Abstrakt vědeckého článku o elektrotechnice, elektronickém inženýrství, informačních technologiích, autor vědecké práce – V.P. Gudenov, I.S. Mjatnikov, M. Aidarbek Uulu.
Tento článek pojednává o tom, proč je při návrhu tepelné elektrárny potřeba výpočet zkratových proudů.
Podobná témata vědecké práce o elektrotechnice, elektrotechnice, informačních technologiích, autorem vědecké práce je V.P.Gudenov, I.S.Mjatnikov, M.Aidarbek Uulu.
Vlastnosti výpočtů zkratových proudů s přihlédnutím k odporu elektrického oblouku v lodních elektrických systémech
Text vědecké práce na téma “VÝPOČET ZKRATOVÝCH PROUDŮ”
Bakalář katedry elektromechaniky Federálního státního rozpočtového vzdělávacího institutu vysokého školství „Národní výzkumná univerzita „MPEI“
Bakalář katedry elektrických elektráren Federálního státního rozpočtového vzdělávacího institutu vysokého školství „Národní výzkumná univerzita „MPEI“
Aidarbek uulu M. Bakalář přírodních věd, Katedra vodní energie a obnovitelných zdrojů energie, Federální státní rozpočtová vzdělávací instituce vysokého školství “Národní výzkumná univerzita “MPEI”
VÝPOČET ZKRATOVÝCH PROUDŮ
Abstrakt: tento článek pojednává o tom, proč je při návrhu tepelné elektrárny potřeba výpočet zkratových proudů.
Klíčová slova: zkratový proud, nouzový provoz, elektrická soustava.
Provozní režimy charakteristické pro systém elektrické energie (EPS) jsou následující provozní režimy:
Normální režim je charakterizován indikátory blízkými nominálnímu. V tomto režimu je zajištěna plynulá regulace chodu elektráren, minimalizují se ztráty elektrické energie v síti a pohodlně se provádí provozní spínání. Normální režim elektrické sítě zajišťuje dodávku elektřiny spotřebitelům bez přerušení a s dostatečnou napěťovou úrovní.
Režim se stává nouzovým, pokud systém při přechodu z jednoho normálního stavu do druhého zaznamená prudkou změnu parametrů aktuální frekvence a napětí. Nouzové možnosti pro provoz elektrických sítí zahrnují takové odchylky v provozu. [1, str. 73]
Nouzový režim je na rozdíl od všech ostatních režimů krátkodobý. Důvodů pro přechod elektrizační soustavy z normálního (opravného) stavu do havarijního stavu (zkrat, havarijní oslabení sítě, nouzový reset výroby elektřiny) je, ale hlavním důvodem je zkrat (SC) .
V EPS pracujícím s uzemněným neutrálem existují čtyři typy zkratů:
– dvoufázový proti zemi;
Nejčastějším výskytem je jednofázový zkrat, jehož pravděpodobnost se zvyšuje s rostoucím napětím sítě. Tato skutečnost je spojena se zvětšením vzdálenosti mezi fázemi. [2, str. 58]
Při provozu elektrických sítí v nich často dochází ke zkratům. Důsledky zkratu mohou být:
systémové havárie způsobené porušením stability systému vedoucí k významným technickým a ekonomickým škodám;
požáry v elektrických instalacích spojené s nepřijatelným ohřevem zkratovými proudy;
mechanické a tepelné poškození zařízení způsobené vlivem velkých elektromagnetických sil mezi živými částmi;
zhoršení pracovních podmínek pro spotřebitele spojené s narušením technologického procesu apod.
V praxi provozu a projektování elektrických energetických systémů je výpočet zkratových proudů nezbytný pro následující účely:
– výběr elektrických zařízení a jejich zkoušení podle kritérií odolnosti proti opotřebení, tepelné a elektrodynamické odolnosti;
– rozvoj opatření k omezení zkratových proudů;
– porovnání, vyhodnocení a výběr schémat elektrického zapojení;
– výpočet zkratových proudů pro použití při výpočtech elektromechanických přechodových procesů;
– analýza stability energetických soustav;
– stanovení vlivu zkratových proudů na komunikační linky;
– návrh a konfigurace reléových ochran a automatizačních zařízení.
Balakov Yu.N., Misrikhanov M.Sh., Shuntov A.V. Návrh elektroinstalačních obvodů: Učebnice pro vysoké školy.—2. vyd. – M.: Nakladatelství MPEI, 2004. – 288 s., ill.
Kryuchkov I.P., Piratorov M.V., Starshinov V.A. Elektrická část elektráren a rozvoden: Referenční a metodické materiály pro výkon kvalifikační práce: vzdělávací a referenční příručka pro vysoké školy – M.: Nakladatelství MPEI, 2015. – 138 s., obr.
Tento článek se zaměří na zkraty v elektrických sítích. Podíváme se na typické příklady zkratů, způsoby výpočtu zkratových proudů, při výpočtu zkratových proudů si dáme pozor na vztah mezi indukční reaktancí a jmenovitým výkonem transformátorů a také uvedeme konkrétní jednoduché vzorce pro tyto výpočty.
Při projektování elektrických instalací je nutné znát hodnoty symetrických zkratových proudů pro různé body třífázového obvodu. Hodnoty těchto kritických symetrických proudů umožňují vypočítat parametry kabelů, rozvaděčů, zařízení selektivní ochrany atd.
Co je zkrat
Zkrat (SC) je náhlý pokles odporu elektrického obvodu na velmi malou hodnotu, vzniklý nejčastěji spojením vodičů elektrického obvodu nebo poškozením elektrické izolace v důsledku jeho průrazu. Zkratový proud je mnohonásobně vyšší než provozní proud a může poškodit elektrické kabely a elektrická zařízení nebo způsobit požár.
Zkrat je přímé nebo relativně nízkoodporové spojení bodů energetického systému s různými potenciály nebo jednoho nebo více takových bodů se zemí, neočekávané za daných provozních podmínek.
Příčiny zkratů v elektrických instalacích lze rozdělit na:
- elektrické (například atmosférická přepětí, spínací přepětí, dlouhodobé nadproudy),
- neelektrické (například vlhká izolace strojů, kabelů, přetržení a pád drátů venkovního vedení, mechanické poškození drátů, izolátorů nebo kabelů, lidská neopatrnost a bezmyšlenkovitost).
S přihlédnutím k hodnotám zkratových proudů protékajících jednotlivými fázemi třífázové napájecí sítě lze zkraty rozdělit na:
- symetrický – ve kterém jsou všechny fáze symetricky zatíženy stejným zkratovým proudem. Jedná se o třífázové poruchy se zemí a bez země,
- asymetrický – ve kterém jsou fáze asymetricky zatíženy zkratovým proudem.
Tyto typy poruch zahrnují různé typy dvoufázových a jednofázových poruch vyskytujících se v různých sítích nízkého napětí.
Proč jsou nutné výpočty zkratů?
Výpočty zkratového proudu se provádějí za účelem:
- vybrat elektrická zařízení na základě požadované zkratové síly a spínací schopnosti,
- provést správný výběr nebo kontrolu stávajících prvků proudových obvodů na tepelný odpor (silové kabely, instalační vodiče atd.) a dynamický odpor (přípojnice, proudové transformátory atd.),
- provést správný výběr nebo určení nastavení ochrany a automatizace,
- získat selektivní provoz proudové ochrany,
- ověřit dostupnost nebo implementaci účinné ochrany před úrazem elektrickým proudem.
Příklad výpočtu zkratového proudu
Dále uvažujme třífázový poruchový proud s nulovým odporem dodávaný přes typický distribuční transformátor snižující napětí.
Za normálních podmínek se tento typ poškození (zkrat šroubového spoje) ukazuje jako nejnebezpečnější a výpočet je velmi jednoduchý. Jednoduché výpočty umožňují při dodržení určitých pravidel získat poměrně přesné výsledky přijatelné pro návrh elektrických instalací.
Zkratový proud v sekundárním vinutí jednoho redukčního distribučního transformátoru. Jako první přiblížení se předpokládá, že odpor vysokonapěťového obvodu je velmi malý a lze jej zanedbat, proto:
Zde P je jmenovitý výkon ve voltampérech, U2 je napětí mezi fázemi sekundárního vinutí naprázdno, In je jmenovitý proud v ampérech, Is je zkratový proud v ampérech, Us je zkrat napětí obvodu v procentech.
Níže uvedená tabulka ukazuje typická zkratová napětí pro třífázové transformátory s vysokonapěťovým napětím vinutí 20 kV.
Pokud například vezmeme v úvahu případ, kdy několik transformátorů napájí sběrnici paralelně, pak hodnotu zkratového proudu na začátku vedení připojeného ke sběrnici lze brát rovnou součtu zkratových proudů, které jsou předběžně vypočteny samostatně pro každý z transformátorů.
Když jsou všechny transformátory napájeny ze stejné vysokonapěťové sítě, hodnoty zkratových proudů při sečtení dají o něco vyšší hodnotu, než se ukazuje ve skutečnosti. Odpor přípojnic a spínačů je zanedbaný.
Transformátor nechť má jmenovitý výkon 400 kVA, napětí sekundárního vinutí je 420 V, pak pokud vezmeme Us = 4 %, pak:
Níže uvedený obrázek poskytuje vysvětlení tohoto příkladu.
Přesnost získané hodnoty bude dostatečná pro výpočet elektroinstalace.
Třífázový zkratový proud v libovolném místě instalace na straně nízkého napětí:
Zde: U2 je napětí naprázdno mezi fázemi na sekundárních vinutích transformátoru. Zt je celkový odpor obvodu umístěného nad místem poškození. Dále se podívejme, jak najít Zt.
Každá část instalace, ať už je to síť, napájecí kabel, samotný transformátor, jistič nebo sběrnice, má svou vlastní impedanci Z, skládající se z aktivního R a reaktivního X.
Kapacita zde nehraje roli. Z, R a X jsou vyjádřeny v ohmech a ve výpočtech jsou reprezentovány jako strany pravoúhlého trojúhelníku, jak je znázorněno na obrázku níže. Pravidlo pravoúhlého trojúhelníku vypočítává impedanci.
Síť je rozdělena do samostatných sekcí pro nalezení X a R pro každou z nich, takže výpočet je pohodlný. U sériového obvodu se hodnoty odporu jednoduše sečtou a výsledkem je Xt a Rt. Celkový odpor Zt se určí z Pythagorovy věty pro pravoúhlý trojúhelník pomocí vzorce:
Při paralelním zapojení sekcí se výpočet provede jako u paralelně zapojených rezistorů, pokud mají kombinované paralelní sekce jalový nebo aktivní odpor, získá se ekvivalentní celkový odpor:
Xt nezohledňuje vliv indukčností, a pokud se blízké indukčnosti vzájemně ovlivňují, pak bude skutečná indukční reaktance vyšší. Nutno podotknout, že výpočet XXNUMX je napojen pouze na samostatný nezávislý obvod, tedy také bez vlivu vzájemné indukčnosti. Pokud jsou paralelní obvody umístěny blízko sebe, pak bude odpor Xs znatelně vyšší.
Uvažujme nyní síť připojenou ke vstupu snižovacího transformátoru. Třífázový zkratový proud Is nebo zkratový výkon Ps určuje dodavatel elektřiny, ale na základě těchto údajů je možné zjistit celkový ekvivalentní odpor. Celkový ekvivalentní odpor, který současně vede k ekvivalentu na straně nízkého napětí:
Pkz je výkon třífázového zkratu, U2 je napětí naprázdno nízkonapěťového obvodu.
Aktivní složka odporu vysokonapěťové sítě – Ra – je zpravidla velmi malá a ve srovnání s indukční reaktancí – zanedbatelná. Tradičně se Xa považuje za 99,5 % Za a Ra se rovná 10 % Xa. Níže uvedená tabulka poskytuje přibližné údaje týkající se těchto hodnot pro transformátory 500 MVA a 250 MVA.
Celkový Ztr – odpor transformátoru na straně nízkého napětí:
Pn je jmenovitý výkon transformátoru v kilovoltampérech.
Aktivní odpor vinutí je určen na základě výkonových ztrát.
Při přibližných výpočtech se Rtr zanedbává a bere se Ztr = Xtr.
Má-li se počítat s nízkonapěťovým jističem, zohledňuje se impedance jističe umístěného nad bodem zkratu. Indukční reaktance se považuje za 0,00015 Ohm na spínač a aktivní složka se zanedbává.
Co se týče přípojnic, jejich aktivní odpor je zanedbatelný, přičemž jalová složka je rozložena přibližně 0,00015 Ohm na metr jejich délky a při zdvojnásobení vzdálenosti mezi přípojnicemi se jejich reaktance zvýší pouze o 10%. Parametry kabelů udávají jejich výrobci.
Pokud jde o třífázový motor, v okamžiku zkratu se přepne do režimu generátoru a zkratový proud ve vinutí se odhaduje jako Is = 3,5 * In. U jednofázových motorů lze nárůst proudu v okamžiku zkratu zanedbat.
Oblouk, který obvykle doprovází zkrat, má odpor, který není v žádném případě konstantní, ale jeho průměrná hodnota je extrémně nízká, nicméně úbytek napětí na oblouku je malý, takže proud je prakticky snížen asi o 20 %, což usnadňuje provoz jističe bez přerušení jeho činnosti, aniž by byl zvláště ovlivněn vypínací proud.
Zkratový proud na přijímacím konci vedení souvisí se zkratovým proudem na napájecím konci, ale zohledňuje se také průřez a materiál vysílacích vodičů a také jejich délka. S představou o odporu může každý provést tento jednoduchý výpočet. Doufáme, že náš článek byl pro vás užitečný.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
