Calcolo dei guasti elettrici | Impedenza sequenziale positiva negativa zero

Prima di applicare un sistema di protezione elettrica appropriato, è necessario avere una conoscenza approfondita delle condizioni del sistema di energia elettrica in caso di guasti. La conoscenza delle condizioni di guasto elettrico è necessaria per distribuire correttamente diversi relè di protezione in diverse posizioni del sistema di energia elettrica.

È necessario raccogliere informazioni sui valori massimi e minimi di corrente di guasto, tensioni durante questi guasti in termini di ampiezza e relazione di fase rispetto alle correnti in diverse parti del sistema di potenza, per l'applicazione corretta del sistema di relè di protezione in queste diverse parti del sistema di energia elettrica. La raccolta di queste informazioni da diversi parametri del sistema è generalmente nota come calcolo di guasto elettrico.

Il calcolo di guasto, in senso ampio, significa il calcolo della corrente di guasto in qualsiasi sistema di energia elettrica. Ci sono principalmente tre passaggi per calcolare i guasti in un sistema.

1. Scelta delle rotazioni di impedenza.

2. Riduzione di una rete complessa di sistema di energia elettrica a un'impedenza equivalente singola.

3. Calcolo delle correnti e tensioni di guasto elettrico utilizzando la teoria dei componenti simmetrici.

Notazione di impedenza del sistema di energia elettrica

Se osserviamo qualsiasi sistema di energia elettrica, troveremo che esistono diversi livelli di tensione. Ad esempio, supponiamo un tipico sistema di potenza dove l'energia elettrica viene generata a 6,6 kV, quindi questa potenza a 132 kV viene trasmessa alla sottostazione terminale, dove viene ridotta a livelli di 33 kV e 11 kV, e questo livello di 11 kV può essere ulteriormente ridotto a 0,4 kV.

Da questo esempio è chiaro che una stessa rete di sistema di potenza può avere diversi livelli di tensione. Quindi, il calcolo di un guasto in qualsiasi posizione del sistema diventa molto difficile e complesso se si tenta di calcolare l'impedenza di diverse parti del sistema in base al loro livello di tensione.

Questa difficoltà può essere evitata se calcoliamo l'impedenza di diverse parti del sistema in riferimento a un singolo valore di base. Questa tecnica è chiamata notazione di impedenza del sistema di potenza. In altre parole, prima del calcolo di guasto elettrico, i parametri del sistema devono essere riferiti a quantità di base e rappresentati come un sistema uniforme di impedenze in ohm, percentuale o valori per unità.

La potenza elettrica e la tensione sono generalmente prese come quantità di base. In un sistema trifase, la potenza trifase in MVA o KVA è presa come potenza di base e la tensione linea-linea in kV è presa come tensione di base. L'impedenza di base del sistema può essere calcolata da queste potenze e tensioni di base, come segue,

Per unità è un valore di impedenza di qualsiasi sistema che non è altro che il rapporto tra l'impedenza effettiva del sistema e il valore di impedenza di base.

Impedenza percentuale può essere calcolata moltiplicando 100 con il valore per unità.

Inoltre, talvolta è richiesto convertire i valori per unità riferiti a nuovi valori di base per semplificare diversi calcoli di guasto elettrico. In quel caso,

La scelta della notazione di impedenza dipende dalla complessità del sistema. Generalmente, la tensione di base di un sistema è scelta in modo tale da richiedere il minimo numero di trasferimenti.
Ad esempio, un sistema ha un gran numero di linee aeree a 132 kV, poche linee a 33 kV e pochissime linee a 11 kV. La tensione di base del sistema può essere scelta come 132 kV, 33 kV o 11 kV, ma qui la migliore tensione di base è 132 kV, perché richiede il minimo numero di trasferimenti durante il calcolo di guasto.

Riduzione della rete

Dopo aver scelto la notazione di impedenza corretta, il passaggio successivo è ridurre la rete a un'unica impedenza. Per questo, dobbiamo prima convertire l'impedenza di tutti i generatori, linee, cavi, trasformatori a un valore di base comune. Poi prepariamo un diagramma schematico del sistema di energia elettrica mostrando l'impedenza riferita allo stesso valore di base di tutti quei generatori, linee, cavi e trasformatori.

La rete viene poi ridotta a un'impedenza equivalente singola comune utilizzando le trasformazioni stella/delta. Dovrebbero essere preparati diagrammi di impedenza separati per le reti di sequenza positiva, negativa e zero.

I guasti trifasi sono unici in quanto sono bilanciati, cioè simmetrici in trifase, e possono essere calcolati dal diagramma di impedenza monofase di sequenza positiva. Pertanto, la corrente di guasto trifase è ottenuta da,

Dove, I f è la corrente totale di guasto trifase, v è la tensione fase-neutro, z 1 è l'impedenza totale di sequenza positiva del sistema; assumendo che nel calcolo, le impedenze siano rappresentate in ohm su una base di tensione.

Analisi dei componenti simmetrici

Il calcolo di guasto sopra menzionato è basato sull'assunzione di un sistema trifase bilanciato. Il calcolo è fatto solo per una fase, poiché le condizioni di corrente e tensione sono le stesse in tutte e tre le fasi.

Quando si verificano guasti reali in un sistema di energia elettrica, come guasto fase-terra, guasto fase-fase e doppio guasto fase-terra, il sistema diventa squilibrato, ovvero, le condizioni di tensione e corrente in tutte le fasi non sono più simmetriche. Tali guasti sono risolti tramite analisi dei componenti simmetrici.

Generalmente, un diagramma vettoriale trifase può essere sostituito da tre insiemi di vettori bilanciati. Uno ha una rotazione di fase opposta o negativa, il secondo ha una rotazione di fase positiva e l'ultimo è co-fasale. Ciò significa che questi insiemi di vettori sono descritti come sequenza negativa, positiva e zero, rispettivamente.

Le equazioni tra quantità di fase e sequenza sono,

Pertanto,

Dove tutte le quantità sono riferite alla fase di riferimento r.
Similmente, un set di equazioni può essere scritto anche per le correnti di sequenza. Da, tensione e equazioni di corrente, si può facilmente determinare l'impedenza di sequenza del sistema.

Lo sviluppo dell'analisi dei componenti simmetrici dipende dal fatto che, in un sistema bilanciato di impedenze, le correnti di sequenza possono dare luogo solo a cadute di tensione della stessa sequenza. Una volta disponibili le reti di sequenza, queste possono essere convertite in un'unica impedenza equivalente.

Consideriamo Z1, Z2 e Z0 sono le impedenze del sistema al flusso di corrente di sequenza positiva, negativa e zero, rispettivamente.
Per guasto a terra

Guasti fase-fase


Doppi guasti fase-terra

Guasti trifase

Se è richiesta la corrente di guasto in un particolare ramo della rete, la stessa può essere calcolata dopo aver combinato i componenti di sequenza che scorrono in quel ramo. Questo comporta la distribuzione delle correnti di sequenza, determinate risolvendo le equazioni sopra, nella loro rispettiva rete in base alle loro impedenze relative. Le tensioni in qualsiasi punto della rete possono essere determinate una volta note le correnti di sequenza e l'impedenza di sequenza di ogni ramo.

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