Трехфазное кз: ЭлектрО — Трехфазное короткое замыкание

Внезапное трехфазное кз синхронного генератора

Страница 40 из 51

Внезапное трехфазное короткое замыкание синхронного генератора

При исследовании статических режимов синхронной машины мы использовали уравнение напряжений
,
полученное из физических представлений на основе понятия о вращающихся магнитных полях. Такой подход позволил сравнительно просто выявить основные свойства и характеристики синхронных машин в установившихся режимах. Поведение же синхронной машины в динамических режимах описывается системой дифференциальных уравнений. Однако для качественного анализа электромагнитных переходных процессов также удобно использовать физический подход.

Рассмотрим внезапное симметричное короткое замыкание синхронного генератора из режима холостого хода при , и . При анализе внезапного короткого замыкания основной интерес представляют величины токов обмотки статора и характер их изменения во времени.

Расчет токов короткого замыкания трехфазного явнополюсного генератора с обмоткой возбуждения f и двумя короткозамкнутыми эквивалентными демпферными обмотками и по осям d и q ротора (рис. 5.56) может быть выполнен с помощью дифференциальных уравнений магнитосвязанных контуров синхронной машины:
; ;

; ;
; .
Однако строгое аналитическое решение данной системы уравнений оказывается достаточно сложным. С целью упрощения воспользуемся теоремой о постоянстве потокосцепления короткозамкнутого сверхпроводящего контура. Поскольку в сверхпроводящем контуре активное сопротивление , то уравнение напряжения для него имеет вид

и, следовательно, потокосцепление . Любые изменения потока взаимоиндукции сверхпроводящего контура вызывают протекание тока в нем такой величины и такого направления, что поле этих токов компенсирует изменение потока взаимоиндукции и поэтому результирующий поток остается неизменным.

Реальные контуры синхронных машин обладают малым активным сопротивлением, и для начального периода короткого замыкания можно принять активные сопротивления всех обмоток равными нулю.

Пусть в первый момент короткого замыкания () положение вектора потока обмотки возбуждения определяется углом относительно фазы «а» статора (рис. 5.57). Этот поток образует с обмотками статора потокосцепления

где — максимальное потокосцепление фазы в момент совпадения ее магнитной оси с осью d ротора.
Согласно теореме о постоянстве потокосцепления полные потокосцепления фаз , , должны оставаться неизменными и при . В произвольный момент времени t положение вектора задается углом , т.е. потокосцепления фаз статора с этим потоком будут меняться с течением времени. Для того, чтобы полные потокосцепления фаз статора остались неизменными, в них должны возникнуть системы апериодических и периодических токов. Система апериодических токов создает поток реакции якоря , неподвижный относительно статора и равный в первый момент короткого замыкания потоку , а система периодических токов создает поток реакции якоря , вращающийся синхронно с потоком , но направленный в противоположную сторону.
Возникновение двух магнитных полей реакции якоря вызывает, в соответствии с теоремой о постоянстве потокосцеплений замкнутых роторных контуров, токи, противодействующие образованию новых магнитных полей и тем самым обеспечивающие постоянство потокосцеплений соответствующих обмоток. Внезапное возникновение вращающегося магнитного поля реакции якоря , неподвижного относительно ротора, вызывает в замкнутых роторных контурах апериодические токи , , , а неподвижное поле реакции якоря наводит в короткозамкнутых роторных контурах периодические токи , , частоты , которые постепенно затухают по мере затухания апериодических токов статора.

Трансформаторная связь между апериодическими токами ротора и периодическими токами статора может быть выражена уравнениями потокосцеплений. В соответствии с теоремой о постоянстве потокосцеплений каждой обмотки по оси d имеем

где — индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси; , , — индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора по продольной оси.

Первое уравнение определяет потокосцепление фазы «а» при . Второе уравнение определяет потокосцепление обмотки возбуждения, а третье — потокосцепление эквивалентной демпферной обмотки по оси d. Уравнения потокосцеплений могут быть преобразованы к более удобному для анализа виду, если заменить и сгруппировать члены, зависящие от :

Этим уравнениям соответствует схема замещения (рис.5.59). Входное сопротивление схемы

называется сверхпереходным индуктивным сопротивлением обмотки статора по оси d. Величина сопротивления зависит, главным образом, от сопротивлений рассеяния обмоток статора и ротора. Порядок этого сопротивления Физически малая величина сопротивления объясняется следующим. В результате действия апериодических токов ротора поток реакции якоря замыкается по путям рассеяния демпферной обмотки и обмотки возбуждения (рис. 5.60). Проводимость для потока снижается, и сопротивление оказывается небольшим.

Так как сопротивления роторных обмоток и не равны нулю, то с течением времени апериодические составляющие и затухают. Токи демпферной обмотки затухают быстрее, так как сопротивление демпферной обмотки на порядок выше, чем сопротивление обмотки возбуждения. После затухания апериодического тока поток частично проходит через ротор (рис. 5.61), поэтому проводимость для потока возрастает. Схема замещения в этом случае (рис. 5.62) не содержит сопротивления рассеяния демпферной обмотки. Входное сопротивление схемы

называется переходным индуктивным сопротивлением обмотки статора по оси d. В сравнении с сопротивление имеет большую величину,

В дальнейшем по мере затухания апериодического тока в обмотке возбуждения поток реакции якоря все больше проникает в ротор. Когда апериодическая составляющая тока ротора полностью затухнет, поток будет беспрепятственно проходить через ротор (рис. 5.63). В итоге схема замещения будет содержать два последовательно соединенных сопротивления (рис. 5.64). Входное сопротивление схемы

представляет собой полное индуктивное сопротивление машины по продольной оси в установившемся режиме.

Решая первое уравнение потокосцеплений, находим периодическую составляющую тока якоря
,
или .

Первый член этого уравнения соответствует установившемуся току короткого замыкания, индуцируемому в обмотке якоря током возбуждения , а два других члена — составляющим тока якоря, индуцируемым апериодическими токами ротора и . Знак «-» означает, что поле реакции якоря носит размагничивающий характер. Согласно схеме замещения (рис. 5.59) периодический ток реакции якоря в первый момент короткого замыкания определяется сопротивлением :
,
а после затухания апериодического тока демпферной обмотки (рис. 5.61) ток определяется сопротивлением :
.
Данные соотношения позволяют определить токи и :
; .
Апериодические токи обмотки возбуждения и демпферной обмотки затухают с постоянными времени и соответственно. Постоянная времени определяется из схемы рис. 5.61, если учесть в контуре обмотки возбуждения сопротивление :

.
Она называется постоянной времени переходного процесса. Постоянная времени сверхпереходного процесса определяется из схемы замещения рис. 5.59, если учесть сопротивление в контуре демпферной обмотки:
.
Таким образом, периодическая составляющая тока якоря с течением времени будет изменяться по закону
.
Отсюда получаем мгновенное значение периодического тока короткого замыкания в фазе «а»:
.

Рассмотрим закон изменения апериодической составляющей тока статора . Магнитный поток , созданный этим током, неподвижен в пространстве, поэтому при вращении ротора он будет замыкаться либо по продольной, либо по поперечной оси. Реакция ротора на внезапное появление потока по продольной оси рассмотрена выше (см. рис. 5.59). Аналогичная реакция имеет место и при возникновении потока по поперечной оси (рис. 5.65).

Поэтому схема замещения синхронной машины по оси q будет иметь вид, представленный на рис. 5.66. Входное сопротивление схемы

называется сверхпереходным индуктивным сопротивлением синхронной машины по поперечной оси.
В первый момент короткого замыкания при апериодическая составляющая равна и обратна по знаку периодической составляющей
.
Так как этот ток является свободным и не поддерживается внешними источниками, то он с течением времени затухает до нуля,
,
где — постоянная времени обмотки статора.
Реакция ротора на постоянный магнитный поток (рис. 5.59 и 5.65) аналогична реакции на поток обратной последовательности, поэтому постоянная определяется индуктивным сопротивлением .
При магнитной или электрической несимметрии ротора апериодическая составляющая будет испытывать периодические колебания между и с двойной частотой:
.
Для произвольного положения ротора в первый момент короткого замыкания апериодическая составляющая тока фазы «а» статора определится из выражения
.
Характер изменения во времени составляющих , и полного тока фазы при трехфазном коротком замыкании для показан на рис. 5.67.

Наибольший ток короткого замыкания называется ударным током короткого замыкания . Ток достигает ударного значения примерно через полпериода после начала короткого замыкания. Величина ударного тока с учетом затухания апериодических токов статора и ротора определяется по формуле
.
Ток короткого замыкания создает весьма опасные электродинамические усилия в зоне лобовых частей обмотки статора. Эти усилия стремятся отогнуть лобовые части обмотки статора к торцевой поверхности сердечника статора. ГОСТ ограничивает величину ударного тока короткого замыкания мощных машин значением .
Переходные токи короткого замыкания создают также знакопеременный момент на валу машины. Амплитуда этого момента может в 5¸15 раз превышать номинальный момент, поэтому его необходимо учитывать при расчете на прочность валов и муфт, соединяющих синхронный генератор с турбиной. Тепловые воздействия токов короткого замыкания не представляют большой опасности для генератора, так как длительность короткого замыкания обычно не превышает 1 с.

• Назад
• Вперёд

Виды, причины и последствия КЗ | Тяговые и трансформаторные подстанции | Архивы

Страница 31 из 52

ГЛАВА VI
ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В СИСТЕМАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ИХ РАСЧЕТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ
Виды, причины и последствия КЗ

Виды и причины КЗ.

 В каждой электрической системе различают нормальный (рабочий) и аварийный режимы.
Под нормальным режимом понимают такой порядок работы электрической цепи, при котором электрическая энергия поступает от источников питания к потребителям с нормальными потерями в сети. Этот режим характеризуется токами, величины которых зависят от напряжений и сопротивлений сети и приемников.

Коротким замыканием (КЗ) называется режим, при котором цепь источника питания замыкается через относительно малое сопротивление. Токи КЗ возникают в электрической цепи в результате соединения разных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, которое в большинстве случаев почти равно нулю. Сопротивлением электрической дуги, образующейся в некоторых случаях при КЗ, обычно пренебрегают и расчеты ведут на наибольшие токи КЗ, которые проходят при так называемом металлическом соединении.
Различают следующие виды КЗ: трехфазное (рис. 102, а) или симметричное (К(3)), когда три фазы соединяются между собой; двухфазное (К(2)), когда две фазы соединяются между собой без соединения с землей; однофазное (К(1)), когда одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю; двойное замыкание на землю (К1,1), когда две фазы замыкаются между собой через землю. Если все виды КЗ принять за 100 %, то их относительная вероятность на основании статистики составляет: трехфазных — 5%; двухфазных— 10%; двойных замыканий на землю — 20%; однофазных — 65 %.

Основными причинами возникновения КЗ являются нарушения изоляции как токоведущих частей, так и электрической аппаратуры. Причины, вызывающие нарушение изоляции, многообразны и могут иметь временный и постоянный характер. Временное нарушение изоляции, которое устраняется после отключения поврежденного участка, возникает при прямых ударах молнии, схлестывании проводов воздушной сети во время ветра и гололеда, набросах проводников на токоведущие части, перекрытии изоляции при неправильных операциях разъединителями, перекрытии или уменьшении изолирующих промежутков птицами, насекомыми и т. п. Постоянное нарушение изоляции, не исчезающее и после отключения аварийного участка, возникает при пробое изоляции вследствие ее старения или недоброкачественности, механических повреждениях кабелей при земляных работах и т. п. Независимо от того, временный или постоянный характер носит то или иное повреждение изоляции, все повреждения связаны с появлением значительных токов КЗ.
При рассмотрении КЗ различают системы с заземленной и изолированной нейтралью.

В системах с глухозаземленной нейтралью (см. рис. 102, а) соединение фазы с землей представляет однофазное КЗ. Ток однофазного КЗ достигает больших значений и имеет преимущественно индуктивный характер. Величина этого тока в основном ограничена индуктивным сопротивлением источника тока, питающего цепь КЗ, линии и других устройств. Установлено, что из трех видов КЗ на зажимах трехфазного синхронного генератора с заземленной нейтралью — трехфазного, двухфазного и однофазного — наибольшая величина установившегося тока получается при однофазном КЗ. В установившемся режиме величина тока трехфазного КЗ на зажимах генератора в 2,5 раза меньше тока однофазного КЗ и в 1,5 раза меньше тока двухфазного КЗ. Однако при КЗ в удаленных от генератора точках наиболее опасным КЗ является трехфазное, хотя оно и происходит наиболее редко. Это объясняется следующим. При КЗ на зажимах генератора величина тока КЗ зависит только от соотношения сопротивлений его обмоток при указанных видах КЗ. По мере удаления точки КЗ от генератора величину тока КЗ определяют сопротивления элементов цепи КЗ (линии, трансформаторы, реакторы), так как сопротивления обмоток генератора незначительны по сравнению с ними.

Рис. 102. Токи и напряжения в системе с заземленной (а) и изолированной (б, в) нейтралью при КЗ

В электрических системах с заземленной нейтралью для тока однофазного КЗ применяют искусственные ограничительные меры. В одних случаях нейтрали заземляют не на всех трансформаторах, а только на части трансформаторов, оставляя другие работать с изолированными нейтралями; в других случаях нейтрали заземляют либо через активное сопротивление R, либо через относительно большие индуктивные сопротивления XL (см. рис. 102, а). В результате этого наибольший возможный ток однофазного КЗ в электрических системах обычно не превышает наибольшего возможного тока трехфазного КЗ. Прохождение однофазного тока КЗ обычно вызывает срабатывание релейной защиты линии и отключение потребителей от системы, что является существенным недостатком систем с заземленными нейтралями. В СССР с глухозаземленными нейтралями работает большинство сетей напряжения 110 и 220 кВ. Заземление нейтралей через реакторы применяют для мощных систем напряжением 110; 220, 500 кВ и выше.
В системе с изолированной нейтралью (рис. 102, б) соединение одной фазы с землей называется просто замыканием на землю. Токи в этом случае имеют преимущественно емкостный характер, достигая нескольких десятков ампер в крупных установках с развитыми сетями, и зависят от напряжения и длины линий. Приближенно ток замыкания на землю I3, равный емкостному току Iс, можно определить по формуле Iз = Iс=U (35 lK + I в)/350,         (27)

где U—линейное напряжение, кВ; Iв и I—длины электрически связанных воздушных и кабельных линий сети данного напряжения, км.
Так как при однофазных замыканиях на землю в системе с изолированной нейтралью токи замыкания на землю незначительны, то нет необходимости мгновенного отключения линии от защиты. К тому же работа приемников электроэнергии не нарушается, так как напряжения между фазами остаются неизменными и сдвинутыми по фазе на угол 120°. Защита от такого рода замыканий действует обычно на сигнал, по которому дежурный персонал должен принять меры для нахождения и устранения однофазного замыкания на землю. Считается допустимым работа линии при однофазном замыкании в течение не более 2 ч, после чего питание потребителей должно быть переведено на другую линию (если она есть) или вообще отключено. При более длительной работе с однофазным замыканием возможно замыкание на землю другой фазы и какой-либо точке,  что может привести к тяжелой аварии.

При однофазном замыкании па землю изменяется напряжение фаз по отношению к земле. В нормальном режиме работы напряжения фаз симметричны и численно равны фазному напряжению установки относительно земли. Сумма емкостных токов фаз по отношению к земле равна нулю. При замыкании, например, фазы С на землю (см. рис. 102, б и в) напряжение Uc относительно земли становится равным нулю вследствие отсутствия разности потенциалов между землей и фазой с замыканием на землю; напряжение относительно земли неповрежденных фаз А и В увеличивается в √3 раз и становится равным междуфазному напряжению установки (ввиду наличия на земле потенциала U с)
Ua=Uac = √3Ua и U в =U вс ; √З U в.

Особенно опасно однофазное замыкание на землю через электрическую дугу. Эта дуга может периодически гаснуть и зажигаться (так называемая перемежающаяся дуга) и вызвать перенапряжение сети, так как последняя представляет собой колебательный контур. Перенапряжения достигают (2,5-3,0) Uφ и распространяются на всю электрически связанную сеть, в результате чего возможны пробои изоляции неповрежденных фаз (в частях установки с ослабленной изоляцией), т. е. переход однофазного замыкания на землю в двойное КЗ на землю. Перемежающаяся дуга возникает вероятнее всего при емкостном токе более 5 А, а опасность дуговых перенапряжений возрастает с увеличением напряжения сети (наиболее опасны дуговые перенапряжения в установках 35 кВ и выше).
Электроустановки напряжением выше 1000 В подразделяют на установки с большим и малым током замыкания на землю. К установкам с большим током замыкания на землю относятся установки с заземленными нейтралями и током замыкания на землю более 500 А (установки напряжением 110 кВ и выше). К установкам с малым током замыкания на землю относят обычно установки с изолированными нейтралями (до 35 кВ включительно) или нейтралями, заземленными через большие сопротивления, у которых ток замыкания на землю менее 500 А.

Меры по ограничению действий КЗ.

В современных электрических системах возникающие токи КЗ достигают огромных значений — десятков и сотен тысяч ампер. Проходя по элементам короткозамкнутой цепи, эти токи оказывают динамическое и термическое воздействие на электрическое оборудование, аппаратуру и токоведущие части. Последствиями динамического и термического воздействия токов КЗ могут быть разрушения сборных шин, частей аппаратуры, токоведущих частей генераторов и трансформаторов, перегрев и расплавление проводов, оплавление контактов отключающих аппаратов и т. п. Размеры и характер повреждения оборудования электроустановки могут вызвать различные по продолжительности перерывы электроснабжения отдельных потребителей. Короткое замыкание, вызывающее в системе значительное понижение напряжения сети, может нарушить устойчивую параллельную работу электростанций системы и выпадение их из синхронизма.
Для предотвращения возникновения КЗ, ограничения их развития и обеспечения надежности электроснабжения следует сделать правильный выбор: схемы электрических соединений электроустановки; оборудования, стойкого против динамических и термических действий токов КЗ; средств ограничения токов КЗ; надежной релейной защиты, предотвращающей развитие аварий или их возникновение; заземляющих устройств. Кроме того, должна быть обеспечена динамическая устойчивость параллельной работы электростанций.                                                                                                                                                                   

Чтобы реализовать эти мероприятия, необходимо знать возможные величины токов КЗ в различных точках системы и электроустановки. Полому при проектировании электроустановок после выбора принципиальных схем одним из первых этапов является расчет токов КЗ.
И настоящее прем я имеется несколько способов расчета токов КЗ с различной степенью точности. Применяют их в зависимости от назначения расчета. Наибольшая точность требуется при исследовании устойчивости параллельной работы электростанций и проектировании сложных видов релейной защиты. Правильный выбор аппаратуры и релейной защиты железнодорожных электроустановок обеспечивают приближенные методы расчета токов КЗ, которые нашли широкое применение и при расчете токов КЗ для электроустановок промышленных предприятий других ведомств.

• Назад
• Вперед

Токи короткого замыкания | 3-фазный VS 1-фазный – Основы PAC

Содержание

 [скрыть]

Введение

Расчеты короткого замыкания выполняются по нескольким причинам. В исследованиях короткого замыкания, как правило, используются различные характеристические значения тока короткого замыкания, например, рассчитываются пиковый ток короткого замыкания ( i _p ), эквивалентный тепловой ток короткого замыкания ( I _th ) и т.д. Также часто возникает необходимость рассчитать различные типы токов короткого замыкания, например. симметричный или несимметричный. В каждом приложении в качестве входных данных используется разное значение тока короткого замыкания. Например, при расчетах заземления ясно, что входное значение представляет собой ток короткого замыкания одиночной линии на землю. Напротив, для выбора автоматического выключателя генератора и анализа распространения гармоник в качестве входных данных требуются значения трехфазного короткого замыкания.

Исходя из этих соображений, определение размеров электрических устройств с учетом теплового и динамического воздействия токов короткого замыкания может быть довольно сложной задачей. Электроконструктору необходимо использовать для этих целей максимальные значения токов короткого замыкания. Как правило, значение трехфазного тока короткого замыкания является самым высоким значением. Но это не всегда так. Очень важно, чтобы проектировщик электротехники понимал, какое значение тока короткого замыкания следует принимать для определения размеров электрических устройств. Основная цель этой статьи — указать на тонкую дилемму выбора правильного значения тока короткого замыкания для определения размеров электрооборудования. Теоретический вывод сделан на очень простом примере схемы.

Трехфазный ток короткого замыкания

Предположим, что имеется простая сеть согласно рисунку 1. Полное сопротивление трансформатора на единицу измерения рассчитано на основе следующих базовых значений: S _base = 100 МВА и V _base = 110 кВ.

Рисунок 1. Однолинейная схема электрической сети

Трансформатор T1 питает распределительную нагрузку. Предположим далее, что сеть 110 кВ эксплуатируется как глухозаземленная. На рис. 2 показана эквивалентная схема для случая трехфазного замыкания в точке F:

Рисунок 2. Схема эквивалентной последовательности для трехфазного короткого замыкания

Трехфазное короткое замыкание является симметричным, поэтому компоненты обратной и нулевой последовательности отсутствуют. Эквивалентная сеть последовательностей состоит только из сети положительной последовательности. Решение для тока короткого замыкания,

, где индекс 1 используется для обозначения прямой последовательности

Расчет тока короткого замыкания даст,

-на землю) короткое замыкание в точке F. Значение тока короткого замыкания зависит от соединения нулевой последовательности трансформатора Т1 (которое определяется типом трансформатора и соединением его обмотки).

Рассмотрим корпусной трансформатор. Согласно [2], [3] трансформаторы корпусного типа имеют отношение нулевой последовательности к прямой в диапазоне X ₀ / X ₁ = 1:10 в зависимости от соединения обмоток трансформатора. Рассмотрим, например, отношение нулевой последовательности к прямой последовательности, X ₀ / X ₁ = 1. Это означает, что импеданс нулевой последовательности трансформатора равен его импедансу прямой последовательности, Z _T0 = Z _T1 . Эквивалентная схема показана на следующем рисунке.

Рисунок 3. Эквивалентная схема последовательности для однофазного короткого замыкания

Поскольку все три импеданса последовательности равны, Z _T1 = Z _{T2 = Z T0 , мы можем вычислить Z T0 ток короткого замыкания, как показано ниже.}

Значение тока однофазного короткого замыкания в этом случае равно току трехфазного короткого замыкания.

Во втором случае рассмотрим трансформатор с сердечником (T1) с импедансом нулевой последовательности, Z _T0 = 0,85 Z _T1 . Решение для тока короткого замыкания,

В этом случае значение однофазного короткого замыкания больше, чем трехфазного тока короткого замыкания. Такая ситуация может возникнуть в случае «близких» замыканий на глухозаземленных трансформаторах или заземляющих трансформаторах. Это особенно актуально для трансформаторов со следующими соединениями обмоток:

• Yz
• Dy
• Dz

, где y или z заземлены на стороне низкого напряжения.

В технической литературе можно найти, что однофазные токи короткого замыкания могут в 1,5 раза превышать трехфазные токи короткого замыкания.

В глухозаземленных сетях электрические устройства должны быть рассчитаны на большее значение тока короткого замыкания.

В незаземленных сетях (изолированных) или в резонансных, заземленных через активное/реактивное сопротивление сетях однофазное короткое замыкание не может произойти (вместо этого в этих сетях происходит замыкание на землю). Поэтому в этом типе сети значение трехфазного тока короткого замыкания всегда самое высокое.

Ссылки

[1] IEC 60909 – 0: Токи короткого замыкания в трехфазной сети переменного тока. системы. Часть 0: Расчет токов. Действует с 1.10.2016.

[2] IEC 60909–2: Электрооборудование. Данные для расчета тока короткого замыкания в соответствии с IEC 60909. Действительны с 1.8.2000.

[3] Schlabbach, J.: Токи короткого замыкания. Институт электротехники и технологий. Лондон, Великобритания, 2005 г.

Нравится:

Нравится Загрузка…

IEC-60909 Короткое замыкание в EasyPower

Главная
/
Ресурсы
/
IEC-60909 Короткое замыкание в EasyPower

Введение

EasyPower предлагает полное и точное решение для расчета короткого замыкания в трехфазных системах переменного тока с использованием стандарта IEC-60909. Вы можете вводить данные и параметры оборудования через удобный интерфейс. Результаты соответствуют требованиям IEC-60909 и соответствуют примеру, приведенному в IEC TR 609.09-4 раздел 6. В пользовательском интерфейсе и отчетах используется стандартная терминология IEC.

EasyPower поддерживает следующие четыре типа условий короткого замыкания согласно IEC 60909:

• 3-фазное короткое замыкание
• Междуфазное короткое замыкание
• Междуфазное короткое замыкание с заземлением (двойная фаза-земля)
• Короткое замыкание линии на землю.

Расчетные значения

Вы можете получить следующие значения токов короткого замыкания в месте повреждения как для максимального, так и для минимального тока короткого замыкания:

• Начальный симметричный ток короткого замыкания ( I _k ^” )
• Пиковый ток короткого замыкания ( i _p )
• Симметричный ток отключения при коротком замыкании ( I _b ) при 0,02 с, 0,05 с, 0,1 с и 0,25 с
• Постоянная составляющая ( i _{постоянная} ) тока короткого замыкания во время отключения
• Установившийся ток короткого замыкания ( I _k )

Рисунок 1 : Отображение токов короткого замыкания

Токи можно просматривать в различных форматах, таких как фазные токи для фаз A, B и C, или в симметричных компонентах: прямой последовательности, обратной последовательности, нулевой последовательности и значение 3I0 (в 3 раза больше тока нулевой последовательности). Соответствующие напряжения могут отображаться на шинах. Значения могут отображаться в виде величины, величины и угла или в действительной и мнимой величинах.

Рисунок 2 : Токи короткого замыкания затухают с течением времени

Методика

EasyPower использует эквивалентный источник напряжения в месте короткого замыкания, симметричные компоненты, импеданс сети и коэффициент напряжения c, как описано в раздел 2.3 стандарта. Полное сопротивление короткого замыкания для электрического оборудования модифицируется с использованием поправочных коэффициентов полного сопротивления, которые рассчитываются на основе раздела 3. Поправочные коэффициенты полного сопротивления применяются для сети или электросети ( K _Q ), генераторы ( K _G ), блоки электростанций с устройством РПН ( K _S ), блоки электростанций без устройства РПН ( K _СО ), двух- и трехобмоточные трансформаторы ( К _Т ). Сопротивление кабелей, линий электропередач и шинопроводов для расчетов максимального тока короткого замыкания основано на температуре проводника при 20°C. Для минимальных токов короткого замыкания сопротивления основаны на расчетной температуре в конце состояния короткого замыкания. Сопротивление реактивному сопротивлению ( R / X ) коэффициенты для различного оборудования могут быть рассчитаны в соответствии с рекомендациями стандарта или введены пользователем в соответствии с данными производителя. Для расчетов минимального короткого замыкания влияние двигателя исключено. Конденсаторы и невращающиеся нагрузки в расчеты не включаются. Программа предназначена для устранения коротких замыканий в ячеистых сетях.

Коэффициенты напряжения (c)

Коэффициент напряжения c используется для масштабирования эквивалентного источника напряжения в расчетах для учета изменений напряжения в системе. Этот коэффициент также используется при расчете поправочных коэффициентов импеданса. EasyPower использует следующие коэффициенты c по умолчанию для максимальных и минимальных условий короткого замыкания. Вы можете изменить эти значения по мере необходимости в параметрах короткого замыкания.

Таблица 1 : C-фактор напряжения по умолчанию

Поправочные коэффициенты импеданса

EasyPower применяет поправочные коэффициенты импеданса при расчете короткого замыкания на основе стандарта IEC-60909-0.

Поправочные коэффициенты полного сопротивления трансформатора

Поправочный коэффициент трансформатора K _T для блоков с двумя обмотками с устройством РПН (LTC) или без него рассчитывается согласно уравнению (12a) раздела 3.3.3.

Где

Поправочные коэффициенты для трехобмоточных трансформаторов с LTC или без них рассчитываются с использованием следующих уравнений.

Поправочный коэффициент импеданса синхронного генератора

Поправочный коэффициент импеданса синхронного генератора K _G для генераторов без единичных трансформаторов рассчитывается следующим образом в соответствии с уравнениями (17) и (18) раздела 3. 6.1.

Где

Поправочный коэффициент импеданса для блоков электростанции с переключателями ответвлений под нагрузкой       

Скорректированный импеданс Z _S и поправочный коэффициент импеданса K _S для агрегатов электростанции в целом с устройством РПН рассчитываются следующим образом, как указано в разделе 3.7. 1 уравнения (21) и (22).

Где

Поправочный коэффициент импеданса для блоков электростанций без переключателей ответвлений под нагрузкой   

Скорректированный импеданс Z _SO и поправочный коэффициент импеданса K _SO для всего блока электростанции без устройства РПН рассчитываются следующим образом согласно уравнениям (23) и (24) раздела 3.7.2.

Где

Начальный симметричный ток короткого замыкания (

I _k ^» )

Расчет начального тока

. Это первый шаг к получению большинства значений. Сверхпереходные импедансы используются для вращающихся машин с поправочными коэффициентами импеданса. Как описано в методике, решение получается с использованием эквивалентного источника напряжения в месте короткого замыкания, импеданса симметричных компонентов сети и коэффициента напряжения c.

Пиковые токи (

I _p )

EasyPower рассчитывает пиковые токи (i _p ) на основе раздела 4.3 стандарта IEC-60909-0. Следующие методы поддерживаются для ячеистых сетей в соответствии с разделом 4.3.1.2:

1. Пиковый ток на основе метода (b) : Этот метод применяет коэффициент умножения 1,15 в качестве консервативного подхода, как это предусмотрено в уравнении (58) стандарта. .

Коэффициент 1,15 используется только при импедансе R/X Отношение вклада любой ветви в место короткого замыкания равно или больше 0,3. Произведение 1,15 κ _(b) ограничено до 1,8 для низкого напряжения и 2,0 для высокого напряжения.

Описанный выше метод предназначен для трехфазного короткого замыкания. Для несимметричного короткого замыкания (фаза-линия, фаза-земля и двойная линия-земля) коэффициент κ рассчитывается на основе отношения R/X трехфазного короткого замыкания в том же месте. Реализация соответствует разделам с 4.3.2 по 4.3.4 стандарта.

2. Пиковый ток на основе метода (c) : Этот метод использует расчет эквивалентной частоты ( f _c ) на основе отношения R/X. Согласно разделу 4.3.1.2(c), отдельный расчет сети выполняется для всех индуктивных реактивных сопротивлений, уменьшенных до 40% частоты системы (24 Гц для систем с частотой 60 Гц и 20 Гц для систем с 50 циклами). Также во всех синхронных машинах используется сопротивление R _Gf вместо R _G в соответствии с разделом 3.6. Значения по умолчанию для R _Gf рассчитываются исходя из напряжения, номинала МВА машины. Из эквивалентной сети R/X получается путем умножения отношения f _c частоты Тевенина на 0,4, как указано в уравнении (59a) стандарта. . Этот R/X затем используется для расчета коэффициента κ.

Описанный выше метод предназначен для трехфазного короткого замыкания. Для несимметричного короткого замыкания (фаза-фаза, фаза-земля и двойная фаза-земля) EasyPower позволяет использовать коэффициент 9.0009 κ на основе импеданса несимметричного короткого замыкания Thevenin, эквивалентного соотношению R/X , или на основе трехфазного короткого замыкания в том же месте. Реализация соответствует разделам с 4.3.2 по 4.3.4 стандарта.

Симметричные токи отключения при коротком замыкании (

I _b )

Для вращающихся машин вклад тока в короткое замыкание со временем уменьшается. Токи отключения рассчитываются как 0,02 с, 0,05 с, 0,1 с и 0,25 с на основании раздела 4.5 с использованием метода ячеистой сети. Коэффициент уменьшения тока µ применяется для увеличения реактивных сопротивлений генераторов и двигателей, а дополнительный коэффициент уменьшения тока q используется для асинхронных двигателей с использованием уравнений (70) и (73) соответственно. µ устанавливается равным 1, когда отношение I « _кг /I _RG меньше 2.

, где

DC Component (

I _{D C} )

DCONT время отключения: Следуя разделу 4.4 и уравнению (64), постоянные токи рассчитываются на основании таблицы отношения R/X начального симметричного тока короткого замыкания и эквивалентной частоты для ячеистой сети

Установившийся ток короткого замыкания (

I _k )

Установившийся ток короткого замыкания ( I _k ) рассчитывается на основании раздела 4.6 для ячеистых сетей с использованием уравнений (84) и (85). Моторные вклады исключены. Для неуравновешенных разломов используются уравнения (86), (87), (88) и (89).

Асимметричные токи

Асимметричные токи для начального и четырех временных интервалов отключения также рассчитываются для использования при координации защитных устройств. Асимметричные токи рассчитываются как среднеквадратичное значение симметричной и постоянной составляющих.

Асимметричные значения могут использоваться с защитными устройствами, реагирующими на асимметричные токи.

Удаленные токи и напряжения

Также рассчитываются токи, протекающие через источники, кабели, линии, трансформаторы и другое оборудование. Также предусмотрены напряжения на удаленных шинах. Эти удаленные токи и напряжения полезны для настройки реле.

Результаты EasyPower по сравнению с примером в стандарте IEC 60909-4

В разделе 6 стандарта IEC 60909-4 приведен пример расчета в качестве эталонного теста программ для сравнения. Сравнение результатов приведено ниже.

Таблица 2 : Трехфазные токи короткого замыкания для начальных симметричных среднеквадратичных средств (I _K ^”) и пика (I _P )

8 TABLE 3 9: THER-PHASE

Расчет режима короткого замыкания

EasyPower сравнивает результаты короткого замыкания с параметрами защиты от короткого замыкания и отображает результаты в текстовом отчете и на однолинейной схеме. Для высоковольтных автоматических выключателей пиковый ток сравнивается с включающей способностью, а отключающий ток сравнивается с номинальной отключающей способностью. Номиналы предохранителей и низковольтных автоматических выключателей сравниваются с начальными токами. Переключатели используют пиковый ток для сравнения с включающей способностью. На основании испытательного отношения X/R, указанного в соответствующих стандартах IEC для оборудования, рассчитанные рабочие токи короткого замыкания корректируются, когда короткое замыкание X/R больше, чем испытательное X/R. Данные высоковольтного автоматического выключателя поставляются с постоянной времени постоянного тока. Эти данные используются для расчета испытательного отношения X/R для автоматического выключателя. Библиотека EasyPower содержит данные для автоматических выключателей, предохранителей и переключателей. Рейтинг короткого замыкания является частью библиотеки данных.

Рис. 3 : Пример номиналов ВН в библиотеке устройств

Рис. 4 : Номинал ВН в файле проекта, загруженном из библиотеки комментарии и цвета текста указывают на проблемные области. Когда ток короткого замыкания превышает номинальные значения для устройства, результаты отображаются красным цветом, а вывод комментария — НАРУШЕНИЕ. EasyPower предоставляет возможность отображения предупреждения, когда процент режима короткого замыкания превышает установленный пользователем порог безопасности, но ниже уровня нарушения. Пороговое значение по умолчанию составляет -10% от рейтинга для предупреждения.

Рисунок 5 : Результаты обязанности с коротким замыканием, показанные на одной линии. любая шина приводит к падению напряжения на других соседних шинах в системе. Вы можете установить порог чувствительности к напряжению в параметрах таким образом, чтобы любая шина с напряжением ниже этого значения была выделена красным в однострочном представлении и показана в отчете о чувствительности к напряжению.

Рисунок 6 : выделение шин, когда напряжение ниже порога

Рисунок 7 : Отчет о чувствительности к напряжению для автобусов с напряжением ниже 888888888 9012 9012 88888888 9012 9012

88888888889012 8888 расчет обеспечивает угол сдвига фаз токов ответвлений и напряжений шин на различном оборудовании. Отображаемые фазовые углы относятся к приложенному эквивалентному источнику напряжения, находящемуся под нулевым углом. Трансформаторы, имеющие различные конфигурации обмотки, такие как соединение треугольником с одной стороны и соединением звездой (звездой) с другой стороны, имеют определенный сдвиг фазовых углов токов и напряжений. Для удаленных шин и ответвлений через трансформаторы фазовый сдвиг применяется соответственно при расчетах короткого замыкания.

Стандарт IEC 60076-1 определяет обозначение числа часов и их соответствующий фазовый сдвиг для трансформаторов. EasyPower обеспечивает необходимый фазовый сдвиг удаленных напряжений и токов для трансформаторов с номиналом IEC при анализе короткого замыкания IEC. Для трансформаторов с соединением обмотки треугольником и пуском (звездой) в базе данных поддерживаются обозначения часов 1, 3, 5, 7, 9 и 11. Они имеют фазовый сдвиг 330, 270, 210, 150, 90 и 30 градусов соответственно на основе стороны высокого напряжения, принятой в качестве эталона. Для трансформаторов с номиналом ANSI применяется фиксированный фазовый сдвиг +30/-30 градусов.

. Поддерживаются следующие функции:

• Просмотр однолинейной диаграммы на графике времятоковых характеристик (TCC) для защитных устройств.
• Вы можете указать неисправность одной шины или всех шин на однолинейной схеме, чтобы просмотреть токи короткого замыкания на неисправных шинах. Вы также можете просмотреть токи удаленных ветвей и напряжения удаленной шины.
• Ток короткого замыкания через любое защитное устройство можно использовать для ограничения кривой TCC устройства. Это будет отображать кривую только до максимального тока, который увидит устройство. Для ограничения TCC вы можете выбрать один из начальных, отключающих и установившихся токов.
• Вы можете вставить галочки (стрелки) на график TCC, чтобы указать ток короткого замыкания через устройство. Вы можете отобразить метки короткого замыкания для начального, отключающего и установившегося тока. Для тока отключения вы можете выбрать 0,02 с, 0,05 с, 0,1 с или 0,25 с.
• Для обрезки фаз ТСС и засечек EasyPower автоматически выбирает асимметричные токи для низковольтных автоматических выключателей, предохранителей и электромеханических реле. Для реле с фильтром смещения постоянного тока применяются симметричные токи. Для фазных токов используется максимальный ток трех фаз.
• Функции отключения заземления для низковольтных автоматических выключателей или реле используют симметричный ток заземления. Это значение 3I0 (в 3 раза больше тока нулевой последовательности).
• Zone Selective Interlocking (ZSI) моделируется с использованием токов короткого замыкания IEC. В системе низковольтных выключателей с ZSI, когда ток через какой-либо автоматический выключатель превышает время кратковременного срабатывания, его запрещающий сигнал посылается на вышестоящие автоматические выключатели. Верхние автоматические выключатели не срабатывают мгновенно, в то время как самый нижний автоматический выключатель срабатывает быстро, что обеспечивает селективную координацию.
  
  Трехфазное кз: ЭлектрО — Трехфазное короткое замыкание