Formula struje kratkog spoja. Proračun jednofazne struje kratkog spoja

IN u ovom primjeru razmotriti trenutni obračun jednofazni kvar do zemlje (OZZ) za trafostanicu 10 kV (Šema trafostanice je prikazana na sl. 1). Relejna zaštita i automatizacija svih fidera se vrši na mikroprocesorskim terminalima SEPAM S40 (firma Schneider Electric)

Slika 1 - dijagram trafostanice 10 kV

1. Da poboljšamo tačnost naših kalkulacije pri određivanju OZZ koristimo metodu zasnovanu na određivanju specifičnog kapacitivna struja zemljospoj. (Također, vrijednosti specifične kapacitivne struje zemljospoja mogu se koristiti iz referentnih podataka iz tabele 1, ili preuzeti iz tehničke karakteristike kablovi koje obezbeđuje proizvođač)

• Uf - fazni napon mreže, kV;
• ω=2Pf=314(rad/s);
• Co je kapacitet jedne faze mreže u odnosu na tlo (μF/km);

2. Nakon što smo odredili specifičnu kapacitivnu struju zemljospoja, izračunavamo vlastitu kapacitivnu struju kabelske linije:

Rezultati proračuna se unose u tabelu 2
Tabela 2 – Rezultati proračuna

3. Izračunavamo struju okidanja zaštita, dok svoju kapacitivnu struju podešavamo po formuli ( ovo stanje osigurava kvar zaštite u slučaju vanjskog jednofaznog zemljospoja):

• Kn – koeficijent pouzdanosti (pretpostavljeno 1,2);
• Kbr je koeficijent "prenapona", koji uzima u obzir napon kapacitivne struje u trenutku kada se pojavi SGC;
• Ic.feed.max – maksimalna kapacitivna struja zaštićenog fidera.

• - KL-10 kV br.1 Isz= 1,134 A;
• - KL-10 kV br.2 Isz= 0,62 A;
• - KL-10 kV br.3 Isz= 1,3 A;
• - KL-10 kV br.4 Isz= 0,62 A;
• - KL-10 kV br.5 Isz= 0,37 A;
• - KL-10 kV br. 6 Isz= 1,23 A

4. Provjeravamo osjetljivost zaštita, vodeći računa da će biti uključen minimalni broj omogućenih linija, u našem slučaju su to sve veze koje se nalaze u sekciji.

Imajte na umu da je koeficijent osjetljivosti prema PUE klauzuli 3.2.21 jednak: za kablovske linije- 1,25, for vazdušne linije- 1.5. U knjizi "Proračuni relejne zaštite i automatizacije distributivnih mreža. M.A. Shabad -2003" dato je Kch = 1,5-2,0. U ovom proračunu uzimam koeficijent osjetljivosti prema PUE. Na vama je da odaberete koji ćete koeficijent osjetljivosti uzeti.

gdje:
IsΣmin je najmanja realna vrijednost ukupne kapacitivne struje.

U mom slučaju, najmanja stvarna vrijednost ukupne kapacitivne struje je ukupna kapacitivna struja po dijelovima:

Sekcija I - IsΣmin = 2,543 (A);
Sekcija II - IcΣmin = 1,849 (A);

5. Odredite vrijeme odziva zaštite od SPD-a:

Za sve izlazne kablovske vodove 10 kV, vrijeme odziva zaštite je 0,1 sek.
Tabela 3 - Rezultati proračuna za rad zaštite od kratkog spoja

Za 10 kV CL priključke br. 3 i br. 6 zaštitna osjetljivost nije dovoljna, pa moramo umjesto Sepam S40 terminala → Sepam S41 ili S42 terminala, što će omogućiti usmjerena zaštita nulte sekvence.

Kako ne bi trošili puno vremena na ručne proračune, urađeno je sljedeće:

Bibliografija:

• 1.Proračuni relejne zaštite i automatizacije distributivnih mreža. M.A. Šabad -2003
• 2.RD 34.20.179 Standardna uputstva za kompenzaciju kapacitivne struje zemljospoja u električne mreže 6-35 kV - 1993
• 3. Zemeljni spoj u mrežama 6–35 kV. Proračun postavki neusmjerenih strujnih zaštita. Shalin A.I. // Vijesti iz elektrotehnike. – 2005

Detalji Napravljeno: 24. avgusta 2011

Ik jednofazna struja kratkog spoja, A; U f fazni napon mreže, V; Z t je ukupni otpor transformatora na struju jednofaznog kratkog spoja na tijelo, Ohm; Z c ukupni otpor faza žica-neutralna žica, Ohm.

Ova formula dozvoljava grešku dobijenih rezultata unutar ±10%. Za precizniji proračun kratki spoj potrebno je koristiti GOST 28249-93.

Glavna komponenta ove formule je ukupni otpor kruga fazna žica - neutralna žica Zc. Može se pronaći na 2 načina:

Poznati parametri žice i prijelazni otpori

Ako su poznati parametri žice i prijelazni otpori, tada se vrijednost impedancije kruga izračunava pomoću formule:

Rf aktivni otpor fazna žica, Ohm; r n aktivni otpor neutralna žica, Ohm; r ukupni aktivni otpor kontakata kruga faza-nula (stezaljke na ulazima i izlazima uređaja, odvojivi kontakti uređaja, kontakt u tački kratkog spoja), Ohm; x f "unutrašnja induktivna reaktancija fazne žice, Ohm; x n "unutrašnja induktivna reaktancija neutralne žice, Ohm; x" vanjska induktivna reaktancija kruga faza-nula, Ohm.

Ukupna otpornost petlje faza-nula je poznata

Uz poznatu ukupnu otpornost petlje faza-nula, koristite formulu:

Z f-0 puna otpornost petlje faza-nula, ovisno o materijalu i poprečnom presjeku žice, Ohm/km; - dužina žice, km.

Ako krug sadrži žice različitih presjeka i duljina, tada morate zbrojiti dobivene vrijednosti Zc.

Primjer pronalaženja jednofazne struje kratkog spoja

Radi jasnoće, pogledajmo primjer nalaženja jednofazna struja kratkog spoja.

Neka postoji strujni krug na koji je priključen električni prijemnik. Poznati su nam parametri napojnog transformatora, dužina i poprečni presjek vodova. Morate saznati struju kratkog spoja na terminalima električnog prijemnika. Da bismo to učinili, kreirat ćemo algoritam akcija.

a) Promena struje tokom kratkog spoja

Struja tokom kratkog spoja ne ostaje konstantna, već se mijenja, kao što je prikazano na sl. 1-23. Iz ove slike je jasno da struja, koja se povećala u prvom trenutku vremena, opada do određene vrijednosti, a zatim pod djelovanjem automatskog regulatora pobude (AEC) dostiže stabilnu vrijednost.

Vremenski period tokom kojeg dolazi do promjene vrijednosti struje kratkog spoja naziva se prelazni proces. Nakon prestanka promjene trenutne vrijednosti i dok se kratki spoj ne isključi, nastavlja se uspostavljeni režim kratkog spoja. Ovisno o tome biramo li postavke relejne zaštite ili provjeravamo termičku i dinamičku stabilnost električne opreme, možda će nas zanimati trenutne vrijednosti u različite trenutke vrijeme k.z.

Budući da svaka mreža ima određene induktivne otpore koji sprečavaju trenutnu promjenu struje u slučaju kratkog spoja, njena vrijednost se ne mijenja naglo, već se postepeno povećava. određeni zakon od normalne do vanredne vrijednosti.

Da bismo pojednostavili proračun i analizu, struja prolazi tokom proces tranzicije Smatra se da se kratki spoj sastoji od dvije komponente: aperiodične i periodične.

Aperiodična je komponenta struje konstantnog predznaka i a, koja se javlja u trenutku kratkog spoja i relativno brzo opada na nulu (sl. 1-23).

Periodična komponenta struje kratkog spoja. u početnom trenutku vremena I nmo naziva se početna struja kratkog spoja. Veličina početne struje kratkog spoja. koristi se u pravilu za odabir postavki i provjeru osjetljivosti relejne zaštite. Početna struja kratkog spoja naziva se i subtranzijentna, jer se za njeno izračunavanje u ekvivalentno kolo uvode tzv. d.s.

Stabilna struja kratkog spoja predstavlja periodičnu struju nakon završetka prolaznog procesa, uzrokovanu i slabljenjem aperiodične komponente i djelovanjem ARV-a. Ukupna struja kratkog spoja predstavlja zbir periodične i aperiodične komponente u bilo kom trenutku procesa tranzicije. Maksimalna trenutna vrijednost prividna struja zove se udarna struja kratkog spoja. a izračunava se prilikom ispitivanja električne opreme na dinamičku stabilnost.

Kao što je gore navedeno, za odabir postavki i provjeru osjetljivosti relejne zaštite obično se koristi početna ili subtranzijentna struja kratkog spoja, čija se vrijednost najjednostavnije izračunava. Koristeći početnu struju pri analizi brzih zaštita i zaštita s kratkim kašnjenjima, aperiodična komponenta se zanemaruje. Dopustivost ovoga je očigledna, budući da se aperiodična komponenta u visokonaponskim mrežama raspada vrlo brzo, u vremenu od 0,05-0,2 s, što je obično manje od vremena rada dotičnih zaštita.

Sa kratkim spojem u mreži koju napaja snažan elektroenergetski sistem, čiji su generatori opremljeni ARV uređajima koji održavaju konstantan napon na svojim sabirnicama, periodičnu komponentu struje tokom kratkog spoja. se ne menja (sl. 1-23, b). Dakle, izračunata vrijednost početne struje kratkog spoja u ovom slučaju, može se koristiti za analizu ponašanja relejne zaštite koja radi sa bilo kojim vremenskim kašnjenjem.

U mrežama koje se napajaju generatorom ili sistemom određene ograničene snage, čiji je napon na sabirnicama tokom kratkog spoja. ne ostaje konstantna, ali varira u značajnim granicama, početna i stabilna struja kratkog spoja. nisu jednake (sl. 1-23,a). U ovom slučaju, da bi se izračunale zaštite s vremenskim kašnjenjem od oko 1-2 s ili više, bilo bi potrebno koristiti stacionarnu struju kratkog spoja. Međutim, budući da je Proračun stabilne struje kratkog spoja. relativno složen, u većini slučajeva je dozvoljeno koristiti početnu struju kratkog spoja. Takva pretpostavka, po pravilu, ne dovodi do velike greške. Ovo se objašnjava na sljedeći način. Za veličinu stabilne struje kratkog spoja. Značajno veći utjecaj od vrijednosti početne struje ima povećanje prijelaznog otpora na mjestu oštećenja, struje opterećenja i drugi faktori koji se obično ne uzimaju u obzir pri proračunu struja kratkog spoja. Stoga je proračun stabilne struje kratkog spoja. može imati veoma veliku grešku.

Uzimajući u obzir sve navedeno, može se smatrati prikladnim i u većini slučajeva sasvim prihvatljivim korištenje početne struje kratkog spoja za analizu relejnih zaštita koje rade sa bilo kojim vremenskim kašnjenjem. U ovom slučaju, moguće smanjenje struje tokom kratkog spoja treba uzeti u obzir za zaštite s vremenskim kašnjenjem uvođenjem povećanih koeficijenata pouzdanosti u proračun u odnosu na zaštite velike brzine.

b) Određivanje početne struje kratkog spoja. u jednostavnom dijagramu

Budući da sa trofaznim kratkim spojem. (Sl. 1-24) e. d.s. a otpori u svim fazama su jednaki, sve tri faze su u isti uslovi. Vektorski dijagram za takav kratki spoj, koji se, kao što je poznato, naziva simetričnim, prikazan je na Sl. 1-18, b. Kalkulacija simetrično kolo može biti značajno pojednostavljena. Zaista, pošto su sve tri faze pod istim uslovima, dovoljno je izvršiti proračun za jednu fazu, a zatim proširiti rezultate na druge dvije. Šema dizajna će imati oblik prikazan na sl. 1-24, b. Sasvim je očito da je čak iu najjednostavnijem slučaju koji se razmatra, posljednja shema mnogo jednostavnija od one prikazane na Sl. 1-24, a.

U teškom električna kola ima mnogo paralelnih i uzastopnih grana, razlika će biti još očiglednija.

Dakle, u simetričnom sistemu struje i naponi se mogu izračunati samo za jednu fazu. Proračun počinje sastavljanjem ekvivalentnog kruga, u kojem se pojedinačni elementi projektnog kruga zamjenjuju odgovarajućim otporima, a za izvore napajanja je naznačen njihov e.m. d.s. ili napon na terminalu. Svaki element se uvodi u ekvivalentno kolo sa svojim aktivnim i reaktivnim otporom. Otpori generatora, transformatora i prigušnica određuju se na osnovu podataka iz pasoša i unose se u proračun kako je navedeno u nastavku.

Reaktancija električnih vodova izračunava se pomoću posebnih formula ili se može uzeti približno koristeći sljedeći izraz:

gdje je l dužina dionice pruge, km; x otkucaj je specifična reaktancija linije, Ohm/km, koja se može uzeti jednakom:

Ubuduće ćemo, radi pojednostavljenja rasuđivanja, pretpostaviti da je uvjet (1-23), koji je po pravilu zadovoljen za mreže napona 110 kV i više, važeći, te ćemo samo ulaziti u proračune reaktansa shema proračuna.

Određivanje struje kratkog spoja kada se napaja neograničenim sistemom napajanja. Struja kratkog spoja u dijagramu projektovanja (sl. 1-25) će se odrediti prema sledećem izrazu, kA:

gdje je x res rezultujući otpor do tačke kratkog spoja, jednak u slučaju koji se razmatra zbiru otpora transformatora i vodova, Ohm;

U c - napon faza-faza na sabirnicama neograničenog elektroenergetskog sistema, kV.

Definicija neograničenog elektroenergetskog sistema označava moćan izvor napajanja, čiji napon magistrale ostaje konstantan bez obzira na lokaciju kratkog spoja. na eksternoj mreži. Pretpostavlja se da je otpor neograničenog elektroenergetskog sistema jednak nuli. Iako u stvarnosti ne može postojati sistem neograničene snage, ovaj koncept se široko koristi u proračunima kratkog spoja. Možemo pretpostaviti da dotični sistem ima neograničenu moć u slučajevima kada ima unutrašnji otpor mnogo manji od otpora spoljašnjih elemenata povezanih između sistemskih sabirnica i tačke kratkog spoja.

Primjer 1-1. Odredite struju. prolazeći kroz trofazni kratki spoj. iza reaktora otpora 0,4 Ohma, koji je spojen na generatorske naponske sabirnice od 10,5 kV moćne elektrane.

Rješenje. Pošto je otpor reaktora mnogo veći od otpora sistema, može se smatrati da je povezan na magistrale neograničene snage.

Određivanje struje kratkog spoja kada se napaja ograničenim sistemom napajanja. Ako je otpor sistema koji napaja tačku kratkog spoja relativno visok, to se mora uzeti u obzir pri određivanju struje kratkog spoja. U ovom slučaju se u ekvivalentno kolo uvodi dodatni otpor x spst i pretpostavlja se da iza tog otpora postoje sabirnice neograničene snage.

Vrijednost struje kratkog spoja određuje se sljedećim izrazom (sl. 1-26):

gdje je x vn otpor kratkog spoja između sabirnica i točke kratkog spoja; x sistem - otpor sistema smanjen na izvorne sabirnice.

Otpor sistema se može odrediti ako je specificirana trofazna struja kratkog spoja. na svojim gumama I k.z.zadnji. :

Primjer 1-2. Odredite trofaznu struju kratkog spoja. iza otpora od 15 Ohma 110 kV voda koji se napaja iz sabirnica trafostanice. Trofazna struja kratkog spoja na trafostanicama, smanjen na napon od 115 kV, jednak je 8 kA.

Rješenje. Prema (1-26), x sistem je određen:

Određuje se struja na lokaciji kratkog spoja. u skladu sa (1-25):

Otpor sistema pri proračunu kratkog spoja. može se podesiti ne strujom, već snagom kratkog spoja na trafostanicama. Snaga kratkog spoja je konvencionalna vrijednost jednaka

gde imam kratak spoj - struja kratkog spoja; U cp je prosječni izračunati napon u fazi transformacije gdje se izračunava struja kratkog spoja.

Primjer 1-3. Odredite trofaznu struju kratkog spoja. iza reaktora sa otporom od 0,5 oma. Reaktor se napaja sa 6,3 kV sabirnica trafostanice, struja kratkog spoja. na kojoj je jednako 300 MB A.

Rješenje. Odredimo otpor sistema:

c) Određivanje zaostalog naprezanja

Na dijagramu prikazanom na sl. 1-26, iznos preostalog napona na sabirnicama određuje se prema sljedećim izrazima:

x je otpor sabirnica napajanja do tačke u kojoj je određen preostali napon.

Budući da se pretpostavlja da je otpor kruga koji se razmatra isključivo reaktivan, izrazi (1-27) i (1-28) uključuju apsolutne vrijednosti, a ne vektore.

Primjer 1-4. Odredite preostali međufazni napon na sabirnicama trafostanice u primjeru 1-2.

Rješenje. Prema prvom izrazu (1-27):

d) Proračuni struja i napona kratkog spoja u razgranatoj mreži

U složenoj razgrananoj mreži, da bi se odredila struja na mjestu kratkog spoja, potrebno je prvo transformirati ekvivalentno kolo tako da ima jednostavan oblik, po mogućnosti sa jednim izvorom napajanja i jednom otpornom granom. U tu svrhu se dodaju serijski i paralelno povezane grane, trokut otpora se pretvara u zvijezdu i obrnuto.

Primjer 1-5. Transformirajte ekvivalentno kolo prikazano na sl. 1-27, odredite rezultujući otpor i struju u kratkom spoju. Vrijednosti otpora prikazane su na sl. 1-27.

Rješenje. Ekvivalentno kolo transformiramo sljedećim nizom.

Za distribuciju struje kratkog spoja. duž grana kruga, možete koristiti formule date u tabeli. 1-1. Raspodjela struje vrši se uzastopno u obrnutim redosledom počevši od posljednje faze transformacije ekvivalentnog kola.

Primjer 1-6. Raspodijelite struju kratkog spoja. duž grana dijagrama prikazanog na sl. 1-27.

Rješenje. Odredimo struje u paralelnim granama 4 i 7 prema formulama (Tabela 1-1):

Struja I 7 prolazi kroz otpor x 5, a zatim se grana duž paralelnih grana x 2 i x 3:

Preostali napon u bilo kojoj tački razgranatog kola može se odrediti uzastopnim zbrajanjem i oduzimanjem padova napona u njegovim granama.

Primjer 1-7. Odredite preostali napon u tačkama a i b kola prikazanog na sl. 1-27. Rješenje.

Ako e. d.s. nije jednako, ekvivalentno e. d.s. izračunati koristeći sljedeću formulu:

e) Proračun struja kratkog spoja prema podacima iz pasoša reaktora i transformatora

U svim gore navedenim primjerima, otpor pojedinačni elementi kola su specificirana u omima. Otpori reaktora i transformatora u pasošima i katalozima nisu navedeni u omima.

Parametri reaktora se obično navode u procentima kao relativna vrijednost pada napona u njemu pri prolasku nazivne struje x P,%.

Otpor reaktora (Ohm) može se odrediti sljedećim izrazom:

gdje U HOM ​​i I HOM - Nazivni napon i struja reaktora.

Otpor transformatora je također specificiran kao postotak kao relativna vrijednost pada napona u njegovim namotajima kada prođe struja jednaka nazivnoj struji, u K, %.

Za transformator s dva namotaja možete napisati otpor (Ohma):

gdje su u K, %, i U HOM, kV, naznačeni gore, a S HOM je nazivna snaga transformatora, MB A.

U slučaju kratkog spoja iza reaktora ili transformatora spojenog na sabirnice neograničenog elektroenergetskog sistema, struja i snaga kratkog spoja. određuju se sljedećim izrazima:

gdje sam HOM - nazivna struja odgovarajući reaktor ili transformator.

Primjer 1-8. Izračunajte maksimalnu moguću struju trofaznog kratkog spoja. iza reaktora RBA-6-600-4. Reaktor ima sljedeće parametre: U H = 6 kV, I H = 600 A, x P = 4%.

Rješenje. Budući da je potrebno odrediti maksimalnu moguću struju kratkog spoja, pretpostavljamo da je reaktor priključen na sabirnice sistema neograničene snage.

U skladu sa (1-33) struja kratkog spoja. iza reaktora će se odrediti kao

Primjer 1-9. Odredite najveću moguću struju i snagu trofaznog kratkog spoja. iza opadajućeg transformatora: S, H = 31,5MB A, U H1 = 115 kV, U H2 = 6,3 kV, u K = 10,5%

Rješenje. Pod pretpostavkom, kao iu prethodnom primjeru, da je transformator priključen sa 115 kV strane na sabirnice sistema neograničene snage, određujemo struju kratkog spoja.

Nazivna struja namotaja 6,3 kV transformatora je.