Elektrische foutberekening | Positieve Negatieve Nulreeksimpedantie

Voordat een juist elektrisch beschermingssysteem wordt toegepast, is het nodig om grondige kennis te hebben van de toestand van het elektriciteitsnetwerk tijdens storingen. De kennis van elektrische storingen is vereist om de juiste verschillende beschermingsrelais op verschillende locaties in het elektriciteitsnetwerk te plaatsen.

Informatie over waarden van maximale en minimale stroomstoringen, spanningen onder deze storingen in grootte en faseverhouding ten opzichte van de stromen op verschillende delen van het elektriciteitsnetwerk, moet worden verzameld voor de juiste toepassing van het beschermingsrelais-systeem in die verschillende delen van het elektriciteitsnetwerk. Het verzamelen van informatie uit verschillende parameters van het systeem staat algemeen bekend als elektrische foutberekening.

Foutberekening betekent in brede zin de berekening van de stroomstoring stroom in elk elektriciteitsnetwerk. Er zijn voornamelijk drie stappen om storingen in een systeem te berekenen.

1. Keuze van impedantierotaties.

2. Vereenvoudiging van een complex elektriciteitsnetwerk tot één equivalente impedantie.

3. Berekening van elektrische stroom- en spanningsstoringen met behulp van symmetrische componententheorie.

Impedantienotatie van elektriciteitsnetwerken

Als we naar elk elektriciteitsnetwerk kijken, zien we dat er verschillende spanningniveaus zijn. Bijvoorbeeld, stel een typisch elektriciteitsnetwerk waar elektriciteit wordt opgewekt op 6,6 kV, dan wordt deze 132 kV-stroom getransporteerd naar een eindsubstation waar deze wordt gestapt naar 33 kV en 11 kV niveaus, en dit 11 kV-niveau kan verder worden gestapt naar 0,4 kV.

Dit voorbeeld maakt duidelijk dat eenzelfde elektriciteitsnetwerk verschillende spanningniveaus kan hebben. Dus de berekening van een storing op elke locatie van het genoemde systeem wordt veel moeilijker en gecompliceerder wanneer men probeert de impedantie van de verschillende delen van het systeem te berekenen volgens hun spanningniveau.

Deze moeilijkheid kan worden voorkomen door de impedantie van de verschillende delen van het systeem te berekenen met betrekking tot één basiswaarde. Deze techniek wordt impedantienotatie van het elektriciteitsnetwerk genoemd. Met andere woorden, vóór de elektrische foutberekening, moeten de systeemparameters worden verwezen naar basisgrootheden en worden weergegeven als uniforme impedantiesysteem in ohm, percentage of per-eenheidswaarden.

Elektrische vermogen en spanning worden meestal als basisgrootheden genomen. In een driefase-systeem wordt het driefase-vermogen in MVA of KVA als basisvermogen genomen en de lijn-naar-lijnspanning in KV als basisspanning. De basisimpedantie van het systeem kan worden berekend uit deze basisvermogen en basisspanning, als volgt,

Per eenheid is de impedantiewaarde van elk systeem niets anders dan de verhouding tussen de werkelijke impedantie van het systeem en de basisimpedantiewaarde.

Percentage impedantie kan worden berekend door 100 te vermenigvuldigen met de per eenheid-waarde.

Het is soms nodig om per eenheid-waarden te converteren naar nieuwe basiswaarden om verschillende elektrische foutberekeningen te vereenvoudigen. In dat geval,

De keuze van impedantienotatie hangt af van de complexiteit van het systeem. Meestal wordt de basisspanning van een systeem zo gekozen dat er minimaal aantal overdrachten nodig is.
Stel, een systeem heeft een groot aantal 132 kV bovengrondse lijnen, enkele 33 kV lijnen en zeer weinig 11 kV lijnen. De basisspanning van het systeem kan worden gekozen als 132 kV, 33 kV of 11 kV, maar hier is de beste basisspanning 132 kV, omdat het minimaal aantal overdrachten vereist tijdens foutberekening.

Netwerkreductie

Na het kiezen van de juiste impedantienotatie, is de volgende stap het netwerk te reduceren tot één impedantie. Hiervoor moeten we eerst de impedantie van alle generatoren, lijnen, kabels, transformators omzetten naar een gemeenschappelijke basiswaarde. Vervolgens maken we een schematische weergave van het elektriciteitsnetwerk waarin de impedanties worden weergegeven met betrekking tot dezelfde basiswaarde van al deze generatoren, lijnen, kabels en transformators.

Het netwerk wordt vervolgens gereduceerd tot een gemeenschappelijke equivalente enkele impedantie door gebruik te maken van ster/delta-transformaties. Aparte impedantiediagrammen moeten worden gemaakt voor positieve, negatieve en nulreeksen.

Driefase storingen zijn uniek omdat ze evenwichtig zijn, dat wil zeggen symmetrisch in driefase, en kunnen worden berekend uit het enkelefasen positieve reeks impedantiediagram. Daarom wordt de driefase storing stroom verkregen door,

Waarbij, I f de totale driefase storingstroom is, v is de fase naar neutrale spanning, z 1 is de totale positieve reeks impedantie van het systeem; ervan uitgaande dat in de berekening, de impedanties in ohms op een spanningbasis worden weergegeven.

Symmetrische Componentanalyse

De bovenstaande foutberekening wordt gemaakt op basis van de aanname van een driefase evenwichtig systeem. De berekening wordt alleen voor één fase gemaakt, omdat de stroom- en spanningstoestanden in alle drie fasen hetzelfde zijn.

Wanneer echte storingen optreden in elektriciteitsnetwerken, zoals fasetoaarde storing, fasetofase storing en dubbele fasetoaarde storing, wordt het systeem onevenwichtig, wat betekent dat de spanning- en stroomtoestanden in alle fasen niet langer symmetrisch zijn. Zulke storingen worden opgelost met symmetrische componentanalyse.

Over het algemeen kan een driefase vector diagram worden vervangen door drie sets van evenwichtige vectoren. Eén heeft een tegengestelde of negatieve fase rotatie, de tweede heeft een positieve fase rotatie en de laatste is co-fasief. Dat betekent dat deze vectoren respectievelijk als negatieve, positieve en nulreeks worden omschreven.

De vergelijking tussen fase- en reeksquantiteiten is,

Dus,

Waarbij alle grootheden worden verwezen naar de referentiefase r.
Op soortgelijke wijze kunnen een set vergelijkingen worden geschreven voor reeksstromen. Uit de spanning- en stroomvergelijkingen kan men gemakkelijk de reeksimpedantie van het systeem bepalen.

De ontwikkeling van symmetrische componentanalyse is gebaseerd op het feit dat in een evenwichtig systeem van impedanties, reeksstromen alleen spanningsval van dezelfde reeks kunnen veroorzaken. Zodra de reeksnetwerken beschikbaar zijn, kunnen deze worden omgezet in één equivalente impedantie.

Laten we Z1, Z2 en Z0 de impedanties van het systeem zijn voor de stroom van respectievelijk positieve, negatieve en nulreeks stroom.
Voor aardfouten

Fasetofase storingen


Dubbele fasetoaarde storingen

Driefase storingen

Als de storingstroom in een bepaalde tak van het netwerk vereist is, kan deze worden berekend na de combinatie van de reekscomponenten die in die tak stromen. Dit betreft de distributie van reekscomponentstromen zoals bepaald door de bovenstaande vergelijkingen, in hun respectieve netwerken volgens hun relatieve impedantie.