Elektrisk felberäkning | Positiv negativ nollsekvensimpedans

Innan ett korrekt elektriskt skyddssystem tillämpas, är det nödvändigt att ha en grundlig kunskap om förhållandena i elektrisk energi system vid fel. Kunskap om elektriska fel villkor krävs för att distribuera olika skyddsreläer på olika platser i elektriskt energisystem.

Information om värdena för maximala och minimala felfströmmar, spänningar under dessa fel i storlek och fasrelation i förhållande till strömmarna på olika delar av energisystemet, ska samlas in för rätt tillämpning av skyddsreläsystem på de olika delarna av elektriska energisystemet. Att samla information från olika parametrar i systemet kallas generellt elektriska felberäkningar.

Felberäkningar betyder i stort sett beräkning av fels ström i något elektriskt energisystem. Det finns huvudsakligen tre steg för att beräkna fel i ett system.

1. Val av impedansrotationer.

2. Förminskning av ett komplicerat elektriskt energisystemnät till ett enda ekvivalent impedans.

3. Beräkning av elektriska felsströmmar och spänningar genom användning av symmetrisk komponentteori.

Impedansnotation av elektriska energisystem

Om vi tittar på något elektriskt energisystem, kommer vi att finna flera spänningsnivåer. Till exempel, antag ett typiskt energisystem där elektrisk energi produceras vid 6,6 kV, sedan överförs den 132 kV strömmen till terminalunderstation där den stegras ned till 33 kV och 11 kV-nivåer, och denna 11 kV-nivå kan ytterligare stegras ned till 0,4 kV.

Detta exempel visar tydligt att ett samma energisystemnät kan ha olika spänningsnivåer. Så beräkningen av fel på vilken plats som helst i det nämnda systemet blir mycket svår och komplicerad om man försöker beräkna impedansen för olika delar av systemet enligt deras spänningsnivå.

Denna svårighet kan undvikas om vi beräknar impedansen för olika delar av systemet i referens till ett enda basvärde. Denna teknik kallas impedansnotation av energisystem. Med andra ord, innan elektriska felberäkningar, måste systemparametrarna hänvisas till basvärden och representeras som ett enhetligt system av impedanser antingen i ohm, procent eller per enhet värden.

Elektrisk effekt och spänning tas generellt som basvärden. I trefas-system, trefas-effekt i MVA eller KVA tas som baseffekt och linje till linjespänning i KV tas som bassettningsvärde. Basimpedansen i systemet kan beräknas utifrån dessa baseffekt och bassettningsvärde, enligt följande,

Per enhet är inget annat än kvoten mellan det faktiska impedansvärdet i systemet och basimpedansvärdet.

Procentuell impedans kan beräknas genom att multiplicera 100 med per enhet värde.

Ibland krävs det att konvertera per enhet värden som hänvisas till nya basvärden för att förenkla olika elektriska felberäkningar. I så fall,

Valet av impedansnotation beror på komplexiteten i systemet. Generellt väljs bas spänning i ett system så att det kräver minsta antal överföringar.
Till exempel, ett system med ett stort antal 132 kV överbryggningar, få antal 33 kV-ledningar och mycket få antal 11 kV-ledningar. Basvoltaget i systemet kan väljas antingen som 132 kV, 33 kV eller 11 kV, men här är det bästa basvoltaget 132 kV, eftersom det kräver minsta antal överföringar under felberäkning.

Nätverksreduktion

Efter valet av rätt impedansnotation är nästa steg att reducera nätverket till en enda impedans. För detta måste vi först konvertera impedansen för alla generatorer, ledningar, kablar, transformatorer till en gemensam basvärde. Sedan förbereder vi en skematisk diagram av elektriskt energisystem som visar impedansen hänvisad till samma basvärde för alla dessa generatorer, ledningar, kablar och transformatorer.

Nätverket reduceras sedan till en gemensam ekvivalent enskild impedans genom att använda stjärn/delta-omvandlingar. Separata impedansdiagram bör förberedas för positiva, negativa och nollsekvensnätverk.

Trefasfel är unika eftersom de är balanserade, dvs symmetriska i trefas, och kan beräknas från det enfasiga positiva sekvensimpedansdiagrammet. Därför erhålls trefasfel ström genom,

Där I f är den totala trefasfelströmmen, v är fas till neutralspänning z 1 är det totala positiva sekvensimpedansvärdet i systemet; antagande att impedanserna i beräkningen representeras i ohm på en spänningsbas.

Symmetrisk komponentanalys

Ovanstående felberäkning görs med antagandet av ett trefasbalanserat system. Beräkningen görs endast för en fas eftersom ströms- och spänningsvillkoren är lika i alla tre faser.

När verkliga fel uppstår i elektriska energisystem, som fas till jordfel, fas till fasfel och dubbel fas till jordfel, blir systemet obalanserat, vilket innebär att villkoren för spänningar och strömmar i alla faser inte längre är symmetriska. Sådana fel löses genom symmetrisk komponentanalys.

Generellt sett kan trefasvektorritning ersättas med tre uppsättningar av balanserade vektorer. En har motsatt eller negativ fasrotation, den andra har positiv fasrotation och den sista är kophasal. Detta betyder att dessa vektoruppsättningar beskrivs som negativa, positiva och nollsekvens, respektive.

Ekvationen mellan fas- och sekvenskvantiteter är,

Därför,

Där alla kvantiteter hänvisas till referensfas r.
På samma sätt kan en uppsättning ekvationer skrivas för sekvensströmmar också. Från, spänning och strömekvationer kan man lätt fastställa sekvensimpedansen i systemet.

Utvecklingen av symmetrisk komponentanalys beror på det faktum att i ett balanserat system av impedanser kan sekvensströmmar endast ge upphov till spänningsfall av samma sekvens. När sekvensnätverken finns tillgängliga kan dessa konverteras till en enda ekvivalent impedans.

Låt oss betrakta Z1, Z2 och Z0 som impedansen i systemet för strömmen av positiv, negativ och nollsekvens, respektive.
För jordfel

Fas till fasfel


Dubbla fas till jordfel

Trefasfel

Om felströmmen i en viss gren i nätverket krävs, kan samma beräknas efter kombination av sekvenskomponenterna som flyter i den grenen. Detta innebär distributionen av sekvenskomponentströmmar som bestämts genom att lösa ovanstående ekvationer, i sina respektive nätverk enligt deras relativa impedans. Spänningar