NORMATIV PRIVIND METODOLOGIA DE CALCUL A CURENŢILOR DE SCURTCIRCUIT ÎN REŢELE ELECTRICE CU TENSIUNEA SUB 1 kV Indicativ: PE 134-2/96 Cuprins * DOMENIUL DE APLICARE * OBIECTUL NORMATIVULUI * METODE GENERALE SI IPOTEZE DE CALCUL * DEFINITII * SIMBOLURI, INDICI SI EXPONENTI * TIPURI DE SCURTCIRCUITE * METODE DE CALCUL SI IPOTEZE * IMPEDANTE DE SCURTCIRCUIT * CALCULUL CURENTILOR DE SCURTCIRCUIT * ANEXA 1: Exemple de calcul * ANEXA 2: Relatii de calcul pentru rezistentele si reactantele elementelor de retea * ANEXA 3: Date caracteristice pentru transformatoare MT/JT [kV] * ANEXA 4: Determinarea impedantei homopolare la transformatoarele MT/JT si retea * ANEXA 5: Valoarea rezistentei R si a reactantei X L , pentru conductoare de Al neizolate, la f = 50 Hz * ANEXA 6: Caracteristicile cablurilor de JT si ale cablurilor cu conductoare izolate * ANEXA 7: Raportul dintre componenta homopolara si cea directa ale rezistentei inductive pentru cablurile CYY si ACYY, in functie de calea de intoarcere, la f = 50 Hz * ANEXA 8: Raportul dintre componenta homopolara si cea directa a rezistentei si a reactantei
79
Embed
NORMATIV PRIVIND METODOLOGIA DE CALCUL A ... · Web viewIndicativ: PE 134-2/96 Cuprins * DOMENIUL DE APLICARE * OBIECTUL NORMATIVULUI * METODE GENERALE SI IPOTEZE DE CALCUL * DEFINITII
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
NORMATIV PRIVIND METODOLOGIA DE CALCUL A CURENŢILOR DE SCURTCIRCUIT ÎN REŢELE ELECTRICE CU TENSIUNEA SUB 1 kV
Indicativ: PE 134-2/96
Cuprins
* DOMENIUL DE APLICARE* OBIECTUL NORMATIVULUI* METODE GENERALE SI IPOTEZE DE CALCUL* DEFINITII* SIMBOLURI, INDICI SI EXPONENTI* TIPURI DE SCURTCIRCUITE* METODE DE CALCUL SI IPOTEZE* IMPEDANTE DE SCURTCIRCUIT* CALCULUL CURENTILOR DE SCURTCIRCUIT* ANEXA 1: Exemple de calcul* ANEXA 2: Relatii de calcul pentru rezistentele si reactantele elementelor de retea* ANEXA 3: Date caracteristice pentru transformatoare MT/JT [kV]* ANEXA 4: Determinarea impedantei homopolare la transformatoarele MT/JT si retea* ANEXA 5: Valoarea rezistentei R si a reactantei XL, pentru conductoare de Al neizolate, la f = 50 Hz* ANEXA 6: Caracteristicile cablurilor de JT si ale cablurilor cu conductoare izolate* ANEXA 7: Raportul dintre componenta homopolara si cea directa ale rezistentei inductive pentru cablurile CYY si ACYY, in functie de calea de intoarcere, la f = 50 Hz* ANEXA 8: Raportul dintre componenta homopolara si cea directa a rezistentei si a reactantei inductive pentru cablurile CHPAbI, ACHPAbY, ACHPAbI si ACPAbY, in functie de calea de intoarcere, la f = 50 Hz* ANEXA 9: Impedanta unor elemente din circuitele electrice de joasa tensiune
Prezentul normativ se referă la calculul curenţilor de scurtcircuit în reţelele de joasă tensiune de curent alternativ, cu frecvenţa nominală – 50 Hz. Ţinând seama de practica mondială de exploatare în regim normal a acestor reţele, normativul se va referi numai la reţelele radiale de joasă tensiune (1).
Acest normativ are la bază Normativul privind metodologia de calcul al curenţilor de scurtcircuit în reţele electrice cu tensiune peste 1 kV (PE 134). El este aplicat dacă condiţile simplificatoare de la punctul 3 sunt îndeplinite.
[top]
2. OBIECTUL NORMATIVULUI
Obiectul normativului este prezentarea unei metode practice de calcul al curenţilor de scurtcircuit, într-o reţea de joasă tensiune. Această metodă corespunde riguros PE 134/1995 şi conduce la rezultate prudente şi suficient de exacte.
Sunt luaţi în considerare doi curenţi, care diferă în amplitudine:
curentul de scurtcircuit maxim, care provoacă cele mai mari efecte termice şi electromagnetice şi care determină caracteristicile necesare ale echipamentului electric;
curentul de scurtcircuit minim, care poate servi la reglajul dispozitivelor de protecţie, la verificarea condiţiilor de pornire a motoarelor ş.a.
[top]
3. METODE GENERALE ŞI IPOTEZE DE CALCUL
Conform prezentului normativ, calculul curenţilor de scurtcircuit are în vedere următoarele condiţii:
- scurtcircuit este departe de generator şi este alimentat într-un singur punct al reţelei de alimentare cu energie electrică;
- reţeaua de joasă tensiune luată în considerare nu este buclată (chiar dacă d.p.d.v. constructiv este buclabilă, funcţionarea ei este radială);
- valorile tensiunii de alimentare şi impedanţa elementelor componente ale reţelei sunt considerate constante;
- nu sunt luate în considerare rezistenţele de contact şi impedanţele de defect;
- un scurtcircuit polifazat este simultan pe toate fazele;
- curenţii de scurtcircuit nu sunt calculaţi pentru defectele interne ale unui cablu dintr-un ansamblu de cabluri în paralal;
- configuraţia reţelei nu se modifică pe durata scurtcircuitului. Numărul fazelor implicate în defect rămâne acelaşi (de ex.: un scurtcircuit trifazat rămâne trifazat pe toată durata scurtcircuitului);
- capacităţile liniilor şi admitanţele în paralel cu elementele pasive (sarcini) sunt neglijate;
- nu sunt luate în considerare dublele puneri la pământ în puncte diferite;
- condiţiile pentru neglijarea influenţei motoarelor sunt date în paragraful 7.3. Dacă nu sunt îndeplinite, se va apela la PE 134, paragraful 3.4;
- comutatoarele de prize ale transformatoarelor se consideră pe poziţia principală;
- se consideră impedanţa directă egală cu cea inversă
Alte amănunte pot fi obţinute prin consultarea PE 134/1995.
[top]
4. DEFINIŢII
Aceste definiţii sunt în concordanţă cu normele CEI şi concordă cu cele din PE 134 pentru instalaţii electrice cu tensiunea nominală peste 1 kV.
4.1. Defect – modificarea locală a unui circuit electric (de exemplu ruperea unui conductor, slăbirea izolaţiei).
4.2. Scurtcircuit – legătura galvanică – accidentală sau voită, printr-o impedanţă de valoare relativ redusă – între două sau mai multe puncte ale unui circuit care, în regim normal, au tensiuni diferite.
4.3. Scurtcircuit departe de generator – un scurtcircuit în timpul căruia valoarea componentei simetrice de c.a. rămâne practic constantă.
4.4. Curent de scurcircuit – curentul care se închide la locul de scurtcircuit, produs de un defect sau de o manevră incorectă într-o reţea electrică.
Notă. Se evidenţiază diferenţa dintre curentul la locul de defect şi curenţii care circulă în ramurile reţelei după producerea scurtcircuitului.
Curentul de scurtcircuit este iniţial asimetric în raport cu axa de timp şi poate fi descompus într-o componentă de curent periodică (simetrică) şi o componentă aperiodică (vezi fig. 1).
4.5. Curentul aport la scurtcircuit – curentul care parcurge laturile reţelei în condiţiile existenţei unui scurtcircuit, într-un punct al acesteia.
4.6. Curent de scurtcircuit (prezumat) – curentul care ar circula dacă scurtcircuitul ar fi înlocuit cu unul ideal, printr-o impedanţă nulă (care ar scoate din circuit aparatul), fără nici o modificare a alimentării.
4.7. Curentul de scurtcircuit simetric – valoarea efectivă a componentei simetrice (a curentului alternativ c.a.) la o frecvenţă egală cu cea de exploatare, componenta aperiodică a curentului fiind neglijată. Se determină pentru o întreagă perioadă, dacă valoarea componentei alternative variază.
4.8. Curentul iniţial de scurtcircuit I''k - valoarea efectivă a componentei simetrice a c.a. de sucrtcircuit în momentul producerii scurtcircuitului, dacă impedanţa rămâne constantă (fig. 1).
4.9. Puterea de scurtcircuit iniţială S''k
unde UN – tensiunea nominală a reţelei.
4.10. Curentul de scurtcircuit de şoc Isoc - valoarea maximă posibilă a unui curent de scurtcircuit.
Această valoare depinde de momentul apariţiei scurtcircuitului (valoarea şi faza tensiunii electromotoare). Calculul se face luându-se în considerare condiţiile de fază şi de moment în care se produc curenţii maximi posibili.
4.11. Curentul de trecere ID - valoarea maximă instantanee a curentului care parcurge o siguranţă fuzibilă sau releul de declanşare a unui aparat de deconectare rapidă, în timpul funcţionării acesteia.
4.12. Curentul de rupere Ir - valoarea efectivă a unei perioade complete a componentei simetrice de c.a. la un scurtcircuit net, în momentul separării primului pol al unui aparat de comutaţie.
4.13. Curentul permanent de scurtcircuit Ik – valoarea efectivă a curentului de scurtcircuit, care rămâne după trecerea fenomenelor tranzitorii (fig. 1). Această valoare depinde de caracteristicile reţelei şi ale celor de reglaj al generatoarelor.
4.14. Curentul motorului asincron cu rotorul în scurtcircuit IRS – cea mai mare valoare efectivă a curentului unui motor asincron cu rotorul în scurtcircuit, alimentat la tensiunea nominală UNM şi la frecvenţa nominală.
4.15. Circuit electric echivalent – un model de descriere a funcţionării unui circuit printr-o reţea de elemente ideale.
4.16. Sursă de tensiune – un element activ, care poate fi reprezentat printr-o sursă de tensiune ideală, independentă de toţi curenţii şi toate tensiunile din circuit, în serie cu un element pasiv.
4.17. Tensiunea nominală a sistemului UN este tensiunea prin care este denumită o reţea şi la care se face referire pentru anumite caracteristici de funcţionare a reţelei. Ea reprezintă tensiunea între faze standardizată, la care o reţea este proiectată să funcţioneze şi în raport cu care se asigură funcţionare optimă a sistemului. Tensiunile nominale sunt standardizate.
4.18. Tensiunea de exploatare U – valoarea medie a tensiunii la care este exploatată o reţea în regim normal. Valoarea acesteia este, de regulă, raportată la tensiunea nominală (U/UN - c). Se consideră a fi tensiunea în punctul de scurtcircuit, înainte de apariţia acestuia.
4.19. Sursa echivalentă de tensiune - tensiunea sursei ideale, care se aplică în punctul unde se produce scurtcircuitul, în reţea de secvenţă directă, ca singura tensiune activă a sistemului (modul de calcul al scurtcircuitului se prezintă în paragraful 7.2).
4.20. Factorul de tensiune c – raportul dintre tensiunea sursei echivalente de tensiune şi tensiunea .
Introducerea factorului c este necesară deoarece, pe de o parte, tensiunea variază în timp şi spaţiu, datorită schimbării ploturilor la transformatoare, iar pe de altă parte, în cazul adoptării unor metode simplificate (în care se neglijează sarcinile şi capacităţile), el are rolul unui factor de corecţie.
Valorile c sunt prezentate în tabelul 1.
Tabelul 1
Valorile factorului de tensiune c.
Tensiuni nominale
UN
Factorul de tensiune c pentru
Calculul curentului de scurtcircuit
maxim
Calculul curentului de scurtcircuit
minim
joasă tensiune: 100 V – 1000 V
a) 230/400 V 1,00 1,05
b) alte valori 0,95 1,00
medie tensiune: 1 – 20(35) kV
1,10 1,00
4.21. Impedanţa de scurtcircuit la locul de defect k (2, anexa 3).
4.21.1. Impedanţa directă (Zd) a unui sistem trifazat c.a. – impedanţa pe fază într-un sistem de succesiune directă, văzută de la locul de defect k.
4.21.2. Impedanţa inversă (Zi) a unui sistem trifazat de c.a. – impedanţa pe fază într-un sistem de succesiune inversă, văzută de la locul de defect k.
Notă. În prezenta instrucţiune, care se referă la scurtcircuite departe de un generator, se admite, în toate cazurile
4.21.3. Impedanţa homopolară (Zh) a unui sistem trifazat de c.a. – impedanţa pe fază într-un sistem de succesiune homopolară, văzută de la locul de defect k, se include şi impedanţa dintre neutru şi pământ 3 ZN.
4.21.4. Impedanţa de scurtcircuit a unui sistem trifazat (Zk) – formă prescurtată de exprimare pentru impedanţa directă, în cazul calculelor curenţilor de scurtcircuit trifazaţi.
4.22. Impedanţa de scurtcircuit ale echipamentului electric
4.22.1. Impedanţa directă de scurtcircuit (Zd) a unui echipament electric – raportul dintre tensiunea fază-neutru şi curentul de scurtcircuit corespunzător fazei unui echipament alimentat de un sistem de tensiuni de succesiune directă (fig. 2).
4.22.2 Impedanţa inversă de scurtcircuit (Zi) a unui echipament electric – raportul dintre tensiunea fază-neutru şi curentul de scurtcircuit corespunzător fazei unui echipament alimentat de un sistem de tensiuni de succesiune inversă (fig. 2).
4.22.3. Impedanţa homopolară de scurtcircuit (Zh) a unui echipament electric – raportul dintre tensiunea pe fază (fază – pământ) şi curentul de scurtcircuit al unei faze a echipamentului electric, când acesta este alimentat de la o sursă de tensiune de c.a., dacă cei trei conductori de fază paraleli sunt utilizaţi pentru alimentare iar un al patrulea conductor şi pământul, drept conductor de întoarcere (fig. 2).
4.23. Timp minim de deconectare – tmin – cel mai scurt timp ce se desfăşoară între înceuputul unui curent de scurtcircuit şi prima separare a contactelor unui pol al aparatului de deconectare, respectiv timpul de ardere al unei siguranţe.
Timpul tmin (în afara protecţiilor prin siguranţe) este suma dintre timpul cel mai scurt de acţionare a releului de declanşare şi cel mai scurt timp de deschidere a întreruptorului.
[top]
5. SIMBOLURI, INDICI ŞI EXPONENŢI
Simbolurile reprezintă mărimi care, într-un sistem coerent de unităţi de măsură ca Sistemul Internaţional (SI), au valori numerice şi dimensiuni diferite
5.1. Simboluri
I"k – curent iniţial de scurtcircuit (valoare efectivă);
IN – curentul nominal al unui echipament electri (valoare efectivă);
işoc – curent de scurtcircuit de şoc;
ID – curent de trecere;
Ir – curent de rupere (valoare efectivă);
Ik – curent permanent de scurtcircuit;
IRS – curentul motorului asincron cu rotorul în scurtcircuit;
S"k – puterea de scurtcircuit iniţială;
SN – puterea aparentă nominală a unui echipament electric;
Calculul curenţilor de scurtcircuit nesimetric este uşurat de utilizarea metodei componentelor simetrice (2, anexa 3).
Pentru reţelele de joasă tensiune, depărtate de generator, analizate în prezentul normativ, sunt considerate impedanţele de scurtcircuit directă Zd şi homopolară Zh (deoarece se admite Zi = Zd).
Impedanţa de scurtcircuit directă Zd, la locul de scurtcircuit k, se obţine, cum rezultă din fig. 2a, aplicând în k un sistem simetric direct de tensiuni. Toate maşinile turnante sunt scurtcircuitate în amonte de impedanţele lor interne.
Impedanţa de scurtcircuit homopolară Zh, la locul de scurtcircuit k, se obţine, cum rezultă din fig. 2b, aplicând o tensiune alternativă între fazele scurtcircuitate şi întoarcerea comună.
În afara unor cazuri particulare, Zh = Zd.
7.2. Sursă de tensiune echivalentă în punctul de scurtcircuit
Curentul de scurtcircuit în punctul de scurtcircuit k este obţinut cu ajutorul unei surse de tensiune echivalentă, aplicată în reţeaua directă, în acest punct k.
Tensiunea acestei surse este şi este singura tensiune activă din reţea. Toate celelalte tensiuni active (ale reţelelor de alimentare, maşinilor sincrone şi asincrone) sunt anulate, adică sunt scurtcircuitate în amonte de impedanţele lor interne. Conform paragrafului 3, toate capacităţile liniilor şi admitanţele paralele (sarcinile) sunt neglijate.
Factorul c depinde de tensiunea reţelei şi diferă după modul cum se efectuează calculul pentru curentul de scurtcircuit minim sau maxim. Valorile factorului c vor fi luate conform tabelului 1.
7.3. Condiţii pentru neglijarea influenţei motoarelor
Contribuţia motoarelor asincrone la scurtcircuit la curentul de scurtcircuit I"k se neglijează dacă
unde: INM - suma curenţilor nominali ai motoarelor racordate direct (nu prin intermediul transformatoarelor) la reţeaua unde se produce scurtcircuitul:
La bara la care sunt racordate (UNM considerat U = 0,4kV)
iar
în care:
INM - curentul nominal al motorului;
SNM - puterea aparentă a motorului;
PNM - puterea activă nominală a motorului;
N - randamentul nominal;
cosN - factorul de putere nominal;
I"k - curentul de scurtcircuit simetric iniţial în lipsa motoarelor.
Evident, dacă aportul motoarelor asincroane poate fi neglijat la bara la care sunt racordate, el va putea fi neglijat şi la celelalte bare, mai departe de locul de conectare directă a motoarelor.
Dacă sunt motoare la mai multe niveluri de tensiune şi în alte cazuri, se vor folosi indicaţiile din PE134/paragraful 3.4.
În figura 4 este reprezentat un scurtcircuit pe partea de joasă tensiune a unui transformator alimentat dintr-o reţea de medie tensiune.
Pentru reţeaua de medie tensiune se cunoaşte curentul de scurtcircuit simetric iniţial I”ks la nivelul barelor colectoare şi implicit -
. Cu aceste date poate fi determinată valoarea absolută a impedanţei de scurtcircuit:
(2)
unde ck - factorul de tensiune relativ la bara sursei, conform tabelului 1 utilizat la determinarea lui I"ks.
Pentru calculul curenţilor maximi şi minimi de scurtcircuit se vor utiliza diferitele valori I"ksmax şi I"ksmin.
Dacă nu se cunoaşte I"ksmin se poate utiliza Zk calculat pentru curentul maxim.
Curenţii I"ks minimi şi maximi vor fi calculaţi conform PE 134 şi pot include şi aportul motoarelor la tensiunea respectivă.
Dacă nu se cunosc cu exactitate R şi X ale sursei se poate considera că
RS = 0,1 XS (3a)
XS = 0,995 ZS (3b)
În general nu este necesară cunoaşterea impedanţei homopolare a reţelei de alimentare, deoarece cea mai mare parte a transformatoarelor (prin conexiunea lor) decuplează sistemele homopolare ale sursei şi ale reţelei de joasă tensiune.
Rs, Xs, Zs va trebui să fie raportate la tensiunea punctului k de scurtcircuit.
8.2. Transformatoare
Impedanţa de scurtcircuit directă a transformatoarelor cu două înfăşurări
Zd = ZT = RT + jXT unde: (4a)
(4b)
(4c)
(4d)
unde:
UN - tensiunea nominală (kV);
SNT - puterea nominală a transformatorului (kVA);
uk - tensiunea de scurtcircuit (%);
PT - pierderile totale în înfăşurare la curentul nominal (kW);
uR - căderea de tensiune rezistivă (%):
IN.jt - curentul nominal de j.t. (A)
Impedanţa de scurtcircuit homopolară a transformatoarelor pe partea de joasă tensiune este obţinută de la constructorul acestuia sau utilizând rapoartele XhT/XTjt şi RhT/RTjt din anexa 4.
Pentru alte tipuri de transformatoare, în afara celor cu două înfăşurări, vor fi utilizate indicaţiile din PE 134.
8.3. Linii aeriene şi cabluri
Impedanţele ZdL şi ZhL ale liniilor aeriene şi ale cablurilor, depind de tipul constructiv şi sunt date de proiect.
Impedanţa directă de scurtcircuit:
şi ZdL = ZL = RL + jXL (5)
Rezistenţa RL = I ro ; l - lungimea liniei şi r0 - rezistenţa specifică; valoarea efectivă a rezistenţei r0 este funcţie de temperatură. Pentru calculul curentului maxim temperatura conductorului va fi considerată egală cu 20C.
La 20C rezistenţa unui conductor cu secţiunea qn şi rezistivitatea va fi:
(6)
este:
- pentru cupru
- pentru aluminiu
- pentru aliaje de aluminiu
Pentru calculul curentului minim trebuie luată în considerare temperatura la sfârşitul scurtcircuitului (e). Rezistenţa va fi:
RL = [1 + 0,004(e - 20o)]RL20 (7)
Reactanţa XL = I xo unde xo este reactanţa specifică /km.
Impedanţa homopolară de scurtcircuit ZhL depinde de calea de întoarcere a curentului. Ea este determinată cu ajutorul rapoartelor RhL/RL şi XhL/XL prin măsurători sau calcul (anexa 6, 7).
8.4. Motoare asincrone
Reactanţa unui motor asincron se determină cu relaţia:
(8)
în care: Ip - curentul de pornire
În lipsa altor date, raportul IP/IN se poate lua egal cu 6.
UN, IN - tensiunea nominală - respectiv curentul nominal al motorului.
Dacă sunt mai multe motoare identice (n), reactanţa echivalentă va fi:
Se menţionează faptul că se neglijează impedanţele de legătură ale motoarelor, la bara la care se produce scurtcircuitul.
8.5. Motoare asincrone
Motoarele sincrone se consideră în calculul curenţilor de scurtcircuit, modelate prin reactanţa supratranzitorie (X”d) - pentru calcul curentului I"k şi, respectiv, prin reactanţa tranzitorie (X’d), pentru calculul cuentului de rupere.
8.6. Impedanţa altor elemente
Pentru calculul curentului minim de scurtcircuit, poate fi necesar să se ţină seama de impedanţa altor elemente, ca barele colectoare, transformatoare de curent ş.a. (vezi anexa 1).
8.7. Raportarea impedanţelor
Pentru calculul curentului de scurtcircuit la joasă tensiune, toate impedanţele de pe partea de înaltă (medie) tensiune a reţelei trebuie aduse la acest nivel de tensiune. Aceasta se face cu ajutorul raportului de transformare tP conform relaţiei (9): raport care poate fi cel nominal sau cel uzual:
(9)
Impedanţa de pe partea de MT sunt raportate astfel:
(10)
Indicele r a fost introdus pentru a indica faptul că este valoarea raportată la joasă tensiune.
[top]
9. CALCULUL CURENŢILOR DE SCURTCIRCUIT (vezi tabel 2)
9.1. Calculul curenţilor de scurtcircuit trifazat simetric
În fig. 5 sunt prezentate etapele de calcul al unui scurtcircuit trifazat simetric, într-o reţea radială alimentată printr-un transformator. Tensiunea sursei echivalente din punctul k de scurtcircuit este singura sursă activă a reţelei. Toate celelalte tensiuni sunt anulate. Toate impedanţele sunt luate în considerare în impedanţa echivalentă Zk.
9.1.1. Curentul iniţial de scurtcircuit – I''k
Cu tensiunea sursei echivalente, în k, punctul de scurtcircuit (paragraful 7.2) şi impedanţa Zk (Zk = Zd) curentul de scurtcircuit simetric iniţial se determină cu relaţia:
(11)
9.1.2. Curentul de scurtcircuit de şoc = işoc
Curentul de scurtcircuit de şoc este dat de relaţia:
Factorul în funcţie de raportul R/X sau X/R se obţine din figura 6. R respectiv X reprezintă valorile echivalente ale acestora, de la sursă la punctul de scurtcircuit (pentru exemplificare vezi figura 5).
Factorul poate fi şi calculat, cu ecuaţia aproximativă:
= 1,02 + 0,98e-3R/X (13)
9.1.3. Curenţii de scurtcircuit simetric de rupere lr şi permanent lk
Pentru un scurtcircuit departe de generator, curentul de scurtcircuit simetric de rupere Ir şi curentul de scurtcircuit permanent lk sunt egali cu curentul de scurtcircuit iniţial I”k:
Ir = Ik = I"k (14)
Tabelul 2
Calculul curentilor de scurtcircuit cu componente simetrice
Relatii intre marimi la locul de defect Schema echivalenta Relatii de calcul ale marimilor la locul de defect
La tensiunea sursei echivalente , aplicată în punctul de scurtcircuit k şi cu impedanţa de scurtcircuit directă Zd = Zk = Zh curentul iniţial de scurtcircuit bifazat este dat de relaţia:
(15) unde Ik este dat de relaţia (11)
Curentul de scurtcircuit de şoc işoc2:
(16) unde işoc este dat de relaţia (12)
Pentru un scurtcircuit bifazat (izolat de pământ) factorul este acelaşi ca pentru un scurtcircuit trifazat, cu ipotezele acceptate în acest normativ.
9.3. Curent de scurtcircuit monofazat 1) (fază-pământ)
Cu tensiunea sursei echivalente , aplicată în punctul de scurtcircuit k, cu impedanţa directă Zd şi impedanţa homopolară Zh curentul de scurtcircuit iniţial este dat de relaţia:
(17)
sau curentul de şoc işoc1:
(18)
Pentru simplificare, poate fi luat cu aceeaşi valoare ca în cazul scurtcircuitului trifazat.
1) Notă. Pentru calculul curenţilor de punere la pământ, în reţelele de joasă tensiune cu neutrul izolat, vor fi folosite indicaţiile din PE 134/95, paragraful 3.5.
9.4. Aportul motoarelor asincrone la curentul de scurtcircuit
Dacă condiţia din relaţia (1), paragraful 7.3, nu este realizată, se determină aportul motoarelor asincrone:
- la scurtcircuit trifazat
I''kM3 = UN / XM
(19)
IkM3 = I"kM3
IkM3 = 0
- la scurtcircuit bifazat
(20)
IkM2 = 1/2 I''kM3
- la scurtcircuit monofazat
I"kM1 = 0 (21)
BIBLIOGRAFIE
1. Normativ privind metodologia de calcul al curenţilor de scurtcircuit în reţelele electrice cu tensiunea peste 1 kV (PE 134)/1995.
2. Guide d'application pour le calcul des courants de court-circuit dans les réseaux á basee tension radiaux - CEI - 781/1989.
3. Switchgear Manual - ABB, 8th edition.
4. Vaghin, G., Cecikov, V.A. - Calculul curenţilor de scurtcircuit în reţelele de distribuţie sub 1000 V (lb. rusă), Promâşiennaia energhetika, 12/1985.
[top]
ANEXA 1
EXEMPLE DE CALCUL
Exemplul I. Calculul curenţilor de scurtcircuit într-o reţea de JT
* Schema reţelei (fig. 7)
Parametrii reţelei
- Reţeaua de alimentare: UNS = 20kV
I"ksmax = 14,43 kA cs = cmax = 1,1 I"ksmin = 11,55 kA cs = cmax = 1,0
Cablul L1
3 x (1 x 150)mm2 ro = 212 m/kmxo = 197 m/kmI = 1,7 km
2 x (4 x 240)mm2 ro = 77,5 m/kmxo = 79 m/kml = 5m Rh/R = 3,55 Xh/X = 3,10
Cablul L3
4 x 70 mm2 ro = 268,6 m/km
xo = 82 m/km l = 20m Rh/R = 4,0 Xh/X = 3,66
Cablul L4
5 x 6 mm2 ro = 3030 m/km xo = 100 m/km l = 10m Rh/R = 40 Xh/X = 4,03
Motoare
M1 PNM = 0,02 MW cosN = 0,85N = 0,93
M2 PNM = 0,04 MW cosN = 0,85N = 0,93
Se precizează că neutrul transformatorului pe partea de JT este direct legat la pământ iar întoarcerea comună se face printr-un al patrulea conductor, care are aceeaşi secţiune ca şi conductorul de fază. Schema de conexiune a transformatoarelor fiind /Y , reţeaua homopolară de joasă tensiune este decuplată de cea de înaltă tensiune.
În acest exemplu, pentru calculul curenţilor minimi se consideră temperatura maximă e = 145o = 145oC, egală pentru toate cablurile, conform ecuaţiei (7): RL = 1,5 RL20.
Tabelul A 1
Calculul impedantelor directe (curenti de scurtcircuit maximi)
Elementul Relaţia de calcul Calcul R[m]
X[m]
Z[m]
Reţeaua de alimentare
880
Xs = 0,995·Zs Xs = 0,995·880 m 875,6
Rs = 0,1·Xs Rs = 0,1·875,6 m 87,56
Cablul L1
RL = I·ro 360,4
XL = I·xo 334,9
ZMT alimentareRMT
447,96
XMT 1210,5
Raport de transformare
(ZMT), alimentare
1 / t2r = 1 / 502 = 0,0004 0,179
0,484
Transformator T1
16,0
4,6
15,32
Cablul L2
0,194
0,198
Cablul L3
RL = ro·I 5,372
XL = xo·I 1,64
Cablul L4
RL = ro·I 30,3
XL = xo·I 1,00
Tabelul A 2
Calculul curentilor maximi de scurtcircuit trifazat si bifazat
UN = 400 V c = cmax = 1,0
Nr crt
Element Impedanţa de scurtcircuit Curenţii maximi de scurtcircuit trifazat Elemenţi maximi de scc bifazat
La calculul curenţilor minimi de scurtcircuit nu se ia în considerare influenţa motoarelor asincrone.
Exemplul II. Determinarea influenţei puterii de scurtcircuit a reţelei de alimentare pe partea de MT şi a puterii trafo MT/JT asupra curentului de scurtcircuit I''K în reţeaua de joasă tensiune
Se determină variaţia funcţiei , în care:
I"k - curentul real de scurtcircuit;
I"k - curentul de scurtcircuit în cazul neglijării impedanţei reţelei de MT (puterea infinită a sursei de MT);
S"k - puterea de scurtcircuit a sursei de MT;
S"k = (100 750) MVA
SNT - puterea nominală a transformatorului:
SNT = (160 2500) kVA
Fig. 8
Mod de calcul (exemplu pentru S''k = 250 MVA, SNT = 400kVA)
b) Caracteristicile conductoarelor izolate torsadate
Secţiunea mm2 Rezistenţa /km Reactanţa /km
16 1,802 0,098
25 1,181 0,097
35 0,833 0,89
50 0,579 0,86
70 0,437 0,084
[top]
ANEXA 7
Raportul dintre componenta homopolara si cea directa ale rezistentei inductive pentru cablurile CYY si ACYY, in functie de calea de intoarcere, la f = 50 Hz
Raportul dintre componenta homopolara si cea directa a rezistentei si a reactantei inductive pentru cablurile CHPAbI, ACHPAbY, ACHPAbI si ACPAbY, in functie de calea de intoarcere, la f = 50 Hz
d. Intoarcerea prin conductorul de nul, manta si pamant
[top]
ANEXA 9
Impedanţa unor elemente din circuitele electrice de joasă tensiune
În ultimele materiale CEI şi VDE (respectiv (3)), în calculul curenţilor de scurtcircuit de joasă tensiune, nu sunt luate în considerare impedanţele unor elemente ca: bare colectoare, transformatoare de curent, contact etc.
De altfel şi în literatura sovietică (4) se arată că "scăderea curenţilor de scurtcircuit poate conduce la erori în alegerea elementelor din sistemul de electroalimentare şi a aparatajului de protecţie", cu toate că în articol se dau valori pentru impedanţe suplimentare, de introdus în circuit.
Deşi în normele actuale (2) nu este indicată considerarea unor impedanţe suplimentare, în cele ce urmează vor fi date indicaţii pentru determinarea acestora. Rămâne ca utilizarea lor să se facă în anumite situaţii, pentru verificarea şi reglarea de precizie a aparatelor speciale de protecţie.
Rezistenţele de contact, în cazul în care nu se cunosc alte valori, pot fi considerate (ca valori limită maxime, după relaţia lui Holm) egale cu:
(1)
Aparate de comutaţie şi protecţie. Valoarea reactanţei este neglijabilă. Valoarea rezistenţelor interne proprii se poate deduce din valoarea pierderilor active de putere pe fază, care sunt precizate în cataloagele produselor:
(2)
în care:
Pfază - puterea disipată pe fază;
IN - curentul nominal al aparatului.
Se menţionează că valoarea pentru puterea disipată este dată în general între borna de intrare şi ieşire a aparatului, excluzând pierderile de putere în rezistenţele de contact la bornele de racord. La aparatele debroşabile însă sunt incluse şi disipările în rezistenţele de contact ale bornelor de intrare şi ieşire (fără rezistenţele în punctele de racord exterioare).
Spre exemplu, pentru întreruptoarele USOL, fabricaţie ELECTROAPARATAJ, aceste valori sunt
USOL
Puterea disipată pe fază (W)
montaj fix debroşabile
250 15 21
630 35 50
800 35 52
Este interesant de observat (4) că pentru transformatoarele de curent IN > 500A, impedanţa este neglijabilă.
Siguranţe fuzibile. În cataloagele de produs este indicată puterea activă disipată de fază, care permite determinarea R fază. Pentru calculul total al rezistenţei Rtfază trebuie adăugate şi cele două rezistenţe de contact în broşele de legătură ale patronului calculate ca mai sus.
Deci:
Rtfaza = Rfaza + 2Rc
Impedanţa barelor colectoare.
(3)
în care:
r - rezistivitatea barei;
l - lungimea barei;
s - secţiunea barei;
- media geometrică a distanţelor între bare (pentru dispoziţie orizontală la distanţa d între axele barelor):
- raza medie echivalentă a secţiunii dreptunghiulare de dimensiuni a x b
= 0,224·(a + b)
Rezistenţa arcului la locul de producere a scurtcircuitului (4)
(4)
în care:
Ea - intensitatea câmpului electric. Se poate considera Ea = 1,5V/mm;
Is - lungimea arcului, mm (egală cu dublul distanţei dintre fazele reţelei în punctul de scurtcircuit).;
Se menţionează că rezistenţa arcului este cu mult mai mare decât suma celorlalte rezistenţe de pe circuit pentru un scurtcircuit la bornele transformatoarelor MT/JT (96% din valoarea totală: 8,84m total). Pentru transformatoarele de 400, 630 kVA importanţa impedanţei arcului se reduce la barele 2, 3 etc., dar pentru transformatoarele de 1600, 2500 kVA rezistenţa arcului rămâne predominantă până la bara 3 (de exemplu pentru transformatorul 1600kVA: Rarc = 10,3m faţă de 12,01m total).
În (4) se propune o formulă aproximativă:
(5)
în care:
St - puterea nominală a transformatorului (kVA);
a - distanţa dintre fazele reţelei în punctul de scurtcircuit (mm);
k - coeficientul dependent de locul de scurtcircuit:
k = 2 - pentru primul nivel al reţelei de distribuţie (tablou de distribuţie, aparate alimentate radial din tabloul principal de distribuţie sau magistrate principale);
k = 3 - pentru nivelul doi al reţelei (puncte de distribuţie şi aparate alimentate din primul nivel);
k = 4 - pentru aparate şi receptoare alimentate din nivelul 2.
Pentru schemele magistrale se determină rezistenţa de trecere cu (5), iar petnru schemele radiale: