Расчет однофазных токов кз: Расчет токов однофазного кз в сети 0,4 кВ

Содержание

Расчет токов однофазного кз в сети 0,4 кВ

В данной статье речь пойдет об определении величины тока однофазного тока к.з. в сетях 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью.

Данный вопрос очень актуален, так как электрические сети 0,4 кВ, являются наиболее распространёнными.

В настоящее время существует два метода расчета однофазного КЗ – точный и приближенный и оба метода основаны на методе симметричных составляющих.

1. Точный метод определения тока однофазного КЗ

1.1 Точный метод определения тока однофазного КЗ, представлен в ГОСТ 28249-93 формула 24, и рассчитывается по формуле:

Используя данный метод можно с большой степенью точности определять токи КЗ при известных сопротивлениях прямой, обратной и нулевой последовательности цепи фаза-нуль.

К сожалению, на практике данный метод не всегда возможно использовать, из-за отсутствия справочных данных на сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности для кабелей с алюминиевыми и медными жилами с учетом способов прокладки фазных и нулевых проводников.


2. Приближенный метод определения тока однофазного КЗ

2.1 Приближенный метод определения тока однофазного кз при большой мощности питающей энергосистемы (Хс < 0,1Хт), рассчитывается по формуле [Л1, с 4 и Л3, с 39]:

где:

  • Uф – фазное напряжение сети, В;
  • Zт – полное сопротивление трансформатора току однофазного замыкания на корпус, Ом;
  • Zпт – полное сопротивление петли фаза-нуль от трансформатора до точки КЗ, Ом.

2.2 Если же питающая энергосистема имеет ограниченную мощность, то тогда ток однофазного кз определяется по формуле 2-26 [ Л3, с 39]:

2.3 Значение Z определяется по таблице 2.9 или можно определить по формуле 2-25 [ Л3, с 39]:

где:
х и r; х и r; х и r — индуктивное и активное сопротивления трансформатора токам прямой, обратной и нулевой последовательности, мОм. Принимаются по таблице 2. 4 [Л3, с 29].

Значение Zт/3 для различных трансформаторов с вторичным напряжением 400/230 В, можно принять по таблицам 2, 3, 4 [Л1, с 6,7].

Сопротивления контактов шин, аппаратов, трансформаторов тока в данном методе не учитываются, поскольку арифметическая сумма Zт/3 и Zпт создает не который запас.

2.4 Полное сопротивление трансформатора Zт, определяется по формуле 2-24 [Л3, с 39]:

2.5 Полное сопротивление петли фаза-нуль, определяется по формуле 2-27 [Л3, с 40]:

где:

  • Zпт.уд. – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для каждого участка от трансформатора до места КЗ определяется по таблицам 2.10 – 2.14 [Л3, с 41,42] или по таблицам [Л2], мОм/м;
  • l – длина участка, м.
  • Ниже представлены справочные таблицы со значениями удельного сопротивления петли фаза-нуль для различных кабелей и шинопроводов согласно [Л3, с 41,42].

    Справочные таблицы 7, 10 со значениями активных сопротивления медных и алюминиевых проводов, кабелей [Л1, с 6, 14].

    Справочные таблицы 11, 12, 13 со значениями полного расчетного сопротивления цепи фаза-нуль для 3(4) — жильных кабелей с различной изоляций и при температуре жилы +65(+80) С [Л1, с 15, 16].

    На практике согласно [Л1, с 5] рекомендуется использовать приближенный метод определения тока однофазного КЗ. При таком методе, допустимая погрешность в расчете тока однофазного КЗ при неточных исходных данных в среднем равна – 10% в сторону запаса; 18-20% — при схеме соединения трансформатора Y/Y0, когда преобладает активная нагрузка и для зануления используется 4-я жила либо оболочка кабеля; 10-12% — при использовании стальных труб для зануления электропроводки.

    Из выше изложенного, следует, что при использовании данного метода, создаётся не который запас при расчете, который гарантирует срабатывания защитного аппарата, согласно требованиям ПУЭ.

    Литература:

    1. Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. 1986 г.
    2. ГОСТ 28249-93 – Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.
    3. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.

    Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Поделиться в социальных сетях

Пример расчета тока однофазного КЗ

В данной статье, я буду рассматривать пример расчета тока однофазного КЗ (ОКЗ) используя в первом варианте справочные таблицы представленные в [Л1], а во втором варианте справочные таблицы из [Л2].

С методами определения величины тока однофазного КЗ и с приведенными справочными таблицами для всех элементов короткозамкнутой цепи, можно ознакомиться в статье: «Расчет токов однофазного кз при питании от энергосистемы».

Исходные данные:

  • масляный трансформатор напряжением 6/0,4 кВ, мощностью 1000 кВА со схемой соединения обмоток – Y/Yо.
  • от трансформатора до ВРУ используется кабель марки ААШвУ 3х95 длиной 120 м.
  • от ВРУ до двигателя используется кабель марки ААШвУ 3х95+1х35 длиной 150 м.

Рис.1 — Расчетная схема сети эл. двигателя

Вариант I

1. Расчет тока однофазного КЗ будет выполнятся по формуле приближенного метода при большой мощности питающей энергосистемы (Хс < 0,1Хт) [Л1, с 4 и Л2, с 39]:

где:

  • Uф – фазное напряжение сети, В;
  • Zт – полное сопротивление трансформатора току однофазного замыкания на корпус, Ом;
  • Zпт – полное сопротивление петли фаза-нуль от трансформатора до точки КЗ, Ом.

2. По таблице 2 [Л1, с 6] определяем сопротивление трансформатора при вторичном напряжении 400/230 В, Zт/3 = 0,027 Ом.

3. Определяем полное сопротивление цепи фаза-нуль для участка от тр-ра до точки КЗ по формуле 2-27 [Л2, с 40]:

где:

  • Zпт.уд.1 = 0,729 Ом/км – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95, определяется по таблице 12 [Л1, с 16];
  • l1 = 0,120 км – длина участка №1.
  • Zпт.уд.2 = 0,661 Ом/км – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95+1х35, определяется по таблице 13 [Л1, с 16];
  • l2 = 0,150 км – длина участка №2.

4. Определяем ток однофазного КЗ:

Обращаю ваше вниманию, что при определении величины тока однофазного КЗ приближенным методом, сопротивления контактов шин, аппаратов, трансформаторов тока в данном методе не учитываются, поскольку арифметическая сумма Zт/3 и Zпт создает не который запас [Л2, с 40].

Вариант II

Определим ток однофазного КЗ по справочным таблицам из [Л2].

1. По таблице 2.4 [Л2, с 29] определяем сопротивление трансформатора Zт/3 = 33,6 мОм.

2. Определяем полное сопротивление цепи фаза-нуль для участка от тр-ра до точки КЗ по формуле 2-27 [Л2, с 40]:

где:

  • Zпт.уд.1 = 0,83 мОм/м – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95, определяется по таблице 2.11 [Л2, с 41];
  • l1 = 120 м – длина участка №1.
  • Zпт.уд.2 = 1,45 мОм/м – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для кабеля марки ААШвУ 3х95+1х35, определяется по таблице 2.10 [Л2, с 41].

Обращаю ваше внимание, что в данной таблице значение Zпт.уд. приводится для кабелей независимо от материала оболочки кабеля.
Если же посмотреть [Л1, с 16], то в таблице 13 для 4-жильных кабелей с алюминиевой оболочкой 3х95+1х35, Zпт.уд. = 0,661 мОм/м. Принимаю Zпт.уд.2 = 1,45 мОм/м, для того чтобы было наглядно видно, на сколько будет отличатся значение тока однофазного КЗ от расчета по «Варианту I». На практике же, лучше совмещать справочные таблицы из [Л1 и Л2].

3. Определяем ток однофазного КЗ:

Как видно из результатов расчета (вариант I: Iк = 1028 А; вариант II: Iк = 627 А), полученные значения тока однофазного КЗ почти в 2 раза отличаются. По каким справочным таблицам выполнять расчет тока однофазного КЗ, уже решайте сами, в любом случае это приближенный метод, поэтому, если нужны точные значения тока однофазного КЗ, следует рассчитывать по формуле представленной в ГОСТ 28249-93.

Литература:

1. Рекомендации по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. 1986 г.
2. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Поделиться в социальных сетях

Расчет токов короткого замыкания | Заметки электрика

Здравствуйте, уважаемые читатели и посетители сайта «Заметки электрика».

У меня на сайте есть статья про короткое замыкание и его последствия. Я в ней приводил случаи из своей практики.

Так вот чтобы минимизировать последствия от подобных аварий и инцидентов, необходимо правильно выбирать электрооборудование. Но чтобы его правильно выбрать, нужно уметь  рассчитывать токи короткого замыкания.

В сегодняшней статье я покажу Вам как можно самостоятельно рассчитать ток короткого замыкания, или сокращенно ток к.з., на реальном примере.

Я понимаю, что многим из Вас нет необходимости производить расчеты, т.к. обычно этим занимаются, либо проектанты в организациях (фирмах), имеющих лицензию, либо студенты, которые пишут очередной курсовой или дипломный проект. Особенно понимаю последних, т.к. сам будучи студентом (в далеком двух тысячном году), очень жалел, что в сети не было подобных сайтов. Также данная публикация будет полезна энергетикам и электрикам для поднятия уровня саморазвития, или чтобы освежить в памяти когда-то прошедший материал.

Кстати, я уже приводил пример расчета защиты асинхронного двигателя. Кому интересно, то переходите по ссылочке и читайте.

Итак, перейдем к делу. Несколько дней назад у нас на предприятии случился пожар на кабельной трассе около цеховой сборки №10. Выгорел практически полностью кабельный лоток со всеми там идущими силовыми и контрольными кабелями. Вот фото с места происшествия.

Сильно вдаваться в «разбор полетов» я не буду, но у моего руководства возник вопрос о срабатывании вводного автоматического выключателя и соответствие его номинального тока для защищаемой линии. Простыми словами скажу, что их интересовала величина тока короткого замыкания в конце вводной силовой кабельной линии, т.е. в том месте, где случился пожар.

Естественно, что никакой проектной документации у цеховых электриков по расчетам токов к.з. на эту линию не нашлось, и мне пришлось самому производить весь расчет, который я выкладываю в общий доступ.

 

Сбор данных для расчета токов короткого замыкания

Силовая сборка №10, около которой случился пожар, питается через автоматический выключатель А3144 600 (А) медным кабелем СБГ (3х150) от понижающего трансформатора №1 10/0,5 (кВ) мощностью 1000 (кВА).

В скобках около марки кабеля указано количество жил и их сечение (как рассчитать сечение кабеля). 

Не удивляйтесь, у нас на предприятии еще много действующих подстанций с изолированной нейтралью на 500 (В) и даже на 220 (В).

Скоро буду писать статью о том, как в сеть 220 (В) и 500 (В) с изолированной нейтралью установить счетчик. Не пропустите выход новой статьи — подпишитесь на получение новостей.

Понижающий трансформатор 10/0,5 (кВ) питается силовым кабелем ААШв (3х35) с высоковольтной распределительной подстанции № 20.

Некоторые уточнения для расчета тока короткого замыкания

Несколько слов хотелось бы сказать про сам процесс короткого замыкания. Во время короткого замыкания в цепи возникают переходные процессы, связанные с наличием в ней индуктивностей, препятствующих резкому изменению тока. В связи с этим ток к.з. во время переходного процесса можно разделить на 2 составляющие:

  • периодическая (появляется в начальный момент и не снижается, пока электроустановка не отключится от защиты)
  • апериодическая (появляется в начальный момент и быстро снижается до нуля после завершения переходного процесса)

Ток к.з. я буду расчитывать по РД 153-34.0-20.527-98.

В этом нормативном документе сказано, что расчет тока короткого замыкания допускается проводить приближенно, но при условии, что погрешность расчетов не составит больше 10%.

Расчет токов короткого замыкания я буду проводить в относительных единицах. Значения элементов схемы приближенно приведу к базисным условиям с учетом коэффициента трансформации силового трансформатора.

Цель — это проверить вводной автоматический выключатель А3144 с номинальным током 600 (А) на коммутационную способность. Для этого мне нужно определить ток трехфазного и двухфазного короткого замыкания в конце силовой кабельной линии.

 

Пример расчета токов короткого замыкания

Принимаем за основную ступень напряжение 10,5 (кВ) и задаемся базисной мощностью энергосистемы:

  • базисная мощность энергосистемы Sб = 100 (МВА)

  • базисное напряжение Uб1 = 10,5 (кВ)

  • ток короткого замыкания на сборных шинах подстанции №20 (по проекту) Iкз = 9,037 (кА)

Составляем расчетную схему электроснабжения.

На этой схеме указываем все элементы электрической цепи и их параметры. Также не забываем указать точку, в которой нам нужно найти ток короткого замыкания. На рисунке выше я ее забыл указать, поэтому объясню словами. Она находится сразу же после низковольтного кабеля СБГ (3х150) перед сборкой №10.

Затем составим схему замещения, заменив все элементы вышеприведенной схемы на активные и реактивные сопротивления.

При расчете периодической составляющей тока короткого замыкания допускается активное сопротивление кабельных и воздушных линий не учитывать. Для более точного расчета активное сопротивление на кабельных линиях я учту. 

Зная, базисные мощности и напряжения, найдем базисные токи для каждой ступени трансформации:

Теперь нам нужно найти реактивное и активное сопротивление каждого элемента цепи в относительных единицах и вычислить общее эквивалентное сопротивление схемы замещения от источника питания (энергосистемы) до точки к.з. (выделена красной стрелкой).

Определим реактивное сопротивление эквивалентного источника (системы):

Определим реактивное сопротивление кабельной линии 10 (кВ):

  • Хо — удельное индуктивное сопротивление для кабеля ААШв (3х35) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А. А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
  • l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим активное сопротивление кабельной линии 10 (кВ):

  • Rо — удельное активное сопротивление для кабеля ААШв (3х35) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, том 2, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
  • l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим реактивное сопротивление двухобмоточного трансформатора 10/0,5 (кВ):

  • uк% — напряжение короткого замыкания трансформатора 10/0,5 (кВ) мощностью 1000 (кВА), берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 27.6

Активным сопротивлением трансформатора я пренебрегаю, т.к. оно несоизмеримо мало по отношению к реактивному. 

Определим реактивное сопротивление кабельной линии 0,5 (кВ):

  • Хо — удельное сопротивление для кабеля СБГ (3х150) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А. А. Федорова, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
  • l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим активное сопротивление кабельной линии 0,5 (кВ):

  • Rо — удельное сопротивление для кабеля СБГ (3х150) берем из справочника по электроснабжению и электрооборудованию А.А. Федорова, табл. 61.11 (измеряется в Ом/км)
  • l — длина кабельной линии (в километрах)

Определим общее эквивалентное сопротивление от источника питания (энергосистемы) до точки к.з.:

Найдем периодическую составляющую тока трехфазного короткого замыкания:

Найдем периодическую составляющую тока двухфазного короткого замыкания:

Результаты расчета токов короткого замыкания

Итак, мы рассчитали ток двухфазного короткого замыкания в конце силовой кабельной линии напряжением 500 (В). Он составляет 10,766 (кА).

Вводной автоматический выключатель А3144 имеет номинальный ток 600 (А). Уставка электромагнитного расцепителя у него выставлена на 6000 (А) или 6 (кА). Поэтому можно сделать вывод, что при коротком замыкании в конце вводной кабельной линии (в моем примере по причине пожара) автомат уверенно сработал и отключил поврежденный участок цепи.

Еще полученные значения трехфазного и двухфазного токов можно применить для выбора уставок релейной защиты и автоматики.

В этой статье я не выполнил расчет на ударный ток при к.з. 

P.S. Вышеприведенный расчет был отправлен моему руководству. Для приближенного расчета он вполне сгодится. Конечно же низкую сторону можно было рассчитать более подробно, учитывая сопротивление контактов автоматического выключателя, контактных соединений кабельных наконечников к шинам, сопротивление дуги в месте замыкания и т.п. Об этом я как-нибудь напишу в другой раз.

Если Вам нужен более точный расчет, то можете воспользоваться специальными программами на ПК. Их в интернете множество.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


Расчет токов короткого замыкания — Docsity

Задание 1. На основании схемы электрических соединений рис. 1 и исходных данных, приведенных в табл. 1-8, требуется рассчитать: — начальное значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ в точках К1, К2, К3, К4; — ударный ток трехфазного КЗ в точке КХ (в соответствии с вариантом задания). 2. На основании результатов расчетов п. 1 для заданной схемы электрических соединений (рис.1) требуется рассчитать в точке КХ: — действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ для времени t = 0,1 с; — значение апериодической составляющей тока для времени t = 0,1с. 3. На основании результатов расчетов п.п. 1 и 2 для схемы (рис. 1) требуется рассчитать для момента времени t = 0: — ток однофазного КЗ; — ток двухфазного КЗ на землю в точке К1. Результаты расчета свести в табл. 9. Рис.1. Схема электрических соединений Таблица 1 № вар. точка КХ Генераторы G Трансформаторы Т1 и Т2 Линии электропередачи Рном, МВт Тип Sном, МВА Тип U, кВ l, км 18 4 4х25 ТВС-32-Т3 2х40 ТД-40000/110 110 45 Таблица 2 № вар Реактор секционный RS, Uном=10 кВ Реактор линейный RL, Uном=10 кВ Трансформатор Т3 Электродвигатель М Мощность Sрс, МВА Сопр-е Хр, % Мощность Sрл, МВА Сопр-е Х0,5, % Мощность, МВА Тип Мощность, МВт 1 18 26,0 8 6,9 3 6,3 ТМ-6300/10 2 Таблица 3 № вар 18 Мощность КЗ системы, МВА 4500 Таблица 4 Технические данные турбогенераторов Р, МВт Тип cosном Uном, кВ КПД, % Xd”, % Xd’, % Xd, % X2, % X0” % Td0, с 25 ТВС-32Т3 0,8 10,5 98 13 21,6 220 16 8,1 10,3 Таблица 5 Трансформаторы с высшим напряжением 35-330 кВ Sном, МВА Тип Uвн, кВ Uнн, кВ Uк, % Ркз, кВт Рхх, кВт Iхх, % 40 ТД-40000/110 121 10,5 10,5 175 52 0,7 Таблица 6 Трансформаторы с высшим напряжением 10 кВ 2 Определим сопротивления всех элементов схемы замещения в относительных единицах при принятых базисных условиях. Сопротивление системы о.е. Сопротивление воздушной линии о. е Сопротивление трансформатора о.е. Сопротивление секционного реактора о.е. Сопротивление генератора о.е. Сопротивление эквивалентной схемы сдвоенного реактора о.е. о.е. о.е. Сопротивление трансформатора Т3 о.е Сопротивление асинхронного двигателя о.е 5 Вычисленные сопротивления элементов схемы в относительных базисных единицах наносим на схему замещения. Расчет схемы замещения для точки К1: Схема замещения для точки К1 Расчет периодической составляющей тока в начальный момент КЗ для точки К1: кА кА 6 Сворачивание схемы замещения к точке К2 Расчет схемы замещения для точки К2: Расчет Iб для точки К2: кА Расчет периодической составляющей тока в начальный момент КЗ для точки К2: кА кА кА кА Расчет схемы замещения для точки К3: 7 Расчет ударных токов КЗ Определение активных сопротивлений: Расчет схемы замещения для точки К1: Расчет ударного тока КЗ для точки К1: кА c 10 кА кА Расчет схемы замещения для точки К2: На основании результатов расчетов п. 1 для заданной схемы электрических соединений (рис. 1) требуется рассчитать в точке К2 — действующее значение периодической составляющей тока трехфазного КЗ для времени t = 0,1 с; — значение апериодической составляющей тока для времени t = 0,1с. Отношение начального значения периодической составляющей тока к номинальному току луча системы: где , а значение I»c получено ранее. Так как < 1, то в этом случае действующее значение периодической составляющей для времени t = 0,1 с равно начальному значению тока короткого замыкания кА. По графику рис. 5.1 в [2] находим G1-2=0,85. 11 кА По графику рис. 5.1 в [2] находим G3-4=0,67. кА Суммарное значение периодической составляющей тока КЗ со стороны шин: кА Значение апериодической составляющей тока КЗ рассчитывается при помощи коэффициента затухания: , где Та найдены ранее: c c c Тогда Находим апериодическую составляющую тока КЗ в точке К1 для момента времени t=0.1c: Суммарное значение апериодической составляющей: 12

Подробные данные об ошибке IIS 8.5 — 404.11

Ошибка HTTP 404.

11 — Not Found
Модуль фильтрации запросов настроен для блокировки запросов, содержащих последовательности двойного преобразования символов.

Наиболее вероятные причины:
  • Этот запрос содержал последовательность двойного преобразования символов, тогда как средства фильтрации запросов настроены на веб-сервере для блокировки таких последовательностей.
Возможные решения:
  • Проверьте настройку configuration/system.webServer/security/[email protected] в файлах applicationhost.config или web.config
Подробные сведения об ошибке:
Модуль   RequestFilteringModule
Уведомление   BeginRequest
Обработчик   StaticFile
Код ошибки   0x00000000
Запрошенный URL-адрес   https://www. tpk-tver.ru:443/attachments/article/32/%d0%9c%d0%b5%d1%82%d0%be%d0%b4%d0%b8%d1%87%d0%b5%d1%81%d0%ba%d0%b8%d0%b5%20%d1%80%d0%b5%d0%ba%d0%be%d0%bc%d0%b5%d0%bd%d0%b4%d0%b0%d1%86%d0%b8%d0%b8%20%d0%a1%d0%ba%d0%bb%d1%8f%d1%80%d0%be%d0%b2%20%d1%81%20%d0%9f%d1%80%d0%b8%d0%bc%d0%b5%d1%80%d0%be%d0%bc.pdf
Физический путь   C:\inetpub\wwwroot\tpk-tver\attachments\article\32\%d0%9c%d0%b5%d1%82%d0%be%d0%b4%d0%b8%d1%87%d0%b5%d1%81%d0%ba%d0%b8%d0%b5%20%d1%80%d0%b5%d0%ba%d0%be%d0%bc%d0%b5%d0%bd%d0%b4%d0%b0%d1%86%d0%b8%d0%b8%20%d0%a1%d0%ba%d0%bb%d1%8f%d1%80%d0%be%d0%b2%20%d1%81%20%d0%9f%d1%80%d0%b8%d0%bc%d0%b5%d1%80%d0%be%d0%bc.pdf
Метод входа   Пока не определено
Пользователь, выполнивший вход   Пока не определено
Дополнительные сведения:
Это средство безопасности. Изменять его параметры можно лишь в том случае, если вы до конца понимаете последствия своих действий. Перед тем как изменить это значение, вам следует провести трассировку в сети, дабы удостовериться в том, что данный запрос не является злонамеренным. Если сервер допускает последовательности двойного преобразования символов, измените настройку configuration/system.webServer/security/[email protected] Причиной этого может быть неверный URL-адрес, направленный на сервер злонамеренным пользователем.

Просмотреть дополнительные сведения »

Расчет однофазного тока короткого замыкания на землю в электрической сети с изолированной нейтралью напряжением 6-35 КВ

Сотникова Светлана Михайловна, преподаватель


Климов Ярослав Денисович, студент


Тайгинский институт железнодорожного транспорта — филиал ФГБОУ ВО «Омский государственный университет путей сообщения»

Под нейтралью подразумевается нейтраль трансформатора входящая в электрическую сеть одного напряжения. Как известно, трансформатор состоит из нескольких (как минимум двух) индуктивно связанных обмоток, и если одна из обмоток будет иметь электрическое соединение с землей, то такая сеть будет называться сетью с заземленной нейтралью (рис. 1а), если же не одна из обмоток трансформатора не будет иметь электрического соединения с землей, то такая сеть будет называться сетью с изолированной нейтралью (рис. 1б). 

Непосредственно сам расчет токов короткого замыкания выполняют для выбора аппаратуры (трансформаторов, разъединителей, пультов управления и других аппаратов) и для непосредственного тестирования электрической установки на термическую и электродинамическую стойкость, также расчет токов короткого замыкания выполняется с целью определения порога срабатывания (тока установки) релейной защиты и других средств защиты от коротких замыканий, например, предохранителей.

При выборе порога срабатывания любого из вида защит от коротких замыканий огромное влияние оказывает режим называемый – заземленная нейтраль [1, с.67].

В процессе выполнения расчета токов короткого замыкания всегда необходимо учитывать следующие параметры электрической системы:

  • линии электропередач;
  • асинхронных, а также синхронных двигателей;
  • линий электропередач;
  • токоограничивающих реакторов;
  • автотрансформаторов;
  • трансформаторов.

Электрическая схема с изолированной нейтралью изображена на рисунке 2 (а), также на этом рисунке изображена упрощенная схема замещения (б)

В трансформаторе тока нулевой последовательности проходит емкостный ток собственного ответвления электрической цепи, а уже через трансформатор тока поврежденного ответвления проходит суммарный емкостный ток неповрежденного ответвления, на рисунке 3 приведена векторная диаграмма токов поврежденного (а) и не поврежденного ответвления электрической цепи, разность значения этих токов в поврежденном и не поврежденном месте позволяет выполнить защиту от собственного емкостного тока [2, с.134]. 

 

Оригинал публикации (Читать работу полностью): Расчет однофазного тока короткого замыкания на землю в электрической сети с изолированной нейтралью напряжением 6-35 КВ

Расчет токов короткого замыкания. Выбор коммутационных аппаратов. Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

5.Расчет токов короткого замыкания

Считаем, что нейтрали всех трансформаторов на станции и в системе заземлены. Составим расчетную схему:

Рис.3. Расчетная упрощенная принципиальная схема

 Составим схему замещения:

Рис.4. Схема замещения для расчета ТКЗ.

Рассчитаем параметры схемы замещения, расчет будем производить в относительных базисных единицах.

Базисную мощность примем равной  Sб =400МВА.

; ; ; ;

Параметры генератора 160МВт

Трансформатора блока 160 МВт

Автотрансформатора

Трансформатор блока 320Мвт

Генератора 320МВт

Система

Линии связи с системой

Преобразуем схему замещения для дальнейших расчетов токов КЗ в точках К1 и К2

Рис. 5. Схема замещения для расчета трехфазных токов КЗ в точках К1 и К2

Расчет тока КЗ  в точке К1:

Ток от генераторов, подключенных к РУ СН:

Ток от генератора, подключенного к АТБ:

Ток от системы и генераторов на РУ ВН:

Определим эквивалентную ЭДС:

Суммарный ток КЗ

Определим эквивалентную ЭДС и сопротивление прямой последовательности:

Ток КЗ в точке К2:

Ток от системы:

Ток от эквивалентного генератора Г2:

Ток от эквивалентного генератора Г1:

Суммарный ток КЗ:

Определим эквивалентную ЭДС и сопротивление прямой последовательности:

Для определения токов однофазного замыкания считаем, что сопротивление линий связи с системой будет больше в 3раза ( Одноцепные линии со сталеалюминевыми тросами, заземленными с двух сторон). Сопротивление обратной последовательности примем равной сопротивлению прямой последовательности. Составим схему замещения для определения однофазных токов в точках К1 и К2:

Рис.6. Схема замещения для расчета однофазных токов КЗ в точках К1 и К2.

Ток однофазного КЗ в точке К1:

Ток однофазного КЗ в точке К2:

Расчет тока КЗ в точке К3:

Составим схему замещения:

Рис.7. Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К3.

Ток от системы

Ток от генератора

Расчет тока КЗ в точке К4:

Составим схему замещения:

Рис.8. Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К4.

Ток от системы

Ток от генератора

Расчет тока КЗ в К5 :

Составим схему замещения:

Рис. 8. Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К5.

Таблица 9

Результаты расчетов токов КЗ.

Точка КЗ

источник

, кА

, кА

К1

G1

G2

Система

7,34

3,99

13,47

Суммарное значение

24,8

29,47

К2

G1

G2

Система

3,98

7,29

11,11

Суммарное значение

22,38

24,46

К3

Генератор

Система

38,7

44,71

Суммарное значение

83,41

К4

Генератор

Система

65,26

73,06

Суммарное значение

138,32

К5

Генератор

Система

38,7

45,43

Суммарное значение

84,13

6. Выбор коммутационных аппаратов.

Выбор ведем по следующим условиям:

1.   

2. 

3.

4.Отключение апериодической составляющей тока КЗ.

5.Отключение полного тока КЗ.

6.Поверка на электродинамическую стойкость.

;

;

7.Проверка на термическую стойкость.


При 2-х источниках питания точки КЗ:

Ток утяжеленного режима рассчитывается по следующим формулам:

Из соображений удобства компоновки и эксплуатации  РУ 110кВ и выше во всех цепях устанавливаются одинаковые выключатели, разъединители и трансформаторы тока, которые выбираются по суммарному току КЗ и по максимальному рабочему току наиболее мощного присоединения в нормальном режиме.

6.1. Выбор аппаратов на РУ 110кВ:

Расчеты по выбору выключателя сведем в таблицу:

Таблица 10

Расчетные и каталожные данные

Расчетные данные

Каталожные данные

Выключатель элегазовый Alstom S1 145[3]

Разъединитель

РНДЗ2-110/2000УХЛ1[1]

238,63

;

6. 2. Выбор аппаратов на РУ 220кВ:

Расчеты по выбору выключателя сведем в таблицу:

Таблица 11

Расчетные и каталожные данные

Расчетные данные

Каталожные данные

Выключатель элегазовый Alstom

GL 314[3]

Разъединитель

РНДЗ 2-220/1000УХЛ1[1]

192,8

;

6. 3. Выбор аппаратов для генератора 160МВт:

Расчеты по выбору выключателя сведем в таблицу:

Таблица 12

Расчетные и каталожные данные

Расчетные данные

Каталожные данные

Выключатель элегазовый Alstom FKG1N[3]

Разъединитель

РВРЗ 2-220/1000УХЛ1[1]

;

6. 3. Выбор аппаратов для генератора 320МВт:

Расчеты по выбору выключателя сведем в таблицу:

Таблица 13

Расчетные и каталожные данные

Расчетные данные

Каталожные данные

Выключатель элегазовый Alstom FKG1F[3]

Разъединитель

РВПЗ 2-20/12500У3[1]

;

7.Выбор токопроводов и ошиновки РУ ВН

7.1. Выбор токопроводов.

Для генератора 160МВт выбираем следующий токопровод:

                                                                                                         Таблица 15

Характеристики токопроводов

Назначение

Наименование,  тип

, кВ

, А

, кА

, кА

Диаметр экрана

Генератор- силовой повышающий трансформатор

Токопровод пофазно-экранированный

ТЭНЕ-20-6300-300УХЛ1

20

6300

300

120

678

Отпайка к ТСН

ТЭНЕ-20-1600-560УХЛ1

20

1600

560

220

550

Проверка токопровода генератора:

Проверка токопровода ТСН:

Для генератора 320МВт выбираем следующий токопровод: 

Таблица 16

Характеристики токопроводов

Назначение

Наименование,  тип

, кВ

, А

, кА

, кА

Диаметр экрана

Генератор- силовой повышающий трансформатор

Токопровод пофазно-экранированный

ТЭНЕ-20-12500-400УХЛ1

20

12500

300

160

678

Отпайка к ТСН

ТЭНЕ-20-1600-560УХЛ1

20

1600

560

220

550

Проверка токопровода генератора:

Проверка токопровода ТСН:

7.2. Выбор ошиновки РУ ВН

Выбор сечения провода для трансформатора блока 160МВт :

Расчет минимальных уровней тока короткого замыкания

Если защитное устройство в цепи предназначено только для защиты от короткого замыкания, важно, чтобы оно работало с уверенностью при минимально возможном уровне тока короткого замыкания, который может возникнуть в цепи.

Как правило, в цепях низкого напряжения одно защитное устройство защищает от всех уровней тока, от порога перегрузки до максимальной отключающей способности устройства по номинальному току короткого замыкания.Защитное устройство должно иметь возможность срабатывать в течение максимального времени, чтобы гарантировать безопасность людей и цепи, для всего тока короткого замыкания или тока короткого замыкания, которые могут возникнуть. Чтобы проверить это поведение, необходимо вычислить минимальный ток короткого замыкания или ток короткого замыкания.

Кроме того, в некоторых случаях используются устройства защиты от перегрузки и отдельные устройства защиты от короткого замыкания.

Примеры таких устройств

Рисунок G43 — На рисунке G45 показаны некоторые общие схемы, в которых защита от перегрузки и короткого замыкания обеспечивается отдельными устройствами.

Рис. G43 — Цепь защищена предохранителями типа AM

Рис. G44 — Цепь защищена автоматическим выключателем без теплового реле перегрузки

Рис. G45 — Автоматический выключатель D обеспечивает защиту от короткого замыкания до нагрузки

включительно.

Как показано на Рисунок G43 и Рисунок G44, наиболее распространенные схемы, использующие отдельные устройства, управляют и защищают двигатели.

Рисунок G45 представляет собой частичное отступление от основных правил защиты и обычно используется в цепях шинопроводов (шинопроводов), рельсах освещения и т. Д.

Регулируемый привод

На рисунке G46 показаны функции, обеспечиваемые частотно-регулируемым приводом, и, при необходимости, некоторые дополнительные функции, обеспечиваемые такими устройствами, как автоматический выключатель, тепловое реле, УЗО.

Рис. G46 — Защита для приводов с регулируемой скоростью

Обеспечение защиты Защита, обычно обеспечиваемая частотно-регулируемым приводом Дополнительная защита, если она не обеспечивается частотно-регулируемым приводом
Перегрузка кабеля Да CB / тепловое реле
Перегрузка двигателя Да CB / тепловое реле
Короткое замыкание на выходе Да
Перегрузка привода с регулируемой скоростью Да
Повышенное напряжение Да
Пониженное напряжение Да
Обрыв фазы Да
Короткое замыкание на входе Автоматический выключатель

(отключение при коротком замыкании)

Внутренняя неисправность Автоматический выключатель

(отключение при коротком замыкании и перегрузке)

Замыкание на землю на выходе (косвенный контакт) (самозащита) УЗО ≥ 300 мА или выключатель в системе заземления TN
Неисправность прямого контакта УЗО ≤ 30 мА

Обязательные условия

Защитное устройство должно соответствовать:

  • Уставка мгновенного отключения Im мин для автоматического выключателя
  • сварочный ток Ia мин для предохранителя

Следовательно, защитное устройство должно удовлетворять двум следующим условиям:

  • Его отключающая способность должна быть больше, чем Isc, трехфазный ток короткого замыкания в точке установки
  • Устранение минимального возможного тока короткого замыкания в цепи за время tc, совместимое с тепловыми ограничениями проводников цепи:
tc≤k2S2Iscmin2 {\ displaystyle tc \ leq {\ frac {k ^ {2} S ^ {2}} {Isc_ {min} \, ^ {2}}}} (действительно для tc <5 секунд)

где S — площадь поперечного сечения кабеля, k — коэффициент, зависящий от кабеля материал проводника, изоляционный материал и начальная температура.

Пример: для медного сшитого полиэтилена, начальная температура 90 ° C, k = 143 (см. IEC60364-4-43 §434.3.2, таблица 43A и , рисунок G52).

Сравнение кривой характеристик срабатывания предохранителя или предохранителя защитных устройств с предельными кривыми тепловых ограничений для проводника показывает, что это условие выполняется, если:

  • Isc (min)> Im (уровень уставки срабатывания автоматического выключателя с мгновенной или короткой выдержкой времени), (см. рис. G47)
  • Isc (min)> Ia для защиты предохранителями.Значение тока Ia соответствует точке пересечения кривой предохранителя и кривой термостойкости кабеля (см. Рис. G48 и Рис. G49)

Рис. G47 — Защита автоматическим выключателем

Рис. G48 — Защита предохранителями типа AM

Рис. G49 — Защита предохранителями типа gG

Практическая методика расчета Lmax

На практике это означает, что длина цепи после защитного устройства не должна превышать расчетную максимальную длину: Lmax = 0.8 U Sph3ρIm {\ displaystyle L_ {max} = {\ frac {0.8 \ U \ S_ {ph}} {2 \ rho I_ {m}}}}

Необходимо проверить ограничивающее влияние импеданса длинных проводников цепи на величину токов короткого замыкания и соответственно ограничить длину цепи.

Для защиты людей (защита от короткого замыкания или косвенные контакты) методы расчета максимальной длины цепи представлены в главе F для системы TN и системы IT (вторая неисправность).

Два других случая рассматриваются ниже, для межфазных коротких замыканий и межфазных коротких замыканий.

1 — Расчет L

max для трехфазной трехпроводной схемы

Минимальный ток короткого замыкания возникает при коротком замыкании двух фазных проводов на удаленном конце цепи (см. рис. G50).

Рис. G50 — Определение L для трехфазной трехпроводной схемы

При использовании «традиционного метода» предполагается, что напряжение в точке защиты P составляет 80% от номинального напряжения во время короткого замыкания, так что 0,8 U = Isc Zd, где:

Zd = полное сопротивление контура короткого замыкания
Isc = ток короткого замыкания (фаза / фаза)
U = номинальное межфазное напряжение

Для кабелей ≤ 120 мм 2 реактивным сопротивлением можно пренебречь, так что Zd = ρ2LSph {\ displaystyle Zd = \ rho {\ frac {2L} {Sph}}} [1]

где:

ρ = удельное сопротивление материала проводника при средней температуре во время короткого замыкания,
Sph = c.s.a. фазного провода в мм 2
L = длина в метрах

Условие для защиты кабеля: Im ≤ Isc с Im = ток срабатывания, что гарантирует мгновенное срабатывание выключателя.

Это приводит к Im≤0,8UZd {\ displaystyle Im \ leq {\ frac {0.8U} {Zd}}}, что дает L≤0,8 U Sph3ρIm {\ displaystyle L \ leq {\ frac {0.8 \ U \ S_ { ph}} {2 \ rho I_ {m}}}}

Для проводников аналогичной природы U и ρ являются постоянными (U = 400 В для межфазного замыкания, ρ = 0.023 Ом.мм² / м [2] для медных проводников), поэтому верхняя формула может быть записана как:

Lmax = k SphIm {\ displaystyle L_ {max} = {\ frac {k \ S_ {ph}} {I_ {m}}}}

с Lmax = максимальная длина цепи в метрах

Для промышленных автоматических выключателей (IEC 60947-2) значение Im дается с допуском ± 20%, поэтому Lmax следует рассчитывать для Im + 20% (наихудший случай).

Значения коэффициента k

представлены в следующей таблице для медных кабелей с учетом этих 20% и в зависимости от поперечного сечения для Sph> 120 мм² [1]

Поперечное сечение (мм 2 ) ≤ 120 150 185 240 300
к (на 400 В) 5800 5040 4830 4640 4460

2 — Расчет L

max для 3-фазной 4-проводной цепи 230/400 В

Минимальный Isc возникает, когда короткое замыкание происходит между фазным проводом и нейтралью в конце цепи.

Требуется расчет, аналогичный приведенному выше в примере 1, но для однофазного замыкания (230 В).

  • Если Sn (нейтральное сечение) = Sph

Lmax = k Sph / Im с k, рассчитанным для 230 В, как показано в таблице ниже

Поперечное сечение (мм 2 ) ≤ 120 150 185 240 300
k (для 230 В) 3333 2898 2777 2668 2565
  • Если Sn (сечение нейтрали) 2 )

Lmax = 6666SphIm11 + m {\ displaystyle L_ {max} = 6666 {\ frac {Sph} {Im}} {\ frac {1} {1 + m}}}

м = SphSn {\ displaystyle m = {\ frac {Sph} {Sn}}}

Табличные значения для Lmax

На основе практического метода расчета, описанного в предыдущем параграфе, можно подготовить предварительно рассчитанные таблицы.

На практике таблицы Рис. F25 — Рис. F28, уже использованные в главе «Защита от поражения электрическим током и электрические пожары для расчета замыканий на землю», также могут быть использованы здесь, но с применением поправочных коэффициентов в рис. G51 ниже, чтобы получить значение Lmax, относящееся к межфазным коротким замыканиям или межфазным коротким замыканиям.

Примечание : для алюминиевых проводов полученную длину необходимо снова умножить на 0,62.

Рис.G51 — поправочный коэффициент, применяемый к длинам, полученным от Рис. F25 до Рис. F28, для получения Lmax с учетом межфазных коротких замыканий или межфазных коротких замыканий

Детали схемы
3-фазная 3-проводная цепь 400 В или 1-фазная 2-проводная цепь 400 В (без нейтрали) 1,73
1-фазный 2-проводный (фаза и нейтраль) цепь 230 В 1
3-фазная 4-проводная цепь 230/400 В или 2-фазная 3-проводная цепь 230/400 В (т.е.e с нейтралью) Sph / S нейтральный = 1 1
Sph / S нейтральный = 2 0,67

Примеры

Пример 1

В трехфазной трехпроводной установке на 400 В защиту от короткого замыкания двигателя мощностью 22 кВт (50 А) обеспечивает магнитный выключатель типа GV4L, мгновенное отключение по току короткого замыкания установлено на 700 А (точность ± 20%), т.е. в худшем случае для отключения потребуется 700 x 1,2 = 840 А.

Кабель c.s.a. = 10 мм², а материал проводника — медь.

В рис. F25 столбец Im = 700 A пересекает строку c.s.a. = 10 мм² при значении Lmax 48 м. Рис. G51 дает коэффициент 1,73 для применения к этому значению для 3-фазной 3-проводной цепи (без нейтрали). Автоматический выключатель защищает кабель от короткого замыкания, следовательно, при условии, что его длина не превышает 48 x 1,73 = 83 метра.

Пример 2

В цепи 3L + N 400 В защита обеспечивается автоматическим выключателем 220 А типа NSX250N с расцепителем micrologic 2 с мгновенной защитой от короткого замыкания, установленной на 3000 А (± 20%), т. Удельное сопротивление медных кабелей из EPR / XLPE при прохождении тока короткого замыкания, например, для максимальной температуры, которую они могут выдерживать = 90 ° C (см. Рисунок G37).

Расчет электрического короткого замыкания однофазного и трехфазного

С помощью этого калькулятора вы можете узнать уровень короткого замыкания однофазного или трехфазного электрического трансформатора.

В дополнение к расчету также представлена ​​формула, которая используется для расчета короткого замыкания, мы объясняем, как рассчитать уровень короткого замыкания за 1 шаг, мы перечисляем некоторые примеры расчетов и представляем таблицу с наиболее распространенными уровнями короткого замыкания .

Формула для расчета однофазных и трехфазных коротких замыканий трансформаторов (кА):

Как рассчитать уровень короткого замыкания трансформатора за 1 шаг:

Шаг 1:

Для расчета уровня короткого замыкания трансформатора мощность должна быть разделена между напряжением, умноженным на корень из трех, и полным сопротивлением трансформатора.

Пример : Трансформатор 75000 ВА имеет низкое напряжение 220 В и импеданс 3.5%, чтобы найти короткий уровень, вы должны разделить 75000 / (220 * √3 * 0,035), что даст: 5623kA.

Примечание: 35% в десятичном разряде 0,035

Примеры расчета уровней короткого замыкания:

Пример 1:

Трехфазный трансформатор подстанции среднего напряжения имеет мощность 630000 ВА, a первичное напряжение 13200 В и вторичное напряжение 480 В с импедансом 5%, уровень короткого замыкания которого имеет низкое напряжение трансформатора (вторичная сторона).

Rta: // Чтобы найти ответ, вы должны умножить напряжение на корень из трех и импеданс следующим образом: 480x√3 × 0,05 = 41,5, тогда вы должны разделить 630000VA между предыдущим результатом 41 , 5, что даст в результате 630000VA / 41,5 = 15155kA.

Пример 2:

Трансформатор промышленного предприятия трехфазный, мощностью 500 000 ВА, с напряжением во вторичной обмотке 4160 В и импедансом 5%, что является минимальным уровнем для этого трансформатора.

RTA: // Чтобы узнать короткий уровень, необходимо разделить ВА между умножением напряжения, корнем из трех и импедансом следующим образом: 500000 ВА / (4160 В x √3 × 0,05) = 1387 кА.

Пример 3:

Трансформатор небольшого здания однофазный 25000 ВА, с напряжением 240 В и импедансом 3%, который будет уровнем короткого замыкания трансформатора.

Rta: // Чтобы найти ответ, достаточно заменить переменные в калькуляторе уровня короткого замыкания, и он автоматически выдаст ответ: 3472 кВА.

Типичные значения импеданса в процентах:

Полное сопротивление трансформатора в процентах — это измеренное значение, которое напечатано на паспортной табличке и фактически является измерением напряжения.

Это испытание, которое производители проводят для силовых распределительных трансформаторов, и которое используется при вычислении тока повреждения. Это важно для координации устройств защиты от сверхтоков (OCPD), анализа короткого замыкания, гармонического анализа и исследований электрической дуги.

Если трансформатор имеет импеданс 6.33%, потребуется 6,33% первичного входного напряжения для генерации 100% номинального тока во вторичных обмотках при возникновении неисправности в худшем случае.

В электрических распределительных системах худший отказ возникает, когда металлический стержень с низким сопротивлением прорезает линии и называется отказом болтового соединения.

Теперь, если 100% напряжения приложено к первичному входу, то приблизительно (100 / 6.33 = 15,8x номинальный ток) оно будет течь во вторичной обмотке при неисправности в наихудших условиях.Это максимальный ток короткого замыкания, который может быть в системе.

Размер трансформатора (кВА) Типовые значения% Z
0-150 Ниже 4%
151-300 4%
301-600 5%
601-2500 6%
2501-5000 6,5%
5001-7500 7,5%
7501-10000 8.5%
Более 10 кВА 9,5%

Таблица уровней короткого замыкания (напряжение 220 В — 3 Ø):
ВА Полное сопротивление кА
5000 4% 328,04
7500 4% 492,06
10000 4% 656.08
15000 4% 984,12
25000 4% 1640.20
37500 4% 2460.30
30000 4% 1968.24
45000 4% 2952,36
50000 4% 3280,40
75000 4% 4920.60
112500 4% 7380.90
150000 4% 9841,20
225000 4% 14761.80
300000 4% 19682,40
400000 5% 2099
500000 5% 26243,19
630000 6% 27555,35
750000 6% 32803.99
800000 6% 34990,93
1000000 6% 43738,66
1250000 6% 54673,32
1600000 6%
2000000 6% 87477,31
2500000 6% 109346,64

Примечание: Уровни короткого замыкания, представленные в приведенной выше таблице, являются справочными и не должны использоваться для рассчитать любую электрическую систему.

Для определения размеров электрических систем необходимо использовать точные данные производителя трансформатора, которые будут использоваться в электроустановке.

Как использовать калькулятор уровня с короткими цифрами:

Первое, что нужно ввести, это ВА трансформатора, затем количество фаз, затем напряжение и, наконец, самое важное значение, импеданс трансформатора, вы можете найти справочные значения в таблице импеданса.

Qualify калькулятор короткого замыкания: [kkstarratings]

Расчет токов короткого замыкания в соответствии с IEC 60909

elec calc ™ рассчитывает токи короткого замыкания в соответствии с рекомендациями стандарта IEC 60909 .В соответствии с рекомендациями настоящего стандарта используется метод симметричной составляющей. Этот метод является наиболее точным и позволяет оптимизировать размер по сравнению с другими консервативными упрощенными методами.

Токи короткого замыкания автоматически пересчитываются каждый раз, когда на однолинейной схеме выполняется изменение, которое может изменить их. В зависимости от их расположения и системы заземления можно рассчитать следующие токи короткого замыкания:

  • Максимальный, минимальный и пиковый трехфазный ток короткого замыкания Ik3
  • Максимальный, минимальный и пиковый 2-фазный ток короткого замыкания Ik2
  • Максимальный, минимальный и пиковый ток короткого замыкания фазы / нейтрали Ik1
  • Максимальный, минимальный и пиковый ток короткого замыкания фазы / земли Если

Особый случай: в низковольтном оборудовании с системой заземления IT вычисленные и отображаемые токи короткого замыкания между фазой и землей соответствуют двум отдельным пробоям изоляции.Первый ток короткого замыкания рассчитывается для определения напряжения прикосновения.

Токи короткого замыкания используются в следующих функциях:

  • Защита от короткого замыкания: порог срабатывания или плавления защиты определяется в зависимости от минимального тока короткого замыкания, проходящего через эту защиту, то есть места, где он является самым слабым в зоне действия защиты.
  • Отключающая способность: цель состоит в том, чтобы убедиться, что защитные устройства способны отключать ток короткого замыкания, который может возникать в зоне воздействия защиты, без ухудшения (симметричный ток короткого замыкания в значении стандарта IEC 60909).
  • Включающая способность: цель состоит в том, чтобы убедиться, что отключающие устройства могут замыкаться при пиковом токе короткого замыкания, который может возникнуть, когда устройство замыкается, без ухудшения характеристик.
  • Термическое напряжение: Цель состоит в том, чтобы проверить, способны ли системы проводки выдерживать пропускаемую энергию во время срабатывания защиты при коротком замыкании.
  • Косвенные контакты: цель состоит в том, чтобы проверить, что время срабатывания защиты остается ниже определенного значения, в зависимости от напряжения прикосновения.Это напряжение прикосновения — это напряжение, которое может возникнуть между открытой проводящей частью устройства и землей в случае замыкания на землю. Поэтому он рассчитывается на основе тока короткого замыкания между фазой и землей If.
  • Динамическая стойкость: цель состоит в том, чтобы проверить, что определенные компоненты (системы шинопроводов, трансформаторы тока и т. Д.) Обладают достаточной динамической стойкостью, чтобы противостоять пиковым токам короткого замыкания, которые могут проходить через них.

Расчеты отказов — Введение

Расчеты неисправностей — один из наиболее распространенных видов расчетов, выполняемых при проектировании и анализе электрических систем.Эти расчеты включают определение тока, протекающего через элементы схемы при ненормальных условиях — коротких замыканиях и замыканиях на землю.

Типы неисправностей

Неисправность — это ненормальное или непреднамеренное соединение токоведущих элементов системы друг с другом или с землей. Импеданс таких соединений часто очень низкий, что приводит к протеканию больших токов. Энергия, содержащаяся в токах короткого замыкания, может быстро нагревать компоненты, создавать чрезмерные силы и может привести к разрушительным взрывам оборудования.

Обычно мы имеем дело с тремя типами неисправностей:

  1. Трехфазные неисправности
  2. Межфазные неисправности
  3. Замыкания на землю

Обычно наибольший ток повреждения возникает при трехфазном КЗ (хотя бывают и исключения).

Стандарты

IEC 60909 «Токи короткого замыкания в трехфазных системах» описывает международно признанный метод расчета токов короткого замыкания.IEC 60781 является адаптацией стандарта 60909 и применяется только к системам низкого напряжения.


IEC 60909 Ток сбоя При применении этих стандартов обычно вычисляются два уровня сбоя на основе коэффициента напряжения

  • максимальный ток, который вызывает максимальное тепловое и электромагнитное воздействие на оборудование (используется для определения номинальных характеристик оборудования)
  • минимальный ток (который может использоваться для настройки защитных устройств)

Стандарты также идеализируют неисправность, позволяя анализировать и понимать каждую ступень.Изображение (щелкните, чтобы увеличить версию) показывает этот сигнал.

В зависимости от положения в цикле, в котором формируется неисправность, будет присутствовать смещение постоянного тока, уменьшающееся со временем до нуля. Это создает начальное симметричное короткое замыкание I » k , которое со временем распадется до установившегося короткого замыкания I k .

Трехфазный отказ


Трехфазный отказ При трехфазном отказе все три фазы (L1, L2 и L3) закорочены вместе.

Чтобы найти ток короткого замыкания в любой точке сети, складывается сумма импедансов в сети между источником питания (включая полное сопротивление источника) и точкой, в которой происходит замыкание.

Чтобы найти ток повреждения I k , номинальное приложенное напряжение, U 0 делится на суммарный импеданс Z.

Междуфазные ошибки



to Phase Fault При отказе между фазами (например, от L1 до L2) две фазы соединены вместе.

Ток повреждения снова равен номинальному приложенному напряжению, деленному на суммарное сопротивление.

Короткое замыкание на землю


Нарушение заземления При замыкании на землю одна фаза напрямую соединена с землей (например, L1 — земля).

Чтобы найти значение тока замыкания на землю в любой точке сети, суммируются импедансы замыкания на землю в сети между источником питания (включая полное сопротивление источника) и импедансами обратного пути.

Использование таблиц

Часто, если требуется быстро найти фигуру парка мячей, достаточно использовать таблицы. Это особенно актуально для систем низкого напряжения. В других случаях фактические параметры оборудования могут быть недоступны, и необходимо прибегать к типовым значениям. Раздел «Примечания» на сайте содержит набор таблиц, которые помогут в следующих случаях:

Таблицы отказов низкого напряжения

Расчеты отказов — типовые параметры оборудования

Расчеты основных отказов

Тип отказа Расчет

Трехфазное замыкание

Межфазное замыкание

замыкание на землю

Один из самых простых способов при расчете неисправностей применяется закон Ома.Знание импеданса повреждения и напряжения на нем позволяет рассчитать ток повреждения:

Расчеты отказов на единицу

В системах с переменным уровнем напряжения расчеты на единицу позволяют определять уровни отказов путем нормализации системы до общая база. Этот метод расчета уровней неисправности известен как метод единицы или единичная система.

Чтобы узнать больше об этих расчетах на единицу, обратитесь к нашему примечанию:

Симметричные компоненты

Для условий дисбаланса расчет токов короткого замыкания является более сложным.Один из способов решения этой проблемы — использование симметричных компонентов. В симметричных компонентах система дисбаланса разбита на три отдельные симметричные системы, каждая из которых легко решается.

Чтобы узнать больше о симметричных компонентах, обратитесь к нашему примечанию:

IEC 60909 — Токи короткого замыкания в трехфазном переменном токе. системы

Часто при выполнении расчетов короткого замыкания необходимо выполнять их в соответствии с эталонным стандартом.При использовании эталонного стандарта расчеты согласованы, могут быть обоснованы и обеспечиваются контрольным журналом.

IEC 60909 — международный стандарт для расчета токов короткого замыкания. Документ определяет стандартизированный метод для разработки расчетов короткого замыкания, а также дает рекомендации по данным оборудования.

Чтобы узнать больше о том, как работает стандарт, обратитесь к нашему примечанию:

  • Расчет неисправности — IEC 60909 — примечание скоро будет

Вклад двигателя

В условиях неисправности двигатели работают с генераторами (до тех пор, пока вращение не уменьшится) и внесет ток в неисправность.Принимая во внимание вклад двигателя, стандарт IEC 60909 дает указания, как это сделать.

Для упрощения расчетов вклад двигателей в неисправность можно не учитывать, если:

Примечания по теме

% PDF-1.7 % 1993 0 объект > эндобдж xref 1993 117 0000000016 00000 н. 0000005450 00000 н. 0000005773 00000 п. 0000005827 00000 н. 0000005957 00000 н. 0000006315 00000 н. 0000006504 00000 н. 0000006543 00000 н. 0000006814 00000 н. 0000007112 00000 н. 0000007227 00000 н. 0000008013 00000 н. 0000008398 00000 п. 0000008857 00000 н. 0000009114 00000 п. 0000009632 00000 н. 0000009897 00000 н. 0000010264 00000 п. 0000010739 00000 п. 0000010990 00000 п. 0000011556 00000 п. 0000011742 00000 п. 0000012000 00000 н. 0000038818 00000 п. 0000067533 00000 п. 0000111494 00000 н. 0000132631 00000 н. 0000148441 00000 п. 0000151093 00000 н. 0000151391 00000 н. 0000273307 00000 н. 0000273382 00000 н. 0000273529 00000 н. 0000273627 00000 н. 0000273685 00000 н. 0000273890 00000 н. 0000273948 00000 н. 0000274052 00000 н. 0000274178 00000 н. 0000274363 00000 н. 0000274421 00000 н. 0000274551 00000 н. 0000274671 00000 н. 0000274864 00000 н. 0000274922 00000 н. 0000275146 00000 н. 0000275252 00000 н. 0000275483 00000 н. 0000275541 00000 н. 0000275659 00000 н. 0000275803 00000 н. 0000276036 00000 н. 0000276093 00000 н. 0000276275 00000 н. 0000276443 00000 н. 0000276616 00000 н. 0000276673 00000 н. 0000276795 00000 н. 0000276915 00000 н. 0000277112 00000 н. 0000277169 00000 н. 0000277291 00000 н. 0000277415 00000 н. 0000277531 00000 н. 0000277588 00000 н. 0000277645 00000 н. 0000277779 00000 н. 0000277836 00000 н. 0000277893 00000 н. 0000277948 00000 н. 0000278005 00000 н. 0000278062 00000 н. 0000278258 00000 н. 0000278315 00000 н. 0000278372 00000 н. 0000278478 00000 н. 0000278588 00000 н. 0000278645 00000 н. 0000278702 00000 н. 0000278760 00000 н. 0000278940 00000 н. 0000278998 00000 н. 0000279112 00000 н. 0000279224 00000 н. 0000279348 00000 н. 0000279406 00000 н. 0000279462 00000 н. 0000279520 00000 н. 0000279578 00000 н. 0000279636 00000 н. 0000279782 00000 н. 0000279840 00000 н. 0000280018 00000 н. 0000280076 00000 н. 0000280212 00000 н. 0000280270 00000 н. 0000280328 00000 н. 7 * / f ш.7 @ EyQ8rq’M

myCableEngineering.com> Расчет отказов IEC 60909

Для расчета системных неисправностей мы можем использовать рекомендации, приведенные в IEC 609096 «Токи короткого замыкания в трехфазных сетях переменного тока. Для неисправностей, далеких от неисправностей генератора в трехфазных системах, каждый тип неисправности представляет собой симметричный ток короткого замыкания . I « k выдается:

Формулы

Трехфазная система Однофазная система Д.C. Система
Трехфазное короткое замыкание Ik «= cUn3Z1
Линейное короткое замыкание Ik2 «= cUnZ1 + Z2 = cUn2Z1 = 32Ik» Ik «= cUn32Z1 Ik «= cUn2Z1
Короткое замыкание между фазой и землей IkE2E «= 3cUnZ2Z1Z2 + Z1Z0 + Z2Z0 = 3cUnZ1 + 2Z0
Линия-земля короткое замыкание Ik1 «= 3cUnZ1 + Z2 + Z0 = 3cUn2Z1 + Z0 Ik «= cUn3Z1 + Z0 Ik «= cUnZ1 + Z0

Примечание:

  1. Z 1 , Z 2 и Z 0 — симметричные компоненты
  2. для большинства компонентов (кроме синхронных машин) можно принять Z 2 как Z 1 .
  3. для однофазной сети эквивалентен фазе нейтрали, а для постоянного тока положительный на отрицательный

Для нескольких последовательных цепей в замкнутом контуре окончательный ток короткого замыкания определяется по формуле:

Ik «= cUn3∑iZi — для цепей переменного тока

Ik «= cUn∑iZi — для цепей постоянного тока

Импеданс источника

Импеданс источника Z Q , определяется по формуле:

ZQ = cUn3Ik «- трехфазные и однофазные системы

ZQ = cUnIk «- d.c. системы

Максимальный и минимальный уровни неисправности

Обычно рассчитываются как максимальный уровень отказа (используется для оценки оборудования), так и минимальный уровень (используется для настроек защиты). При оценке максимума и минимума учитываются следующие условия:

  1. Используйте c max или c min коэффициент напряжения в зависимости от случая
  2. При вычислении полного сопротивления внешней сети ( Z q ) используйте максимальное или минимальное значение тока короткого замыкания в зависимости от случая.

Примечание: IEC 60909 рекомендует сопротивление, рассчитанное при 20 ° C для максимального короткого замыкания и при температуре в конце короткого замыкания для минимального уровня короткого замыкания.В настоящее время в myCableEngineering мы используем рабочую температуру проводника в качестве эталона как для максимального, так и для минимального уровня неисправности. Заданные пользователем (входные) уровни неисправности принимаются как уровни с коэффициентом напряжения c = 1.

Коэффициент напряжения, c
Номинальное напряжение
Un
Коэффициент напряжения, c
максимальные токи короткого замыкания
c max
минимальные токи короткого замыкания
c мин
Низкое напряжение, от 100 до 1000 В 1.05 0,95
Среднее напряжение, от 1 кВ до 33 кВ 1,10 1,00
Высокое напряжение,> 35 кВ 1,10 1,00

Символы

c — коэффициент напряжения
I « k — начальный симметричный трехфазный ток короткого замыкания (среднеквадратичное значение), A
I « к1 между фазой земли
I « к2 между линиями
I « kE2E между фазой и землей
U n — номинальное линейное напряжение системы (r.м. с.), В
— положительно-отрицательное напряжение для постоянного тока.
Z 1 — полное сопротивление короткого замыкания прямой последовательности, Ом
Z 2 — полное сопротивление короткого замыкания обратной последовательности, Ом
Z 0 — полное сопротивление короткого замыкания нулевой последовательности, Ом
Z q — полное сопротивление любой внешней сети, Ом

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 короткого замыкания 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 короткого замыкания.

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

Симметричные неисправности в энергосистеме случаются очень 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 является суммой 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 клемме 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.

% импеданс генератора на базе 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.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.