Električni izračun napak | Pozitivna negativna in ničelna zaporedna upornost

Pred uvedbo pravilnega električnega zaščitnega sistema je potrebno dobro razumeti stanja električnega omrežja med napakami. Znanje o električnih napakah je potrebno za namestitev pravilnih zaščitnih relejev na različnih lokacijah električnega omrežja.

Informacije o vrednostih maksimalnih in minimalnih tokov pri napakah, napetostih pod takšnimi pogoji glede na njihovo velikost in fazni odnos z tokovi na različnih delih omrežja, so potrebne za pravilno uporabo zaščitnega releja v teh različnih delih električnega omrežja. Zbiranje informacij iz različnih parametrov sistema se običajno imenuje računanje električnih napak.

Računanje napak širše pomeni računanje toka pri napaki v kateremkoli električnem omrežju. Za računanje napak v sistemu obstajajo predvsem tri koraki.

1. Izbira vrtenj impedanc.

2. Zmanjševanje zapletenega električnega omrežja na eno enakovredno impedanco.

3. Računanje tokov in napetosti pri napakah z uporabo teorije simetričnih komponent.

Označevanje impedanc električnega omrežja

Če pogledamo katero koli električno omrežje, bomo opazili, da ima več nivojev napetosti. Na primer, predpostavimo tipično omrežje, kjer se električna energija generira pri 6,6 kV, nato pa se ta 132 kV energija prenese do končne podstanice, kjer se zniža na 33 kV in 11 kV ravni, in ta 11 kV raven lahko še dodatno zniža na 0,4 kV.

Torej iz tega primera je jasno, da isto omrežje lahko ima različne ravni napetosti. Tako postane računanje napak na kateremkoli mestu tega omrežja bolj zapleteno, če poskušamo izračunati impedanco različnih delov sistema glede na njihove ravni napetosti.

Ta težava se lahko izogneta, če izračunamo impedanco različnih delov sistema glede na eno osnovno vrednost. Ta tehnika se imenuje označevanje impedanc omrežja. Z drugimi besedami, pred računanjem električnih napak, morajo biti parametri sistema referencirani na osnovne količine in predstavljeni kot uniformni sistem impedanc, bodisi v ohmih, odstotkih ali v enotah.

Električna moč in napetost so običajno vzeti kot osnovne količine. V trogofaznem sistemu se trogofazna moč v MVA ali KVA vzame kot osnovno moč in napetost med fazama v KV kot osnovno napetost. Osnovna impedanca sistema se lahko izračuna iz teh osnovnih moči in napetosti, kot sledi,

Enota je vrednost impedanc sistema ni nič drugega kot razmerje dejanske impedanc sistema do osnovne vrednosti impedanc.

Odstotek impedanc se lahko izračuna z množenjem 100 z enoto vrednostjo.

Ponavadi je potrebno pretvoriti enote na nove osnovne vrednosti za poenostavitev različnih računanj električnih napak. V tem primeru,

Izbira označevanja impedanc je odvisna od zapletenosti sistema. Običajno se osnovna napetost sistema izbere tako, da zahteva najmanj prenosov.
Recimo, da ima neko omrežje veliko število 132 kV nadzemnih vod, nekaj 33 kV vod in zelo malo 11 kV vod. Osnovna napetost sistema bi se lahko izbrala kot 132 kV, 33 kV ali 11 kV, vendar je najboljša osnovna napetost 132 kV, ker zahteva najmanj prenosov med računanjem napak.

Zmanjševanje omrežja

Po izbiri pravilnega označevanja impedanc je naslednji korak zmanjševanje omrežja na eno impedanco. Za to najprej moramo pretvoriti impedanco vseh generatorjev, vodov, kabelov, transformatorjev na skupno osnovno vrednost. Nato pripravimo shematski diagram električnega omrežja, ki prikazuje impedanco, referencirano na isto osnovno vrednost vseh teh generatorjev, vodov, kabelov in transformatorjev.

Nato omrežje zmanjšamo na eno enakovredno impedanco z uporabo transformacij zvezdica/trikotnik. Ločene diagrami impedanc morajo biti pripravljeni za pozitivno, negativno in ničelno zaporedje omrežij.

Trofazne napake so edinstvene, ker so uravnotežene, torej simetrične v trofaznem sistemu, in se lahko izračunajo iz diagrama impedanc pozitivnega zaporedja. Torej trofazni tok pri napaki se dobi s formulo:

Kjer je I f celoten trofazni tok pri napaki, v fazna napetost do neutralne žice, z 1 celotna impedanca pozitivnega zaporedja sistema; pri tem se privzame, da so impedanc predstavljene v ohmih na osnovni napetosti.

Analiza simetričnih komponent

Zgoraj navedeno računanje napak je izvedeno na predpostavki, da gre za uravnoteženi trofazni sistem. Izračun se izvede le za eno fazo, saj so pogoji tokov in napetosti enaki v vseh treh fazah.

Ko se dejansko napake pojavi v električnem omrežju, kot so napake faza-do-zemlje, faza-do-faze in dvojni faza-do-zemlje, postane sistem neravnotežen, kar pomeni, da pogoji napetosti in tokov v vseh fazah več ni simetrični. Takšne napake se rešujejo z analizo simetričnih komponent.

Običajno se trofazni vektorski diagram lahko zamenja z tremi seti uravnoteženih vektorjev. Eden ima nasprotno ali negativno fazno vrtenje, drugi pozitivno fazno vrtenje, zadnji pa je ko-fazal. To pomeni, da so ti seti vektorjev opisani kot negativno, pozitivno in ničelno zaporedje, ustrezno.

Enačba med faznimi in zaporednimi količinami je:

Torej:

Kjer so vse količine referencirane na referenčno fazo r.
Podobno se lahko zapišejo enačbe tudi za zaporedne tokove. Iz enačb napetosti in tokov se lahko enostavno določi zaporedne impedanc sistema.

Razvoj analize simetričnih komponent temelji na dejstvu, da v uravnoteženem sistemu impedanc lahko zaporedni tokovi povzročijo le padce napetosti istega zaporedja. Ko so na voljo zaporedni omrežji, se jih lahko pretvorijo v eno enakovredno impedanco.

Recimo, da so Z1, Z2 in Z0 impedanc sistema za pretok pozitivnega, negativnega in ničelnega zaporednega toka, ustrezno.
Za zemeljske napake

Faza-do-faze napake


Dvojni faza-do-zemlje napaki

Trofazne napake

Če je potreben tok pri napaki v določenem delu omrežja, ga lahko izračunamo po kombinaciji zaporednih kom