1 октября 2004 00.00, Massimo Mitolo, к.т.н., Chu & Gassman Инженеры – консультанты
Задача может казаться подавляющей сначала, но после методической постепенной процедуры может препятствовать Вам сбиваться с толку.
Все электрические системы чувствительны к коротким замыканиям и неправильным текущим уровням, которые они создают. Эти токи могут произвести значительные термические и механические усилия в электрическом оборудовании распределения. Поэтому, важно защитить персонал и оборудование, вычисляя токи короткого замыкания во время модернизации системы и проекта. Поскольку эти вычисления - связанны с безопасностью жизни, они предусмотрены в 110.9 NEC, в котором говорится:
“У оборудования, предназначенного, чтобы прервать ток на уровне ошибки, должно быть прерывание, оценивающее достаточный для номинального напряжения холостого хода и тока, который доступен в терминалах линии оборудования. У оборудования, предназначенного, чтобы прервать ток на других уровнях чем уровень ошибки, должна быть оценка прерывания в номинальном напряжении цепи достаточной для тока, который должен быть прерван.”
Когда Вы применяете эти требования к выключателю, Вы должны вычислить максимальный ток замыкания с 3 фазами, который выключатель будет обязан отключить. Этот ток может быть определен как ток короткого замыкания, доступный в терминалах защитного устройства.
Вы можете предположить, что 3-х фазные короткие замыкания являются "болтами", или у вас нет сопротивления. Кроме того, 3-фазного короткого замыкания можно считать сбалансированной нагрузки, а значит, вы можете использовать однофазные схемы проанализировать одну из фаз и нейтральным.
Распределение оборудования, такое как выключатели, плавкие предохранители, распределительные устройства, могут прервать или выдержать короткое замыкание, определенное как максимальные среднеквадратические значения симметричного тока. Выключатель не может прервать цепь в момент начала короткого. Вместо этого из-за временной задержки реле и время разделения контакта выключателя, он отключит ток после периода пяти - восьми циклов, к тому времени постоянная составляющая упадет почти до ноля, и ошибка будет фактически симметрична.
Закрытие выключателя против существующей ошибки позволяет перехватить пик асимметричного тока короткого замыкания, который больше чем среднеквадратическая ценность симметрического потока. Поэтому для оборудования также проверена на специфическом тесте ценность отношения X/R, типичная для специфических электрических аппаратов, таких как распределительные устройства, распределительные щиты, или автоматических выключателей и разработано и оценено, чтобы противостоять и/иЛИ закрыть и зафиксировать пиковый асимметричный ток, описанный выше.
Анализ ошибки обязан вычислять и сравнивать симметрические и асимметричные текущие значения, чтобы выбрать защитное устройство, чтобы соответственно защитить часть электрического оборудования распределения.
Методы расчета. Вместо того, чтобы использовать теоретический подход, чтобы определить токи короткого замыкания, изданные стандарты предлагают методы, чтобы вычислить симметрическое стационарного решение, к которому Вы можете применить мультипликатор, чтобы получить амплитудное значение асимметричного тока. Результат будет достаточно точен, чтобы находиться в пределах приемлемой терпимости, чтобы ответить требованиям NEC.
Классическими подходами и методами, определенный ANSI/IEEE, являются два принятых промышленностью методами для того, чтобы вычислить короткие замыкания. Оба метода предполагают, что сопротивление ошибки - ноль (убежал короткое замыкание), и напряжение перед ошибкой является постоянным во время развития ошибки. В действительности у ошибки есть свой собственный импеданс, и падение напряжения, из-за потока короткого замыкания, снижает ведущее напряжение.
Классический подход используется, чтобы вычислить эквивалентное сопротивление Thevenin как «замечено» системой в пункте ошибки. Сопротивление Thevenin определено как сопротивление в любой точке схемы, как только все генераторы напряжения были коротко замкнуты, и все текущие генераторы были открыты. Трансформатор и сервисные сопротивления и вращающиеся машины описывают реактансы переходного процесса все возможные вклады в короткое замыкание. Как только мы вычислили симметрические и пиковые обязанности, мы можем определить необходимое защитное устройство по прямому сравнению с оценками оборудования изготовителя.
Метод ANSI/IEEE, который описан в Станд IEEE. C37.010-1979 и его пересмотр в 1999, используется для оборудования высокого напряжения (выше 100V). Он призывает к определению мгновенного сопротивления сети, которое позволяет рассчитать и зафиксировать выключатель. Он также призывает к определению сопротивления выключателя, который позволяет вычислить обязанность отключения выключателя. Ценность сопротивления сети прерывания отличается от мгновенной ценности сопротивления сети, в которой сопротивление увеличивается от подпереходного процесса к переходному уровню.
Стандарт IEEE позволяет исключение всех 3-фазного асинхронного двигателя менее 50 Гц. и всех однофазных двигателей. Таким образом, не реактивные корректировки, необходимые для этих моторов не нужны. Диаграмма в праве разъясняет процедуру ANSI/IEEE.
Классическое вычисление. Начните, преобразовывая все сопротивления именованные единицы. За базисные единицы применяем следующие формулы
Sбаза = 100MVA
Вбаза = 26,4 кВ
Давайте пробегать вычисление в качестве примера, чтобы сделать это обсуждение немного более материальным. Сошлитесь на короткую диаграмму в иллюстрации выше со следующими входными данными:
Давайте запускать через пример расчета, чтобы эта дискуссия была более ощутима. Обратитесь на короткую диаграмму в иллюстрации выше со следующими входными данными:
• Полезность: 26.4kV, 1200 МВА, X / R = 41
• Трансформатор (Т1): 2MVA, 26.4/4.16kV, DY-G, Z = 7%, X/R515
• Мотор 1 (M1): Индукция, 4.16kV, 1000 л.с., PF = 0,8, эффективность 50.8, X "г= 0,16 ри, X / R = 28
• Мотор 2 (M2): Индукция, 4.16kV, 49 л.с., PF = 0,8, эффективность = 0,8, X "г= 0,17 ри, X / R = 10
Теперь можно вычислить эквивалентное сопротивление Thevenin для вина на шина 2 путем объединения на единицу X и R получим значения относительных сопротивлений.
ZВина= (Zполезность+ ZT1) | | ZMotor1| | ZMotor2= (0,0021 + 0,005 + j0.083 j0.07) | | (0,49 + j13.8) | | (29,8 + j298) = 0,166 + j2.817 ри = 2.823ej86,6
Мы можем теперь вычислить среднеквадратичное значение тока короткого замыкания в шине 2:
Пик, которую выключатель обязан отключать и фиксировать, может быть оценен, используя следующую формулу, которая составляет множитель к среднеквадратическому току, который был вычислен выше:
Использование таблицы 1, строки 1 в ANSI C37.06-1997. привилегированные оценки и связанные с необходимым потенциалом, чтобы оценить новые распределительные устройства. Это полезно в сравнении расчетной обязанности (4,916A и 12,692A) и стандартных оценок. Таблица включает в себя выборочные значения, извлеченные из таблицы ANSI.
Ток короткого замыкания, необходимых для нашего распределительного устройство, соответствующий постоянному току, например, 1,200A. Никакие дальнейшие шаги не должны быть сделаны, поскольку таблица непосредственно, в сравнении, обеспечивает необходимые спецификации для оборудования, которое будет установлено.
Вычисление ANSI/IEEE. Метод вычисления ANSI/IEEE, основан на тех же самых именованных единицах, как вычислено прежде. Однако, он отличается от классического метода, потому что позволяет изучить две отдельные схемы, полученные из оригинального: одно имеющееся сопротивление и одно реактивное . Это будет выполнено и для мгновенных и для прерывающих сопротивлений сети.
Для каждой сети Thevenin эквивалентное сопротивление и эквивалентный реактанс Thevenin будут объединены, чтобы получить эквивалентный сопротивление Thevenin. Это существенное различие между процедурой ANSI/IEEE и классическим методом расчета.
Как упоминалось ранее, мгновенное сопротивление сети основано на ударном реактивном сопротивлении вращающихся машин, который учитывает вычисление обязанности ошибки пика первого цикла. Полное сопротивление ошибки и ценности реактанса будут вычислены отдельно, после той же самой формулы, поскольку уравнение ZFault в классической разделе вычисления, кроме Zs должно быть заменено Rs и Xs.
Тогда они будут объединены как полный импеданс ошибки ZFault, который приведет к ISC3-фазе и IPeak согласно формулам
Тогда они будут объединены, как общее сопротивление ошибки ZВина, которое дает ISC3 фазы и IПик в соответствии с формулами.
Сопротивление сети прерывания основано на отдельных реактансах переходного процесса оборудования. В предыдущем примере, только реактанс Моторной 1 потребности, которая нуждается в корректировке. Приемлемо пренебречь Моторными 2 на средних уровнях напряжения. Сопротивления сети, фактически, не изменяются относительно времени. ANSI C37.010-1999 определяет, как поправочный коэффициент 1,5.
В этом случае, полное сопротивление ошибки и реактанс ошибки (с регуляторами) будут вычислены отдельно, как уже замечено.
ISC3-фаза, симметрическая обязанность вычислена как это было в классическом методе. Однако, это правило, характеризуется меньшей величиной, потому что Zfault «прерывание» тока больше чем тот в мгновенном вычислении сети.
ISC3-фаза является существенной, потому что фактор множителя применен к этому количеству для сравнения с выключателем, прерывающим оценку.
Этот коэффициент будет составлять:
• Аддитивного вклада постоянного тока компонент, который может еще быть "живым" после времени разделения контакта.
• Возможно вычитания вклада переменного тока распада, из-за развития в сторону больших сопротивлений ценностей. Этот эффект возможен, когда получение энергии имеет локальный характер.
Мультипликаторы, в зависимости от времени разделения контакта и отношения X/R в точке ошибки, описаны в кривых, начинающихся из рисунка-8, страницы 60, C37.010-1999 (иллюстрация).
Как только ISC3-фаза была умножена на этот коэффициент (от 1 до 1.25), у Вас есть минимальная оценка Вашего оборудования.
Как в классическом методе, Вы можете также использоватьтаблицу 1, строку 1 в ANSI C37.06-1997, чтобы определить стандартную оценку.
Какой метод лучше? Оба метода в основном обеспечивают те же самые результаты. Нет никаких теоретических причин предпочесть тот другому, только практические причины. Подход ANSI/IEEE - развитие метода, задуманного в 70-ых в Соединенных Штатах, когда никакие машинные вычисления не были доступны. ANSI/IEEE C37.010-1999 может только использоваться в средних или высоких напряжениях и только в 60 гц. Программы вычисления были развиты, были разработаны с целью определения вины течения, которые применяются мультипликатор факторов, предусмотренных в настоящем стандарте. Более того, некоторые клиенты могут попросить применения этого методологии расчета по договору. Производители могут также напомнить ANSI / IEEE стандарт в своих каталогах. Классический метод используется в основном в странах с низким напряжением исследований, а также может применяться на 50 Гц. Это хорошо известные процедуры, потому что это общая тема во всех "энергетической системы" колледж конечно.
Mitolo - ассоциированный инженер - электрик в Chu and Gassman Consulting Engineers в Middlesex, N.J.