Metodi per il calcolo delle correnti di cortocircuito. Calcolo delle correnti di cortocircuito

La maggior parte dei guasti nei sistemi elettrici provoca cortocircuiti tra le fasi o verso terra (vedere la Figura 1). Negli avvolgimenti macchine elettriche e trasformatori, oltre ai cortocircuiti, ci sono cortocircuiti tra le spire di una fase.

Riso. 1. Tipi di danni negli impianti elettrici:

a, b, c ed e - cortocircuito verso terra trifase, bifase, monofase e bifase,

d e f - cortocircuiti di una fase e due fasi a terra in una rete con neutro isolato

Le principali cause di danno sono:

1) violazione dell'isolamento delle parti che trasportano corrente causata dal suo invecchiamento, condizioni insoddisfacenti, sovratensione, danni meccanici;

2) danni ai cavi e ai supporti delle linee elettriche causati dal loro insoddisfacente stato, ghiaccio, venti di uragano, danza dei cavi e altri motivi;

3) errori del personale durante le operazioni (spegnimento dei sezionatori sotto carico, messa a terra erroneamente lasciata, ecc.).

Tutti i danni sono il risultato di difetti di progettazione o imperfezioni dell'apparecchiatura, scarsa qualità di fabbricazione, difetti di installazione, errori di progettazione, manutenzione insoddisfacente o impropria dell'apparecchiatura, modalità di funzionamento anormali dell'apparecchiatura, funzionamento dell'apparecchiatura nelle condizioni per cui è non progettato. Pertanto, il danno non può essere considerato inevitabile, ma allo stesso tempo non può essere ignorata la possibilità del loro verificarsi.

Corto circuiti (SC) sono il tipo di danno più pericoloso e grave. In caso di cortocircuito, l'EMF E del generatore (generatore) viene "cortocircuitato" attraverso la resistenza relativamente bassa di generatori, trasformatori e linee (vedi Fig. 1, a - d e f).

Pertanto, nel circuito di un EMF in cortocircuito, sorge una grande corrente I k, chiamata attuale corto circuito .

I cortocircuiti si dividono in:

- trifase, bifase e monofase a seconda del numero di fasi chiuse;

- cortocircuiti con e senza terra;

- chiusure in uno e due punti della rete (vedi Fig. 1).

Durante un cortocircuito, a causa dell'aumento della corrente, aumenta la caduta di tensione negli elementi del sistema, il che porta a una diminuzione della tensione in tutti i punti della rete, perché tensione in qualsiasi punto M (vedi Fig. 2, a) Ú M \u003d Ė - Í a z M, dove Ė è l'EMF della fonte di alimentazione, a z M è la resistenza dalla fonte di alimentazione al punto M.

Riso. 2. Influenza della caduta di tensione durante il cortocircuito:

a - per il lavoro dei consumatori; b - al sistema di alimentazione

La maggiore diminuzione della tensione si verifica nel luogo del cortocircuito (punto K) e nelle sue immediate vicinanze (Fig. 1-2, a). Nei punti della rete lontani dal guasto, la tensione diminuisce in misura minore.

L'aumento della corrente e la diminuzione della tensione derivanti da un cortocircuito portano a una serie di conseguenze pericolose.

1) La corrente di cortocircuito I k, secondo la legge di Joule-Lenz, cede calore Q = k rt nella resistenza attiva r del circuito che attraversa durante il tempo t.

Nel punto danneggiato, questo calore e la fiamma dell'arco elettrico producono una grande distruzione, la cui dimensione è tanto più grande quanto più più attuale io a e ora t.

Passando attraverso apparecchiature e linee elettriche integre, la corrente di cortocircuito I k le riscalda oltre il limite consentito, il che può causare danni all'isolamento e alle parti sottoposte a corrente.

2) La caduta di tensione durante un cortocircuito interrompe il lavoro dei consumatori.

I principali consumatori di elettricità sono i motori elettrici asincroni. Il momento di rotazione dei motori M d è proporzionale al quadrato della tensione U ai loro terminali: M d \u003d kU 2.

Pertanto, con una forte diminuzione della tensione, il momento di rotazione dei motori elettrici può essere inferiore al momento di resistenza dei meccanismi, che porta al loro arresto.

Anche il normale funzionamento degli impianti di illuminazione, che costituiscono la seconda parte significativa dei consumatori di elettricità, viene interrotto quando la tensione scende.

4) Secondo, la conseguenza più grave di una caduta di tensione è una violazione della stabilità del funzionamento in parallelo dei generatori. Ciò può portare al collasso del sistema e alla cessazione del potere per tutti i suoi consumatori.

Le ragioni di tale guasto possono essere spiegate dall'esempio del sistema mostrato in Figura 2, 6. In modalità normale, la coppia meccanica delle turbine è bilanciata dalla coppia di contrasto creata dal carico elettrico dei generatori, di conseguenza di cui la frequenza di rotazione di tutti i turbogeneratori è costante e uguale a quella sincrona. Se si verifica un cortocircuito nel punto K sui pneumatici della centrale A, la tensione su di essi diventerà zero. Di conseguenza, anche il carico elettrico e, di conseguenza, il momento di contrasto dei generatori diverranno pari a zero. Allo stesso tempo, la stessa quantità di vapore (o acqua) entra nella turbina e la sua coppia rimane invariata. Di conseguenza, la velocità di rotazione del turbogeneratore inizierà ad aumentare rapidamente, perché. Il regolatore di velocità della turbina è lento e non sarà in grado di impedire l'accelerazione della rotazione dei generatori a turbina della stazione A.

I generatori della stazione B sono in altre condizioni, sono stati rimossi dal punto K, quindi la tensione sui loro pneumatici potrebbe essere prossima alla normalità. A causa del fatto che i generatori della centrale A si sono scaricati, l'intero carico dell'impianto ricadrà sui generatori della stazione B, che possono sovraccaricare e ridurre la velocità. Pertanto, a causa di un cortocircuito, la velocità di rotazione dei generatori delle centrali elettriche A e B diventa diversa, il che porta a una violazione del loro funzionamento sincrono.

Con un lungo cortocircuito, può verificarsi anche una violazione della stabilità del funzionamento dei motori elettrici asincroni. Con una diminuzione della tensione, la velocità di rotazione dei motori elettrici asincroni diminuisce.

Se lo scorrimento supera un valore critico, il motore andrà nella zona di funzionamento instabile, si ribalterà e frenerà completamente.

Con un aumento dello scorrimento, aumenta la potenza reattiva consumata dai motori asincroni, che può portare a un deficit dopo lo spegnimento di un cortocircuito. potere reattivo e di conseguenza, ad una diminuzione di tensione simile a una valanga nell'intero sistema e alla cessazione del suo funzionamento.

Gli incidenti con una violazione della stabilità del sistema sono i più gravi in ​​termini di danni all'alimentazione.

Le conseguenze considerate di un cortocircuito confermano la conclusione di cui sopra che si tratta di un tipo di danno grave e pericoloso che richiede un rapido arresto.

Dispersione verso terra di una fase in una rete con neutro isolato o collegato a terra tramite l'elevata resistenza della bobina di spegnimento dell'arco (DGC). La Figura 1, e mostra che un guasto a terra non provoca un cortocircuito, perché L'EMF E A della fase A danneggiata non è deviato dal collegamento a terra apparso al punto K. La corrente Ia che si forma in caso di guasto è chiusa attraverso la capacità C dei fili rispetto a terra e quindi, di regola, ha un valore piccolo, ad esempio diverse decine di ampere. Tensioni di linea in questo tipo di danno rimangono invariati.

Per questo motivo, nelle sue conseguenze, un guasto a terra monofase in reti con neutro isolato o collegato a terra tramite un DGK differisce in modo significativo da un cortocircuito. Non pregiudica il lavoro dei consumatori e non disturba il funzionamento sincrono dei generatori. Tuttavia, questo tipo di danno crea una modalità anomala, causando sovratensione, che è pericolosa dal punto di vista della possibilità di rottura dell'isolamento rispetto a terra di due fasi non danneggiate e del passaggio di un guasto a terra monofase a un'interfase cortocircuito (vedi Fig. 1, e).

modalità anomale

Le modalità anormali includono modalità associate a deviazioni dai valori consentiti di corrente, tensione e frequenza, pericolose per le apparecchiature o funzionamento stabile del sistema di alimentazione.

Consideriamo i regimi anormali più tipici.

1) Sovraccarico dell'attrezzatura causato da un aumento di corrente superiore al valore nominale. Valutatoè la corrente massima consentita per questa apparecchiatura per un tempo illimitato.

Se la corrente che passa attraverso l'apparecchiatura supera il valore nominale, a causa del calore aggiuntivo da essa generato, la temperatura delle parti che trasportano corrente e dell'isolamento, dopo un po', supera il valore consentito, il che porta ad un'usura accelerata dell'isolamento e il suo danno. Il tempo concesso per il passaggio delle correnti aumentate dipende dalla loro entità. La natura di questa dipendenza è mostrata in Figura 3 ed è determinata dalla progettazione dell'apparecchiatura e dal tipo di materiali isolanti. Per evitare danni all'apparecchiatura in caso di sovraccarico, è necessario adottare misure per scaricare o scollegare l'apparecchiatura.

Riso. 3. Dipendenza della durata del sovraccarico ammissibile dall'entità della correntet = f (io)

I nom - corrente nominale dell'apparecchiatura

2) Oscillazioni nei sistemi si verificano quando i generatori (o centrali elettriche) A e B funzionanti in parallelo non sono sincronizzati (vedi Fig. 2, b). Quando si oscilla in ogni punto del sistema, si verifica una variazione periodica ("oscillazione") di corrente e tensione. La corrente in tutti gli elementi di rete che collegano i generatori A e B fuori sincronismo oscilla da zero a un valore massimo molte volte maggiore di valore normale. La tensione scende da normale a un valore minimo, che ha un valore diverso in ogni punto della rete. Al punto C, chiamato centro elettrico oscilla, diminuisce a zero, in altri punti della rete la tensione scende, ma rimane al di sopra dello zero, crescendo dal centro di oscillazione C alle fonti di alimentazione A e B. Per la natura della variazione di corrente e tensione, le oscillazioni sono simili ai cortocircuiti. Un aumento della corrente provoca il riscaldamento dell'apparecchiatura e una diminuzione della tensione interrompe il funzionamento di tutti i consumatori del sistema. Swing è una modalità anomala molto pericolosa che influisce sul funzionamento dell'intero sistema di alimentazione.

3) Aumento di tensione un superamento del valore consentito di solito si verifica sugli idrogenatori con un arresto improvviso del loro carico. L'idrogenatore scarico aumenta la velocità di rotazione, che provoca un aumento dell'EMF dello statore a valori pericolosi per il suo isolamento. La protezione in questi casi dovrebbe ridurre la corrente di eccitazione del generatore o spegnerlo.

Un aumento di tensione pericoloso per l'isolamento delle apparecchiature può verificarsi anche quando le linee elettriche lunghe con alta capacità vengono accese o spente su un lato.

Oltre alle note modalità anomale, ce ne sono altre, la cui eliminazione è possibile con l'aiuto della protezione del relè.

Calcolo di un cortocircuito trifase

Cambio di corrente durante il cortocircuito . Calcolare un cortocircuito trifase significa determinare le correnti e le tensioni per questo tipo di danno sia nel punto di cortocircuito che nei singoli rami e nodi del circuito.

La corrente durante un cortocircuito non rimane costante, ma cambia, come mostrato in Figura 4, la corrente, che è aumentata al primo momento, decade a un certo valore e quindi, sotto l'azione di un controller di eccitazione automatico ( ARC), raggiunge un valore costante. L'intervallo di tempo durante il quale si verifica una variazione del valore della corrente di cortocircuito determina la durata processo di transizione. Dopo che la variazione del valore di corrente si interrompe, fino al momento della disconnessione, il cortocircuito continua stabilito modalità di cortocircuito. A seconda dello scopo del calcolo in corso (selezione delle impostazioni di protezione del relè o controllo delle apparecchiature elettriche per la resistenza termica ed elettrodinamica), potremmo essere interessati ai valori di corrente in diversi momenti del cortocircuito.

A causa della presenza di resistenze induttive nella rete che impediscono una variazione istantanea di corrente in caso di cortocircuito, il valore della corrente di carico in non cambia bruscamente, ma aumenta secondo una certa legge da valore normale a valore di emergenza. Per semplificare il calcolo e l'analisi, la corrente che passa durante il guasto transitorio è considerata costituita da due componenti: aperiodico e periodicamentetimido.

Aperiodicoè chiamata componente di segno costante della corrente i a , che si verifica al primo momento del cortocircuito e decade relativamente rapidamente a zero (vedi Fig. 4).

Viene chiamata la componente periodica della corrente di cortocircuito nell'istante iniziale I P mo corrente iniziale KZ. Il valore della corrente di cortocircuito iniziale viene utilizzato, di regola, per selezionare le impostazioni e verificare la sensibilità della protezione del relè. Viene anche chiamata la corrente di cortocircuito iniziale ipertransitorio io p, perché per determinarlo si introducono nel circuito equivalente resistenze generatrici supertransizionali x "d e EMF E" q .

Riso. 4. Curve di corrente di cortocircuito trifase:

a - in una rete alimentata da un generatore con ARV; b - in una rete alimentata da un sistema di alimentazione illimitato

Lo stato stazionario è chiamato corrente di cortocircuito periodica dopo la fine del transitorio, a causa dell'attenuazione della componente aperiodica e dell'azione dell'AEC.

La piena corrente di cortocircuito è il suo valore, pari alla somma delle componenti periodiche e aperiodiche in qualsiasi momento del processo transitorio. Il valore istantaneo massimo della corrente totale è chiamato corrente di cortocircuito d'urto e viene calcolato durante il controllo delle apparecchiature elettriche per la resistenza elettrodinamica.

Come notato sopra, per selezionare le impostazioni e controllare la sensibilità della protezione del relè, viene solitamente utilizzato il valore iniziale (supertransitorio) della corrente di cortocircuito, il cui calcolo è più semplice. L'ammissibilità di tale soluzione è spiegata, da un lato, dalla rapida attenuazione della componente aperiodica nelle reti ad alta tensione (per un tempo di 0,05-0,2 s), che è solitamente inferiore al tempo di risposta delle protezioni in considerazione e, d'altra parte, dall'invarianza della componente periodica durante un cortocircuito nella rete (vedi Fig. 4, b) alimentato da un potente sistema di alimentazione, i cui generatori sono dotati di ARV che supportano tensione costante m sulle sue gomme.

Nelle reti alimentate da un generatore o da un sistema di alimentazione di potenza limitata, la tensione sui bus durante un cortocircuito cambia in modo significativo, per cui i valori delle correnti iniziali e costanti non sono uguali (vedi Fig. 4, un). Tuttavia, anche in questo caso, il valore iniziale della corrente di cortocircuito può essere utilizzato per i calcoli della protezione del relè. Ciò non comporta un grande errore, poiché, come mostra l'esperienza operativa, il valore della corrente di cortocircuito stazionaria è molto più influenzato dal valore della corrente iniziale da un aumento della resistenza transitoria nel sito del guasto, carico correnti e altri fattori che normalmente non vengono presi in considerazione nel calcolo delle correnti di cortocircuito.

Tenuto conto di tutto quanto sopra, può essere considerato appropriato e nella maggior parte dei casi abbastanza accettabile utilizzare i valori della corrente di cortocircuito iniziale per calcolare e analizzare il comportamento delle protezioni a relè che operano con qualsiasi ritardo. Allo stesso tempo, per le protezioni ritardate è opportuno tenere conto di una possibile diminuzione di corrente durante un cortocircuito introducendo nel calcolo fattori di affidabilità maggiori rispetto alle protezioni ad alta velocità.

Determinazione della corrente di cortocircuito iniziale in un circuito semplice . Poiché con un cortocircuito trifase (vedi Fig. 5), l'EMF e la resistenza in tutte le fasi sono uguali, tutte e tre le fasi si trovano nelle stesse condizioni.

Riso. 5. Schemi di calcolo di un cortocircuito trifase:

a - trifase; b - calcolata monofase

Il calcolo di un circuito simmetrico può essere notevolmente semplificato: poiché tutte e tre le fasi sono nelle stesse condizioni, è sufficiente calcolare per una fase e poi estendere i risultati alle altre due. Lo schema progettuale in questo caso avrà la forma mostrata in Figura 5, b.

Riso. 6. Al calcolo della corrente di un cortocircuito trifase

quando alimentato da un sistema di alimentazione illimitato:

a - schema di progettazione; b - circuito equivalente

Il calcolo inizia con la predisposizione di un circuito equivalente, in cui i singoli elementi del circuito di calcolo vengono sostituiti dalle corrispondenti resistenze, e per gli alimentatori vengono indicate le loro EMF o tensioni terminali. Ogni elemento viene introdotto nel circuito equivalente con le sue resistenze attive e reattive. Le resistenze di generatori, trasformatori, reattori sono determinate sulla base dei dati del passaporto e vengono inserite nel calcolo, come indicato di seguito.

Le resistenze reattive delle linee elettriche sono calcolate con formule speciali o possono essere prese approssimativamente secondo la seguente espressione:

dove l è la lunghezza della sezione del tiglio, km;

X ud - specifico re resistenza attiva linea, Ohm/km, che può essere

prendere uguale a:

a tensione, kV:		Х batte, Ohm/km
per linee aeree:
6-220 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
330 (due fili in fase). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
500 (tre fili in fase) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
per cavi tripolari:
3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6-10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

La corrente di un cortocircuito metallico monofase dietro un trasformatore con uno schema di collegamento U / U 0, A, può essere determinata dalla seguente formula:

dove U f \u003d 230 V - tensione di fase per una rete di 0,4 kV;

Z tr - l'impedenza del trasformatore con il collegamento degli avvolgimenti U / U 0

con un cortocircuito monofase sul lato di 0,4 kV, Ohm, relativo ad una tensione di 0,4 kV.

Valori calcolati Z tr per trasformatori prodotti a partire dal 1967, riferiti ad una tensione di 0,4 kV:

	. . . . . . . . . . . . . . . . . .
	. . . . . . . . . . . . . . . . . .

Un impatto significativo sulla corrente di cortocircuito nelle reti da 0,4 kV può essere esercitato dalla resistenza transitoria nel sito di guasto; questo effetto è più forte in caso di danni dietro trasformatori relativamente potenti (1600-2500 kV×A). Il valore della resistenza di transizione in questo caso è considerato di circa 0,15 mΩ. In caso di guasti dietro trasformatori di bassa potenza (ad esempio, 160 kV×A), l'influenza della resistenza di transizione può essere trascurata.

Il concetto di componenti simmetriche

In caso di guasto monofase o bifase, quando il sistema trifase si sbilancia, è impossibile effettuare il calcolo per una sola delle fasi, come invece avviene per i guasti simmetrici trifase.

Per determinare le correnti che passano durante i cortocircuiti sbilanciati, sarebbe necessario comporre più equazioni di Kirchhoff per molti circuiti e nodi formati nell'asimmetrico considerato sistema trifase. La soluzione di queste equazioni, tenendo conto degli accoppiamenti induttivi tra le fasi, anche con uno schema di rete relativamente semplice, è un compito molto difficile.

Al fine di semplificare il calcolo dei modi asimmetrici in una rete trifase, si propone il metodo delle componenti simmetriche. L'essenza di questo metodo è che qualsiasi sistema asimmetrico trifase di vettori di corrente o tensione può essere sostituito dalla somma di tre sistemi simmetrici:

Quindi, questi tre sistemi simmetrici vengono calcolati tenendo conto della semplificazione da noi già menzionata, ovvero in base agli schemi di progetto compilati per una delle fasi, e secondo (3), si determinano le correnti e le tensioni totali di fase. Pertanto, invece di un circuito, ne vengono calcolati tre, ma molto più semplici, il che alla fine semplifica notevolmente i calcoli. La figura 7 mostra i diagrammi vettoriali di sistemi di componenti simmetriche:

– sequenza diretta, in cui i vettori ruotanti in senso antiorario si susseguono in alternanza A, B, C;

– sequenza inversa, caratterizzato dall'alternanza inversa dei vettori A, C, B;

– corrente nominale del fusibile I p,nom, uguale alla massima corrente nominale del fusibile che può essere installato in questo fusibile;

– corrente di prova minima del fusibile I ISP, min , in cui l'inserto si brucia in più di 1 ora;

– corrente di prova massima del fusibile I ISP, max , in cui l'inserto si brucia in meno di 1 ora.

Riso. 7. Diagrammi vettoriali di sistemi di componenti simmetriche:

a - sequenza diretta; b - sequenza inversa; in - sequenza zero

Rispettivamente molteplicità della corrente minima si chiama rapporto

molteplicità della massima corrente di prova- atteggiamento

La massima corrente di interruzione o potere di interruzione è rispettivamente la corrente o la potenza di cortocircuito che è in grado di interrompere (spegnere) il fusibile.

La caratteristica protettiva di un inserto fusibile è la dipendenza del tempo dal momento in cui si verifica la corrente fino al suo spegnimento da parte dell'inserto fusibile dal valore della corrente che passa attraverso l'inserto, o dalla molteplicità di questa corrente in relazione alla corrente nominale dell'inserto I BC,nom (vedi Fig. 8).

Riso.8. Caratteristica protettiva del fusibile

I fusibili sono utilizzati per la protezione da cortocircuito e sovraccarico di linee elettriche, trasformatori, motori elettrici e altre apparecchiature elettriche, a condizione che la loro tensione e corrente nominale, nonché la corrente massima interrotta, corrispondano ai parametri di rete, se la necessaria sensibilità e la selettività della loro azione e l'uso di fusibili non interferisce con l'uso delle automazioni (AR, AVR, ecc.). I fusibili sono installati in tre fasi tra l'interruttore di manovra-sezionatore o sezionatore e l'elemento da proteggere, in modo da poter effettuare la sostituzione degli inserti bruciati con diseccitazione.

Selezione del fusibile

Tensione nominale fusibili e relativi inserti U BC,nom devono essere scelti pari alla tensione nominale della rete U C:

La tensione di rete effettiva non deve superare tensione nominale fusibile di oltre il 10%. L'installazione di fusibili per una tensione nominale inferiore alla tensione di rete non è consentita per evitare cortocircuiti, perché. L'isolamento di ciascun fusibile è progettato per una determinata tensione. Si sconsiglia inoltre l'installazione di fusibili con una tensione nominale superiore alla tensione di rete. Il fatto è che la lunghezza dell'inserto fusibile per garantire uno spegnimento affidabile dell'arco che si verifica quando si brucia, maggiore è la tensione. Con l'aumento della lunghezza di un inserto fusibile con la stessa corrente nominale, le condizioni per l'estinzione dell'arco cambiano e le caratteristiche protettive dell'inserto si deteriorano.

Estremamente commutabile attuale l'inserto fusibile I BC, pr deve essere uguale o maggiore della massima corrente nominale di cortocircuito I k, max, che attraversa il circuito protetto dal fusibile. Se questa condizione non viene soddisfatta, l'arco che si verifica quando il collegamento fusibile si brucia potrebbe non spegnersi e il fusibile verrà distrutto a causa della sua lunga combustione.

Corrente nominale il collegamento fusibile dovrebbe in ogni caso essere scelto come minimo. In questo caso, l'inserto fusibile non dovrebbe bruciarsi quando lo attraversa al massimo corrente continua carico I n, max, che è assicurato alle seguenti condizioni:

Il coefficiente k n dipende dalla natura del carico. Quindi, con un carico costante (ad esempio con illuminazione) k n \u003d 1.1¸1.2.

Con un carico variabile, anche il collegamento fusibile non dovrebbe bruciarsi durante sovraccarichi a breve termine, quando nella rete protetta passa una corrente che supera la corrente di carico continuativa massima. I sovraccarichi a breve termine possono essere causati dall'avvio o dall'avvio automatico di motori elettrici, sovraccarichi tecnologici di meccanismi azionati da motori elettrici e altri motivi.

Per soddisfare questa condizione, la corrente nominale del fusibile è scelta in modo tale che quando la corrente di sovraccarico I per lo attraversa, il suo tempo di spegnimento sia maggiore del tempo di sovraccarico. Questo requisito è soddisfatto scegliendo la corrente nominale del fusibile secondo la seguente espressione:

dove k n è il fattore di detuning dalla corrente di sovraccarico.

Il valore di questo coefficiente è preso:

Con frequenti avviamenti di motori elettrici con condizioni di avviamento leggere, la scelta di un fusibile viene effettuata in base al coefficiente per condizioni gravose.

La corrente nominale del fusibile, selezionata secondo (9), è solitamente sovrastimata, per cui il fusibile non protegge l'apparecchiatura dal sovraccarico ed è solo una protezione contro i cortocircuiti.

In edifici residenziali, domestici e locali pubblici, ad es. Laddove le reti non siano costantemente controllate da personale qualificato, i fusibili devono soddisfare la seguente condizione:

dove aggiungo, pr - corrente di filo consentita a lungo termine.

Dopo aver scelto la corrente nominale, è necessario assicurarsi che il collegamento fusibile protegga in modo affidabile la sezione della rete su cui è installato. In caso di cortocircuito nel punto più remoto della rete, il collegamento fusibile deve esaurirsi in modo affidabile e rapido. La molteplicità della corrente di un cortocircuito monofase in reti con neutro collegato a terra e di cortocircuito bifase in reti con neutro isolato deve essere almeno 3 rispetto alla corrente nominale del fusibile.

Nelle reti protette solo da cortocircuito, è consentito non eseguire un controllo di progetto della corrente di cortocircuito per valutare l'affidabilità del burnout del fusibile se la sua corrente nominale supera la corrente ammissibile a lungo termine della sezione protetta della rete entro non più di 3 volte.

Caratteristiche della scelta dei fusibili nelle reti 380-500 V . La scelta dei fusibili che proteggono i motori elettrici con una tensione di 380 e 500 V è soggetta a un requisito aggiuntivo che il tempo di rottura del fusibile non superi 0,15-0,2 s. Tale requisito è determinato dalle seguenti considerazioni. Sui motori elettrici 380 e 500 V, i contattori e gli avviatori magnetici sono installati in serie con fusibili, con l'aiuto dei quali i motori elettrici vengono avviati e arrestati. Questi dispositivi sono mantenuti in posizione di accensione da speciali elettromagneti, che sono alimentati dalla tensione di rete. In caso di interruzione o riduzione dell'alimentazione, ad esempio a causa di un cortocircuito, gli avviatori magnetici e i contattori scompaiono. In caso di cortocircuito nel motore elettrico, il fusibile deve bruciarsi prima che l'avviatore magnetico o il contattore scompaiano. Altrimenti contatti avviamento magnetico oppure il contattore aprirà la corrente di cortocircuito, per la quale non sono progettati. Come hanno dimostrato i test e l'esperienza operativa, se il tempo di burnout del fusibile non supera 0,15-0,2 s, può verificarsi solo una leggera fusione dei contatti, consentendo la riaccensione del contattore. Non è richiesta la sostituzione del contatto.

Riso. 10. Posizionamento di fusibili e protezione relè nella rete:

F1-F3 - fusibili; P3 - protezione relè

In base alle caratteristiche di protezione dei fusibili, è possibile determinare che si bruciano in 0,15-0,2 s a correnti di cortocircuito superiori a 10-15 volte la corrente nominale del fusibile:

La corrente di cortocircuito alle uscite del motore dipende dalla potenza del trasformatore di alimentazione, dalla lunghezza e dalla sezione del cavo di collegamento.

Sull'immagine. 9, a titolo esemplificativo, sono tracciate le curve per la determinazione della corrente di un cortocircuito trifase in una rete a 380V alimentata da un trasformatore della potenza di 750 kVA, con lunghezze e sezioni diverse di un cavo avente conduttori in rame.

Se il motore elettrico è alimentato da un gruppo assemblato, la lunghezza del cavo calcolata è determinata dalla seguente espressione:

dove l k, dv - la lunghezza del cavo che alimenta il motore elettrico;

l k, sb - la lunghezza del cavo che alimenta l'assieme;

s k, dv, sk, sb - sezione dei cavi che alimentano rispettivamente il motore elettrico e l'assieme.

Negli stessi grafici (vedi Fig. 9), viene tracciata una linea retta l per determinare le correnti nominali ammissibili dei fusibili (i tipi di fusibili sono almeno 1,7 volte il tempo di spegnimento del fusibile più piccolo).

Quando si analizzano le caratteristiche dei fusibili dello stesso tipo, è necessario verificare la selettività alla corrente massima di un cortocircuito trifase. Se la selettività è assicurata a questa corrente, sarà assicurata a tutti i valori di corrente inferiori. Per fusibili di diverso tipo, la selettività deve essere verificata sull'intero intervallo di correnti, dalla corrente di un cortocircuito trifase nel sito di installazione del fusibile distante alla corrente nominale degli inserti.

Se le caratteristiche di protezione dei fusibili non sono note, si consiglia un metodo di abbinamento dei fusibili basato sul confronto delle sezioni trasversali dei fusibili, tenendo conto del materiale con cui sono realizzati.

Tabella 1

fusibile F1 per qualsiasi tipo fusibile

Maglia fusibile in metallo fusibile F2, posto più vicino al carico

Fusibile F2 tipo chiuso con riempimento

Fusibile di tipo aperto F2 o chiuso senza riempitivo

Se le caratteristiche di protezione dei fusibili non sono note, si consiglia un metodo di abbinamento dei fusibili basato sul confronto delle sezioni trasversali dei fusibili, tenendo conto del materiale con cui sono realizzati. Per verificare la selettività con questo metodo, è necessario conoscere il tipo, il materiale e l'area della sezione trasversale dei fusibili tra i quali viene effettuato l'abbinamento. Se l'area della sezione trasversale del fusibile situato più vicino alla fonte di alimentazione è uguale a s 1 e il fusibile si trova più lontano dalla fonte di alimentazione. Quando si analizzano le caratteristiche dello stesso tipo di fusibili, è necessario verificare la selettività alla corrente massima di un cortocircuito trifase. Se la selettività è assicurata a questa corrente, sarà assicurata a tutti i valori di corrente inferiori. Per fusibili di diverso tipo, la selettività deve essere verificata sull'intero intervallo di correnti, dalla corrente di un cortocircuito trifase nel sito di installazione del fusibile distante alla corrente nominale degli inserti.

Se le caratteristiche di protezione dei fusibili non sono note, si consiglia un metodo di abbinamento dei fusibili basato sul confronto delle sezioni trasversali dei fusibili, tenendo conto del materiale con cui sono realizzati. Per verificare la selettività con questo metodo, è necessario conoscere il tipo, il materiale e l'area della sezione trasversale dei fusibili tra i quali viene effettuato l'abbinamento. Se l'area della sezione trasversale dell'inserto fusibile situato più vicino alla fonte di alimentazione è uguale a s 1 e l'inserto situato più lontano dalla fonte di alimentazione è s 2, viene determinato il rapporto di queste aree:

Valore ricevuto un rispetto ai dati della tabella 1. Se una unè uguale o superiore al valore riportato in tabella 1, allora è assicurata la selettività tra i fusibili in questione.

Per valutare la selettività dell'azione di due fusibili in serie, puoi anche farti guidare dalla seguente regola. Per due fusibili dello stesso tipo installati in una rete con tensione fino a 1000V, la selettività sarà assicurata se i loro inserti differiscono di almeno due gradini della scala della corrente nominale.

L'azione selettiva degli inserti ad alta tensione del tipo PK installati in serie è assicurata se le loro correnti nominali differiscono di almeno un gradino della scala.

Quando si verifica la selettività degli inserti in base alle loro caratteristiche protettive in una rete con una tensione superiore a 1000 V, è necessario tenere presente che la diffusione delle caratteristiche è regolata come segue: per qualsiasi tempo di disconnessione, le deviazioni del valore di corrente non devono superare ± 20%.

Quando si verifica la selettività dei fusibili installati su lati diversi del trasformatore, è necessario tenere conto del fatto che i fusibili porteranno correnti diverse. In quest'ottica, la condizione di selettività (12) assume la forma seguente:

Interruttori automatici aperti

Insieme ai fusibili nelle reti con tensioni inferiori a 1000 V, gli interruttori automatici aperti sono ampiamente utilizzati per la protezione da cortocircuiti e sovraccarichi. Gli interruttori automatici sono dispositivi costituiti da un interruttore con un potente sistema di contatti per interrompere la corrente di cortocircuito e un relè di protezione che agisce per spegnerlo in caso di danneggiamento o sovraccarico. A causa della combustione dei contatti, gli interruttori automatici possono essere spenti non più di 2-3 volte all'ora, per cui non possono essere utilizzati per operazioni frequenti nei circuiti di controllo.

Gli interruttori automatici hanno una serie di vantaggi rispetto ai fusibili. Uno di questi è la maggiore reattività degli interruttori, che sono sempre pronti per una rapida chiusura subito dopo lo scollegamento del circuito protetto. Grazie a ciò, gli interruttori automatici possono essere utilizzati per la richiusura automatica e il trasferimento automatico. Un altro vantaggio significativo degli interruttori automatici è che scollegano contemporaneamente tutte e tre le fasi della connessione protetta, mentre un fusibile bruciato in una sola delle fasi può portare a una modalità di funzionamento pericolosa per i motori elettrici in due fasi.

A seconda del tipo di interruttore, al suo interno sono installati vari relè di protezione ad azione diretta, i cosiddetti sganciatori.

Elettromagnetico pubblicazione per la protezione da cortocircuito, è un elettromagnete che, ad una certa corrente, attira istantaneamente l'armatura, per cui l'interruttore viene spento.

Rilascio termico è un relè termico, il cui diagramma schematico è mostrato in Figura 11. Il relè termico risponde alla quantità di calore generata nel suo elemento riscaldante 6 quando la corrente passa. Sotto l'influenza di questo calore, viene riscaldata una piastra bimetallica 1, costituita da due metalli diversi un e b che si allungano a vari livelli se riscaldati.

Riso. uno1. Schema schematico del relè termico

Dal momento che il metallo b allunga di più il metallo un, la piastra 1 si piega verso il metallo un e, disimpegnandosi, sgancia lo scrocco 2 che, ruotando sotto l'azione della molla 3 attorno all'asse 5, disinserisce l'interruttore e chiude il contatto 4. Il tempo di risposta degli sganciatori termici, che servono a proteggere dal sovraccarico, è maggiore, minore è sovraccarico.

Rilascio combinato , che fornisce protezione contro sovraccarico e cortocircuito, è una combinazione di due sganciatori: termico ed elettromagnetico.

Esistono interruttori automatici in cui l'azione del rilascio elettromagnetico rallenta a 0,18-0,63 s, il che consente di eseguire la protezione selettiva delle singole sezioni della rete con il loro aiuto.

Gli interruttori possono essere dotati di sganciatori di minima tensione che intervengono quando viene a mancare la tensione o quando si scende alla posizione di intervento dello sganciatore, nonché di uno sganciatore indipendente per spegnere l'interruttore quando viene dato un impulso dalla chiave o dal comando pulsante.

Interruttori sono caratterizzati dai seguenti parametri:

- corrente nominale I a, nom, il cui passaggio è consentito per un tempo indefinito;

- tensione nominale alla quale può essere utilizzato interruttore di questo tipo;

- limitazione della corrente disinserita I prev, es. corrente di cortocircuito, che può essere disattivata da un interruttore automatico.

Liberatori sono caratterizzati dai seguenti parametri principali:

- corrente nominale I rasts,pom, il cui passaggio per un tempo illimitato non provoca l'intervento dello sganciatore;

- impostazione della corrente che ho impostato - il valore più piccolo della corrente, durante il cui passaggio viene attivato il rilascio.

Selezione di interruttori automatici

La tensione nominale dell'interruttore deve essere maggiore o uguale alla tensione di rete:

La corrente massima ammissibile dell'interruttore deve essere maggiore della corrente massima di cortocircuito che può attraversare la sezione protetta della rete:

La corrente nominale dello sganciatore non deve essere inferiore alla corrente nominale pari alla corrente massima che può attraversare a lungo la sezione protetta del circuito, tenendo conto di eventuali sovraccarichi:

Un interruttore con tale rilascio è in grado di far passare la corrente di carico nominale per tutto il tempo necessario senza surriscaldarsi.

La corrente di impostazione I bocca del rilascio elettromagnetico, con l'aiuto del quale viene eseguita la protezione contro il cortocircuito, è determinata dall'espressione

dove k p è il fattore di diffusione del funzionamento degli sganciatori elettromagnetici,

pari a 1,15-1,2;

k n - fattore di affidabilità, che è considerato uguale a: per la protezione

motori elettrici 1.8-2, per proteggere i circuiti di tensione almeno 2; per

altre catene 1.5;

I n - la massima corrente di sovraccarico nominale possibile a breve termine.

Per catene corrente continua si presume che la corrente di impostazione calcolata sia maggiore del 30% rispetto a quella determinata dall'espressione (17).

L'impostazione della corrente di intervento istantaneo (cutoff), multiplo della corrente nominale dell'interruttore (la molteplicità stimata della corrente di intervento dello sganciatore elettromagnetico), è determinata dall'espressione

dove I nom è la corrente nominale dell'interruttore.

Per l'effettiva impostazione di interruzione k impostata, d, viene preso il valore più alto più vicino in base ai dati del passaporto dell'interruttore corrispondente. In questo caso, la corrente di funzionamento effettiva dello sganciatore elettromagnetico sarà pari a:

La corrente di impostazione del rilascio termico che ho impostato, t viene selezionata in base all'espressione

dove k p = 1,1;

k n è considerato uguale a: 1-1.1 per circuiti non sovraccarichi (resistenze, circuiti CC operativi, ecc.), 1.1-1.3 per circuiti in cui sono possibili sovraccarichi a breve termine (ad esempio, all'avviamento di motori elettrici), 0,15 -0,25 per circuiti in cui la corrente passa per un breve periodo (ad esempio circuiti di elettromagneti per interruttori di chiusura);

I n - corrente di carico o corrente nominale del circuito, A.

Il tempo di risposta del rilascio termico per un determinato valore di corrente I k è determinato dalla caratteristica di protezione in modo simile ai fusibili.

Per garantire una protezione selettiva, le caratteristiche degli interruttori installati in serie nella rete protetta non devono intersecarsi.

Gli sganciatori devono fornire una protezione affidabile contro i cortocircuiti, che deve essere verificata dalla corrente che attraversa lo sganciatore durante i cortocircuiti nel punto più remoto del valore protetto.

La sensibilità degli sganciatori elettromagnetici è verificata per interruttori installati in reti con neutro isolato, da un cortocircuito bifase all'estremità della zona protetta, e per interruttori installati in reti con neutro solidamente collegato a terra, da un cortocircuito di fase e bifase.

La molteplicità della corrente di cortocircuito all'impostazione dello sganciatore elettromagnetico, che ne determina la sensibilità, deve essere almeno 1,5. E' consentito non verificare la sensibilità della protezione da cortocircuito, in quanto normalmente è prevista nei seguenti casi:

- se la corrente di taratura dell'interruttore, che dispone solo di uno sganciatore elettromagnetico istantaneo, non supera 4,5 volte la corrente di carico ammissibile a lungo termine della linea protetta;

– se la corrente di taratura dello sganciatore automatico dell'interruttore (con caratteristica inversamente dipendente dalla corrente) non è superiore a 1,5 volte la corrente di carico continuativa ammissibile della linea protetta.

Caratteristiche di protezione degli interruttori automatici

La caratteristica di protezione dell'interruttore è la dipendenza del tempo totale t dal momento in cui si verifica la corrente fino al momento in cui viene attivato lo sganciatore dal valore della corrente che lo attraversa.

Le caratteristiche più semplici hanno interruttori dotati di sganciatori elettromagnetici che agiscono per spegnersi senza ritardo in caso di cortocircuito e sovraccarico. Questi interruttori automatici non forniscono selettività. Tra questi, in particolare, rientrano gli interruttori della serie AVB, il cui tempo di spegnimento totale è di 0,06-0,095 s.

Indiscriminato interruttori automatici, ad esempio, serie АВН, А3100 e altri forniscono protezione da cortocircuito senza ritardo e contro il sovraccarico, con un ritardo che dipende inversamente dall'entità del sovraccarico. A titolo di esempio, la figura 12 mostra la caratteristica media di un interruttore tipo A3120 con sganciatore combinato. In caso di sovraccarichi con una molteplicità di (1,3-10) I nominale, nom, interviene il rilascio termico (curva un). Quando la molteplicità di corrente è maggiore di 10 I rast, nom, il rilascio elettromagnetico scatta senza ritardo. È praticamente possibile disperdere le impostazioni del pickup (area ombreggiata b). Questo possibile errore, che è del 15-30% per gli interruttori della serie A3100, deve essere tenuto in considerazione nella scelta delle impostazioni e nel coordinamento delle loro caratteristiche.

Riso. 12. Caratteristica di protezione dell'interruttore A3120

con rilascio combinato

Riso. 13. Caratteristiche di protezione degli sganciatori degli interruttori

Serie AC con impostazione pickup 2.2io no

Il tempo totale di apertura degli interruttori A3100 all'intervento dello sganciatore elettromagnetico è di circa 0,015 s (diretto G, Fig.12). Dritto in determina il tempo necessario all'indotto dello sganciatore elettromagnetico per colpire la rotaia - circa 0,005 s, dopodiché l'interruttore scatta indipendentemente dal fatto che la corrente di cortocircuito continui o meno a fluire.

Elettorale gli interruttori automatici che funzionano con un ritardo in caso di sovraccarichi e cortocircuiti (serie ABC) sono dotati di speciali meccanismi di orologio, grazie ai quali, a correnti che superano l'impostazione di funzionamento dello sganciatore elettromagnetico, vengono spenti con un ritardo di 0,25 , 0,4, 0,6 s. Le caratteristiche selettive che forniscono una protezione della rete a tre e quattro stadi sono fornite anche dagli interruttori automatici delle serie AC e AM (vedi Fig. 13).

Per implementare la protezione di minima tensione, che spegne l'interruttore quando la tensione ai suoi terminali scompare o si riduce notevolmente, è possibile installare anche uno sganciatore minimo. Lo sganciatore di minima fa scattare l'interruttore ad una tensione pari o inferiore al 50% della tensione nominale e non impedisce la sua chiusura manuale ad una tensione pari o superiore al 70%.

a) Variazione di corrente durante un cortocircuito

La corrente durante un cortocircuito non rimane costante, ma cambia, come mostrato in Fig. 1-23. Da questa figura si può vedere che la corrente, che è aumentata al primo momento, decade ad un certo valore, e poi, sotto l'azione di un regolatore di eccitazione automatico (ARC), raggiunge un valore costante.

Il periodo di tempo durante il quale si verifica una variazione nell'entità della corrente di cortocircuito è chiamato processo transitorio. Dopo che la variazione dell'intensità della corrente si interrompe e fino al momento in cui il cortocircuito viene interrotto, il cortocircuito in stato stazionario continua. A seconda che siano selezionate le impostazioni di protezione del relè o che l'apparecchiatura elettrica sia verificata per la stabilità termica e dinamica, potremmo essere interessati ai valori della corrente in momenti diversi del cortocircuito.

Poiché qualsiasi rete ha determinate resistenze induttive che impediscono una variazione istantanea di corrente in caso di cortocircuito, il suo valore non cambia bruscamente, ma aumenta secondo una certa legge da normale a valore di emergenza.

Per semplificare il calcolo e l'analisi, la corrente che passa durante il cortocircuito transitorio è considerata costituita da due componenti: aperiodica e periodica.

Aperiodica è la componente di corrente costante nel segno ia, che si verifica al momento di un cortocircuito e decade relativamente rapidamente a zero (Fig. 1-23).

La componente periodica del cortocircuito di corrente all'istante I nmo è chiamata corrente di cortocircuito iniziale. Il valore della corrente iniziale a. vengono utilizzati, di norma, per selezionare le impostazioni e verificare la sensibilità della protezione del relè. La corrente di cortocircuito iniziale è detta anche supertransitoria, poiché per calcolarla si immettono nel circuito equivalente la cosiddetta resistenza supertransitoria del generatore e la e supertransitoria. ds

Cortocircuito a corrente costante rappresenta una corrente periodica dopo la fine del transitorio, dovuta sia all'attenuazione della componente aperiodica che all'azione dell'AEC. Corrente totale di cortocircuito è la somma delle componenti periodiche e aperiodiche in qualsiasi momento del processo transitorio. Il valore istantaneo massimo della corrente totale è chiamato cortocircuito di sovracorrente. e viene calcolato quando si controlla la stabilità dinamica delle apparecchiature elettriche.

Come notato sopra, per selezionare le impostazioni e verificare la sensibilità della protezione del relè, viene solitamente utilizzata la corrente di cortocircuito iniziale o supertransitoria, il cui calcolo è il più semplice. Utilizzando la corrente iniziale nell'analisi delle protezioni ad alta velocità e delle protezioni con brevi tempi di ritardo, viene trascurata la componente aperiodica. L'ammissibilità di ciò è ovvia, in quanto la componente aperiodica nelle reti ad alta tensione decade molto rapidamente, entro 0,05-0,2 s, che è solitamente inferiore alla durata delle protezioni in esame.

A k.z. in una rete alimentata da un potente sistema di alimentazione, i cui generatori sono dotati di ARV che mantengono una tensione costante sui suoi pneumatici, componente periodica della corrente in corso di corto circuito. non cambia (Fig. 1-23,b). Pertanto, il valore calcolato della corrente di cortocircuito iniziale. in questo caso può essere utilizzato per analizzare il comportamento della protezione del relè, agendo con qualsiasi ritardo.

Nelle reti alimentate da un generatore o da un sistema di una certa potenza limitata, la cui tensione sui bus è in fase di cortocircuito. non rimane costante, ma varia sensibilmente, la corrente iniziale e costante di cortocircuito. non sono uguali (Fig. 1-23, a). In questo caso, per calcolare le protezioni con un ritardo dell'ordine di 1-2 s o più, sarebbe necessario utilizzare una corrente di cortocircuito costante. Tuttavia, dal momento che il calcolo del cortocircuito a corrente costante. relativamente complesso, nella maggior parte dei casi è consentito utilizzare la corrente di cortocircuito iniziale. Tale ipotesi, di regola, non porta a un grande errore. Questo è spiegato come segue. Sul valore della corrente costante a. molto più del valore della corrente iniziale, dell'aumento della resistenza di contatto nel sito del guasto, delle correnti di carico e di altri fattori che di solito non vengono presi in considerazione nel calcolo delle correnti di cortocircuito. Pertanto, il calcolo del cortocircuito in corrente costante. potrebbe avere un errore molto grande.

Tenuto conto di tutto quanto sopra, si può ritenere opportuno e nella maggior parte dei casi abbastanza accettabile utilizzare per l'analisi delle protezioni a relè che operano con qualsiasi ritardo, la corrente di cortocircuito iniziale. In questo caso è opportuno tenere conto della possibile diminuzione di corrente durante un cortocircuito per le protezioni temporizzate, introducendo nel calcolo fattori di affidabilità maggiori rispetto alle protezioni ad alta velocità.

b) Determinazione della corrente di cortocircuito iniziale. in uno schema semplice

Poiché con un cortocircuito trifase. (Fig. 1-24) e. ds e le resistenze in tutte le fasi sono uguali, tutte e tre le fasi sono nelle stesse condizioni. diagramma vettoriale per tale cortocircuito, che, come è noto, è chiamato simmetrico, è mostrato in Fig. 1-18, b. Il calcolo di un circuito simmetrico può essere notevolmente semplificato. Infatti, poiché tutte e tre le fasi sono nelle stesse condizioni, è sufficiente fare un calcolo per una fase e poi estendere i risultati alle altre due. Lo schema di calcolo in questo caso avrà la forma mostrata in Fig. 1-24, b. È abbastanza ovvio che anche nel caso più semplice in esame, quest'ultimo circuito è molto più semplice di quello mostrato in Fig. 1-24 a.

In circuiti elettrici complessi con molti rami paralleli e in serie, la differenza sarà ancora più evidente.

Quindi, in un sistema simmetrico, il calcolo di correnti e tensioni può essere effettuato solo per una fase. Il calcolo inizia con la predisposizione di un circuito equivalente, in cui i singoli elementi del circuito di calcolo vengono sostituiti dalle corrispondenti resistenze, e per gli alimentatori viene indicata la loro e. ds o tensione del morsetto. Ogni elemento viene introdotto nel circuito equivalente con le sue resistenze attive e reattive. Le resistenze di generatori, trasformatori, reattori sono determinate sulla base dei dati del passaporto e vengono inserite nel calcolo, come indicato di seguito.

Le resistenze reattive delle linee elettriche sono calcolate con formule speciali o possono essere prese approssimativamente secondo la seguente espressione:

dove l è la lunghezza del tratto di linea, km; х ud - resistenza reattiva di linea, Ohm/km, che può essere assunta pari a:

In futuro, per semplificare il ragionamento, assumeremo che sia valida la condizione (1-23), che, di regola, è soddisfatta per reti con tensione di 110 kV e oltre, e introdurremo solo resistenze reattive del circuito di progetto nei calcoli.

Determinazione della corrente di cortocircuito quando alimentato da un sistema di alimentazione illimitato. Cortocircuito corrente nello schema di progetto (Fig. 1-25) sarà determinato secondo la seguente espressione, kA:

dove x res è la resistenza risultante al punto di cortocircuito, che in questo caso è uguale alla somma delle resistenze del trasformatore e della linea, Ohm;

U con - tensione concatenata sui bus del sistema di potenza illimitata, kV.

La definizione di un sistema di alimentazione illimitato significa una potente fonte di alimentazione, la cui tensione sui bus rimane costante indipendentemente dalla posizione del cortocircuito. nella rete esterna. Si presume che la resistenza del sistema di potenza illimitata sia zero. Sebbene in realtà non possa esistere un sistema di potenza illimitata, questo concetto è ampiamente utilizzato nel calcolo dei cortocircuiti. Possiamo supporre che il sistema in esame abbia potenza illimitata nei casi in cui la sua resistenza interna sia molto inferiore alla resistenza degli elementi esterni collegati tra i bus del sistema e il punto di cortocircuito.

Esempio 1-1. Determina la corrente. passando per un cortocircuito trifase dietro il reattore con una resistenza di 0,4 Ohm, che è collegata ai pneumatici della tensione del generatore di 10,5 kV di una potente centrale elettrica.

Soluzione. Poiché la resistenza del reattore è molto maggiore della resistenza del sistema, si può ritenere che sia collegato a bus di potenza illimitata.

Determinazione della corrente di cortocircuito quando alimentato da un sistema di potenza limitata. Se la resistenza del sistema che alimenta il punto di cortocircuito è relativamente grande, deve essere presa in considerazione quando si determina la corrente di cortocircuito. In questo caso, viene introdotta una resistenza aggiuntiva x spst nel circuito equivalente e si presume che dietro questa resistenza ci siano bus di potenza illimitata.

L'entità del cortocircuito di corrente è determinato dalla seguente espressione (Fig. 1-26):

dove x ext è la resistenza del cortocircuito tra i pneumatici e il punto di cortocircuito; x syst - la resistenza del sistema, ridotta alle sbarre della sorgente.

La resistenza del sistema può essere determinata se è impostata la corrente di cortocircuito trifase. sulle sue gomme ho k.z.zad. :

Esempio 1-2. Determinare la corrente di un cortocircuito trifase. dietro la resistenza da 15 ohm della linea a 110 kV, alimentata dalle sbarre della cabina. Corrente di cortocircuito trifase sulle sbarre della cabina, ridotta ad una tensione di 115 kV, è di 8 kA.

Soluzione. Secondo (1-26), x syst è determinato:

La corrente è determinata al posto del cortocircuito. secondo (1-25):

Resistenza del sistema nei calcoli di cortocircuito può essere impostato non dalla corrente, ma dalla potenza di cortocircuito sui bus delle sottostazioni. Potenza di cortocircuito: un valore condizionale uguale a

dove io k.z. - corrente di cortocircuito; U cp è la tensione nominale media in quella fase di trasformazione in cui viene calcolata la corrente di cortocircuito.

Esempio 1-3. Determinare la corrente di un cortocircuito trifase. dietro il reattore con una resistenza di 0,5 ohm. Il reattore è alimentato dai bus da 6,3 kV della sottostazione, la potenza del corto circuito. che è pari a 300 MB A.

Soluzione. Definiamo la resistenza del sistema:

c) Determinazione della tensione residua

Nello schema mostrato in fig. 1-26, la quantità di tensione residua sui pneumatici è determinata secondo le seguenti espressioni:

x è la resistenza dalle sbarre di alimentazione al punto in cui viene determinata la tensione residua.

Poiché si presume che la resistenza del circuito in esame sia puramente reattiva, le espressioni (1-27) e (1-28) includono valori assoluti e non vettori.

Esempio 1-4. Determinare la tensione concatenata residua sui bus della sottostazione nell'esempio 1-2.

Soluzione. Secondo la prima espressione (1-27):

d) Calcoli delle correnti e delle tensioni di corto circuito in una rete estesa

In una rete ramificata complessa, per determinare la corrente nel punto di guasto, è necessario prima convertire il circuito equivalente in modo che abbia una forma semplice, possibilmente con una fonte di alimentazione e un ramo di resistenza. A tale scopo si sommano i rami collegati in serie e in parallelo, si converte il triangolo di resistenza in una stella e viceversa.

Esempio 1-5. Convertire il circuito equivalente mostrato in fig. 1-27, determinare la resistenza e la corrente risultanti nella posizione del cortocircuito. I valori di resistenza sono mostrati in fig. 1-27.

Soluzione. Il circuito equivalente viene convertito nella sequenza seguente.

Per la distribuzione di corrente a. sui rami del circuito si possono utilizzare le formule riportate in Tabella. 1-1. La distribuzione delle correnti avviene sequenzialmente in ordine inverso, a partire dall'ultimo stadio della conversione del circuito equivalente.

Esempio 1-6. Distribuire la corrente di cortocircuito lungo i rami dello schema di fig. 1-27.

Soluzione. Determiniamo le correnti nei rami paralleli 4 e 7 secondo le formule (Tabella 1-1):

La corrente I 7 passa attraverso la resistenza x 5 e poi si dirama lungo rami paralleli x 2 e x 3:

La tensione residua in qualsiasi punto di un circuito ramificato può essere determinata sommando e sottraendo successivamente le cadute di tensione nei suoi rami.

Esempio 1-7. Determinare la tensione residua nei punti aeb del circuito di fig. 1-27. Soluzione.

Se e. ds non uguale, equivalente e. ds calcolato con la seguente formula:

e) Calcolo delle correnti di cortocircuito in base ai dati del passaporto di reattori e trasformatori

In tutti gli esempi discussi sopra, le resistenze dei singoli elementi del circuito sono state specificate in ohm. Le resistenze di reattori e trasformatori nei passaporti e nei cataloghi non sono specificate in ohm.

I parametri della reattanza sono solitamente indicati in percentuale come valore relativo della caduta di tensione in essa presente durante il passaggio della corrente nominale x P,%.

La resistenza del reattore (Ohm) può essere determinata dalla seguente espressione:

dove U HOM ​​​​e I HOM sono la tensione e la corrente nominali del reattore.

La resistenza del trasformatore è data anche in percentuale come valore relativo della caduta di tensione nei suoi avvolgimenti durante il passaggio di una corrente pari a quella nominale, u K ,%.

Per un trasformatore a due avvolgimenti, puoi scrivere la resistenza (Ohm):

dove u K , % e U HOM ​​​​, kV, sono indicati sopra e S HOM è la potenza nominale del trasformatore, MB A.

In caso di cortocircuito dietro un reattore o trasformatore collegato ai bus di sistema di potenza illimitata, la corrente e la potenza vanno in cortocircuito. sono definiti dalle seguenti espressioni:

dove I HOM è la corrente nominale del rispettivo reattore o trasformatore.

Esempio 1-8. Calcolare la massima corrente possibile di un cortocircuito trifase. dietro il reattore RBA-6-600-4. Il reattore ha i seguenti parametri: U H = 6 kV, I H = 600 A, x P = 4%.

Soluzione. Poiché è necessario determinare la massima corrente di cortocircuito possibile, assumiamo che il reattore sia collegato ai bus del sistema di potenza illimitata.

Secondo (1-33) corrente di cortocircuito. dietro il reattore è definito come

Esempio 1-9. Determinare la massima corrente e potenza possibili di un cortocircuito trifase. dietro il trasformatore riduttore: S, H = 31,5 MB A, U H1 = 115 kV, U H2 = 6,3 kV, u K = 10,5%

Soluzione. Supponendo, come nell'esempio precedente, che il trasformatore sia collegato dal lato di 115 kV ai bus del sistema di alimentazione illimitata, determiniamo la corrente di cortocircuito.

La corrente nominale dell'avvolgimento da 6,3 kV del trasformatore è uguale a.

CAPITOLO SETTIMO

CALCOLO DELLE CORRENTI DI CORTO CIRCUITO

7.1. Cortocircuito in simmetrico circuito trifase impresa industriale

La determinazione delle correnti di cortocircuito dipende dai requisiti per l'accuratezza dei risultati, dai dati iniziali e dallo scopo del calcolo. Nel caso generale, vengono determinate le correnti di cortocircuito transitori nei circuiti elettrici studiati dai fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica. Il calcolo delle correnti di cortocircuito nelle reti elettriche delle imprese industriali è leggermente diverso dai calcoli eseguiti nelle reti e nei sistemi elettrici. Ciò si spiega con la possibilità di non individuare (non tener conto) i turbogeneratori e idrogeneratori di centrali elettriche, la ricarica da più fonti di alimentazione, il funzionamento di circuiti ad anello complessi ramificati, le proprietà di linee elettriche distanti e l'effettiva rapporti di trasformazione.

Per selezionare dispositivi e conduttori, per determinare l'impatto sulle strutture portanti, nel calcolo delle correnti di cortocircuito si tiene conto delle seguenti disposizioni. Tutte le sorgenti coinvolte nella fornitura del punto considerato funzionano con un carico nominale. Macchine sincrone dispongono di regolatori di tensione automatici e dispositivi per forzare l'eccitazione ad alta velocità. Un cortocircuito si verifica nel momento in cui la corrente di cortocircuito ha il valore maggiore. forze elettromotrici Tutti gli alimentatori sono in fase. La tensione nominale di ogni gradino è presa del 5% in più rispetto alla tensione nominale della rete (tensioni nominali medie), ovvero: 515; 340; 230; 154; 115; 37; 24; diciotto; 15.75; 13.8; 10.5; 6.3; 3.15; 0,69; 0,525; 0,4; 0,23; Oh, 133 kV.

Viene preso in considerazione l'effetto sulle correnti di cortocircuito dei compensatori sincroni, dei motori sincroni e asincroni collegati a questa rete. L'influenza dei motori elettrici asincroni sulle correnti di cortocircuito non viene presa in considerazione per una potenza unitaria dei motori elettrici fino a 100 kW, se i motori elettrici sono distanti dal luogo di cortocircuito di uno stadio di trasformazione, e anche a qualsiasi potenza, se sono separati dal luogo di cortocircuito da due o più stadi di trasformazione o se la corrente può fluire da essi al sito di cortocircuito solo attraverso quegli elementi attraverso i quali la corrente di cortocircuito principale passa dalla rete e che hanno una resistenza significativa ( linee, trasformatori, ecc.).

Negli impianti elettrici con tensioni superiori a 1 kV, vengono prese in considerazione le resistenze induttive di macchine elettriche, trasformatori di potenza e autotrasformatori, reattori, linee aeree e in cavo, conduttori di corrente. La resistenza attiva dovrebbe essere presa in considerazione solo per linee aeree con fili di piccole sezioni trasversali e fili di acciaio, nonché per reti di cavi lunghi di piccole sezioni con elevata resistenza attiva.

Negli impianti elettrici con tensioni fino a 1 kV, vengono prese in considerazione le resistenze induttive e attive di tutti gli elementi di un circuito cortocircuitato (contatti transitori di dispositivi, bobine di corrente, resistenze transitorie, squilibrio di fase, ecc.). Allo stesso tempo, va notato che l'influenza della resistenza del sistema di alimentazione sui risultati del calcolo delle correnti di cortocircuito sul lato fino a 1 kV è piccola. Pertanto, nei calcoli pratici, la resistenza sul lato 6–10 kV viene spesso trascurata, considerandola zero. In caso di alimentazione reti elettriche tensione fino a 1 kV dai trasformatori riduttori nel calcolo delle correnti di cortocircuito, si dovrebbe procedere dalla condizione che la tensione fornita al trasformatore sia invariata e uguale al suo valore nominale.

I requisiti per il calcolo delle correnti di cortocircuito per la protezione dei relè e l'automazione del sistema sono leggermente diversi dai requisiti per il calcolo per la selezione di dispositivi e conduttori. I requisiti per l'accuratezza dei calcoli della corrente di cortocircuito per la selezione dei dispositivi di messa a terra sono bassi a causa della bassa precisione dei metodi per determinare altri parametri inclusi nel calcolo dei dispositivi di messa a terra (ad esempio, resistività di terra). Pertanto, per selezionare i dispositivi di messa a terra, è consentito determinare i valori delle correnti di cortocircuito in modo approssimativo.

Lo schema di calcolo per la determinazione delle correnti di cortocircuito è un circuito unifilare, in cui vengono introdotti generatori, compensatori, motori elettrici sincroni e asincroni che influenzano la corrente di cortocircuito, nonché elementi del sistema di alimentazione (linee, trasformatori , reattori) che collegano le fonti di elettricità al luogo del cortocircuito. Quando si redige uno schema di calcolo per la scelta apparato elettrico e conduttori e la determinazione delle correnti di cortocircuito dovrebbero basarsi sulle condizioni di funzionamento a lungo termine previste per questo impianto elettrico. In questo caso, non è necessario tenere conto delle modifiche a breve termine del circuito di questo impianto elettrico, ad esempio durante la commutazione. Le modalità di funzionamento di riparazione e post-emergenza dell'impianto elettrico non si applicano alle modifiche a breve termine dello schema. Inoltre, lo schema progettuale dovrebbe tenere conto della prospettiva di sviluppo delle reti esterne e delle sorgenti di generazione con cui l'impianto in questione è collegato elettricamente (per almeno 5 anni dal periodo di messa in servizio previsto).

Secondo lo schema progettuale, viene costituito un circuito equivalente, in cui le connessioni del trasformatore sono sostituite da quelle elettriche. Gli elementi del sistema di alimentazione che collegano le fonti di elettricità con il luogo del cortocircuito vengono introdotti nel circuito equivalente con resistenze e le fonti di energia - con resistenze ed EMF. Le resistenze e l'EMF del circuito equivalente devono essere ridotte a un gradino di tensione (gradino principale). Nei calcoli pratici, è conveniente prendere la fase in cui le correnti di cortocircuito sono determinate come principale. I parametri degli elementi circuitali equivalenti possono essere espressi in unità denominate o relative.

Quando si compila un circuito equivalente in unità relative, i valori della fem e delle resistenze del circuito sono espressi in frazioni dei valori selezionati dei valori di base. La potenza di base viene presa come valori di base S b nei calcoli di solito S b = 100 MB∙A) e tensione di base ..gif" width="81" height="48"> 7.1)

Formule di calcolo per la determinazione della resistenza degli elementi circuitali in unità denominate e relative (EN-US "> S

tensione nominale u nom, resistenza induttiva supertransitoria, costante di tempo di decadimento della componente di corrente aperiodica di un cortocircuito trifase. I parametri elencati, ad eccezione dell'EMF, sono riportati nei dati del passaporto della macchina e, in caso di assenza, possono essere desunti dalle tabelle di riferimento.

Forza elettromotiva e" (valore di fase) è determinato dall'espressione approssimativa

dove http://pandia.ru/text/79/406/images/image010_27.gif" width="28" height="24">- corrente nominale; j- angolo tra corrente e tensione in modalità pre-guasto.

Valori di coefficiente K, pari a EMF E "in unità relative, sono riportati di seguito.

Valori medi ed E "in condizioni normali, unità relative:

Tipi di macchine
Compensatore sincrono
Motore sincrono
Motore asincrono

Se esiste una fonte di alimentazione specificata dalla potenza totale dei generatori di un tipo o dell'altro S S e la resistenza risultante per il tempo iniziale X c, allora tale sorgente può essere considerata come un generatore equivalente di potenza nominale S nom S e resistenza superconduttiva X Insieme a.

Se la fonte di alimentazione è un potente pool di energia, dato dalla resistenza che ne deriva X s, corrente di cortocircuito io k o potenza , allora possiamo presumere che una tale combinazione sia un sistema di alimentazione lontano dai pneumatici del consumatore per resistenza X Insieme a.

Quando non sono disponibili i dati necessari sulla rete elettrica, si effettuano i calcoli sulla corrente di intervento di limitazione io off interruttori installati sui bus di comunicazione con il sistema di alimentazione. La corrente di interruzione è uguale alla corrente di cortocircuito io k, e quindi la resistenza è determinata X Insieme a.

Determinazione delle resistenze del sistema in unità denominate e relative:

(7.4)

dove http://pandia.ru/text/79/406/images/image016_14.gif" width="28" height="24"> è il potere di apertura dell'interruttore secondo il catalogo installato al collegamento del sottostazione aziendale al sistema; http:/ /pandia.ru/text/79/406/images/image018_10.gif" width="25" height="25 src=">.

I motori elettrici con tensioni superiori a 1 kV sono considerati simili ai generatori. EMF supertransitorio E "è definito come E" \u003d kU nom. Coefficiente K corrisponde e" ed è preso dal tavolo.

La resistenza supertransitoria nel passaporto del motore elettrico, a differenza dei generatori, non è indicata ed è determinata dalla molteplicità della sua corrente di avviamento:

dove è la corrente nominale del motore; - la molteplicità della corrente di avviamento al nominale.

Resistenza di sincrona e motori a induzione in unità nominative e relative

(7.5)

È consuetudine chiamare carico generalizzato un carico misto costituito da carichi per illuminazione, alimentazione di motori elettrici, forni, raddrizzatori, ecc. I parametri medi di progetto di tale carico sono riportati nella tabella e sono relativi alla tensione nominale media della fase di trasformazione nel luogo di collegamento del carico e la piena potenza del carico (MB ∙A). La determinazione della resistenza del carico generalizzato viene eseguita in modo simile alla (7.5).

I parametri del passaporto calcolati di un trasformatore a due avvolgimenti (Fig. 7.1, a, b) includono: potenza nominale, tensione nominale degli avvolgimenti http://pandia.ru/text/79/406/images/image024_6.gif" width ="41 height=24 "height="24"> perdita di corto circuito P a o rapporto x/r. resistenza

(7.6)

Figura 7.1. Trasformatore a due avvolgimenti e suo circuito equivalente ( un, b); trasformatore a tre avvolgimenti ( in, G); trasformatore a due avvolgimenti con avvolgimento sdoppiato di bassa tensione ( d, e)

Spieghiamo il parametro. C'è solo accoppiamento magnetico tra gli avvolgimenti del trasformatore. equivalente resistenza elettrica Gli avvolgimenti primari e secondari del trasformatore sono determinati dall'esperienza del cortocircuito, che consiste in quanto segue: l'avvolgimento secondario del trasformatore viene cortocircuitato, dopodiché il trasformatore viene caricato con la corrente nominale, quindi viene misurata la caduta di tensione ∆ ai capi dell'avvolgimento primario u e perdite di cortocircuito P nel trasformatore.

Secondo l'esperienza, la tensione di cortocircuito viene calcolata come caduta di tensione relativa nella resistenza del trasformatore quando la corrente nominale lo attraversa:

dove z m è la resistenza elettrica equivalente degli avvolgimenti del trasformatore. Pertanto, corrisponde alla resistenza del trasformatore in unità relative in condizioni nominali.

Reattanza induttiva del trasformatore, tenendo conto della tensione di cortocircuito tu perdite verso e cortocircuito http://pandia.ru/text/79/406/images/image030_5.gif" width="135" height="31">

Poiché la resistenza attiva dei trasformatori è relativamente piccola, di solito prendono

Se diventa necessario determinare la resistenza attiva del trasformatore per calcolare la corrente di cortocircuito d'urto r t, che è consigliato per trasformatori con una potenza di 630 kVA e inferiore, questo può essere fatto in base alle perdite P k, tratto dal catalogo, o lungo le curve X/r:

(7.7)

Per il calcolo dei trasformatori a tre avvolgimenti (Fig. 7.1, c, d) occorre indicare: potenza nominale; tensioni nominali degli avvolgimenti http://pandia.ru/text/79/406/images/image034_5.gif" width="157" height="24">perdite di cortocircuito P a o relazione X/r. La potenza nominale di un trasformatore a tre avvolgimenti è la potenza nominale del suo avvolgimento più potente; A questa potenza sono date le relative resistenze del trasformatore e le perdite di corto circuito.

Per determinare la tensione di cortocircuito, l'esperimento viene eseguito 3 volte - tra avvolgimenti B-C, V-N e S-N, e ogni volta che il terzo avvolgimento, non partecipando all'esperimento, rimane aperto. Dall'impostazione dell'esperienza di cortocircuito, è ovvio che la tensione di cortocircuito tra gli avvolgimenti può essere espressa come somma delle tensioni di cortocircuito di questi avvolgimenti, ad esempio

Per ogni ramo del circuito equivalente si determinano le resistenze di base relative:

(7.8)

I valori in unità nominative sono determinati in modo simile alla prima formula (7.6).

Le perdite per cortocircuito di un trasformatore a tre avvolgimenti sono le perdite massime possibili in un trasformatore http://pandia.ru/text/79/406/images/image038_4.gif" width="36" height="24 src=" > sono indicati nel catalogo del trasformatore.

Ai parametri di progetto (Fig. 7.1, d, e) si riferiscono a: la potenza nominale dell'avvolgimento tensione più alta http://pandia.ru/text/79/406/images/image040_4.gif" width="64" height="27"> (power = 0,5); tensioni nominali degli avvolgimenti ; tensione di cortocircuito tra gli avvolgimenti EN-US">P a o rapporto X/r.

Le espressioni per le tensioni di cortocircuito di ciascun avvolgimento del trasformatore sono simili a (7.8) e (7.6):

(7.9)

La determinazione delle resistenze attive dei trasformatori split viene eseguita in modo simile alla determinazione di queste resistenze per trasformatori a tre avvolgimenti. A differenza dei trasformatori a tre avvolgimenti, i cataloghi per trasformatori split danno perdite di cortocircuito per gli avvolgimenti V-H1 (H2), relative alla potenza dell'avvolgimento di bassa tensione.

Per determinare le resistenze attive del trasformatore, se non si conoscono le perdite di cortocircuito, si possono utilizzare delle curve X/r.

I parametri di progetto del reattore sono: reattanza induttiva nominale in ohm o unità relative X nom o X nom %; m tensione nominale u nom; corrente nominale io nom; perdite nominali ∆ R o relazione X/r.

Nel caso di utilizzo di doppi reattori, per il ramo del reattore viene impostata la reattanza induttiva e, oltre ai parametri elencati, viene indicato il coefficiente di accoppiamento tra i rami K San, di solito K sv \u003d 0.5 (Fig. 7.2).

Resistenza del reattore relativa e ridotta alla base

(7.10)

dove X p - reattanza nominale del reattore, Ohm, u c - tensione di rete nel punto di installazione del reattore e del doppio reattore:

(7.11)

È noto che il doppio reattore è strutturalmente diverso dal solito per l'uscita del punto medio dell'avvolgimento, dividendo l'avvolgimento del reattore in due rami.

Il calcolo della resistenza attiva dei reattori viene effettuato in base alle perdite nominali o in relazione a X/r. Quando si utilizzano le perdite per fase del reattore, il calcolo viene effettuato nel modo seguente: per i singoli reattori; per reattori gemelli

La resistenza delle linee elettriche negli schemi di progettazione è caratterizzata da resistività per 1 km di lunghezza. La reattanza induttiva di una linea dipende dalla distanza tra i fili e dal raggio del filo. Resistenza della linea elettrica in unità nominative e relative

(7.12)

dove X o - resistenza media di 1 km di linea; l- lunghezza della linea.

Riso. 7.2. Doppio reattore ( un) e il suo circuito equivalente ( b)

Come valori medi di progetto della resistenza induttiva per fase dovrebbero essere presi, Ohm/km:

Linea aerea:
330 kV (due fili per fase)
Cavo a tre fili:
Unipolare a bagno d'olio 110kV

La resistenza attiva dovrebbe essere presa in considerazione nei casi in cui il suo valore totale è superiore a un terzo della resistenza induttiva di tutti gli elementi del circuito equivalente fino al punto di cortocircuito, ad es. quando Aluminium" href="/text/category/aluminij/ " rel="bookmark">I fili di alluminio sono calcolati come segue:

dove l- lunghezza delle linee, m; q- sezione filo, m2; g- conducibilità specifica, (MOhm∙m) -1, pari al rame g= =53, per alluminio g = 32.

7.2. Calcolo delle correnti di cortocircuito negli impianti elettrici superiori a 1 kV

Le condizioni che caratterizzano un cortocircuito trifase sono la simmetria del circuito e l'uguaglianza a zero dell'interfase e tensioni di fase al posto del corto circuito:

Pertanto, la differenza di potenziale del cortocircuito dal punto di connessione della sorgente di generazione al punto di cortocircuito è uguale all'EMF di questa sorgente. Ciò consente di determinare il valore effettivo iniziale del termine periodico secondo la legge di Ohm. Nel caso di un'alimentazione in cortocircuito dal sistema di alimentazione, assume la forma l'espressione di calcolo per la determinazione della componente periodica

(7.14)

dove http://pandia.ru/text/79/406/images/image056_2.gif" width="137" height="33"> è la risultante resistenza al cortocircuito; X c - resistenza risultante (induttiva) del sistema di alimentazione rispetto al luogo della sua connessione nello schema di progetto; X in, r c - resistenze rispettivamente induttive e attive dal luogo di connessione del sistema di alimentazione al punto di cortocircuito.

Senza resistenza attiva, corrente periodica

(7.15)

dove http://pandia.ru/text/79/406/images/image059_1.gif" width="131" height="28"> (7.16)

dove io k - corrente nel punto di cortocircuito considerato, ridotta a tensione u cfr.

In unità relative, se l'alimentazione nello schema di progetto della rete è il sistema di alimentazione, l'EMF del sistema e la tensione sui suoi pneumatici sono uguali: quindi

Senza resistenza attiva

(7.18)

Quando il cortocircuito viene alimentato dalla rete elettrica, per effetto dell'invarianza della tensione sulle sbarre del sistema, le ampiezze della componente periodica della corrente di cortocircuito non cambiano nel tempo e il suo valore effettivo durante l'intero rimane invariato anche il processo di corto circuito: La determinazione della componente periodica in questo caso per qualsiasi momento del cortocircuito deve essere effettuata secondo le espressioni calcolate (7.14) e (7.15) per calcolare il valore iniziale della corrente.

Quando il cortocircuito è alimentato da un generatore con o senza regolatore di eccitazione automatico (ARC) o senza di esso, le ampiezze e i valori effettivi della componente periodica nel cortocircuito cambiano di valore. Per i calcoli pratici della componente periodica ai vari momenti del cortocircuito si usa solitamente il metodo grafico-analitico con l'utilizzo delle curve calcolate, altrimenti il ​​metodo delle curve calcolate.

Quando si calcolano le correnti di un cortocircuito trifase per la selezione di dispositivi e conduttori, si considera che il valore istantaneo massimo della corrente di cortocircuito o della corrente di shock si verifica dopo 0,01 s dal momento in cui si verifica il cortocircuito.

Per i circuiti con elementi collegati in serie, la corrente d'urto viene calcolata dall'espressione

dove T a è la costante di tempo di decadimento della componente aperiodica della corrente di corto circuito; K battiti - coefficiente di shock per il tempo t= 0,01 s.

Tempo costante T a è definito dall'espressione

dove 0 " style="margin-left:-68.35pt;border-collapse:collapse;border:none">

Trasformatori di potenza, MB A

Reattori per corrente, A:

1500 e oltre

Linee aeree

Cavi 6-10 kV, sezione 3 XX 185 mm2

Sovracorrente di sincrona e motori a induzioneè definito come segue:

dove K y è il coefficiente di shock del circuito motore. Se la resistenza del circuito esterno del motore elettrico è piccola EN-US "\u003e k y è preso nella forma finita; se è necessario tenere conto della resistenza esterna, allora K y dovrebbe essere determinato analiticamente. Se il circuito di progetto come risultato della conversione può essere rappresentato come due o più rami di generazione indipendenti, la corrente d'urto nel punto di guasto è determinata come somma delle correnti d'urto di questi rami.

Corrente di cortocircuito totale RMS Esso in un momento arbitrario è

dove io nt è il valore efficace della componente periodica della corrente di cortocircuito in un momento arbitrario (secondo le curve calcolate); io at è il valore effettivo della componente aperiodica della corrente di cortocircuito contemporaneamente.

Il valore effettivo della corrente di cortocircuito per il primo periodo dall'inizio del processo è determinato dalla formula

(7.23)

dove K y è il coefficiente di shock determinato dalla curva di fig. 1.3. In tutti i casi in cui la resistenza attiva del cortocircuito non viene presa in considerazione, di solito viene accettata K y = 1,8. Per punti di cortocircuito remoti, tenendo conto della resistenza attiva K y è determinato dalla dipendenza esponenziale del rapporto tra il tempo di cortocircuito e la costante T un.

La potenza nominale di cortocircuito per un momento arbitrario (per selezionare un interruttore in base al suo potere di interruzione) è determinata dalla formula

dove u cp è la tensione nominale media della rete per il punto in cui viene calcolata la corrente di cortocircuito.

http://pandia.ru/text/79/406/images/image073_1.gif" width="77" height="29">

L'alimentazione dei punti di cortocircuito dai motori elettrici viene presa in considerazione se i motori sono collegati elettricamente direttamente al punto di cortocircuito e si trovano in una zona a breve distanza. Le correnti di cortocircuito dei motori separati dal punto di cortocircuito tramite uno stadio di trasformazione o attraverso i doppi avvolgimenti della reattanza non vengono generalmente prese in considerazione.

Se i motori sono collegati al punto di cortocircuito con cavi di lunghezza non superiore a 300 m, il valore iniziale della componente periodica della corrente di cortocircuito viene determinato senza tener conto della resistenza esterna:

dov'è l'EMF supertransitorio (vedi § 7.1); io nom - corrente nominale del motore.

Il valore della componente periodica della corrente di cortocircuito al momento dell'apertura dell'interruttore:

da motore asincrono

dove T p è la costante di tempo di decadimento calcolata della componente periodica della corrente di cortocircuito del motore; in assenza di dati si può assumere T = 0,04-0,06 s; da motore sincrono

dove http://pandia.ru/text/79/406/images/image078_1.gif" width="21" height="24"> è uguale a 0,7 con t=0,1 s e 0,6 a 0,25 s). Se non si conosce il tipo di motore, allora il valore può essere determinato dalla curva media, come per il motore della serie SDN.

Componente aperiodica e sovracorrente dai motori

(7.25)

In assenza di dati, puoi prendere T a = 0,04 s per motori asincroni e T a = 0,06 s per sincrono.

7.3. Cortocircuito in reti con tensione fino a 1 kV

Calcolo delle correnti di cortocircuito nelle reti elettriche dei negozi corrente alternata differisce dal calcolo nelle reti da 1 kV e oltre. Nelle reti fino a 1 kV, oltre a quelle induttive, vengono prese in considerazione anche le resistenze attive degli elementi di cortocircuito: trasformatori di potenza, linee in cavo, sbarre, avvolgimenti primari di trasformatori di corrente multigiro, bobine di corrente di interruttori , varie connessioni di contatto (contatti staccabili e a innesto di dispositivi, ecc.). ), archi al posto del cortocircuito. La resistenza attiva totale del cortocircuito r S può essere superiore al 30% X S , che influenza l'impedenza z S e corrente di cortocircuito.

A causa della lontananza del cortocircuito nella rete fino a 1 kV dalla fonte di alimentazione ( X*p > 3) la componente periodica della corrente supertransitoria risulta essere uguale al valore stazionario della corrente io∞, ovvero la componente periodica della corrente di cortocircuito è costante nel tempo. Fisicamente, ciò è spiegato dal fatto che il cortocircuito nella rete fino a 1 kV dovuto alla grande resistenza induttiva del trasformatore di negozio è percepito nella rete da 6-10 kV come un piccolo incremento di carico, insensibile nella rete da 110 kV.

La resistenza del sistema, in relazione alla sua potenza, è costituita da elementi collegati in serie: generatori ( X g ³ 0,125), trasformatori step-down ( X pov. tr ³ 0,105), linee elettriche ( X l ³ 005), trasformatori step-down di sottostazioni distrettuali e (o) imprese GGSh ( X lun. tr³ 0,105).

Pertanto, la resistenza risultante del sistema di alimentazione in unità relative senza un trasformatore di negozio nel caso generale sarà almeno 0,4.

Con la resistenza induttiva del trasformatore di negozio, relativa alla potenza del sistema,

e la resistenza totale del cortocircuito è superiore a 3( X*p > 3) abbiamo

(7.26)

Se = 1000 kV∙A, > 5,5, otteniamo S c > 47 MB∙A, che è sempre fattibile per sistemi moderni Alimentazione elettrica.

Dall'analisi della relazione (7.26), è ovvio che la resistenza totale del circuito di corrente di cortocircuito è determinata dalla resistenza del trasformatore di officina. Ciò determina le seguenti caratteristiche delle modalità operative delle sottostazioni di trasformazione di officina di ZUR: 1) il funzionamento in parallelo di due trasformatori di officina praticamente raddoppia la potenza di cortocircuito, aumentando i requisiti per la stabilità delle reti elettriche e delle apparecchiature di commutazione sul lato fino a 1 kV; 2) un aumento della potenza unitaria dei trasformatori di negozio (l'uso di trasformatori da 1600 e 2500 kV∙A) porta ad un aumento delle correnti di cortocircuito nella rete fino a 1 kV e impone requisiti più severi alle reti di negozi in termini della loro resistenza alla corrente di cortocircuito.

Tensione nominale sul lato bassa tensione del trasformatore, kV.

dove e e - intensità del campo elettrico nel punto di combustione dell'arco, che può essere presa pari a 1,5 V / mm; l d - lunghezza dell'arco, mm (pari al doppio della distanza a tra le fasi della rete nel luogo del cortocircuito); io k - corrente di un cortocircuito trifase.

Nei calcoli pratici, si possono usare i valori R per, riportato nella tabella. 7.1 per un tipico schema di rete fino a 1 kV (Fig. 7.4).

Quando si approssimano i risultati forniti nella tabella. 7.1, è stata ottenuta una formula per determinare la resistenza transitoria totale durante il cortocircuito nei punti K2 -K4:

(7.30)

dove 0 " style="margin-left:-37.05pt;border-collapse:collapse;border:none">

Potenza, trasformatore, kV∙A

Valori di resistenza di transizione R per, mOhm, nei punti di cortocircuito

K 1

K 2

K 3

K 4

Nota. Il numeratore mostra i valori di resistenza per il circuito principale, il denominatore - per il circuito radiale.

Riso. 7.4. Schema tipico di una rete elettrica di un negozio per il calcolo delle correnti di cortocircuito

Quando si calcolano le correnti di cortocircuito, nel cortocircuito vengono introdotte anche le resistenze induttive dei trasformatori di corrente e le bobine di sovracorrente degli interruttori automatici, i cui valori sono presi da dati di riferimento o di fabbrica.

Il calcolo delle correnti di cortocircuito viene effettuato per selezionare e verificare la resistenza all'azione di un cortocircuito dei dispositivi e dei dispositivi che trasportano corrente della rete dell'officina. Indipendentemente dalla modalità neutra nelle reti di negozi, la modalità più grave è un cortocircuito trifase.

La conversione del circuito equivalente il più delle volte si riduce alla determinazione della resistenza totale del cortocircuito aggiungendo resistenze attive e induttive collegate in serie n elementi, poiché le reti fino a 1 kV hanno un'alimentazione unilaterale:

La corrente di un cortocircuito trifase si trova dalla formula

L'effetto dei motori asincroni collegati direttamente al punto di cortocircuito può essere approssimativamente preso in considerazione aumentando il valore io a 4 io vd ( io vd è la corrente nominale totale dei motori). in cui io aumentare di non più del 10%.

La corrente d'urto di un cortocircuito trifase è determinata dalle formule (7.19), (7.25). Significato io k nelle reti fino a 1 kV è inferiore rispetto alle reti superiori a 1 kV, a causa della grande resistenza attiva del cortocircuito, che provoca una rapida attenuazione della componente aperiodica della corrente di cortocircuito. Il valore del coefficiente di impatto può essere determinato da apposite curve o mediante calcolo a seconda del rapporto X S/ r S o costante di tempo di decadimento della componente aperiodica T un = X S/(w r S).

Nei calcoli approssimativi durante la determinazione io y sui pneumatici delle sottostazioni di trasformazione dell'officina con una potenza di kV∙A, puoi prendere K y=1.3 e per più punti di rete remoti K y" 1. Influenza dei motori asincroni collegati direttamente al luogo del cortocircuito acceso io y può essere approssimativamente preso in considerazione aumentando il valore del trovato io si su (4-7) io div.

Di particolare difficoltà è il calcolo delle correnti di cortocircuito monofase nelle reti fino a 1 kV con neutro messo a terra, quando la corrente di cortocircuito monofase può essere inferiore ai valori sufficienti per un'affidabilità funzionamento della protezione delle reti di negozi (interruttori automatici o fusibili). In tali reti, la corrente di guasto monofase, pari a tre volte la corrente di sequenza zero, è determinata dalla formula

dove http://pandia.ru/text/79/406/images/image112.gif" width="45" height="24 src="> sono le resistenze induttive e attive a sequenza zero totali.

La corrente di guasto a terra monofase per un funzionamento affidabile della protezione in installazioni non esplosive deve essere almeno 3 volte superiore alla corrente nominale del fusibile corrispondente.

Quando si determinano le correnti di cortocircuito nelle reti con tensione fino a 1 kV, è necessario tenere conto del fatto che i negozi TS sono prodotti completi e le loro apparecchiature (armadi di alta e bassa tensione con interruttori automatici, trasformatori di corrente, autobus e altri elementi installati in essi ) è progettato per un funzionamento normale a lungo termine e soddisfa i requisiti di resistenza alle correnti di cortocircuito nella rete a bassa tensione di un trasformatore di una determinata potenza. Se nella rete elettrica dell'officina vengono utilizzate sbarre di distribuzione e di distribuzione complete, la loro selezione in base alla corrente nominale consente, di norma, di soddisfare i requisiti di resistenza alla corrente di cortocircuito.

Il calcolo delle correnti di cortocircuito deve essere effettuato in caso di alimentazione congiunta dei carichi di potenza e illuminazione, se nella rete di illuminazione vengono utilizzate sbarre di illuminazione alimentate da sbarre di distribuzione. La resistenza dinamica delle sbarre di tipo ShOS è di 5 kA, che è significativamente inferiore alla resistenza delle sbarre di tipo ShRA (15-35 kA). Se la rete elettrica dell'officina è costituita da cavi o fili in tubi, per la selezione e il test di dispositivi con tensioni fino a 1 kV è obbligatorio il calcolo delle correnti di cortocircuito in tali reti.

Domande per l'autoesame

1. Quali sono le caratteristiche della semplificazione del calcolo delle correnti di cortocircuito nelle reti elettriche industriali.

2. Considera la fig. 1.1 come schema progettuale e redigere un circuito equivalente basato sulla figura per il calcolo delle correnti di cortocircuito.

3. Ricorda le formule di calcolo per determinare la resistenza degli elementi circuito elettrico.

4. Indicare l'area di impiego predominante del sistema nominato per il calcolo delle correnti di cortocircuito.

6. Indicare le caratteristiche del calcolo delle correnti di cortocircuito nella rete fino a 1 kV.

7. Spiegare il significato fisico della potenza di cortocircuito ai diversi livelli del sistema di alimentazione, i valori effettivi e di impatto delle correnti di cortocircuito.

Un cortocircuito tra conduttori è il fenomeno più pericoloso, sia nella rete elettrica di un'abitazione privata, sia nel cablaggio complesso di sottostazioni e circuiti di alimentazione di potenti apparecchiature industriali. Un cortocircuito può causare un incendio e il guasto di costosi apparecchi elettrici, quindi il calcolo delle correnti di cortocircuito è un passaggio obbligatorio prima di posare i cavi per vari consumatori di elettricità.

Chi è coinvolto nel calcolo del corto circuito

Il calcolo del cortocircuito viene eseguito da specialisti qualificati che non solo effettuano i calcoli necessari, ma sono anche responsabili dell'ulteriore funzionamento delle apparecchiature elettriche. Anche gli elettricisti domestici possono eseguire questi calcoli, ma solo con una conoscenza iniziale della natura dell'elettricità, delle proprietà dei conduttori e del ruolo dei dielettrici, nel loro isolamento affidabile l'uno dall'altro. Allo stesso tempo, il risultato ottenuto del valore di cortocircuito, prima di eseguire lavori elettrici, deve essere ricontrollato in autonomia, oppure avvalersi dei servizi di ditte specializzate che effettuano questi calcoli a pagamento. Come calcolare la corrente di cortocircuito utilizzando formule speciali sarà descritto in dettaglio di seguito.

Funzionalità di calcolo

Il calcolo delle correnti delle apparecchiature trifase viene effettuato utilizzando formule speciali.

Se il calcolo della corrente di cortocircuito trifase deve essere eseguito per reti elettriche con tensioni fino a 1000 V, è necessario tenere conto delle seguenti sfumature durante i calcoli:

1. Un sistema trifase dovrebbe essere considerato simmetrico.
2. L'alimentazione del trasformatore è assunta come un valore costante pari al suo valore nominale.
3. Il momento in cui si verifica un cortocircuito è considerato al valore massimo dell'intensità della corrente.
4. CEM di fonti di alimentazione lontane a notevole distanza dalla sezione della rete elettrica in cui si verifica il cortocircuito.

Inoltre, quando si calcolano i parametri di un cortocircuito, è necessario calcolare correttamente la resistenza risultante del conduttore, ma ciò deve essere fatto portando un unico valore di potenza. Se calcoliamo la resistenza utilizzando formule standard note dal corso di fisica, è possibile commettere errori a causa della tensione nominale disuguale al momento del verificarsi di un cortocircuito per varie sezioni del circuito elettrico. La scelta di una tale potenza di base consente di semplificare notevolmente i calcoli e di migliorarne notevolmente la precisione.

Anche la tensione, quando si calcola la corrente di cortocircuito, è consuetudine scegliere non in base al valore nominale, ma con un eccesso di questo indicatore del 5%. Ad esempio, per una rete elettrica di 380 V, la tensione di base per il calcolo delle correnti di cortocircuito sarà di 0,4 kV.

Per una rete a 220 V CA, la tensione di base sarà 231 V.

Formule per il calcolo di un circuito trifase

Il calcolo delle correnti di cortocircuito nei sistemi di alimentazione elettrica di elettricità trifase viene effettuato tenendo conto delle peculiarità del verificarsi di questo processo.

A causa della manifestazione dell'induttanza del conduttore in cui si verifica un cortocircuito, la forza del cortocircuito non cambia istantaneamente, ma questo valore aumenta secondo determinate leggi. Affinché il metodo di calcolo delle correnti di cortocircuito consenta calcoli di alta precisione, è necessario calcolare tutte le principali grandezze introdotte nelle formule di calcolo.

Spesso per questo scopo è necessario utilizzare formule aggiuntive o software speciali. Le moderne possibilità della tecnologia informatica consentono di eseguire le operazioni più complesse in pochi secondi. I metodi per il calcolo delle correnti di cortocircuito possono essere ampliati utilizzando un software speciale. In questo caso, si può usare programma per computer, che può essere scritto da qualsiasi programmatore esperto.

Se il calcolo dei parametri di cortocircuito in rete trifase viene eseguita manualmente, quindi per ottenere l'esatto risultato di tale valore si utilizza la formula:

dove:
Hvn è la resistenza tra il punto di corto circuito e le sbarre.
Xsist è la resistenza dell'intero sistema rispetto ai bus sorgente.
Us è la tensione sui bus di sistema.
Se durante i calcoli manca un indicatore, è possibile calcolarlo applicando formule aggiuntive o utilizzare programmi per computer speciali.

Nel caso in cui il calcolo del cortocircuito debba essere effettuato per una rete ramificata complessa, viene convertito il circuito equivalente. Per semplificare il più possibile i calcoli, il circuito viene presentato con una resistenza e una fonte di elettricità.

Per semplificare lo schema, è necessario:

1. Somma tutti gli indicatori della resistenza collegata in parallelo dei circuiti elettrici.
2. Aggiungere le resistenze collegate in serie.
3. Calcola la resistenza risultante sommando tutte le resistenze collegate in parallelo e in serie.

Calcolo di una rete monofase

Il calcolo delle correnti di cortocircuito nei sistemi elettrici di tensione monofase consente calcoli semplificati. Di solito, gli apparecchi elettrici monofase non consumano molta elettricità e per proteggere in modo affidabile un appartamento o una casa da un cortocircuito, è sufficiente installare un interruttore progettato per un valore di intervento di 25 A. Se necessario
per eseguire un calcolo approssimativo di un cortocircuito monofase, viene prodotto secondo la formula:

dove
Uf è la tensione di fase.
Zt è la resistenza del trasformatore in caso di cortocircuito.
Zc - resistenza tra fase e zero conduttore.
Ik- corrente monofase corto circuito.

Il calcolo dei parametri di cortocircuito in un circuito monofase utilizzando questa formula viene eseguito con un errore fino al 10%, ma nella maggior parte dei casi questo è sufficiente per proteggere adeguatamente la rete elettrica. La principale difficoltà nell'ottenere i dati calcolati con questa formula è la difficoltà nell'ottenere il valore di Zc. Se si conoscono i parametri del conduttore e si determinano anche le resistenze transitorie, la resistenza tra i conduttori di fase e neutro viene calcolata con la formula:

dove:
rf - resistenza attiva filo di fase, Ohm;
rn - resistenza attiva filo neutro, Ohm;
ra è la resistenza attiva totale dei contatti del circuito di fase zero, Ohm;
xf" - resistenza induttiva interna del filo di fase, Ohm;
xn" - resistenza induttiva interna del filo neutro, Ohm;
x' - resistenza induttiva esterna del circuito di fase zero, Ohm.

Quindi, sostituendo i valori noti nelle formule sopra, possiamo facilmente trovare la corrente di cortocircuito per rete monofase.

Il calcolo dei parametri di cortocircuito in una rete monofase viene eseguito nella seguente sequenza:

1. Verranno chiariti i parametri del trasformatore di alimentazione o del reattore.
2. Vengono determinati i parametri del conduttore utilizzato.
3. Se una schema elettrico troppo ramificato, dovrebbe essere semplificato.
4. Viene determinata l'impedenza tra "fase" e "0".
5. L'impedenza del trasformatore o del reattore viene calcolata se questo valore non può essere ottenuto dalla documentazione per l'alimentazione.
6. I valori vengono sostituiti nella formula.

Se l'intera sequenza di azioni è stata eseguita correttamente, in questo modo è possibile calcolare l'intensità della corrente in caso di cortocircuito in una rete monofase.

Calcolo del cortocircuito in base ai dati del passaporto

Il compito di calcolare il cortocircuito è notevolmente semplificato se sono presenti dati del passaporto per il reattore o il trasformatore. In questo caso è sufficiente sostituire nelle formule di calcolo i valori nominali di energia elettrica e tensione per ottenere il valore della corrente di cortocircuito.

La forza e la potenza del cortocircuito possono essere determinate dalle seguenti formule:

In questa formula, il valore di Inom è uguale alla corrente nominale del trasformatore elettrico o del reattore.

Determinazione della corrente di cortocircuito in una rete di potenza illimitata

In tali condizioni, la potenza dell'elettricità sarà uguale all'infinito e la resistenza del conduttore sarà zero. Queste condizioni possono essere applicate a tali condizioni di progetto solo quando il punto di cortocircuito viene rimosso a una distanza considerevole dalla fonte di elettricità e la resistenza del circuito risultante è dieci volte superiore alla resistenza del sistema.

Per una rete elettrica di potenza illimitata, l'intensità elettrica è calcolata dalla formula:

Ik=Ib/Xres
dove:
Ik è la forza della corrente di cortocircuito;
Ib è la corrente di base;
Khrez è la tensione di rete risultante.

Sostituendo il valore nella formula, è possibile ottenere il valore dei parametri di cortocircuito in una rete di potenza illimitata.

Le linee guida per il calcolo delle correnti di cortocircuito stabilite in questo articolo contengono i principi di base con cui viene determinata la forza della corrente nel conduttore al momento della formazione di questo fenomeno pericoloso. Se diventa difficile eseguire questi calcoli da solo, puoi utilizzare i servizi di ingegneri elettrici professionisti che eseguiranno tutti i calcoli necessari. Il calcolo delle correnti di cortocircuito e la scelta delle apparecchiature elettriche su consiglio di professionisti garantiranno l'uso ininterrotto e sicuro delle reti elettriche in una casa privata o al lavoro.