Elektrisk felberäkning

Definition av elektrisk felberäkning

Elektriska felberäkningar innebär att bestämma de maximala och minimala felfströmmarna och spänningarna vid olika punkter i ett elkraftsystem för att utforma skyddssystem.

Positiv sekvensimpedans

Positiv sekvensimpedans är motståndet som positiv sekvensström stöter på, vilket är viktigt för beräkning av trefasfelfall.

Negativ sekvensimpedans

Negativ sekvensimpedans är motståndet som negativ sekvensström stöter på, vilket är viktigt för att förstå ojämna felfall.

Nollsekvensimpedans

Systemets impedans mot flödet av nollsekvensström kallas nollsekvensimpedans. I tidigare felberäkningar är Z1, Z2 och Z0 respektive positiv, negativ och nollsekvensimpedans. Sekvensimpedansen varierar beroende på typen av elkraftsystemkomponenter under övervägande:

• I statiska och balanserade elkraftsystemskomponenter som transformatorer och linjer, är sekvensimpedansen som systemet erbjuder samma för både positiv och negativ sekvensström. Med andra ord, positiv sekvensimpedans och negativ sekvensimpedans är samma för transformatorer och elföringslinjer. Men i fall av roterande maskiner är den positiva och negativa sekvensimpedansen olika.

• Tilldelningen av nollsekvensimpedansvärden är en mer komplex fråga. Detta beror på att de tre nollsekvensströmmarna vid någon punkt i ett elektriskt kraftsystem, eftersom de är i fas, inte summerar till noll utan måste återgå genom neutralen och/eller jorden. I trefasstransformatorer och maskiner summerar fluxerna från nollsekvenskomponenterna inte till noll i yoke eller fältsystem. Impedansen varierar brett beroende på den fysiska uppställningen av magnetcirkuiterna och vindningarna.

• Reaktansen för elföringslinjer av nollsekvensströmmar kan vara omkring 3 till 5 gånger den positiva sekvensströmmen, där lägre värdet gäller för linjer utan jordledare. Detta beror på att avståndet mellan avgång och retur (dvs. neutral och/eller jord) är så mycket större än för positiv och negativ sekvensström som återgår (balanseras) inom de tre fasledningsgrupperna.

• Maskinens nollsekvensreaktans består av läckage och vindningsreaktans, samt en liten komponent på grund av vindningsbalans (beroende på vindningstritch). Nollsekvensreaktansen för transformatorer beror både på vindningsanslutningar och konstruktionen av kärnan.

Symmetrisk komponentanalys

Ovanstående felberäkning görs med antagandet av ett trefasbalanserat system. Beräkningen görs endast för en fas, eftersom ströms- och spänningsförhållandena är likadana i alla tre faser.

När faktiska fel uppstår i ett elektriskt kraftsystem, såsom fas till jordfel, fas till fasfel och dubbel fas till jordfel, blir systemet obalanserat, vilket betyder att spännings- och strömförhållandena i alla faser inte längre är symmetriska. Sådana fel lösas med hjälp av symmetrisk komponentanalys.

Generellt sett kan ett trefasvektordiagram ersättas av tre uppsättningar av balanserade vektorer. En har motsatt eller negativ fasrotation, andra har positiv fasrotation och sista är kofasal. Det betyder att dessa vektorsätten beskrivs som negativa, positiva och nollsekvens, respektive.

Där alla mängder hänvisas till referensfasen r. På liknande sätt kan en uppsättning ekvationer skrivas för sekvensströmmar också. Från spännings- och strömekvationer kan man enkelt bestämma systemets sekvensimpedans.