2)
• d ₂₃ , d’ ₂₃ : расстояние между проводниками фаз 2 и 3 ( линия 1 и линия 2)
• d ₃₁ , d ‘ ₃₁ : расстояние между проводниками фаз 3 и 1 (линия 1 и линия 2)
• d ” ₁₁ , d” ₂₂ , d ” ₃₃ : расстояние между проводниками фазы 1 (2 и 3) линии 1 и линии 2
• r _e : Эквивалентный радиус для жгутов проводов
• n: Количество жил в жгуте проводов
• μ ₀ : Проницаемость пространства — 4πx10 ^-4 Гн / км
• ln: натуральный логарифм
• L: Индуктивность
• u _k : Падение напряжения в импедансе трансформатора
• P _cu : Резистивные потери трансформатора
• f: Частота

[1] Непрерывная неисправность происходит, когда en существует прямой контакт между токоведущими проводниками или между токоведущими проводниками и землей .

Когда этот контакт не прямой , сбой обозначается как зарождающийся . Начальные неисправности , если не очищено будет развиваться до твердых неисправностей .

Об авторе: Мануэль Болотинья

— Диплом в области электротехники — Энергетика и энергетические системы (1974 — Высший технический институт / Лиссабонский университет)
— Магистр электротехники и вычислительной техники (2017 — Faculdade de Ciências e Tecnologia / Nova University of Lisbon)
— старший консультант по подстанциям и энергосистемам; Профессиональный инструктор

Вы также можете прочитать:

Расчеты короткого замыкания с использованием импеданса трансформатора и источника

Время считывания: 5 минут

Расчет короткого замыкания на бесконечной шине можно использовать для определения максимального тока короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора, используя только данные паспортной таблички трансформатора.Это хороший (и простой) метод определения максимального тока короткого замыкания через трансформатор в наихудшем случае, поскольку он игнорирует импеданс источника / электросети. Игнорирование импеданса источника означает, что он считается равным нулю, а напряжение, деленное на ноль, равно бесконечности, отсюда часто используется термин «бесконечная шина» или «бесконечный источник».

В моей статье о Infinite Bus на сайте brainfiller.com метод бесконечной шины проиллюстрирован для расчета максимального тока короткого замыкания наихудшего случая на 480 В вторичной обмотке трансформатора на 1500 кВА с током 5.75 процентов импеданса. Использование подхода «бесконечная шина» или «наихудшего случая» показало доступный ток короткого замыкания 31 374 ампер.

Однако что, если вы оцениваете адекватность панели на вторичной обмотке с номиналом короткого замыкания 30 000 ампер? При подходе с бесконечной шиной это будет означать, что панель имеет неадекватный рейтинг прерывания. Но так ли это на самом деле? Это может оказаться дорогостоящим выводом, основанным на предполагаемых (бесконечных первичных) данных.

Еще одна проблема, связанная с использованием подхода с бесконечной шиной, заключается в том, следует ли использовать расчеты короткого замыкания для исследования вспышки дуги.Это то, что я обсуждаю в моем учебном классе по вспышке дуги об использовании IEEE 1584 для выполнения расчетов вспышки дуги.

При исследовании вспышки дуги более высокий ток короткого замыкания может привести к наихудшему случаю падающей энергии, но это не всегда так. Возможно, что более низкий ток короткого замыкания может привести к увеличению времени работы защитного устройства, что приведет к увеличению продолжительности вспышки дуги и увеличению общей падающей энергии.

Чтобы обеспечить более точные расчеты короткого замыкания, необходимо включить импеданс источника.Давайте посмотрим, как учесть влияние фактического тока короткого замыкания источника и эквивалентного импеданса источника. Чтобы учесть полное сопротивление источника, можно использовать ту же формулу, которая использовалась для решения с бесконечной шиной, но необходимо добавить еще несколько шагов.

Формула бесконечной шины основана на импедансе трансформатора, как показано ниже. Он игнорирует импеданс источника:

SCA _{вторичный} = (FLA _{вторичный} x 100) / (% Z _{трансформатор} )

Источник и импеданс трансформатора
Фактический ток короткого замыкания, доступный на вторичных выводах трансформатора, зависит не только от импеданса трансформатора, но и от того, насколько силен источник на первичной обмотке трансформатора.Трансформатор, подключенный к сильному источнику, например, близко к основной подстанции, будет иметь больший вторичный ток короткого замыкания, чем если бы тот же трансформатор был подключен к слабому источнику, например, к длинной распределительной линии в сельской местности.

Чтобы учесть силу / слабость импеданса источника, нам нужно только добавить одну дополнительную переменную,% Z _source к предыдущему уравнению.

Новое уравнение будет:

SCA _{вторичный} = (FLA _{вторичный} x 100) / (% Z _{трансформатор} +% Z _{источник} )

При добавлении источника % Z _{к трансформатору} % Z _{включается сила источника.Более сильный источник будет иметь меньшее значение для% Z источника , а более слабый источник будет иметь большее значение.}

Процедура расчета аналогична расчету бесконечной шины, но теперь мы должны добавить дополнительный шаг расчета полного сопротивления источника.

Шаг 1 — Чтобы вычислить эквивалентное полное сопротивление источника:

% Z _{источник} = (кВА _{трансформатор} ) / (кВА _{короткое замыкание} ) x 100

где:

кВА _{короткое замыкание} = кВ _{Первичный} x Sqrt (3) x SCA _{первичный}

Это кажется достаточно простым, но где взять первичный SCA ? Отличный вопрос! Если трансформатор планируется подключить к системе энергоснабжения, обычно источником этой информации является энергокомпания.Лучше всего начать с определения того, кто является представителем учетной записи коммунального предприятия, и спросить, могут ли они либо предоставить вам информацию, либо направить вас к тому, кто может располагать этой информацией.

Если трансформатор не подключен напрямую к электросети, но находится дальше по течению в системе распределения электроэнергии, вам потребуется выполнить расчеты короткого замыкания для восходящей части системы. Это означает, что кому-то (возможно, вам) придется выполнить расчеты короткого замыкания от электросети до системы распределения электроэнергии.

Если вы не можете определить какую-либо из этих данных и беспокоитесь о наихудшем случае коротких замыканий наивысшей амплитуды, вы всегда можете по умолчанию использовать более простой и обычно более консервативный расчет бесконечной шины.

Необходимо соблюдать осторожность! Бесконечные вычисления шины хороши для оценки максимального тока короткого замыкания через трансформатор в наихудшем случае (без учета вклада двигателя и допусков импеданса для трансформаторов, которые еще не поставлены / не испытаны). Однако, если вас интересуют минимальные токи короткого замыкания для анализа, такие как вспышка дуги, мерцание напряжения или гармонический резонанс, вычисление бесконечной шины не подходит.

Выведение ступени 1
Формула для расчета импеданса источника может показаться немного странной в первый раз, когда вы ее увидите. Разделение двух разных кВА магическим образом становится импедансом. Однако этот метод берет свое начало в системе единиц. Источник % Z _{— это истинное полное сопротивление первичного источника источника в Ом, деленное на полное сопротивление базы трансформатора в Ом. Вот как работает вывод из шага 1:}

% Источник Z = (Источник Z _Ом / Z _{база трансформатора} ) x 100

% Z _{источник} = (кВ2 _{вторичный} / МВА _{короткое замыкание} ) / (кВ2 _{вторичный} / МВА _{трансформатор} ) x 100

где:
Z _{источник Ом} = кВ2 _{вторичный} / MVA _{короткое замыкание}

Z _{база трансформатора} = кВ2 _{вторичная} / МВА _{трансформатор}

КВ _{вторичная} в числителе и знаменателе компенсируют друг друга, и у вас остается:

% Z _{источник} = [(1 / MVA _{короткое замыкание} ) / (1 / MVA _{трансформатор} )] x 100

, который становится:

% Z _{источник} = (трансформатор MVA / MVA _{короткое замыкание} ) x 100

или в нашем случае мы используем килограммы вместо мега, поэтому наши числа масштабируются на 1000:

% Z _{источник} = (трансформатор _кВА / кВА _{короткое замыкание} ) x 100

Шаг 2 — Рассчитайте номинальный ток вторичной полной нагрузки трансформатора:

FLA _{вторичный} = кВА _{3 фазы} / [кВ _{вторичный} x Sqrt (3)]

Шаг 3 — Рассчитайте ток короткого замыкания на вторичной шине трансформатора, но на этот раз мы используем импеданс трансформатора И импеданс источника.

SCA _{вторичный} = (FLA _{вторичный} x 100) / (% Z _{трансформатор} +% Z _{источник} )

Вот пример расчета.
Допустим, у нас есть трансформатор мощностью 1500 кВА с вторичным напряжением 480Y / 277V, первичным напряжением 13,2 кВЛ-L и импедансом 5,75%. Предположим, коммунальное предприятие сообщает нам, что их максимальный ток короткого замыкания в первичной обмотке трансформатора составляет 6740 ампер при 13,2 кВ.

Шаг 1 — Расчет импеданса источника:

кВА _{короткое замыкание} = 6740 ампер x 13,2 кВЛ-L x sqrt (3)

кВА _{короткое замыкание} = 154097 кВА

(некоторые коммунальные предприятия могут называть это 154 МВА)

% Z _{источник} = (1500 кВА / 154097 кВА) x 100

% Z _{источник} = 0,97%

Шаг 2. Как и в случае с бесконечной шиной, рассчитайте номинальный вторичный ток полной нагрузки трансформатора.

FLA _{вторичный} = 1500 кВА / [0,48 кВЛ-L x площадь (3)]

FLA _{вторичный} = 1804 ампер

Шаг 3 — Рассчитайте ток короткого замыкания на вторичной шине трансформатора.

SCA _{вторичный} = (1804 А x 100) / (5,75% + 0,97%)

SCA _{вторичный} = 26 845 ампер

Если этот расчет игнорирует источник и предполагает, что он бесконечен, ток короткого замыкания во вторичной обмотке будет:

SCA _{вторичный} = 31 374 А

Вы можете видеть, что учет импеданса источника (силы источника) существенно влияет на величину тока короткого замыкания на вторичных выводах трансформатора.

Все переменные, перечисленные выше:
FLA _{вторичный} = вторичный ток полной нагрузки
кВ _{первичный} = первичный LL напряжение в кВ
кВ _{вторичный} = вторичный LL напряжение в кВ
кВА _{3 фазы} = трансформатор три- фаза кВА,
самоохлаждение
Sqrt (3) = квадратный корень из трех (1,73)
% Z _{трансформатор} = процентное сопротивление трансформатора
% Z _{источник} = процентное сопротивление источника
относительно базы трансформатора
кВА короткое замыкание = мощность короткого замыкания
SCA _{вторичный} = ток трехфазного короткого замыкания на вторичной шине
SCA _{первичный} = ток трехфазного короткого замыкания на первичной шине

Еще несколько слов предостережения! Полное сопротивление трансформатора должно соответствовать фактической паспортной табличке, а не предполагаемому значению.Полные сопротивления трансформаторов, которые еще не были построены или испытаны, могут отличаться на +/- 7,5% от указанного полного сопротивления. Приведенный выше расчет не включает вклад двигателя, который также необходимо учитывать.

Сложение импедансов источника и трансформатора, как мы только что сделали, хорошо для близкого приближения, но не идеально. Импедансы должны быть добавлены с использованием векторного сложения, что означает разделение каждого импеданса на его соответствующие значения X и R и объединение отдельных членов для определения истинной величины общего импеданса.Отношение X / R — это величина реактивного сопротивления X, деленная на величину сопротивления R, которое также является тангенсом угла, созданного реактивным сопротивлением и сопротивлением в цепи.

Источник: Печатается с разрешения автора. Brainfiller.com. Расчеты короткого замыкания с импедансом трансформатора и источника. https://brainfiller.com/2018/03/18/short-circuit-calculations-with-transformer-and-source-impedance/ и https://brainfiller.com/2005/08/22/short-circuit-calculations -infinite-bus-метод /

Моделирование электромагнитного переходного процесса трехфазного короткого замыкания синхронного генератора

3.2. Настройка параметров имитационной модели

Основные параметры синхронного генератора следующие: номинальная мощность PN = 200 МВт, UN = 13,8 кВ, f = 50 Гц, xd = 1,0, xd ‘= 0,3, xd’ ‘= 0,21, xq = 0,6, xq » = 0,31, x1 = 0,15, Td ‘= 1,64 с, Td’ ‘= 0,34 с, Tq0’ ‘= 1,4 с, RS = 0,005.

Имитационная модель создана, и параметры симуляции изменены. Через модуль Powergui время сбоя устанавливается на 0,02025 с, шаг моделирования составляет 0,01 с, время моделирования устанавливается на 1 с, и для решения проблемы выбирается алгоритм ode23tb.

3.3. Анализ результатов моделирования

Форма осциллограммы тока прямой оси статора id синхронного генератора показана на рис. 2. Из рис. 2 видно, что прямой ток статора резко возрастает в момент трехфазного короткого замыкания синхронного генератора и максимальная амплитуда тока составляет 9 о.е., после достижения максимального тока амплитуда быстро затухает с постоянной времени и, наконец, затухает до 0 о.е. Осциллограмма поперечного тока статора iq на рис.3 показано, что при возникновении трехфазного короткого замыкания в устройстве трехфазного короткого замыкания поперечный ток статора быстро увеличивается до амплитуды тока, максимальный ток составляет 3,02 о.е., затем быстро затухает вверх и вниз до нулевого значения, и статора поперечный ток ослабевает до 0 о.е. из-за сопротивления.

Рис. 2. Диаграмма формы сигнала тока прямой оси статора

Рис.3. Форма волны поперечного осевого тока статора

Форма сигнала тока возбуждения if показана на рис. 4. В момент короткого замыкания синхронного генератора ток возбуждения не спадает в течение некоторого периода времени после повреждения, а быстро увеличивается до текущего стандартного значения 2,8. , что связано с ослаблением тока демпфирующей обмотки. Чтобы поддерживать сохранение потока, обмотка возбуждения увеличивает ток, и ток возбуждения продолжает спадать после увеличения до амплитуды, но он не будет ослабевать до 0.

Рис. 4. Осциллограмма тока возбуждения, если

Форма трехфазного тока статора при коротком замыкании синхронного генератора показана на рис. 5. Амплитуда трехфазного сигнала равна, а разность фаз составляет 120 градусов до отказа. В случае трехфазного короткого замыкания форма волны фазного тока сначала перемещается к оси координат y положительной полуоси, а затем постепенно перемещается к оси координат y отрицательной полуоси.Направление движения фазы b и фазы c противоположно направлению движения фазы. Трехфазная амплитуда равна, разность фаз по-прежнему составляет 120 градусов, а трехфазный ток статора, наконец, затухает до установившегося значения.

Рис. 5. Форма волны моделирования тока статора ia, ib, ic при трехфазном коротком замыкании синхронного генератора

Из приведенного выше анализа видно, что когда синхронный генератор работает нормально, токи по прямой и квадратурной оси отсутствуют.В момент короткого замыкания токи по вертикальной и горизонтальной осям постепенно увеличиваются и уменьшаются через некоторое время после короткого замыкания. Ток по прямой оси увеличивается быстрее, чем ток по квадратурной оси, и затухание также медленнее, чем по квадратурной оси. При этом ток возбуждения не только не затухает, но и резко увеличивается после короткого замыкания. Главный результат — быстрое затухание постоянного тока. Обмотка возбуждения ослабляет постоянный ток и увеличивает ток возбуждения, чтобы компенсировать ослабление постоянного тока, таким образом поддерживая сохранение магнитного потока.В момент короткого замыкания синхронного генератора ток статора содержит три составляющие: основную частоту, частоту постоянного тока и составляющую удвоения частоты. Когда происходит трехфазное короткое замыкание, ток фазы A сначала увеличивает форму волны, а затем постепенно опускается из-за затухания, в то время как форма волны тока фазы B, C противоположна току фазы A. Амплитуда трехфазного тока равна, разность фаз неизменна. Трехфазное напряжение статора спадает непосредственно до нуля от значения до момента короткого замыкания.Как правило, трехфазное короткое замыкание синхронного генератора влияет на напряжение и ток, что приводит к прямому падению напряжения до нуля. Для тока процесс более сложный, но общий ток увеличивается.

Консультации — Специалист по спецификациям | Искусство защиты электрических систем, часть 14 — Расчеты однофазного короткого замыкания: Пошаговое руководство

Джордж У. Фаррелл и Фрэнк Р. Валвода 20 ноября 2007 г.

Примечание редактора: С 1965 по 1970 годы предшественник специалиста-консультанта, Actual Specifying Engineer, опубликовал серию статей о защите от сверхтоков.В связи с огромной популярностью 31 части серии, авторы Джордж Фаррелл и Фрэнк Валвода, е Фаррелл, скончались в начале 2006 года. В части 14 этой продолжающейся серии представлена ​​подробная информация о том, как рассчитать четыре типа однофазных неисправности.

В предыдущих статьях этой серии было представлено несколько методов расчета доступного тока короткого замыкания в трехфазных системах с замкнутыми тремя фазами. В то время как основные принципы одинаковы для однофазных коротких замыканий, независимо от того, является ли замыкание между фазой или между фазой и нейтралью, требуется несколько иной подход для компенсации различных напряжений и влияния однофазного импеданса. .

Таблица 14.1 является продолжением таблиц трансформаторов, представленных в предыдущей статье (C-SE, январь 1992 г.). В этих таблицах перечислены неисправности во вторичной обмотке трехфазных трансформаторов с «низким» и «стандартным» импедансом.

В таблице 14.1 приведены токи короткого замыкания на вторичных клеммах однофазных трансформаторов с низким или стандартным импедансом при напряжении как 120, так и 240 вольт. Вклад двигателя не учитывается, поскольку он редко бывает значительным в однофазных системах. Включены трансформаторы от 25 до 500 кВА.Диаграмма импеданса для этих таблиц показана на рисунке 14.5.

В этой и следующей статьях рассматриваются четыре типа однофазных коротких замыканий, как показано на рисунках с 14.1 по 14.4. В каждом случае источник коммунальных услуг представляет собой трехфазную систему. При расчете однофазных КЗ можно использовать ту же базовую кВА, что и при расчете трехфазных КЗ.

Ко всем расчетам применяются следующие условные обозначения:

• Полное сопротивление обратного пути заземления при КЗ между фазой и нейтралью и между фазой и землей сильно различается, и его практически невозможно точно предсказать.Например, нейтральный проводник может пропускать или не пропускать часть тока, или может быть заземляющий провод, параллельный металлическим дорожкам качения. Следовательно, при выполнении расчетов однофазного короткого замыкания, необходимого для выбора номиналов отключения и номинальных характеристик устойчивости компонентов системы, предполагается, что полное сопротивление нейтрали, заземляющего проводника или того и другого равно линейному проводнику. Это приблизительно соответствует наиболее серьезным условиям замыкания между фазой и нейтралью.

• Значения сопротивления, реактивного сопротивления и импеданса, используемые в трехфазных расчетах, представляют собой значения между фазой и нейтралью для источников, устройств и проводов.В типичных трехфазных расчетах они объединяются векторно. В цепях с однофазным КЗ ток течет «наружу» по одному пути и «возвращается» по другому (импедансы включены последовательно), поэтому значения сопротивления, реактивного сопротивления и импеданса должны быть удвоены.

Междуфазные, однофазные КЗ

Рассмотрим простую систему с напряжением 4 160 Y / 2400 В, показанную на рисунках 14.1 и 14.2. Предположим, что мощность короткого замыкания в сети кВА (kVAsc) равна 500000, а коэффициент X / R равен 15. См. Рисунок 14.1 для расчета однофазных замыканий между фазами в трехфазной системе:

Импеданс источника (электросети) на единицу для базы 1000 кВА (кВА _b ) составляет:

PUZ _UT = кВА _b / кВА _SC = 1000/500000 = 0,002 и

Сопротивление на единицу (PUR _UT ) составляет

PUR _UT = PUZ _UT / Ö (1 + (X / R) ²) = 0,002 / Ö (1 + 15²) = 0,000133

Реактивное сопротивление на единицу (PUX _UT ) составляет:

PUX _UT = (X / R) x PUR _UT = 15 x 0.000133 = 0,001995

Предполагаются значения сопротивления проводника и реактивного сопротивления для входящей сети 4 160/2400 вольт; они не имеют определенного размера, конфигурации или длины. Сопротивление кабеля (R _C ) составляет 0,00433 Ом. Реактивное сопротивление кабеля (X _C ) составляет 0,00319 Ом.

Кабель PUR (PURc) = (Rc x кВА _b ) / (1000 x кВ

Кабель PUX (PUXc) = (Xc x кВА _b ) / (1000 x кВ

Итого в пересчете на нейтральную линию:

PUR _T = 0.000133 + 0,000250 = 0,000383

PUX _T = 0,001995 + 0,000184 = 0,002179

Полное сопротивление фаза-нейтраль на единицу:

PUZ _T = Ö (0,000383² + 0,002179²) = 0,002212

Как указывалось ранее, это значение импеданса необходимо удвоить при расчете тока однофазного короткого замыкания. Ток короткого замыкания при 4160 В при однофазном коротком замыкании в трехфазной системе рассчитывается следующим образом:

I _SC = (E _L-L x кВА _b ) / (2 x PUZ _T x кВ

Другой подход:

кВАsc = (кВА _b /2) _T = 1000/0.004424 = 226 040

Симметричный ток короткого замыкания =

(1000 x кВА _SC ) / E _L-L = (1000 x 226 040) / 4 160 = 54 337 ампер

Линия-нейтраль, однофазные замыкания

На рисунке 14.2 показан ток короткого замыкания при однофазных КЗ между фазой и нейтралью в трехфазных системах. Если нейтральный провод такой же размер, как и линейный провод, применяется следующая формула:

Симметричный ток короткого замыкания L-N = I _SCLL / Ö3

В некоторых системах размер нейтральных проводов отличается от линейных проводов.Их размер часто уменьшается, когда они пропускают только несимметричный ток от однофазной нагрузки.

Однако для того, чтобы учесть гармонический ток, генерируемый твердотельными устройствами и другими нелинейными источниками, во все большем числе систем указываются нейтральные проводники большего размера, чем линейные. (Повышенные характеристики проводников для обработки гармонических токов будут подробно рассмотрены в следующей статье.)

Если полное сопротивление нейтрали отличается от полного сопротивления линии, необходимо изменить расчеты неисправностей.Вместо удвоения полного сопротивления линии, полное сопротивление линии и нейтрали обрабатывается следующим образом:

Рассмотрим ту же систему, что и в предыдущем примере, за исключением того, что в этом примере значения PUR и PUX нейтрального проводника равны половине значений линейного проводника: PUR _UT = 0,000133 и PUX _UT = 0,001995.

Параметры кабеля: Линейный провод PUR _C = 0,000250 и PUX _C = 0,000184. Нейтральный провод PUR _N = 0.000125 и PUX _N = 0,000092.

Таким образом, общее количество PUR и PUX составляет:

PUR _T = 2 x PUR _UT + PUR _C + PUR _N = 2 x 0,000133 + 0,000250 + 0,000125 = 0,000641

PUX _T = 2 x PUX _UT + PUX _C + PUX _N = 2 x 0,001995 + 0,000184 + 0,000092 = 0,004266

Общий импеданс на единицу при КЗ между фазой и нейтралью составляет:

PUZ _T = Ö (0.000641² + 0,004266²) = 0,004314

Ток короткого замыкания при однофазном КЗ между фазой и нейтралью в трехфазной системе (4160Y / 2400 вольт):

I _SC = (E _L-N x кВА _{основание} ) / _T x кВ

Однофазные трансформаторы

На рисунке 14.3 показан расчет тока короткого замыкания на зажимах однофазного трансформатора, обслуживаемого трехфазной системой. Однофазный трансформатор с напряжением 4160–120 / 240 В рассчитан на 100 кВА и имеет 1.Импеданс 3% и отношение X / R, равное 2. Он расположен в конце однофазного ответвителя высотой 75 футов от трехфазной линии.

Система PUR и PUZ до точки отвода от трехфазной линии такие же, как в предыдущих примерах:

PUR _SYS = 0,000383 и PUX _SYS = 0,002179

Однофазные ответвители представляют собой 75 футов из меди №6, расположенных на расстоянии одного фута друг от друга на верхних опорах. Сопротивление проводника (R _C ) 0,033975 Ом.Реактивное сопротивление проводника (X _C ) составляет 0,009075 Ом. Таким образом:

PUR _C = (R _C x кВА _b ) / (1000 x кВ

PUX _C = (X _C x кВА _b ) / (1000 x кВ

Удельные значения трансформатора:

PUZ _TR = (кВА _b x Z%) / (кВА _TR x 100) = (1000 x 1,3) / (100 x 100) = 0,130000

PUR _TR = PUZ _TR / Ö (1 + (X / R) ²) = 0.130 / Ö (1 + 2²) = 0,058138

PUX _TR = PUZ _TR x X / R = 0,116276

Суммарные значения PUR и PUX:

PUR _T = PUR _SYS + PUR _C + PUR _TR =

0,000383 + 0,001963 + 0,058138 = 0,060484

PUX _T = PUX _SYS + PUX _C + PUX _TR =

0,002179 + 0,000524 + 0,116276 = 0,118979

Эти значения необходимо удвоить:

PUR _TF = 0.120968
PUX _TF = 0,237958

PUZ _TF = Ö (PUR _{TF TF}

Ö (0,120968² + 0,237958²) = 0,266941

кВА _SC = кВА _b / PUZ _TF = 1000 / 0,266941 = 3,746,15 и

I _SCLL = 1000 x кВА _SC / E _L-L = 1000 x 3746,15 / 240 = 15610 ампер

Однако повреждения вторичной обмотки однофазных трансформаторов наиболее серьезны для замыканий между фазой и нейтралью, так как полное сопротивление вторичной обмотки составляет только половину.

Если имеются фактические значения трансформатора, их следует использовать; национальных стандартов для значений сопротивления и реактивного сопротивления однофазных трансформаторов не существует. Если фактические значения недоступны, умножение PUR _TR на 1,5 и PUX _TR на 1,2 приближает фактическое сопротивление. Эти приближения достаточно точны для расчета неисправностей.

Рассчитайте замыкания между фазой и нейтралью на клеммах вторичной обмотки однофазных трансформаторов следующим образом (все значения PUR и PUX такие же, как определено на Рисунке 14.3):

1,5 x PUR _TR = 1,5 x 0,058138 = 0,087207

1,2 x PUX _TR = 1,2 x 0,116276 = 0,139535

PUR _T = 0,000383 + 0,001963 + 0,087207 = 0,089553

PUX _T = 0,002179 + 0,000524 + 0,139535 = 0,142238

И снова эти значения необходимо удвоить:

PUR _TF = 0,179107
PUX _TF = 0,284476

PUZ _TF = Ö (PUR _{TF TF}

Таким образом:

кВА _SC = кВА _b / PUZ _TF = 1000/0.336163 = 2974,75 и

I _SCLN = (1000 x кВА _SC ) / E _L-N = (1000 x 2974,75) / 120 = 24790 ампер

Неисправности на концах фидеров

Однофазные повреждения на концах фидеров, возникающие на однофазных трансформаторах, между фазами или между фазой и нейтралью, определяются путем добавления PUR и PUX фидера к линии фаза-линия или фаза-нейтраль. PUR и PUX на вторичных выводах трансформатора. Затем эти значения удваиваются, и вычисления производятся, как в предыдущих примерах.Рассмотрим неисправность, показанную на рисунке 14.4.

Для расчета короткого замыкания между фазой и нейтралью на конце 50-футового медного фидера 4/0 THHN в пластиковом кабелепроводе со значениями на клеммах трансформатора, такими же, как в предыдущем примере (PUR = 0,089553 и PUX = 0,142238):

Сопротивление в Ом на 1000 футов для этого кабеля составляет 0,0511, а сопротивление — 0,0314. Для 50 футов R _C = 0,002555 и X _C = 0,001570. Таким образом:

PUR _C = (R _C x кВА _b ) / (1000 x кВ

PUX _C = (X _C x кВА _b ) / (1000 x кВ

Обратите внимание, что вторичный рейтинг кВ 0.В этих расчетах используется 120.

Добавлены значения системы и кабеля:

PUR _T = 0,089553 + 0,177431 = 0,266984

PUX _T = 0,142238 + 0,109028 = 0,251266

Опять же, эти значения необходимо удвоить:

PUR _TF = 0,533968 PUX _TF = 0,502532

PUZ _TF = Ö (PUR _{TF TF}

Таким образом:

кВА _SC = кВА _b / PUZ _TF = 1000/0.733253 = 1363,79 и

I _SCLN = (1000 x кВА _SC ) / E _L-N = (1000 x 1363,79) / 120 = 11365 ампер

На этом завершается изучение расчетов на единицу короткого замыкания. В следующей статье будут представлены таблицы, в которых указаны токи короткого замыкания на концах различных фидеров, питаемых как от трехфазных, так и от однофазных трансформаторов. В следующей статье будет представлено введение в симметричные компоненты.

Истории по теме:

Искусство защиты электрических систем, часть 1: Введение и сфера применения

Искусство защиты электрических систем, часть 2: Системный анализ

Искусство защиты электрических систем, часть 3: Системный анализ

Искусство защиты электрических систем, часть 4: Системный анализ

Искусство защиты электрических систем, часть 5

Искусство защиты электрических систем, часть 6

Искусство защиты электрических систем, часть 7: Номинальные параметры короткого замыкания оборудования

Искусство защиты электрических систем, часть 8: Расчеты короткого замыкания

Искусство защиты электрических систем, часть 9: Назначение значений импеданса

Искусство защиты электрических систем, часть 10: Назначение значений импеданса

Искусство защиты электрических систем, часть 11: Импеданс в системах с вращающимися механизмами

Искусство защиты электрических систем, часть 12: Приблизительные расчеты короткого замыкания для проводников

Искусство защиты электрических систем, часть 13:

Внезапное короткое замыкание генератора | Система питания

При ненормальной работе генератор переменного тока может находиться в переходных режимах, которые нельзя объяснить с помощью теории установившегося режима.Эти переходные процессы могут возникать в результате: (i) переключения (ii) внезапных изменений нагрузки, (iii) внезапного короткого замыкания (между фазой или фазой в нейтраль, либо из-за симметричного короткого замыкания).

Эти короткие замыкания могут вызывать серьезные механические нагрузки на катушки якоря и их концевые витки или большие крутящие моменты, что может привести к повреждению генератора переменного тока или его первичного двигателя. Анализ синхронной машины в условиях таких переходных процессов полезен для прогнозирования возможных условий, которые могут возникнуть в результате ненормальной работы в результате короткого замыкания.Однако здесь обсуждение будет ограничено симметричным коротким замыканием (короткое замыкание на всех выходных клеммах 3-фазного генератора переменного тока).

Влияние токов короткого замыкания может быть удобно изучено с помощью концепции постоянной потокосцепления, которая может быть сформулирована следующим образом:

Невозможно изменить потокосцепления в замкнутой электрической цепи, не содержащей сопротивления или емкости (т.е. в чисто индуктивной цепи).

В случае синхронной машины обмотки якоря и возбуждения можно считать почти чисто индуктивными, поскольку они не содержат никакой емкости, а их сопротивления почти ничтожны по сравнению с их индуктивными реактивными сопротивлениями.

Таким образом, потокосцепление в цепи якоря и цепи возбуждения не может быть внезапно изменено коротким замыканием обмотки якоря. Для поддержания постоянства этих потоковых связей могут происходить большие изменения тока в обеих обмотках, когда происходит короткое замыкание, чтобы поддерживать их соответствующие потокосцепления постоянными.

Реактивность синхронных машин :

Ток, протекающий в якоре синхронного генератора при коротком замыкании его выводов, аналогичен току, протекающему при внезапном приложении синусоидального напряжения к последовательной цепи R-L.Однако есть одно важное отличие: в случае последовательной цепи R-L реактивное сопротивление X (ωL) является постоянной величиной, тогда как, как и в случае синхронного генератора, реактивное сопротивление не является постоянным, а является функцией времени.

На практике назначаются три дискретных значения, и, таким образом, у нас есть три реактивных сопротивления: субпереходное реактивное сопротивление по прямой оси, обозначенное как X ” _d , переходное реактивное сопротивление по прямой оси, обозначенное как X ‘ _d , и синхронное реактивное сопротивление по прямой оси, обозначенное как X _d .

В исследованиях короткого замыкания используются только указанные выше реактивные сопротивления прямой оси. Это можно обосновать следующим образом:

Токи короткого замыкания, как правило, проходят через линии или трансформаторы, где индуктивное реактивное сопротивление довольно велико по сравнению с сопротивлением, из-за чего коэффициент мощности приближается к нулю, когда токи идут с запаздыванием, и когда ток якоря находится в квадратуре (отстает) от возбуждения. Напряжение (или напряжение холостого хода) всей mmf якоря воздействует непосредственно на магнитные пути через явные полюсы, а вся mmf якоря прямо противоположна mmf обмоток поля явных полюсов.Теперь мы кратко опишем эти реактивные сопротивления прямой оси синхронной машины.

При нормальном режиме работы без нагрузки, нет МДС из-за реакции якоря. Когда внезапное трехфазное короткое замыкание происходит на выводах синхронного генератора, ток в цепи якоря внезапно увеличивается до большого значения (симметричный ток короткого замыкания ограничивается только реактивным сопротивлением утечки машины), и поскольку сопротивление цепи незначительно по сравнению с ее реактивным сопротивлением, ток сильно отстает, а коэффициент мощности приблизительно равен нулю.

Внезапное увеличение тока якоря сопровождается реакцией якоря. Поскольку поток в воздушном зазоре (основной поток) не может изменяться мгновенно (концепция постоянной потокосцепления), для противодействия размагничиванию тока короткого замыкания якоря (реакция якоря действует на прямую ось в направлении, противоположном главному возбуждению), возникают токи в обмотке возбуждения, а также в обмотках демпфера в направлении, помогающем главному потоку.

Это происходит из-за срабатывания трансформатора в момент короткого замыкания.Таким образом, во время начальной части короткого замыкания эквивалентная схема выглядит, как показано на рис. 4.4 (a) — реактивное сопротивление обмотки возбуждения X _f , реактивное сопротивление демпферной обмотки X _dw появляется параллельно с X _a .

Отношение сопротивления к реактивному сопротивлению демпферных обмоток выше, чем у обмоток возбуждения, и ток в демпферных обмотках падает до нуля после трех или четырех циклов, когда основной поток принимает значение, которое он имел бы, если бы не было демпферные обмотки.Таким образом, действие демпферных обмоток заключается в увеличении начального значения тока короткого замыкания и в поддержании слегка увеличенного тока в течение трех или четырех циклов после короткого замыкания.

Поскольку токи демпферной обмотки сначала затухают, X _dw фактически становится разомкнутым, а на более поздней стадии X _f становится разомкнутым. Таким образом, реактивное сопротивление машины изменяется от параллельной комбинации X _a , X _f и X _dw во время начального периода короткого замыкания до X _a и X _f параллельно [Рис. .4.4 (b)] в середине периода короткого замыкания и, наконец, до x _a в установившемся режиме [рис. 4.4 (c)].

Реактивное сопротивление, представленное машиной в начальный период короткого замыкания, т.е. [X _l + {1 / (1 / X _a ) + (1 / X _f ) + (1 / X _dw )}] называется субпереходным реактивным сопротивлением (X ^” _d ) машины; в то время как реактивное сопротивление, действующее после прекращения токов демпферной обмотки, т.е.например, [X _l + {1 / (1 / X _a ) + (1 / X _f )}] называется переходным реактивным сопротивлением X ’ _d машины.

Конечно, реактивное сопротивление в условиях установившегося короткого замыкания — это синхронное реактивное сопротивление машины. Очевидно, X ” _d d d . Таким образом, машина предлагает изменяющееся во времени реактивное сопротивление, которое изменяется от X ” _d до X’ _d и, наконец, до X _d.

Анализ осциллограммы короткого замыкания :

Когда короткое замыкание происходит на выводах синхронного генератора, начальный ток короткого замыкания ограничивается субпереходным реактивным сопротивлением в течение нескольких циклов, позже он управляется переходным реактивным сопротивлением. Наконец, ток короткого замыкания стабилизируется до установившегося значения короткого замыкания, ограниченного синхронным реактивным сопротивлением машины.

По крайней мере, две фазы будут иметь асимметрию в волнах короткого замыкания, степень, в которой возникает асимметрия, зависит от значения фазного напряжения в момент короткого замыкания.Те фазы, в которых напряжение близко к максимальному значению в момент короткого замыкания, будут иметь наименьшую асимметрию, в то время как те фазы, где напряжение равно или близко к нулю, будут иметь большую или меньшую степень асимметрии, максимальная асимметрия будет равна в противном случае. ток короткого замыкания.

Ток можно разделить на однонаправленную или асимметричную составляющую и переменную составляющую частоты питания. Составляющая постоянного тока представляет смещение волны переменного тока от нулевой оси и поэтому иногда называется током смещения постоянного тока.

Если из волны тока короткого замыкания вычесть постоянную составляющую, у нас останется симметричная составляющая переменного тока, как показано на рис. 4.6. Характеристики токов короткого замыкания трехфазного синхронного генератора показаны на рис. 4.5. Эти кривые показывают, что короткое замыкание произошло в тот момент, когда напряжение фазы R было максимальным (при условии, что машина не подавала ток на нагрузку до неисправности).

Переходные реактивные сопротивления могут быть получены из любой из трех осциллограмм графическими методами.В случае использования рис. 4.5 (b) или 4.5 (c) необходимо исключить компоненты постоянного тока и построить огибающие только компонентов переменного тока.

На рисунке 4.6 показан ток короткого замыкания для одной фазы с исключенной постоянной составляющей.

Период короткого замыкания можно разделить на три периода: начальный субпереходный период, продолжающийся только в течение первых нескольких циклов, в течение которых уменьшение тока происходит очень быстро, средний переходный период, охватывающий относительно более длительное время, в течение которого ток декремент умеренный; и, наконец, установившийся период.

В соответствии с изложенной выше теорией изменения реактивного сопротивления имеем —

Субпереходный ток (максимальный) без учета постоянной составляющей,

I ” _макс. = Oc = E _{г макс.} / X” _d … (4.4)

Переходный ток (максимальный) без учета постоянной составляющей,

I ’ _max = Ob = E _{g max} / X’ _d … (4.5)

Установившийся ток (максимальный).

I _макс. = Oa = E _{г макс.} / X _d … (4,6)

, где E _{g max} — максимальное напряжение от одной клеммы до нейтрали без нагрузки.

Обратите внимание, что в течение любого одного цикла ток приблизительно синусоидальный. Поэтому для использования среднеквадратичных или эффективных значений вполне разумно разделить максимальные значения на рис. 4.6 на √2. Полученная таким образом новая кривая показана на рис. 4.7 и известна как кривая декремента.

Таким образом, используя среднеквадратичные значения, начальные среднеквадратичные токи, соответствующие вышеупомянутым трем периодам, будут следующими:

Субпереходный ток (среднеквадратичное значение) без учета постоянной составляющей,

I ”= E _g / X” _d … (4,7)

Переходный ток (среднеквадратичное значение) без учета постоянного тока,

I ’= E _g / X’ _d … (4.8)

И установившийся ток (действующее значение),

I = E _g / X _d … (4.9)

Где,

среднеквадратичное значение напряжения от одной клеммы до нейтрали.

Периоды субпереходного процесса и переходного процесса затухания имеют постоянные времени T ”и T’ соответственно. Определив эти постоянные времени, можно выразить мгновенный ток как —

.

Если необходимо включить постоянную составляющую, то мы находим действующее значение тока короткого замыкания якоря, которое задается как —

.

Кратковременное короткое замыкание, которое выключатель должен выдерживать, определяется формулой.(4.15), но согласно AIEE Switchgear Committee, коэффициент умножения следует принимать равным 1,6 вместо √3. Этот множительный коэффициент можно дополнительно уменьшить до 1,5 для выключателя на 5 кВ или меньше.

курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии.

курсов. «

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Он укрепил мои текущие знания и научил меня еще нескольким новым вещам.

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.»

Стивен Дедак, П.Е.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей компании

имя другим на работе. «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком.

с деталями Канзас

Городская авария Хаятт.»

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

в моей работе ».

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал. «

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что разрешили просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным

способ обучения. «

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.э., позволяя

студент для ознакомления с курсом

материалов до оплаты и

получает викторину «

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «.

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курсов.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

.

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам. »

Джеймс Шурелл, P.E.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании какого-то неясного раздел

законов, которые не применяются

по «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор.

организация «

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн формат был очень

Доступно и просто

использовать. Большое спасибо. «

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев предоставлено.

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.Модель

испытание действительно потребовало исследования в

документ но ответы были

в наличии. «

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов.

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, P.E.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роадс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. До сих пор все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курсов со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать дополнительный

курсов. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

в пути «.

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов.

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно »

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время искать где

получить мои кредиты от. «

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

легче поглотить все

теорий. »

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утром

до метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE нужно

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес который

сниженная цена

на 40%. «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

кодов и Нью-Мексико

правил. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

.

при необходимости дополнительно

аттестация. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! »

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материалы были краткими.

хорошо организовано. «

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. «

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Building курс и

очень рекомендую .»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлен. «

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

.

обзор везде и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Сохраняю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой ерунды. Хороший опыт.»

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и демонстрировали понимание

материала. Полная

и комплексное. »

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили курс

поможет по моей линии

работ.»

Рики Хефлин, П.Е.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я обязательно воспользуюсь этим сайтом снова».

Анджела Уотсон, П.Е.

Монтана

«Легко выполнить. Никакой путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличный освежитель ».

Луан Мане, П.Е.

Conneticut

«Мне нравится, как зарегистрироваться и читать материалы в автономном режиме, а затем

Вернись, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях. »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродский П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материал для изучения, а потом вернуться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

сертификат. Спасибо за создание

процесс простой. »

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Положительный опыт.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

один час PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея заплатить за

материал .»

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не являющихся электротехниками».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

процесс, который требует

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по номеру

.

много различные технические области за пределами

по своей специализации без

надо ехать.»

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Симметричный КЗ и КЗ кВА

Симметричный сбой в энергосистеме относится к виду сбоя, который приводит к короткому замыканию трех фаз. Это может быть как трехфазное замыкание, так и трехфазное замыкание на землю. При симметричном КЗ токи КЗ в фазах симметричны в том смысле, что их величины равны и они одинаково смещены на угол 120 °.Таким образом, симметричное замыкание можно считать нормальным случаем, но с высоким значением тока в фазах.

Рассмотрим симметричный дефект, показанный на рисунке ниже.

На рисунке выше все три фазы, то есть R, Y и B, закорочены. Это можно предположить, поскольку три линии подключены к нагрузке, подключенной треугольником, с нулевым импедансом в каждой фазе. Принимая это предположение, ток в линиях будет симметричным, но с более высоким значением. Значение тока короткого замыкания, то есть I _R , I _Y и I _B в таком коротком замыкании, будет ограничиваться только импедансом источника, а также импедансом линии до точки повреждения.

Что ж, мы можем проанализировать такую ​​неисправность, приняв однофазное состояние, поскольку условия в двух других фазах аналогичны.

Симметричные неисправности в энергосистеме случаются очень редко и редко. Но, тем не менее, изучение симметричного повреждения важно, поскольку это серьезная неисправность, которая требует высоких нагрузок на выключатель и оборудование.

Расчет симметричного тока короткого замыкания

Когда короткое замыкание происходит в любой точке системы, ток короткого замыкания ограничивается импедансом системы до точки повреждения.Предположим, что возникла неисправность, как показано ниже.

На приведенном выше рисунке полное сопротивление до точки повреждения представляет собой сумму импеданса генератора, трансформатора и линии. Таким образом, нам необходимо рассчитать полное сопротивление каждого элемента системы до места повреждения. Поскольку разные элементы системы имеют разную номинальную мощность в кВА, поэтому рассчитывается импеданс на единицу или процентное сопротивление, принимая соответствующий номинал в кВА в качестве базового значения. Пожалуйста, прочтите «Стоимость единицы» для лучшего понимания.

Если значение на единицу или процентное сопротивление до точки повреждения составляет X%, то ток короткого замыкания Isc задается как

.

Isc = (V / X%)

Но процентное сопротивление X% = 100x (IX / V)

Следовательно,

Isc = I (100 /% X)

, где I = ток полной нагрузки

Например, если процентное сопротивление до точки повреждения составляет 10%, а ток полной нагрузки составляет 40 А, то ток короткого замыкания будет [40 x (100/10)] = 400 А.

Пример: Рассмотрите рисунок ниже и рассчитайте симметричный ток короткого замыкания с учетом трехфазного короткого замыкания на выводе ВН трансформатора. Значения импеданса указаны на рисунке.

Решение:

Поскольку нам нужно рассчитать ток короткого замыкания на выводе ВН трансформатора, поэтому в первую очередь нам нужно рассчитать полное сопротивление системы до вывода ВН трансформатора. Но для определения импеданса в процентах нам нужно выбрать базовый рейтинг в кВА.Что ж, мы выбираем 1000 кВА в качестве базового значения, поскольку расчет с 1000 намного проще.

% полное сопротивление генератора при базовой кВА = (10/2500) x1000

= 4%

% полное сопротивление трансформатора на базе кВА = (5/1000) x1000

= 5%

Таким образом, полное сопротивление до точки повреждения = (5 + 4)%

= 9%

Теперь нам нужно найти ток полной нагрузки в базовой кВА на стороне ВН трансформатора.

Ток полной нагрузки I = 1000 / (1,732 x66)

= 8,75 А

Следовательно,

Ток короткого замыкания Isc = 8,75x (100/9)

= 97,2 А

Расчет короткого замыкания кВА

Произведение нормального напряжения и тока короткого замыкания в точке повреждения выражается в кВА короткого замыкания, даже если напряжение в точке повреждения снижается до очень низкого значения (в идеале до нуля).

Пусть

В = нормальное напряжение системы

I = ток полной нагрузки

% X =% импеданса до точки повреждения

Тогда ток короткого замыкания Isc = Ix (100 /% X)

Следовательно,

На однофазное короткое замыкание VA = V x Isc

= VIx (100 /% X)

Трехфазное короткое замыкание кВА

= 3VIsc / 1000

= (3VI / 1000) x (100 /% X)

= (базовая кВА) / (процентное сопротивление)

Таким образом, кВА для трехфазного короткого замыкания получается делением базовой кВА на процентное сопротивление.

.