Zkratové proudy I.
Listopad 2010
Ing. René Vápeník
Zkrat - příčiny
 Zkrat je spojení mezi fázemi nebo mezi fázemi a zemí, které se za
normálního provozu nepředpokládá a které je důsledkem porušení izolace
fází (ČSN 333015, čl. 1.1.3). Zkrat patří mezi příčné poruchy.
 Mezi příčiny vzniku zkratu patří zejména:
• Selhání (průraz) izolace (vlivem stárnutí, poškození)
• Přeskok (v důsledku přepětí)
• Lidský faktor (chybné zapojení, chybná manipulace)
 V důsledku zkratu dochází:
• k poklesu napětí
• ke zvýšení proudu (k nadproudu)
• v nepostižených fázích může zkrat vést ke zvýšení napětí
http://www.elektro-energetika.cz
2
Změna napětí při zkratu
Změna napětí při třífázovém zkratu
Změna napětí při dvoufázovém zkratu
http://www.elektro-energetika.cz
3
Časový průběh zkratového proudu
Ik´´
je počáteční souměrný rázový
zkratový proud
ip
nárazový zkratový proud
Ik
ustálený zkratový proud
id.c stejnosměrná složka zkratového
proudu
A
počáteční hodnota stejnosměrné
složky id.c
Zkratový proud elektricky vzdáleného zkratu s konstantní střídavou složkou.
http://www.elektro-energetika.cz
4
Zkrat - příčiny
Účinky zkratového proudu můžeme rozdělit na:
 Primární:
• dynamické (mechanické) namáhání zařízení
• tepelné namáhání
 Sekundární
• tlaková vlna
• tepelná vlna (může vznítit hořlavé předměty)
http://www.elektro-energetika.cz
5
Účinky dynamického zatížení
Utržení podpěrky a zkroucení Al propojek v důsledku nadměrného dynamického
namáhání (příčinou byl paralelní provoz dvou transformátorů ! ! ! )
http://www.elektro-energetika.cz
6
Účinky tepelného zatížení
Upálení přívodu v důsledku tepelného přetížení průchodem zkratového proudu
http://www.elektro-energetika.cz
7
Sekundární účinky zkratu
Rozbití oken transformovny tlakovou vlnou
http://www.elektro-energetika.cz
8
Dimenzování zařízení
základní zásady
 Při volbě elektrického zařízení z hlediska dynamické a tepelné odolnosti se vychází z
podmínek, za nichž protéká největší možný zkratový proud.
 Při určování parametrů charakterizujících dynamické a tepelné působení zkratového
proudu je nutno vycházet ze schématu určeného k dlouhodobému provozu soustavy.
 Změny schématu soustavy, jenž vznikají při krátkodobém přepínání vedoucího k vyšším
hodnotám zkratového proudu se neberou v úvahu.
 Při stanovování zkratových proudů je třeba brát v úvahu předpokládaný rozvoj soustavy.
 Je třeba uvažovat vliv synchronních kompenzátorů, synchronních a asynchronních
motorů.
 Uvažuje se takový druh zkratu, který vyvolá nejtěžší dynamické a tepelné účinky na
dané zařízení.
 Pro určení doby trvání zkratu se vychází ze stavu (konfigurace) sítě, provozních
podmínek a doby působení ochrany, která při poruše první naběhne a vyšle vypínací
impuls.
http://www.elektro-energetika.cz
9
Dimenzování zařízení
(ČSN 33 3015)
 Základními parametry elektrického zařízení určující jeho
dynamickou a tepelnou odolnost proti působení zkratového proudu
jsou:
 Jmenovitý zapínací proud – nejvyšší přípustná okamžitá hodnota
proudu při zapnutí příslušného elektrického zařízení za
předepsaných podmínek
 Jmenovitý krátkodobý proud – efektivní hodnota proudu, jejíž
tepelné působení musí příslušené zařízení snést po zadanou dobu
bez poškození narušující jeho provozuschopnost
 Jmenovitý dynamický zkratový proud – nárazový zkratový proud,
jehož dynamické působení musí elektrické zařízení snést bez
poškození narušující jeho provozuschopnost
http://www.elektro-energetika.cz
10
Charakteristické hodnoty
zkratového proudu
 Nárazový zkratový proud Ikm je největší vrcholová hodnota
zkratového proudu, která nastává při prvním maximu v čase t=0,01s
po vzniku zkratu
 Ekvivalentní oteplovací proud Ike (Ith) je efektivní hodnota fiktivního
proudu harmonického průběhu, která za dobu trvání tk vyvine při
průchodu rezistancí R stejné množství tepla Q jako časově
proměnný zkratový proud s největší stejnosměrnou složkou.
http://www.elektro-energetika.cz
11
Doporučená řada zkratových odolností
rozvodných zařízení (ČSN 38 1784, tab.1)
Jmenovitý vypínací proud
(kA)
Krátkodobý proud
Jmenovitý dynamický
proud (kA)
(kA)
6,3
6,3
16
8
8
20
12,5
12,5
31,5
16
16
40
20
20
50
25
25
63
31,5
31,5
80
40
40
100
50
50
125
63
63
160
Doporučuje se počítat s dobou trvání zkratu t=2s
http://www.elektro-energetika.cz
12
Přepočet ekvivalentního oteplovacího
proudu pro časy trvání
 Pro přepočet ekvivalentního (oteplovací) proudu Ike1, který byl určen
pro čas tk1 na dobu trvání tk2 platí vztah:
I ke1. tk1  I ke 2 . tk 2
Q1  Q2
kde Q  P.t  U .I .t
místo U dosadíme z upraveného Ohmova zákona U  R.I
Q  R.I 2 .t
Q1  Q2  R.I ke2 1.t k1  R.I ke2 2 .t k 2
vykrátíme R a odmocníme
dostaneme vztah I ke1. t k1  I ke 2 . t k 2
Vztah vychází z bilanční rovnice, kdy musí být zachována rovnost
tepelné energie.
http://www.elektro-energetika.cz
13
Příklady k řešení
1. Pro zajištění pracoviště máme k dispozici dva typy zkratovacích
souprav a to s parametry 10 kA/1s a 5 kA/3s. Která ze zkratovacích
souprav má větší zkratovou odolnost ?
2. V rozvodně 22 kV je velikost ekvivalentního oteplovacího proudu Ike
10,6 kA. Kolik zkratovacích souprav musíme použít, abychom
dostatečně zajistili pracoviště ? Parametry zkratovacích souprav
jsou 6 kA/1s.
Vypínací doba ochrany je 2 s.
(Zkratovací soupravy musí odolat zkratovému proudu do doby
vypnutí příslušnými ochranami.)
3. Přechodový odpor proudového spoje je 0,01Ω. Při poruše projde
svorkou zkratový proud o velikosti 8 kA a doba trvání zkratu je 0,4 s.
Jak velká energie se uvolní v proudovém spoji? Jak se tato energie
změní:
a) Je- li přechodový odpor 0,1 Ω ?
b) Je-li doba trvání zkratu 0,8 s ?
c) Činí-li zkratový proud 16 kA ?
http://www.elektro-energetika.cz
14
Literatura
ČSN IEC 50 (448) Mezinárodní elektrotechnický slovník, Kapitola 448: Ochrany
elektrizační soustavy
ČSN EN 60909-0 Zkratové proudy v trojfázových soustavách – Část 0: Výpočet
zkratových proudů
ČSN 33 3015 (1983) – Zásady dimenzování podle elektrodynamické a tepelné
odolnosti při zkratech
ČSN 38 1754 (1974) – Dimenzování elektrického zařízení podle účinků
zkratových proudů
Blažek V, Paar M,. Přenosové sítě, Brno 2007, elektronická skripta FEKT VUT
Orságová J, Rozvodná zařízení, Brno, elektronická skripta FEKT VUT
http://www.elektro-energetika.cz
15
DĚKUJI ZA POZORNOST
Download

Zkratové proudy I. - ELEKTRO