Расчет токов короткого замыкания (КЗ)
Аварии в электрических сетях способны причинить серьезный вред не только оборудованию, но и обслуживающему персоналу. Наибольшие неприятности доставляют короткие замыкания, периодически возникающие в домашних сетях, в сложных схемах трансформаторных подстанций и электроустановок, питающих цепях, подключенных к мощному производственному оборудованию. В связи с этим, на стадии проектирования выполняется расчет токов короткого замыкания, позволяющий предотвратить возникновение аварийного режима, и не допустить серьезных негативных последствий.
Содержание
Для чего рассчитываются токи КЗ
Проектируя энергетическую систему, инженеры пользуются различными компьютерными программами, справочниками, графиками и таблицами. С помощью этих средств анализируется работа схемы в режиме холостого хода, рассчитываются токи при номинальной нагрузке и в аварийных ситуациях.
Особенно опасными считаются возможные аварии, при которых возникают неисправности, наносящие оборудованию непоправимый вред.
Наиболее часто возникают ситуации, когда проводники с разными потенциалами начинают контактировать между собой, вызывая режим короткого замыкания трансформатора. При этом, токопроводящие детали и предметы, послужившие причиной замыкания, обладают минимальным электрическим сопротивлением.
Основным параметром такого режима является ток короткого замыкания. Его появление связано с несколькими причинами:
- Нарушения работы защитных автоматических устройств.
- Техническое старение оборудования, вызывающее повреждения изоляции и короткое замыкание.
- Удары молний, вызывающие высокое напряжение и другие воздействия природной стихии.
- Ошибки, допущенные обслуживающим персоналом, неспособным определить ток.
Каждая электрическая схема создается под определенную номинальную нагрузку. Ток КЗ многократно превышает ее, создает высокую температуру, выжигающую наиболее слабые места в сети и оборудовании. Все заканчивается возгоранием и полным разрушением.
Одновременно элементы схемы подвергаются механическим воздействиям.
Во избежание подобных ситуаций в процессе эксплуатации, еще во время проектирования принимаются меры специального характера. В первую очередь выполняются теоретический расчет токов короткого замыкания, определяющие вероятность их появления и величину. Полученные данные применяются в дальнейшем проектировании, а также при подборе силового оборудования и элементов защиты. Степень точности расчетов может быть разной, в зависимости от уровня надежности создаваемой защиты.
Исходные данные и критерии для расчетов
Напряжение, используемое в сети, бывает постоянным, переменным, с импульсной, синусоидальной и другой конфигурацией. Аварийные токи, случайно созданные любым из этих напряжений, полностью повторяют начальную форму, которая может изменяться под действием сопротивления или других факторов.
В первую очередь учитывается закон Ома, определяемый формулой I = U/R. Его принципы совершенно одинаковы как для номинальных нагрузок, так и для аварийных ситуаций, с небольшими отличиями.
В первом случае показатели напряжения и сопротивления находятся в стабильном состоянии, а их изменения не выходят за пределы нормативных данных. В аварийном режиме эти процессы проходят стихийно, под влиянием случайных факторов. Поэтому и требуется расчет тока по специальным методикам.
Не менее важны показатели мощности источника напряжения. Данный критерий позволяет сделать оценку и вычислить энергетические возможности для разрушений, причиняемых токами коротких замыканий. Одновременно определяется величина этих токов и продолжительность действия. Кроме того, учитывается протяженность электрической цепи, количество линий и подключенных потребителей, существенно повышающих сопротивление. Однако, при слишком большой мощности, даже самая надежная схема не выдержит нагрузки и сгорит.
Методы расчетов зависит от конфигурации конкретной электрической схемы. В первую очередь, это подводка питания, выполняемая разными способами. В бытовых сетях на 220 В обычно используется фаза и ноль, постоянное напряжение подается от плюсовой и минусовой клеммы источника, а трехфазный ток подается по отдельной схеме.
Изоляция проводников и токоведущих частей может быть нарушена в любом из этих вариантов, и в поврежденных местах начнут протекать токи короткого замыкания.
Замыкание случается одновременно между тремя или двумя фазами, между фазой и нулем или землей, между двумя или тремя фазами и землей. Каждый из этих режимов учитывается при составлении проекта.
Большое значение имеет электрическое сопротивление цепи. Оно зависит от протяженности линии от источника питания, особенно постоянного, до точки КЗ, отсюда и его возможности по ограничению тока. К основному добавляются индуктивные и емкостные сопротивления, присутствующие в обмотках катушек, трансформаторов и в обкладках конденсаторов. Они участвуют в формировании апериодических составляющих, вносят изменения в основные параметры.
Проведение расчетов
Для выполнения расчетов трёхфазного и однофазного тока привлекаются квалифицированные специалисты. Они отвечают не только за математическую часть, но и за дальнейшее поведение рассчитанной схемы в условиях эксплуатации.
Вычисления, сделанные в домашних условиях, требуют дополнительной проверки, чтобы исключить вероятность ошибок. До начала расчетов начинающие электрики должны изучить основные понятия электричества, свойства проводников и диэлектриков, роль и значение надежной изоляции.
Все вычисления, в том числе затрагивающие трехфазное оборудование, выполняются по специальным методикам, включающим в себя различные формулы.
Следует обязательно учесть ряд особенностей:
- Все трехфазные системы условно относятся к симметричным.
- Питание, подведенное к трансформатору, считается неизменной величиной, приравненной к его номиналу.
- Сила тока принимает максимальное значение в момент возникновения аварийного режима. Потребуется расчет ударного тока короткого замыкания.
- Влияние ЭДС источника питания, расположенного на большом расстоянии от места появления короткого замыкания.
Параметры ТКЗ при необходимости дополняются результирующим сопротивлением проводников.
С этой целью показатели мощности приводятся к единому значению. Для таких расчетов нежелательно использовать обычные формулы, изучаемые на курсе физики. Здесь вполне возможны ошибки из-за разных номиналов напряжения на различных участках цепи в момент начала аварийного режима. Единая базовая мощность делает расчеты более простыми, существенно повышая точность результатов.
Номинальное напряжение, используемое при вычислениях, берется с увеличением на 5%. В сетях 380 вольт этот показатель составит 400В, а при 220В итоговое значение будет 231В.
Как вычислить ток при трехфазном замыкании
Расчет тока трехфазного короткого замыкания необходимо рассмотреть более подробно, учитывая все особенности и сопутствующие факторы этого процесса.
В проводнике, попавшем под действие короткого замыкания, не будет мгновенного изменения силы тока. Его значение нарастает постепенно, в соответствии с установленными физическими законами. Существуют специальные методики на расчет трехфазного тока, для которых требуются данные всех основных величин, определяемые математическим путем.
Полученные результаты затем использует специальная формула.
Одна из формул выглядит следующим образом: Iкз = Uc/√3*xрез = Uc/√3*(хсист + хвн). В ней Uc – величина напряжения на шинах, xрез – результативное или общее сопротивление. Оно состоит из хсист – соотношения сопротивления всей системы и шин источника питания, и хвн – сопротивления на участке между шинами и точкой КЗ.
Если какой-либо показатель отсутствует, его можно рассчитывать по дополнительным формулам или с помощью специальных компьютерных программ. При выполнении расчетов в сложных разветвленных сетях, они преобразуются в схемы замещения. Каждая отдельно взятая схема представлена в виде источника электроэнергии и одного сопротивления. Процесс упрощения происходит в следующем порядке:
- Складываются все показатели сопротивлений, подключенных параллельно.
- То же самое выполняется в отношении последовательно подключенных сопротивлений.
- Величина результирующего сопротивления в относительных единицах определяется сложением всех сопротивлений с параллельным и последовательным подключением.
Современная вычислительная техника предоставляет возможность выполнения сложнейших операций буквально за несколько секунд. Это дает возможность получения точных результатов, используемых в проектировании.
Расчеты токов КЗ в однофазных сетях
В однофазных электрических сетях расчет токов короткого замыкания выполняется по упрощенной методике. Это связано с незначительным энергопотреблением электроприборов на 220В. То есть, надежно защитить частный дом или квартиру вполне возможно с помощью автоматических выключателей на 25А.
Примерно рассчитать ток однофазного короткого замыкания можно по формуле № 1, в которой Ik будет однофазным током КЗ, а Uf – фазное напряжение. Параметры Zt и Zc представляют собой сопротивление трансформатора в момент КЗ и сопротивление между фазой и нулем.
Погрешность вычислений с использованием этой формулы составляет примерно 10%. Этих данных вполне достаточно, чтобы спланировать надежную защиту сети.
Основные сложности могут возникнуть при решении задачи, как определить параметр Zc. Однако, при наличии данных о переходных сопротивлениях и характеристиках проводника, величина сопротивления между фазным и нулевым проводом достаточно легко находится по формуле № 2. В ней параметры rf и rn являются, соответственно, активными сопротивлениями фазы и нуля (Ом). Внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводников обозначаются как xf и xn (Ом). Еще две величины – ra и x’ являются суммарным активным сопротивлением контактов цепочки фаза-нуль и внешним индуктивным сопротивлением этой же цепи.
При вычислении токов однофазного КЗ, расчетная схема должна выполняться в определенной последовательности:
- Вначале нужно установить параметры источника питания.
- Определить характеристики проводников, используемых в цепи.
- Слишком разветвленную схему нужно упростить путем замещения сложных компонентов простыми. С этой целью составляется схема замещения для расчета токов короткого замыкания.
- Найти величину полного сопротивления на участке фаза-ноль.
- При отсутствии технической документации определяется полное сопротивление источника питания, измеряемое в относительных единицах.
Все полученные значения подставляются в формулу, после чего вычисленным результатом можно пользоваться при составлении проектов.
10.2. Расчет токов короткого замыкания в сети 10 кВ
Для правильной
эксплуатации электрической сети и
оборудования, кроме расчетов нормальных
электрических режимов производятся
расчеты возможных аварийных режимов.
Электрическая сеть и оборудование
выбираются таким образом, чтобы они
выдерживали без повреждения действие
наибольших возможных токов КЗ.
Величина тока КЗ зависит от мощности источника питания, величины сопротивления сети (удаленности КЗ от источника питания), от вида, а также момента возникновения КЗ и длительности его действия.
В сети выше 1000 В обычно рассчитывается ток трехфазного КЗ, как наиболее тяжелый режим.
В данном курсовом проекте требуется рассчитать токи КЗ на шинах подстанции и в начале каждой кабельной линии. Расчет токов КЗ выполняется приближенно в относительных единицах, в соответствии с методикой, приводимой в курсе «Электромагнитные переходные процессы».
При расчете токов КЗ принимаем, что на шинах 110 кВ трансформатора ПГВ мощность короткого замыкания МВ·А.
Рисунок 4. Расчетная схема замещения цепи КЗ кольца №1.
Рассчитаем токи
КЗ на шинах 10 кВ подстанции и в начале
каждой КЛ.
Принимаем: Sб = 100 МВА, UбI = 10,5 кВ, Ес = 1.
кА.
Рассчитаем сопротивление каждого из элементов сети в относительных единицах.
Сопротивление системы: ;
Сопротивление тр-ра ГПП: ;
. – т.е. rт можем не учитывать в расчётах.
Таблица 12 – Параметры кабельных линий кольца №1
Линия | Li, м | r0i, Ом/км | x0i, Ом/км | Ri, Ом | Xi, Ом | Ri,
о. | Xi, о.е. |
А-7 | 267 | 0,258 | 0,081 | 0,0689 | 0,0216 | 0,063 | 0,0196 |
7-1 | 239 | 0,443 | 0,086 | 0,1059 | 0,0205 | 0,096 | 0,0186 |
1-3 | 256 | 0,443 | 0,086 | 0,1134 | 0,0220 | 0,103 | 0,0199 |
3-4 | 100 | 0,443 | 0,086 | 0,0443 | 0,0086 | 0,04 | 0,0078 |
А’-2 | 444 | 0,326 | 0,083 | 0,1447 | 0,0368 | 0,131 | 0,0334 |
2-5 | 206 | 0,443 | 0,086 | 0,0913 | 0,0177 | 0,083 | 0,0161 |
5-6 | 194 | 0,443 | 0,086 | 0,0859 | 0,0167 | 0,078 | 0,0151 |
е.Сопротивления кабельных линий:
Аналогично
определяем параметры схемы замещения
для других участков и результат
представляем в виде таблицы 13.
Для примера определим токи КЗ в точках К1, К2, К5, К8.
кА;
кА;
Рисунок 5. Расчетная схема замещения цепи КЗ кольца №2.
Таблица 13 – Параметры кабельных линий кольца №2
Линия | Li, м | r0i, Ом/км | x0i, Ом/км | Ri, Ом | Xi, Ом | Ri, о.е | Xi, о.е. |
А-8 | 228 | 0,443 | 0,086 | 0,1010 | 0,0196 | 0,0916 | 0,0178 |
8-9 | 61 | 0,443 | 0,086 | 0,0270 | 0,0053 | 0,0245 | 0,0048 |
9-12 | 200 | 0,443 | 0,086 | 0,0886 | 0,0172 | 0,0804 | 0,0156 |
А’-10 | 250 | 0,326 | 0,083 | 0,0815 | 0,0208 | 0,0739 | 0,0188 |
10-11 | 167 | 0,443 | 0,086 | 0,0740 | 0,0144 | 0,0671 | 0,013 |
11-13 | 244 | 0,443 | 0,086 | 0,1081 | 0,0210 | 0,098 | 0,019 |
Рисунок 6.
Расчетная
схема замещения цепи КЗ кольца №3.
Таблица 14 – Параметры кабельных линий кольца №3
Li, м | r0i, Ом/км | x0i, Ом/км | Ri, Ом | Xi, Ом | Ri, о.е | Xi, о.е. | |
А-17 | 417 | 0,258 | 0,081 | 0,1076 | 0,0338 | 0,0976 | 0,0306 |
17-19 | 139 | 0,326 | 0,083 | 0,0453 | 0,0115 | 0,0411 | 0,0105 |
19-20 | 189 | 0,443 | 0,086 | 0,0837 | 0,0163 | 0,0759 | 0,0147 |
20-22 | 278 | 0,443 | 0,086 | 0,1232 | 0,0239 | 0,1117 | 0,0217 |
22-21 | 45 | 0,443 | 0,086 | 0,0199 | 0,0039 | 0,0181 | 0,0035 |
A’-14 | 250 | 0,326 | 0,083 | 0,0815 | 0,0207 | 0,0739 | 0,0188 |
14-15 | 133 | 0,326 | 0,083 | 0,0433 | 0,0110 | 0,0393 | 0,01 |
15-16 | 283 | 0,443 | 0,086 | 0,1253 | 0,0243 | 0,1137 | 0,0221 |
16-18 | 267 | 0,443 | 0,086 | 0,1182 | 0,0229 | 0,1073 | 0,0208 |
Таблица 15 – Расчет токов короткого замыкания
ri,
о. | xi, о.е. | Точка | Iкзi, кА | |||
Кольцо №1 | ||||||
А-7 | 0,063 | 0,0196 | К1 | 15,36 | ||
7-1 | 0,096 | 0,0186 | К2 | 14,37 | ||
1-3 | 0,103 | 0,0199 | К3 | 12,88 | ||
3-4 | 0,04 | 0,0078 | К4 | 11,19 | ||
А’-2 | 0,131 | 0,0334 | К6 | 15,36 | ||
2-5 | 0,083 | 0,0161 | К7 | 13,33 | ||
5-6 | 0,078 | 0,0151 | К8 | 11,96 | ||
К5 | 10,58 | |||||
К9 | 10,71 | |||||
Кольцо №2 | ||||||
А-8 | 0,0916 | 0,0178 | К10 | 15,36 | ||
8-9 | 0,0245 | 0,0048 | К11 | 14,22 | ||
9-12 | 0,0804 | 0,0156 | К12 | 13,82 | ||
А’-10 | 0,0739 | 0,0188 | К14 | 15,36 | ||
10-11 | 0,0671 | 0,013 | К15 | 14,32 | ||
11-13 | 0,098 | 0,019 | К16 | 13,27 | ||
К13 | 12,44 | |||||
К17 | 11,62 | |||||
Кольцо №3 | ||||||
А-17 | 0,0976 | 0,0306 | К18 | 15,36 | ||
17-19 | 0,0411 | 0,0105 | К19 | 13,73 | ||
19-20 | 0,0759 | 0,0147 | К20 | 13,02 | ||
20-22 | 0,1117 | 0,0217 | К21 | 11,8 | ||
22-21 | 0,0181 | 0,0035 | К22 | 10,11 | ||
A’-14 | 0,0739 | 0,0188 | К24 | 15,36 | ||
14-15 | 0,0393 | 0,01 | К25 | 14,32 | ||
15-16 | 0,1137 | 0,0221 | К26 | 13,65 | ||
16-18 | 0,1073 | 0,0208 | К27 | 11,76 | ||
К23 | 9,86 | |||||
К28 | 10,1 | |||||
е.Расчет тока короткого замыкания (базовый метод кВА)
Пример: Рассчитайте ток короткого замыкания на каждом этапе следующей электрической системы SLD, имея подробные данные.
- Основное входное напряжение питания ВТ составляет 6,6 кВ.
- Уровень неисправности на входном источнике питания HT составляет 360 МВА. Мощность трансформатора
- составляет 2,5 МВА.
- Полное сопротивление трансформатора составляет 6 %.
- Сначала рассмотрим базовые KVA и KV для стороны HT и LT.
- Базовая мощность кВА для стороны ВТ (высоковольтный выключатель и первичная обмотка трансформатора) составляет 6 МВА
- Базовое значение кВ для стороны ВТ (высоковольтный выключатель и первичная обмотка трансформатора) составляет 6,6 кВ
- Базовая мощность кВА для стороны НТ (вторичная обмотка трансформатора и нижний поток) составляет 2,5 МВА
- Базовое значение KV для стороны НТ (вторичная обмотка трансформатора и нижний поток) составляет 415 В
- Высоковольтный кабель, используемый от высоковольтного входа к высокотемпературному автоматическому выключателю, имеет длину 5 ветвей, 50 метров, 6,6 кВ, 3 жилы, 400 кв. мм, алюминиевый кабель, сопротивление кабеля 0,1230 Ом/км, реактивное сопротивление кабеля 0,0990 Ом/км.
- Общее сопротивление кабеля (R) = (длина кабеля X сопротивление кабеля) / количество кабелей.
- Общее сопротивление кабеля = (0,05X0,1230) / 5
- Общее сопротивление кабеля = 0,001023 Ом
- Общее реактивное сопротивление кабеля (X) = (длина кабеля X реактивное сопротивление кабеля) / количество кабелей.
- Общее реактивное сопротивление кабеля = (0,05X0,0990) / 5
- Суммарное реактивное сопротивление кабеля = 0,00099 Ом
- Общее сопротивление кабеля (Zc1)=√(RXR)+(XxX )
- Общий импеданс кабеля (Zc1)=0,0014235 Ом———(1)
- U Реактивное сопротивление при В.Т. Входные клеммы выключателя (X Pu) = уровень неисправности / базовая кВА
- U Реактивное сопротивление при В.Т. Входные клеммы выключателя (X Pu) = 360 / 6
- U. Реактивное сопротивление при В.Т. Входные клеммы выключателя (X Pu) = 0,01666 PU——(2)
- Общее сопротивление до высоковольтного автоматического выключателя (Z Pu-a)= (Zc1)+ (X Pu) =(1)+(2)
- Общий импеданс до высоковольтного автоматического выключателя (Z Pu-a)=0,001435+0,01666
- Общий импеданс до высоковольтного автоматического выключателя (Z Pu-a)=0,0181 Ом.——(3)
- Неисправность MVA на высоковольтном автоматическом выключателе = базовая MVA / Z Pu-a.
- Ошибка MVA высоковольтного автоматического выключателя = 6 / 0,0181
- Ошибка МВА на высоковольтном выключателе = 332 МВА
- Ток ошибки = Ошибка MVA / Base KV
- Ток неисправности = 332/6,6
- Ток короткого замыкания на высоковольтном автоматическом выключателе = 50 кА
мм, алюминиевый кабель, сопротивление кабеля 0,1230 Ом/км, реактивное сопротивление кабеля 0,0990 Ом/км.
Реактивное сопротивление при В.Т. Входные клеммы выключателя (X Pu) = 0,01666 PU——(2)- Высоковольтный кабель, используемый от высоковольтного автоматического выключателя до трансформатора, имеет 3 жилы, 400 м, 6,6 кВ, 3 жилы, 400 кв. мм, алюминиевый кабель, сопротивление Кабель 0,1230 Ом/км и реактивное сопротивление кабеля 0,0990 Ом/км.
- Общее сопротивление кабеля (R) = (длина кабеля X сопротивление кабеля) / количество кабелей.
- Общее сопротивление кабеля = (0,4X0,1230) / 3
- Общее сопротивление кабеля = 0,01364 Ом
- Общее реактивное сопротивление кабеля (X) = (длина кабеля X реактивное сопротивление кабеля) / количество кабелей.
- Общее реактивное сопротивление кабеля = (0,4X0,0990) / 5
- Суммарное реактивное сопротивление кабеля = 0,01320 Ом
- Общее сопротивление кабеля (Zc2)=√(RXR)+(XxX )
- Общий импеданс кабеля (Zc2)=0,01898 Ом———(4)
- U Полное сопротивление на первичной стороне трансформатора (Z Pu)= (Zc2 X База кВА) / (База KV x База KVx1000)
- U Полное сопротивление на первичной стороне трансформатора (Z Pu)= (0,01898X6) /(6,6×6,6×1000)
- U Полное сопротивление на первичной стороне трансформатора (Z Pu)= 0,0026145 PU——(5)
- Общий импеданс (Z Pu) = (4) + (5)
- Общий импеданс (Z Pu)=0,01898+0,0026145
- Общий импеданс (Z Pu)=0,00261——(6)
- Общий импеданс до первичной обмотки трансформатора (Z Pu-b)= (Z Pu)+(Z Pu-a) =(6)+(3)
- Общий импеданс до первичной обмотки трансформатора (Z Pu-b) = 0,00261+0,0181
- Общий импеданс до первичной обмотки трансформатора (Z Pu-b)=0,02070 Ом. —–(7)
- Неисправность MVA на первичной стороне трансформатора = Базовая MVA / Z Pu-b.
- Ошибка MVA на первичной стороне трансформатора = 6 / 0,02070
- Неисправность МВА на первичной стороне трансформатора = 290 МВА
- Ток неисправности = MVA неисправности / базовый KV
- Ток неисправности = 290/6,6
- Ток неисправности на первичной стороне трансформатора = 44 КА
мм, алюминиевый кабель, сопротивление Кабель 0,1230 Ом/км и реактивное сопротивление кабеля 0,0990 Ом/км.
—–(7)- Номинальная мощность трансформатора составляет 2,5 МВА, а импеданс трансформатора составляет 6 %.
- % Реактивное сопротивление при базовой кВА = ( Базовая кВА x % импеданса при номинальной кВА) / Номинальная кВА
- % реактивного сопротивления при базовом кВА = (2,5X6)/2,5
- % Реактивное сопротивление при базовом кВА =6%
- U. Реактивное сопротивление трансформатора (Z Pu) = % реактивного сопротивления /100
- U. Реактивное сопротивление трансформатора (Z Pu)= 6/100=0,06 Ом—–(8)
- Всего ед. импеданс до вторичной обмотки трансформатора(Z Pu-c)=(Z Pu)+(Z Pu-b)=(7)+(8)
- Всего ед. импеданс до вторичной обмотки трансформатора (Z Pu-c)=0,06+0,02070
- Всего ед. импеданс до вторичной обмотки трансформатора (Z Pu-c)=0,0807 Ом——(9)
- Неисправность MVA вторичной обмотки трансформатора = базовая MVA / Z Pu-c
- Неисправность MVA вторичной обмотки трансформатора = 2,5/0,0807
- Неисправность МВА вторичной обмотки трансформатора =31 МВА
- Ток неисправности = MVA неисправности / базовый KV
- Ток неисправности = 31 / (1,732×0,415)
- Ток повреждения вторичной обмотки трансформатора = 43 кА
Реактивное сопротивление трансформатора (Z Pu) = % реактивного сопротивления /100 - Кабель НТ, используемый от вторичной обмотки трансформатора к главной панели НТ, составляет 13 отрезков , 12 метров, 1 кВ, 3,5C x 400 кв. мм алюминиевый кабель, сопротивление кабеля 0,1230 Ом/км и реактивное сопротивление кабеля 0,0618 Ом/км.
- Общее сопротивление кабеля (R) = (длина кабеля X сопротивление кабеля) / количество кабелей.
- Общее сопротивление кабеля = (0,012X0,1230) / 13
- Общее сопротивление кабеля = 0,00009 Ом
- Общее реактивное сопротивление кабеля (X) = (длина кабеля X реактивное сопротивление кабеля) / количество кабелей.
- Общее реактивное сопротивление кабеля = (0,012X0,0618) / 13
- Общее реактивное сопротивление кабеля = 0,00006 Ом
- Общее сопротивление кабеля (Zc3)=√(RXR)+(XxX )
- Общий импеданс кабеля (Zc3)=0,00011 Ом———(10)
- U Полное сопротивление на главной низкотемпературной панели (Z Pu)= (Zc3 X базовая кВА) / (базовая KV x базовая KVx1000)
- U Полное сопротивление на главной низкотемпературной панели (Z Pu)= (0,00011X2,5×1000)/(0,415×0,415X1000)
- P P. U Полное сопротивление на главной низкотемпературной панели (Z Pu)= 001601 Ом ——(11)
- Общий импеданс до главной низкотемпературной панели (Z Pu-d)= (Zc3)+ (Z Pu-c) =(11)+(9)
- Общий импеданс до главной низкотемпературной панели (Z Pu-d) = 0,001601 +0,0807
- Общий импеданс до главной низкотемпературной панели (Z Pu-d) = 0,082306 Ом.——(12)
- Неисправность MVA на главной низкотемпературной панели = Базовая MVA / Z Pu-a.
- Ошибка MVA на главной низкотемпературной панели = 2,5/0,082306
- Неисправность МВА на главной низкотемпературной панели = 30 МВА
- Ток неисправности = MVA неисправности / базовый KV
- Ток ошибки = 30 / (1,732X0,415)
- Ток неисправности на главной панели Lt = 42 кА
мм алюминиевый кабель, сопротивление кабеля 0,1230 Ом/км и реактивное сопротивление кабеля 0,0618 Ом/км.
U Полное сопротивление на главной низкотемпературной панели (Z Pu)= 001601 Ом ——(11)- Кабель LT, используемый от основной панели LT к дополнительной панели, представляет собой 2 нитки, 160 метров, 1 кВ, алюминиевый кабель 3,5C x 400 кв. мм, сопротивление кабеля 0,1230 Ом/км и реактивное сопротивление кабеля 0,0618 Ом/км.
- Общее сопротивление кабеля (R) = (длина кабеля X сопротивление кабеля) / количество кабелей.
- Общее сопротивление кабеля = (0,160X0,1230) / 2
- Общее сопротивление кабеля = 0,008184 Ом
- Общее реактивное сопротивление кабеля (X) = (длина кабеля X реактивное сопротивление кабеля) / количество кабелей.
- Общее реактивное сопротивление кабеля = (0,160X0,0618) / 2
- Общее реактивное сопротивление кабеля = 0,004944 Ом
- Общее сопротивление кабеля (Zc4)=√(RXR)+(XxX )
- Общий импеданс кабеля (Zc4)=0,0095614 Ом———(13)
- U Полное сопротивление на подпанели (Z Pu)= (Zc4 X База кВА) / (База KV x База KVx1000)
- U Полное сопротивление на подпанели (Z Pu)= (0,0095614 X2,5×1000)/(0,415×0,415X1000)
- P P.U Полное сопротивление на подпанели (Z Pu)= 13879 Ом ——(14)
- Общий импеданс до подпанели (Z Pu-e)= (Zc4)+ (Z Pu-d) =(14)+(12)
- Общий импеданс до подпанели (Z Pu-e) = 0,13879 +0,082306
- Общий импеданс до подпанели (Z Pu-e)=0,2211 Ом. ——(15)
- Неисправность MVA на вспомогательной панели = базовая MVA / Z Pu-a.
- Ошибка MVA на вспомогательной панели = 2,5/0,2211
- Неисправность МВА на вспомогательной панели = 11 МВА
- Ток неисправности = MVA неисправности / базовый KV
- Ток ошибки = 11 / (1,732X0,415)
- Ток неисправности на вспомогательной панели = 16 кА
мм, сопротивление кабеля 0,1230 Ом/км и реактивное сопротивление кабеля 0,0618 Ом/км.
——(15)- LT Кабель, используемый от вспомогательной панели к панели управления двигателем, 6 жил, 150 метров, 1 кВ, 3,5C x 400 кв. мм, алюминиевый кабель, сопротивление кабеля 0,1230 Ом/км и реактивное сопротивление кабеля составляет 0,0739 Ом/км.
- Общее сопротивление кабеля (R) = (длина кабеля X сопротивление кабеля) / количество кабелей.
- Общее сопротивление кабеля = (0,150X0,1230) / 6
- Общее сопротивление кабеля = 0,003075 Ом
- Общее реактивное сопротивление кабеля (X) = (длина кабеля X реактивное сопротивление кабеля) / количество кабелей.
- Общее реактивное сопротивление кабеля = (0,150X0,0739) / 6
- Общее реактивное сопротивление кабеля = 0,0018475 Ом
- Общее сопротивление кабеля (Zc5)=√(RXR)+(XxX )
- Общий импеданс кабеля (Zc4)=0,003587 Ом———(16)
- U Полное сопротивление на панели управления двигателем (Z Pu)= (Zc5 X базовый кВА) / (базовый KV x базовый KVx1000)
- U Полное сопротивление на панели управления двигателем (Z Pu)= (0,003587 X2,5×1000)/(0,415×0,415X1000)
- P P.U Полное сопротивление на панели управления двигателем (Z Pu)= 05207 Ом ——(17)
- Полное сопротивление до панели управления двигателем (Z Pu-f)= (Zc5)+ (Z Pu-e) =(17)+(15)
- Общий импеданс до панели управления двигателем (Z Pu-e) = 0,13879 +0,2211
- Общий импеданс до панели управления двигателем (Z Pu-e)=0,27317 Ом.——(15)
- Неисправность MVA на Панель управления двигателем = База MVA/Z Pu-a.
- Ошибка MVA на панели управления двигателем = 2,5/0,27317
- Неисправность МВА на панели управления двигателем = 9 МВА
- Ток неисправности = MVA неисправности / базовый KV
- Ток ошибки = 9 / (1,732X0,415)
- Ток неисправности на панели управления двигателем = 13 кА
| Серийный номер | Место неисправности | Неисправность MVA | Ток неисправности (кА) |
1 | На высоковольтном автоматическом выключателе | 332 | 50 |
2 | На первичной стороне трансформатора | 290 | 44 |
3 | На вторичной стороне трансформатора | 31 | 43 |
4 | На главной низкотемпературной панели | 30 | 42 |
5 | На вспомогательной главной панели | 11 | 16 |
6 | На панели управления двигателем | 9 | 13 |
Оценить:
Нравится:
Нравится Загрузка.
..
Рубрика: Без рубрики
О Jignesh.Parmar (BE, Mtech, MIE, FIE, CEng)
Jignesh Parmar закончил M.Tech (управление энергосистемой), BE (электрика). Он является членом Института инженеров (MIE) и CEng, Индия. Членский номер: M-1473586. Он имеет более чем 16-летний опыт работы в области передачи-распределения-обнаружения хищения электроэнергии-электротехнического обслуживания-электрических проектов (планирование-проектирование-технический анализ-координация-выполнение). В настоящее время он работает в одной из ведущих бизнес-групп в качестве заместителя менеджера в Ахмедабаде, Индия. Он опубликовал ряд технических статей в журналах «Electrical Mirror», «Electrical India», «Lighting India», «Smart Energy», «Industrial Electrix» (Australian Power Publications). Он является внештатным программистом Advance Excel и разрабатывает полезные электрические программы на основе Excel в соответствии с кодами IS, NEC, IEC, IEEE. Он технический блоггер и знаком с английским, хинди, гуджарати и французским языками.
Он хочет поделиться своим опытом и знаниями и помочь техническим энтузиастам найти подходящие решения и обновить себя по различным инженерным темам.
Ожидаемые токи короткого замыкания | Greenwood
Сегодня мы изучаем способы определения ожидаемых токов короткого замыкания от трансформатора до распределительного щита, как мы недавно представили на нашем канале YouTube.
*Примечание: Для подробных расчетов; обратитесь к таблицам данных производителя (кабеля) и/или используйте специальное программное обеспечение для проектирования энергетических систем.
Итак, без лишних слов, приступим…
В случае короткого замыкания единственным ограничением тока является импеданс цепи и доступная энергия короткого замыкания. Обычно сюда входит импеданс источника питания, обычно трансформатора подстанции или группы трансформаторов.
Воспрепятствовать значит сопротивляться, и фактически это часть того, на что мы обращаем внимание при изучении предполагаемых токов короткого замыкания.
Некоторые ключевые моменты, с которых следует начать, заключаются в том, что распределители энергии обычно сообщают уровни неисправности рассматриваемого трансформатора. Теперь, если короткое замыкание происходит близко к источнику питания, единственным ограничением тока является импеданс источника. Неисправность с нулевым импедансом часто называют болтовой неисправностью , и это то, что может произойти на трансформаторе.
Полное сопротивление трансформатора обычно указывается в процентах от номинального напряжения первичной обмотки
, необходимого для обеспечения полного тока нагрузки во вторичной обмотке, если клеммы нагрузки замкнуты накоротко.
Полное сопротивление трансформатора
Полное сопротивление общего трансформатора 5% поэтому если 5% напряжения питания дает полный ток нагрузки, то при вторичном коротком замыкании и нормальном напряжении питания 100%, 2 0 x раз будет присутствовать полный ток нагрузки.
Пример производственной площадки
Растущие требования к току современных установок приводят к увеличению способности источника питания обеспечивать высокие значения тока короткого замыкания. Например, у нас есть завод со следующим:
- Он питается от трехфазного трансформатора 400 В, 500 кВА
- Этот трансформатор имеет импеданс 5%
- Трансформатор, питающий шины 400 В на заводском распределительном щите
Пример сайта завода; ток полной нагрузки
Итак, мощность трансформатора составляет 500 кВА, мы конвертируем в ВА, умножая на 1000, а затем делим на квадратный корень из трех х номинальное напряжение, 3 фазы 400 В.
Теперь, чтобы рассчитать ток короткого замыкания, умножьте номинальный ток полной нагрузки на 100, а затем разделите на фактическое процентное сопротивление трансформатора. Та да!
Так что же все это значит?
В любой точке цепи (кроме фактической точки питания) ток будет на меньше значения 14 450 А из-за импеданса цепи между источником и неисправностью.
Наиболее серьезным условием может быть трехфазное замыкание на клеммах питания, и расчеты обычно основаны на этом. Следующая неисправность менее серьезная, в основном это замыкание между двумя фазами, которое снижает ток примерно до 87 %, т. е. 12 570 А.
Наконец, имеется замыкание фазы на нейтраль, которое не должно превышать 50% от наиболее серьезного замыкания, поэтому 7 225 А. Система с заземленной нейтралью (MEN) является эквивалентом замыкания фазы на нейтраль, а ток дополнительно снижается за счет полного сопротивления системы заземления между замыканием и нейтралью.
Доступный ток короткого замыкания выше ( 14 450 A) не учитывает полное сопротивление линии питания ВН и первичной обмотки трансформатора. Поскольку их вклад очень мал, рассчитанные значения всегда находятся в безопасности.
Предполагаемый ток короткого замыкания, стандарты
В пункте 2.
5.2 стандарта AS/NZ 3000:2018 указано:
Устройства для защиты от токов перегрузки и короткого замыкания, что:
- Защитные устройства, обеспечивающие защиту как от перегрузки, так и от короткого замыкания и
- Должен быть способен отключать любой сверхток до ожидаемого тока короткого замыкания включительно
- В месте установки устройства.
*Дополнительно устройство должно соответствовать требованиям пунктов 2.5.3 и 2.5.4.
… И что это значит?
Отключающая способность должна быть достаточной для обеспечения отключения максимального значения тока, доступного в точке установки защиты.
Защита находится в начале цепи, обычно это главный распределительный щит или распределительный щит.
Значение тока называется ожидаемым током короткого замыкания (PSCC), и оно должно быть прервано до того, как температура проводника достигнет своего предела (см.
стандарт AS/NZS 3008 для ваших обстоятельств). Здесь вы должны смотреть на допустимую токовую нагрузку рассматриваемых кабелей в дополнение к местоположению, температурным характеристикам и т. д.
Как рассчитать PSCC
Таким образом, PSCC необходимо рассчитывать в каждой соответствующей точке электроустановки — в основном везде, где установлены защитные устройства . Оценка уровня отказа должна начинаться с источника питания, а затем вы спускаетесь вниз.
Во-первых, нам нужно будет собрать некоторую информацию, такую как номинал трансформатора, о котором идет речь, и для этого вам нужно будет найти соответствующий DNSP, чтобы получить информацию, выраженную в амперах на фазу или в миллионах вольт-ампер (МВА),
Допустим, мы получили значение 10 МВА от DNSP, предполагаемый ток/фаза = 14 450 А .
Трансформатор, большая сеть потребителей, MSB
Любое оборудование, установленное на MSB, должно иметь полную мощность короткого замыкания в этой точке, но PSCC и, следовательно, ток короткого замыкания будет меньше, если распределительный щит питается от сети потребителя поэтому любая защита для подцепей или подсетей, которые исходят от MSB, должна соответствовать этим требованиям и уровню неисправности, например, DB, питаемый от вспомогательной сети, будет уменьшен из-за импеданса вспомогательной сети.