Zwarcia wielkoprądowe w

systemach elektroenergetycznych

Marcin Glinka

Zwarcie:

Zwarciem nazywamy przypadkowe lub celowe połączenie
przez względnie małą rezystancję lub impedancję, pomiędzy
dwoma lub więcej punktami obwodu, które w normalnych
warunkach mają różne potencjały. (Prof. Zajczyk).

Zwarcia dzielimy na:
1. Małoprądowe
* ukł. SI (do 0,2 kA)
* ukł. SK (<< 0,2 kA)
* ukł. SUR (do 0,5 kA)

2. Wielkoprądowe
*inne (nawet, do 50 kA)

Przyczyny powstawania:

Zwarcia można podzielić na elektryczne i nieelektryczne.

Powstają one na skutek:

* przepięć atmosferycznych i łączeniowych,

* błędnych operacji w stacjach elektroenergetycznych,

* mechanicznych uszkodzeń kabli, słupów, izolatorów,

* zawilgocenia lub zniszczenia izolacji,

* uszkodzeń słupów linii napowietrznych,

* dotknięcia dźwigów, gałęzi drzew, ludzi i zwierząt,

* zarzutek na przewody gole itp.

Podział zwarć:

Najczęstszy podział zwarć wygląda następująco:

* pojedyncze;

* wielokrotne;

* symetryczne;

* niesymetryczne;

* jednoczesne;

* niejednoczesne.

Rodzaje zwarć:

I

k

”– prąd zwarciowy początkowy

I

k

– prąd zwarciowy ustalony

i

p

– prąd zwarciowy udarowy

I

b

– prąd zwarciowy wyłączeniowy symetryczny

I

th

– prąd zwarciowy cieplny zastępczy

I

DC

– prąd zwarciowy nieokresowy

I

b asym

– prąd wyłączeniowy niesymetryczny

Parametry charakteryzujące zwarcie:

rG

k

I

λ

I





k

N

"

k

Z

3

U

c

m

I









Rodzaje zwarć:

1. Zwarcia w pobliżu generatorów
Występują w: sieciach elektrownianych; sieciach przemysłowych z

łączną dużą mocą silników

2. Zwarcia odległe od generatorów
Występują w: sieciach SN (również w sieciach WN i NN)

Obliczenia prądów zwarciowych:

Zwarcie jednofazowe:

F

0

2

1

0

F

"

k1

L1

"

k1

2

1

0

"

k1

2

2

L3

L2

L1

2

2

2

1

0

2

1

0

2

2

L3

L2

L1

F

"

k1

L1

L3

L2

"

k1

L1

R

3

I

U

U

U

R

I

U

I

3

1

I

I

I

0

0

I

α

α

1

α

α

1

1

1

1

3

1

I

I

I

α

α

1

α

α

1

1

1

1

3

1

I

I

I

I

I

I

α

α

1

α

α

1

1

1

1

I

I

I

R

I

U

0

I

I

I

I





















































































































































































































Zwarcie jednofazowe:

Wyróżniamy trzy charakterystyczne przypadki zwarcia
1-fazowego:

Zwarcie dwufazowe:

Zwarcie dwufazowe z ziemią:

Zwarcie dwufazowe z ziemią:

Wyróżniamy trzy charakterystyczne przypadki zwarcia
2-fazowego z ziemią:

Schematy dla zwarć

symetrycznych:

Zwarcie trójfazowe:

R

Z

E

I

I

I

I

I

α

I

I

α

I

I

I

0

I

0

α

α

1

α

α

1

1

1

1

I

I

I

0

U

U

R

Z

E

I

0

I

I

I

I

I

α

α

1

α

α

1

1

1

1

I

I

I

R

I

U

R

I

U

R

I

U

F

1

L3

L2

L1

"

k3

1

L3

1

2

L2

1

L1

1

2

2

L3

L2

L1

2

0

F

1

1

2

0

2

1

0

2

2

L3

L2

L1

F

L3

L3

F

L2

L2

F

L1

L1



















































































































































































Zestawienie zwarć:

Skutki zwarć:

Skutki występowania prądu zwarciowego można pogrupować
w następujący sposób:
* cieplne – zależne od ilości ciepła wydzielonego w elementach
układu podczas przepływu prądu zwarciowego,
*

dynamiczne

–

związane

z

siłami

dynamicznymi,

oddziałującymi pomiędzy sąsiednimi przewodami.

Skutki te to m.in.:
* gwałtowne nagrzewanie urządzeń
* duże siły dynamiczne
* przepięcia w sieciach
* pojawienie się napięć rażeniowych na uziemieniach
* inicjowanie stanów przejściowych elektromechanicznych
* indukowanie sił elektromotorycznych w innych obwodach

Skutki zwarć:

Przykład zadaniowy:

Obliczyć maksymalny prąd zwarcia w zaznaczonym punkcie:

Dane:
Q1: S

kQ

”=3500 [MVA]; U

n

=110 [kV]; X

0

/X

1

=1,5.

Q2: S

kQ

”=2500 [MVA]; U

n

=110 [kV]; X

0

/X

1

=1,5.

G1: S

rG

=75 [MVA]; U

rG

=10,6 [kV]; X

d

”=14 [%]; X

0

/X

1

=0,8.

TB1: S

rT

=80 [MVA]; Δu

z%

= 10,5[%]; t

r

=10/110 [kV/kV].

G2: S

rG

=48 [MVA]; U

rG

=6,3 [kV]; X

d

”=13 [%]; X

0

/X

1

=0,8.

TB2: S

rT

=50 [MVA]; Δu

z%

= 10,5[%]; t

r

=6/110 [kV/kV].

L: X

l

’=0,4 [Ω/km]; X

0

/X

1

=3,5; jednotorowe; L

1

,L

3

=25[km];

L

2

,L

4

=20[km].

Rozwiązanie cz.1:

Założenia: X

1

=X

2

; R=0

Schemat składowej zgodnej:

Rozwiązanie cz.2:

Obliczenia reaktancji dla składowej zgodnej:
X

Q1

== 3,8 [Ω]

X

Q2

== 5,32 [Ω]

X

TB1

== 15,88 [Ω]

X

TB2

== 25,41 [Ω]

X

G1(110)

=*t

r12

= 25,38 [Ω]

X

G2(110)

=*t

r22

= 36,13 [Ω]

X

L1

= X

L3

= X’ * L1 = 10 [Ω]

X

L2

= X

L4

= X’ * L2 = 8 [Ω]

 

Rozwiązanie cz.3:

Schemat składowej zerowej:

Rozwiązanie cz.4:

Obliczenia reaktancji dla składowej zerowej:
X

0Q1

= * 1,5 = 5,7 [Ω]

X

0Q2

= * 1,5 = 7,98 [Ω]

X

0L1

= * 3,5 = 35 [Ω]

X

0L2

= * 3,5 = 28 [Ω]

X

0L3

= * 3,5 = 35 [Ω]

X

0L4

= * 3,5 = 28 [Ω]

 

Rozwiązanie cz.5:

Dane:
c=1,1

U

n

=110 [kV]

X

1

= X

Q1

|| X

z

= 2,76 [Ω]

X

0

= X

0Q1

|| X

0z

= 4,48 [Ω]

I”

k3

= = = 25,31 [kA]

I”

k1

= = = 20,96 [kA]

I

max

=

I”

k3

= 25,31 [kA]

 

Rozwiązanie w programie SCC-EDU:

Rozwiązanie w programie SCC-EDU:

Rozwiązanie w programie SCC-EDU:

Rozwiązanie w programie SCC-EDU:

Rozwiązanie w programie SCC-EDU:

Rozwiązanie w programie SCC-EDU:

Błąd Obliczeniowy:

Wyniki Obliczeniowe:
I”

k3

= 25,31 [kA]

I”

k1

= 20,96 [kA]

Wyniki SCC-Edu
I”

k3

= 25,14 [kA]

I”

k1

= 20,89 [kA]

Błędy obliczeniowe:
dla I”

k3

= 0,17 [kA] = 0,67%

dla I”

k1

= 0,07 [kA] = 0,33%

Dziękuję

za

Uwagę