Hlavním důvodem narušení normálního provozu napájecího systému (SES) je výskyt zkratů (SC) v síti nebo prvcích elektrického zařízení v důsledku poškození izolace nebo nesprávného jednání personálu údržby. Pro snížení škod způsobených poruchou elektrického zařízení při toku zkratových proudů, jakož i pro rychlé obnovení normálního provozního režimu solární elektrárny je nutné správně určit zkratové proudy a vybrat elektrická zařízení , ochranné prostředky a na nich založené prostředky omezující zkratové proudy.
Zkrat se nazývá přímé spojení mezi libovolnými body různé fáze, fázový a nulový vodič nebo fáze proti zemi, které normální provozní podmínky instalace neumožňují.
Hlavní typy zkratů v elektrické systémy Ach:
3. Jednofázový zkrat, ve kterém jedna z fází zkratuje nulový vodič nebo zem. Symbol jednofázové zkratové body 
Označují se proudy, napětí, výkony a další veličiny související s jednofázovým zkratem 
,
,
atd.
Existují také další typy zkratů spojené s přerušením vodičů a současnými zkraty vodičů různých fází.
Třífázový zkrat je symetrický, protože s ním jsou všechny tři fáze za stejných podmínek. Všechny ostatní typy zkratů jsou asymetrické, protože s nimi fáze nezůstávají ve stejných podmínkách, v důsledku čehož jsou proudové a napěťové systémy zkresleny.
Při zkratu se snižuje celkový elektrický odpor obvodu napájecí soustavy, v důsledku čehož prudce rostou proudy ve větvích soustavy a klesají napětí v jednotlivých úsecích soustavy.
Prvky elektrických systémů mají aktivní a reaktivní (indukční nebo kapacitní) odpory, proto v případě náhlého narušení normálního provozního režimu (když dojde ke zkratu) je elektrický systém oscilační obvod. Proudy ve větvích soustavy a napětí v jejích jednotlivých částech se po vzniku zkratu budou po určitou dobu měnit v souladu s parametry tohoto obvodu. Tito. Při zkratu dochází v obvodu poškozené oblasti k přechodnému procesu.
Při zkratu v každé fázi vzniká spolu s periodickou složkou proudu (proudová složka střídavého znaménka) aperiodická složka proudu (složka konstantního znaménka), která může znaménko také měnit, ale v delších intervalech oproti periodické .
Okamžitá hodnota zdánlivý proud Zkrat pro libovolný časový okamžik:
Kde 
- aperiodická složka zkratového proudu v okamžiku času 
;
- úhlová frekvence střídavého proudu; 
- fázový úhel napětí zdroje v okamžiku času ;
- úhel posunu proudu ve zkratovém obvodu vůči napětí zdroje - časová konstanta zkratového obvodu; 
- indukčnost, indukční a činný odpor zkratového obvodu.
Periodická složka 
zkratový proud (obr. 1) je u všech stejný tři fáze a je určen pro jakýkoli časový okamžik hodnotou pořadnice obálky dělenou 
. Aperiodická složka 
Zkratový proud je pro všechny tři fáze různý (viz obr. 2) a mění se v závislosti na okamžiku vzniku zkratu.
Rýže. 3. Změna času periodické složky zkratového proudu:
a) při napájení z generátorů bez automatického přepínání; b) při napájení generátory s automatickým přepínačem přenosu; c) při napájení z napájecího systému.
Amplituda periodické složky se v přechodovém procesu mění v souladu se změnou Zdroj EMF Zkrat (obr. 3) Při výkonu zdroje úměrném výkonu prvku, kde je zkrat uvažován, stejně jako nepřítomnosti generátorů ARV se emf zdroje snižuje z počáteční hodnoty. 
dokud se neustálí 
, v důsledku čehož se amplituda periodické složky mění od 
(supertranzientní zkratový proud) až 
(stacionární zkrat) (obr. 3, a).
V přítomnosti generátorů ARV se periodická složka zkratového proudu mění, jak je znázorněno na Obr. 3b. Pokles periodické složky v počáteční periodě zkratu je vysvětlen setrvačností působení AR zařízení, které začíná pracovat 0,08-0,3 s po vzniku zkratu. Se zvýšením budícího proudu generátoru se jeho EMF zvyšuje a v souladu s tím se periodická složka zkratového proudu zvyšuje až na hodnotu ustáleného stavu.
Pokud je výkon zdroje výrazně větší než výkon prvku, kde je uvažován zkrat, což odpovídá zdroji neomezeného výkonu, jehož vnitřní odpor je nulový, pak je emf zdroje konstantní. Proto je periodická složka zkratového proudu při přechodovém procesu neměnná (obr. 3, c), tzn.
Aperiodická složka zkratového proudu 
je ve všech fázích jiný a může se lišit v závislosti na okamžiku vzniku zkratu a předchozím režimu (v rámci periody). Míra útlumu aperiodické složky proudu závisí na poměru mezi činným a indukčním odporem zkratového obvodu, tzn. od stálého 
: čím větší je aktivní odpor obvodu, tím intenzivnější je útlum. Aperiodická složka zkratového proudu je patrná pouze v prvních 0,1-0,2 s po vzniku zkratu. Obvykle je určena největší možnou okamžitou hodnotou, která (v obvodech s převládající indukční reaktancí 
)nastává v okamžiku, kdy napětí zdroje prochází nulovou hodnotou ( 
) a nedostatek zatěžovacího proudu. V čem 
.V tomto případě má největší význam celkový zkratový proud. Stanovené podmínky jsou vypočteny při stanovení zkratových proudů.
Maximum okamžitý proud Ke zkratu dochází přibližně po polovině periody, tzn. 0,01 s po vzniku zkratu. Nejvyšší možný okamžitý zkratový proud se nazývá rázový proud 
(Obr. 3) Pro tuto chvíli je určeno 
S:
Kde 
- koeficient rázu v závislosti na časové konstantě zkratového obvodu.
Efektivní hodnota celkového zkratového proudu pro libovolný časový okamžik se určí z výrazu:
(3.4)
Kde 
- efektivní hodnota periodické složky zkratového proudu; 
- efektivní hodnota aperiodické složky, rovna
(3.5)
Nejvyšší efektivní hodnota rázového proudu za první období od začátku procesu zkratu:
(3.6)
Zkratové napájení pro libovolný časový okamžik:
(3.7)
Zkratové napájecí zdroje. Při výpočtu zkratových proudů se předpokládá, že napájecí zdroje místa zkratu jsou turbo a vodíkové generátory, synchronní kompenzátory a motory, asynchronní motory. Vliv asynchronních motorů je zohledněn pouze v počátečním okamžiku a v případech, kdy jsou připojeny přímo ke zkratu.
Definované veličiny. Při výpočtu zkratových proudů se určí následující hodnoty:
-počáteční hodnota periodické složky zkratového proudu (počáteční hodnota superpřechodného zkratového proudu);
- zkratový rázový proud, nezbytný pro zkoušení elektrických zařízení, přípojnic a izolátorů na elektrodynamickou stabilitu;
- nejvyšší efektivní hodnota zkratového rázového proudu požadovaná pro testování stability elektrických zařízení během první periody zkratového procesu;
- význam Pro 
, nezbytné pro kontrolu jističů na základě proudu, který vypínají;
- efektivní hodnota ustáleného zkratového proudu, který se používá pro kontrolu tepelné stability elektrických zařízení, přípojnic, průchodek a kabelů;
- zkrat napájení na čas ;určeno pro testování jističů na základě maximálního povoleného spínaného výkonu. U vysokorychlostních spínačů lze tento čas zkrátit na 0,08 s.
Předpoklady a podmínky návrhu. Pro usnadnění výpočtu zkratových proudů je učiněno několik předpokladů:
1) EMP všech zdrojů jsou považovány za ve fázi;
2) EMF zdrojů výrazně odstraněných z místa zkratu ( 
), se považují za nezměněné;
3) neberou v úvahu příčné kapacitní zkratové obvody (kromě venkovního vedení 330 kV výše a kabelového vedení 110 kV výše) a magnetizační proudy transformátorů;
4) aktivní odpor zkratového obvodu se zohledňuje pouze s poměrem 
,
Kde 
A 
- ekvivalentní činné a jalové odpory zkratovaného obvodu;
5) v řadě případů není zohledněn (nebo zohledněn přibližně) vliv zátěží, zejména vliv malých asynchronních a synchronních motorů.
V souladu s účelem stanovení zkratových proudů jsou stanoveny návrhové podmínky, které zahrnují vypracování návrhového diagramu, stanovení režimu zkratu, druhu zkratu, umístění zkratových bodů a odhadovaného zkratu. - doba okruhu.
Při určování zkratového režimu se v závislosti na účelu výpočtu zjišťují možné maximální a minimální úrovně zkratových proudů. Například zkoušení elektrického zařízení na elektrodynamické a tepelné účinky zkratových proudů se provádí v nejzávažnějším režimu - maximu, kdy zkoušeným prvkem protéká největší zkratový proud. Naopak podle minimálního režimu odpovídajícího nejnižšímu zkratovému proudu , provádět výpočty a testování funkčnosti reléových ochran a automatizačních zařízení.
Výběr typu zkratu určeno účelem výpočtu zkratových proudů. Pro stanovení elektrodynamického odporu zařízení a tuhých sběrnic se za konstrukční považuje třífázový zkrat; ke stanovení tepelného odporu přístrojů a vodičů - třífázový nebo dvoufázový zkrat v závislosti na proudu. Kontrola spínacích a spínacích schopností zařízení se provádí pomocí třífázových popř jednofázový proud Zemní spojení (v sítích s velkými zemními poruchovými proudy) v závislosti na jeho hodnotě.
Volba typu zkratu ve výpočtech ochrany relé je určena jeho funkčním účelem a může být tří-, dvou-, jednofázový a dvoufázový zemní zkrat.
Umístění bodů zkratu jsou voleny tak, aby při zkratu byly zkoušené elektrické zařízení a vodiče v co nejnepříznivějším stavu. Například pro výběr spínacích zařízení je nutné zvolit místo zkratu přímo na jejich výstupních svorkách, průřez kabelového vedení se volí podle zkratového proudu na začátku vedení. Umístění bodů zkratu při výpočtu ochrany relé je určeno jeho účelem - na začátku nebo na konci chráněného úseku.
Odhadovaná doba zkratu. Skutečná doba, během níž dojde ke zkratu, je určena dobou trvání ochranného a odpojovacího zařízení,
. (3.8)
Při výpočtech se používá redukovaný (fiktivní) čas - časový úsek, po který ustálený zkratový proud vydává stejné množství tepla, jaké by měl vydat skutečně procházející zkratový proud během skutečné doby zkratu.
Uvedená doba odpovídající plnému zkratovému proudu je
. (3.9)
Kde 
- zkrácený čas pro periodickou složku zkratového proudu;
- zkrácený čas pro aperiodickou složku zkratového proudu.
V reálném čase 
c redukovaný čas pro periodickou složku zkratového proudu se stanoví pomocí nomogramů.
V reálném čase 
S 
, Kde 
- hodnota zkráceného času pro 
S.
Stanovení redukovaného času pro aperiodickou složku a vyrábí se na 
podle vzorce:
, (3.10)
Kde 
- poměr počátečního superpřechodového proudu k ustálenému proudu v místě zkratu ( 
).
Na 
- podle vzorce:
. (3.11)
Když je skutečný čas více než 1 sek. nebo 
zkrácená doba aperiodické složky zkratového proudu ( ) lze zanedbat.
Požadované výpočet třífázového zkratového proudu (TCC) na přípojnicích navržené uzavřené rozvodny-6 kV rozvodny 110/6 kV "GPP-3". Tato rozvodna je napájena dvěma venkovními vedeními 110 kV z rozvodny 110 kV GPP-2. ZRU-6 kV "P4SR" přijímá energii ze dvou výkonové transformátory TDN-16000/110-U1, kterou pracuji samostatně. Při odpojení jednoho ze vstupů je možné napájet beznapěťovou část sběrnice přes přepínač sekcí v automatickém režimu (ATS).
Obrázek 1 ukazuje návrhové schéma sítí
Jelikož řetěz od I N.S. "GPP-2" na I severní zeměpisnou šířku. „GLP-3“ je identický s řetězcem II s.sh. z "GPP-2" do II severní šířky. Výpočet "GPP-3" se provádí pouze pro první řetězec.
Ekvivalentní obvod pro výpočet zkratových proudů je na obrázku 2.
Výpočet bude proveden v pojmenovaných jednotkách.
2. Výchozí data pro výpočet
- 1. Systémová data: Is=22 kA;
- 2. Údaje VL - 2xAS-240/32 (Údaje jsou uvedeny pro jeden okruh AS-240/32, RD 153-34.0-20.527-98, Příloha 9):
- 2.1 Indukční reaktance v kladné sekvenci - X1ud=0,405 (Ohm/km);
- 2.2 Kapacitní vodivost - bsp = 2,81x10-6 (S/km);
- 2.3 Aktivní odpor při +20 C na 100 km vedení - R=R20C=0,12 (Ohm/km).
- 3. Údaje o transformátoru (převzato z GOST 12965-85):
- 3.1 TDN-16000/110-U1, Uin=115 kV, Unn=6,3 kV, přepínač odboček pod zatížením ±9*1,78, Uk.inn-nn=10,5 %;
- 4. Údaje ohebného vodiče: 3xAC-240/32, l=20 m. (Pro zjednodušení výpočtu se nebere v úvahu odpor ohebného vodiče.)
- 5. Údaje reaktoru omezujícího proud - RBSDG-10-2x2500-0.2 (převzato z GOST 14794-79):
- 5.1 Jmenovitý proud reaktor - Inom. = 2500 A;
- 5.2 Jmenovité ztráty výkonu na fázi reaktoru - ∆P= 32,1 kW;
- 5.3 Indukční reaktance – X4=0,2 Ohm.
3. Výpočet odporů prvků
3.1 Odpor systému (pro napětí 115 kV):
3.2 Odolnost nadzemní vedení(pro napětí 115 kV):
Kde:
n - Počet vodičů v jednom venkovním vedení 110 kV venkovního vedení;
3.3 Celkový odpor vůči transformátoru (pro napětí 115 kV):
X1,2=X1+X2=3,018+0,02025=3,038 (Ohm)
R1,2=R2=0,006 (Ohm)
3.4 Odpor transformátoru:
3.4.1 Odpor transformátoru (přepínač odboček je ve střední poloze):
3.4.2 Aktivní odpor transformátoru (přepínač odboček je v krajní poloze „mínus“):
3.4.3 Aktivní odpor transformátoru (přepínač odboček je v krajní „kladné“ poloze):
Minimální indukční reaktance transformátoru (přepínač odboček je v krajní poloze „mínus“)
Maximální indukční reaktance transformátoru (přepínač odboček je v krajní „kladné“ poloze)
Hodnota zahrnutá ve výše uvedeném vzorci je napětí odpovídající krajní kladné poloze přepínače odboček pod zatížením a rovná se Umax.VN=115*(1+0,1602)=133,423 kV, což převyšuje nejvyšší provozní napětí elektrického zařízení 126 kV (GOST 721-77 " Napájecí systémy, sítě, zdroje, převodníky a přijímače elektrická energie. Jmenovitá napětí nad 1000 V"). Napětí UmaxVN odpovídá Uk%max=10,81 (GOST 12965-85).
Pokud se ukáže, že Umax.VN je větší než maximální přípustné pro danou síť (tabulka 5.1), pak by se Umax.VN mělo brát podle této tabulky. Hodnota Uk% odpovídající této nové maximální hodnotě Umax.VN je stanovena buď empiricky, nebo zjištěna z příloh GOST 12965-85.
3.4.5 Odpor tlumivky omezující proud (při napětí 6,3 kV):
4. Výpočet třífázových zkratových proudů v bodě K1
4.1 Celková indukční reaktance:
X∑=X1,2=X1+X2=3,018+0,02025=3,038 (Ohm)
4.2 Celkový aktivní odpor:
R∑=R1,2=0,006 (Ohm)
4.3 Celková impedance:
4.4 Třífázový zkratový proud:
4.5 Zkratový rázový proud:
5. Výpočet třífázových zkratových proudů v bodě K2
6.1.1 Hodnota celkového odporu v bodě K2 se sníží na síťové napětí 6,3 kV:
6.1.2 Proud při zkratu, snížený na efektivní napětí 6,3 kV, se rovná:
6.1.3 Zkratový rázový proud:
6.2 Odpor na přípojnicích uzavřeného rozváděče 6 kV s přepínačem odboček transformátoru T3 nastaveným do záporné polohy
6.2.1 Hodnota celkového odporu v bodě K2 se sníží na síťové napětí 6,3 kV:
6.2.2 Proud při zkratu, snížený na efektivní napětí 6,3 kV, se rovná:
6.2.3 Zkratový rázový proud:
6.3 Odpor na přípojnicích uzavřeného rozváděče 6 kV s přepínačem odboček transformátoru T3 nastaveným do kladné polohy
6.3.1 Hodnota celkového odporu v bodě K2 se sníží na síťové napětí 6,3 kV:
6.3.2 Proud při zkratu, snížený na efektivní napětí 6,3 kV, se rovná:
6.3.3 Zkratový rázový proud:
Výsledky výpočtu se zanesou do tabulky PP1.3
Tabulka PP1.3 – Výpočtové údaje pro třífázové zkratové proudy
| Poloha odbočky transformátoru při zatížení | Zkratové proudy | Bod zkratu | ||
|---|---|---|---|---|
| K1 | K2 | K3 | ||
| Přepínač odboček ve střední poloze | Zkratový proud, kA | 21,855 | 13,471 | 7,739 |
| Zkratový rázový proud, kA | 35,549 | 35,549 | 20,849 | |
| Zkratový proud, kA | - | 13,95 | 7,924 | |
| Zkratový rázový proud, kA | - | 36,6 | 21,325 | |
| Přepínač odboček v kladné poloze | Zkratový proud, kA | - | 13,12 | 7,625 |
| Zkratový rázový proud, kA | - | 34,59 | 20,553 | |
7. Výpočet zkratového proudu provedený v Excelu
Pokud tento výpočet provedete pomocí kusu papíru a kalkulačky, zabere to spoustu času, kromě toho můžete udělat chybu a celý výpočet půjde do prázdna, a pokud se zdrojová data neustále mění, vše vede ke zvýšení doby návrhu a zbytečnému plýtvání nervy.
Proto jsem se rozhodl provést tento výpočet pomocí excelové tabulky, abych neztrácel čas přepočty TKZ a ochránil se před zbytečnými chybami, s její pomocí rychle přepočítáte zkratové proudy a změníte pouze původní údaje.
Doufám, že vám tento program pomůže a strávíte méně času navrhováním vašeho objektu.
8. Reference
- 1. Směrnice pro výpočet zkratových proudů a výběr elektrického zařízení.
RD 153-34,0-20,527-98. 1998 - 2. Jak vypočítat zkratový proud. E. N. Beljajev. 1983
- 3. Výpočet zkratových proudů v elektrických sítích 0,4-35 kV, Golubev M.L. 1980
- 4. Výpočet zkratových proudů pro ochranu relé. I.L.Nebrat. 1998
- 5. Pravidla pro stavbu elektrických instalací (PUE). Sedmé vydání. 2008
Dobrý den, drazí přátelé! V tomto článku se dozvíte, co je zkratový proud, jeho příčiny a jak jej vypočítat. Ke zkratu dochází, když jsou navzájem spojeny proudové části různých potenciálů nebo fází. Zkrat se může vytvořit i na těle zařízení spojeném se zemí. Tento jev je také typický pro elektrické sítě a elektrické přijímače.
Příčiny a účinky zkratového proudu
Příčiny zkratu mohou být velmi různé. To je usnadněno vlhkým popř agresivní prostředí, u kterých se výrazně zhoršuje izolační odpor. Může dojít k uzavření mechanické vlivy nebo chyby personálu při opravách a údržbě. Podstata jevu spočívá v jeho názvu a představuje zkrácení cesty, po které proud prochází. V důsledku toho proud protéká za odporovou zátěž. Zároveň se zvyšuje do neakceptovatelných mezí, pokud ochranné vypnutí nefunguje.
Zkratové proudy mají elektrodynamický a tepelný vliv na zařízení a elektrické instalace, což v konečném důsledku vede k jejich výrazné deformaci a přehřívání. V tomto ohledu je nutné předem provést výpočty zkratových proudů.
Jak vypočítat zkratový proud doma
Pro zajištění je nezbytné znát velikost zkratového proudu požární bezpečnost. Je zřejmé, že pokud je naměřený zkratový proud menší než nastavený proud maximální ochranu stroj nebo 4násobek jmenovitého proudu pojistky, pak bude doba odezvy (vyhoření tavné pojistky) delší, a to zase může vést k nadměrnému zahřívání vodičů a jejich požáru.
Jak lze tento proud určit? Existovat speciální techniky a speciální zařízení k tomu. Zde zvážíme otázku, jak to udělat, mít pouze nebo dokonce voltmetr. Je zřejmé, že tato metoda nemá příliš vysokou přesnost, ale přesto je dostatečná pro zjištění nesouladu mezi maximální proudovou ochranou a hodnotou tohoto proudu.
Jak to udělat doma? Je nutné vzít dostatečně výkonný přijímač, např. Rychlovarná konvice nebo železo. Bylo by také hezké mít tričko. K odpališti připojíme náš spotřebitel a voltmetr nebo multimetr v režimu měření napětí. Zaznamenáváme hodnotu ustáleného napětí (U1). Vypneme spotřebič a zaznamenáme hodnotu napětí bez zátěže (U2). Dále provedeme výpočet. Výkon vašeho spotřebiče (P) musíte vydělit rozdílem naměřených napětí.
Ic.c.(1) = Р/(U2 – U1)
Spočítejme si to na příkladu. Rychlovarná konvice 2 kW. První měření je 215 V, druhé měření je 230 V. Podle výpočtu to vychází na 133,3 A. Pokud existuje např. automat BA 47-29 s charakteristikou C, tak jeho nastavení bude od 80 do 160 ampér. Proto je možné, že tento stroj bude fungovat se zpožděním. Na základě vlastností stroje lze určit, že doba odezvy může být až 5 sekund. Což je v podstatě nebezpečné.
Co dělat? Je nutné zvýšit hodnotu zkratového proudu. Tento proud lze zvýšit výměnou vodičů napájecího vedení s větším průřezem.
Užitečné krátké upozornění
Zdá se, že zřejmým faktem je, že zkrat je extrémně špatný, nepříjemný a nežádoucí jev. Může to vést k nejlepší scénář k odpojení zařízení od napájení, odstavení nouzových ochranných prostředků a v nejhorším případě k vyhoření elektroinstalace a dokonce i požáru. Veškeré úsilí se proto musí soustředit na to, abychom tomuto neštěstí zabránili. Výpočet zkratových proudů má však velmi reálný a praktický význam. Vymyslelo se toho docela dost technické prostředky, pracující v režimu vysokého proudu. Příklad by byl obvyklý svářečka, zejména obloukový, který v době provozu prakticky zkratuje elektrodu s uzemněním. Dalším problémem je, že tyto režimy jsou krátkodobé povahy a výkon transformátoru jim umožňuje odolat těmto přetížením. Při svařování procházejí v místě kontaktu konce elektrody obrovské proudy (měří se v desítkách ampérů), v důsledku čehož se uvolňuje dostatek tepla k lokálnímu roztavení kovu a vytvoření silného švu.