Výpočet elektrických poruch | Kladná, záporná a nulová posloupnost impedance

Před aplikací správného elektrického ochranného systému je nezbytné mít důkladné znalosti o stavu elektrického systému během poruch. Znalost elektrické poruchy je nutná pro nasazení příslušných ochranných relé v různých částech elektrického systému.

Informace o maximálních a minimálních hodnotách proudů poruchy, napětí v těchto poruchách vzhledem k fázím a velikostem proudu v různých částech elektrického systému, jsou shromažďovány pro správné použití ochranného relé v těchto různých částech elektrického systému. Shromažďování informací z různých parametrů systému je obecně známé jako výpočet elektrických poruch.

Výpočet poruchy široce znamená výpočet proudu v jakémkoli elektrickém systému. Existuje tři hlavní kroky pro výpočet poruch v systému.

1. Volba otáčení impedancí.

2. Redukce komplikované sítě elektrického systému na jednu ekvivalentní impedanci.

3. Výpočet elektrických proudů a napětí poruchy pomocí teorie symetrických složek.

Značení impedancí elektrického systému

Pokud se podíváme na jakýkoliv elektrický systém, najdeme, že existuje několik úrovní napětí. Například, předpokládejme typický elektrický systém, kde je elektrická energie generována ve 6,6 kV, poté je 132 kV přenos do konečné podsítě, kde je sníženo na 33 kV a 11 kV a tato 11 kV může být dále snížena na 0,4 kV.

Z tohoto příkladu je zřejmé, že stejná síť elektrického systému může mít různé úrovně napětí. Proto výpočet poruchy v libovolném místě daného systému se stává mnohem obtížnějším a komplikovanějším, pokusíme-li se vypočítat impedanci různých částí systému podle jejich úrovně napětí.

Tuto obtíž lze vyhnout, pokud vypočítáme impedanci různých částí systému v odvození od jedné základní hodnoty. Tuto techniku nazýváme značení impedancí elektrického systému. Jinými slovy, před výpočtem elektrických poruch, musí být parametry systému odvozeny od základních hodnot a reprezentovány jako uniformní systém impedancí v ohmích, procentech nebo v per unit hodnotách.

Elektrická energie a napětí jsou obecně brány jako základní hodnoty. V třífázovém systému, třífázová energie v MVA nebo KVA je brána jako základní energie a napětí fáze-fáze v KV je bráno jako základní napětí. Základní impedanci systému lze vypočítat z těchto základních hodnot energie a napětí, následujícím způsobem,

Per unit hodnota impedancí jakéhokoli systému není nic jiného než poměr skutečné impedancí systému k základní hodnotě impedancí.

Procentuální impedancia lze vypočítat vynásobením 100 per unit hodnoty.

Někdy je také požadováno převést per unit hodnoty na nové základní hodnoty pro zjednodušení různých výpočtů elektrických poruch. V tomto případě,

Volba značení impedancí závisí na komplexitě systému. Obecně je základní napětí systému tak voleno, aby vyžadovalo minimální počet převodů.
Předpokládejme, že jeden systém má velké množství 132 kV nadzemních vedení, pár 33 kV vedení a velmi málo 11 kV vedení. Základní napětí systému může být buď 132 kV, 33 kV nebo 11 kV, ale nejlepší základní napětí je 132 kV, protože vyžaduje minimální počet převodů během výpočtu poruchy.

Redukce sítě

Po volbě správného značení impedancí je dalším krokem redukovat síť na jednu impedanci. Pro toto je nejprve třeba převést impedanci všech generátorů, vedení, kabelů, transformátorů na společnou základní hodnotu. Poté připravíme schéma elektrického systému, které zobrazuje impedanci odkazovanou na stejnou základní hodnotu všech těchto generátorů, vedení, kabelů a transformátorů.

Síť pak redukuje na společnou ekvivalentní jednu impedanci pomocí transformací hvězda/delta. Oddělené diagramy impedancí by měly být připraveny pro pozitivní, negativní a nulovou sekvenciální síť.

Fáze poruch jsou unikátní, protože jsou vyvážené, tj. symetrické v třech fázích, a lze je vypočítat z diagramu jednofázové pozitivní sekvence. Proto se třífázový proud poruchy získává následujícím způsobem,

Kde, I f je celkový třífázový proud poruchy, v je fázové napětí k neutrálnímu vedení, z 1 je celková pozitivní sekvenciální impedancia systému; předpokládá se, že výpočet je proveden v ohmech na základní napětí.

Analyza symetrických složek

Výše uvedený výpočet poruchy je proveden za předpokladu vyváženého třífázového systému. Výpočet je proveden pouze pro jednu fázi, protože podmínky proudu a napětí jsou stejné ve všech třech fázích.

Když dojde k skutečným poruchám v elektrickém systému, jako jsou poruchy fáze-země, fáze-fáze a dvojfázové poruchy fáze-země, systém se stává nesymetrický, což znamená, že podmínky napětí a proudu ve všech fázích již nejsou symetrické. Takové poruchy jsou řešeny analýzou symetrických složek.

Obecně lze třífázový vektorový diagram nahradit třemi sadami vyvážených vektorů. Jedna má opačnou nebo negativní fázovou rotaci, druhá má pozitivní fázovou rotaci a poslední je ko-fázová. To znamená, že tyto sady vektorů jsou popisovány jako negativní, pozitivní a nulová sekvence, respektive.

Rovnice mezi fázovými a sekvenciálními veličinami jsou,

Proto,

Kde všechny veličiny jsou odkazovány na referenční fázi r.
Podobně lze napsat sadu rovnic i pro sekvenciální proudy. Z rovnic pro napětí a proudy lze snadno určit sekvenciální impedanci systému.

Vývoj analýzy symetrických složek závisí na skutečnosti, že v vyváženém systému impedancí sekvenciální proudy mohou způsobit pouze pád napětí stejné sekvence. Jakmile jsou k dispozici sekvenciální sítě, lze je převést na jednu ekvivalentní impedanci.

Uvažujme Z1, Z2 a Z0 jsou impedancí systému pro proudy pozitivní, negativní a nulové sekvence.
Pro poruchu země

Porucha fáze-fáze