Расчет электрических неисправностей | Положительная отрицательная нулевая последовательная импеданс

Прежде чем применять правильную систему электрической защиты, необходимо иметь глубокие знания о состоянии электрической энергетической системы при повреждениях. Знание условий электрического повреждения необходимо для размещения соответствующих защитных реле в различных местах электрической энергетической системы.

Необходимо собрать информацию о значениях максимальных и минимальных токов короткого замыкания, напряжениях при этих повреждениях по величине и фазовому соотношению с токами в различных частях энергетической системы, для правильного применения системы защитных реле в этих различных частях электрической энергетической системы. Сбор информации из различных параметров системы обычно называется расчетом электрических повреждений.

Расчет повреждений в широком смысле означает расчет тока короткого замыкания в любой электрической энергетической системе. Для расчета повреждений в системе существуют три основных шага.

1. Выбор поворотов импедансов.

2. Сведение сложной электрической энергетической сети к одному эквивалентному импедансу.

3. Расчет токов и напряжений при электрических повреждениях с использованием теории симметричных составляющих.

Обозначение импеданса электрической энергетической системы

Если мы посмотрим на любую электрическую энергетическую систему, мы увидим, что в ней существует несколько уровней напряжения. Например, предположим типичную энергетическую систему, где электрическая энергия генерируется на уровне 6,6 кВ, затем 132 кВ передаются в конечную подстанцию, где они снижаются до уровней 33 кВ и 11 кВ, а уровень 11 кВ может быть еще более снижен до 0,4 кВ.

Таким образом, из этого примера становится ясно, что одна и та же энергетическая система может иметь различные уровни напряжения. Поэтому расчет повреждений в любом месте указанной системы становится гораздо сложнее, если попытаться рассчитать импедансы различных частей системы в соответствии с их уровнем напряжения.

Эту трудность можно избежать, если рассчитать импедансы различных частей системы относительно одного базового значения. Этот метод называется обозначением импеданса энергетической системы. Другими словами, перед расчетом электрических повреждений, параметры системы должны быть приведены к базовым величинам и представлены как единая система импедансов в омах, процентах или единицах.

Электрическая мощность и напряжение обычно берутся за базовые величины. В трехфазной системе, трехфазная мощность в МВА или КВА принимается за базовую мощность, а линейное напряжение в кВ — за базовое напряжение. Базовый импеданс системы можно рассчитать из этих базовых мощности и напряжения, следующим образом,

Единичный импеданс системы — это отношение фактического импеданса системы к базовому значению импеданса.

Процентный импеданс можно рассчитать, умножив 100 на единичное значение.

Иногда требуется преобразовать единичные значения, отнесенные к новым базовым значениям, для упрощения различных расчетов электрических повреждений. В этом случае,

Выбор обозначения импеданса зависит от сложности системы. Обычно базовое напряжение системы выбирается таким образом, чтобы требовалось минимальное количество переносов.
Предположим, что в одной системе большое количество воздушных линий 132 кВ, несколько линий 33 кВ и очень мало линий 11 кВ. Базовое напряжение системы может быть выбрано как 132 кВ, 33 кВ или 11 кВ, но лучшим базовым напряжением будет 132 кВ, так как оно требует минимального количества переносов при расчете повреждений.

Сведение сети

После выбора правильного обозначения импеданса следующим шагом является сведение сети к одному импедансу. Для этого сначала необходимо перевести импедансы всех генераторов, линий, кабелей, трансформаторов к общему базовому значению. Затем мы готовим схематический чертеж электрической энергетической системы, показывающий импедансы, отнесенные к тому же базовому значению, для всех этих генераторов, линий, кабелей и трансформаторов.

Затем сеть сводится к общему эквивалентному одному импедансу с помощью преобразований звезда/треугольник. Отдельные диаграммы импедансов следует подготовить для положительной, отрицательной и нулевой последовательностей.

Фазные повреждения уникальны, поскольку они сбалансированы, то есть симметричны в трехфазной системе, и могут быть рассчитаны по диаграмме однофазного импеданса положительной последовательности. Поэтому ток трехфазного повреждения определяется следующим образом,

Где, I f — это полный ток трехфазного повреждения, v — фазное напряжение относительно нейтрали, z 1 — это полный импеданс положительной последовательности системы; предполагая, что в расчете импедансы представлены в омах на базе напряжения.

Анализ симметричных составляющих

Вышеописанный расчет повреждений выполнен на предположении, что система трехфазная и сбалансированная. Расчет выполняется только для одной фазы, так как условия токов и напряжений одинаковы во всех трех фазах.

Когда в электрической энергетической системе происходят реальные повреждения, такие как однофазное короткое замыкание, двухфазное короткое замыкание и двухфазное короткое замыкание на землю, система становится несбалансированной, то есть условия напряжений и токов во всех фазах больше не симметричны. Такие повреждения решаются с помощью анализа симметричных составляющих.

Обычно трехфазная векторная диаграмма может быть заменена тремя наборами сбалансированных векторов. Один имеет противоположное или отрицательное фазовое вращение, второй — положительное фазовое вращение, и последний — кофазный. Это означает, что эти наборы векторов описываются как отрицательная, положительная и нулевая последовательности, соответственно.

Уравнения между фазными и последовательными величинами следующие,

Поэтому,

Где все величины отнесены к фазе r.
Аналогично можно записать набор уравнений для последовательных токов. Из уравнений напряжений и токов, можно легко определить последовательные импедансы системы.

Развитие анализа симметричных составляющих основано на том, что в сбалансированной системе импедансов, последовательные токи могут вызвать только падения напряжения того же порядка. Как только последовательные сети доступны, их можно преобразовать в один эквивалентный импеданс.

Предположим, Z1, Z2 и Z0 — это импедансы системы для потока положительных, отрицательных и нулевых последовательных токов соответственно.
Для заземления

Фазные повреждения


Двухфазные повреждения на землю

Трехфазные повреждения