Wayne L. Carey Исследование режима короткого замыкания Библиотека

Вернуться в библиотеку

Short-Circuit Calculations	Расчет тока короткого замыкания
A Handbook to Accompany the Short-Circuit Calculation Program From MSHA’s Approval and Certification Center	Сопроводительный справочник к программе расчета тока короткого замыкания Управления по шахтной технике безопасности и здравоохранения, а также Центра санкционирования и сертификации
By Wayne L. Carey	By Wayne L. Carey
January 4, 2006	4 января 2006 г.
http://www.msha.gov/TECHSUPP/ACC/shortcircuit/ShortCircuitCalculations.doc pages / страницы 1 — 4
Introduction	Введение
One of the jobs of the Mine Safety and Health Administration’s (MSHA’s) Approval and Certification Center (A&CC) is to approve electrical equipment for underground mines. An important part of this job is to determine if circuit protective devices are sized and set correctly. Sizing of circuit protective devices can only be done when maximum available short-circuit current is known. Setting of the devices can only be done when minimum available short-circuit current is known. The A&CC has a computer program available through the MSHA website (www.msha.gov) to calculate available short-circuit currents in mine power systems. This program, other programs, or hand calculation can be used to perform short-circuit calculations. Any method used requires specific data on the mine power system. All this data is converted to resistance and reactance values for each component in the system. Impedance can then be calculated and then minimum and maximum available currents. This paper describes the data needed for each type of circuit component and how to obtain the data. It also describes methods used by the computer program to calculate available short-circuit currents.	Одной из задач Управления по шахтной технике безопасности (MSHA’s) и Центра санкционирования и сертификации (A&CC) является одобрение электрооборудования для подземных шахт. Важной частью этой задачи является определение номера устройств защиты от короткого замыкания и корректности его выбора. Номер устройств защиты от короткого замыкания может быть выбран, только если известен максимально возможный ток короткого замыкания. A&CC имеет компьютерную программу, доступную через вебсайт MSHA (www.msha.gov) для расчета имеющихся токов короткого замыкания в шахтных энергетических системах. Эта программы, другие программы или ручное вычисление может использоваться для выполнения расчетов токов короткого замыкания. Любой из используемых методов требует специфических данных о шахтной энергетической системе. Все эти данные превращаются в значения активных и реактивных сопротивлений для каждого элемента системы. Тогда может быть вычислено полное сопротивление и затем, минимально и максимально возможные токи. В этой статье описываются данные, необходимые для каждого вида элемента цепи, и как получить эти данные. Также описываются методы, используемые в компьютерной программе для расчета имеющихся токов короткого замыкания.
Utility	Применение
The first step in analyzing a power system is to get the data for the power available at the site, the utility data. This data can be obtained from the power company. When calling the power company, explain the type of information you need and ask for the engineering department. It may be helpful to explain why you need the information.	Первым шагом в анализе энергетической системы является получение данных об имеющейся установленной мощности, полезных данных. Эти данные могут быть получены в энергетической компании. При запросе в энергокомпанию, объясните вид необходимой вам информации и обратитесь инженерный отдел. Это может помочь в объяснении, почему вам нужна эта информация.
The power company will be able to supply this information for the point in the power system where their responsibility for the power system ends and the customer’s responsibility starts. A common location for this point is the secondary of a pole or pad mounted transformer. If the customer is responsible for the transformer, the transition point would be the primary of the transformer. Sometimes a pole mounted disconnect will be the transition point. The power company will specify where in the system their responsibility ends.	Энергетическая компания может предоставить эту информацию для точки электрической системы где в энергетической системе заканчивается ее ответственность и начинается ответственность потребителя. Общее расположение этой точки на вторичной обмотке или монтажной прокладке трансформатора. Если потребитель отвечает за трансформатор, то переходная точка может быть на высокой стороне трансформатора. Иногда смонтированный полюс разъединения может быть переходной точкой. Энергетическая компания указывает, где в системе заканчивается ее ответственность.
The data needed is the line to line voltage (V_LL), short-circuit kVA (kVA_SC), and X/R. Obtaining the voltage is simple enough. Short-circuit kVA is the power available at a bolted three phase fault. Bolted means all three phases connected together with no added impedance. X/R is the ratio of reactance to resistance in the supply. Short-circuit kVA and X/R may need to be derived from other data.	Необходимыми данными является линейное напряжение (V_LL), мощность короткого замыкания kVA (kVA_SC) и X/R. Определение напряжения является достаточно простым. Мощность короткого замыкания kVA является мощностью при трехфазном коротком замыкании. Под замыканием подразумевается соединение всех трех фаз вместе при отсутствии сопротивления. X/R это отношение реактивного и активного сопротивлений в снабжении. Возможна необходимость получения мощности короткого замыкания kVA и соотношения X/R из других данных.
Short-circuit current (I_SC) is sometimes supplied by the power company rather than short-circuit kVA. This current is the current in one phase of a three phase bolted fault. The short-circuit kVA can be calculated from the short-circuit current using the following equation.	Иногда ток короткого замыкания (I_SC) предоставляется энергетической компанией предпочтительней, чем мощность короткого замыкания kVA. Этот ток является током в одной фазе при трехфазном коротком замыкании. Мощность короткого замыкания kVA может быть вычислена из тока короткого замыкания, используя следующее выражение:

If you’re not doing these calculations every day, it is sometimes hard to remember when to include the square root of three factor. Power in a three phase circuit is three times the single phase power or three times the current in one phase times the line to neutral voltage (V_LN). The line to neutral voltage is the line to line voltage divided by the square root of three.	Если вы не производите эти расчеты каждый день, иногда трудно помнить, когда учитывается коэффициент квадратного корня из трех. Трехфазная мощность при замыкании это три однофазных мощности или три однофазных тока умноженные на фазное напряжение (V_LN). Фазное напряжение – это линейное напряжение, разделенное на корень из трех.

Power factor (PF) is sometimes specified instead of X/R. This must be the short-circuit power factor. Power factor is defined as the cosine of the angle between voltage and current. X/R is the tangent of this same angle. X/R can be found from power factor by taking the tangent of the inverse cosine of the power factor.	Коэффициент мощности (PF) иногда определяется вместо отношения X/R. Это должен быть коэффициент мощности короткого замыкания. Коэффициент мощности определяется как косинус угла между током и напряжением. Отношение X/R является тангенсом этого же угла. Отношение X/R может быть найдено из коэффициента мощности путем взятия тангенса обратного косинуса коэффициента мощности:

When neither X/R nor power factor are specified for the utility, it is usually safe to assume the impedance of the utility is all reactance and X/R is infinite. Unless there are many miles of transmission line, the impedance of the utility will be mainly reactance in the generator. This is all the data needed for the utility. From this data, the short-circuit calculation program can be used to calculate impedance (Z), resistance (R), and reactance (X). This data can also be calculated manually.	Когда ни отношение X/R ни коэффициент мощности не указаны, обычно безопасно предположить, что полное полезное сопротивление является реактивным, а соотношение X/R бесконечным. За исключением многих миль высоковольтной линии передач, полное полезное сопротивление это, главным образом, реактивное сопротивление генератора. Это все необходимые полезные данные. С этими данными программа расчета короткого замыкания может быть использована для определения полного(Z), активного (R) и реактивного(X) сопротивлений. Эти данные также могут быть вычислены вручную.
Impedance is calculated from VLL and short-circuit kVA.	Полное сопротивление, найденное из линейного напряжения и мощности короткого замыкания:

Resistance and reactance are then calculated from the impedance using X/R. Since:	Активное и реактивное сопротивления могут быть определены из полного сопротивления с использованием отношения X/R. Поскольку:


Resistance and reactance are calculated at the voltages for the points in the circuit where the short-circuit currents are calculated. For example, even though the utility voltage may be 69 kilovolts (kV), if the short-circuit currents are being calculated further down the circuit where the voltage is 2400 volts, the resistance and reactance will be calculated at 2400 volts. The computer program initially calculates resistance and reactance for the utility at the utility voltage. As the program works down through a circuit, encountering transformers, it converts the resistance and reactance to the new voltage by multiplying by the ratio of the voltages squared.	Активное и реактивное сопротивления определяются при напряжении для точки цепи, где найден ток короткого замыкания. Например, даже если необходимое напряжение может быть 69 кВ, а ток короткого замыкания был рассчитан в дальнейшем в цепи напряжением 2400 В, активные и реактивные сопротивления должны быть рассчитаны для напряжения 2400 В. Изначально компьютерная программы рассчитывает активны и реактивные сопротивления для необходимого удобного напряжения. Так как программа работает вниз по цепи, сталкиваясь с трансформаторами, она преобразует активные и реактивные сопротивления к новому напряжению, умножая на отношение квадратов напряжений.

Where: R2 = resistance at secondary voltage R1 = resistance at primary voltage V2 = secondary voltage V1 = primary voltage	где R2 = активное сопротивление для вторичного напряжения; R1 = активное сопротивление для первичного напряжения; V2 = вторичное напряжение; V1 = первичное напряжение.
This formula is the result of conservation of energy. Energy into the transformer (V₁²/R₁) equals energy out of the transformer (V₂ ²/R₁).	Эта формула является результатом преобразования энергии. Энергия на входе трансформатора (V₁²/R₁) эквивалентна энергии на выходе трансформатора (V₂²/R₁).
Transformers	Трансформаторы
Transformers are specified by output voltage (V), kVA rating, percent impedance (%Z), and X/R ratio. The X/R ratio is the ratio of reactance to resistance. This information, with the exception of X/R, is usually on the transformer nameplate. If X/R is not specified on the nameplate, the transformer manufacturer may be able to supply this. When contacting the transformer manufacturer, it may be helpful to have the transformer serial number. If X/R cannot be obtained, a value of 4.9 is typical and can be used in calculations. Impedance (Z) is calculated from V, kVA, and %Z.	Трансформаторы задаются выходным напряжением (V), номинальной мощностью, полным сопротивлением в процентах (%Z) и соотношением X/R. Отношение X/R – это отношение реактивного и активного сопротивлений. Эта информация, за исключением соотношения X/R, обычно есть в паспорте трансформатора. Если соотношение X/R не указано в паспорте, то производитель трансформатора может снабдить этой информацией. При связи с производителем трансформатора полезно иметь порядковый номер трансформатора. Если отношение X/R не может быть получено, то в вычислениях может быть использовано типичное значение 4,9. Полное сопротивление вычисляется из выходного напряжения, номинальной мощности и полного сопротивления в процентах.

Resistance and reactance are then calculated from Z and X/R as they were for the utility. Again, these resistances and reactances are for a short-circuit at the secondary of the transformer. If the short-circuit is at a point further down the circuit and after another transformer, the voltage at the short-circuit should be used in equation 7. Alternatively, the calculated resistances and reactances can be converted to the new voltage by multiplying by the ratio of the voltages squared.	Затем определяется активное и реактивное сопротивления из полного сопротивления и отношения X/R, поскольку это необходимо. Снова эти активные и реактивные сопротивления для короткого замыкания на выходе трансформатора. Если точка короткого замыкания дальше по цепи и за следующим трансформатором, то в выражении 7 должно быть использовано напряжение короткого замыкания. Альтернативой является преобразование вычисленных активных и реактивных сопротивлений к новому напряжению, умножая на отношение квадратов напряжений.