От чего зависит величина тока короткого замыкания: Ток короткого замыкания элемента, определение

Ток короткого замыкания элемента, определение

    Значения токов короткого замыкания зависят от сопротивления цепи, по которой они проходят от источника электроснабжения до места повреждения — чем больше суммарное сопротивление, тем меньше значение тока короткого замыкания. Поэтому расчет токов короткого замыкания в основном сводится к определению сопротивления всех элементов сети, входящих в электрическую цепь, от источника электроснабжения до места короткого замыкания, а по ним и значения токов короткого замыкания. При этом сопротивления отдельных участков сети с разным напряжением приводят к одному напряжению места короткого замыкания. Ниже приводится порядок расчета. [c.163]
    Надежность работы электродвигателя в целом зависит от надежности работы его отдельных узлов в тепловом режиме зависит от нагрева отдельных частей как во время работы, так и в момент пуска, и если температура той или иной части будет превосходить допустимую, то вследствие значительного ослабления изоляции на данном участке наступит ее местное разрушение и пробой, который приведет к полному разрушению изоляционного слоя. В цепи обмотки произойдет короткое замыкание между витками обмотки или на корпус статора, и электродвигатель выйдет из строя. Поэтому тепловому режиму электродвигателя должно быть уделено должное внимание. Тепловые нагрузки на отдельные части экранированного электродвигателя очень велики, так как коэффициент полезного действия у них н же по сравнению с двигателями нормального исполнения и, следовательно, большая часть мощности бесполезно теряется в виде тепловых потерь. Определение температурных нагрузок в отдельных элементах электродвигателя является более сложной задачей, чем это может показаться вначале. [c.126]

    Сила токов короткого замыкания вычисляется обычно по> методу сопротивлений. Сущность метода заключается в определении величины сопротивления отдельных элементов системы, затем общего (суммарного) сопротивления всей сети от источника электроснабжения до места повреждения, а по величине общего сопротивления — силы тока короткого замыкания. При этом сопротивления отдельных участков сети с разным напряжением относят к напряжению места короткого замыкания.

 [c.243]

    Последовательность операций при ремонте выпрямителей приведена на рис. 91. Каждый узел после ремонта испытывают. В объем испытаний входят проверка электрической прочности изоляции трансформатора приложенным и индуктированным напряжением определение напряжения на всех ответвлениях вторичных обмоток трансформатора на холостом ходу и под нагрузкой измерение потерь холостого хода трансформатора измерение потерь и напряжения короткого замыкания трансформатора проверка изоляции стяжных шпилек трансформатора испытание электрической прочности монтажа электропроводки, измерительных приборов, переключателей и т. п. испытание на нагрев трансформатора и выпрямительных элементов определение прямого падения напряжения в выпрямительных элементах. 

[c.232]

    Для защиты электроустановок от короткого замыкания применяют плавкие предохранители. Основным элементом предохранителя является цинковая или медная плавкая вставка. Принцип действия предохранителей с плавкой вставкой основан на тепловом действии электрического тока, протекающего по проводнику. Плавкая вставка имеет малое сечение. Поэтому при резком увеличении силы тока в цепи она нагревается значительнее по сравнению с другими участками цепи. При определенном значении силы тока вставка расплавляется. Для защиты электрооборудования используют различные типы разборных и неразборных предохранителей, в том числе пробочных и трубчатых конструкций. 

[c.188]

    Примечание. До сих пор предполагалось, что моделируются постепенные отказы, когда эксплуатационный персонал, реагируя на определенные внешние проявления, имеет возможность подготовить вывод элемента из работы (разгрузить агрегат, изменить режим работы системы и т. д.). В этих случаях, как правило, возможность нарушения устойчивости системы исключается. При внезапных же отказах (например, коротких замыканиях на линиях электропередачи) возможны нарушения устойчивости, а при неблагоприятных условиях — и дальнейшее (каскадное) развитие аварии. [c. 536]

    Рассмотрим элемент, состоящий из цинкового и медного электродов, погруженных в растворы ZnSOi и USO4, соответственно (элемент Даниэля). Пусть внешняя цепь включает переменное сопротивление R, вольтметр V и амперметр А (рис. 4.1). Разность потенциалов (э. д. с.) между цинковым и медным электродами в отсутствие тока близка к 1 В. Если теперь, подобрав соответствующее сопротивление R, обеспечить протекание во внешней цепи небольшого тока, то измеряемая разность потенциалов станет меньше 1 В вследствие поляризации обоих электродов. По мере роста тока напряжение падает. Наконец, при коротком замыкании разность потенциалов между медным и цинковым электродами приближается к нулю. Влияние силы тока в цепи на напряжение элемента Даниэля можно графически изобразить с помощью поляризационной диаграммы, представляющей собой зависимость потенциалов Е медного и цинкового электродов от полного тока I (рис. 4.2). Способ определения этих потенциалов будет пояснен в разделе 4.3. Символами Ezn и Еси обозначены так называемые потенциалы разомкнутого элемента, отвечающие отсутствию тока в цепи.

Поляризации цинкового электрода отвечает кривая ab , медного — кривая def. При силе тока, равной / , поляризация цинка в вольтах определяется как разность между [c.47]

    В последнее время широкое распространение получил новый метод полярографического анализа, основанный на предварительном электролитическом концентрировании металлов на стационарных электродах и последуюш,ем анодном растворении их при постепенно снижаюш,емся отрицательном потенциале [1—4]. Брос-ковый ток на стационарном электроде, полученный в определенных условиях, правильно отражает явление концентрационной поляризации и может быть использован для построения полярографических 1—Е кривых [5—6]. Необходимым условием воспроизводимости бросковых токов является полная гальваническая деполяризация электрода после каждого измерения, осуш,ест-вляемая коротким замыканием электродов. При коротком замыкании электродов после предварительного электролиза наблюдается обратный бросок тока, являюш,ийся следствием разрядки гальванического элемента.

До последнего времени обратный брос-ковый ток не привлекал достаточного внимания исследователей, и поэтому в настояш ей работе нами была предпринята попытка изучить это явление и выяснить возможности применения его в полярографии. [c.179]

    Моделирование короткозамкнутой цементационной пары применяется довольно широко [18, 23, 73, 115, 116] и осуществляется путем погружения в исследуемый электролит пары металлов, замкнутых на токоизмерительный прибор. Ток между электродами быстро падает, а потенциалы сближаются до некоторой постоянной разности, обусловленной сопротивлением системы. Для определения зависимости потенциал—ток для каждого электрода во вяешнюю цепь пары вводят и затем постепенно уменьшают до нуля дополнительное сопротивление [23, 102, 115]. Экстраполяция катодных и анодных кривых до их пересечения позволяет найти максимальный ток системы и потенциал, отвечающий короткому замыканию гальванического элемента. При наличии диффузионных ограничений частных реакций потенциалы металлов резко изменяются с увеличением тока и экстраполяция поляризационных кривых может внести значительные погрешности в определение потенциала и тока короткого замыкания.

В этом 1случае величины s и / иороткозамюнутой цементационной пары можно измерить, компенсируя с помощью внешнего источника тока омическое сопротивление системы и поляризуя оба металла до одного и того же потенциала [5,12]. [c.158]

    Аккумуляторная батарея, имеющая хотя бы один короткозамкнутый аккумулятор, к дальнейшей эксплуатации непригодна. Причины коротких замыканий определяют после разборки батареи осмотром неисправного аккумулятора. Перед осмотром аккумуляторную батарею разряжают током /р = 0,1 СгоА до конечного напряжения 1,75 В на элемент. После определения причин коротких замыканий их устраняют, поврежденные сепараторы заменяют, удаляют наросты с кромок элёкт- 

[c.129]

    Выпрямительная установка состоит из следующих основных частей трансформатораи выпрямительных элементов 8, собранных по определенной схеме. Для защиты от коротких замыканий и перегрузки со стороны переменного и выпрямленного токов устанавливают предохранители 3, 4, 10. Режим работы установки контролируется амперметром 7 и вольтметром 9. Электроэнергия учитывается электросчетчиком 15. Выпрямительная установка подключается к сети переменного тока через клеммы 1, 2, цепь катодной защиты — к клеммам 11, 12. [c.55]

    Автоматические выключатели и тепловые реле. Плавкие предохранители плохо защищают асинхронные короткозамкнутые электродвигатели от перегрузок. Нередко бывает, что перегорает лишь один предохранитель и двигатель, оставшийся работать на двух фазах, перегревается и выходит из строя. Кроме того, плавкие предохранители не всегда обеспечивают избирательность (селективность) защиты сети. Это и привело к широкому использованию на предприятиях химических волокон автоматических выключателей с тепловыми и электромагнитными элементами. Обладая большой инерцией, тепловые элементы не реагируют на пусковые токи электродвигателей и хорошо защищают их от перегрузки. В то же время тепловые реле имеют характеристику, подобную характеристике предохранителей, и при коротких замыканиях не успевают быстро отключить электрическую цепь, что приводит к развитию аварии и повреждениям при замыкании в электродвигателях. Поэтому в дополнение к магнитным пускателям, контакторам и автоматам устанавливают предохранители, защищающие двигатели от короткого замыкания. Применяются также комбинированные автоматы с тепловыми и электромагнитными расцепителями. Электромагнитные расцепители отключают автоматиче-,ские выключатели мгновенно при прохождении через их катушки токов больше определенной величины. Таким образом, они защищают электрооборудование от коротких замыканий, заменяя предохранители.  [c.198]

    Одним из электрических параметров ДСП является эквивалент ное реактивное (индуктивное) сопротивление X электрической цепи одной фазы, определяемое из опыта короткого замыкания на действующей ДСП или расчетным путем для проектируемой ДСП. В последнем случае рассчитывают индуктивное сопротивление всех элементов силовой цепи, приводя значение X- к силе тока стороны НН. Индуктивное сопротивление элементов токопровода стороны ВН ввиду его относительно малого значения после пересчета на сторону НН при определении эквивалентного сопротивления X обычно пренебрегают. Индуктивное сопротивление проводников определяют как алгебраическую (для однофазной сети) или геометрическую (для трехфазной сети) сумму индуктивного сопротивления, вызванного магнитным потоком собственного тока, т.е. самоиндукцией, и сопротивлений, создаваемых взаимной индукцией магнитных потоков соседних проводников  [c.100]

---

Причины возникновения и последствия коротких замыканий

Короткое замыкание возникает при соединении двух проводов цепи, присоединенных к разным зажимах (например, в цепях постоянного тока это «+» и «—«) источника через очень малое сопротивление, которое сравнимо с сопротивлением самих проводов.

Ток при коротком замыкании может превысить номинальный ток в цепи во много раз. В таких случаях цепь должна быть разорвана раньше, чем температура проводов достигнет опасных значений.

Для защиты проводов от перегрева и предупреждения воспламенения окружающих предметов в цепь включаются аппараты защиты — плавкие предохранители или автоматические выключатели.

Короткие замыкания могут возникнуть также при перенапряжениях в результате грозовых явлений, прямых ударов молнии, механических повреждении изолирующих частей, ошибочных действий обслуживающего персонала.

При коротких замыканиях резко возрастают токи в короткозамкнутой цепи и снижается напряжение, что представляет большую опасность для электрического оборудования и может вызвать перебои в электроснабжении потребителей.

Короткие замыкания бывают:

• трехфазные (симметричные), при которых накоротко замыкаются все три фазы

• двухфазные (несимметричные), при которых накоротко замыкаются только две фазы

• двухфазные на землю в системах с глухо заземленными нейтралями

• однофазные несимметричные на землю заземленными нейтралями

Наибольшей величины ток достигает при однофазном коротком замыкании. В результате применения специальных искусственных мер (например заземления нейтралей через реакторы, заземление только части нейтралей) наибольшее значение тока однофазного короткого замыкания может быть снижено до величины тока трехфазного короткого замыкания, для которого чаще всего и ведутся расчеты.

Коротким замыканием называется соединением отдельных фаз между собой или с землей через относительно малое сопротивление, принимаемое равным нулю при глухом металлическом коротком замыкании

Причины возникновения коротких замыканий

Основной причиной возникновения коротких замыканий является нарушения изоляции электрооборудования.

Нарушения изоляции вызываются:

• Перенапряжениями (особенно в сетях с изолированными нейтралями)
• Прямыми ударами молнии
• Старением изоляции
• Механическими повреждениями изоляции, проездом под линиями негабаритных механизмов
• Неудовлетворительным уходом за оборудованием

Часто причиной повреждений в электрической части электроустановок являются неквалифицированные действия обслуживающего персонала.

Преднамеренные короткие замыкания

При осуществлении упрощенных схем соединений понижающих подстанций используют специальные аппараты — короткозамыкатели, которые создают преднамеренные короткие замыкания с целью быстрых отключений возникших повреждений. Таким образом, наряду с короткими замыканиями случайного характера в системах электроснабжения имеют место также преднамеренные короткие замыкания, вызываемые действием короткозамыкателей.

Последствия коротких замыканий

В результате возникновения короткого замыкания токоведущие части сильно перегреваются, что может привести к нарушению изоляции, а также возникновению больших механических усилий, способствующих разрушению частей электроустановок.

При этом нарушается нормальное электроснабжение потребителей в неповрежденных участках сети, так как аварийный режим короткого замыкания в одной линии приводит к общему снижению напряжения. В месте короткого замыкания спряжение становится равным нулю, а во всех точках до места короткого замыкания напряжение резко снижается, и нормальное питание неповрежденных линий становится невозможным.

При возникновении коротких замыканий в системе электроснабжения ее общее сопротивление уменьшается, что приводит к увеличению токов в ее ветвях по сравнению с токами нормального режима, а это вызывает снижение напряжения отдельных точек системы электроснабжения, которое особенно велико вблизи места короткого замыкания. Степень снижения напряжения зависит от работы устройств автоматического регулирования напряжения и удаленности от места повреждения.

В зависимости от места возникновения и продолжительности повреждения его последствия могут иметь местный характер или отражаться на всей системе электроснабжения.

При большой удаленности короткого замыкания величина тока короткого замыкания может составлять лишь незначительную часть номинального тока питающих генераторов и возникновение такого короткого замыкания воспринимается ими как небольшое увеличение нагрузки.

Сильное снижение напряжения получается только вблизи места короткого замыкания, в то время как в других точках системы электроснабжения это снижение менее заметно. Следовательно, при рассматриваемых условиях опасные последствия короткого замыкания проявляются лишь в ближайших к месту аварии частях системы электроснабжения.

Ток короткого замыкания, являясь даже малым по сравнению с номинальным током генераторов, обычно во много раз превышает номинальный ток ветви, где произошло короткое замыкание. Поэтому и при кратковременном протекании тока короткого замыкания он может вызвать дополнительный нагрев токоведущих элементов и проводников выше допустимого.

Токи короткого замыкания вызывают между проводниками большие механические усилия, которые особенно велики в начале процесса короткого замыкания, когда ток достигает максимального значения. При недостаточной прочности проводников и их креплений могут иметь место разрушения механического характера.

Внезапное глубокое снижение напряжения при коротком замыкании отражается на работе потребителей. В первую очередь это касается двигателей, так как даже при кратковременном понижении напряжения на 30-40% они могут остановиться (происходит опрокидывание двигателей).

Опрокидывание двигателей тяжело отражается на работе промышленного предприятия, так как для восстановления нормального производственного процесса требуется длительное время и неожиданная остановка двигателей может вызвать брак продукции предприятия.

При малой удаленности и достаточной длительности короткого замыкания возможно выпадение из синхронизма параллельно работающих станций, т. е. нарушение нормальной работы всей электрической системы, что является самым опасным последствием короткого замыкания.

Возникающие при замыканиях на землю неуравновешенные системы токов способны создать магнитные потоки, достаточные для наведения в соседних цепях (линиях связи, трубопроводах) значительных ЭДС, опасных для обслуживающего персонала и аппаратуры этих цепей.

Таким образом, последствия коротких замыканий следующие:

• Механические и термические повреждения электрооборудования
• Возгорания в электроустановках
• Снижение уровня напряжения в электрической сети, ведущее к уменьшению вращающего момента электродвигателей, их торможению, снижению производительности или даже к опрокидыванию их
• Выпадение из синхронизма отдельных генераторов, электростанций и частей электрической системы и возникновение аварий, включая системные аварии
• Электромагнитное влияние на линии связи, коммуникации и т. п

Для чего нужен расчет токов короткого замыкания

Короткое замыкание цепи вызывает переходный процесс в ней, в ходе которого ток можно рассматривать как сумму двух составляющих: вынужденной гармонической (периодической, синусоидальной) iп и свободной (апериодической, экспоненциальной) iа. Свободная составляющая уменьшается с постоянной времени Тк = Lк/rк = xк/ωrк по мере затухания переходного процесса. Максимальное мгновенное значение iу суммарного тока i называется ударным током, а отношение последнего к амплитуде Iпm — ударным коэффициентом.

Вычисление токов короткого замыкания необходимо для правильного выбора электрооборудования, проектирования релейной защиты и автоматики, выбора средств ограничения токов короткого замыкания.

Короткие замыкания (КЗ) происходят обычно через переходные сопротивления — электрических дуг, посторонних предметов в месте повреждения, опор и их заземлений, а также сопротивления между проводами фаз и землей (например, при падении проводов на землю). Для упрощения расчетов отдельные переходные сопротивления в зависимости от вида повреждения принимаются равными между собою или равными нулю («металлическое», или «глухое» КЗ).

Токи короткого замыкания в сетях напряжением выше 1000 В —

Короткое замыкание (к. з.) — это соединение через весьма малое сопротивление двух частей электроустановки, находящихся под линейным или фазным напряжением. Короткие замыкания в трехфазной системе тока бывают: трехфазные — замыкание между проводами трех фаз; двухфазные — замыкание между проводами двух фаз; однофазные — замыкание между проводом одной из фаз и нулевым проводом или землей в сетях с заземленной нейтралью трансформатора.

При коротких замыканиях по элементам электроустановки проходит ток короткого замыкания.

Сила тока к. з. зависит от вида короткого замыкания, величины напряжения, величины сопротивления, длительности прохождения тока. Упрощенный график изменения величины тока к. з. во времени представлен на рис. 10.6.

Максимального значения ток к. з. достигает через 0,01 с после возникновения короткого замыкания. Это значение тока называется ударным током к. з. и обозначается /у. Благодаря размагничивающему действию реакции якоря генератора величина напряжения в сети падает, в результате уменьшается и ток к. з. (неустановившийся период к. з.) до определенной величины — до установившегося тока к. з. —

Далее величина тока к. з. остается неизменной до момента отключения (установившийся период к. з.).

Отключение тока к. з., п лучшем случае, может быть осуществлено через 0,2—0,25 с (время, необходимое для срабатывания реле и отключающих устройств), поэтому ударный ток iy и длительный установившийся ток I практически проходит через все токоведущие части электроустановок.

Ток, который разрывают аппараты отключения, называется разрывным током и обозначается /о>

Средний квадратичный ток за неустановившийся период к. з. называется полным действующим током и обозначается /д.

Между указанными токами существует следующая зависимость:

Ток короткого замыкания, проходя через токоведущие элементы установки, оказывает на них тепловое (термическое) и электродинамическое воздействие. Для нормальной работы аппаратов и их элементов необходимо, чтобы они выдержали эти действия тока к. з.

При выборе аппаратуры руководствуются номинальными нагрузками и напряжениями, а выбранную аппаратуру проверяют на действие токов к. з. (для этого сравнивают данные выбранного аппарата с расчетными токами к. з.).

Для уменьшения тока к. з. необходимо увеличивать кажущееся сопротивление линий электропередач. Это достигается за счет уменьшения количества ЛЭП, работающих параллельно, и установки специальных аппаратов, которые имеют малое активное сопротивление и нужное для ограничения тока индуктивное сопротивление. Такие аппараты называются реакторами и представляют собой катушки индуктивности без стального сердечника. Они включаются в каждую фазу вначале ЛЭП, где требуется ограничение тока к. з.

Виды коротких замыканий в электроустановках

Виды коротких замыканий в электроустановках

 

1. Трехфазное КЗ. Нарушение изоляции между всеми фазами. – К⁽³⁾. Составляют 3-5% от всех КЗ. Две трети всех трехфазных КЗ приходится на электрические сети, т.к. у них большая протяженность.
2. Двухфазной КЗ. Нарушение изоляции между двумя фазами. К⁽²⁾. Составляют 20-25% от всех КЗ.
3. Двойное замыкание на землю. Две фазы замыкаются на землю в разных точках. Возникает в сетях с изолированной нейтралью. Составляет 10-15%  от общего числа.
 

4. Однофазное замыкание на землю. Составляет 60-70% от общего числа. В сетях с глухоизолированной нейтралью замыкание на землю является КЗ и в этом случае должна быть защита.
В сетях с изолированной или заземленной через дугогасящие реакторы нейтралью замыкание на землю не является КЗ. Токи протекают небольшие. Междуфазные напряжения при этом не изменяются и работа системы электроснабжения не нарушается. Тем не менее это ненормальный режим работы, так как напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают и существует опасность перехода однофазного замыкания на землю в многофазные короткие замыкания. Однако, необходимости в быстром отключении поврежденного участка нет, поэтому устройства релейной защиты от замыканий на землю обычно действуют на сигнал, привлекая внимание персонала. В некоторых случаях возможны отключения. (Эти случаи определяются правилами по ТБ).

Величина тока КЗ зависит от следующих условий:
1.       Вида и характера КЗ;
2.       Мощности и схемы ЭС;
3.       Режима работы нейтрали трансформаторов;
4.       Удаленности КЗ от генерирующих источников;
5.       От продолжительности КЗ.
 

Токи КЗ оказывают термическое и динамическое воздействие на оборудование.
Основными особенностями системы электроснабжения являются быстротечность явлений и неизбежность повреждений аварийного характера — коротких замыканий в электрических установках. Поэтому, для надежного и экономичного функционирование систем электроснабжения необходимо автоматическое управление. К устройствам автоматического управления относится релейная защиты, действующая при повреждении электрических установок.

Исследования по координации защиты от короткого замыкания

Краткое содержание

Мэтью Т. Гленнон, П.Е. AVP, Контроль за электрическими потерями, паровой котел Hartford

Как узнать, сработает ли автоматический выключатель, когда он вызван для прерывания электрического сбоя или короткого замыкания? Ответ: вы, вероятно, не знаете наверняка. Если необычно высокие токи превышают возможности защитных устройств в энергосистеме, короткое замыкание может привести к взрыву устройств, как бомба.Что необходимо, так это исследование координации защиты от короткого замыкания и защиты, выполненное в вашей электрической системе.

Анализ токов

Исследование короткого замыкания — это анализ электрической системы, который определяет величину токов, протекающих во время электрического повреждения. Сравнение этих расчетных значений с номинальными характеристиками оборудования — это первый шаг к обеспечению надежной защиты энергосистемы. Как только ожидаемые токи короткого замыкания известны, выполняется исследование координации защиты для определения оптимальных характеристик, номинальных значений и настроек защитных устройств энергосистемы.

Как проводится исследование короткого замыкания?

• Сбор данных — Информация обо всех компонентах получена во время выезда на места и от электроэнергетических компаний и производителей, а затем сведена в таблицу.
• Однолинейная диаграмма — Схема энергосистемы, которая показывает, как все компоненты электрически соединены, создается или, если она уже существует, обновляется.
• Компьютерный анализ — С помощью компьютерного программного обеспечения вводятся системные данные и рассчитываются токи короткого замыкания в различных точках системы.
• Свести результаты в таблицу — Результаты обычно помещаются в таблицу для сравнения с номинальными характеристиками оборудования в системе. Проблемные области отмечены флажками.
• Итоговый отчет — Публикуется подробный отчет с рекомендациями по корректирующим действиям.

Как проводится исследование координации защиты?

• Исследование короткого замыкания — Выполняется анализ имеющихся токов короткого замыкания в энергосистеме.
• Сбор данных — В дополнение к данным, собранным для исследования короткого замыкания, собирается дополнительная информация о текущих настройках и номинальных характеристиках всех защитных устройств.
• Данные производителя — Каждое защитное устройство имеет уникальные характеристики срабатывания, задокументированные на «кривых зависимости тока от времени» производителя, которые необходимы для исследования.
• Компьютерный анализ — Позволяет инженеру определить оптимальные настройки, которые обеспечат наилучшую защиту системы.
• Свести результаты в таблицу — Настройки и номиналы каждого защитного устройства помещены в таблицу для сравнения с текущими местными настройками и номиналами.
• Итоговый отчет — Опубликован подробный отчет с рекомендациями.

Как часто следует проводить эти исследования?

Первоначальное исследование координации защиты от короткого замыкания / защиты должно быть выполнено при первом проектировании энергосистемы. Однако для многих систем это ошибочно выполняется в последний раз. Эти исследования следует проводить на регулярной основе — каждые пять-шесть лет в более статичных ситуациях. По мере необходимости, когда изменения происходят из-за изменений в энергоснабжении энергокомпании или расширения предприятия и добавления электрического оборудования, такого как автоматические выключатели, центры управления двигателями, трансформаторы и кабели.

Об авторе

Мэтью Гленнон — зарегистрированный профессиональный инженер в Нью-Джерси с более чем 12-летним опытом работы в области электроэнергетики и строительства. Он с отличием окончил Манхэттенский колледж, где получил степень бакалавра инженерных наук в области электротехники. Кроме того, он имеет степень магистра инженерных наук в области электроэнергетики в Политехническом институте Ренсселера (RPI) в Трое, штат Нью-Йорк, и степень MBA в области финансов в Университете Рутгерса.Он является членом IEEE, NFPA и Национального общества профессиональных инженеров (NSPE), а также корреспондентом Национальной академии судебных инженеров (NAFE).

Полная статья

Введение

Как узнать, сработает ли автоматический выключатель, когда он вызван для прерывания электрического повреждения или короткого замыкания? Если вы в последнее время не проводили исследования координации защиты от короткого замыкания / защиты в вашей электрической системе, ответ: вы не знаете наверняка.

Даже в самых хорошо спроектированных и обслуживаемых энергосистемах иногда возникают короткие замыкания, которые потребляют необычно высокие токи. Если эти токи превышают возможности защитных устройств в энергосистеме, событие короткого замыкания приведет к взрыву устройств, как бомба.

Первый шаг

Исследование короткого замыкания — это анализ электрической системы, который определяет величину токов, протекающих во время электрического повреждения. Сравнение этих расчетных значений с номинальными характеристиками оборудования — это первый шаг к ответу на поставленный выше вопрос и обеспечению надежной защиты энергосистемы.Как только ожидаемые токи короткого замыкания известны, выполняется исследование координации защиты для определения оптимальных характеристик, номинальных значений и настроек защитных устройств энергосистемы.

Как проводится исследование короткого замыкания?

Исследование короткого замыкания состоит из следующих этапов:

• Сбор данных — Информация обо всех компонентах получается во время полевого посещения и затем заносится в таблицу. Дополнительные данные получены от электроэнергетической компании, производителей или рассчитаны на основе полевых данных.
• Однолинейная схема — Схема энергосистемы, показывающая, как все компоненты электрически соединены, создается или, если она уже существует, обновляется. Дополнительные данные, необходимые для исследования, такие как импеданс кабеля, можно получить с помощью информации из этой диаграммы.
• Компьютерный анализ — Используя одну из многих доступных компьютерных программ, вводятся системные данные и рассчитываются токи короткого замыкания в различных точках системы.
• Свести результаты в таблицу — Выходные данные компьютерной программы обычно помещаются в таблицу для сравнения с номинальными характеристиками оборудования в системе. Если расчетный ток короткого замыкания в данной точке превышает номинальный ток короткого замыкания оборудования, установленного в этой точке, то это место помечается как недостаточно защищенное.
• Заключительный отчет — Подробный отчет, в котором описывается объем исследования, все предположения, происхождение данных, методы, используемые для расчета токов, табличные результаты и рекомендации по корректирующим действиям, публикуется по завершении изучение.

Координация защиты

Система электроснабжения спроектирована таким образом, что в случае короткого замыкания защитное устройство (например, предохранитель или автоматический выключатель) срабатывает, чтобы «размыкать цепь» и предотвращать продолжение электрического тока. энергия к поврежденному участку. Чтобы свести к минимуму прерывание подачи электроэнергии к другим участкам энергосистемы, система также спроектирована таким образом, что защитное устройство, ближайшее к месту короткого замыкания, срабатывает первым, чтобы «устранить неисправность».”

Например, если короткое замыкание происходит в кабеле нижерасположенной ответвленной цепи, как показано на Рисунке 1 (ниже), выключатель ответвления, питающий этот кабель (автоматический выключатель A), должен размыкаться первым, чтобы изолировать неисправность, а не Главный выключатель в панели, который прервал бы обслуживание всех ответвленных цепей.

Рисунок 1:

Если автоматический выключатель А не сработал по прошествии заданного времени, то главный выключатель сработает, чтобы размыкать или «отключать» цепь, обеспечивая тем самым резервную защиту.Эта временная последовательность операций называется «согласованием защитных устройств». Исследование координации защиты проводится для определения уставок срабатывания каждого защитного устройства в энергосистеме, чтобы обеспечить максимальную защиту с минимальным прерыванием для всех неисправностей, которые могут произойти в системе.

Как проводится исследование координации защиты?

Исследование координации защиты состоит из следующих этапов:

• Исследование короткого замыкания — Выполняется описанный выше анализ имеющихся токов короткого замыкания в энергосистеме.
• Сбор данных — В дополнение к данным, собранным для исследования короткого замыкания, необходима дополнительная информация о текущих настройках и номинальных характеристиках всех защитных устройств.
• Данные производителя — Каждое защитное устройство имеет уникальные характеристики срабатывания, задокументированные на «кривых зависимости тока от времени» производителя, которые необходимы для исследования.
• Компьютерный анализ — Хотя исследования координации защиты можно проводить вручную, гораздо проще использовать доступное на рынке компьютерное программное обеспечение.Многие программы имеют библиотеку кривых время-ток для большинства устройств, используемых в энергосистемах. Те, которых нет в библиотеке, можно ввести и сохранить для будущего использования.
Затем компьютерная программа позволяет инженеру определить оптимальные настройки, которые обеспечат наилучшую защиту системы. В некоторых случаях координация между двумя устройствами невозможна. Затем используется инженерная оценка для определения наиболее подходящих настроек, которые минимизируют повреждение оборудования.
• Свести результаты в таблицу — Настройки и номиналы каждого защитного устройства (автоматические выключатели, предохранители, контроллеры двигателей и т. Д.)), как определено в результате анализа, помещается в таблицу для сравнения с текущими полевыми настройками и рейтингами.
• Заключительный отчет — Подробный отчет, в котором описывается объем исследования, все допущения, происхождение данных (включая кривые время-ток), табличные результаты и рекомендации по корректирующим действиям, публикуется по завершении изучение.

Как часто следует проводить эти исследования?

Первоначальное исследование координации защиты от короткого замыкания / защиты должно быть выполнено при первом проектировании энергосистемы.Однако для многих систем это ошибочно делается в последний раз. Со временем в энергосистемах обычно происходят различные изменения, которые могут повлиять на потенциальные токи короткого замыкания или согласование защитных устройств.

Самый распространенный пример — увеличение энергии, доступной от электросети, самого большого источника тока во время короткого замыкания. Поскольку инженерные сети постоянно растут и меняются, доля тока короткого замыкания от энергокомпании также меняется.Уже по одной этой причине эти исследования следует проводить на регулярной основе.

Расширение и рост предприятия обычно приводит к дополнительному электрическому оборудованию, такому как автоматические выключатели, центры управления двигателями, трансформаторы и кабели. Новые нагрузки двигателя увеличивают доступный ток короткого замыкания в энергосистеме и должны учитываться, чтобы гарантировать, что номинальные характеристики оборудования не будут превышены.

Частота выполнения исследований координации защиты от короткого замыкания / защиты зависит от каждого объекта.Если изменение является постоянным, то следует проводить регулярный анализ в сочетании с запланированными изменениями. Для более статичных ситуаций базовые исследования следует пересматривать каждые пять-шесть лет.

Резюме

Само по себе профилактическое обслуживание и испытания не гарантируют, что электроэнергетическая система будет работать надежно и безопасно при возникновении ненормальных условий. Периодические инженерные исследования, которые вычисляют токи короткого замыкания в системе, оценивают пригодность защитного оборудования для работы с этими токами и координируют взаимодействие этих устройств друг с другом, столь же важны, но часто упускаются из виду.Сочетание комплексной программы профилактического обслуживания и тщательного инженерного анализа — это ответ.

Мэтью Гленнон — зарегистрированный профессиональный инженер в Нью-Джерси с более чем 12-летним опытом работы в области электроэнергетики и строительства. Он с отличием окончил Манхэттенский колледж, где получил степень бакалавра инженерных наук в области электротехники. Кроме того, он имеет степень магистра инженерных наук в области электроэнергетики в Политехническом институте Ренсселера (RPI) в Трое, штат Нью-Йорк.Y. и степень магистра финансов в Университете Рутгерса. Он является членом IEEE, NFPA и Национального общества профессиональных инженеров (NSPE), а также корреспондентом Национальной академии судебных инженеров (NAFE).

Заявление об отказе от ответственности:

Все рекомендации являются общими руководящими принципами и не предназначены для того, чтобы быть исчерпывающими или полными, а также не предназначены для замены информации или инструкций от производителя вашего оборудования. Обратитесь к представителю по обслуживанию оборудования или производителю с конкретными вопросами.

наверх

Важность отношения X / R в расчетах короткого замыкания

Предпосылки X / R
Расчеты короткого замыкания на самом деле представляют собой лишь тщательно продуманную версию закона Ома. Одним из ключевых компонентов процесса расчета является определение полного импеданса цепи от электросети / источника через систему передачи, трансформаторы, проводники до рассматриваемой точки, например, расположения панели или распределительного щита. Полные сопротивления различных элементов схемы имеют как сопротивление, так и реактивное сопротивление, и их часто называют «комплексным импедансом» или «полярным обозначением».Значение комплексного импеданса можно представить графически, построив сопротивление по горизонтальной оси и реактивное сопротивление по вертикальной оси. Общая величина импеданса — это гипотенуза получившегося треугольника. Отношение X / R — это величина реактивного сопротивления X, деленная на величину сопротивления R, которое также является тангенсом угла, созданного реактивным сопротивлением и сопротивлением в цепи.

При расчете токов короткого замыкания обычно необходимо сложить множество импедансов.В прошлом месяце мы определили, как рассчитать эквивалентное полное сопротивление источника и добавить его к импедансу трансформатора. Я сделал это просто, добавив только величины. т.е. мы добавили 5,75% трансформатора и 0,97% источника и проигнорировали углы и отдельные компоненты X и R. Однако у каждого из этих импедансов есть определенная величина реактивного сопротивления и сопротивления и отношение X / R (даже если рассчитано как процентное значение). Проблема с добавлением только величин импедансов заключается в том, что общий импеданс будет искусственно завышен, что приведет к более низкому (и неверному) расчетному току короткого замыкания.Это может создать опасное состояние, если неправильный расчет короткого замыкания приведет к неправильному применению защиты от сверхтока. На диаграммах ниже показано сравнение добавления импедансов, включая величину и угол, с добавлением только величин.

Источник данных X / R
Давайте возьмем следующий пример, в котором мы хотим добавить импеданс источника 0,97% и отношение X / R, равное 15, к импедансу трансформатора, равному 5,75%, и соотношению X / R, равному 7.Прежде чем мы начнем, откуда взялись эти отношения X / R? Довольно часто бывает трудно получить соотношение X / R. Соотношение X / R трансформатора обычно недоступно, если у вас нет хороших данных испытаний, полученных при первоначальной сборке и испытании трансформатора. В отсутствие реальных данных тестирования хорошим источником «разумных» данных X / R является IEEE Std. 242 — Рекомендуемая практика IEEE для защиты и координации промышленных и коммерческих энергосистем. В этой книге содержится таблица рекомендуемых соотношений X / R в зависимости от мощности трансформатора, кВА и напряжения.Значения основаны на ANSI C57, который является преобладающим стандартом для трансформаторов. Согласно IEEE Std. 242, трансформатор 1500 кВА с вторичным напряжением <600 В и первичным напряжением до 15000 В, предлагаемое соотношение X / R составляет 7,0. Это означает, что в импедансе трансформатора реактивное сопротивление в 7 раз больше, чем сопротивление.

Исходное соотношение X / R может быть еще более неуловимым. Многие коммунальные предприятия могут предоставить токи короткого замыкания, импедансы и отношения X / R, что упрощает вычисления.Однако многие коммунальные службы могут обеспечивать только ток короткого замыкания. В прошлом месяце в нашей проблеме было указано, что ток короткого замыкания источника (от электросети) составлял 6740 А при 13,2 кВ, и не было предоставлено никакого отношения X / R. Как нам обращаться с исходным соотношением X / R, если оно не предоставляется? Очень распространенное предположение — использовать отношение X / R от 12 до 15. Арктангенс (Tan-1) 15 равен 86,1859 градусов, что составляет почти 90 градусов. Это обычно считается консервативным предположением, поскольку добавление импеданса с крутым углом к ​​импедансу с малым углом даст общий импеданс с меньшей величиной.

Пример расчета
В другой статье мы рассчитали ток короткого замыкания 26 845 Ампер. В этом месяце мы вернемся к этому примеру и включим X / R и углы. Новые результаты по току короткого замыкания будут немного выше. Основные формулы для этого примера:

Θ = Arctan X / R
X = Sin θ * Z
R = Cos θ * Z или X / (X / R)
Источник R и X
% Z = 0,97 и X / R = 15
Обратный тангенс 15,00 = 86,1859 °
X = Sin 86,1859 * 0,97% = 0.9978 * 0,97% = 0,9679%
R = Cos 86,1859 * 0,97% = 0,0665 * 0,97% = 0,0645%

R и X трансформатора
% Z = 5,75 и X / R = 7
Обратный тангенс 7,00 = 81,8699 °
X = Sin 81,8699 * 5,75% = 0,9899 * 5,75% = 5,6919%
R = Cos 81,8699 * 5,75% = 0,1414 * 5,75% = 0,8131%

Общее сопротивление R источника и трансформатора
Rtotal = 0,0645% + 0,8131%
Rtotal = 0,8776%

Суммарное реактивное сопротивление источника и трансформатора X
Xtotal = 0,9679% + 5.6919%
Xtotal = 6,6598%

Полный импеданс источника и трансформатора Z

Ztotal = Sqrt (Rtotal2 + Ztotal2)
Ztotal = Sqrt (0,8776% 2 + 6,6598% 2)
Ztotal = 6,7174%

В другой статье мы только добавили величины импедансов и получили результат:
6,72% = 0,97% + 5,75%

Разбив импеданс на компоненты R и X, правильный импеданс составляет 6,7174%. Это настолько близко к исходным 6,72% по сравнению с прошлым месяцем, что можно подумать, что это не стоит дополнительных усилий.В случае, когда отношения X / R дают близкие углы, между двумя методами есть небольшая разница, например, в нашем случае, когда у нас X / R равняется 15, что составляет 86,1859 °, и 7, что составляет 81,8699 °. В большинстве случаев, однако, разница в углах больше, например, при учете меньших трансформаторов и проводов низкого напряжения.

Довольно часто сложение импеданса высокого X / R и угла с импедансом низкого X / R и угла может внести серьезную ошибку и привести к искусственно заниженным расчетным значениям короткого замыкания.Это потенциально опасная ситуация, поэтому учитывайте соотношение X / R! Отношение X / R также используется для определения степени асимметрии формы сигнала короткого замыкания, что важно при проведении испытаний на короткое замыкание.

Авторские права (C) 2005 — Brainfiller, Inc.

Отлично! Начинается заполнение мозгов!

Напряжение холостого хода | PVEducation

Напряжение холостого хода, V _OC , является максимальным напряжением, доступным от солнечного элемента, и это происходит при нулевом токе.Напряжение холостого хода соответствует величине прямого смещения солнечного элемента из-за смещения перехода солнечного элемента с током, генерируемым светом. Напряжение холостого хода показано на ВАХ ниже.

ВАХ солнечного элемента, показывающая напряжение холостого хода.

Уравнение для V _oc можно найти, установив чистый ток равным нулю в уравнении солнечного элемента, чтобы получить:

$$ V_ {OC} = \ frac {n k T} {q} \ ln \ left (\ frac {I_ {L}} {I_ {0}} + 1 \ right) $$

Случайный просмотр приведенного выше уравнения может показать, что V _OC растет линейно с температурой.Однако это не так, поскольку I ₀ быстро увеличивается с температурой, в первую очередь из-за изменений собственной концентрации носителей n _i . Влияние температуры сложное и зависит от технологии ячеек. См. Более подробную информацию на странице «Влияние температуры».

В _OC уменьшается с температурой. Если температура изменится, I ₀ также изменится.

Приведенное выше уравнение показывает, что V _oc зависит от тока насыщения солнечного элемента и тока, генерируемого светом.Хотя I _sc обычно имеет небольшое отклонение, ключевым эффектом является ток насыщения, поскольку он может варьироваться на порядки величины. Ток насыщения I ₀ зависит от рекомбинации в солнечном элементе. Тогда напряжение холостого хода является мерой рекомбинации в устройстве. Кремниевые солнечные элементы на высококачественном монокристаллическом материале имеют напряжение холостого хода до 764 мВ при одном солнце и условиях AM1.5, в то время как коммерческие устройства на мультикристаллическом кремнии обычно имеют напряжение холостого хода около 600 мВ.{2}} \ right] $$

, где kT / q — тепловое напряжение, N _A — концентрация легирования, Δn — концентрация избыточных носителей заряда, а n _i — собственная концентрация носителей. Определение V _OC по концентрации носителей также называется подразумеваемым V _OC .

Voc как функция ширины запрещенной зоны, E

_G

Если ток короткого замыкания (I _SC ) уменьшается с увеличением ширины запрещенной зоны, напряжение холостого хода увеличивается с увеличением ширины запрещенной зоны.{x} -1} d x $$,

где q — заряд электрона, σ — постоянная Стефана – Больцмана, k — постоянная Больцмана, T — температура и

$$ u = \ frac {E_ {G}} {k T} $$

Вычисление интеграла в приведенном выше уравнении довольно сложно. На приведенном ниже графике используется метод, описанный в

.

Зависимость тока насыщения диода от ширины запрещенной зоны. Значения определяются на основе подробного баланса и устанавливают ограничение на напряжение холостого хода солнечного элемента.

Вычисленное выше значение J ₀ можно напрямую подключить к стандартному уравнению солнечного элемента, приведенному в верхней части страницы, для определения V _OC , если напряжение меньше ширины запрещенной зоны, как в случае с солнечное освещение.

V _OC как функция ширины запрещенной зоны для соты с AM 0 и AM 1.5. V _OC увеличивается с шириной запрещенной зоны по мере уменьшения рекомбинационного тока. В V _OC наблюдается спад при очень большой ширине запрещенной зоны из-за очень низкого значения I _SC .

Номинальный ток короткого замыкания относительно дугового разряда

Статья написана в соавторстве с экспертами UL и Eaton Bussmann.

Как вспышка дуги связана с SCCR?

SCCR оборудования представляет собой максимальную величину тока короткого замыкания (повреждения), которую узел может безопасно выдержать в условиях короткого замыкания. Когда промышленная панель управления или промышленное оборудование не имеют адекватного SCCR для имеющегося тока короткого замыкания (повреждения), существует опасность поражения электрическим током.

Стандарт 1584 Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) — это метод расчета токов дуги и уровня падающей энергии. Когда устройство максимальной токовой защиты на входе (OCPD) является единственным устройством, учитываемым при расчете энергии падающего излучения промышленной панели управления, и, например, SCCR промышленной панели управления не включается в расчет, существует серьезная опасность. Раздел 1910.303 (b) Управления по охране труда (OSHA) требует, чтобы оборудование (новое и существующее) было рассчитано на работу с имеющимся током короткого замыкания, не создавая опасности.Например; предохранитель или автоматический выключатель питает промышленную панель управления с SCCR 5 кА. Доступный ток короткого замыкания на сетевой стороне промышленной панели управления рассчитан как 15 кА. Если SCCR промышленной панели управления не учитывается в расчетах, падающая энергия основана только на величине дугового замыкания и времени на устранение замыкания с помощью предохранителя или автоматического выключателя. Ярлык будет создан на основе вычисленной энергии падающего излучения и помещен на не отвечающую требованиям промышленную панель управления SCCR.Другими словами, промышленная панель управления не рассчитана на доступный ток короткого замыкания, что может привести к серьезным повреждениям, создавая опасную ситуацию для всех, кто работает с панелью или рядом с ней.

В приведенном выше примере на этикетке с предупреждением о вспышке дуги должно быть указано «ОПАСНО», никому нельзя разрешать работать с панелью или рядом с ней, когда она находится под напряжением, до тех пор, пока не будет достигнута надлежащая SCCR промышленной панели управления.

Национальный электротехнический кодекс (NEC) и UL признают необходимость обеспечения адекватной защиты от коротких замыканий.Это может быть достигнуто только путем понимания доступного тока короткого замыкания, передачи требований к защите персоналу и поставщикам оборудования и правильного применения компонентов в промышленной панели управления. Выполнение надлежащего плана SCCR для оборудования поможет обеспечить адекватную защиту сотрудников и оборудования.

Хотите узнать больше? Присоединяйтесь к специалистам UL и Eaton Bussmann в веб-семинаре, в котором они подробно расскажут, чем дуговая вспышка отличается от SCCR.

Исследование и анализ короткого замыкания

Что такое исследование короткого замыкания?

Определение исследования короткого замыкания — это исследование, анализ или оценка электрической системы для определения величины токов, которые могут протекать во время электрического повреждения, и сравнения этих значений с номинальными характеристиками установленного оборудования и устройств защиты от короткого замыкания.Речь идет о деятельности, связанной с анализом короткого замыкания, включая конструктивные соображения для новых систем, аналитические исследования для существующих систем, а также соображения по эксплуатации и проверке моделей для промышленных и коммерческих энергосистем. Исследование неисправностей защиты от короткого замыкания имеет решающее значение в энергосистемах. Без проведения исследования короткого замыкания мы не сможем осуществить координацию защиты и исследование вспышки дуги, и это рекомендованная практика для любых объектов энергосистемы — Omazaki Engineering — консультант, занимающийся изучением и анализом коротких замыканий с использованием программного обеспечения, такого как ETAP, SKM, EasyPower, DigSilent и др.для коммерческих и промышленных объектов. Если вы ищете консультантов по анализу коротких замыканий и исследований для вашего проекта в Индонезии и Юго-Восточной Азии, свяжитесь с нами, отправив электронное письмо по адресу [email protected] или заполнив контактную форму.

———————————————

Базовые знания

Определение короткого замыкания

Определение короткого замыкания в соответствии со стандартом IEC 60909 — это случайный или преднамеренный токопроводящий путь между двумя или более проводящими частями (например,грамм. трехфазное короткое замыкание), в результате чего разность электрических потенциалов между этими проводящими частями становится равной или близкой к нулю.

Короткое замыкание — это неисправность. Короткое замыкание — это ненормальное соединение между двумя узлами электрической цепи, которые должны находиться под разными напряжениями. Это приводит к чрезмерному электрическому току.

———————

Общие причины короткого замыкания

Вот некоторые общие причины короткого замыкания:

• Прямое контактное соединение с токоведущими проводами
• Превышение температуры из-за перегрузки по току или перегрузки
• Неисправная изоляция проводов — изоляция проводов может со временем ухудшиться и изнашиваться, обнажая металлические и медные провода
• Плохая проводка прибора — короткое замыкание может произойти в розетках, шнурах питания и внутренней печатной плате приборов и устройств
• Ослабленные электрические соединения — электрические крепления со временем расшатываются, что увеличивает вероятность соприкосновения металлических компонентов друг с другом
• Выброс деструктивных электронов из-за перенапряжения
• Дуга из-за конденсации вместе с воздухом, особенно в изоляторах
• и др.

———————

Опасность короткого замыкания

В пределах миллисекунд ток короткого замыкания может быть в тысячи раз больше, чем нормальный рабочий ток системы.

Повреждение от короткого замыкания может быть уменьшено или предотвращено с помощью предохранителей, автоматических выключателей или других средств защиты от перегрузки, которые отключают питание в ответ на чрезмерный ток. Защиту от перегрузки следует выбирать в соответствии с номинальным током цепи.Цепи для больших бытовых приборов требуют защитных устройств, настроенных или рассчитанных на более высокие токи, чем цепи освещения. Сечения проводов, указанные в строительных и электрических нормах, выбираются для обеспечения безопасной работы в сочетании с защитой от перегрузки. Устройство защиты от перегрузки по току должно быть рассчитано на безопасное прерывание максимального ожидаемого тока короткого замыкания.

При неправильной установке перегрузка по току от короткого замыкания может вызвать омический нагрев частей схемы с плохой проводимостью (неисправные соединения в проводке, неисправные контакты в розетках или даже место самого короткого замыкания).Такой перегрев — частая причина пожаров. Электрическая дуга, если она образуется во время короткого замыкания, выделяет большое количество тепла, а также может вызвать воспламенение горючих веществ.

В промышленных и коммунальных распределительных сетях динамические силы, создаваемые высокими токами короткого замыкания, вызывают разнесение проводников. Шины, кабели и аппаратура могут быть повреждены силами, возникающими при коротком замыкании.

———————

Типы короткого замыкания

Есть два типа короткого замыкания.Их:

• Симметричное короткое замыкание
  Это короткое замыкание возникает только в трехфазных системах. Это короткое замыкание происходит одновременно во всех трех проводниках с короткими токами. Короткое замыкание симметричного типа только для трехфазного короткого замыкания с заземлением или без него. Только 5% от общего числа случаев короткого замыкания — это 3-х фазное короткое замыкание.
• Асимметричное короткое замыкание
  Это короткое замыкание возникает в одно- и трехфазных системах. Это короткое замыкание происходит между токоведущими проводами с заземлением или без него.Это асимметричное короткое замыкание подразделяется на
  — Междуфазное короткое замыкание — Любое короткое замыкание двух фаз без заземления
  — Двойное замыкание между фазой и землей — Любые две фазы, соединенные вместе с землей
  — Одинарное замыкание между фазой и землей. — замыкание на землю — Короткое замыкание на землю только одной фазы

Статистика также показывает, что около 70-80 процентов коротких замыканий в энергосистемах являются асимметричными. Следовательно, необходимо поддерживать электрические системы в исправном состоянии от всех видов электрических неисправностей.

———————————————

Почему мы должны проводить исследование короткого замыкания?

Поскольку короткое замыкание не всегда можно предотвратить, мы можем только попытаться уменьшить его и до некоторой степени противостоять потенциально опасным воздействиям. На ранних стадиях разработки необходимо исследование короткого замыкания, чтобы спроектировать электрическую систему так, чтобы вероятность короткого замыкания стала небольшой.

Однако, если происходит короткое замыкание, необходимо что-то сделать, чтобы уменьшить его влияние путем а) ​​управления нежелательной величиной тока короткого замыкания и б) изоляции минимально возможной части системы вокруг зоны повреждения для обеспечения обслуживания устройства. остальная часть системы.

Основные причины проведения исследований КЗ

• Проверка соответствия существующего оборудования прерывания. Исследования того же типа лягут в основу выбора отключающего оборудования для целей системного планирования.
• Определение настроек защитного устройства системы, которое выполняется, прежде всего, с помощью величин, характеризующих систему в условиях неисправности. Эти величины, также называемые «ручками защиты», обычно включают в себя фазные и последовательные токи или напряжения, а также скорости изменений системных токов или
• Определение влияния токов короткого замыкания на различные компоненты системы, такие как кабели, линии, шинопроводы, трансформаторы и реакторы во время короткого замыкания. Тепловые и механические напряжения от результирующих токов замыкания всегда следует сравнивать с соответствующими кратковременными, обычно первого цикла, выдерживают возможности оборудования системы.
• Оценка влияния различных видов коротких замыканий разной степени тяжести на общий профиль напряжения системы. Эти исследования позволят выявить области в системе, неисправности которых могут привести к недопустимо распространенному напряжению.
• Разработка концепции, проектирование и доработка компоновки системы, заземления нейтрали и заземления подстанции.

———————————————

Когда и как часто требуется исследование короткого замыкания?

Исследования короткого замыкания столь же необходимы для любой энергосистемы, как и другие фундаментальные исследования системы, такие как исследования потока мощности, исследования устойчивости при переходных процессах, исследования гармонического анализа и т. Д.Исследования короткого замыкания могут быть выполнены на этапе планирования, чтобы помочь завершить компоновку системы, определить уровни напряжения и размеры кабелей, трансформаторов и проводов. Для существующих систем исследования неисправностей необходимы в случаях дополнительной генерации, установки дополнительных вращающихся нагрузок, изменения компоновки системы, перестановки защитного оборудования, проверки соответствия существующих выключателей, перемещения уже приобретенного распределительного устройства во избежание ненужных капитальные затраты и др.«Посмертный» анализ может также включать исследования короткого замыкания, чтобы воспроизвести причины и системные условия, которые привели к отказу системы.

NFPA 70E 2018 (Стандарт по электробезопасности на рабочем месте) также рекомендует проводить исследование короткого замыкания не реже одного раза в 5 лет или всякий раз, когда на предприятии происходят серьезные изменения.

———————————————

Задачи и цели исследований короткого замыкания

Цели и задачи анализа и исследований короткого замыкания:

• Исследование короткого замыкания используется для определения доступного тока короткого замыкания или короткого замыкания в каждой точке системы
• Рассчитайте максимально доступные симметричные режимы неисправности для сравнения с номиналами короткого замыкания оборудования низкого напряжения и оборудования среднего или высокого напряжения с номиналами отключения.
• Рассчитать максимально доступные пиковые нагрузки при сбое для сравнения с неопубликованными пиковыми характеристиками оборудования низкого напряжения и номинальными значениями замыкания и фиксации среднего или высокого напряжения.
• Выявить недостатки в системе защиты
• Предложите рекомендуемые решения, чтобы помочь исправить проблемные области

Некоторые важные вопросы

Результаты исследования могут быть использованы для рекомендации изменений существующих станций или для предложения первоначального проекта системы на стадии планирования и / или расширения.Вот некоторые важные вопросы, ответы на которые могут быть получены при исследовании неисправностей:

• Соответствует ли оборудование прерывания цепи требованиям прерывания системы на всех уровнях напряжения? Может ли распределительное устройство среднего и высокого напряжения выдерживать кратковременные и прерывающие нагрузки, налагаемые системой? Подходит ли это распределительное устройство для защиты от замыканий на землю? Если нет, следует ли покупать новое оборудование или можно внести некоторые изменения в систему, чтобы избежать дополнительных капитальных затрат?
• Есть ли резерв отключающей способности автоматических выключателей для будущего расширения системы? Если нет, нужен ли запас прочности для будущего расширения? Если да, то как можно изменить систему, чтобы учесть эти проблемы?
• Непрерывное оборудование, т.е.е. реакторы, кабели, трансформаторы, шинопроводы, обладающие достаточными характеристиками, позволяющими выдерживать токи короткого замыкания, до тех пор, пока они не будут устранены прерывающим оборудованием?
• Имеют ли автоматические выключатели нагрузки или разъединители достаточную мгновенную фиксацию и / или возможность замыкания и защелкивания?
• Как повлияет на расчетные токи короткого замыкания в системе электростанции, если произойдет увеличение уровня короткого замыкания энергокомпании? Что можно сделать с экономической точки зрения, чтобы предвидеть такую ​​возможность?
• Требуется ли специальное защитное оборудование или электрическая схема для обеспечения селективности защитного устройства как по максимальному, так и по минимальному значению токов короткого замыкания?
• При возникновении неисправностей напряжение на неисправных шинах в системе падает до уровней, которые могут привести к отключению контакторов пускателя двигателя или срабатыванию реле пониженного напряжения?

———————————————

Как провести исследование короткого замыкания

Стандарты для расчета и исследования короткого замыкания

IEC 60909 — Международный стандарт Серия

Стандарт IEC 60909 различает четыре режима работы, приводящие к четырем различным расчетным токам короткого замыкания:

• Начальный ток короткого замыкания I ”к
• Пиковый ток короткого замыкания Ip
• Отключающий ток короткого замыкания Ib
• Установившийся ток короткого замыкания Ik

Стандарты ANSI — Североамериканский стандарт Стандарты

IEEE, охватывающие расчеты тока короткого замыкания для электрических систем низкого напряжения (ниже 1000 В):

• Стандарт IEEE 242-1986
• Стандарт IEEE 241-1990
• Стандарт IEEE C37.13-1990
• Стандарт IEEE 141-1993

Стандарты IEEE, относящиеся к расчетам тока короткого замыкания для электрических сетей среднего и высокого напряжения:

• Стандарт IEEE 141-1993
• Стандарт IEEE C37.5-1979
• Стандарт IEEE 241-1990
• Стандарт IEEE 242-1986.
• Стандарт IEEE C37.010-1979

———————

Факторы, влияющие на точность исследований короткого замыкания

IEEE Std.399 указали, что существует множество факторов, влияющих на точность исследования короткого замыкания. Их:

• Конфигурация системы
• Системное сопротивление
• Заземление нейтрали
• Предаварийные системные нагрузки и шунты
• Взаимная муфта в нулевой последовательности
• Фазовые сдвиги в батареях трансформаторов, соединенных треугольником и звездой

———————

Программное обеспечение для исследования короткого замыкания

Во всем мире доступно различное международно признанное программное обеспечение, которое можно использовать для исследования коротких замыканий на коммерческих и промышленных объектах.Самыми верхними, широко используемыми являются следующие:

• ЭТАП
• SKM
• EasyPower
• PSS
• и т. Д.

———————

Этапы исследования короткого замыкания

Общие шаги исследования короткого замыкания следующие:

• Сбор данных
  Информация обо всех компонентах получается во время полевого посещения, а затем заносится в таблицу. Дополнительные данные получены от электроэнергетической компании, производителей или рассчитаны на основе полевых данных.

• Однолинейная схема
  Схема энергосистемы показывает, как создаются или обновляются все компоненты, электрически соединенные между собой. Дополнительные данные, необходимые для исследования, такие как импеданс кабеля, можно получить с помощью этой однолинейной диаграммы.
• Анализ программного обеспечения
  Используя одно из множества доступных программ анализа короткого замыкания, данные системы вводятся, а токи короткого замыкания в различных точках системы вычисляются как выходные данные.
• Свести результаты в таблицу
  Выходные данные программного обеспечения энергосистемы обычно помещаются в таблицу для сравнения с номинальными характеристиками оборудования в системе. Если расчетный ток короткого замыкания в данной точке превышает номинальный ток короткого замыкания оборудования, установленного в этой точке, то это место помечается как неадекватное. защищен.
• Заключительный отчет
  Подробный отчет будет описывать объем исследования, все предположения, происхождение данных, методы, используемые для расчета токов, результаты в виде таблиц и рекомендации по корректирующим действиям публикуются по завершении учиться.

———————

Результаты

Ожидается, что типичные отчеты об исследовании короткого замыкания будут включать следующие результаты, предоставляемые консультантом:

• Комплексная модель объекта в программном обеспечении современных энергосистем
• Оценка системы в условиях короткого замыкания для нормальных и аварийных сценариев
• Расчетные параметры защитных устройств, необходимые для оптимальной защиты
• Сравнение существующих номиналов защитных устройств и имеющегося тока короткого замыкания
• Рекомендации по защите оборудования и персонала
• Рекомендации по корректирующим действиям защитных устройств для защиты от больших токов короткого замыкания
• Предоставляет необходимую информацию в соответствии со стандартами IEC, NEC, NFPA 70E и IEEE 1584.

———————————————

Свяжитесь с Omazaki Engineering , если вы ищете консультанта по анализу короткого замыкания и исследования, который предоставляет консультационные услуги для помощи в вашем проекте или для других целей, связанных с вашей электрической системой в Индонезии и Юго-Восточной Азии.

———————————————

Статьи по теме

Список литературы

———————————————

CYME Power Engineering Software — Анализ неисправностей

Анализ неисправностей

Анализ неисправностей — важный инструмент для определения токов короткого замыкания, возникающих в результате различных явлений неисправностей, оценки мест неисправностей, идентификации оборудования с недостаточными номинальными характеристиками в электроэнергетических системах и определения размеров различных компонентов системы.Программное обеспечение CYME для энергетики имеет модуль комплексного анализа неисправностей, который помогает инженерам оценить влияние короткого замыкания различной степени тяжести на общую надежность системы.

Особенности

Знание величины тока короткого замыкания, который может присутствовать в любой точке электрической системы, имеет решающее значение для обеспечения надежности системы. Ненормальный уровень тока, вызванный неисправностями, создает серьезную нагрузку на электрическое оборудование, и если последнее не будет правильно рассчитано, это может привести к повреждению оборудования, травмам персонала и простоям системы.

Модуль анализа неисправностей программного обеспечения CYME для энергетики — это комплексный модуль, предлагающий различные виды анализа и функциональные возможности, которые помогают инженерам тщательно оценивать проблемы, связанные с коротким замыканием.

Особенности модуля:

• Обычные расчеты короткого замыкания
• Расчет короткого замыкания по IEC
• Расчет короткого замыкания ANSI
• Анализ неисправностей серии
• Одновременный анализ неисправностей
• Анализ провалов напряжения
• Локатор неисправностей
• Анализ верификации рейтинга оборудования

Обычное короткое замыкание

Обычный расчет короткого замыкания — это надежный алгоритм расчета, который не соответствует какому-либо конкретному стандарту.Это предлагает:

• Расчет последовательности и фазовой области
• Вычисление тока короткого замыкания во всех узлах или вычисление эффекта повреждения, возникшего в данном месте
• Все типы отказов (LLL, LLL-G, LL, LL-G, L-G)
• Опция скользящего разлома
• Регулировка допуска импеданса
• Вклады машинного короткого замыкания

IEC-60909 короткое замыкание

Расчет короткого замыкания IEC-60909 соответствует международным рекомендациям IEC-60909 и поддерживает расчет тока короткого замыкания для трехфазных радиальных или ячеистых сетей переменного тока.

• Четыре типа расчета тока короткого замыкания: начальный ток короткого замыкания, максимальный асимметричный ток короткого замыкания или пиковый ток, ток замыкания и ток устойчивого состояния
• Стандартные или определяемые пользователем коэффициенты напряжения
• Поправочные коэффициенты импеданса для трансформаторов, генераторов, сетевых фидеров и блоков электростанций
• Отчет о типовых соотношениях X / R для генераторов, двигателей и сетевых фидеров

ANSI короткое замыкание

Расчеты короткого замыкания ANSI соответствуют североамериканскому ANSI C37.5, стандарты ANSI C37.010, ANSI C37.13, относящиеся к исследованиям короткого замыкания в определенных режимах работы.

• Изучаемые виды работы: с выдержкой времени, разъединение контактов, замыкание / фиксация
• Оценка номинальных характеристик выключателя низкого напряжения
• Автоматический выбор множителей, применяемых к субпереходному реактивному сопротивлению двигателя в соответствии со стандартом

Серия неисправностей

Анализ последовательного замыкания оценивает влияние разомкнутых цепей или условий асимметричного полного сопротивления линии на сеть, что обычно вызывает значительное увеличение тока нейтрали.

Типы изученных серийных неисправностей:

• Однофазный обрыв
• Двухфазный обрыв
• Несимметричные импедансы

Одновременная неисправность

Анализ одновременных сбоев изучает влияние сбоев в разных местах одновременно в сети.

• Изучите комбинацию шунтирующих и последовательных КЗ
• Оценить влияние сбоев, возникающих одновременно в двух или более сетевых точках

Падение напряжения

Анализ проседания напряжения оценивает влияние внезапного снижения величины напряжения, вызванного неисправностями в сети или другими помехами, такими как запуск двигателя или перегрузки.

• Подтверждение действительности времени отключения различных защитных устройств путем определения частоты провисания и вычисления продолжительности
• Определить провал напряжения, вызванный помехами

Локатор неисправностей

Анализ локатора неисправностей берет короткое замыкание, записанное с помощью прибора для измерения тока, чтобы определить возможные места повреждения в сети.

Подтверждение номинальных характеристик оборудования

Анализ проверки характеристик оборудования оценивает устройства, чтобы определить, имеют ли они надлежащий размер для выполнения предполагаемых функций, поскольку нагрузка на них увеличивается вместе с растущим спросом на энергию.

• Определите с помощью анализа короткого замыкания, могут ли сетевые устройства выдерживать токи короткого замыкания в соответствии с требованиями ANSI или IEC
• Точное определение с помощью анализа потока мощности, если сетевые устройства перегружены или страдают нарушениями напряжения в установившемся режиме
• Детальный отчет и визуализация результатов на однолинейной диаграмме

Просмотр результатов

Для облегчения визуализации результатов доступны различные инструменты отчетности:

• Отчеты
  • Подробные отчеты в табличном формате, которые можно экспортировать в Microsoft Excel, XML или формат базы данных
  • Содержание отчета настраивается с помощью ключевых слов
• Отображение однострочной диаграммы
  • Цветовое кодирование для иллюстрации аномалий в соответствии с критериями, заданными пользователем
  • Настраиваемые теги и всплывающие подсказки в определенных пользователем местах на однолинейной диаграмме

Расчет короткого замыкания генератора

«рядом» »PAC Basics

Мы говорили о расчете короткого замыкания генератора «вдали от» в нашей предыдущей статье, но мы никогда не упоминали условия, при которых короткое замыкание считается «далеко от» или «близко» к генератору.

Итак, когда мы считаем короткое замыкание «далеко от» или «вблизи» генератора?

В соответствии с IEC 60909, короткое замыкание считается «около» генератора, когда по крайней мере одна синхронная машина дает ток, превышающий удвоенный номинальный ток, I ” _k / I _rG > 2, или синхронные и асинхронные двигатели вносят свой вклад. более 5% от начального тока короткого замыкания, рассчитанного без учета двигателей.

Вычислительная значимость для расчета короткого замыкания генератора

«Ближнее» короткое замыкание генератора учитывает декремент переменного тока при последующем расчете токов короткого замыкания.Это означает, что установившиеся токи короткого замыкания «ближнего» генератора имеют меньшую величину, чем токи отключения симметричного короткого замыкания. Эти токи отключения, в свою очередь, меньше по величине, чем начальные токи короткого замыкания.

Расчет начального и пикового токов короткого замыкания для коротких замыканий «вблизи» генератора такой же, как и для коротких замыканий «вдали от» генератора. При определении токов отключения и установившихся токов короткого замыкания для коротких замыканий «вблизи» генератора требуются дополнительные действия, в отличие от коротких замыканий «вдали от» генератора, когда начальные, размыкающие и установившиеся токи короткого замыкания равны ( I » _k = I _b = I _k ).Важно определить, какие генераторы находятся «далеко от» или «около» места повреждения, чтобы дополнительные шаги в расчете тока отключения и установившегося тока оставались только для «ближнего» короткого замыкания генератора.

Симметричный ток отключения при коротком замыкании (Ib)

При расчете тока отключения симметричного короткого замыкания для короткого замыкания «вблизи» генератора декремент переменного тока учитывается путем введения коэффициента µ , как показано в уравнении ниже.

Как и в случае со стандартами, утвержденными ANSI, ток отключения зависит от времени размыкания контактов защитного устройства или минимальной выдержки времени t _мин. в терминах IEC 60909. Это видно из фактора µ . Коэффициент µ также зависит от соотношения начального тока короткого замыкания генератора и номинального тока, I ” _кГс / I _rG . Следующие уравнения определяют коэффициент µ для конкретной минимальной задержки времени.Для других значений минимальной выдержки времени допустима линейная интерполяция между кривыми.

Эти уравнения применимы к турбогенераторам, явнополюсным генераторам и синхронным компенсаторам, возбуждаемым вращающимися или статическими преобразователями (при условии, что для статических возбудителей минимальная временная задержка составляет менее 0,25 с, а максимальное напряжение возбуждения меньше 1,6 номинальной нагрузки. напряжение возбуждения). Во всех остальных случаях µ = 1.

Также стоит отметить, что предварительное условие для идентификации коротких замыканий «вдали от» или «вблизи» генератора сохраняется в коэффициенте µ в том смысле, что если отношение I » _кг / I _rG равно не больше 2, µ устанавливается в 1.Это установит ток отключения равным начальному току короткого замыкания, характеристику короткого замыкания генератора «далеко от».

Коэффициент умножения µ

Для коротких замыканий с «сетчатыми» путями тока определение µ из единственного эквивалентного отношения I ” _кГс / I _rG неприменимо. В этом случае допускается установка симметричного тока отключения при коротком замыкании равным начальному току короткого замыкания. Это повлияет на точность, но будет более консервативным.

Вклад асинхронных двигателей в ток отключения симметричного короткого замыкания количественно определяется путем введения дополнительного коэффициента q и замены отношения I ” _кг / I _rG на I” _кМ / I _rM . Коэффициент q учитывает быстрое разрушение короткого замыкания двигателя из-за отсутствия поля возбуждения.

где

P _RM есть номинальная активная мощность в МВт

p — количество пары полюсов двигателя

Обратите внимание, что коэффициент q ограничен 1.

Коэффициент умножения q

Полный симметричный ток отключения при коротком замыкании — это сумма вкладов от отдельных источников,

Устойчивый ток короткого замыкания (I

_k )

Установившийся ток короткого замыкания для коротких замыканий «вблизи» генератора обычно ниже по величине, чем ток отключения симметричного короткого замыкания. Это зависит от системы возбуждения, действия регулятора напряжения и влияний насыщения. Синхронные машины со статическими возбудителями, питаемыми непосредственно от его выводов, не имеют установившегося вклада в короткое замыкание на его выводах.Это связано с тем, что напряжение возбуждения падает вместе с напряжением на клеммах во время повреждения. Они способствуют установившемуся короткому замыканию только в том случае, если между его выводами и местом повреждения имеется полное сопротивление, например, повреждения на высоковольтной стороне блочного трансформатора в случае блоков электростанции.

Расчет установившегося тока короткого замыкания довольно прост, поскольку он зависит только от номинального тока генератора и напряжения возбуждения. Однако представленные процедуры верны только для одного генератора или блока электростанции, обеспечивающего неисправность.Максимальные и минимальные значения рассчитываются для обеспечения диапазона вклада установившегося короткого замыкания. Минимальный установившийся ток короткого замыкания рассчитывается на основе постоянного и нерегулируемого напряжения возбуждения с использованием следующего уравнения.

Максимальный установившийся ток короткого замыкания рассчитывается на основе максимального напряжения возбуждения с использованием следующего уравнения.

Коэффициент умножения λ _max зависит от того, генератор представляет собой турбо- или явнополюсный генератор; и соотношение максимальное напряжение возбуждения к напряжению возбуждения при нормальных условиях нагрузки (серия 1 или 2).

Коэффициент умножения серии 1 λ _max основан на наивысшем возможное напряжение возбуждения, которое в 1,3 раза превышает номинальное напряжение возбуждения при номинальном полная мощность и коэффициент мощности для турбогенераторов или в 1,6 раза больше номинального напряжение возбуждения при номинальной полной мощности и коэффициент мощности для явнополюсного типа генераторы.

Коэффициент умножения серии 2 λ _max основан на максимально возможном напряжении возбуждения, которое в 1,6 раза превышает номинальное напряжение возбуждения при номинальной полной мощности и коэффициенте мощности для турбогенераторов или 2.0-кратное номинальное напряжение возбуждения при номинальной полной мощности и коэффициенте мощности для явнополюсных генераторов.

• Серия 1 λ для турбогенераторов
• Серия 2 λ для турбогенераторов
• Серия 1 λ для явнополюсных генераторов
• Серия 2 λ для явнополюсных генераторов

Список литературы

IEEE Std 551-2006 [The Violet Book]: Рекомендуемая практика для расчета токов короткого замыкания переменного тока в промышленных и коммерческих энергосистемах.(2006). С.И .: IEEE.

BS EN 60909-0: 2001: Токи короткого замыкания в трехфазном переменном токе. Системы Часть 0: Расчет токов (2002).