Мощность короткого замыкания трансформатора: Расчет параметров короткого замыкания трансформатора

Содержание

Напряжение короткого замыкания трансформатора

В энергетических системах существуют различные устройства, предназначенные для производства, преобразования и передачи электроэнергии на большие расстояния. Среди них следует отметить конструкции силовых трансформаторов. Именно они преобразуют одно значение напряжение в другое, в зависимости от потребностей. Важнейшей характеристикой является напряжение короткого замыкания трансформатора. Данная величина соответствует конкретному изделию и полностью зависит от его конструкции. Зная ее, возможно установить способность трансформатора к параллельной работе, позволяющей избежать увеличения токов, снизить перегрузки, более эффективно решать задачи электроснабжения.

Содержание

Общие сведения о трансформаторах

Практически на всех объектах энергосистемы практикуется установка трехфазных трансформаторов. Их потери по сравнению с однофазными устройствами снижены на 12-15%, а себестоимость на 20-25% ниже, чем у трех преобразователей с аналогичной суммарной мощностью.

Каждый трансформатор имеет собственную предельную единичную мощность, которая полностью зависит от размеров, веса и условий доставки оборудования к месту монтажа. Так мощность трехфазных устройств на 220 кВ составляет около 1000 МВА, при 330 кВ этот показатель повышается до 1250 МВА и т.д.

Применение однофазных трансформаторов встречается значительно реже. Они устанавливаются при невозможности выбора или изготовления трехфазного устройства с запланированной мощностью. Многие трехфазные преобразователи сложно доставлять к месту установки из-за больших размеров и веса. Поэтому однофазные устройства группируются в зависимости от требуемой общей мощности. Приборы на 500 кВ составляют 3х533 МВА, на 750 кВ – 3х417 МВА, на 1150 кВ – 3х667 МВА.

В соответствии с числом обмоток, рассчитанных на разные потенциалы, преобразователи могут быть двух- или трехобмоточными. В свою очередь, обмотки с одним и тем же напряжением бывают разделены на параллельные ветви в количестве две и выше. Они разъединены между собой перегородками и разделяются изоляцией с заземляющими элементами. Подобные обмотки называются расщепленными, и в соответствии с напряжением, которое бывает высшим, средним или низшим, они обозначаются как ВН, СН и НН.

Наиболее значимые характеристиками трансформаторов:

Номинальная мощность. Это наибольший показатель, до которого преобразователь может быть беспрерывно нагружен в обычных условиях, определенных паспортными данными
Номинальное обмоточное напряжение. Включает в себя сумму потенциалов обмоток №№ 1 и 2 в режиме холостого хода. При подключении к потребителю и подаче на обмотку-1 обыкновенного напряжения, во вторичной обмотке оно будет снижено на величину потерь. Отношение высшего напряжения к низшему называется коэффициентом трансформации.
Номинальные токи. Их величина отмечена в документации и должна обеспечивать нормальную функциональность трансформатора в течение продолжительного времени.
Номинальный ток обмоток. Величина определяется номинальной мощностью и потенциалом преобразователя.
Напряжение КЗ трансформатора. Образуется в условиях, когда обмотка-2 коротко замыкается, а к первичной подходит обычный номинальный ток. Данный показатель определяется по спаду напряжения и характеризует величину полного сопротивления трансформаторных обмоток.

Характеристика напряжения короткого замыкания

Рассматриваемый параметр является одной из основных характеристик трансформаторных устройств. Его показатели должны быть минимальными во избежание чрезмерных ограничений токов КЗ. Проводимые испытания устанавливают их соответствие нормам и требованиям, определяемым ПУЭ. Одновременно проверяется состояние изоляции проводов.

В трансформаторах с двумя обмотками напряжением, КЗ является величина, приведенная к заданной температуре и номинальной частоте, подводимая к одной из обмоток, в то время как другая замыкается накоротко. После этого номинальный ток устанавливается в каждой обмотке, а переключатель занимает положение, обеспечивающее подачу номинального напряжения.

Используя напряжение КЗ, можно установить падение напряжения, внешние характеристики и токи короткого замыкания преобразователя. Эти данные учитываются при дальнейшем включении трансформатора в параллельную работу. Напряжение короткого замыкания включает в себя активную и реактивную составляющие.

Величина активной составляющей определяется в процентах и вычисляется по следующей формуле: U_a = (P_об1 + P_об2)/10S_н = Р_об/10S_н, в которой Роб – общие потери в трансформаторных обмотках, S_н – номинальная мощность устройства (кВА).

Значение реактивной составляющей определяется по собственной формуле, в которой все переменные величины определяются заранее: Х_к = √Z_k2 – R_k2. В ней Z_k2 и R_k2 являются общим и активным сопротивлением вторичной обмотки.

Лабораторные испытания

В режиме КЗ обмотка-2 оказывается перемкнутой проводником тока, сопротивление которого стремится к нулю. В процессе деятельности трансформатора, короткое замыкание приводит к возникновению аварийного режима, поскольку величина первичного и вторичного токов многократно возрастает в сравнении с номиналом. В связи с этим для таких устройств предусматривается специальная защита для самостоятельного отключения.

В лабораториях короткое замыкание используется для испытания трансформаторов. С этой целью на обмотку-1 подается напряжение U_к, не превышающее номинал. Обмотка-2 замыкается коротко и в ней возникает напряжение, обозначаемое _uK, которое является напряжением короткого замыкания трансформатора, выраженное в % от U_к. При этом ток короткого замыкания равен номинальному. Как формула — это будет выглядеть в виде _uK = (U_к х 100)/U_1ном, где U_1ном будет номинальным напряжением в первичной обмотке.

Напряжение КЗ напрямую связано с высшим напряжением трансформаторных обмоток. Если оно составляет от 6 до 10 кВ, то величина _uK будет 5,5%, при 35 кВ – 6,5-7,5%, при 110 кВ – 10,5% и далее по нарастающей. Быстро найти значение поможет специальная таблица.

Опыт и напряжение КЗ

Установить параметры трансформатора с достаточно высокой точностью позволяет опыт короткого замыкания. Для этой цели используется специальная методика, при которой обмотка-2 коротко замыкается с помощью токопроводящей перемычки или проводника. Сопротивление замыкающего элемента очень низкое и стремится к нулю. В обмотку-1 поступает напряжение (U_к), при котором сила тока (I_ном) будет номинальной. К выводам подключаются измерительные приборы – амперметр, вольтметр и ваттметр, необходимые для выявления требуемых показателей трансформатора.

В режиме КЗ напряжение короткого замыкания _uK будет слишком маленьким, что вызывает многократное снижение потерь холостого хода по сравнению с номиналом. Следовательно, можно условно принять мощность первичной обмотки равной нулю – Р_по = 0, а мощность, замеряемая ваттметром, будет потерянной мощностью короткого замыкания (Р_пк), вызванной под влиянием активного сопротивления трансформаторных обмоток.

При режиме с одинаковыми токами можно определить величину номинальных потерь мощности, связанных с нагревом обмоток, известные как потери короткого замыкания или электрические потери (Р_пк._ном).

Потери холостого хода и короткого замыкания

Помимо напряжения короткого замыкания существуют и другие, не менее важные параметры трансформаторных устройств. Например, экономичность их работы во многом определяется потерями холостого хода (Р_х) и короткого замыкания (Р_к).

В первом случае затраты связаны с потерями в стальных компонентах, задействованных в создании вихревых токов и перемагничивании. Они снижаются за счет использования специальной электротехнической стали, содержащей малое количество углерода и определенные виды присадок. Для защиты используется жаростойкое изоляционное покрытие. Существуют разные уровни потерь холостого хода и причины, от чего зависит величина их для преобразователей. Удельные потери уровня А составляют до 0,9 Вт/кг, а на уровне Б они будут не выше 1,1 Вт/кг.

1.5. Мощность короткого замыкания

При выборе выключателей его номинальный ток отключения сопоставляют с величиной тока КЗ, которая имеет место в расчётный момент отключения повреждения. Соответственно, если этот выбор производится по номинальной мощности отключения, то она должна быть сопоставлена с так называемой мощностью КЗ

где – ток КЗ в расчётный момент времени,– среднее номинальное напряжение той ступени, где установлен выключатель.

В относительных единицах при мощность равна току, откуда.

Поэтому расчёты можно вести непосредственно для мощностей КЗ. Мощность отключения выключателя по ГОСТу 687-70 даётся при наибольшем рабочем напряжении.

Роль отдельных элементов электрической системы в формировании переходного процесса оценивается с энергетической точки зрения, так как основа физических процессов, протекающих в электрических и магнитных цепях – электромагнитные явления, обусловленные наличием электромагнитного поля. Любой режим энергосистемы характеризуется определёнными запасами электромагнитной энергии в её элементах.

Для выражения энергии магнитного поля электрической машины можно воспользоваться уравнением Максвелла для контура

где – напряжение на зажимах контура,– сопротивление обмотки,– ток в обмотке,– потокосцепление.

Найдём энергию, запасённую в магнитном поле, выраженную через токи и индуктивности. Для этого предположим, что машина неподвижна, следовательно, собственные и взаимныеиндуктивности постоянны. Полная мощность на зажимах равна

Здесь – мощность, рассеиваемая в сопротивлении, а остальные члены выражения представляют собой мощность, запасённую в магнитном поле, так как машина неподвижна.

Учитывая, что и т.д., и интегрируя по времени при нулевых начальных условиях, получаем полную энергию, запасённую в магнитном поле машины:

. (1.30)

Энергия, запасённая в электрическом поле машины, не учитывается, так как она значительно меньше по сравнению с энергией, запасённой в магнитном поле. Так как в дальнейшем рассматриваются процессы только в симметричной машине, можно принять ,. Учитывая также симметрию токов и заменяя мгновенные значения токов на действующие, получим выражение для вычисления действующего значения энергии, запасённой в магнитном поле машины:

. (1.31)

В уравнениях (1.30) и (1.31) не учитывается энергия, запасённая в магнитном поле обмотки возбуждения. Для учёта энергии обмотки возбуждения используется выражение

где ,– соответственно индуктивность и ток обмотки возбуждения, приведенные к статорной обмотке. Для генератора ТВВ-500-2, например, значение энергии обмотки возбуждения в режиме холостого хода составляетДж, в нормальном и послеаварийной режимах –Дж. Поскольку параметры статорных и роторных цепей типовых машин – величины одного порядка, можно сделать вывод, что энергия, запасённая в обмотке возбуждения, соизмерима с энергией, запасённой в статорной цепи, поэтому в расчётах энергии магнитных полей генераторов её необходимо учитывать. В режиме КЗ энергия, запасаемая в обмотке машины составляет порядкаДж, таким образом, разность энергий режима КЗ и нормального режима составляетДж.

Для генератора ТВВ-500-2 в качестве блочного используется трансформатор типа ТДЦ-630000/330; его энергия, запасаемая в нормальном режиме, составляет порядка Дж, а в режиме КЗ –Дж. Таким образом, разность энергий в нормальном режиме и режиме КЗ составляетДж.

Для высоковольтной линии энергия электрического и магнитного полей на элементе определяется выражениями:

, , (1. 32)

где и– удельные индуктивность и ёмкость линии соответственно.

Интегрируя выражение (1.32) по длине линии, получим выражение для полной энергии магнитного и электрического полей высоковольтной линии:

, .

Учитывая, что ,, и заменяя мгновенные значения токов и напряжений на действующие, получим выражения для действующих значений запасённых энергий:

, .

Предположим, что энергия, вырабатываемая генератором ТВВ-500-2, передаётся с помощью двухцепной ЛЭП, выполненной проводом АСО-600 под напряжением 330 кВ; при этом энергия, запасаемая в магнитном поле линии в нормальном режиме, составляет около Дж, а в режиме КЗ –Дж. Таким образом, разность энергий составляетДж. Следовательно, приращение энергий при возникновении КЗ в энергосистеме в генераторе, трансформаторе и линии электропередачи имеет одинаковый порядок и эти элементы должны быть учтены при анализе переходных процессов в энергосистемах.

Энергия, запасаемая в электрическом поле ЛЭП, на порядок меньше и составляет около Дж.

Аналогичные выражения можно записать для определения величины энергии, запасаемой в электромагнитном поле любого элемента электрической системы.

При быстром переходе от одного установившегося режима к другому количество энергии в полях элементов цепи от предшествующего установившегося не соответствует количеству энергии в полях, которые должны быть в новом установившемся режиме после происшедших изменений, поэтому возникает переходный процесс. Следовательно, разностью энергетических уровней предшествующего нормального режима (н.р) и послеаварийного установившегося режима (п.а.р) каждого элемента электрической системы

можно охарактеризовать роль этого элемента в формировании переходного процесса.

Очевидно, что роль элемента цепи зависит от его удалённости от точки КЗ. На разность энергетических уровней влияет и абсолютное значение запасаемой энергии.

Описанный энергетический подход может быть применён также при эквивалентировании расчётной схемы для определения тех частей схемы, где рассматриваемое КЗ несущественно изменяет предшествующий режим. Эти части схемы могут быть представлены эквивалентными сопротивлениями и ЭДС.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 1

1. Короткие замыкания. Причины, виды, последствия.

2. Назначение расчётов токов КЗ. Основные требования и допущения.

3. Система относительных величин (единиц).

4. Формулы для определения сопротивлений основных элементов энергосистем в именованных единицах.

5. Формулы для определения сопротивлений основных элементов энергосистем в относительных единицах.

6. Модели синхронных генераторов, силовых трансформаторов (автотрансформаторов), линий электропередачи, кабелей, реакторов, электрических двигателей, обобщённой нагрузки, системы для расчёта токов КЗ.

7. Эквивалентные преобразования электрических схем (преобразование двух параллельно включённых источников ЭДС с различными ЭДС и внутренними сопротивлениями, преобразование звезды в треугольник и обратное преобразование).

8. Порядок расчёта тока КЗ в именованных единицах.

9. Порядок расчёта тока КЗ в относительных единицах.

10. Точное и приближённое приведение коэффициентов трансформации при выполнении расчётов токов КЗ.

11. Мощность КЗ.

12. Влияние отдельных элементов энергосистемы в формировании переходного процесса.

13. Порядки величин энергий, запасаемых в генераторах, трансформаторах и линиях электропередачи.

ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 1

ЗАДАЧА 1. Произвести расчёт сверхпереходного тока КЗ при трёхфазном повреждении в точке для схем участков энергосистемы, приведенных на рис.1.16, именованных и относительных базисных единицах с точным и приближённым приведением коэффициентов трансформации.

Генераторы до возникновения повреждения работали в номинальном режиме.

Параметры основных элементов схем приведены таблице. Недостающие параметры элементов схемы выбираются в следующем порядке: выбирается количество (количество параллельно включённых элементов должно быть не менее двух, все параллельно работающие элементы рекомендуется выбирать однотипными) и мощность генераторов (ТГ-турбогенераторы, ГГ-гидрогенераторы) электростанции (ЭС), количество и мощность трансформаторов ЭС (суммарная мощность всех трансформаторов ЭС должна быть не менее полной мощности всех генераторов), параметры линии Л1 выбирается по напряжению и мощности ЭС (должна передать всю мощность ЭС), длина линии Л2 выбирается по напряжению обмотки среднего напряжения трёхобмоточного трансформатора или автотрансформатора подстанции (п/ст). Погонные сопротивления линий выбираются из приложения 4.

а)

б)

Рис.1.16 Схемы для контрольного задания 1

№ п. п.	Последняя цифра шифра	Схема на рис.1.11	Тип генераторов	, МВт	Мощность (авто) трансформаторов п/ст, МВА	Сопротивление системы, Ом
1	1	а)	ГГ	190-230	120-150	19
2	2	а)	ТГ	390-450	120-150	17
3	3	а)	ТГ	590-630	200-260	27
4	4	а)	ГГ	750-810	200-260	25
5	5	а)	ГГ	1150-1400	800-1000	29
6	6	а)	ТГ	1600-1800	900-1000	21
7	7	б)	ТГ	50-60	120-140	13
8	8	б)	ТГ	90-100	120-140	15
9	9	б)	ТГ	180-210	150-260	17
10	0	б)	ТГ	390-420	190-260	19

Результаты расчётов токов КЗ представить в виде таблицы.

	ЭДС генераторов ЭС	Результирующее сопротивление ветви КЗ	Токи КЗ, кА
Именованные единицы (точное приведение коэффициентов трансформации)
Именованные единицы (приближённое приведение коэффициентов трансформации)
Относительные базисные единицы (точное приведение коэффициентов трансформации)
Относительные базисные единицы (приближённое приведение коэффициентов трансформации)

ЗАДАЧА 2. Произвести расчёт сверхпереходного тока КЗ для заданного участка энергосистемы (рис.1.17) при трёхфазном КЗ в точке в именованных и относительных базисных единицах с точным и приближённым приведением коэффициентов трансформации. Синхронные электродвигатели до возникновения повреждения работали с нагрузкой 90% от номинальной, асинхронные – 80%. Параметры элементов схем приведены таблице. Длина кабеля выбирается по напряжению. Студенты, последняя цифра шифра студенческого билета, которых нечётная – расчёт производят для точки, чётная – для точки.

а)б)

Рис.1.17 Схемы для контрольного задания 2

№ п.п.	Последняя цифра шифра	Схема на рис.1.16	, МВА	, МВА	, МВАр	, МВА	, МВт	, МВт	Ток реактора, кА
1	1	а)	500	50-150	17	11			0,63
2	2	б)	2100	90-140			50,4	70,4
3	3	а)	700	70-150	17	11			0,63
4	4	б)	2300	110-210			51,25	90,63
5	5	а)	700	140-210	17	13			0,63
6	6	б)	2500	160-210			36,3	30,8
7	7	а)	900	150-220	33	15			2,5
8	8	б)	2700	210-300			310,0	51,0
9	9	а)	1500	190-260	67	17			2,5
10	0	б)	2900	260-410			310,0	71,25

Предполагаемые токи короткого замыкания | Greenwood

Сегодня мы изучаем способы определения ожидаемых токов короткого замыкания от трансформатора до распределительного щита, как мы недавно представили на нашем канале YouTube.

‍ *Примечание: Для подробных расчетов; обратитесь к таблицам данных производителя (кабеля) и/или используйте специальное программное обеспечение для проектирования энергетических систем.

‍

Итак, без лишних слов, приступим…

В случае короткого замыкания единственным ограничением тока является импеданс цепи и доступная энергия короткого замыкания. Обычно сюда входит импеданс источника питания, обычно трансформатора подстанции или группы трансформаторов.

Воспрепятствовать значит сопротивляться, и фактически это часть того, на что мы обращаем внимание при изучении предполагаемых токов короткого замыкания.

Некоторые ключевые моменты, с которых следует начать, заключаются в том, что распределители энергии обычно сообщают уровни неисправности рассматриваемого трансформатора. Теперь, если короткое замыкание происходит близко к источнику питания, единственным ограничением тока является импеданс источника. Неисправность с нулевым импедансом часто называют болтовой неисправностью , и это то, что может произойти на трансформаторе.

Полное сопротивление трансформатора обычно выражается в процентах от номинального напряжения первичной обмотки

, необходимого для обеспечения полного тока нагрузки во вторичной обмотке при коротком замыкании клемм нагрузки.

‍

Полное сопротивление трансформатора

Полное сопротивление общего трансформатора 5 % поэтому если 5 % напряжения питания создает полный ток нагрузки, то при вторичном коротком замыкании и нормальном напряжении питания 100 %, 2 0 x раз будет присутствовать полный ток нагрузки.

‍

Пример производственной площадки

Растущие требования к току современных установок приводят к увеличению способности источника питания обеспечивать высокие значения тока короткого замыкания. Например, у нас есть завод со следующим:

Он питается от трехфазного трансформатора 400 В, 500 кВА
Этот трансформатор имеет полное сопротивление 5%
Трансформатор, питающий шины 400 В на заводском распределительном щите

‍

Пример производственной площадки; ток полной нагрузки

‍

Итак, мощность трансформатора составляет 500 кВА, мы конвертируем в ВА, умножая на 1000, а затем делим на квадратный корень из трех х номинальное напряжение, 3 фазы 400 В.

‍

Теперь, чтобы рассчитать ток короткого замыкания, умножьте номинальный ток полной нагрузки на 100, а затем разделите на фактический импеданс трансформатора в процентах. Та да!

Так что же все это значит?

В любой точке цепи (кроме фактической точки питания) ток будет на меньше значения 14 450 А из-за импеданса цепи между источником и неисправностью.

Наиболее серьезным условием может быть трехфазное замыкание на клеммах питания, и расчеты обычно основаны на этом. Следующая неисправность менее серьезная, в основном это замыкание между двумя фазами, которое снижает ток примерно до 87%, т. е. 12 570 А.

Наконец, имеется замыкание фазы на нейтраль, которое не должно превышать 50% от наиболее серьезного замыкания, поэтому 7 225 А. Система заземленной нейтрали (MEN) является эквивалентом замыкания фазы на нейтраль, а ток дополнительно снижается за счет полного сопротивления системы заземления между замыканием и нейтралью.

Доступный ток короткого замыкания выше ( 14 450 A) не учитывает полное сопротивление линии питания ВН и первичной обмотки трансформатора. Поскольку их вклад очень мал, рассчитанные значения всегда находятся в безопасности.

‍

Предполагаемый ток короткого замыкания, стандарты

В пункте 2.5.2 стандарта AS/NZ 3000:2018 указано:

Устройства для защиты от токов перегрузки и короткого замыкания, что:

Защитные устройства, обеспечивающие защиту как от перегрузки, так и от короткого замыкания и
Должен быть способен отключать любой сверхток до ожидаемого тока короткого замыкания включительно
В месте установки устройства.

*Дополнительно устройство должно соответствовать требованиям пунктов 2.5.3 и 2.5.4.

‍

… И что это значит?

Отключающая способность должна быть достаточной для обеспечения отключения максимального значения тока, доступного в точке установки защиты.

Защита находится в начале цепи, обычно это главный распределительный щит или распределительный щит.

Значение тока называется ожидаемым током короткого замыкания (PSCC), и оно должно быть прервано до того, как температура проводника достигнет предельного значения (см. стандарт AS/NZS 3008 для ваших обстоятельств). Здесь вы должны смотреть на допустимую токовую нагрузку рассматриваемых кабелей в дополнение к местоположению, температурным характеристикам и т. д.

‍

Как рассчитать PSCC

Таким образом, PSCC необходимо рассчитывать в каждой соответствующей точке электроустановки — в основном везде, где установлены защитные устройства . Оценка уровня отказа должна начинаться с источника питания, а затем вы спускаетесь вниз.

Во-первых, нам нужно будет собрать некоторую информацию, такую как номинал трансформатора, о котором идет речь, и для этого вам нужно будет найти соответствующий DNSP, чтобы получить информацию, выраженную в амперах на фазу или в миллионах вольт-ампер (МВА),

Допустим, мы получили цифру 10 МВА от DNSP, предполагаемый ток/фаза = 14 450 А .

‍

Трансформатор, большая сеть потребителей, MSB

Любое оборудование, установленное на MSB, должно иметь полную мощность короткого замыкания в этой точке, но PSCC и, следовательно, ток короткого замыкания будет меньше, если распределительный щит питается от сети потребителя поэтому любая защита для подцепей или подсетей, которые исходят от MSB, должна соответствовать этим требованиям и уровню неисправности, например, DB, питаемый от вспомогательной сети, будет уменьшен из-за импеданса вспомогательной сети.

Рассмотрим пример трансформатора 500 кВА, подключенного через крупную потребительскую сеть к ГРЩ, который питает БД через подсети, идущие от ГРЩ: дистрибьютора или расчетным путем. Уровень неисправности на MSB определяется с использованием полного сопротивления кабеля или шины и пренебрежением другими источниками для обеспечения запаса безопасности.

Уровень неисправности в любом другом положении снова снижается из-за импеданса вспомогательной сети или уровня неисправности вспомогательной цепи.

В случае короткого замыкания единственным ограничением тока является импеданс цепи.
PSCC определяется в начале цепи, на устройстве защиты.
В расчетах всегда должен быть запас прочности.

‍

IEC-60909 Короткое замыкание в EasyPower

Главная / Ресурсы / IEC-60909 Короткое замыкание в EasyPower

Введение
EasyPower предлагает полное и точное решение для расчета короткого замыкания в трехфазных системах переменного тока с использованием IEC-60909 стандарт. Вы можете вводить 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-фазное короткое замыкание
Междуфазное короткое замыкание
Междуфазное короткое замыкание с заземлением (двойная фаза-земля)
Короткое замыкание линии на землю.
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 )
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
Постоянная составляющая ( i _{постоянная} ) тока короткого замыкания во время отключения
Установившийся ток короткого замыкания ( I _k )

Рисунок 1 : Отображение токов короткого замыкания
Токи можно просматривать в различных форматах, таких как фазные токи для фаз A, B и C, или в симметричных компонентах: прямой последовательности, обратной последовательности, нулевой последовательности 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 или в действительной и мнимой величинах.

Рисунок 2 : Токи короткого замыкания затухают с течением времени
Методика
EasyPower использует эквивалентный источник напряжения в месте короткого замыкания, симметричные компоненты импеданса сети и коэффициент напряжения c, как описано в раздел 2.3 стандарта. Полное сопротивление короткого замыкания для электрического оборудования модифицируется с использованием поправочных коэффициентов полного сопротивления, которые рассчитываются на основе раздела 3. Поправочные коэффициенты полного сопротивления применяются для сети или электросети ( K _Q ), генераторы ( K _G ), электростанции с устройством РПН ( K _S ), электростанции без устройства РПН ( K _СО), двух- и трехобмоточные трансформаторы ( К _Т). Сопротивление кабелей, линий электропередач и шинопроводов для расчетов максимального тока короткого замыкания основано на температуре проводника при 20°C. Для минимальных токов короткого замыкания сопротивления основаны на расчетной температуре в конце состояния короткого замыкания. Сопротивление реактивному сопротивлению ( R / X ) коэффициенты для различного оборудования могут быть рассчитаны по рекомендациям стандарта или введены пользователем по данным производителя. Для расчетов минимального короткого замыкания влияние двигателя исключено. Конденсаторы и невращающиеся нагрузки в расчеты 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 для учета изменений напряжения в системе. Этот коэффициент также используется при расчете 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 параметрах короткого замыкания.

Таблица 1 : C-факторы напряжения по умолчанию
Поправочные коэффициенты импеданса
EasyPower применяет поправочные коэффициенты импеданса при расчете короткого замыкания на основе стандарта IEC-60909-0.
Поправочные коэффициенты полного сопротивления трансформатора
Поправочный коэффициент трансформатора K _T для блоков с двумя обмотками с устройством РПН (LTC) или без него рассчитывается согласно уравнению (12a) раздела 3.3.3.
Где
Поправочные коэффициенты для трехобмоточных трансформаторов с LTC или без них рассчитываются с использованием следующих уравнений.
Поправочный коэффициент импеданса синхронного генератора
Поправочный коэффициент импеданса синхронного генератора K _G для генераторов без трансформаторов вычисляется следующим образом в соответствии с уравнениями (17) и (18) раздела 3. 6.1.
Где
Поправочный коэффициент импеданса для блоков электростанции с переключателями ответвлений под нагрузкой
Скорректированный импеданс Z _S и поправочный коэффициент импеданса K _S для агрегатов электростанции в целом с устройством РПН рассчитываются следующим образом, как указано в разделе 3.7. 1 уравнения (21) и (22).
Где
Поправочный коэффициент импеданса для блоков электростанций 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 согласно уравнениям (23) и (24) раздела 3.7.2.
Где
Начальный симметричный ток короткого замыкания (
I _k ^” )
Расчет начального симметричного тока на секции 2. Это первый шаг к получению большинства значений. Сверхпереходные импедансы используются для вращающихся машин с поправочными коэффициентами импеданса. Как описано в методике, решение получается с использованием эквивалентного источника напряжения в месте короткого замыкания, импеданса симметричных компонентов сети и коэффициента напряжения c.
Пиковые токи (
I _p )
EasyPower вычисляет пиковые токи (i _p ) на основе раздела 4.3 стандарта IEC-60909-0. Следующие методы поддерживаются для ячеистых сетей в соответствии с разделом 4.3.1.2:
Пиковый ток на основе метода (b) : Этот метод применяет коэффициент умножения 1,15 в качестве консервативного подхода, как это предусмотрено в уравнении (58) стандарта. .
Коэффициент 1,15 используется только при импедансе R/X Отношение вклада любой ветви в место короткого замыкания равно или превышает 0,3. Произведение 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 (фаза-линия, фаза-земля и двойная линия-земля) коэффициент κ рассчитывается на основе отношения R/X трехфазного короткого замыкания в том же месте. Реализация соответствует разделам с 4.3.2 по 4.3.4 стандарта.
Пиковый ток на основе метода (c) : Этот метод использует 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% частоты системы (24 Гц для систем с частотой 60 Гц и 20 Гц для систем с 50 циклами). Также во всех синхронных машинах используется сопротивление R _Gf вместо R _G в соответствии с разделом 3.6. Значения по умолчанию для R _Gf рассчитываются исходя из напряжения, номинала МВА машины. Из эквивалентной сети R/X получается путем умножения частоты f _c на сопротивление Тевенина R _c /X _c на 0,4, как указано в уравнении (59a) . Этот R/X затем используется для расчета коэффициента κ.

Описанный выше метод предназначен для трехфазного короткого замыкания. Для несимметричного короткого замыкания (фаза-фаза, фаза-земля и двойная фаза-земля) EasyPower позволяет использовать коэффициент 9.0005 κ на основе импеданса несимметричного короткого замыкания Thevenin, эквивалентного соотношению R/X , или на основе трехфазного короткого замыкания 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 влияние тока на короткое замыкание со временем уменьшается. Токи отключения рассчитываются как 0,02 с, 0,05 с, 0,1 с и 0,25 с на основании раздела 4. 5 с использованием метода ячеистой сети. Коэффициент уменьшения тока µ применяется для увеличения реактивных сопротивлений генераторов и двигателей, а дополнительный коэффициент уменьшения тока q используется для асинхронных двигателей с использованием уравнений (70) и (73) соответственно. µ устанавливается равным 1, когда отношение I» _kG /I _rG is less than 2.
Where,
DC component (
i _{d c} )
DC component of short-circuit current at время отключения: Следуя разделу 4.4 и уравнению (64), постоянные токи рассчитываются на основании таблицы отношения R/X начального симметричного тока короткого замыкания и эквивалентной частоты для ячеистой сети
Установившийся ток короткого замыкания (
I _k )
Установившийся ток короткого замыкания ( I _k ) рассчитывается на основании раздела 4.6 для ячеистых сетей с использованием уравнений (84) и (85). Моторные вклады исключены. Для неуравновешенных разломов используются уравнения (86), (87), (88) и (89).
Асимметричные токи
Асимметричные токи для начального и четырех временных интервалов отключения также рассчитываются для использования при координации защитных устройств. Асимметричные токи рассчитываются как среднеквадратичное значение симметричной и постоянной составляющих.
Асимметричные значения могут использоваться с защитными устройствами, реагирующими на асимметричные токи.
Удаленные токи и напряжения
Также рассчитываются токи, протекающие через источники, кабели, линии, трансформаторы и другое оборудование. Также предусмотрены напряжения на удаленных шинах. Эти удаленные токи и напряжения полезны для настройки реле.
Сравнение результатов EasyPower с примером из стандарта IEC 60909-4
В разделе 6 стандарта IEC 60909-4 приведен пример расчета в качестве эталонного теста программ для сравнения. Сравнение результатов приведено ниже.

Таблица 2 : Трехфазные токи короткого замыкания для начальных симметричных среднеквадратичных средств (I _K ^”) и пика (I _P)

Tail токи короткого замыкания для отключения (I _b при 0,1 с) и в установившемся режиме (I _k)

Расчет режима короткого замыкания
EasyPower сравнивает результаты короткого замыкания с номиналами защитных устройств и отображает результаты в текстовом отчете и на однолинейной схеме. Для высоковольтных автоматических выключателей пиковый ток сравнивается с включающей способностью, а отключающий ток сравнивается с номинальной отключающей способностью. Номиналы предохранителей и низковольтных автоматических выключателей сравниваются с начальными токами. Переключатели используют пиковый ток для сравнения с включающей способностью. На основании испытательного отношения X/R, указанного в соответствующих стандартах IEC для оборудования, рассчитанные рабочие токи короткого замыкания корректируются, когда короткое замыкание X/R больше, чем испытательное X/R. Данные высоковольтного автоматического выключателя поставляются с постоянной времени постоянного тока. Эти данные используются для расчета испытательного отношения X/R для автоматического выключателя. Библиотека EasyPower содержит данные для автоматических выключателей, предохранителей и переключателей. Рейтинг короткого замыкания является частью библиотеки данных.

Рис. 3 : Пример номиналов ВН в библиотеке устройств

Рис. 4 : Номинал ВН в файле проекта, загруженном из библиотеки комментарии и цвета текста 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 режима короткого замыкания превышает установленный пользователем порог безопасности, но ниже уровня нарушения. Пороговое значение по умолчанию составляет -10% от рейтинга для предупреждения.

Рисунок 5 : Результаты с короткой циркой, показанные на одной линии. любая шина приводит к падению напряжения на других соседних шинах в системе. Вы можете установить порог чувствительности к напряжению в параметрах таким образом, чтобы любая шина с напряжением ниже этого значения была выделена красным в однострочном представлении и показана в отчете о чувствительности к напряжению.

Рисунок 6 : Выделение шин, когда напряжение ниже порога

Рисунок 7 : Отчет о чувствительности к напряжению для автобусов с напряжением ниже. расчет обеспечивает угол сдвига фаз токов ответвлений и напряжений шин на различном оборудовании. Отображаемые фазовые углы относятся к приложенному эквивалентному источнику напряжения, находящемуся под нулевым углом. Трансформаторы, имеющие различные конфигурации обмотки, такие как соединение треугольником с одной стороны и соединение звездой (звездой) с другой стороны, имеют определенный сдвиг фазовых углов токов и напряжений. Для удаленных шин и ответвлений через трансформаторы фазовый сдвиг применяется соответственно при расчетах короткого замыкания.
Стандарт IEC 60076-1 определяет обозначение числа часов и их соответствующий фазовый сдвиг для трансформаторов. EasyPower обеспечивает необходимый фазовый сдвиг удаленных напряжений и токов для трансформаторов с номиналом IEC при анализе короткого замыкания IEC. Для трансформаторов с соединением обмотки треугольником и пуском (звездой) 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, принятой в качестве эталона. Для трансформаторов с номиналом ANSI применяется фиксированный фазовый сдвиг +30/-30 градусов.

Рисунок 8 : Сдвиг угла тока на трансформаторе треугольник-звезда
Интеграция с координацией защитных устройств
Результаты короткого замыкания IEC 60909 интегрируются с инструментами координации защитных устройств в EasyPower. Поддерживаются следующие функции:
Просмотр однолинейной диаграммы на графике времятоковых характеристик (TCC) для защитных устройств.
Вы можете указать неисправность одной шины или всех шин на однолинейной схеме, чтобы просмотреть токи короткого замыкания на неисправных шинах. Вы также можете просмотреть токи удаленных ветвей и напряжения удаленной шины.
Ток короткого замыкания через любое защитное устройство можно использовать для ограничения кривой TCC устройства. Это будет отображать кривую только до максимального тока, который увидит устройство. Для ограничения TCC вы можете выбрать один из начальных, отключающих и установившихся токов.
Вы можете вставить галочки (стрелки) на график TCC, чтобы указать ток короткого замыкания через устройство. Вы можете отобразить метки короткого замыкания для начального, отключающего и установившегося тока. Для тока отключения вы можете выбрать 0,02 с, 0,05 с, 0,1 с или 0,25 с.
Для отсечения фаз ТСС и засечек EasyPower автоматически выбирает асимметричные токи для низковольтных автоматических выключателей, предохранителей и электромеханических реле. Для реле с фильтром смещения постоянного тока применяются симметричные токи. Для фазных токов используется максимальный ток трех фаз.
Функции отключения заземления для низковольтных автоматических выключателей или реле используют симметричный ток заземления. Это значение 3I0 (в 3 раза больше тока нулевой последовательности).
Zone Selective Interlocking (ZSI) моделируется с использованием токов короткого замыкания IEC. В системе низковольтных выключателей с ZSI, когда ток через какой-либо автоматический выключатель превышает время кратковременного срабатывания, его ограничивающий сигнал посылается на вышестоящие автоматические выключатели.