SCHNEIDER OKTATÓ - ZÁRLATI ÁRAMSZÁMÍTÁS

158. sz. Mszaki FzetekZrlati ramok szmtsa

A Mszaki Fzetek azoknak a mrnkknek, technikusoknak, iparban dolgozknak ksztett sszellts, akik a termkkatalgusokban szerepl lersoknl szlesebb kr informcit ignyelnek. Mindezeken tlmenen a Mszaki Fzetek szakmai gyakorlatoknl, kpzseknl is hasznos segdeszkzk lehetnek. Ezek a fzetek az elektrotechnika s az elektronika terletn megvalstott j mszaki s technolgiai fejlesztsekrl szmolnak be. Elsegtik tovbb a villamos ltestmnyeknl, rendszereknl s kszlkeknl megfigyelhet klnbz jelensgek jobb megrtst. A Mszaki Fzetek mindegyike a villamos hlzatok, a vdelmi kszlkek, a felgyelet s a vezrlsek, illetve az ipari automatizlsi rendszerek krlhatrolt terleteirl nyjtanak rszletes s precz ismereteket.

Elsz A szerz nem vllal felelssget az anyagban szerepl informcik vagy diagrammok helytelen hasznlatrt, s nem felels az anyagban szerepl hibkrt vagy figyelmetlensgekrt, illetve az anyagban szerepl informcik s diagrammok hasznlatbl szrmaz kvetkezmnyekrt. A Mszaki fzet vagy annak egy rsznek nyomtatsban trtn felhasznlshoz a Tudomnyos s Mszaki Rszleg-nek elzetes hozzjrulsa szksges. Ilyenkor ktelez feltntetni, hogy az anyag vagy anyag rsz a Schneider Electric XXX. szm Mszaki Fzet-bl szrmazik.

no. 158Zrlati ramok szmtsa.

Benoit de METZ-NOBLAT Villamos Mszaki Fiskoln (ESE Ecole Suprieure dElectricit) szerzett mrnki oklevelet, elszr Saint-Gobain-nl dolgozott, kutatknt, majd karbantartsoknl s j termkek gyrtsban vett rszt. A Schneider-Electric-nl 1986 ta dolgozik s jelenleg a Kutatsi s Fejlesztsi Osztlyon a Villamos Rendszerelemzsi Csoport felelse.

Frderic DUMAS Miutn 1993-ban a Compigne-i Mszaki Egyetemen vgzett s doktorlt (UTC Universit de Technologie de Compigne) a Schneider-Electric-nl vllalt munkt. A Kutatsi s Fejlesztsi Osztlyon a Villamos Rendszerelemzsi Csoportban dolgozik, s ipari- s eloszthlzati kutatsi terlet felelse, melyhez hozztartozik a villamos szmtsokhoz szksges szoftverek fejlesztse is.

Georges THOMASSET 1971-ben a Grenoble-i Elektrotechnikai Intzetben (IEG Institut dElectrotechnique de Grenoble) vgzett mrnk, azta szmos kutatst, komplex ipari hlzatok tervezst s ltestst irnytotta a Merlin Gerin Mszaki Osztlyn. A Mrnki s Szerzdsi Osztlyon az ipari egysg mszaki rszlegnek felelseknt 1984 s 1996 kztt tfog s rtkes tapasztalatokat szerzett. Jelenleg a SchneiderElectric Alkalmazsi s Szolgltatsi Tevkenysgn bell az ajnlatok ltalnos mszaki fejlesztsnek a felelse.

ECT 158 updated June 2000

Magyarzatok

Rvidtsek megszaktkpessg. BC MLVS kisfeszltsg hlzati feloszt berendezs. Jellsek a vezetkek keresztmetszete. A a hiba kezdete s a feszltsg nulla tmenete kztti szg. c feszltsgtnyez (rtelmezs lsd 3.3. pontban. cos teljestmnytnyez (harmonikusok nlkl). e forrsfeszltsg . E forrsfeszltsg (maximlis rtk). fzisszg (az ram feszltsghez viszonytott szge). i az ram pillanatrtke (idfggvnye. ia az ram idfggvnynek szinuszos sszetevje. idc az ram idfggvnynek (aperiodikus) egyenram sszetevje. ip zrlati ramcscs (a hibaram els cscsrtke). I a zrlati ram maximlis effektv rtke. Ib szimmetrikus zrlati megszaktsi ram (IEC 60909 szerint). Ik llandsult zrlati ram (IEC 60909 szerint). Ik kezdeti szimmetrikus zrlati ram (IEC 60909 szerint). Ir a genertor nvleges rama. Is az zemi ram. Isc llandsult zrlati ram (Isc3 a 3.-ik fzisban, Isc2 a 2.-ik fzisban,.).

a genertor teltsi induktivitstl fgg tnyez. k s K llandk (tblzatokban s brknl). Ra a mgttes hlzat egyenrtk ellenllsa. RL a vezetk hosszegysgre es ellenllsa. S a vezetkek keresztmetszete . Sn a transzformtor nvleges teljestmnye (kVA. Ssc a zrlati teljestmny. tmin zrlat kialakulsnak minimlis holt ideje, gyakran a megszakt minimlis ksleltetsi idejvel egyenl. u a feszltsg pillanatrtke. usc a transzformtor szzalkos rvidzrsi feszltsge U a hlzat resjrsi vonali feszltsge. Un a hlzat nvleges feszltsge. x a forggp szzalkos reaktancija Xa a mgttes hlzat egyenrtk reaktancija. a vezetk hosszegysgre es XL reaktancija. Xsubt a forggp szubtranziens szzalkos reaktancija . az sszekttets impedancija . ZL Zsc 3 fzis zrlat esetn a mgttes hlzat impedancija . a mgttes hlzat egyenrtk Zup impedancija Z(1), Z(2), Z(0) egy hlzat vagy egy elem pozitv, negatv s zrus-sorrend impedancija.

Cahier Technique Schneider Electric no. 158 / p.2

Zrlati ramok szmtsaA villamos ltestmnyek mretezsnl s a szksges kszlkek kivlasztshoz, valamint az let- s vagyonbiztonsg rdekben megkvnt vdelmi rendszer belltshoz, a hlzat minden egyes pontjra meg kell hatroznunk a zrlati ramot. Ebben a Mszaki Fzet-ben ttekintjk a zrlati ramok szmtsnak mdszert, amely az IEC 60909 szabvnyban is megtallhat. A mdszer sugaras kis- s nagyfeszltsg hlzatoknl alkalmazhat. A fzet clja, hogy hozzjruljon a benne ismertetett, a zrlatszmtsoknl klnsen nagy fontossg mdszer jobb megrtshez, mg akkor is, ha szmtgpes program ll rendelkezsnkre.

Tartalomjegyzk1 Bevezets 1.1 A zrlatok fontosabb tpusai 1.2 A zrlati ramok kialakulsa 1.3 Szabvnyostott zrlati ram (Isc)-szmtsok 1.4 A fzetben bemutatott mdszer 1.5 Alapvet felttelezsek 2 Az Isc szmtsa impedancia mdszerrel 2.1 A klnbz zrlattpusok esetn fellp Isc 4. 5 7 10 11 11 12

2.2 A klnbz zrlati impedancik meghatrozsa 13 2.3 Egy berendezsben a klnbz feszltsgszinteken rtelmezett impedancik kztti kapcsolat 18 2.4 Szmtsi plda 3 Az Isc szmtsa szimmetrikus sszetevk mdszervel sugaras hlzaton 3.1 A mdszer elnyei 3.2 Szimmetrikus sszetevk 3.3 Az IEC 60909 szabvny szerinti szmtsok 3.4 A klnbz ramegyenletek 3.5 Szmtsi plda 4 Szmtgpes szmtsok s kvetkeztetsek Irodalomjegyzk 19 23 23 24 26 27 31 32


1 Bevezets

A villamos ltestmnyeknl csaknem mindig zrlatvdelmet kell bepteni ott, ahol valamilyen villamos diszkontinuits (villamos paramtervltozs) lp fel. Ezek leggyakrabban azok a pontok, ahol a vezetk keresztmetszete vltozik. A hlzat minden feszltsgszintjre ki kell szmolni a zrlati teljestmnyt, annak rdekben, hogy mindazon kszlkek jellemzit meg lehessen hatrozni, amelyeknek el kell viselnik, vagy pedig meg kell szaktaniuk a zrlati ramot. Az 1. bra a klnbz zrlati ramok szmtsnak folyamatt s a klnbz vdelmi kszlkek megvlasztshoz kapott paramtereket mutatja be, melyek ahhoz szksgesek, hogy a vdelmi kszlkeket helyesen vlasszuk ki s helyesen lltsuk be.

Ehhez mg a 2., 3., s 4. brkon lv jelleggrbk is szksgesek: c A zrlati ram kt rtkt kell meghatrozni: v a maximlis zrlati ramot, hogy annak alapjn meghatrozhassuk; v a megszaktk zrlati megszaktkpessgt; v a megszakt zrlati bekapcsolkpessgt; v a kapcsolberendezs s a vezetkezs elektrodinamikus szilrdsgt. A legnagyobb zrlati ram a vdelmi kszlk fogyasztoldali kapcsai kzvetlen kzelben bekvetkez zrlat esetben lp fel. Ezt igen pontosan kell meghatrozni s ennek ellenre biztonsgi tartalkkal kell a szmtsokban felhasznlni.

a mgttes hlzat zrlati teljestmnye

HV / LV a nagy-/kisfeszltsg transzformtor nvleges adatai.

usc (%)

Isczrlati ram, ha az a transzformtor-kapcsokon lp fel

teljestmnytnyez egyidejsgi tnyez terhelsi tnyez elrelthat fejlesztsi tnyez

megszaktkpessg vezetk jellemzi c gyjtsn - hosszsg, - szlessg, - magassg. c kbelek: - szigetels tpusa, - egyer, tbber, - hosszsg, - keresztmetszet, c krnyezet: - krnyezeti hmrsklet, - ltestsi md, - sszefgg ramkrk szma. kiolds bellts

betpllsi megszakt

Isczrlati ram a kisfeszltsg feloszt kimenetn

a kisfeszltsg kzponti eloszt kioldsksleltets belltsa elmen megszakti megszaktkpessg

Isczrlati ram a szekunder eloszt bemenetn

megszaktkpessgkioldsksleltets belltsa

a aleloszt megszakti

gerincvezetk nvleges rama feszltsg ess

Isczrlati ram az utols eloszt bemenetn

megszaktkpessgkioldsksleltets belltsa

legazsi megszaktk

terhelsi csoport

Isczrlati ram az utols legazs vgn

1. bra: Villamos ltestmny tervezsekor a zrlat (Isc) szmtsnak menete.


t

1

2

tkbel I2t (terhelhetsgi) jelleggrbje

1 > 2

a5

s

a biztost kiolvadsi jelleggrbje

I2t = k2A2

tranziens tlterhels

Iz1 < Iz2

I

IB

Ir

Iz

I

2. bra: Egy vezet I2t jelleggrbje, annak krnyezeti hmrsklettl fggse (az 1. esetben a t1 hmrsklet magasabb, mint a 2. esetben a t2 hmrsklet, az Iz1 hatrram kisebb min az Iz2 hatrram).

4. bra: ramkr vdelme biztostval.

v az letvdelem a megszakt vagy a biztost mkdstl fgg eseteiben, kiemelenden TN s IT rintsvdelmi rendszereknl . Megjegyezhetjk, hogy a minimlis zrlati ram a vdett vonal vgpontjban fellp zrlat esetn addik. Kisfeszltsg hlzaton ltalban fzisfld zrlat, nagyfeszltsgen (csillagpont nem laztott) fzisok kztti zrlat a legkevsb kedveztlen zemi llapotban (hiba egy gerincvezet vgn, s nem a vdelmi kszlk kimenetnl; kt transzformtoros esetben is csak egy transzformtor van zemben, stb). Megjegyzzk tovbb, hogy brmilyen esetben s brmilyen tpus zrlati ram (minimlis vagy maximlis) esetben a vdelmi kszlknek a zrlatot azon tc idn bell kell tisztznia, amely sszhangban van a vdett kbel termikus szilrdsgval:

tmretezsi ram kbel I2t (terhelhetsgi) jelleggrbje

tranziens tlterhels

a megszakt kioldsi karakterisztikja

I B I r Iz

Isc BC

I

3. bra: ramkr vdelme megszaktval.

c a minimlis zrlati ramot, amelynek ismerte fontos, amikor a megszaktk vagy a biztostk mkdsi jelleggrbjt megvlasztjuk, s klnsen fontos: v hossz kbeleknl s/vagy amikor a tppont impedancija viszonylag nagy (genertorok, UPSs =sznetmentes tpegysgek);

dt k 2 A 2 (lsd 2, 3 s 4. brkat ) ahol: A a vezet keresztmetszete, a k korrekcis tnyez pedig a klnbz kbel fektetsi mdoktl, ill fggetlen ramkrktl stb. fgg.Further practical information may be found in the "Electrical Installation Guide" published by Schneider Electric (see the bibliography).

i

2

1.1 A zrlatok fontosabb tpusaiVillamos ltestmnyekben klnbz zrlat tpusok lphetnek fel. A zrlatok jellemzi A primer jellemzk a kvetkezk: c a zrlat tartama (ml, tranziens s tarts); c eredete: v mechanikai (vezetk szakads, kt vezet kztti vletlen villamos sszekttets, amelyet valamilyen idegen vezet trgy hoz ltre, pl. szerszm, llat); v bels eredet vagy lgkri eredet tlfeszltsgek; v h, pra, vagy korrzis kzeg miatti szigetels letrse; c helye (gpen, villamos elosztn, kapcsolberendezsen kvl vagy bell). A zrlat lehet: c egyfzis zrlat (a hibk mintegy 80 %-a);


c ktfzis zrlat (a hibk 15 %-a). E zrlat gyakran megy t hromfzis zrlatba.(ez az n. kiterjed zrlat; c Hromfzis zrlat (a kiindulsi hibknak csak mintegy 5%-a). A klnbz hibafajtk az 5. brn lthatk. Zrlatok kvetkezmnyei A hiba tartamtl, tpustl, a ltestmnyen belli helytl a zrlati teljestmny nagysgtl fggen a kvetkezmnyek is klnbzhetnek. A kvetkezmnyek magukba foglaljk: c a hiba helyn, villamos v kialakulsa esetn az eredmnyt hogy: v szigetelsi hiba; v vezetkek sszehegedse; v tz s letveszly lp fel; c a hibs ramkrbeli hibkat: v elektrodinamikus erhatsok, amelynek kvetkeztben:

- a gyjtsn deformldhat; - vezetk elszakadhatnak; v jrulkos hmrskletemelkeds lp fel a megnvekedett Joule vesztesg kvetkeztben, mely kockzatos a szigetelsek szempontjbl; c a hlzat egyb ramkreiben, vagy kzeli hlzatoknl fellp hibkat: v feszltsg letrsek a hiba tisztzsnak nhny msec-tl nhny 100 msec-ig terjed ideje alatt; v a hlzat egy rsznek kikapcsoldsa, amelynek mrtke fgg a hlzat mretezstl, s a vdelmi kszlkek ltal biztostott szelektivitstl; v a dinamikus stabilits elvesztse s/vagy a szinkronizmus elvesztse; v zavarok a szablyoz s felgyel ramkrkben , v egyb...

a) szimmetrikus hromfzis zrlat.

b) ktfzis zrlat, fldrints nlkli .

L3 L2 L1

L3 L2 L1

Ik"

Ik"

c) ktfzis fldzrlat.

d) egyfzis fldzrlat (egyfzis fldrvidzrlat)

L3 L2 L1

L3 L2 L1

Ik" Ik"

Ik"

Ik"

zrlati ram, rszleges zrlati ramok a vezetkekben s a fldben. A szmtsoknl a klnbz ramok azonostsra indexek (Ik) szolglnak. 5. bra: Klnbz zrlattpusok s a hozzjuk tartoz ramok. Az ramirnyok megvlasztsa tetszleges (lsd IEC 60909).


1.2 A zrlati ramok kialakulsaEgy egyszerstett hlzat egy lland teljestmny vltakoz ram ramforrst, egy kapcsolt, egy Zsc impedancit mely a kapcsol mgtti hlzat sszes impedancijt kpviseli s egy Zs terhelsi impedancit tartalmaz (lsd 6. bra). Valsgos hlzatnl, a helyettest feszltsgforrs impedancija a zrlat mgtti sszes elem impedancija, belertve a klnbz feszltsgszint (nagy s kisfeszltsg) hlzatokat, s a klnbz keresztmetszet s hosszsg soros vezetkeket. A 6. brn, amikor a kapcsol zrt llapotban van, a mretezs alapjul szolgl ram folyik a hlzaton. Ha az A s B pontok kztt zrlat lp fel, akkor a pontok kztti elhanyagolhat nagysg impedancia miatt igen nagy Isc zrlati ramok lpnek fel, melyeket csak a Zsc impedancia korltoz: Az Isc ram tranziens krlmnyek kztt alakul ki, a Zsc impedancia X reaktancijtl s R ellenllstl fggen: Zsc = R2 + X 2R X

Ersram eloszthlzatokban (megj: a szerz itt nagyfeszltsg hlzatokra gondol), az X=L reaktancia rendszerint sokkal nagyobb, mint az R ellenlls, s az R/X arny 0,1 s 0,3 kztt van. Az arny ezeknl a kis rtkeknl kzeltleg a cos sc- vel egyenl: R cos sc = 2 R + X2 A zrlati ramok kialakulsakor fellp tranziens llapotok klnbznek, attl fggen, mekkora a tvolsg a hibahely s a genertor kztt. Ez nem szksgkppen a fizikai tvolsg, csak azt jelenti, hogy a genertor impedancija kisebb, mint a genertor s a hibahely kztti sszekttets impedancija. A genertortl tvoli zrlat Ez a leggyakoribb helyzet. A tranziens llapot a reaktancibl s az ellenllsbl ll ramkrre adott feszltsgbl addik. Ez a feszltsg:e = E sin ( t + ) Az i ram kt komponensbl ll: i = ia + idc .

c Az els (ia) vltakoz s szinuszos:

ia = sin ( t + ) aholE , Zsc = a feszltsg nulla tmenete s a hiba fellpse kztti klnbsget jelli.(lsd elbb.az I cscsram =A

Zsc e Zs

c A msodik komponens (idc) egy aperiodikus jelleg sszetev, az egyenram sszetev, Kezdeti rtke a-tl fgg, lecsengsnek mrtke arnyos R/L-el. A zrlat fellptekor a zrlati ram rtke definci szerint nulla, (az Is zemi ram elhanyagolhat), gy: i = ia + idc = 0 A 7. brn i-t a kt komponens ia s idc algebrai sszegeknt mutatjuk be.

idc = - sin e

-

R t L .

B6. bra: Egyszerstett hlzati sma.

ia = I sin ( t + )

idc = - I sin e

-

R t L

It

i = ia + idc

a hiba bekvetkezse

7. bra: A genertortl tvoli zrlat esetn fellp zrlati ram s felbontsnak bemutatsa.


a) szimmetrikusi

I = 2 Ia

Az a pillanat, amikor a zrlat bekvetkezik (t = 0) vagy a zrlatra kapcsols pillanata a hlzati feszltsg nullatmenethez kpesti a szggel jellemezhet (hiba fellpte). Ezrt a feszltsget a kvetkezkppen fejezhetjk ki : u = E sin ( t + Az ram alakulsa ezrt:

) .

u

R t E sin ( t + - ) - sin ( - ) e L Z kt sszetevbl ll. Az egyik egy vltakoz ram, amely a feszltsghez kpest j szggel eltoldik, mg a msodik egy aperiodikus, amely idben nullhoz tart. Ezrt kt szlssges eset llapthat meg:

i =

b) aszimmetrikus

i ip

idc

c amikor = /2 , a zrlat szimmetrikus lefolys, (a. bra). E Ekkor a hibaram: i = sin t Z amely kezdettl ugyanolyan alak mint llandsult llapotban, azaz E/Z cscsrtk. c amikor = 0, ez az aszimmetrikus lefolys zrlat b. bra), (b. bra). Ekkor a hibaram:

R t E sin ( t - ) - sin e L Z Kezdeti cscsrtke ip fgg a -tl s gy az ramkr the R / X = cos teljestmnytnyezjtl. 8. bra: A zrlati ram bemutatsa a kt szlssges (szimmetrikus s az aszimmetrikus lefolys) esetre.

u

i =

A 8. brn kt szlssges helyzetet mutatunk be a zrlati ram kialakulsra, az egyszersg rdekben egyfzis vltakoz feszltsg esetre. Az tnyez fordtva arnyos az egyenram (aperiodikus) sszetev csillapodsval, amelyet az R/L vagy R/X arnyok hatroznak meg. Az ip rtkt kell kiszmtani ahhoz, hogy a megszakt szksges bekapcsolkpessgt meg lehessen hatrozni, valamint megllapthassuk azokat az elektrodinamikai erhatsokat, melyeket a ltestmny egsznek el kell tudni viselnie. Ennek rtke az ia szimmetrikus zrlati ram effektv rtke alapjn hatrozhat meg, a kvetkez egyenlet alapjn: ip = K 2 a ahol K rtkt a 9. brn adjuk meg az R/X vagy R/L arny fggvnyben. A genertorhoz kzeli zrlatok Ha a zrlat kzvetlenl az ramkrt tpll genertor kzelben kvetkezik be, ebben az esetben a genertor impedancija dominl, s ez csillaptja a zrlati ramot. A tranziens ram kialakulst nehezti a zrlati ramkrt tpll forrsfeszltsg (plusfeszltsg) vltozsa. Az egyszersg kedvrt a forrsfeszltsget llandnakR t e L

vesszk fel, s a genertor bels reaktancijt tekintjk vltoznak. A reaktancia kialakulsnak hrom klnbz fzisa a kvetkez: c szubtranziens (a hiba kezdeti 10-20 msec idejben); c tranziens (500 msec-ig); c llandsult (vagy szinkron reaktancia). Megjegyzs: a bemutatott sorrendnek megfelelen a reaktancia rtke mindegyik fzisban nagyobb, azaz a szubtranziens reaktancia kisebb, mint a tranziens, s ez kisebb, mint az llandsult, a szinkron reaktancia. A hrom egymst kvet reaktancia

K 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 R / X9. bra: A K egytthat alakulsa R/X vagy R/L fggvnyben (lsd IEC 60909).


okozza a zrlati ram fokozatos cskkenst, amely gy ngy sszetev sszege (10. bra): c a hrom vltakoz ram sszetev (szubtranziens, tranziens, llandsult); c az egyenram sszetev, amely az induktv ramkrben lp fel, s meghatrozza az ram alakulst.

Gyakorlati szempontbl, a zrlati ram idbeni alakulsra vonatkoz informci nem lnyeges: c kisfeszltsg ltestmnyeknl, a megszakt kszlkek mkdsi sebessge miatt, a szubtranziens zrlati ram Ik" s az aszimmetrikus cscsrtk ip rtknek a meghatrozsa elgsges a vdelmi kszlkek

a) 0

t (s)

b) 0

t (s)

c) 0

t (s)

d) 0 0.1 0.3 0.5

t (s)

e) 0 szubtranziens tranziens llandsult

t (s)

10. bra: Az ered Isc zrlati ram (e. bra), s komponensei: a) szubtranziens reaktancival kialakul; b) tranziens reaktancival kialakul; c) szinkron reaktancival kialakul ramsszetev; d) az egyenram sszetev. Megjegyzs: a genertor reaktancijnak cskkense gyorsabb, mint az egyenram sszetev. Ez egy kivteles helyzet, amely a mgneses ramkrk teltdshez vezethet, s megszaktsi nehzsgeket okozhat, mivel tbb peridus is lezajlik, mieltt ram nulla tmenete fellp.


megszaktsi teljestmnynek s az elektrodinamikus hatsoknak a meghatrozshoz; c kisfeszltsg eloszthlzatoknl s nagyfeszltsg alkalmazsoknl gyakran hasznljk a tranziens zrlati ramot, ha a megszakts az llandsult llapot eltt kvetkezik be, mely esetben az Ib-vel jellt zrlati ram alkalmazsa a hasznos, amely meghatrozza. a ksleltetett megszakt megszaktsi teljestmnyt. Ib a zrlati ram

rtke a megszakts pillanatban, vagyis a zrlat kialakulst kvet t id multn, ahol t = tmin. A tmin (a minimlis ksleltets) a vdelmi rel legkisebb mkdsi idejnek s a hozztartoz megszakt legrvidebb kikapcsolsi idejnek az sszege, azaz a legkisebb id a zrlati ram fellpse s a kapcsol kszlk rintkez kapcsainak sztvlsa kztt. A 11. brn az elzekben definilt klnbz zrlati ramok lthatk.

i

szimmetrikus

szubtranziens

tranziens

llandsult

aszimmetrikus

11. bra: Genertorhoz kzeli zrlati ramok (sematikus bra).

1.3 Szabvnyostott Isc szmtsokA szabvnyok szmos mdszert javasolnak. c A C 15-105 Alkalmazsi Irnyelv s az NF C 15-100 kiegsztse (francia szabvnyok) (kisfeszltsg vltakoz ram ltestmnyek), ngy mdszert rszletez: v az impedancia mdszert, amellyel egy ltestmny minden pontjra nagy pontossggal hatrozhatjuk meg a hibaramokat. Ennl a hibs hurok ellenllsait s reaktanciit kln-kln a tpforrstl kiindulva (azt is figyelembe vve) egszen az adott pontig bezrlag sszeadjuk, majd kiszmtjuk az ered impedancit. Vgl az Ohm-trvny alkalmazsval megkapjuk az Isc ramot: mutatunk be, ugyanis ott figyelembe vettk ezeket a tnyezket is; v a kevert mdszert, amelyet akkor hasznlhatunk, ha a mgttes hlzatjellemzit nem ismerjk. Az adott hlzat mgttes impedancijt a becslt betpllsi zrlati ram alapjn szmthatjuk. Felttelezzk, hogy a betpllsnl s a hibahelyen a teljestmnytnyez cos_sc azonos. Ms szavakkal azt ttelezzk fel, hogy a ltestmny kt egymst kvet rszn az elemi impedancik jellegkben azonosak, s ezzel igazoljuk, hogy a vektoros sszeads helyett algebrai sszeadst vgznk. Ezzel a kzeltssel elfogadhat pontossggal hatrozhatjuk meg a zrlati ram rtkt egy ramkrre. Ezt a kzelt mdszert olyan ltestmnyeknl alkalmazhatjuk, amelyek nvleges teljestmnye a 800 kVA-t nem haladja meg; v a hagyomnyos mdszert akkor hasznljuk egy vezetk vgn fellp minimlis zrlati ram s a hibaram meghatrozsra, ha az adott ramkr mgttes hlzatnak impedanciit, vagy Isc zrlati ramt nem ismerjk. Ez a mdszer azon a felttelezsen alapul, hogy az

Isc = Un / (Z)

A hibs hurokban lv klnbz elemek mindegyiknek az sszes jellemzit ismerni kell (forrs- s a vezetkrendszer). Megjegyzs: az Alkalmazsi Irnyelv szmos tnyezt figyelmen kvl hagy, pldul: - a megszakt s a gyjtsn reaktanciit; - forggpek ellenllsait. Az gy meghatrozott rtkek eltrhetnek azoktl az rtkektl, melyeket a kvetkez fejezetben


ramkr bemenetn a feszltsg a hiba vagy a zrlat alatt a ltestmny nvleges feszltsgnek a 80%-val egyenl. Ennl a mdszernl, csak a vezetkek ellenllst vesszk figyelembe s egy 1-nl nagyobb szorzt alkalmazunk nagy keresztmetszet vezetkek esetben, hogy az induktivitsukat is figyelembe vegyk (1,15 a 150 mm2, 1,2 a 185 mm2 esetn stb. ). Fleg olyan ramkrk vgre vgzett szmtsoknl alkalmazzuk, amelyek mr elegenden nagy tvolsgra vannak a betpllsi ponttl (hlzattl vagy llomstl); v az egyszerstett mdszert (amelyet rszletesen ismertetnk az alkalmazsi irnyelvben), s amely szmos, egyszerst felttelen alapul tblzatok alkalmazsval minden egyes vezetkkeresztmetszet-szakaszra javasolhat megoldst ad a: - a tlterhels elleni vdelmi kszlkek nvleges rama; - a legnagyobb vezetkhossz, hogy a kzvetett rints elleni vdelem kvetelmnynek megfeleljen; - a vezetk feszltsgess szempontjbl megengedhet hosszsg meghatrozshoz. A tblzatokban szerepl adatok lnyegileg a kevert s hagyomnyos mdszerek alapjn

vgzett szmtsok eredmnyei. Ezt a mdszert akkor hasznljuk, amikor egy meglv ltestmnyhez kvnjuk egy ltestend ramkr jellemzit meghatrozni, s nem ll elegend informci rendelkezsnkre. Kzvetlenl alkalmazhat kisfeszltsg ltestmnyeknl s korrekcis tnyezkkel alkalmazhat akkor, amikor a feszltsg nem 230/400 V. c Az IEC 909 (VDE 0102) szabvny minden sugaras s hurkolt hlzatra alkalmazhat 230 kV-ig. Ennl a mdszernl, mely a Thevenin elven alapul, egy egyenrtk feszltsgforrst hatrozunk meg a hiba helyre, majd ezutn hatrozzuk meg a megfelel zrlati ramokat. Az sszes hlzati tpvezetket, valamint a szinkron s az aszinkron gpeket a szmtsoknl impedanciikkal (pozitv-, negatv- s zrus-sorrend) helyettestjk. A vezetkkapacitsokat s a nem forg terhelsek prhuzamos admittanciit azokat kivve, amelyek a zrus-sorrend rendszerben vannak elhanyagoljuk. c Ms mdszereknl a szuperpozcis elvet alkalmazzk, s ezeknl elszr a terhelsi ramokat kell meghatrozni. Meg kell emlteni az IEC 865 (VDE 0103) szabvnyt is, amellyel a h szempontjbl egyenrtk zrlati ram szmolhat.

1.4 A fzetben bemutatott mdszerA Mszaki Fzetben a sugaras hlzatoknl fellp zrlati ramok szmtsra szolgl kt mdszert ismertetnk: c az elsdlegesen a kisfeszltsg hlzatok szmtsra szolgl impedancia mdszert, nagy szmtsi pontossga s tanulsgos volta miatt vlasztottuk, mivel gyakorlatilag az ramkr sszes jellemzit figyelembe veszi. c s az IEC 60909 mdszert, melyet fleg a nagyfeszltsg hlzatoknl alkalmazunk, s nagy pontossga s analitikus jellege miatt vlasztottuk.

1.5 Alapvet felttelezsekA zrlatszmtsok egyszerstshez szmos felttelezssel kell lni. Ezek meghatrozzk a szmtsok rvnyessgi krt, de rendszerint j kzeltst szolgltatnak, elsegtve a fizikai jelensgek megrtst s ennek kvetkeztben a rvidzrlati ramok szmtst. Biztostjk az elfogadhat pontossgi szintet, s kvetkezetesen a biztonsg fel tvednek. Ebben az anyagban a kvetkez felttelezsekkel ltnk: c az adott hlzat sugaras, kis- s 230 kV-nl nem nagyobb nagyfeszltsg, ezt a korltot az IEC 60909 szabvny adja meg; c hromfzis zrlat alkalmval a zrlati ram mind a hrom fzisban egyidejleg lp fel; c zrlat alkalmval a zrlattal rintett fzisok szma nem vltozik, vagyis a hromfzis zrlat hromfzis, az egysark fldzrlat pedig egysark marad; c a zrlat teljes tartama alatt az ramot ltrehoz feszltsg s a rvidzrlati impedancia lnyegesen nem vltozik; c a transzformtor szablyzk vagy tkapcsolk kzpllsban vannak (ha a zrlat a genertortl tvol kvetkezik be, a transzformtorszablyzk vagy tkapcsolk tnyleges helyzete figyelmen kvl hagyhat; c az v ellenllst nem vesszk figyelembe; c a vezetkkapacitsokat figyelmen kvl hagyjuk; c az sszes zrussorrend impedancit figyelembe vesszk; c Isc szmtsa impedancia mdszerrel;


2 A klnbz zrlat tpusok esetn fellp Isc

2.1 A klnbz zrlat tpusok esetn fellp IscHromfzis zrlat Ez a hiba mind a hrom fzist rinti. Az Isc zrlati ram a kvetkez lesz :U/ 3 Zsc ahol U (a vonali feszltsg) a transzformtor resjrsi feszltsgnek felel meg, amely 35%-kal nagyobb, mint a kapcsok kztt fellp, terhels alatti feszltsg. Pldul 390 V-os hlzatban a vonali feszltsg U=410 V, s a fzis feszltsg U/e = 237 V. Ezrt a zrlati ram szmtsa csak a Zsc impedancia meghatrozst jelenti, mely impedancia magba foglalja mindazon impedancit, melyen az Isc keresztl folyik a genertortl a

hibahelyig, vagyis a vezetkek s a genertor impedanciit (lsd 12. bra). Ez a valsgban a fzisonknti pozitv sorrend impedancia: Zsc = R 2

sc 3 =

+ X

2

R = a soros ellenllsok sszege, X = a soros reaktancik sszege.ltalban gy vlik, hogy a hromfzis zrlat adja a legnagyobb hibaramot. A hibaramot egy tbbfzis rendszer egyenrtk helyettest vzlatban csak az egyik fzis impedancija korltozza. Az Isc3 szmtsa

hromfzis zrlat

ZL Zsc

ZL ZL

V

sc 3 =

U/ 3 Zsc

ktfzis zrlat

ZL

Zsc

U ZL Zsc

sc 2 =

U 2 Zsc

fzis zrlat

ZL

Zsc

ZLn

V ZLn

sc1 =

U/ 3 Zsc + Z Ln

fldzrlat

ZL

Zsc

V Z(0) Z(0)

sc(0) =

U/ 3 Zsc + Z(0)

12. bra: Klnbz zrlati ramok.


lnyeges a kszlkek kivlasztsnl (maximlis ram s elektrodinamikai szilrdsg). Ktfzis zrlat (fldrints nlkl) Ez a zrlat fzisok kztt lp fel, amelyet az U vonali feszltsg tpll. Ebben az esetben Isc2 zrlati ram hasonlan szmthat, mint a hromfzis zrlat esetben:

szakaszban a genertornl). Ebben az esetben az egysark zrlat hibarama nagyobb lehet a hromfzis zrlatnl. Fzis s a fld kztti zrlat (egy vagy ktsark) Ez a tpus hiba behozza a zrus-sorrend Z(0) impedancit. Forggpes eset kivtelvel (cskkentett zrussorrend impedancia), az Isc(0) zrlati ram kisebb, mint a hromfzis zrlat. Az Isc(0) meghatrozsa a csillagpont kezels (rendszer fldelse) mdjtl fggen szksges, annak rdekben, hogy a zrussorrend (nagyfeszltsg) vagy fldzrlatvdelmi (kisfeszltsg) vdelmi kszlkek belltsi kszbrtkt meg lehessen hatrozni. A 12. brn a klnbz zrlati ramokat mutatjuk be.

sc2 =

U = 2 Zsc

3 sc 3 0.86 sc3 2

Fzis s a nulla kztti zrlat (fldrints nlkl) Ez egy fzis s a nulla vezet kztt lp fel s a fzis feszltsg tpllja V = U / 3 . Az Isc1 zrlati ram: U/ 3 sc1 = Zsc + ZLn Fzis nulla kztti hibk bizonyos esetben a tpforrs zrussorrend impedancija kisebb, mint Zsc (pl. csillag/zegzug kapcsols transzformtor kapcsainl vagy szubtranziens

2.2 A klnbz zrlati impedancik meghatrozsaEnnl a mdszernl a zrlati ramokat azon impedancia alapjn hatrozzuk meg, melyet azon ramkr kpvisel, amelyen a zrlati ram tfolyik. Ezt az impedancit azutn klnllan szmthatjuk a tpgenertortl (beszmtva) a hiba helyig terjed hibahurokban lv klnbz ellenllsok s reaktancik sszegzsvel. (A bekarikzott szmok X arra utalnak, hogy a fejezet vgn lv plda olvassakor fontos informcikrt ide kell visszatrni.) Hlzati impedancik c Mgttes hlzati impedancia ltalnossgban, a betpllsi pont mgtti pontokat nem vesznk figyelembe. Ennek megfelelen a mgttes hlzatra vonatkozan rendelkezsre ll adatok azokra korltozdnak, amelyeket az ramszolgltat tad, azaz csupn a Ssc zrlati teljestmny MVA-ben ismert: A mgttes hlzat egyenrtk impedancija U2 1 Zup = Ssc ahol U hlzat vonali feszltsge. A mgttes hlzati ellenlls s reaktancia szrmaztathat nagyfeszltsgre az Rup/Zup arny alapjn: Rup / Zup 0.3 6 kV-on; Rup / Zup 0.2 20 kV-on; Rup / Zup 0.1 150 kV-on. Mivel, Xup = Xup = ZupZup2 - Rup2 ,2

Rup 1 - Zup

2 Ezrt 20 kV esetben, Xup 2 = 1 - (0,2) = 0, 980 Zup 20 kV-on teht Xup = 0,98 , Zup, innt a kzelts, hogy Xup Zup . c A transzformtor impedancija:U2 ahol Sn U a transzformtor vonali feszltsge, Sn a transzformtor nvleges teljestmnye kVA, usc a rvidzrsi feszltsg relatv rtke, a rvidzrsi feszltsg az, melyet a primer tekercsre kell adni ahhoz, hogy rvidrezrt szekunder kapcsoknl a nvleges ramot mrhessk Kzcl kzp-/kisfeszltsg eloszthlzati transzformtoroknl az usc rtkt az 1992. oktberben kiadott HD 4281S1 Harmonizcis Dokumentum hatrozza meg (lsd 13. bra).

3 Z T = usc

A KF/KIF transz nvl. telj kVA %-os rv.zrsi fesz usc (%)

630 4

800 4.5

1,000 5

1,250 5.5

1,600 6

2,000 7

13. bra: Kzcl eloszthlzati transzformtorok szabvnyos rvidzrsi feszltsgnek rtkei.


Megjegyzs: az rtkek pontossga kzvetlenl befolysolja az Isc szmtst, oly mdon, hogy usc-ben mutatkoz x% hiba a ZT-ben egy egyenrtk x%-os hibt okoz. 4 ltalban RT

Documents

SCHNEIDER OKTATÓ - ZÁRLATI ÁRAMSZÁMÍTÁS