Hovedårsagen til afbrydelse af den normale drift af strømforsyningssystemet (SES) er forekomsten af kortslutninger (SC) i netværket eller elementer af elektrisk udstyr på grund af beskadigelse af isoleringen eller ukorrekte handlinger fra vedligeholdelsespersonale. For at reducere skader forårsaget af svigt af elektrisk udstyr under strømmen af kortslutningsstrømme, samt for hurtigt at genoprette den normale driftstilstand for solenergianlægget, er det nødvendigt at bestemme kortslutningsstrømme korrekt og vælge elektrisk udstyr , beskyttelsesudstyr og midler til at begrænse kortslutningsstrømme baseret på dem.
Kortslutning kaldes en direkte forbindelse mellem alle punkter forskellige faser, fase og neutral ledning eller fase til jord, ikke forudsat af installationens normale driftsforhold.
De vigtigste typer kortslutninger i elektriske systemerÅh:
3. Enfaset kortslutning, hvor en af faserne kortslutter til den neutrale ledning eller jord. Symbol enfasede kortslutningspunkter
Strømme, spændinger, kræfter og andre størrelser relateret til en enfaset kortslutning er angivet
,
,
etc.
Der er også andre typer kortslutninger forbundet med ledningsbrud og samtidige kortslutninger af ledninger af forskellige faser.
En trefaset kortslutning er symmetrisk, da alle tre faser er under samme forhold. Alle andre typer kortslutninger er asymmetriske, da faserne ikke forbliver under de samme forhold, som et resultat af, at strøm- og spændingssystemerne er forvrænget.
Når der opstår en kortslutning, falder den samlede elektriske modstand af strømforsyningssystemets kredsløb, som et resultat af hvilket strømmene i systemets grene stiger kraftigt, og spændingerne i individuelle sektioner af systemet falder.
Elementer i elektriske systemer har aktive og reaktive (induktive eller kapacitive) modstande, derfor er det elektriske system et oscillerende kredsløb i tilfælde af en pludselig afbrydelse af den normale driftstilstand (når der opstår en kortslutning). Strømme i systemets grene og spændinger i dets individuelle dele vil ændre sig i nogen tid efter forekomsten af en kortslutning i overensstemmelse med parametrene for dette kredsløb. De der. Under en kortslutning opstår en forbigående proces i kredsløbet af det beskadigede område.
Under en kortslutning i hver fase er der sammen med den periodiske strømkomponent (strømkomponent af vekseltegn) en aperiodisk strømkomponent (komponent af konstant fortegn), som også kan skifte fortegn, men med længere intervaller sammenlignet med den periodiske .
Øjeblikkelig værdi tilsyneladende strøm Kortslutning for et vilkårligt tidspunkt:
Hvor - aperiodisk komponent af kortslutningsstrømmen på tidspunktet
;- vekselstrøms vinkelfrekvens; - fasevinkel for kildespændingen på tidspunktet
;- vinkel for strømforskydning i kortslutningskredsløbet i forhold til kildespændingen - tidskonstant for kortslutningskredsløbet;
- induktans, induktiv og aktiv modstand af kortslutningskredsløbet.
Periodisk komponent kortslutningsstrømmen (fig. 1) er den samme for alle tre faser og bestemmes for ethvert tidspunkt af værdien af kuvertens ordinat divideret med
. Aperiodisk komponent Kortslutningsstrømmen er forskellig for alle tre faser (se fig. 2) og varierer afhængigt af det øjeblik, kortslutningen opstår.
Ris. 3. Ændring i tid af den periodiske komponent af kortslutningsstrømmen:
a) når drevet af generatorer uden automatisk overførselskontakt; b) når drevet af generatorer med automatisk overførselskontakt; c) når den får strøm fra elsystemet.
Amplituden af den periodiske komponent ændres i den transiente proces i overensstemmelse med ændringen EMF kilde Kortslutning (fig. 3) Med en kildeeffekt svarende til effekten af det element, hvor kortslutningen tages i betragtning, såvel som fraværet af ARV-generatorer, falder kildens emf fra startværdien
indtil stabil
, som et resultat af hvilket amplituden af den periodiske komponent varierer fra
(supertransient kortslutningsstrøm) op til
(stationær kortslutning) (Fig. 3, a).
I nærvær af ARV-generatorer ændres den periodiske komponent af kortslutningsstrømmen, som vist i fig. 3b. Faldet i den periodiske komponent i den indledende periode af kortslutningen forklares af inertien af virkningen af AR-anordningen, som begynder at fungere 0,08-0,3 s efter forekomsten af kortslutningen. Med en stigning i generatorens excitationsstrøm øges dens EMF, og følgelig stiger den periodiske komponent af kortslutningsstrømmen op til en stabil værdi.
Hvis kildens effekt er væsentligt større end effekten af det element, hvor kortslutningen betragtes, hvilket svarer til en kilde med ubegrænset effekt, hvis indre modstand er nul, så er kildens emk konstant. Derfor er den periodiske komponent af kortslutningsstrømmen uændret under den transiente proces (fig. 3, c), dvs.
Aperiodisk komponent af kortslutningsstrøm er forskellig i alle faser og kan variere afhængigt af tidspunktet for forekomsten af kortslutningen og den foregående tilstand (inden for perioden). Dæmpningshastigheden af den aperiodiske strømkomponent afhænger af forholdet mellem den aktive og induktive modstand af kortslutningskredsløbet, dvs. fra konstant : Jo større kredsløbets aktive modstand er, jo mere intens er dæmpningen. Den aperiodiske komponent af kortslutningsstrømmen er kun mærkbar i de første 0,1-0,2 s efter kortslutningens forekomst. Som regel er bestemt af den størst mulige øjeblikkelige værdi, som (i kredsløb med en overvejende induktiv reaktans
)opstår i det øjeblik kildespændingen passerer gennem nulværdien (
) og mangel på belastningsstrøm. Hvori
.I dette tilfælde er den samlede kortslutningsstrøm af største betydning. De angivne forhold beregnes ved bestemmelse af kortslutningsstrømme.
Maksimum øjeblikkelig strøm Kortslutningen opstår efter cirka en halv periode, dvs. 0,01 s efter kortslutningens forekomst. Den højest mulige øjeblikkelige kortslutningsstrøm kaldes stødstrøm (Fig. 3) Det er bestemt for øjeblikket
Med:
Hvor
- stødkoefficient afhængig af tidskonstanten for kortslutningskredsløbet.
Den effektive værdi af den samlede kortslutningsstrøm i et vilkårligt tidspunkt bestemmes ud fra udtrykket:
(3.4)
Hvor - effektiv værdi af den periodiske komponent af kortslutningsstrømmen; - effektiv værdi af den aperiodiske komponent, lig med
(3.5)
Den højeste effektive værdi af stødstrømmen for den første periode fra begyndelsen af kortslutningsprocessen:
(3.6)
Kortslutningseffekt for et vilkårligt tidspunkt:
(3.7)
Kortslutte strømforsyninger. Ved beregning af kortslutningsstrømme antages det, at kortslutningsstedets strømkilder er turbo- og brintgeneratorer, synkrone kompensatorer og motorer, asynkronmotorer. Påvirkningen af asynkronmotorer tages kun i betragtning i det indledende tidspunkt og i de tilfælde, hvor de er forbundet direkte til kortslutningen.
Definerede mængder. Ved beregning af kortslutningsstrømme bestemmes følgende værdier:
-indledende værdi af den periodiske komponent af kortslutningsstrømmen (indledende værdi af den supertransiente kortslutningsstrøm);
- kortslutningsstødstrøm, nødvendig for at teste elektriske apparater, samleskinner og isolatorer for elektrodynamisk stabilitet;
- den højeste effektive værdi af den kortslutningsstødstrøm, der kræves for at teste elektriske enheder for stabilitet i den første periode af kortslutningsprocessen;
- betyder Til
, nødvendigt for at kontrollere afbrydere baseret på den strøm, de slukker;
- den effektive værdi af steady-state kortslutningsstrømmen, som bruges til at kontrollere elektriske enheder, samleskinner, bøsninger og kabler for termisk stabilitet;
- kortslutte strøm for tid
;bestemt til at teste afbrydere baseret på den maksimalt tilladte koblede effekt. For højhastighedsafbrydere kan denne tid reduceres til 0,08 s.
Forudsætninger og designforhold. For at lette beregningen af kortslutningsstrømme er der lavet en række antagelser:
1) EMF fra alle kilder anses for at være i fase;
2) EMF fra kilder væsentligt fjernet fra kortslutningsstedet (
), betragtes som uændrede;
3) tag ikke højde for tværgående kapacitive kortslutningskredsløb (undtagen luftledninger 330 kV over og kabelledninger 110 kV ovenfor) og magnetiseringsstrømme af transformere;
4) den aktive modstand af kortslutningskredsløbet tages kun i betragtning med forholdet
,
Hvor Og - ækvivalente aktive og reaktive modstande i et kortsluttet kredsløb;
5) i en række tilfælde tages der ikke højde for (eller tages tilnærmelsesvis) indflydelse fra belastninger, især påvirkningen af små asynkrone og synkrone motorer.
I overensstemmelse med formålet med bestemmelse af kortslutningsstrømme etableres designbetingelser, som omfatter udarbejdelse af et designdiagram, bestemmelse af kortslutningstilstand, kortslutningstype, kortslutningspunkters placering og estimeret kortslutning -kredsløbstid.
Ved bestemmelse af kortslutningstilstanden, afhængigt af formålet med beregningen, bestemmes de mulige maksimale og minimale niveauer af kortslutningsstrømme. For eksempel udføres test af elektrisk udstyr for de elektrodynamiske og termiske virkninger af kortslutningsstrømme i den mest alvorlige tilstand - maksimum, når den største kortslutningsstrøm løber gennem elementet, der testes. Tværtimod i henhold til minimumstilstanden svarende til den laveste kortslutningsstrøm , udføre beregninger og test af funktionaliteten af relæbeskyttelses- og automatiseringsenheder.
Valg af kortslutningstype bestemt af formålet med at beregne kortslutningsstrømme. For at bestemme den elektrodynamiske modstand af enheder og stive busser tages en trefaset kortslutning som en design; for at bestemme den termiske modstand af enheder og ledere - trefaset eller tofaset kortslutning afhængigt af strømmen. Kontrol af omskiftnings- og omskiftningsmuligheder for enheder udføres ved hjælp af trefaset eller enfaset strøm Jordfejl (i netværk med store jordfejlstrømme) afhængigt af dens værdi.
Valget af typen af kortslutning i beregningerne af relæbeskyttelse bestemmes af dets funktionelle formål og kan være tre-, to-, enfaset og tofaset jordfejl.
Placering af kortslutningspunkter er valgt på en sådan måde, at det elektriske udstyr, der testes, og lederne under en kortslutning er i de mest ugunstige forhold. For at vælge koblingsudstyr er det for eksempel nødvendigt at vælge kortslutningsstedet direkte ved deres udgangsterminaler; kabeltværsnittet vælges baseret på kortslutningsstrømmen i begyndelsen af linjen. Placeringen af kortslutningspunkter ved beregning af relæbeskyttelse bestemmes af dens formål - i begyndelsen eller slutningen af den beskyttede sektion.
Estimeret kortslutningstid. Den faktiske tid, hvorunder en kortslutning opstår, bestemmes af varigheden af beskyttelsen og frakoblingsudstyret,
. (3.8)
Ved beregninger bruges reduceret (fiktiv) tid - det tidsrum, hvor steady-state kortslutningsstrømmen afgiver den samme mængde varme, som den faktisk passerende kortslutningsstrøm skulle afgive i den aktuelle kortslutningstid.
Den givne tid svarende til den fulde kortslutningsstrøm er
. (3.9)
Hvor - reduceret tid for den periodiske komponent af kortslutningsstrømmen;
- reduceret tid for den aperiodiske komponent af kortslutningsstrømmen.
I realtid
c den reducerede tid for den periodiske komponent af kortslutningsstrømmen bestemmes ved hjælp af nomogrammer.
I realtid
Med
, Hvor - værdien af den reducerede tid for
Med.
Bestemmelse af den reducerede tid for den aperiodiske komponent , og er produceret kl
efter formlen:
, (3.10)
Hvor - forholdet mellem den indledende supertransiente strøm og den etablerede strøm ved kortslutningsstedet (
).
På
- efter formlen:
. (3.11)
Når realtid er mere end 1 sek. eller
reduceret tid af den aperiodiske komponent af kortslutningsstrømmen ( ) kan negligeres.
Påkrævet beregning af trefaset kortslutningsstrøm (TCC) på samleskinnerne i den konstruerede lukkede koblingsanlæg-6 kV understation 110/6 kV "GPP-3". Denne understation er drevet af to 110 kV luftledninger fra 110 kV GPP-2 understationen. ZRU-6 kV "P4SR" modtager strøm fra to krafttransformatorer TDN-16000/110-U1, som jeg arbejder separat. Når en af indgangene er frakoblet, er det muligt at forsyne den strømløse busdel med strøm via en sektionsafbryder i automatisk tilstand (ATS).
Figur 1 viser designskema netværk
Da kæden fra I N.S. "GPP-2" til I nordlig bredde. "GLP-3" er identisk med kæde II s.sh. fra "GPP-2" til II nordlig bredde. "GPP-3"-beregning udføres kun for den første kæde.
Det ækvivalente kredsløb til beregning af kortslutningsstrømme er vist i figur 2.
Beregningen vil blive foretaget i navngivne enheder.
2. Indledende data til beregning
- 1. Systemdata: Er = 22 kA;
- 2. VL-data - 2xAS-240/32 (Data er givet for et kredsløb AS-240/32, RD 153-34.0-20.527-98, bilag 9):
- 2.1 Positiv sekvens induktiv reaktans - X1ud=0,405 (Ohm/km);
- 2.2 Kapacitiv ledningsevne - bsp = 2,81x10-6 (S/km);
- 2.3 Aktiv modstand ved +20 C pr. 100 km linje - R=R20C=0,12 (Ohm/km).
- 3. Transformerdata (taget fra GOST 12965-85):
- 3,1 TDN-16000/110-U1, Uin=115 kV, Unn=6,3 kV, indkoblet trinkobler ±9*1,78, Uk.inn-nn=10,5%;
- 4. Fleksible lederdata: 3xAC-240/32, l=20 m. (For at forenkle beregningen tages der ikke højde for modstanden af den fleksible leder).
- 5. Data for den strømbegrænsende reaktor - RBSDG-10-2x2500-0.2 (taget fra GOST 14794-79):
- 5.1 Nominel strøm reaktor - Inom. = 2500 A;
- 5.2 Nominelle effekttab pr. reaktorfase - ∆P= 32,1 kW;
- 5.3 Induktiv reaktans – X4=0,2 Ohm.
3. Beregning af elementmodstande
3.1 Systemmodstand (for spænding 115 kV):
3.2 Modstand luftledning(for spænding 115 kV):
Hvor:
n - Antal ledninger i en luftledning på 110 kV luftledning;
3.3 Total modstand til transformeren (for spænding 115 kV):
X1,2=X1+X2=3,018+0,02025=3,038 (Ohm)
R1,2=R2=0,006 (Ohm)
3.4 Transformermodstand:
3.4.1 Transformatormodstand (indkoblet trinkobler er i midterposition):
3.4.2 Transformatorens aktiv modstand (indkoblet trinkobler er i den ekstreme "minus" position):
3.4.3 Transformatorens aktiv modstand (indkoblet trinkobler er i den ekstreme "positive" position):
Minimum induktiv reaktans af transformatoren (indkoblet trinkobler er i den ekstreme "minus" position)
Maksimal induktiv reaktans af transformatoren (indkoblet trinkobler er i den ekstreme "positive" position)
Værdien inkluderet i formlen ovenfor er den spænding, der svarer til den ekstreme positive position af trinkobleren, og den er lig med Umax.VN=115*(1+0,1602)=133,423 kV, som overstiger den højeste driftsværdi spænding af elektrisk udstyr svarende til 126 kV (GOST 721-77 " Strømforsyningssystemer, netværk, kilder, omformere og modtagere elektrisk energi. Nominelle spændinger over 1000 V"). Spændingen UmaxVN svarer til Uк%max=10,81 (GOST 12965-85).
Hvis Umax.VN viser sig at være større end det maksimalt tilladte for et givet netværk (tabel 5.1), skal Umax.VN tages i henhold til denne tabel. Værdien af Uk% svarende til denne nye maksimale værdi af Umax.VN bestemmes enten empirisk eller fundet fra bilagene til GOST 12965-85.
3.4.5 Strømbegrænsende reaktormodstand (ved spænding 6,3 kV):
4. Beregning af trefasede kortslutningsstrømme i punkt K1
4.1 Total induktiv reaktans:
X∑=X1,2=X1+X2=3,018+0,02025=3,038 (Ohm)
4.2 Total aktiv modstand:
R∑=R1,2=0,006 (Ohm)
4.3 Samlet impedans:
4.4 Trefaset kortslutningsstrøm:
4.5 Kortslutningsstødstrøm:
5. Beregning af trefasede kortslutningsstrømme i punkt K2
6.1.1 Værdien af den samlede modstand i punkt K2 reduceres til en netværksspænding på 6,3 kV:
6.1.2 Strømmen ved kortslutningen, reduceret til en effektiv spænding på 6,3 kV, er lig med:
6.1.3 Kortslutningsstødstrøm:
6.2 Modstand på samleskinnerne i et 6 kV lukket koblingsanlæg med indkoblet trinkobler på transformer T3 sat til negativ position
6.2.1 Værdien af den samlede modstand i punkt K2 reduceres til en netværksspænding på 6,3 kV:
6.2.2 Strømmen ved kortslutningen, reduceret til en effektiv spænding på 6,3 kV, er lig med:
6.2.3 Kortslutningsstødstrøm:
6.3 Modstand på samleskinnerne i et 6 kV lukket koblingsanlæg med trinkobleren på transformer T3 sat i positiv position
6.3.1 Værdien af den samlede modstand i punkt K2 reduceres til en netværksspænding på 6,3 kV:
6.3.2 Strømmen ved kortslutningen, reduceret til en effektiv spænding på 6,3 kV, er lig med:
6.3.3 Kortslutningsstødstrøm:
Beregningsresultaterne er indført i tabel PP1.3
Tabel PP1.3 – Beregningsdata for trefasede kortslutningsstrømme
Transformer på-belastning tap position | Kortslutningsstrømme | Kortslutningspunkt | ||
---|---|---|---|---|
K1 | K2 | K3 | ||
Indkoblet trinkobler i midterposition | Kortslutningsstrøm, kA | 21,855 | 13,471 | 7,739 |
Kortslutning stødstrøm, kA | 35,549 | 35,549 | 20,849 | |
Kortslutningsstrøm, kA | - | 13,95 | 7,924 | |
Kortslutning stødstrøm, kA | - | 36,6 | 21,325 | |
Indkoblet trinkobler i positiv position | Kortslutningsstrøm, kA | - | 13,12 | 7,625 |
Kortslutning stødstrøm, kA | - | 34,59 | 20,553 |
7. Beregning af kortslutningsstrøm udført i Excel
Hvis du udfører denne beregning ved hjælp af et stykke papir og en lommeregner, tager det meget tid, desuden kan du lave en fejl, og hele beregningen vil gå i vasken, og hvis kildedataene konstant ændrer sig, fører alt dette til til en stigning i designtid og unødigt spild af nerver.
Derfor besluttede jeg at udføre denne beregning ved hjælp af et Excel-regneark for ikke at spilde min tid på TKZ-genberegninger og for at beskytte mig selv mod unødvendige fejl; med dens hjælp kan du hurtigt genberegne kortslutningsstrømme og kun ændre de originale data.
Jeg håber, at dette program vil hjælpe dig, og at du vil bruge mindre tid på at designe dit objekt.
8. Referencer
- 1. Retningslinjer for beregning af kortslutningsstrømme og valg af elektrisk udstyr.
RD 153-34,0-20,527-98. 1998 - 2. Sådan beregnes kortslutningsstrøm. E. N. Belyaev. 1983
- 3. Beregning af kortslutningsstrømme i elektriske netværk 0,4-35 kV, Golubev M.L. 1980
- 4. Beregning af kortslutningsstrømme til relæbeskyttelse. I.L.Nebrat. 1998
- 5. Regler for opførelse af elektriske installationer (PUE). Syvende udgave. 2008
Hej, kære venner! I denne artikel lærer du, hvad kortslutningsstrøm er, dens årsager og hvordan man beregner den. En kortslutning opstår, når strømførende dele af forskellige potentialer eller faser er forbundet med hinanden. Der kan også dannes en kortslutning på udstyrets krop, der er forbundet til jorden. Dette fænomen er også typisk for elektriske netværk og elektriske modtagere.
Årsager og virkninger af kortslutningsstrøm
Årsagerne til en kortslutning kan være meget forskellige. Dette lettes af fugt eller aggressivt miljø, hvor isolationsmodstanden forringes betydeligt. En lukning kan medføre mekaniske påvirkninger eller personalefejl under reparationer og vedligeholdelse. Essensen af fænomenet ligger i dets navn og repræsenterer en afkortning af den vej, langs hvilken strømmen passerer. Som et resultat flyder strømmen forbi den resistive belastning. Samtidig stiger det til uacceptable grænser, hvis den beskyttende nedlukning ikke virker.
Kortslutningsstrømme har en elektrodynamisk og termisk effekt på udstyr og elektriske installationer, hvilket i sidste ende fører til deres betydelige deformation og overophedning. I denne forbindelse er det nødvendigt at foretage beregninger af kortslutningsstrømme på forhånd.
Sådan beregnes kortslutningsstrøm derhjemme
Det er vigtigt at kende størrelsen af kortslutningsstrømmen for at sikre brandsikkerhed. Det er klart, hvis den målte kortslutningsstrøm er mindre end den indstillede strøm maksimal beskyttelse maskine eller 4 gange sikringsstrømværdien, så vil reaktionstiden (fusible link burnout) være længere, og dette kan igen føre til overdreven opvarmning af ledningerne og deres brand.
Hvordan kan denne strøm bestemmes? Eksisterer specielle teknikker og specielle enheder til dette. Her vil vi overveje spørgsmålet om, hvordan man gør dette, kun med eller endda et voltmeter. Denne metode har naturligvis ikke særlig høj nøjagtighed, men er stadig tilstrækkelig til at detektere en uoverensstemmelse mellem den maksimale strømbeskyttelse og værdien af denne strøm.
Hvordan gør man dette derhjemme? Det er nødvendigt at tage en tilstrækkelig kraftig modtager, f.eks. Elkedel eller jern. Det ville også være rart at have en t-shirt. Vi forbinder vores forbruger og et voltmeter eller multimeter i spændingsmålingstilstand til tee. Vi registrerer steady-state spændingsværdien (U1). Vi slukker for forbrugeren og registrerer spændingsværdien uden belastning (U2). Dernæst laver vi beregningen. Du skal dividere din forbrugers effekt (P) med forskellen i de målte spændinger.
Ic.c.(1) = Р/(U2 – U1)
Lad os regne ud med et eksempel. Elkedel 2 kW. Den første måling er 215 V, den anden måling er 230 V. Ifølge beregningen viser den sig at være 133,3 A. Hvis der for eksempel er en BA 47-29 automatisk maskine med karakteristik C, så vil dens indstilling være fra 80 til 160 Ampere. Derfor er det muligt, at denne maskine vil fungere med en forsinkelse. Ud fra maskinens egenskaber kan det fastslås, at responstiden kan være op til 5 sekunder. Hvilket grundlæggende er farligt.
Hvad skal man gøre? Det er nødvendigt at øge værdien af kortslutningsstrømmen. Denne strøm kan øges ved at udskifte forsyningsledningerne med et større tværsnit.
Nyttig kort varsel
Det ser ud til, at det åbenlyse faktum er, at en kortslutning er et ekstremt dårligt, ubehageligt og uønsket fænomen. Det kan føre til bedste tilfælde til afstrømning af anlægget, nedlukning af nødbeskyttelsesudstyr og i værste fald til udbrænding af ledninger og endda en brand. Derfor skal alle kræfter koncentreres om at undgå denne ulykke. Beregning af kortslutningsstrømme har dog en meget reel og praktisk betydning. Der er opfundet ret meget tekniske midler, der arbejder i højstrømstilstand. Et eksempel ville være det sædvanlige svejsemaskine, især en bue, som på driftstidspunktet praktisk talt kortslutter elektroden med jording. Et andet problem er, at disse tilstande er kortsigtede, og transformatorens kraft tillader dem at modstå disse overbelastninger. Ved svejsning passerer enorme strømme ved kontaktpunktet for enden af elektroden (de måles i titusvis af ampere), som et resultat af hvilket der frigives tilstrækkelig varme til lokalt at smelte metallet og skabe en stærk søm.