Короткое трехфазное замыкание: ЭлектрО — Трехфазное короткое замыкание

Разное

Содержание

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

трехфазное короткое замыкание
three-phase fault

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

  • трехфазная электропередача
  • трехфазное питание

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Что такое межфазное короткое замыкание и как защититься от него?

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

Что такое межфазное замыкание?

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

Обозначения:

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

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

Где возникает и почему?

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

Короткозамыкатель КЗ-110

Непреднамеренное КЗ может возникнуть в следующих местах:

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

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

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

Ток межфазного КЗ

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

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

Перечислим факторы, от которых зависит ток КЗ:

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

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

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

Проверка изоляции с помощью мегаомметра

Последствия

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

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

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

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

Образование электрической дуги на размыкателях

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

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

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

Способы защиты

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

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

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

Профилактика

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

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

Видео по теме

Расчёт трёхфазного короткого замыкания

а) Изменение тока при коротком замыкании

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

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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

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

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

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

 

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

 

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

 

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

 

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

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

 

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

 

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

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

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

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

Тогда

 

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

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

 

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

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

 

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

Решение. Согласно (1-26) определяется хсист:

 

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

 

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

 

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

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

Решение. Определим сопротивление системы:

 

в) Определение остаточного напряжения

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

 

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

 

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

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

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

Решение. По первому выражению (1-27):

 

г) Расчёты токов короткого замыкания и напряжений в разветвлённой сети

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

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

Решение. Преобразование схемы замещения производим в следующей последовательности.

 

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

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

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

 

 

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

 

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

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

 

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

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

 

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

 

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

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

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

Сопротивление реактора (Ом) можно определить по следующему выражению:

 

гле UHOM и IHOM — номинальное напряжение и ток реактора.

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

Для двухобмоточного трансформатора можно записать сопротивление (Ом):

 

где uK, %, и UHOM, кВ, — указаны выше, а S HOM — номинальная мощность трансформатора, MB• А.

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

 

где IHOM — номинальный ток соответствующего реактора или трансформатора.

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

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

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

 

Пример 1-9. Определить максимально возможный ток и мощность трёхфазного к. з. за понизительным трансформатором: SH = 31,5MB • А, UН1= 115 кВ, UН2 = 6,3 кВ, uK = 10,5%

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

Номинальный ток обмотки 6,3 кВ трансформатора равен:

 

Трехфазное короткое замыкание машины, работающей в режиме под нагрузкой

Страница 9 из 23

Рассмотрим машину, которая до момента возникновения режима внезапного короткого замыкания работает под нагрузкой, причем ее ток равен ί0, а напряжение и0. Составляющие напряжения и0d, и0q и тока i0d, i0q могут быть определены либо из векторной диаграммы, либо из уравнений (24) — (27) главы 6. С момента короткого замыкания ud=uq = 0.

Подставим эти значения составляющих тока и напряжения в уравнения (107), (108) главы 6. В результате получим уравнения для составляющих тока внезапного трехфазного короткого замыкания по продольной и поперечной осям:

(9)

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

(11)

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

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

(12)

(13)
Из этих формул следует, что составляющая тока по продольной оси после того, как обмотка статора была замкнута накоротко, сохраняет свое прежнее значение, а составляющая тока по поперечной оси изменяется. Рассмотрим в качестве примера машину, параметры которой приведены на стр. 192. Примем для исходного режима работы машины под нагрузкой следующие значения составляющих тока: i0d = 0,1; i0q=l,43.

Подставим вместо xq(t) последовательно значения x»q и xq со стр. 192. Составляющие тока при коротком замыкании получаем в соответствии с (13):

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

Лекция 3. Трехфазное короткое замыкание в симметричной цепи — Студопедия

Содержание лекции: вычисление периодической составляющей и ударного тока трехфазного короткого замыкания.

Цели лекции: расчет трехфазного короткого замыкания в симметричной цепи.

Если трехфазная цепь симметрична, т.е. сопротивления фаз равны между собой, замыкание всех трех фаз в одной точке (см. рисунок3.1) приводит к уменьшению их сопротивления, но не нарушает симметрии токов и напряжений. По сравнению с режимом нагрузки токи в цепи возрастают, а напряжения уменьшаются. Угол сдвига φ между током и напряжением, как правило, увеличивается за счет исключения из схемы активных сопротивлений нагрузки, достигая 900 при чисто индуктивном сопротивлении цепи.

Рисунок 3.1

С момента возникновения КЗ ток повреждения можно представить состоящим из двух составляющих: свободного апериодического тока – апериодической составляющей тока КЗ и вынужденного периодического тока, создаваемого ЭДС генератора, — периодической составляющей тока КЗ.

Значение периодической составляющей для начального момента КЗ зависит от ЭДС генератора, его внутреннего сопротивления и сопротивления внешней цепи. Быстрота затухания апериодической составляющей зависит от соотношения между активными и индуктивными сопротивлениями цепи КЗ: чем больше активное сопротивление цепи, тем затухание происходит быстрее.

3.1 Вычисление начального значение периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания

Условиями, характеризующими трехфазное КЗ, являются симметричность схемы и равенство нулю междуфазных и фазных напряжений в месте короткого замыкания:

Uk,АВ = Uk, ВС = Uk,СА= 0,

Uk= Uk, В = Uk= 0.

Таким образом, разность потенциалов цепи короткого замыкания от места подключения генерирующего источника до точки КЗ равняется ЭДС данного источника.

Начальное действующее значение периодической составляющей можно определить по закону Ома

(3.1)

где I«(3) — сверхпереходный ток трехфазного КЗ;

Е» – междуфазная сверхпереходная ЭДС генератора;

— результирующее сопротивление цепи КЗ;

Х« – сверхпереходное индуктивное сопротивление генератора;

Хвш, Rвш — соответственно индуктивное и активное сопротивление внешней цепи от выводов генератора до точки КЗ.

Без учета активного сопротивления (3.1) упрощается

(3.2)

где ХΣ = Х« + Хвш – результирующее индуктивное сопротивление цепи КЗ.

В случае питания КЗ от энергосистемы расчетное выражение для определения периодической составляющей будет

(3.3)

где Uср – напряжение на шинах энергосистемы;

— результирующее сопротивление цепи КЗ;

Хс – результирующее индуктивное сопротивление системы относительно места ее подключения в расчетной схеме;


Хвш, Rвш — соответственно индуктивное и активное сопротивление от места подключения системы до точки КЗ.

Без учета активного сопротивления периодический ток будет равен

(3.4)

где ХΣ – результирующее индуктивное сопротивление цепи КЗ.

Зная ток КЗ, можно определить мощность короткого замыкания, которая в заданной точке КЗ при базисном напряжении определится как

(3.5)

где I(3) – ток в рассматриваемой точке КЗ, приведенный к напряжению Uср.

Трехфазное короткое замыкание в неразветвленной цепи — Студопедия

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

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

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

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

Дифференциальное уравнение равновесия в каждой фазе этого участка имеет вид:

. (3-1)

Его решение общеизвестно:

, сек. (3-2)

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

, сек. (3-3)

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

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

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


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

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

,

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

, (3-la)

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

Решение (3-1а) имеет вид:

, (3-2a)

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

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

, (3-3)

откуда после подстановки соответствующих выражений имеем:

. (3-4)

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

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

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

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

(3-5)

Приравняв нулю частные производные этого уравнения, т. е.

;

,

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

, т. е. при .

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

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

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

(3-6)

где , (3-7)

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

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

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

Типы коротких замыканий — CMP Products Limited

Тип продуктаКабельные скобы (12)Кабельные вводы (106)

Правила монтажа оборудованияAS/NZS, для горнодобывающей отрасли (Группа I) (15)Зоны AS/NZS (48)Разделы класса CEC (20)Зоны класса CEC (26)CEC, не классифицировано (3)GOST Zones (36)IEC, для горнодобывающей отрасли (Группа I) (14)IEC, не классифицировано (45)Зоны IEC (49)Разделы класса NEC (19)Зоны класса NEC (19)NEC, не классифицировано (3)Зоны Norsok (11)Параллельная конструкция (8)Один кабель (8)Трехлистная компоновка кабелей (7)

Тип защиты1Ex d IIC Gb X (27)1Ex e IIC Gb X (36)2Ex nR IIC Gc X (27)Класс I, Разд. 1 (8)Класс I, Разд. 1, Группы A, B, C, D (8)Класс I, Разд. 2 (18)Класс I, Разд. 2, Группы A, B, C, D (17)Класс I, Группы A, B, C, D (6)Класс I, Группы B, C, D (2)Класс I, Зона 1 (19)Класс I, Зона 1, AEx d IIC Gb (10)Класс I, Зона 1, AEx e IIC Gb (19)Класс I, Зона 2 (19)Класс I, Зона 2, AEx d IIC Gb (10)Класс I, Зона 2, AEx e IIC Gb (12)Класс I, Зона 2, AEx nR IIC Gc (8)Класс I, Зона 20 (10)Класс I, Зона 20, AEx ta IIIC Da (10)Класс I, Зона 21 (10)Класс I, Зона 21, AEx tb IIIC Db (10)Класс I, Зона 22 (10)Класс I, Зона 22, AEx tc IIIC Dc (10)Класс II, Разд. 1 (10)Класс I, Разд. 1, Группы E, F, G (10)Класс II, Разд. 2 (18)Класс II, Разд. 2, Группы E, F, G (18)Класс III, Разд. 1 (15)Класс III, Разд. 2 (13)Ex d I Mb (20)Ex d IIC Gb (36)Ex db I Mb (1)Ex db IIC Gb (1)Ex e I Mb (20)Ex e IIC Gb (46)Ex eb I Mb (1)Ex eb IIC Gb (3)Ex nR IIC Gc (34)Ex nRc IIC Gc (1)Ex ta IIIC Da (43)Ex ta IIIC Da X (35)Ex tb IIIC Db (43)Ex tb IIIC Db X (35)Ex tc IIIC Dc (43)Ex tc IIIC Dc X (35)Ex tD A21 IP66 (2)Промышленного назначения (45)Стандартные среды (6)Одноболтовой (10)Двухболтовой (10)Влажные среды (6)

Тип кабеляАлюминиевая ленточная броня (ASA) (25)Алюминиевая ленточная броня (например, ATA) (24)Алюминиевая проволочная броня (AWA) (34)Оснащенные броней и оболочкой (24)Судовой кабель с броней в виде оплетки (24)Гофрированная металлическая броня, приваренная непрерывным швом (MC-HL) — алюминий (4)Гофрофольгированная броня, приваренная непрерывным швом (MC-HL) — сталь (4)Гофрированная и взаимосвязанная металлическая броня (MC) — алюминий (4)Гофрированная и взаимосвязанная металлическая броня (MC) — сталь (4)Сверхтвердый шнур (2)Небронированный кабель плоской формы (2)Гибкий шнур (5)Освинцованный кабель с алюминиевой проволочной броней (LC/AWA) (9)Освинцованный кабель с гибкой проволочной броней (LC/PWA) (8)Освинцованный кабель с однослойной проволочной броней (LC/SWA) (9)Освинцованный кабель со стальной ленточной броней (LC/STA) (8)Освинцованный кабель с ленточной броней (LC/ASA) (8)Освинцованный кабель с броней в виде проволочной оплетки (8)Освинцованный небронированный кабель (2)M10 (12)M12 (8)Морской судовой кабель с броней в виде оплетки (24)Морской судовой кабель (11)Небронированный морской судовой кабель (19)Гибкая проволочная броня (PWA) (27)Оплетка и алюминиевая проволочная броня (AWA) (4)Оплетка и однослойная проволочная броня (SWA) (4)Гибкая проволочная (EMC) оплетка (например, CY/SY) (42)Однослойная проволочная броня (SWA) (38)Стальная ленточная броня (STA) (24)TECK (4)TECK 90 (4)TECK 90-HL (4)Кабель, укладывающийся в короб (9)Без брони (27)Броня в виде проволочной оплетки (42)

Конфигурация уплотненияДвойное наружное уплотнение (3)Внутреннее и наружное уплотнения (28)Внутреннее защитное уплотнение и кабельный ввод (2)Внутреннее защитное уплотнение и наружное уплотнение (18)Внутреннее защитное уплотнение и наружное уплотнение/переходная муфта FRAS (1)Без уплотнения (4)Наружное уплотнение (46)Наружное уплотнение/кабельный ввод (3)Наружное уплотнение/переходная муфта FRAS (1)Очень высокая (12)

СертификатыABS (67)Алюминий (3)Алюминий/нержавеющая сталь (1)ATEX (61)BS 6121 (45)BV (40)c-CSA-us (19)CCO-PESO (44)CSA (11)DNV-GL (41)Алюминий, покрытый эпоксидным составом (2)ГОСТ К (74)ГОСТ Р (44)IEC 62444 (45)IECEX (61)INMETRO (30)KCC (27)Lloyds (70)LSF (2)Одобренный LUL (Лондонский метрополитен) полимер (2)NEPSI (34)Нейлон (2)RETIE (35)Нержавеющая сталь (6)TR-CU-EAC (38)UL (9)

Защита от влагиОсевая нагрузка (12)Горизонтальная нагрузка (12)Нет (68)Силы при коротком замыкании (8)Да (41)

типов короткого замыкания | Кабельные зажимы

Наш инструмент Product Finder позволяет вам найти продукт, идеально соответствующий вашим требованиям.

Тип продукта Кабельные зажимы (12) Кабельный ввод (106)

Код установки Горнодобывающая промышленность AS / NZS (Группа I) (15) Зоны AS / NZS (48) Подразделения класса CEC (20) Зоны класса CEC (26) Без классификации CEC (3 ) Зоны ГОСТ (36) Горнодобывающая промышленность МЭК (Группа I) (14) Несекретные зоны МЭК (45) Зоны МЭК (49) Разделы классов NEC (19) Зоны класса NEC (19) Неклассифицированные NEC (3) Зоны Норсока (11) Параллельное образование ( 8) Одинарный кабель (8) Трилистник (7)

Форма защиты 1Ex d IIC Gb X (27) 1Ex e IIC Gb X (36) 2Ex nR IIC Gc X (27) Класс I, Раздел 1 (8) Класс I , Раздел 1, Группы ABCD (8) Класс I, Раздел 2 (18) Класс I, Раздел 2, Группы ABCD (17) Класс I, Группы ABCD (6) Класс I, Группы BCD (2) Класс I, Зона 1 ( 19) Класс I, Зона 1, AEx d IIC Gb (10) Класс I, Зона 1, AEx e IIC Gb (19) Класс I, Зона 2 (19) Класс I, Зона 2, AEx d IIC Gb (10) Класс I, Зона 2, AEx e IIC Gb (12) Класс I, Зона 2, AEx nR IIC Gc (8) Класс I, Зона 20 (10) Класс I, Зона 20, AEx ta IIIC Da (10) Класс I, Зона 21 (10) Класс I, Зона 21, AEx tb IIIC Db (10) Класс I, Зона 22 (10) Класс I, зона 22, AEx tc IIIC Dc (10) Класс II, Раздел 1 (10) Класс II, Раздел 1, Группы EFG (10) Класс II, Раздел 2 (18) Класс II, Раздел 2, Группы EFG (18) Класс III, Раздел 1 (15) Класс III, Раздел 2 (13) Ex d I Mb (20) Ex d IIC Gb (36) Ex db I Mb (1) Ex db IIC Gb (1) Ex e I Mb (20 ) Ex e IIC Gb (46) Ex eb I Mb (1) Ex eb IIC Gb (3) Ex nR IIC Gc (34) Ex nRc IIC Gc (1) Ex ta IIIC Da (43) Ex ta IIIC Da X (35 ) Ex tb IIIC Db (43) Ex tb IIIC Db X (35) Ex tc IIIC Dc (43) Ex tc IIIC Dc X (35) Ex tD A21 IP66 (2) Промышленное использование (45) Обычное использование (6) Одноболтовый ( 10) Два болта (10) Влажные места (6)

Тип кабеля Броня из алюминиевой ленты (ASA) (25) Броня из алюминиевой ленты (напр.г. ATA) (24) Броня из алюминиевой проволоки (AWA) (34) Броня и оболочка (24) Судовой кабель с оплеткой (24) Сплошная гофрированная металлическая броня (MC-HL) — алюминий (4) Сплошная сварная гофрированная металлическая броня ( MC-HL) — Сталь (4) Гофрированная и сблокированная металлическая броня (MC) — Алюминий (4) Гофрированная и взаимосвязанная металлическая броня (MC) — Сталь (4) Сверхпрочный шнур (2) Плоский небронированный кабель (2) ) Гибкий шнур (5) Свинцовая оболочка и броня из алюминиевого провода (LC / AWA) (9) Свинцовая оболочка и гибкая проволочная броня (LC / PWA) (8) Свинцовая оболочка и однопроволочная броня (LC / SWA) (9) Свинцовая оболочка Броня из стальной ленты (LC / STA) (8) Свинцовая оболочка и броня из ленты (LC / ASA) (8) Броня из свинцовой оболочки и проволочной оплетки (8) Кабель в свинцовой оболочке, небронированный (2) M10 (12) M12 (8) Морской судовой бронированный кабель (24) Морской судовой кабель (11) Морской судовой небронированный кабель (19) Гибкая проволочная броня (PWA) (27) Экранированная и алюминиевая проволочная броня (AWA) (4) Экранированная и однопроволочная броня (SWA) ) (4) Экранированный гибкий (ЭМС) провод Тесьма (эл.г. CY / SY) (42) Однопроволочная броня (SWA) (38) Стальная ленточная броня (STA) (24) TECK (4) TECK 90 (4) TECK 90-HL (4) Лоток кабеля (9) Небронированный (27) Броня из проволочной оплетки (42)

Конфигурация уплотнения Двойное внешнее уплотнение (3) Внутреннее и внешнее уплотнение (28) Внутреннее барьерное уплотнение и соединение кабелепровода (2) Внутреннее барьерное уплотнение и внешнее уплотнение (18) Внутреннее барьерное уплотнение и внешнее уплотнение / соединение шланга FRAS (1) Без уплотнения (4) Наружное уплотнение (46) Наружное уплотнение / соединение кабелепровода (3) Наружное уплотнение / соединение шланга FRAS (1) Очень тяжелое (12)

Сертификаты

ABS (67) Алюминий (3) Алюминий / Нержавеющая сталь ( 1) ATEX (61) BS 6121 (45) BV (40) c-CSA-us (19) CCO-PESO (44) CSA (11) DNV-GL (41) Алюминий с эпоксидным покрытием (2) ГОСТ-К (74 ) GOST-R (44) IEC 62444 (45) IECEX (61) INMETRO (30) KCC (27) Lloyds (70) LSF (2) Полимер, одобренный LUL (2) NEPSI (34) Нейлон (2) RETIE (35) Нержавеющая сталь (6) TR-CU-EAC (38) UL (9)

Защита от затопления Осевая нагрузка (12) Боковая нагрузка (12) Нет (68) Силы короткого замыкания (8) Да (41)

токов короткого замыкания | 3-фазный VS 1-фазный — PAC Basics

Введение

Расчеты короткого замыкания выполняются по нескольким причинам.В исследованиях короткого замыкания обычно используются разные характеристические значения тока короткого замыкания, например рассчитываются пиковый ток короткого замыкания ( i p ), эквивалентный тепловой ток короткого замыкания ( I th ) и т. д. Также часто возникает необходимость в расчете различных типов токов короткого замыкания, например: симметричный или несимметричный. Каждое приложение использует разные значения тока короткого замыкания в качестве входных. Например, при расчетах заземления ясно, что входное значение представляет собой ток короткого замыкания между одной линией и землей.Напротив, для выбора автоматического выключателя генератора и анализа распространения гармоник требуются значения трехфазного короткого замыкания в качестве входных данных.

Исходя из этих соображений, может быть довольно сложно определить размеры электрических устройств с учетом теплового и динамического воздействия токов короткого замыкания. Для этих целей проектировщику-электрику необходимо использовать максимальные значения токов короткого замыкания. Как правило, значение трехфазного тока короткого замыкания является наивысшим значением. Но так бывает не всегда.Очень важно, чтобы проектировщик электротехники понимал, какое значение тока короткого замыкания следует принять для определения размеров электрических устройств. Основная цель этой статьи — указать на тонкую дилемму выбора правильного значения тока короткого замыкания для определения размеров электрического оборудования. Теоретический вывод сделан на очень простом примере схемы.

Трехфазный ток короткого замыкания

Предположим, что это простая сеть согласно рисунку 1.Импеданс трансформатора на единицу был рассчитан по следующим базовым значениям: S базовый = 100 МВА и В базовый = 110 кВ.

Рисунок 1. Однолинейная схема электрической сети.

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

.

Рисунок 2. Схема эквивалентной последовательности для трехфазного короткого замыкания.

Трехфазное короткое замыкание симметрично, поэтому компоненты обратной и нулевой последовательности отсутствуют.Сеть эквивалентной последовательности состоит только из сети прямой последовательности. Решетка для тока короткого замыкания,

, где индекс 1 используется для обозначения прямой последовательности

Расчет тока короткого замыкания даст,

Однофазный ток короткого замыкания

Теперь предположим возникновение однофазного короткого замыкания (одна линия-земля) в точке F. Значение тока короткого замыкания зависит от подключения нулевой последовательности трансформатора T1 (который является в зависимости от типа трансформатора и соединения его обмоток).

Рассмотрим трансформатор оболочечного типа. Согласно [2], [3] трансформаторы кожухового типа имеют отношение нулевой последовательности к прямой последовательности в диапазоне X 0 / X 1 = 1:10 в зависимости от соединения обмоток трансформатора. Давайте рассмотрим, например, отношение нулевой последовательности к прямой последовательности, X 0 / X 1 = 1. Это означает, что полное сопротивление нулевой последовательности трансформатора равно его импедансу прямой последовательности, Z T0 = Z T1 .Эквивалентная диаграмма показана на следующем рисунке.

Рисунок 3. Схема эквивалентной последовательности для однофазного короткого замыкания.

Поскольку все три импеданса последовательности равны, Z T1 = Z T2 = Z T0 , мы можем рассчитать ток короткого замыкания, как показано ниже.

Величина однофазного тока короткого замыкания в этом случае равна трехфазному току короткого замыкания.

Во втором случае рассмотрим трансформатор с сердечником (T1) с импедансом нулевой последовательности Z T0 = 0,85 Z T1 . Решетка для тока короткого замыкания,

В этом случае величина однофазного короткого замыкания больше, чем трехфазный ток короткого замыкания. Такая ситуация может возникнуть в случае «близких» неисправностей на глухозаземленных трансформаторах или заземляющих трансформаторах. Это особенно актуально для трансформаторов со следующими подключениями обмоток:

, где y или z заземлены со стороны низкого напряжения.

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

В сетях с глухим заземлением электрические устройства должны быть рассчитаны на большее значение тока короткого замыкания.

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

Список литературы

[1] IEC 60909 — 0: Токи короткого замыкания в трехфазном переменном токе. системы. Часть 0: Расчет токов. Действительно с 1.10.2016.

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

[3] Шлаббах Дж .: Токи короткого замыкания. Институт электротехники и технологий. Лондон, Соединенное Королевство, 2005 г.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Форма волны короткого замыкания между фазами — нарушение напряжения

Характеристики межфазного замыкания

Ниже приведены некоторые характерные «сигнатуры» замыкания между фазами. См. Осциллограф ниже, чтобы лучше понять эти концепции.

Влияние на напряжение

  • Фазовые углы напряжения двух поврежденных фаз становятся одинаковыми
  • Падение напряжения на двух поврежденных фазах
  • Падение напряжения примерно равной величины на обеих фазах повреждения
  • Отсутствие заметного падения напряжения на исправной фазе

Влияние на ток

  • Увеличение величины тока на двух поврежденных фазах
  • Сдвиг фаз на 180 градусов между токами двух поврежденных фаз
  • Отсутствует значительный ток земли или нейтрали

Следующая форма сигнала была записана на 12.Сторона 47 кВ трансформатора подстанции 10 МВА 138 кВ / 12,47 кВ во время повреждения фазы A-B на воздушных распределительных линиях, питающих город.

Все указанные выше характеристики можно увидеть на графике ниже, за исключением тока заземления, который не показан.

Междуфазное сбой

Обрыв фазы-фазы (A-B). Обратите внимание, что фазовые углы напряжения (вверху) становятся одинаковыми, а фазовые углы тока (внизу) разнесены на 180 градусов во время короткого замыкания.

Последовательный ток короткого замыкания для замыкания между фазами (замыкание между линиями) определяется по формуле:

Где V f — это напряжение на единицу между системной линией и нейтралью (обычно 1pu), а Z 1 и Z 2 — полное сопротивление прямой и обратной последовательности системы, а Z f — полное сопротивление короткого замыкания, которое может быть нулевым за мертвую точку.

Схема последовательности замыканий между фазами

На основе теории компонентов последовательности мы можем рассчитать фактические фазные токи. Фазные токи можно рассчитать из компонентов последовательности, используя следующие уравнения:

Расчет фактического фазного тока для неисправности фазы A-B,

Напряжение короткого замыкания Vf обычно представляет собой номинальное напряжение фаза-нейтраль, равное 1pu.

Распределение тока на трансформаторе, соединенном треугольником, при фазно-фазном замыкании

Неисправность на стороне звезды

Предположим, что ток короткого замыкания для трехфазного замыкания на стороне звезды (или звезды) равен 1pu. Тогда для замыкания между фазами ток будет 0,866pu . Если напряжение между фазой и нейтралью на стороне звезды составляет 1pu, напряжение на стороне треугольника будет в √3 раза больше этого значения.

I 1 , N 1 и V 1 предпочитают сторону треугольника, а I 2 , N 2 и V 2 относятся к стороне звезды.

Ток короткого замыкания на рисунке выше важен для координации реле. Из результатов видно, что реле на стороне звезды будет видеть 0.866pu, в то время как реле на стороне треугольника будет видеть только 0,5pu. Эти данные необходимо учитывать при согласовании реле на обеих сторонах трансформатора, соединенного треугольником.

Предположим, что ток замыкания между фазами на стороне треугольника равен 3pu. Относительные величины тока на различных фазах со стороны звезды показаны на рисунке ниже.

Неисправность на стороне треугольника

Дополнительная литература: компоненты последовательности

IEC-60909 Короткое замыкание в EasyPower

Введение

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

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

  • 3-х фазное короткое замыкание
  • Межфазное короткое замыкание
  • Межфазное короткое замыкание с заземлением (двойное замыкание на землю)
  • Короткое замыкание между фазой и землей.

Расчетные значения

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

  • Начальный симметричный ток короткого замыкания ( I k )
  • Пиковый ток короткого замыкания ( i p )
  • Симметричный ток отключения при коротком замыкании ( I b ) при 0.02 с, 0,05 с, 0,1 с и 0,25 с
  • Составляющая постоянного тока ( i dc ) тока короткого замыкания во время отключения
  • Установившийся ток короткого замыкания ( I k )

Рисунок 1 : Отображение токов короткого замыкания

Вы можете просматривать токи в различных форматах, например, фазные токи для фаз A, B и C или в симметричных компонентах: прямая последовательность, обратная последовательность, нулевая последовательность и значение 3I0 (в 3 раза больше тока нулевой последовательности).Соответствующие напряжения могут отображаться на шинах. Значения могут отображаться в виде величины, величины и угла, а также в действительных и мнимых величинах.

Рисунок 2 : Токи короткого замыкания, затухающие со временем

Методология

EasyPower использует эквивалентный источник напряжения в месте короткого замыкания, импеданс симметричных компонентов сети и коэффициент напряжения c, как описано в разделе 2.3 стандарта. Полные сопротивления короткого замыкания для электрооборудования изменяются с использованием поправочных коэффициентов импеданса, которые рассчитываются на основе раздела 3.Поправочные коэффициенты импеданса применяются для сети или электросети ( K Q ), генераторов ( K G ), блоков электростанций с переключателем ответвлений под нагрузкой ( K S ), блоков электростанций без устройство РПН ( K SO ), а также двух- и трехобмоточные трансформаторы ( K T ). Сопротивления кабелей, линий передачи и шин для расчета максимального тока короткого замыкания основаны на температуре проводника при 20 ° C.Для минимальных токов короткого замыкания сопротивления основаны на расчетной температуре в конце состояния короткого замыкания. Отношения сопротивления к реактивному сопротивлению ( R / X ) для различного оборудования могут быть рассчитаны в соответствии с рекомендациями стандарта или введены пользователями в соответствии с данными производителя. При расчетах минимума короткого замыкания вклад двигателя исключен. Конденсаторы и невращающиеся нагрузки в расчет не включаются. Программа предназначена для устранения коротких замыканий в ячеистых сетях.

Коэффициенты напряжения (c)

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

Таблица 1 : Коэффициенты напряжения C по умолчанию

Поправочные коэффициенты импеданса

EasyPower применяет поправочные коэффициенты импеданса при расчете короткого замыкания в соответствии со стандартом IEC-60909-0.

Поправочные коэффициенты импеданса трансформатора

Поправочный коэффициент трансформатора K T для двух обмоток с устройством РПН (LTC) или без него рассчитывается следующим образом в соответствии с уравнением (12a) раздела 3.3.3.

Где

Поправочные коэффициенты для трехобмоточных трансформаторов с LTC или без него рассчитываются по следующим уравнениям.

Поправочный коэффициент импеданса синхронного генератора

Поправочный коэффициент импеданса синхронного генератора K G для генераторов без блочных трансформаторов рассчитывается следующим образом в разделе 3.6.1 уравнения (17) и (18).

Где

Поправочный коэффициент импеданса для блоков электростанций с переключателями ответвлений под нагрузкой

Скорректированный импеданс Z S и поправочный коэффициент импеданса K S для всех блоков электростанции с РПН рассчитываются следующим образом в соответствии с уравнениями (21) и (22) раздела 3.7.1.

Где

Поправочный коэффициент импеданса для энергоблоков без переключателей ответвлений под нагрузкой

Скорректированный импеданс Z SO и поправочный коэффициент импеданса K SO для всего блока электростанции без устройства РПН рассчитываются следующим образом в разделе 3.7.2 уравнения (23) и (24).

Где

Начальный симметричный ток короткого замыкания (

I k )

Начальный симметричный ток рассчитывается согласно разделу 4.2. Это первый шаг к получению большинства значений. Субпереходные импедансы используются для вращающихся машин с поправочными коэффициентами импеданса. Как описано в методологии, решение получается с использованием эквивалентного источника напряжения в месте короткого замыкания, симметричных компонентов импеданса сети и коэффициента напряжения c.

Пиковые токи (

I p )

EasyPower рассчитывает пиковые токи (i p ) на основе раздела 4.3 стандарта IEC-60909-0. Следующие методы поддерживаются для ячеистых сетей согласно разделу 4.3.1.2:

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

Коэффициент 1,15 используется только тогда, когда отношение импеданса R / X любого вклада ветви к месту короткого замыкания равно или больше 0.3. Изделие 1.15 κ (b) ограничено до 1,8 для низкого напряжения и 2,0 для высокого напряжения.

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

  1. Пиковый ток на основе метода (c) : В этом методе используется расчет эквивалентной частоты ( f c ) на основе отношения R / X.Согласно разделу 4.3.1.2 (c), отдельный расчет сети выполняется для всех индуктивных реактивных сопротивлений, уменьшенных до 40% от частоты системы (24 Гц для систем 60 Гц и 20 Гц для систем с 50 циклами). Кроме того, все синхронные машины используют сопротивление R Gf вместо R G в соответствии с разделом 3.6. Значения по умолчанию для R Gf рассчитываются на основе напряжения, номинального значения МВА машины. Из эквивалентной сети R / X получается путем умножения отношения f c импеданса Тевенина R c / X c на 0.4, как указано в уравнении (59a) стандарта. Затем этот R / X используется для вычисления коэффициента κ.

Описанный выше метод предназначен для трехфазного короткого замыкания. Для несимметричного короткого замыкания (линия на линию, фаза на землю и двойная линия на землю) EasyPower предоставляет возможность использовать коэффициент κ на основе отношения несимметричного короткого замыкания, эквивалентного соотношению R / X или на основе трехфазное короткое замыкание в том же месте.Реализация соответствует разделам с 4.3.2 по 4.3.4 стандарта.

Симметричные токи отключения при коротком замыкании (

I b )

Для вращающихся машин вклад тока в короткое замыкание со временем уменьшается. Токи отключения рассчитываются на 0,02 с, 0,05 с, 0,1 с и 0,25 с на основе раздела 4.5 с использованием подхода ячеистой сети. Коэффициент уменьшения тока µ применяется для увеличения реактивного сопротивления генераторов и двигателей, а дополнительный коэффициент уменьшения тока q используется для асинхронных двигателей с использованием уравнений (70) и (73) соответственно.µ устанавливается на 1, когда соотношение I « кг / I rG меньше 2.

Где,

Компонент постоянного тока (

i d c )

Постоянная составляющая тока короткого замыкания во время отключения: Согласно разделу 4.4 и уравнению (64), постоянные токи рассчитываются из начального симметричного тока короткого замыкания и эквивалентной частоты на основе таблицы отношения R / X для ячеистой сети.

Установившийся ток короткого замыкания (

I k )

Установившийся ток короткого замыкания ( I k ) рассчитывается на основе раздела 4.6 для ячеистых сетей с использованием уравнений (84) и (85). Взносы на автомобили исключены. Для несбалансированных неисправностей используются уравнения (86), (87), (88) и (89).

Асимметричные токи

Асимметричные токи для начального и четырех интервалов времени отключения также рассчитываются для использования в координации защитных устройств. Асимметричные токи рассчитываются как среднеквадратическое значение симметричной и постоянной составляющих.

Асимметричные значения могут использоваться с защитными устройствами, которые реагируют на несимметричные токи.

Дистанционные токи и напряжения

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

Результаты EasyPower по сравнению с примером в IEC 60909-4

В разделе 6 стандарта IEC 60909-4 приводится пример расчета в качестве эталонного теста для сравнения программных продуктов. Ниже приводится сравнение результатов.

Таблица 2 : Трехфазные токи короткого замыкания для начального симметричного действующего значения (I k ) и пикового (I p )

Таблица 3 : Трехфазные токи короткого замыкания для размыкания (I b при 0,1 с) и установившегося состояния (I k )

Таблица 4 : Токи короткого замыкания между фазой и землей для начального симметричного действующего значения и пика

Расчет режима короткого замыкания

EasyPower сравнивает результаты короткого замыкания с характеристиками короткого замыкания защитного устройства и отображает результаты в текстовом отчете и на однолинейной схеме.Для высоковольтных выключателей пиковый ток сравнивается с включающей способностью, а ток отключения — с номинальной отключающей способностью. Номинальные характеристики предохранителей и автоматических выключателей низкого напряжения сравниваются с начальными токами. Выключатели используют пиковый ток для сравнения с включающей способностью. На основе отношения X / R при испытании, указанного в соответствующих стандартах IEC для оборудования, расчетные рабочие токи короткого замыкания корректируются, когда значение X / R короткого замыкания больше, чем при испытании X / R. Данные высоковольтного выключателя поступают с постоянной времени постоянного тока.Эти данные используются для расчета испытательного отношения X / R для автоматического выключателя. Библиотека EasyPower содержит данные об автоматических выключателях, предохранителях и переключателях. Рейтинг короткого замыкания является частью библиотеки данных.

Рисунок 3 : Пример номинальных значений высоковольтного выключателя в библиотеке устройств

Рисунок 4 : Номинальные характеристики высоковольтного выключателя в файле проекта, загруженном из библиотеки

Комментарии и цвета текста в отчете о коротком замыкании оборудования указывают на проблемные области.Когда ток короткого замыкания превышает номинальные значения для устройства, результаты отображаются красным цветом, а вывод комментария — НАРУШЕНИЕ. EasyPower предоставляет возможность отображения предупреждения, когда процент нагрузки при коротком замыкании выше заданного пользователем порога запаса прочности, но ниже уровня нарушения. Порог по умолчанию составляет -10% от рейтинга предупреждения.

Рисунок 5 : Результаты режима короткого замыкания отображаются на однолинейном чертеже

Таблица 5 : Отчет о работе оборудования короткого замыкания

Анализ чувствительности к напряжению

Короткое замыкание на любой шине приводит к падению напряжения на других соседних шинах в системе.Вы можете установить порог чувствительности к напряжению в опциях, так что любая шина с напряжением ниже этого значения будет выделена красным цветом в однолинейном представлении и показана в отчете о чувствительности к напряжению.

Рисунок 6 : Подсветка шин при напряжении ниже порогового

Рисунок 7 : Отчет о чувствительности к напряжению для шин с напряжением ниже порогового значения

Фазовый сдвиг трансформатора

Расчет короткого замыкания обеспечивает фазовый угол токов ответвления и напряжения на шинах на различном оборудовании.Отображаемые фазовые углы относятся к приложенному эквивалентному источнику напряжения, находящемуся под нулевым углом. Трансформаторы, имеющие разные конфигурации обмоток, такие как соединение треугольником с одной стороны и соединение звездой (звездой) с другой стороны, имеют заданный сдвиг фазовых углов токов и напряжений. Для удаленных шин и ответвлений через трансформаторы сдвиг фаз применяется соответственно при расчетах короткого замыкания.

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

Рисунок 8 : Сдвиг угла тока через трансформатор треугольник-звезда

Интеграция с защитным устройством Координация

Результаты короткого замыкания IEC 60909 интегрированы с инструментами координации защитных устройств в EasyPower.Поддерживаются следующие функции:

  • Вид однолинейной диаграммы на графике ВТХ для защитных устройств.
  • Вы можете вывести из строя одну шину или все шины на однолинейной схеме, чтобы просмотреть токи короткого замыкания на вышедших из строя шинах. Вы также можете просмотреть токи удаленной ветви и напряжения удаленной шины.
  • Ток короткого замыкания через любое защитное устройство можно использовать для ограничения кривой TCC устройства. Это отобразит кривую только до максимального тока, который будет видеть устройство.Для ограничения TCC вы можете выбрать один из значений: начальный, размыкающий и установившийся токи.
  • Вы можете вставить отметки (стрелки) в график TCC, чтобы указать ток короткого замыкания через устройство. Вы можете отображать отметки короткого замыкания для начального, отключающего и установившегося токов. Для тока отключения вы можете выбрать 0,02 с, 0,05 с, 0,1 с или 0,25 с.
  • Для отсечения фаз TCC и меток EasyPower автоматически выбирает асимметричные токи для низковольтных автоматических выключателей, предохранителей и электромеханических реле.Симметричные токи применяются для реле с фильтром смещения постоянного тока. Для фазных токов используется максимальный ток трех фаз.
  • Функции отключения заземления для выключателей или реле низкого напряжения используют симметричный ток заземления. Это значение 3I0 (в 3 раза больше тока нулевой последовательности).
  • Зональная селективная блокировка (ZSI) моделируется с использованием токов короткого замыкания IEC. В системе выключателей низкого напряжения с ZSI, когда ток через любой автоматический выключатель превышает кратковременное срабатывание, его сигнал ограничения отправляется на вышестоящие выключатели.Автоматические выключатели на входе не срабатывают мгновенно, тогда как автоматический выключатель на выходе срабатывает быстро, что обеспечивает выборочную координацию.

Рисунок 9 : Времятоковые характеристики, показывающие кривые устройства, обрезанные с правой стороны, и отметки короткого замыкания

расчетов тока повреждения | Графическая продукция

Ток повреждения — это непреднамеренное неконтролируемое протекание большого тока через электрическую систему.Токи повреждения вызваны короткими замыканиями с очень низким импедансом. Это может быть короткое замыкание на массу или между фазами. Возникающий в результате большой ток может привести к перегреву оборудования и проводов, чрезмерным усилиям, а иногда даже к серьезным дугам, взрывам и взрывам. Причины неисправностей включают такие вещи, как удары молнии, животные, грязь и мусор, упавшие инструменты, коррозия и человеческий фактор.

Расчет тока повреждения основан на законе Ома, в котором ток (I) равен напряжению (V), деленному на сопротивление (R).Формула I = V / R. Когда происходит короткое замыкание, сопротивление становится очень маленьким, а это означает, что ток становится очень большим.

Если бы сопротивление было равно нулю, то расчетный ток короткого замыкания стремился бы к бесконечности. Однако даже медный провод имеет некоторое сопротивление; это не идеальный дирижер. Для определения тока повреждения необходимо знать общее сопротивление источника питания до места повреждения.

Требуется расчет тока повреждения

Знание доступного тока короткого замыкания важно при выборе устройств защиты, но это также необходимо для кода.Национальный электрический кодекс (NEC) 110.24 (A) гласит:

«Сервисное оборудование, не являющееся жилым, должно иметь четкую маркировку в поле с максимальным доступным током короткого замыкания. Маркировка (и) поля должна включать дату выполнения расчета тока короткого замыкания и иметь достаточную долговечность, чтобы выдерживать воздействие окружающей среды. . »

Это означает, что на электрическом оборудовании, таком как служебное входное оборудование, должны быть установлены ярлыки, указывающие доступный ток короткого замыкания.Это позволяет легко сравнивать номинальный ток короткого замыкания (SCCR) оборудования с максимально доступным током короткого замыкания.

Каждый раз при замене оборудования расчет тока короткого замыкания необходимо выполнять заново. Это указано в NEC 110.24 (B):

.

«При внесении изменений в электрическую установку, влияющих на максимальный доступный ток короткого замыкания в сервисе, максимальный доступный ток короткого замыкания должен быть проверен или пересчитан по мере необходимости, чтобы гарантировать, что номинальные характеристики вспомогательного оборудования достаточны для максимального доступного тока замыкания на линии. терминалы оборудования.Обязательная маркировка поля в 110.24 (A) должна быть скорректирована, чтобы отражать новый уровень максимального доступного тока короткого замыкания ».

Типы неисправностей

В электрической системе возможны несколько типов неисправностей:

  • Короткое замыкание, в результате которого ток проходит в обход нормальной нагрузки.
  • «Замыкание на землю», при котором ток течет в землю.
  • В трехфазных системах может быть короткое замыкание между одной или несколькими фазами.Этот тип короткого замыкания обычно создает самые высокие токи замыкания.

Четвертый тип неисправности, неисправность обрыва цепи, не приводит к возникновению тока короткого замыкания. Открытый отказ возникает из-за непреднамеренного прерывания тока.

Защитные системы должны предотвращать повреждение оборудования и защищать людей во всех вышеперечисленных ситуациях. Это означает, что необходимо произвести расчеты тока короткого замыкания, чтобы можно было выбрать соответствующие защитные устройства.

Болтовые разломы vs.Ошибки дуги

Электрический сбой может быть либо замыканием на болтах, либо дуговым замыканием.

В неисправности с болтовым креплением имеется прочное соединение. Это позволяет току короткого замыкания течь через проводник. Этот тип неисправности может произойти, когда установщик подключает источник питания к земле, а не к точке, где он должен быть подключен. При включении питания немедленно возникает неисправность болтового соединения, которая срабатывает защитное устройство. Поскольку текущий поток был ограничен, ущерб обычно ограничен.Однако замыкание на болтах создает самые высокие токи замыкания.

Дуговое короткое замыкание возникает, когда нет твердого соединения, но проводники подходят достаточно близко, так что ток прыгает через зазор, создавая дугу. Первоначальная дуга ионизирует воздух, создавая плазму, которая позволяет току быстро увеличиваться и поддерживаться, что приводит к вспышке дуги или возникновению дуги. Когда возможна вспышка дуги, необходимо выполнить расчеты тока короткого замыкания, чтобы определить безопасные границы защиты и необходимые средства индивидуальной защиты, а также предоставить информацию, необходимую для этикеток вспышки дуги, которые должны быть установлены в дополнение к требуемому NEC 110.24 метки тока короткого замыкания.

Трехфазные неисправности

IEC 60909 «Токи короткого замыкания в трехфазных системах» дает принятый метод расчета токов трехфазного замыкания.

Повреждение в трехфазной системе может быть симметричным (сбалансированным) или несимметричным (несимметричным). При симметричном КЗ все три фазы одинаково затронуты. Однако такое случается редко. Большинство трехфазных КЗ несимметричны, что затрудняет расчет тока КЗ.

Источники содержания

Прежде чем можно будет выполнить расчет тока короткого замыкания, необходимо определить все возможные источники тока. Это может включать некоторые источники тока, которые, возможно, не были учтены. Существует четыре возможных источника тока короткого замыкания:

  • Электрогенераторы, устанавливаемые на месте: они расположены близко друг к другу, и ток короткого замыкания ограничивается только импедансом самого генератора и электрической цепи.
  • Синхронные двигатели: синхронный двигатель — это двигатель переменного тока, в котором скорость двигателя пропорциональна частоте электроэнергии.При отключении питания, как это произойдет при коротком замыкании, инерция механической нагрузки на двигатель будет продолжать вращать двигатель. Затем двигатель будет действовать как генератор, подающий ток, и это будет способствовать общему току, протекающему в месте повреждения.
  • Асинхронные двигатели

  • : этот тип двигателя также станет генератором в случае короткого замыкания в другом месте системы. Однако ток короткого замыкания, генерируемый асинхронным двигателем, будет длиться всего несколько циклов.Ток будет примерно равен пусковому току двигателя с заторможенным ротором.
  • Система электроснабжения: большая часть тока повреждения обычно исходит от электросети. Уровень тока короткого замыкания будет зависеть от:
    • номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора и полное сопротивление
    • Импеданс генераторов
    • сопротивление цепи от трансформатора до короткого замыкания.

Для упрощения расчета тока повреждения предполагается, что все электрические генераторы в системе находятся в фазе и что они работают при номинальном напряжении системы.

Трехфазное соединение с болтовым соединением

Проводится исследование короткого замыкания, чтобы можно было рассчитать ток короткого замыкания. Обычно это включает рассмотрение наихудшего сценария, которым является состояние трехфазного короткого замыкания с болтовым креплением. Основываясь на этой ситуации, можно приблизительно определить другое состояние неисправности.

Вклад двигателей в систему по току короткого замыкания очень важен. Во многих случаях электродвигатели могут давать в четыре-шесть раз больший ток нормальной полной нагрузки. Даже если ток непродолжительный, очень важно, чтобы он был включен в расчет тока короткого замыкания.

Когда выполняется исследование вспышки дуги, расчет тока короткого замыкания все равно должен производиться для максимального тока трехфазного короткого замыкания с болтовым соединением.

Маркировка тока повреждения

После того, как ток короткого замыкания был рассчитан, на оборудование должны быть нанесены метки с указанием доступного тока короткого замыкания. Если требуется этикетка для вспышки дуги, ее также следует распечатать и наклеить в соответствующем месте. Для каждой метки требуется специальная информация, полученная при расчете тока короткого замыкания.

Сделайте следующий шаг!

Теперь, когда у вас есть базовое представление о переменных в расчетах вспышки дуги, загрузите наше бесплатное руководство по энергии вспышки дуги, чтобы получить подробные советы о том, как реализовать систему безопасности на вашем предприятии. Загрузите бесплатную копию сегодня!

Моделирование электромагнитного переходного процесса трехфазного короткого замыкания синхронного генератора

3.2. Настройка параметров имитационной модели

Основные параметры синхронного генератора следующие: номинальная мощность PN = 200 МВт, UN = 13.8 кВ, f = 50 Гц, xd = 1,0, xd ‘= 0,3, xd’ ‘= 0,21, xq = 0,6, xq’ ‘= 0,31, x1 = 0,15, Td’ = 1,64 с, Td » = 0,34 с, Tq0 » = 1,4 с, RS = 0,005.

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

3.3. Анализ результатов моделирования

Осциллограмма постоянного тока статора id синхронного генератора представлена ​​на рис.2. Из рис. 2 видно, что ток по прямой оси статора резко возрастает в момент трехфазного короткого замыкания синхронного генератора и максимальная амплитуда тока составляет 9 о.е. После достижения максимального тока амплитуда быстро затухает. с постоянной времени и окончательно затухает до 0 о.е. Форма волны поперечного осевого тока статора iq на рис. 3 показывает, что при возникновении трехфазного короткого замыкания в устройстве трехфазного короткого замыкания поперечный ток статора быстро увеличивается до амплитуды тока, максимальный ток равен 3.02 о.е., затем быстро затухает вверх и вниз до нулевого значения, а поперечный ток статора ослабевает до 0 о.е. из-за сопротивления.

Рис. 2.
Диаграмма формы сигнала тока прямой оси статора

Рис. 3.
Форма волны поперечного осевого тока статора

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

.

Рис. 4.
Осциллограмма тока возбуждения, если

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

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

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

Расчеты короткого замыкания с использованием импеданса трансформатора и источника

Время считывания: 5 минут

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

В моей статье Infinite Bus на сайте brainfiller.com метод бесконечной шины проиллюстрирован для расчета максимального тока короткого замыкания наихудшего случая на 480 В вторичной обмотке трансформатора на 1500 кВА с импедансом 5,75%. Использование подхода «бесконечная шина» или «наихудшего случая» показало доступный ток короткого замыкания 31 374 ампер.

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

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

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

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

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

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

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

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

Новое уравнение будет:

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

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

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

Шаг 1. Чтобы вычислить эквивалентное полное сопротивление источника:

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

где:

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

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

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

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

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

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

% Источник Z = (Источник Z Ом / Z база трансформатора ) x 100

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

где:
Z источник Ом = кВ2 вторичный / МВА короткое замыкание

Z база трансформатора = кВ2 вторичная / МВА трансформатор

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

% Z источник = [(1 / МВА короткое замыкание ) / (1 / МВА трансформатор )] x 100

, который становится:

% Z источник = (трансформатор МВА / МВА короткое замыкание ) x 100

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

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

Шаг 2 — Рассчитайте номинальный ток вторичной полной нагрузки трансформатора:

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

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

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

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

Шаг 1 — Рассчитайте полное сопротивление источника:

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

кВА короткое замыкание = 154097 кВА

(некоторые коммунальные предприятия могут называть это 154 МВА)

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

% Z источник = 0,97%

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

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

FLA вторичный = 1804 ампер

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

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

SCA вторичный = 26 845 ампер

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

SCA вторичный = 31 374 А

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

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

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

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

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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *