Elektrische Fehlerberechnung | Positive, Negative und Nullfolgenimpedanz
Bevor ein angemessenes elektrisches Schutzsystem angewendet wird, ist es notwendig, eine gründliche Kenntnis der Zustände des elektrischen Energieversorgungssystems bei Fehlern zu haben. Die Kenntnis der elektrischen Fehlerbedingungen ist erforderlich, um die richtigen verschiedenen Schutzrelais an verschiedenen Stellen des elektrischen Energieversorgungssystems einzusetzen.
Informationen über die Werte von maximalen und minimalen Fehlerströmen, Spannungen unter diesen Fehlern in Bezug auf Größe und Phasenbeziehung zu den Strömen an verschiedenen Stellen des Energieversorgungssystems müssen für die korrekte Anwendung des Schutzrelaissystems an diesen verschiedenen Stellen des elektrischen Energieversorgungssystems gesammelt werden. Das Sammeln dieser Informationen aus verschiedenen Parametern des Systems wird allgemein als elektrische Fehlerberechnung bezeichnet.
Fehlerberechnung bedeutet im Allgemeinen die Berechnung des Fehlerstroms in einem beliebigen elektrischen Energieversorgungssystem. Es gibt hauptsächlich drei Schritte zur Berechnung von Fehlern in einem System.
Wahl der Impedanzrotationen.
Reduzierung eines komplizierten elektrischen Energieversorgungsnetzes auf eine einzelne äquivalente Impedanz.
Berechnung der elektrischen Fehlerströme und -spannungen mit Hilfe der Theorie der symmetrischen Komponenten.
Impedanznotation des elektrischen Energieversorgungssystems
Wenn wir uns ein beliebiges elektrisches Energieversorgungssystem ansehen, finden wir mehrere Spannungsebenen. Nehmen wir zum Beispiel ein typisches Energieversorgungssystem, in dem elektrische Energie bei 6,6 kV erzeugt wird, dann wird diese 132 kV Energie an das Endsubwerk übertragen, wo sie auf 33 kV und 11 kV heruntertransformiert wird, und diese 11 kV können weiter auf 0,4 kV heruntertransformiert werden.
Aus diesem Beispiel geht klar hervor, dass ein und dasselbe Energieversorgungsnetz verschiedene Spannungsebenen haben kann. Daher wird die Berechnung von Fehlern an jedem Ort des genannten Systems viel schwieriger und komplizierter, wenn man versucht, die Impedanz der verschiedenen Teile des Systems gemäß ihrer Spannungsebene zu berechnen.
Diese Schwierigkeit kann vermieden werden, wenn man die Impedanz der verschiedenen Teile des Systems in Bezug auf einen einzigen Basiswert berechnet. Diese Technik wird als Impedanznotation des Energieversorgungssystems bezeichnet. Mit anderen Worten, bevor eine elektrische Fehlerberechnung durchgeführt wird, müssen die Systemparameter auf Basisgrößen
bezogen und als einheitliches System von Impedanzen in Ohm, Prozent oder pro Einheit dargestellt werden.
Die elektrische Leistung und Spannung werden normalerweise als Basisgrößen verwendet. In einem dreiphasigen System wird die dreiphasige Leistung in MVA oder KVA als Basisleistung und die Leitungs-Spannung in KV als Basisspannung gewählt. Die Basisimpedanz des Systems kann aus diesen Basisleistung und Basisspannung wie folgt berechnet werden,
Pro Einheit ist nichts anderes als das Verhältnis der tatsächlichen Impedanz des Systems zum Basisimpedanzwert.
Prozentuale Impedanz
kann berechnet werden, indem man 100 mit dem pro Einheit-Wert multipliziert.
Es ist manchmal erforderlich, pro Einheit-Werte auf neue Basiswerte umzurechnen, um verschiedene elektrische Fehlerberechnungen zu vereinfachen. In diesem Fall,
Die Wahl der Impedanznotation hängt von der Komplexität des Systems ab. Normalerweise wird die Basisspannung eines Systems so gewählt, dass sie die geringste Anzahl von Umwandlungen erfordert.
Nehmen wir an, ein System hat eine große Anzahl von 132 kV Freileitungen, einige wenige 33 kV Leitungen und sehr wenige 11 kV Leitungen. Die Basisspannung des Systems kann entweder 132 kV, 33 kV oder 11 kV sein, aber hier ist die beste Basisspannung 132 kV, da sie die geringste Anzahl von Umwandlungen während der Fehlerberechnung erfordert.
Netzwerkreduktion
Nach der Wahl der richtigen Impedanznotation ist der nächste Schritt, das Netzwerk auf eine einzige Impedanz zu reduzieren. Dafür muss zunächst die Impedanz aller Generatoren, Leitungen, Kabel, Transformator auf einen gemeinsamen Basiswert umgerechnet werden. Dann erstellen wir ein schematisches Diagramm des elektrischen Energieversorgungssystems, das die Impedanz aller dieser Generatoren, Leitungen, Kabel und Transformator auf denselben Basiswert bezieht.
Das Netzwerk wird dann durch die Verwendung von Stern-Dreieck-Transformationen auf eine gemeinsame äquivalente einzige Impedanz reduziert. Getrennte Impedanzdiagramme sollten für positive, negative und Nullfolgen-Netzwerke erstellt werden.
Dreiphasenfehler sind einzigartig, da sie ausgeglichen sind, also symmetrisch in drei Phasen, und können aus dem einphasigen positiven Folgenimpedanzdiagramm berechnet werden. Daher wird der dreiphasige Fehlerstrom wie folgt erhalten,
Wo I f der gesamte dreiphasige Fehlerstrom, v die Phasen-zu-Neutral-Spannung z 1 die gesamte positive Folgenimpedanz des Systems; unter der Annahme, dass in der Berechnung die Impedanzen in Ohm auf einer Spannungsbasis dargestellt werden.
Symmetrische Komponentenanalyse
Die obige Fehlerberechnung basiert auf der Annahme eines dreiphasigen ausgewogenen Systems. Die Berechnung wird nur für eine Phase durchgeführt, da die Strom- und Spannungsbedingungen in allen drei Phasen gleich sind.
Wenn tatsächlich Fehler im elektrischen Energieversorgungssystem auftreten, wie Phasen-zu-Erde-Fehler, Phasen-zu-Phasen-Fehler und Doppelphasen-zu-Erde-Fehler, wird das System ungleichmäßig, d.h. die Bedingungen der Spannungen und Ströme in allen Phasen sind nicht länger symmetrisch. Solche Fehler werden durch symmetrische Komponentenanalyse gelöst.
Im Allgemeinen kann ein dreiphasiges Vektordiagramm durch drei Sätze von ausgewogenen Vektoren ersetzt werden. Einer hat eine gegensätzliche oder negative Phasendrehrichtung, der zweite hat eine positive Phasendrehrichtung und der letzte ist ko-phasisch. Das bedeutet, dass diese Vektorsätze als negative, positive und Nullfolge beschrieben werden.
Die Gleichungen zwischen Phasen- und Folgengrößen sind,
Daher,
Wo alle Größen auf die Referenzphase r
bezogen werden.
Ebenso können für Sequenzströme auch eine Reihe von Gleichungen geschrieben werden. Aus den Spannungs- und Stromgleichungen kann man leicht die Folgenimpedanz des Systems bestimmen.
Die Entwicklung der symmetrischen Komponentenanalyse basiert darauf, dass in einem ausgewogenen System von Impedanzen, Sequenzströme nur Spannungsabfälle derselben Sequenz verursachen können. Sobald die Sequenznetze verfügbar sind, können diese in eine einzige äquivalente Impedanz umgewandelt werden.
Nehmen wir an, Z1, Z2 und Z0 sind die Impedanzen des Systems für den Fluss von positiver, negativer und Nullfolgenströmen.
Für Erdfehler
Phasen-zu-Phasen-Fehler
Doppelphasen-zu-Erde-Fehler
Dreiphasenfehler
Wenn der Fehlerstrom in einem bestimmten Ast des Netzes erforderlich ist, kann dieser nach der Kombination der in diesem Ast fließenden Sequenzkomponenten berechnet werden. Dies beinhaltet die Verteilung der Sequenzkomponentenströme, wie sie durch die Lösung der obigen Gleichungen bestimmt wurden, in ihren jeweiligen Netzen gemäß ihrer relativen Impedanz. Spannungen an jedem Punkt des Netzes können ebenfalls bestimmt werden, sobald die Sequenzkomponentenströme und die Sequenzimpedanz jedes Astes bekannt sind.
