V tomto článku se zaměříme na určení velikosti proudu jednofázového zkratového proudu. v sítích 0,4 kV s uzemněným neutrálem.
Tento problém je velmi důležitý, protože elektrické sítě 0,4 kV jsou nejběžnější.
V současné době existují dvě metody pro výpočet jednofázového zkratu – exaktní a přibližné a obě metody jsou založeny na metodě symetrických složek.
1. Přesná metoda stanovení proudu jednofázového zkratu
1.1 Přesná metoda pro stanovení proudu jednofázového zkratu je uvedena ve vzorci 28249 GOST 93-24 a je vypočtena podle vzorce:
Pomocí této metody je možné s vysokou přesností určit zkratové proudy pro známé odpory stejnosměrného, zpětného a nulového sledu obvodu fáze-nula.
Bohužel v praxi není vždy možné tuto metodu použít z důvodu nedostatku referenčních údajů o odporu kladné, reverzní a nulové sekvence pro kabely s hliníkovými a měděnými vodiči, s ohledem na způsoby pokládky fázových a nulových vodičů .
2. Přibližná metoda stanovení proudu jednofázového zkratu
2.1 Přibližná metoda pro určení proudu jednofázového zkratu při vysokém výkonu napájecího systému (Xc < 0,1Xt) se vypočítá podle vzorce [L1, s 4 a L3, s 39]:
- Uf – fázové napětí sítě, V;
- Zt je celkový odpor transformátoru proti proudu jednofázového zkratu do pouzdra, Ohm;
- Zpt je impedance smyčky fáze-nula z transformátoru do bodu zkratu, Ohm.
2.2 Pokud má napájecí systém omezený výkon, pak je jednofázový zkratový proud určen vzorcem 2-26 [L3, str. 39]:
Hodnota 2.3 Z∑ je určen z tabulky 2.9 nebo může být určen ze vzorce 2-25 [L3, str. 39]:
kde:
х1t a r1t; X2t a r2t; X0t a r0t – indukční a aktivní odpor transformátoru proti proudům stejnosměrného, reverzního a nulového sledu, mOhm. Přijato podle tabulky 2.4 [L3, str. 29].
Hodnotu Zt / 3 pro různé transformátory se sekundárním napětím 400/230 V lze převzít z tabulek 2, 3, 4 [L1, str. 6,7].
Odpor kontaktů pneumatik, zařízení, proudových transformátorů v této metodě se nebere v úvahu, protože aritmetický součet Zt / 3 a Zpt vytváří určitou rezervu.
2.4 Impedance transformátoru Zt, je určena vzorcem 2-24 [L3, str. 39]:
2.5 Impedance smyčky fáze-nula je určena vzorcem 2-27 [L3, str. 40]:
- Zpt.sp. – celkový měrný odpor smyčky fáze-nula pro každý úsek od transformátoru k místu poruchy je určen podle tabulek 2.10 – 2.14 [L3, s 41,42] nebo podle tabulek [L2], mOhm / m;
- l je délka úseku, m.
Níže jsou uvedeny referenční tabulky s hodnotami měrného odporu smyčky fáze nula pro různé kabely a přípojnice podle [L3, str. 41,42].
Referenční tabulky 7, 10 s hodnotami aktivního odporu měděných a hliníkových drátů, kabelů [L1, str. 6, 14].
Referenční tabulky 11, 12, 13 s hodnotami celkového vypočteného odporu obvodu fáze-nula pro 3 (4) – žilové kabely s různou izolací a při teplotě jádra +65 (+80) C [L1, str. 15, 16].
V praxi se dle [L1, str. 5] doporučuje použít přibližnou metodu pro stanovení proudu jednofázového zkratu. U této metody je přípustná chyba ve výpočtu proudu jednofázového zkratu s nepřesnými počátečními údaji v průměru – 10% směrem k okraji; 18-20% – se schématem připojení transformátoru Y / Y0, kdy převažuje aktivní zatížení a pro nulování se používá 4. jádro nebo plášť kabelu; 10-12% – při použití ocelových trubek pro uzemnění elektrického vedení.
Z výše uvedeného vyplývá, že při použití této metody je ve výpočtu vytvořena určitá rezerva, která zaručuje fungování ochranného zařízení v souladu s požadavky PUE.
1. Doporučení pro výpočet odporu obvodu “fáze-nula”. Glavelektromontazh. 1986
2. GOST 28249-93 – Výpočtové metody v elektrických instalacích střídavého proudu s napětím do 1 kV.
3. Beljajev A.V. Výběr zařízení, ochran a kabelů v síti 0,4 kV. Tutorial. 2008
Web o reléové ochraně a digitálních technologiích v energetickém sektoru
Úvod » Ochrana relé a automatizace » Sítě 0,4 kV » Vlastnosti výpočtu jednofázových zkratových proudů v síti 0,4 kV
Dnes si povíme něco o výpočtu jednofázových zkratových proudů v sítích nízkého napětí. Proč jednofázový?
Za prvé proto, že pro volbu nastavení jsou tyto proudy obvykle rozhodující podle kritéria citlivosti. Za druhé, protože s výpočty těchto proudů je nejvíce otázek a ty hlavní se týkají výpočtu parametrů nulového sledu kabelů a obloukového odporu. Pojďme je analyzovat.
Zdroje informací pro výpočet jednofázových TKZ v sítích 0,4 kV
Hlavním dokumentem definujícím pravidla pro výpočet zkratových proudů v sítích do 1000 V je GOST 28249-93. Je však třeba poznamenat, že tento dokument je zaměřen hlavně na výpočet TKZ pro výběr zařízení, a nikoli na nastavení ochrany relé a automatických spínačů.
Druhým zdrojem je známá kniha A.V. Belyaev “Výběr zařízení, ochrany a kabelů v sítích 0,4 kV”, který, i když není regulačním dokumentem, popisuje mnohem podrobněji pravidla pro výpočet TKZ konkrétně pro výběr nastavení jističů.
V zásadách pro výpočet jednofázových zkratových proudů uvedených u těchto zdrojů jsou značné rozdíly. Ty hlavní uvádíme v tabulce. 1
Stůl 1. Rozdíly v metodách výpočtu jednofázových zkratů
Je pravděpodobně spolehlivější použít metodiku uvedenou v aktuálním GOST, ale jsou zde dva problémy.
První je, že je velmi obtížné najít spolehlivé informace o odporu nulového sledu kabelů 0,4 kV, protože je výrobci neuvádějí v katalozích. V aplikacích GOST jsou údaje o kabelech r0 a x0, ale bez uvedení konkrétního typu a ne pro všechny sekce.
Druhým důvodem je obtížnost stanovení odporu oblouku podle GOST (příloha 9), kde ve výše uvedeném vzorci (40) odpor oblouku závisí na zkratovém proudu, který je nutné určit s přihlédnutím k odporu oblouku! Jak to udělat v praxi, není příliš jasné. Grafy závislosti odporu oblouku na průřezu a délce kabelu (stejná příloha 9) také nejsou příliš užitečné, protože pro jednofázové zkraty mnoho typů kabelů prostě není a aproximace nelineárních závislostí je takový úkol.
Ve srovnání s GOST byla metodika uvedená v knize A.V. Belyaeva je mnohem srozumitelnější a snadno použitelná.
Navrhuji vyhodnotit hodnoty zkratových proudů pomocí těchto dvou metod, abychom zjistili, která z nich je pro naše úkoly vhodnější (výběr nastavení ochranných zařízení)
Pro příklad použijeme schéma výpočtu na Obr. 1
Obr.1 Výpočtové schéma sítě 0,4 kV
Ve schématu na Obr. 1 Snažil jsem se vzít takové kabely, jejichž parametry jsou jak v GOST, tak v knize A.V. Beljajevová. Alespoň pro linky 1 a 3.
Níže uvádím skeny ze zdrojů s uvedením počátečních údajů o odporu NP a smyčky fáze-nula pro kabely. Odpor přímého sledu kabelů pro oba způsoby byl vzat stejný (dle zdrojů to platí). Parametry transformátoru jsou také u obou metod stejné.
Obr.2. Prvotní údaje o odporu zpt.ud. z knihy A.V. Beljajevová
Obr. 3 počáteční údaje o taktech. Odolnost NP podle GOST 28249-93
Nebudu vás mučit vzorečky, ale hned uvedu výsledek výpočtu. Na závěr jsem přiložil excelový formulář, kde vidíte jak zdrojová data, tak samotné vzorce. Aktivní odpor měděných kabelů, stejně jako jejich zpt. snížena 1,7krát ve srovnání s tabulkovými (jak pro knihu A.V. Belyaeva, tak pro GOST)
Obr.4. Výsledek výpočtu jednofázových zkratů pro síť 0,4 kV různými metodami
Jak vidíte, rozdíl ve výpočtech je velmi velký a pro tří- a dvoufázové zkraty nepřesahuje 8% (zde není zobrazeno)
Je zřejmé, že takový rozdíl v jednofázových zkratových proudech je způsoben rozdílem v parametrech nulové složky kabelů. To je zvláště zřetelně vidět u kovových zkratových proudů, kde nedochází k ovlivnění oblouku vypočítaného různými metodami.
Citlivost automatů je kontrolována obloukovými zkraty a zde je situace o něco lepší. Je vidět, že odpor oblouku částečně kompenzuje rozdíl ve zkratových proudech, zejména u vzdálených zkratů, ale přesto je tento rozdíl velmi velký.
Jaké mohou být důvody tak velkého rozdílu?
- Za prvé, toto je moje nesprávná definice zdrojového datového bodu. V knize A.V. Beljajev uvedl (tabulka 7), že odpory smyčky jsou uvedeny pro „kabely nebo dráty začínající hliníkovými vodiči“. Není zde uvedena konstrukce kabelu ani druh izolace. Možná se zde počítá s určitým vodivým pláštěm kolem jader.
- Za druhé, ani první, ani druhý zdroj neuvádí, k čemu přesně dojde k jednofázovému zkratu. Odpor obvodů „fázové nuly“ a „fázově uzemňovacích struktur“ se může značně lišit.
- Za třetí, v metodice A.V. Belyaev, existuje několik předpokladů, které vedou ke snížení zkratových proudů, a to aritmetický součet impedancí transformátoru a kabelů a 1,7násobný pokles odporu smyčky fáze-nula pro měděné kabely, zatímco měl by klesnout pouze aktivní odpor.
Ve prospěch techniky „smyčky“ hovoří dva hlavní body:
- Odpor smyčky „fáze-nula“ je měřen během uvádění do provozu v zařízení, a pokud existuje velký nesoulad s výpočty, můžete vždy zaslat opravená počáteční data projektantovi k ověření. Toto nebude fungovat s NP odpory.
- Jednofázové zkratové proudy prostřednictvím této techniky jsou nižší než prostřednictvím GOST, a to je lepší pro kontrolu citlivosti. Pokud projdete testem na těchto proudech, pak předáte GOST
Pokud jste si zautomatizovali výpočty zkratových proudů např. ve stejném Excelu, můžete počítat dvěma způsoby najednou a vybrat si ten nejvhodnější pro vaše podmínky
Ať je to jakkoli, tento příklad ukazuje, že existuje velký rozdíl ve výpočtech jednofázových zkratových proudů v síti 0,4 kV různými metodami a je třeba si dát pozor na výběr jak metodiky samotné, tak počáteční údaje.
