Zasady obliczeń wielkości zwarciowych nie ulegają · PDF fileIEC 60909-1:2002. Short-circuit current calculation in three - phase a.c. systems. Part 1: Factors for the calculation

Zakłócenia w układach elektroenergetycznych 1

Wyznaczanie wielkości zwarciowych według norm

Zasady obliczeń wielkości zwarciowych nie ulegają zmianom od

lat trzydziestych ubiegłego wieku i są dobrze opisane

w literaturze. Szczegółowe zasady takich obliczeń są podawane

w postaci norm począwszy od normy VDE 102 z 1929 roku.



W Polsce w obliczeniach wielkości zwarciowych do 2002 roku

posługiwaliśmy się normami znanymi od kilkudziesięciu lat,

a mianowicie:

PN - 74/E - 05002. Urządzenia elektroenergetyczne - Dobór

aparatów wysokonapięciowych w zależności od warunków

zwarciowych

PN - 90/E - 05025. Obliczanie skutków prądów zwarciowych



Od 2002 roku PKN wprowadza następujące nowe normy:PN-EN 60865-1:2002 (U) Obliczanie skutków prądów zwarciowych.

Część 1: Definicje i metody obliczania

PN-EN 60909-0:2002 (U) Prądy zwarciowe w sieciach trójfazowych prądu przemiennego. Część 0: Obliczanie prądów

PN-EN 60909-3:2004 (U) Prądy zwarciowe w sieciach trójfazowych prądu przemiennego. Część 3: Prądy podwójnych, jednoczesnych i niezależnych, zwarć doziemnych i częściowe prądy zwarciowe płynące w ziemi

PN-EN 61660-1:2002 (U) Prądy zwarciowe w obwodach pomocniczych prądu stałego w elektrowniach i stacjach elektroenergetycznych. Część 1: Obliczanie prądów zwarciowych

PN-EN 61660-2:2002 (U) Prądy zwarciowe w obwodach pomocniczych prądu stałego w elektrowniach i stacjach elektroenergetycznych. Część 2: Obliczanie skutków



Wymienione normy nie są przetłumaczone na język polski, a więc

są w języku angielskim i francuskim. Normy te, to normy

europejskie przejęte z norm IEC.



PN-EN 60865-1:2002 Obliczanie skutków prądów zwarciowych. Część 1: Definicje i metody obliczania (oryg.)

PN-EN 60909-0:2002 Prądy zwarciowe w sieciach trójfazowych prądu przemiennego. Część 0: Obliczanie prądów (oryg.)

PN-EN 60909-3:2004 Prądy zwarciowe w sieciach trójfazowych prądu przemiennego. Część 3: Prądy podwójnych, jednoczesnych i niezależnych, zwarć doziemnych i częściowe prądy zwarciowe płynące w ziemi (oryg.)

PN-EN 61660-1:2002 Prądy zwarciowe w obwodach pomocniczych prądu stałego w elektrowniach i stacjach elektroenergetycznych. Część 1: Obliczanie prądów zwarciowych (oryg.)

PN-EN 61660-2:2002 Prądy zwarciowe w obwodach pomocniczych prądu stałego w elektrowniach i stacjach elektroenergetycznych. Część 2: Obliczanie skutków (oryg.)



PN-EN 60865-1:2002Obliczanie skutków prądów zwarciowych.Część 1: Definicje i metody obliczania (oryg.)

Podano znormalizowane procedury obliczania skutków prądów zwarciowych w sieciach prądu przemiennego o napięciach znamionowych do 420 kV włącznie.

Objęto skutki elektromagnetycznego oddziaływania na przewody sztywne i giętkie, oraz skutki cieplne w przewodach gołych.

Podano definicje 15 terminów



PN-EN 60909-0:2002Prądy zwarciowe w sieciach trójfazowych prądu przemiennego.Część 0: Obliczanie prądów (oryg.)

Podano metodę obliczania prądów zwarciowych w niskonapięciowych trójfazowych sieciach prądu przemiennego i w wysokonapięciowych trójfazowych sieciach prądu przemiennego, pracujących przy częstotliwości 50 Hz lub 60 Hz.

Podano ogólny, praktyczny i zwięzły sposób postępowania prowadzący do wyników o akceptowalnej dokładności.

W tej metodzie obliczeń wprowadza się w miejscu zwarcia równoważne źródło napięcia.




PN-EN 60909-3:2004Prądy zwarciowe w sieciach trójfazowych prądu przemiennego.Część 3: Prądy podwójnych, jednoczesnych i niezależnych, zwarć doziemnych i częściowe prądy zwarciowe płynące w ziemi (oryg.)

Określono procedury dotyczące obliczania prądów zwarciowych z uwzględnieniem niesymetrycznych zwarć w trójfazowej sieci wysokiego napięcia prądu przemiennego o częstotliwości znamionowej 50 lub 60 Hz



PN-EN 61660-1:2002 Prądy zwarciowe w obwodach pomocniczych prądu stałegow elektrowniach i stacjach elektroenergetycznych.Część 1: Obliczanie prądów zwarciowych (oryg.)

Podano metodę obliczania prądów zwarciowych w obwodach pomocniczych prądu stałego w elektrowniach i stacjach elektroenergetycznych, które mogą być wyposażone w urządzenia działające jako źródła prądów zwarciowych: - prostowniki w układzie trójfazowego mostka prądu przemiennego 50 Hz - stacjonarne baterie akumulatorów; - kondensatory wygładzające; - silniki prądu stałego z niezależnym wzbudzeniem.

Podano ogólnie stosowaną metodę obliczeń, zapewniającą wystarczającą dla eksploatacji dokładność wyników obliczeń.




PN-EN 61660-2:2002Prądy zwarciowe w obwodach pomocniczych prądu stałegow elektrowniach i stacjach elektroenergetycznych.Część 2: Obliczanie skutków (oryg.)

Podano metodę obliczania mechanicznych i cieplnych skutków - w odniesieniu do przewodów sztywnych - powodowanych przez prądy zwarciowe w obwodach pomocniczych prądu stałego w elektrowniachi stacjach elektroenergetycznych, opisanych w EN 61660-1.

Metoda obliczeń oparta jest na funkcjach zastępczych, którew przybliżeniu określają maksymalne naprężenia w przewodach i siły działające na podpory, a także odzwierciedlają rzeczywiste siły wynikające z oddziaływania elektromagnetycznego.



IEC 60865-1:1993. Short-circuit currents - Calculation of effects - Part 1: Definitions and calculation methods

IEC 60865-2:1994. Short-circuit currents - Calculation of effects - Part 2: Examples of calculation

IEC 60909-0:2001. Short-circuit current calculation in three - phase a.c. systems. Part 0: Calculation of currents.

IEC 60909-1:2002. Short-circuit current calculation in three - phase a.c. systems. Part 1: Factors for the calculation of short-circuit currents according to IEC 60909-0.

IEC 60909-2:1992. Short-circuit current calculation in three - phase a.c. systems. Part 2: Electrical equipment - Data for short-circuit current calculation in accordance with IEC 60909.

IEC 60909-3:2003. Short-circuit current calculation in three - phase a.c. systems. Part 3: Currents during two separate simultaneous single phase line-to-earth short circuits and partial short-circuit through earth.

IEC 60909-4:2000. Short-circuit current calculation in three - phase a.c. systems. Part 3: Examples for the calculation of short-circuit currents.



IEC 61660-1:1997. Short-circuit currents in dc auxiliary installations in power plants and substations. Part 1: Calculation of short-circuit currents.

IEC 61660-2:1997. Short-circuit currents in dc auxiliary installations in power plants and substations. Part 1: Calculation of effects.

IEC 61660-3:2000. Short-circuit currents in DC auxiliary installations in power plants and substations. Part 3: Examples of calculations




W normie PN-EN 60909-0:2002 Prądy zwarciowe w sieciach

trójfazowych prądu przemiennego. Część 0. Obliczanie prądów

obliczenia prądów i wielkości zwarciowych mają różny przebieg

w zależności od typu zwarcia.

Rozróżnia się: - zawarcia bliskie, podczas którego składowa okresowa prądu

zwarciowego zmniejsza się wskutek wzrostu impedancji generatorów zasilających zwarcie

- zwarcia odległe, tj. takie w których zanik prądu zwarciowego w czasie jest spowodowany jedynie zanikiem składowej aperiodycznej iDC .



Przebieg prądu zwarciowego przy zwarciu odległym wg normy PN-EN 60909-0

"KI22 pi

ik

iDC"KK I22I22 =

t



Wspólną wielkością dla obu typów zwarć jest pojęcie zastępczego źródła napięciowego włączonego w miejscu zwarcia jako idealne źródło, niezależne od prądów zwarciowych i niezależne od stanu sieci przed zwarciem.

Zastępcze źródło napięciowe w miejscu zwarcia jest jedynym źródłem aktywnym w sieci podczas zwarcia.

Wartość napięcia tego źródła to:

E=c⋅U n

3

gdzie: c - współczynnik napięciowy podany w tabeli.

Zastosowanie współczynnika c powoduje, że obliczanie stanu sieci przed zwarciem nie jest wymagane.





Norma PN-EN 60909-0:2002 podaje następujące założenia upraszczające:

- rozpatruje się zwarcie pojedyncze,

- podczas zwarcia nie występują zmiany w rozważanej sieci,

- pomija się wszystkie pojemności i upływności linii oraz admitancje równoległe reprezentujące niewirujące obciążenia z wyjątkiem pojemności linii dla składowej zerowej w sieci z nieskutecznie uziemionym punktem neutralnym,

- nie jest potrzebna znajomość położenia przełączników zaczepów transformatorów,

- pomija się stany przejściowe w generatorach i silnikach,

- pomija się rezystancję łuku.

Norma proponuje, aby stosować metodę składowych symetrycznych podczas obliczania zwarć symetrycznych i niesymetrycznych.



Obliczając prądy zwarciowe w sieci wielonapięciowej należy przeliczać impedancje z jednego poziomu napięcia na inny, zwykle na poziom napięcia w miejscu zwarcia. Przeliczanie to powinno wykorzystywać kwadraty rzeczywistych przekładni transformatorów, przekładnie te powinny być równe stosunkowi napięć znamionowych transformatora, czyli:

r=U rTHV

U rTLV

Metodę jednostek względnych można zastosować, gdy różnonapięciowe sieci są koherentne, czyli dla każdego transformatora zachodzi:

U rTHV

U rTLV=

U nTHV

U nTLV



W przypadku konieczności wyznaczenia maksymalnego prądu zwarciowego należy założyć:

- współczynnik c przyjąć z tabeli dla maksymalnego prądu zwarciowego,

- wybrać taką konfigurację systemu, która prowadzi do maksymalnych prądów zwarciowych,

- wyznaczając impedancję zastępczej sieci elektroenergetycznej wybrać taką konfigurację, która prowadzi do maksymalnego prądu zwarcia,

- uwzględnić silniki asynchroniczne,

- rezystancje linii wyznaczyć w temperaturze 20°C.



W przypadku konieczności wyznaczenia minimalnego prądu zwarciowego należy założyć:

- współczynnik c przyjąć z tabeli dla minimalnego prądu zwarciowego

- wybrać konfigurację systemu, która prowadzi do minimalnych prądów zwarciowych

- pominąć silniki

- rezystancję linii przeliczyć na maksymalną temperaturę zgodnie z wzorem:

RL=[1⋅e−20]⋅RL20

gdzie: θe- temperatura przewodnika linii na koniec trwania zwarcia w [°C],

α=0,004 [1/ °C]. Temperaturę przewodnika linii na koniec trwania zwarcia można wyznaczyć zgodnie z IEC 60865-1.



Impedancja sieci elektroenergetycznej zastępczej ZQ jest wyznaczana w oparciu o prąd zwarciowy początkowy zwarcia trójfazowego I''kQ, jaki płynie z tej sieci przy zwarciu na jej zaciskach:

Rezystancję i reaktancję sieci elektroenergetycznej zastępczej wyznacza się następująco:

dla sieci o napięciu nominalnym powyżej 35 kV zakładamy, że rezystancja sieci jest równa zeru a reaktancja jest równa jej impedancji.

dla pozostałych sieci mamy:



Impedancję transformatora wyznaczamy w oparciu o jego napięcie zwarcia, następnie rezystancję w oparciu o straty obciążeniowe a reaktancję - z impedancji i rezystancji.

gdzie xT - reaktancja transformatora wyznaczona w jednostkach względnych,w których moc podstawowa jest równa mocy znamionowej transformatora.

W przypadku transformatorów wprowadzono współczynnik korekcyjny, przez który należy pomnożyć impedancję zespoloną transformatora. Współczynnika korekcyjnego należy użyć także przy wyznaczaniu impedancji transformatora dla składowej przeciwnej i zerowej, przy czym nie dotyczy to impedancji uziemiającej transformatora. Współczynnik ten dla transformatora sieciowego dwuuzwojeniowego, za wyjątkiem transformatorów blokowych, ma postać:



Dla transformatora sieciowego dwuuzwojeniowego, dla którego możliwe

jest określenie warunków pracy w stanie przedzwarciowym, za wyjątkiem

transformatorów blokowych, współczynnik korekcyjny wyraża się

zależnością:

gdzie:Ub - najwyższe napięcie pracy sieci przed zwarciem,Ib

T - najwyższy prąd transformatora przed zwarciem,IrT - prąd znamionowy transformatora, φb

T - kąt obciążenia prądu transformatora przed zwarciem.

KT=U n

U b⋅cmax

1X T⋅IT

b

I rT⋅sinT

b



Silniki asynchroniczne średniego i niskiego napięcia są źródłem

prądu zwarciowego i należy dla nich wyznaczać:

- prąd zwarciowy początkowy Ik’,

- prąd zwarciowy udarowy ip,

- prąd zwarciowy wyłączeniowy symetryczny Ib,

a dla zwarć niesymetrycznych także prąd zwarciowy ustalony Ik.

Silniki asynchroniczne niskiego napięcia należy brać pod uwagę

w następujących instalacjach:

- w układach potrzeb własnych elektrowni,

- w przemysłowych instalacjach np. zakładach przemysłu chemicznego,

stalowego czy w stacjach pomp.



Wpływ silników asynchronicznych niskiego napięcia można pominąć,

jeżeli udział silników asynchronicznych w prądzie zwarciowym

początkowym liczonym bez tych silników jest mniejszy niż 5% tego

prądu



Odwracalne statyczne przekształtniki zasilające różne napędy są rozważane jako źródła prądu zwarciowego jedynie podczas zwarcia trójfazowego, jeżeli: - masy wirujące silników są dostatecznie duże, - układ przekształtnika umożliwia przepływ energii od silnika do miejsca zwarcia podczas wybiegu silnika spowodowanego zwarciem.

W tej sytuacji wyznacza się jedynie: - prąd zwarciowy początkowy, - prąd zwarciowy udarowy ip.



Impedancja kondensatora i obciążenia niewirującego

Podczas obliczania prądów zwarciowych należy:

- pominąć kondensatory równoległe i obciążenia niewirujące również

podczas wyznaczania prądu zwarciowego udarowego,

- pominąć kondensatory szeregowe do kompensacji reaktancji linii jeśli

wyposażone są w urządzenia do ograniczania przepięć włączane

równolegle z kondensatorem.



Prąd zwarciowy początkowy



Prąd zwarciowy udarowy może być wyznaczony z zależności:

Współczynnik udaru κ można wyznaczyć z wzoru:



Prąd wyłączeniowy symetryczny Ib

Podczas zwarcia odległego prąd wyłączeniowy symetryczny jest równy

prądowi zwarciowemu początkowemu, czyli:

Ib = Ik''

Prąd wyłączeniowy symetryczny płynący od silników asynchronicznych

w sieci promieniowej jest równy iloczynowi prądu zwarciowego

początkowego, współczynnika μ uwzględniającego zanikanie składowej

okresowej tego prądu i współczynnika q zależnego od mocy

znamionowej czynnej silnika na parę biegunów:

IbM = μ q IkM'



Współczynnik μ wyznaczany jest dla najkrótszego czasu od chwili

powstania zwarcia do momentu otwarcia pierwszego bieguna łącznika.

Współczynnik ten wyznaczamy z poniższych wzorów:

dla tmin=0,02 s

dla tmin=0,05 s

dla tmin=0,10 s

dla tmin>=0,25 s



Wartości współczynnika q wyznaczamy z poniższych zależności:

dla tmin=0,02 s

dla tmin=0,05 s

dla tmin=0,10 s

dla tmin>=0,25 s

Documents

Zasady obliczeń wielkości zwarciowych nie ulegają · PDF fileIEC 60909-1:2002. Short-circuit current calculation in three - phase a.c. systems. Part 1: Factors for the calculation