Obliczenie uszkodzeń elektrycznych | Impedancja sekwencyjna dodatnia ujemna i zerowa

Przed zastosowaniem odpowiedniego systemu ochrony elektrycznej, niezbędna jest wyczerpująca wiedza na temat warunków systemu energetycznego podczas uszkodzeń. Wiedza na temat uszkodzenia elektrycznego jest wymagana do właściwego rozmieszczenia różnych relé ochronnych w różnych miejscach systemu energetycznego.

Informacje dotyczące wartości maksymalnych i minimalnych prądów uszkodzeniowych, napięć podczas tych uszkodzeń pod względem wielkości i fazowego związku z prądami w różnych częściach systemu energetycznego, należy zgromadzić dla prawidłowego zastosowania systemu relé ochronnych w tych różnych częściach systemu energetycznego. Zbieranie informacji z różnych parametrów systemu jest ogólnie znane jako obliczenie uszkodzeń elektrycznych.

Obliczenie uszkodzenia w szerokim rozumieniu oznacza obliczenie prądu uszkodzeniowego w dowolnym systemie energetycznym. Istnieją głównie trzy kroki do obliczenia uszkodzeń w systemie.

1. Wybór rotacji impedancji.

2. Redukcja skomplikowanej sieci systemu energetycznego do jednej równoważnej impedancji.

3. Obliczenie prądów i napięć uszkodzeniowych przy użyciu teorii symetrycznych składowych.

Notacja impedancji systemu energetycznego

Jeśli spojrzymy na dowolny system energetyczny, zobaczymy, że istnieje wiele poziomów napięcia. Na przykład, weźmy typowy system energetyczny, gdzie energia elektryczna jest generowana przy 6,6 kV, a następnie ta moc 132 kV jest przesyłana do stacji końcowej, gdzie zostaje zredukowana do poziomów 33 kV i 11 kV, a ten poziom 11 kV może być dalej zredukowany do 0,4 kV.

Z tego przykładu wynika, że ten sam system energetyczny może mieć różne poziomy napięcia. Dlatego obliczenie uszkodzenia w dowolnym miejscu danego systemu staje się bardzo trudne i skomplikowane, jeśli próbuje się obliczyć impedancję różnych części systemu zgodnie z ich poziomem napięcia.

Tę trudność można uniknąć, jeśli obliczymy impedancję różnych części systemu w odniesieniu do jednej podstawowej wartości. Ta technika nazywana jest notacją impedancji systemu. Innymi słowy, przed obliczeniem uszkodzenia elektrycznego, parametry systemu muszą być odniesione do podstawowych wartości i reprezentowane jako jednolity system impedancji w ohmach, procentach lub wartościach jednostkowych.

Energia elektryczna i napięcie są ogólne brane jako podstawowe wartości. W trójfazowym systemie, moc trójfazowa w MVA lub KVA jest brana jako podstawowa moc, a napięcie liniowe-liniowe w kV jest brane jako podstawowe napięcie. Podstawowa impedancja systemu może być obliczona na podstawie tych podstawowych mocy i napięć, jak poniżej,

Wartość jednostkowa impedancji systemu to nic innego jak stosunek rzeczywistej impedancji systemu do podstawowej wartości impedancji.

Wartość impedancji procentowej może być obliczona przez pomnożenie 100 przez wartość jednostkową.

Czasami wymagane jest również przeliczenie wartości jednostkowych na nowe podstawowe wartości w celu uproszczenia różnych obliczeń uszkodzeń elektrycznych. W tym przypadku,

Wybór notacji impedancji zależy od złożoności systemu. Ogólnie podstawowe napięcie systemu jest tak dobrane, aby wymagało minimalnej liczby przeliczeń.
Na przykład, w systemie z dużą liczbą linii powietrznych 132 kV, kilkoma liniami 33 kV i bardzo małą liczbą linii 11 kV, podstawowe napięcie systemu może być wybrane jako 132 kV, 33 kV lub 11 kV, ale najlepsze podstawowe napięcie to 132 kV, ponieważ wymaga ono minimalnej liczby przeliczeń podczas obliczeń uszkodzeń.

Redukcja sieci

Po wyborze poprawnej notacji impedancji, kolejnym krokiem jest redukcja sieci do jednej impedancji. Najpierw musimy przeliczyć impedancję wszystkich generatorów, linii, kabli, transformatorów na wspólną podstawową wartość. Następnie przygotowujemy schemat systemu energetycznego, pokazujący impedancję odniesioną do tej samej podstawowej wartości wszystkich tych generatorów, linii, kabli i transformatorów.

Następnie sieć jest zredukowana do jednej wspólnej równoważnej impedancji za pomocą transformacji gwiazda/trójkąt. Oddzielne diagramy impedancji powinny być przygotowane dla sieci sekwencji dodatniej, ujemnej i zerowej.

Trójfazowe uszkodzenia są unikalne, ponieważ są one zrównoważone, czyli symetryczne w trzech fazach, i mogą być obliczone z diagramu impedancji jednofazowej sekwencji dodatniej. Dlatego prąd uszkodzenia trójfazowego jest uzyskiwany przez,

Gdzie, I f to całkowity prąd uszkodzenia trójfazowego, v to napięcie faza-neutral, z 1 to całkowita impedancja sekwencji dodatniej systemu; zakładając, że w obliczeniach impedancje są reprezentowane w ohmach na podstawie napięcia.

Analiza symetrycznych składowych

Powyższe obliczenie uszkodzenia wykonano przy założeniu zrównoważonego systemu trójfazowego. Obliczenie wykonano tylko dla jednej fazy, ponieważ warunki prądów i napięć są takie same we wszystkich trzech fazach.

Kiedy rzeczywiste uszkodzenia wystąpią w systemie energetycznym, takie jak uszkodzenie faza-ziemia, faza-faza i podwójne uszkodzenie faza-ziemia, system staje się nierównoważony, co oznacza, że warunki napięć i prądów we wszystkich fazach nie są już symetryczne. Takie uszkodzenia rozwiązuje się za pomocą analizy symetrycznych składowych.

Ogólnie diagram wektorowy trójfazowy może zostać zastąpiony przez trzy zestawy zrównoważonych wektorów. Jeden ma przeciwne lub ujemne obroty fazowe, drugi ma dodatnie obroty fazowe, a ostatni jest współfazowy. To oznacza, że te zestawy wektorów opisane są jako sekwencja ujemna, dodatnia i zerowa, odpowiednio.

Równania między fazami a składowymi sekwencyjnymi to,

Zatem,

Gdzie wszystkie wartości są odniesione do fazy odniesienia r.
Podobnie można napisać zestaw równań dla prądów sekwencyjnych. Na podstawie napięć i prądów można łatwo określić impedancję sekwencyjną systemu.

Rozwój analizy symetrycznych składowych opiera się na fakcie, że w zrównoważonym systemie impedancji, prądy sekwencyjne mogą powodować tylko spadki napięcia tej samej sekwencji. Gdy sieci sekwencyjne są dostępne, można je przekształcić w jedną równoważną impedancję.

Weźmy pod uwagę, że Z1, Z2 i Z0 to impedancje systemu dla przepływu prądów sekwencji dodatniej, ujemnej i zerowej, odpowiednio.
Dla uszkodzenia ziemi

Uszkodzenia faza-faza


Podwójne uszkodzenia faza-ziemia

Uszkodzenia trójfazowe

Jeśli potrzebny jest prąd uszkodzeniowy w dowol