Obliczanie prądów zwarciowych w sieciach rozdzielczych oraz w instalacjach elektrycznych

Transkrypt

1 Obliczaie prądów zwarciowych w sieciach rozdzielczych oraz w isalacjach elekryczych gr iŝ. irosław obusiński Poliechika Wrocławska, aedra Eergoelekryki foracje wsępe Defiicje Zwarcie - przypadkowe lub celowe połączeie dwóch puków sieci elekroeergeyczej, kóre w oralych warukach pracy zajdują się a róŝych poecjałach. Spodzieway prąd zwarciowy - prąd zwarciowy, kóry powiie popłyąć w obwodzie zwarciowy, jeśli zasąpi się go obwode zasępczy, przy załoŝeiu poijalie ałej ipedacji w iejscu zwarcia (zwarcie bezoporowe). 1

2 foracje wsępe Przyczyy zwarć Elekrycze - przepięcia aosferycze i łączeiowe długorwałe przeciąŝeia poyłki łączeiowe Nieelekrycze zawilgoceie izolacji zaieczyszczeie izolaorów adiere zbliŝeie przewodów, uszkodzeia echaicze słupów, kabli, izolaorów wady fabrycze urządzeń, obecość zwierzą, działaie celowe foracje wsępe Skuki zwarć cieple (uszkodzeia, ziszczeie urządzeń, isalacji id. ) elekrodyaicze ( j.w.) zagroŝeie Ŝycia (poraŝeie, oparzeie)

3 foracje wsępe odzaje zwarć - Zwarcia ealicze lub łukowe Zwarcia syerycze - - rójfazowe, - rójfazowe z zieią, Zwarcia iesyerycze - - jedofazowe ( N, PE, PEN), - dwufazowe bezpośredie, - dwufazowe doziee foracje wsępe odzaje zwarć w projekowaiu urządzeń i isalacji Dobór przekrojów przewodów i paraerów aparaów elekryczych cieple i elekrodyaicze oddziaływaie prądów zwarciowych: Zwarcia rójfazowe i jedofazowe (aksyala warość prądu zwarciowego) 3

4 foracje wsępe Zwarcie rójfazowe: p. dobór wlz, rozdzielica w SO a) b) Syse elekroeergeyczy Q Q Sacja Oddziałowa T Trasforaor k3 T k3 Sieć rozdzielcza wlz foracje wsępe Zwarcie rójfazowe: obliczeia isalacji odbiorczej, O a) b) Syse elekroeergeyczy Q Q Sacja Oddziałowa Trasforaor T T Sieć rozdzielcza ozdzielica oddziałowa salacja odbiorcza wlz WZ WZ k3 k3 4

5 foracje wsępe Srukura zasilaia budyku Srukura ieszkalego zasilaia budyku Trasforaor ϑ - Przekładia S oc za. u % apięcie zwarcia P Cu sray ocy w uzwojeiach Sieć zasilająca średiego apięcia U - apiecie zaioowe S - oc zwarciowa Szyy (szyoprzewody) iia kablowa lub apowierza l3,5 WZ 1 ułoŝeie B l7 l10 Zab. P Zab. WZ Z l,5 1 O1 O O3 O4 O5 ozdzielica Główa (G) salacja odbiorccza pojedyczego ieszkaia WZ Ad. 500 W WZ 3 foracje wsępe odzaje zwarć w projekowaiu urządzeń i isalacji Dobór zabezpieczeń i auoayki elekroeergeyczej: iiale warości prądów zwarciowych (zwarcia syerycze oraz iesyerycze, zwłaszcza jedofazowe doziee) Sprawdzaie ochroy przeciwporaŝeiowej : iiale warości prądów zwarciowych jedofazowych 5

6 foracje wsępe Zwarcie jedofazowe : sprawdzaie ochroy przeciwporaŝeiowej w obwodzie odbiorczy a) b) Syse elekroeergeyczy Q 0 Q Sacja Oddziałowa T Trasforaor T Sieć rozdzielcza (TN-C) WZ WZ PEN WZ WZ WZ PEN ozdzielica oddziałowa salacja odbiorcza (TN-S) Przewód zasilający PE PE foracje wsępe kv GSZ Wpływ kofiguracji sieci el-e a warości i rozpływ prądu zwarciowego SO O 6 10 kv O SO O SP SP SP SO SO 6 10 kv SO SO 0,4 kv O O O O O O O 6

7 Sieć przesyłowa Elekrowia foracje wsępe Elekrociepłowia 6 10 kv kv Węzłowa sacja sieciowa 110 kv Wpływ srukury wywarzaia eergii i srukury syseu el-e a warości i rozpływ prądu zwarciowego 110 kv S 110 kv GPZ 15 0 kv GPZ 0,4 kv S Odbiorcy kouali 110 kv 110 kv GPZ 110 kv GSZ 6 10 kv Węzłowa sacja sieciowa Sieć przeysłowa 110 kv 15 0 kv S 15 0 kv S kv S 15 0 kv 0,4 kv 15 0 kv S 0,4 kv Sieć przesyłowa Odbiorcy kouali Odbiorcy kouali foracje wsępe Wpływ kofiguracji sieci i syseu a aksyale warości i rozpływ prądu zwarciowego rójfazowego ofiguracja, przy kórej asępują ajwiększe warości prądów zwarciowych Poiięcie układów połączeń, przy kórych prądy zwarciowe ogą uzyskiwać szczególie duŝe warości, ale przez bardzo króki czas, p. w czasie przełączeń eksploaacyjych 7

8 Obliczaie zwarcia 3 - fazowego Schea zasępczy obwodu zwarciowego rójfazowego Z G G +j G Z od od +j od U 1 U i k3 U 3 W rozwaŝaiach prakyczych zasępuje się układe jedofazowy ( przesuięcie przebiegów okresowych w fazach odpowiedio o π/3 i 4π/3 w sosuku do wyzaczoych w układzie jedofazowy) Sua warości chwilowych składowych ieokresowych w poszczególych fazach jes rówa zeru. Obliczaie zwarcia 1 - fazowego Schea zasępczy obwodu zwarciowego jedofazowego Paraery obwodu zwarego ω i i Źródło apięcia u U si( ω + ψ ) Z u U si( ω + ψ ) i + U apliuda apięcia, ω pulsacja, ψ ką fazowy apięcia w chwili zwarcia di d 8

9 Obliczaie zwarcia 1 fazowego Przebiegi prądu zwarciowego ówaie: u U si( ω + ψ ) i + di d ozwiązaie: i si( ω + ψ ϕ) e si( ψ ϕ) ok + ( i i ) ok Obliczaie zwarcia 1 - fazowego Składowa okresowa i ieokresowa prądu zwarciowego u, i ax i AC u i ϕ ψ i DC i i ok ok si( ω + ψ ϕ) e i p si( ψ ϕ) gdzie: U + ω ϕ arcg ( ω ) 9

10 Obliczaie zwarcia 1 - fazowego Przebieg prądu zwarciowego prąd zwarciowy o przebiegu syeryczy u, i i AC i ω u i u U si( ω + ψ) Z ϕ ψ i DC 0 i p ψφ i i si( ω + ψ ϕ) ok Obliczaie zwarcia 1 - fazowego Przebieg prądu zwarciowego prąd zwarciowy o aksyalej asyerii i ω u, i i AC i u i u U si( ω + ψ ) Z ϕ ψ i ok e si( ψ ϕ) i p i DC i ok ax gdy si(ψ-φ) 1 W obwodach WN 0 : φ π/ czyli: Ψ 0 lub ψ π π Ψ + ϕ lub Ψ 3 π + ϕ 10

11 Obliczaie zwarcia 1 - fazowego Przebieg prądu zwarciowego prąd zwarciowy o aksyalej asyerii prąd udarowy i k ax i p si( ω + ψ ϕ) 1 u, i u i AC i Przy załoŝeiu: Ψ π ; φ π/ ϕ ψ i DC ω p π i p i p cos ω + e κ p κ cosω + e 1+ e p π Obliczaie zwarcia 1 - fazowego Przebiegi prądu zwarciowego prąd zwarciowy o aksyalej asyerii prąd udarowy i p cos ω + e κ p κ cosω + e 1+ e p π Zgodie z orą PN-EC κ e 3 11

12 1 + ) si( ) si( 1 ϕ ψ ϕ ψ ω e i + ) 3 si( ) 3 si( π ϕ ψ π ϕ ψ ω e i + ) 3 4 si( ) 3 4 si( 3 π ϕ ψ π ϕ ψ ω e i Obliczaie zwarcia 3 - fazowego Przebiegi prądu zwarciowego przy zwarciu rójfazowy Obliczaie paraerów prądu zwarciowego PN-EN :00 Tyuł: Prądy zwarciowe w sieciach rójfazowych prądu przeieego. Część 0: Obliczaie prądów Podao eodę obliczaia prądów zwarciowych w iskoapięciowych rójfazowych sieciach prądu przeieego i w wysokoapięciowych rójfazowych sieciach prądu przeieego, pracujących przy częsoliwości 50 Hz lub 60 Hz. Podao ogóly, prakyczy i zwięzły sposób posępowaia prowadzący do wyików o akcepowalej dokładości.

13 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN zwarcia odległe oraz w pobliŝu geeraorów Sadardowe przebiegi prądu zwarciowego: a) zwarcia odległe od źródeł zasilaia (od geeraorów) i k i p Obwiedia góra i DC - składowa aperiodycza i k Obwiedia góra Obwiedia dola a) zwarcia w pobliŝu źródeł zasilaia ip i DC - składowa aperiodycza Obwiedia dola Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN zwarcia odległe od geeraorów i k i p Obwiedia góra i DC - składowa aperiodycza Obwiedia dola zwarcia a iy pozioie apięć iŝ geeraorowe (zwarcie za rasforaore), w obliczeiach prakyczych wedy gdy reakacja rasforaora jes co ajiej dwukroie większa od ipedacji źródła zasilaia, sała apliuda składowej okresowej w czasie rwaia zwarcia, składowa ieokresowa i DC o warości k zaikająca wykładiczo do zera 13

14 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN zwarcia w pobliŝu źródeł zasilaia Brak sałej warości apliudy składowej okresowej DuŜy wpływ zjawisk elekroageyczych w geeraorach, Geeraor sychroiczy zieia warość swojej ipedacji w rakcie rwaia zwarcia w wyiku wysępowaia przebiegów przejściowych w jego uzwojeiach podczas chwilowego przyspieszaia, a asępie wyhaowaia wirika. Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN zwarcia w pobliŝu źródeł zasilaia Składowa okresowa usaloa - usaloy sa pracy + Składowa przejściowa główa - (wpływ uzwojeia wzbudzeia) + Składowa przejściowa wsępa - (wpływ uzwojeń łuiących wirika) Prąd zwarciowy całkowiy (sua poszczególych składowych) 14

15 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN zwarcia w pobliŝu źródeł zasilaia i k Obwiedia góra i p i DC - składowa aperiodycza Obwiedia dola Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN podsawowe paraery prądu zwarciowego Począkowy prąd zwarciowy k (składowa okresowa począkowa prądu zwarciowego) warość skuecza składowej okresowej spodziewaego prądu zwarciowego w chwili powsaia zwarcia ( 0) i k Obwiedia góra k i p i DC - składowa aperiodycza Obwiedia dola 15

16 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN podsawowe paraery prądu zwarciowego Prąd zwarciowy udarowy i p ajwiększa oŝliwa warość chwilowa spodziewaego prądu zwarciowego i k Obwiedia góra i p i DC - składowa aperiodycza Obwiedia dola Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN podsawowe paraery prądu zwarciowego Usaloy prąd zwarciowy warość skuecza składowej syeryczej prądu zwarciowego po zaikięciu wszyskich składowych przejściowych w prądzie zwarciowy. i k Obwiedia góra ip i DC - składowa aperiodycza k Obwiedia dola 16

17 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN podsawowe paraery prądu zwarciowego Składowa aperiodycza i DC średia warość prądu poiędzy górą i dolą obwiedią prądu zwarciowego, o przebiegu zaikający od warości począkowej do zera. i k Obwiedia góra ip i DC - składowa aperiodycza Obwiedia dola Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN podsawowe paraery prądu zwarciowego Prąd wyłączeiowy syeryczy b warość skuecza składowej syeryczej prądu zwarciowego w chwili rozejścia się syków łączika wyłączającego zwarcie lub w począkowej chwili przeapiaia wkładki bezpieczikowej, jeśli zwarcie jes wyłączae przez bezpieczik. i k i p Obwiedia góra i DC - składowa aperiodycza b i Zasępczy prąd zwarciowy cieply h warość skuecza prądu przeieego, o ie zieiającej się apliudzie, kóry płyąc w czasie rówy czasowi rwaia zwarcia, wydzieliłby aką saą ilośc ciepła, co spodzieway prąd zwarciowy. i h Obwiedia dola 17

18 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN zwarcia syerycze i iesyerycze Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN począkowy prąd zwarcia rójfazowego Zwarcie 3-fazowe (syerycze) i (1) Z i () Z i (3) 1 cu 3 Z Z 3 Zasępczy obwód zwarciowy Napięcie zaioowe U Warość współczyika c do obliczaia prądu zwarciowego aksyalego iialego cu 3 Z i Niskie, do 1kV: - 30/400V - ie 1,00 1,05 0,95 1,00 Wysokie, >1 kv 1,10 1,00 18

19 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN prąd zwarciowy udarowy i p κ κ 1+ e κ π e 3 Dla zwarć w pobliŝu źródeł zasilaia oŝa przyjować κ.0 Dla zwarć w sieci, awe jeśli / 0, przyjuje się κ 1.8 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN prąd wyłączeiowy syeryczy µ b µ / lub / N 19

20 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN zasępczy prąd zwarciowy cieply + h κ współczyik reprezeujący zaik składowej aperiodyczej T k / lub / N współczyik reprezeujący zaik składowej okresowej przy zwarciach w pobliŝu źródeł zasilaia. Dla zwarć dalekich od źródeł zasilaia 1 T k Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN zasępcza oc zwarciowa S 3 U 0

21 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN paraery zasępcze obwodu zwarciowego Q - syse U S Tr. 1 S ϑ U 1 /U u % P Cu% or P Cu [kw] - iia ' [ Ω/k] ' [Ω/k] Tr. S ϑ U 1 /U u % P Cu% or P Cu [kw] Dławik zwarciowy U % F Q - syse Tr. 1 - iia Tr. Dławik zwarciowy Q j Q T1 j T1 j T j T j F cu 3 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN paraery zasępcze obwodu zwarciowego O1 O WZ O3 O4 O5 Trasforaor G Syse el-e U S S ϑ U 1 /U u % P Cu% lub P Cu [kw] iia ' [ Ω/k] ' [Ω/k] Z Syse ia Tr Z G Q j Q T1 j T1 j 1 j1 j cu 3 3 j3 WZ 4 j4 WZ - obw j obw 1

22 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN paraery zasępcze obwodu zwarciowego Syse elekroeergeyczy reprezeuje źródło dalekie Z + Q Q j Q Z Q cu S Dla sieci U 35 kv przyjuje się: Q 0,1 Q,, Q 0,995 Z Q Dla sieci U > 35 kv przyjuje się: Q 0, Q Z Q Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN paraery zasępcze obwodu zwarciowego Trasforaory Z + Z T T T j T u % U 100% S T PCu % 100% U S lub T P S Cu[ kw ] U S T Z T T Dla rasforaorów o ocy S >,5 VA zakłada się : T 0, sąd T Z T

23 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN paraery zasępcze obwodu zwarciowego iie Z + j γ 34 Ω l [ ] γ s [ Al] γ 56 Ω ( 54 ) [ Cu] Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN paraery zasępcze obwodu zwarciowego iie ' l jes zwykle obliczoe dla róŝych kosrukcji liii lub odczyae z wykresu 3

24 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN paraery zasępcze obwodu zwarciowego odzaj przewodów w isalacji kable przewody w rurkach isalacyjych liie apowierze eakacja jedoskowa x, Ω 0, ,5 0,30 Przyjuje się uśredioą warość reakacji dla przewodów isalacyjych,: prz 0,08 Dla przewodów szyowych (szyy zbiorcze) przyjuje się sz 0,1 Ω Ω Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN paraery zasępcze obwodu zwarciowego Dławiki zwarciowe Dla dławików zwarciowych zakłada się: 0, sąd Z x% 100% U 3 x% 100 U S S 3 U oc zaioowa (przepusowa) dławika 4

25 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN paraery zasępcze obwodu zwarciowego Z 1 k r U S 1 k r Siliki U 3 k r r S P η cosϕ P 3U η cosϕ Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN paraery zasępcze obwodu zwarciowego Siliki 0,995Z 0,10 κ 1,75 Siliki WN o ocy P odiesioej do pary bieguów 1W 0,989Z 0,15 κ 1,65 Siliki WN o ocy P odiesioej do pary bieguów < 1W 0,9Z 0,45 κ 1,3 Grupy silików połączoych kablai 5

26 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN Uwzględieie silików idukcyjych w prądzie zwarciowy cu 3 Z i p κ µ b q + h Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN przeliczaie paraerów przez przekładię rasforaora Q U 1 T U Z Q ( U ) ZQ ( U 1) ϑt ZQ ( U 1) U U 1 6

27 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN obliczaie zwarcia jedofazowego 1 Z 1 c + Z 3U + Z 0 c Z 1 3U + Z 0 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN ipedacje składowej zerowej Syse 0 Q 0Q 0 Dy Dz, Yz Yy Trasforaor 0T T 0,4 T T 0T (0,93-1) T 0,1 T (7-4) T iia kablowa Dławik N 41 0 ( 3,5 ) 4 0 D 1D 7

28 Obliczaie prądu zwarcia jedofazowego eodą uproszczoą Cel: sprawdzaie ochroy przeciwporaŝeiowej w obwodzie odbiorczy do obliczeń aleŝy przyjąć iialą warość współczyika apięciowego c i aleŝy uwzględić agrzewaie się przewodów podczas zwarcia i związae z y zwiększeie ich rezysacji: 1 c i Z U k1 f 1 0,95U Z k1 f ( ) 1 T + 1,4 WZ + Obliczaie prądu zwarcia jedofazowego eodą uproszczoą Cel: sprawdzaie ochroy przeciwporaŝeiowej w obwodzie odbiorczy a) b) Syse elekroeergeyczy Q 0 Q Sacja Oddziałowa T Trasforaor T Sieć rozdzielcza (TN-C) WZ WZ WZ ozdzielica oddziałowa salacja odbiorcza (TN-S) PE Przewód zasilający PE 8

29 Obliczaie prądu zwarcia jedofazowego eodą uproszczoą Cel: sprawdzaie ochroy przeciwporaŝeiowej w obwodzie odbiorczy Z k1 Z Q + Z T + Z wlz + Z + Z WZ PEN + Z PE 1 +j 1 1 T + WZ + + WZPEN + PE 1 Q + T + WZ + + WZ PEN + PE Obliczaie prądu zwarcia jedofazowego eodą uproszczoą Cel: sprawdzaie ochroy przeciwporaŝeiowej w obwodzie odbiorczy S WZ S WZ PEN WZ WZ PEN WZ WZ PEN S S PE PE, PEN 1 T + WZ + 1 Q + T + WZ + 9

30 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN Wyzaczaie ipedacji zasępczej Z Q Z T1 F1 Z Z 3 Z 4 Z T Z T3 Z T4 Z 1 Z 5 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN Wyzaczaie ipedacji zasępczej Z Q Z T1 Z F Z 3 Z 4 Z T Z T3 Z T4 Z 1 Z 5 30

31 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN Wyzaczaie ipedacji zasępczej Z Q Z T1 Z Z 3 Z 4 F3 Z T Z T3 Z T4 Z 1 Z 5 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN Wyzaczaie ipedacji zasępczej Z Q Z T1 Z Z 3 Z 4 Z T Z T3 Z T4 F4 Z 1 Z 5 31

32 Obliczaie paraerów prądu zwarciowego zgodie z PN-EN Wyzaczaie ipedacji zasępczej Z Q Z T1 Z Z 3 Z 4 Z T Z T3 Z T4 Z 1 F5 Z 5 Przykład obliczeiowy PE syse U110 kv S 1500 VA Tr. 1 S 15 VA ϑ 115/0.5 kv u % 10% 0 kv 110 kv YAY 3x95 '0.116 Ω/k l 500 Przykład obliczaia zwarcia dalekiego od źródeł zasilaia: NaleŜy obliczyć paraery charakerysycze prądu zwarciowego dla zwarcia rójfazowego w iejscach F1 i F. i 0.0 s, 0,05s Tr. S1.6 VA ϑ 0/6.3 kv u % 6% P cu 17 kw C- eacor U 10 kv 500 A x % 6% 0 kv F1 F 6,3 kv 6,3 kv 3

33 Przykład obliczeiowy Przypadek 1: zwarcie w F1 PE syse Q j Q T1 j T1 j T j T cu 3 Tr. 1 ie Tr. F1 Z + j ( 0,79 + j1.776) Ω Z Ω cu 1.1 6kV. 1kA 3 Z 3 1.8Ω ip κ kA 4, 89kA Elee sieci j oearz Ω Ω Syse 0 j 0.08 ZQ Q dla apięcia sieci U>35 kv Trasforaor T1 0 j 0.78 T 0 dla rasforaorów S >,5 VA iia j Trasforaor T 0,64 j pedacja całkowia 0.79 j µ 1.1kA. 1kA b kA. 60kA h. 1kA S 3 U 3.1kA 6kV. 03VA Przykład obliczeiowy Przypadek, zwarcie w F PE syse Dławik zwarciowy Q j Q T1 j T1 j T j T j cu 3 Tr. 1 ie Tr. F Z Z + j ( 0,79+ j.47) Ω +. 49Ω cu 1.1 6kV 1. 53kA 3 Z 3.49Ω Elee sieci j oearz Ω Ω Syse 0 j 0.08 ZQ Q dla sieci o apieciu U>35 kv Trasforaor T1 0 j 0.78 T 0 dla rasforaorów S >,5 VA iia j Trasforaor T 0,64 j Dławik zwarciowy 0 j dławika przyjuje się rówe 0 pedacja całkowia 0.79 j.47 i p κ kA 3. 7kA b µ kA 1. 53kA h kA 1, 94kA 1. 53kA U 3 r kA 0.693Ω 1. 84kV S 3 U kA 6kV 15. 9VA 33