2014-11-29
Zwarcie
ð PoÅ‚Ä…czenie bezpoÅ›rednie lub przez impedancjÄ™ o pomijalnie
Bezpieczeństwo użytkowania urządzeń
małej wartości dwóch lub więcej punktów obwodu
elektrycznego, które w normalnych warunkach pracy mają
elektrycznych
różne potencjały (napięcia).
ð Zwarcia powstajÄ… najczęściej w wyniku uszkodzenia izolacji
Wykład 3
doziemnej lub izolacji pomiędzy różnymi fazami
Zwarcia w sieciach elektroenergetycznych
(biegunami) urzÄ…dzenia.
ð Przyczyna zwarć w instalacjach sÄ… bÅ‚Ä™dne poÅ‚Ä…czenia
powstałe po dokonaniu napraw w instalacjach i
urzÄ…dzeniach.
Zwarcie
Zwarcie
ð W przypadku zwarć jednofazowych wartość prÄ…du zależy od
rodzaju zwarcia oraz rodzaju sieci.
ð W przypadku zwarć dwu- i trójfazowych niezależnie od
układu sieci płyną zawsze prądy o bardzo dużych
Zwarcia jednofazowe
Rodzaj i miejsce zwarcia
wartościach, wielokrotnie większe od prądów roboczych.
L1 L2 L3 N PE
L1 L2 L3 N PE
ð grozi to uszkodzeniem bÄ…dz
zniszczeniem urządzeń i
przewodów w wyniku oddziaływania cieplnego i
mechanicznego.
pomiędzy częściami czynnymi i
pomiędzy częściami
częściami przewodzącymi
czynnymi
dostępnymi
(L-N)
(L-N)
kilkadziesiÄ…t  kilkaset kilkadziesiÄ…t  kilkaset
TN Ik>>In TN amperów Ik>>In
amperów
kilkadziesiÄ…t  kilkaset
TT Ik>>In TT kilkadziesiąt amperów Ik In
amperów
kilkadziesiÄ…t  kilkaset
IT Ik>>In IT rzędu miliamperów Ik<amperów
Przebieg prÄ…du zwarciowego
Przebieg prÄ…du zwarciowego
di
u(t) =ð Um sin wðt +ð gð0 =ð L +ð Ri
(ð )ð
dt
t
-ð
Um Um
tð
i(ðt)ð =ð sin (ðwðt +ð gð -ðjð)ð-ð sin (ðgð -ðjð)ð e
0 0
Z Z
jð =ð atan (X / R)
tð =ð X /wðsR
Z =ð (R +ð jX )
1
2014-11-29
Przebieg prÄ…du zwarciowego
Podział zwarć
a) Zwarcia symetryczne  trójfazowe
b) Zwarcia niesymetryczne
Øð jednofazowe
Øð dwyfazowe
Øð dwufazowe z ziemiÄ…
Podział zwarć
Skutki przepływu prądu zwarciowego
ð Silne nagrzewanie dużym prÄ…dem zwarciowym,
ð pojedyncze
ð Powstawanie dużych siÅ‚ dynamicznych,
ð wielomiejscowe
ð Niszczenie żelbetonowej konstrukcji sÅ‚upów,
ð Powstawanie niebezpiecznych napięć krokowych,
a) b)
ð Powstawanie przepięć ziemnozwarciowych,
L1 L1 L1
ð Powstawanie zakłóceÅ„ elektromagnetycznych,
L2 L2 L2
L3 L3 L3
ð Możliwość zniszczenia wyÅ‚Ä…cznika,
ð Możliwość utraty stabilnoÅ›ci systemu
ð Zagrożenie porażeniem prÄ…dem elektrycznym.
Obliczenia zwarciowe  cel Obliczenia zwarciowe  cel
wykonywania 1/2 wykonywania 2/2
ð dobór przyrzÄ…dów (urzÄ…dzeÅ„) elektroenergetycznych ð wybór metod i specjalnych Å›rodków ograniczajÄ…cych
ze względu na ich wytrzymałość zwarciową  prądy zwarciowe (o ile okażą się niezbędne),
mechanicznÄ… i cieplnÄ…,
ð dobór nastawieÅ„ i analiza warunków pracy automatyki
ð projektowanie odpowiednich ukÅ‚adów poÅ‚Ä…czeÅ„ zabezpieczeniowej,
elektrycznych (konfiguracji) sieci z uwagi na
ð projektowanie i analiza skutecznoÅ›ci systemu ochrony
spodziewane prÄ…dy zwarciowe,
przeciwporażeniowej,
ð projektowanie szyn zbiorczych w rozdzielniach,
ð okreÅ›lenie oddziaÅ‚ywania prÄ…dów zwarciowych na
ð dobór przekrojów przewodów i żyÅ‚ kabli, pracÄ™ urzÄ…dzeÅ„ elektrycznych i elektronicznych.
2
2014-11-29
Obliczenia prądów zwarciowych wg
Początkowy prąd zwarcia trójfazowego
zaleceń normatywnych
ð Dopuszczalne uproszczenia sÄ… ujÄ™te w aktach normatywnych
krajowych i międzynarodowych.
cUn
"
IKA =ð
ð W Polsce dÅ‚ugo obowiÄ…zywaÅ‚a norma PN-74/E-05002,
3ZKA
ð Obecnie posÅ‚ugujemy siÄ™ nowÄ… norma - tÅ‚umaczeniem
publikacji nr 60909 wydanej przez międzynarodową
organizacjÄ™ International Electrotechnical Commission (IEC)
gdzie:
ð Norma zawiera:
Un  napięcie znamionowe sieci w miejscu zwarcia [kV]
ð  receptÄ™ czyli sposób prowadzenia obliczeÅ„
ð zasady modelowania elementów sieci ZKA  impedancja zwarciowa sieci [W]
ð zestawienie pojęć,
c  współczynnik napięciowy
ð zalecane do praktycznego stosowania symbole oraz indeksy.
Współczynnik napięciowy c dla
PrÄ…d zwarcia jednofazowego
obliczeń prądów zwarciowych
Napięcie znamionowe Współczynnik napięciowy c do obliczania
c 3Un
" Un
IKA =ð
Z1K +ð Z2K +ð Z0K
maksymalnego prÄ…du minimalnego prÄ…du
zwarcia zwarcia
Niskie napięcie
gdzie:
(100 ÷1000) V
Un  napięcie znamionowe sieci w miejscu zwarcia [kV]
a) 230/400 V 1,00 0,95
b) inne napięcia 1,05 1,00
Z1K  impedancja zgodna obwodu [W]
Z2K  impedancja przeciwna obwodu [W]
Średnie napięcie 1,10 1,00
Z0K  impedancja zerowa obwodu [W]
(1 ÷35) kV
c  współczynnik napięciowy
Wysokie napięcie >35 k 1,10 1,00
Obliczenia zwarciowe
Modele elementów sieci elektroenergetycznych
Modele elementów sieci elektroenergetycznych dla potrzeb
dla potrzeb obliczeń zwarciowych
obliczeń zwarciowych
ð System zastÄ™pczy
ð Transformatory dwuuzwojeniowe
2
XKQ
cUn
X =ð
Q
"
SKQ
E
RQ ð 0,1X
2 2
DðPCu% UrT DðuK UrT
RT =ð ×ð XT =ð ×ð
gdzie:
100 SrT 100 SrT
Un  napięcie znamionowe sieci [kV]
gdzie:
S KQ  moc zwarciowa podsystemu [MVA]
"PCu% - znamionowe procentowe straty mocy w miedzi
c  współczynnik napięciowy
uK  napięcie zwarcia transformatora [%]
UrT  napięcie znamionowe transformatora [kV]
SrT  moc znamionowa transformatora [MVA]
3
2014-11-29
Modele elementów sieci elektroenergetycznych dla potrzeb
Modele elementów sieci elektroenergetycznych dla potrzeb
obliczeń zwarciowych
obliczeń zwarciowych w sieciach niskiego napięcia i instalacji
elektrycznej
żðLinie elektroenergetyczne
ð W przypadku obliczeÅ„ prÄ…dów zwarciowych z reguÅ‚y
wystarczajÄ…ce jest modelowanie sieci od transformatora
(moc zwarciową sieci możemy przyjmować za równą
nieskończoności)
ð Przy zwarciach w pobliżu transformatora SN/nn należy
uwzględniać rzeczywistą moc zwarciową na szynach SN
ð Przy zwarciach na w instalacjach nn impedancjÄ™
RL =ð rL ×ðl XL =ð xL ×ðl
transformatora SN/nn można pomijać.
gdzie:
rL, xL  rezystancja i reaktancja jednostkowa linii [W/km]
l  długość linii
Modele elementów sieci elektroenergetycznych dla potrzeb
obliczeń zwarciowych w sieciach niskiego napięcia i instalacji
Literatura
elektrycznej
Przy obliczaniu prądu dla potrzeb analizy działania zabezpieczeń w
ð P. Kacejko, J. Machowski:
ochronie przeciwporażeniowej (wyznaczanie minimalnej wartości
Zwarcia w systemach
prÄ…du zwarciowego) w instalacji elektrycznej stosuje siÄ™
elektroenergetycznych. WNT,
następujące uproszczenia:
Warszawa 2002.
ð obliczenia sÄ… prowadzone na samych rezystancjach,
ð pomija siÄ™ reaktancjÄ™ i rezystancjÄ™ transformatora,
ð pomija siÄ™ rezystancje przejść i styków,
ð pomija siÄ™ reaktancjÄ™ linii,
ð należy uwzglÄ™dniać wzrost rezystancji pod wpÅ‚ywem wzrostu temperatury
obciążonych przewodów.
ð stosuje siÄ™ współczynniki zwiÄ™kszajÄ…ce rezystancjÄ™ (różni autorzy podajÄ… rożne
wartości  od 25 do 50%).
Obliczenia zwarciowe
Literatura
ð J. Strojny, J. StrzaÅ‚ka: Zbiór
zadań z sieci elektrycznych.
Cz. II. Wyd. Uczelniane AGH,
Kraków 2000.
Obliczenia zwarciowe
4