Електричні розрахунки виняткових станів | Позитивна негативна нульова послідовна імпеданція

Перед застосуванням правильного електричної системи захисту, необхідно мати глибоке розуміння умов електричної системи живлення під час відмов. Знання про електричну відмову потрібне для розташування правильних різних захисних реле в різних місцях електричної системи живлення.

Необхідно зібрати інформацію про значення максимальних та мінімальних струмів відмов, напруг під час цих відмов за величиною та фазовим співвідношенням до струмів в різних частинах системи живлення, для правильного застосування системи захисних реле в різних частинах електричної системи живлення. Збирання інформації з різних параметрів системи загалом відоме як розрахунок електричних відмов.

Розрахунок відмов в широкому сенсі означає розрахунок струму відмови в будь-якій електричній системі живлення. Є три основні кроки для розрахунку відмов в системі.

1. Вибір обертів імпедансу.

2. Спрощення складної електричної системи живлення до єдиного еквівалентного імпедансу.

3. Розрахунок електричних струмів та напруг відмов за допомогою теорії симетричних компонентів.

Позначення імпедансу електричної системи живлення

Якщо подивитися на будь-яку електричну систему живлення, можна побачити, що вона має кілька рівнів напруги. Наприклад, припустимо типову систему живлення, де електроенергія генерується на 6,6 кВ, а потім 132 кВ передається до термінальної підстанції, де вона знижується до 33 кВ та 11 кВ, а цей рівень 11 кВ може бути знижений до 0,4 кВ.

Отже, з цього прикладу очевидно, що одна і та ж система живлення може мати різні рівні напруги. Тому розрахунок відмови в будь-якому місці такої системи стає набагато важчим і складнішим, коли намагаються розрахувати імпеданс різних частин системи згідно з їхніми рівнями напруги.

Цю складність можна уникнути, якщо ми розрахуємо імпеданс різних частин системи відносно однієї базової величини. Ця техніка називається позначенням імпедансу системи живлення. Іншими словами, перед розрахунком електричних відмов, параметри системи повинні бути приведені до базових величин і представлені як однорідна система імпедансу в омах, відсотках або в одиницях.

Електрична потужність та напруга зазвичай беруться як базові величини. У трьохфазній системі, трьохфазна потужність в МВА або КВА береться як базова потужність, а лінійна напруга в кВ — як базова напруга. Базовий імпеданс системи можна розрахувати з цих базових потужностей та базових напруг, як показано нижче,

В одиницях — це ніщо інше, як співвідношення фактичного імпедансу системи до базового значення імпедансу.

Імпеданс в відсотках можна розрахувати, помноживши 100 на значення в одиницях.

Знову ж таки, іноді потрібно перетворити значення в одиницях на нові базові значення для спрощення різних розрахунків електричних відмов. В такому випадку,

Вибір позначення імпедансу залежить від складності системи. Зазвичай базова напруга системи вибирається таким чином, щоб вимагалося мінімальна кількість перетворень.
Наприклад, в одній системі велика кількість надземних ліній 132 кВ, невелика кількість ліній 33 кВ та дуже мало ліній 11 кВ. Базова напруга системи може бути вибрана як 132 кВ, 33 кВ або 11 кВ, але найкраща базова напруга 132 кВ, оскільки вона вимагає мінімальної кількості перетворень під час розрахунку відмов.

Спрощення мережі

Після вибору правильного позначення імпедансу, наступним кроком є зведення мережі до одного імпедансу. Для цього спочатку необхідно перетворити імпеданс всіх генераторів, ліній, кабелів, трансформаторів до загального базового значення. Потім ми готуємо схематичний діаграму електричної системи живлення, показуючи імпеданс, згідно з тим же базовим значенням для всіх цих генераторів, ліній, кабелів та трансформаторів.

Потім мережа зводиться до загального еквівалентного імпедансу за допомогою перетворень зірка-трикутник. Для позитивної, негативної та нульової послідовних мереж повинні бути підготовлені окремі діаграми імпедансу.

Трьохфазні відмови є унікальними, оскільки вони збалансовані, тобто симетричні в трьохфазній системі, і можуть бути розраховані з діаграми однофазного позитивного послідовного імпедансу. Тому трьохфазний струм відмови отримується за формулою,

Де, I f — це загальний трьохфазний струм відмови, v — фазова напруга до нейтралу, z 1 — загальний позитивний послідовний імпеданс системи; припускаючи, що в розрахунках, імпеданси представлені в омах на напруженні бази.

Аналіз симетричних компонентів

Наведений розрахунок відмов проведено з припущенням про трьохфазну збалансовану систему. Розрахунок проводиться лише для однієї фази, оскільки умови струму та напруги однакові в усіх трьох фазах.

Коли фактичні відмови відбуваються в електричній системі живлення, таких як фазовий заземлення, фазовий збиток та подвійний фазовий заземлений збиток, система стає незбалансованою, тобто умови напруги та струму в усіх фазах більше не симетричні. Такі відмови вирішуються за допомогою аналізу симетричних компонентів.

Зазвичай трьохфазна векторна діаграма може бути замінена трьома наборами збалансованих векторів. Один має протилежний або негативний фазовий оберт, другий має позитивний фазовий оберт, а останній — копланарний. Це означає, що ці набори векторів описуються як негативні, позитивні та нульові послідовності, відповідно.

Рівняння між фазовими та послідовними величинами є,

Тому,

Де всі величини звернуті до референтної фази r.
Подібним чином можна записати набір рівнянь для послідовних струмів. З рівнянь для напруги та струму можна легко визначити послідовний імпеданс системи.

Розвиток аналізу симетричних компонентів заснований на тому, що в збалансованій системі імпедансу, послідовні струми можуть викликати лише напруги такого самого порядку. Коли доступні послідовні мережі, їх можна перетворити на один еквівалентний імпеданс.

Припустимо, Z1, Z2 та Z0 — це імпеданси системи для потоку позитивного, негативного та нульового послідовного струму відповідно.
Для заземлення