Kortsluitstroom, die de grootte van de kortsluitstroom bepaalt

Dit artikel gaat in op kortsluitingen in elektrische netwerken. We zullen typische voorbeelden van kortsluiting bekijken, methoden voor het berekenen van kortsluitstromen, letten op de relatie tussen inductieve weerstand en het nominale vermogen van transformatoren bij het berekenen van kortsluitstromen, en geven ook specifieke eenvoudige formules voor deze berekeningen.

Bij het ontwerpen van elektrische installaties is het noodzakelijk om de waarden van symmetrische kortsluitstromen voor verschillende punten van een driefasig circuit te kennen. De waarden van deze kritische symmetrische stromen maken het mogelijk om de parameters van kabels, schakelapparatuur, selectieve beschermingsmiddelen enz.

Overweeg vervolgens een driefasige kortsluitstroom met nulweerstand die wordt gevoed door een typische distributie step-down transformator. Onder normale omstandigheden is dit type schade (kortsluiting van de boutverbinding) het gevaarlijkst en is de berekening zeer eenvoudig.Met eenvoudige berekeningen kunnen, met inachtneming van bepaalde regels, voldoende nauwkeurige resultaten worden verkregen die aanvaardbaar zijn voor het ontwerp van elektrische installaties.

Kortsluitstroom in de secundaire wikkeling van een step-down distributietransformator. Als eerste benadering wordt aangenomen dat de weerstand van het hoogspanningscircuit zeer klein is en daarom kan worden verwaarloosd:

Hier is P het nominale vermogen in volt-ampère, U2 is de fase-naar-fase spanning van de secundaire wikkeling zonder belasting, In is de nominale stroom in ampère, Isc is de kortsluitstroom in ampère, Usc is de kortsluitstroom circuitspanning in procenten.

De onderstaande tabel toont typische kortsluitspanningen voor driefasige transformatoren voor een 20 kV HV-wikkeling.

Als we bijvoorbeeld het geval beschouwen waarin meerdere transformatoren parallel aan de bus worden gevoed, kan de waarde van de kortsluitstroom aan het begin van de lijn die op de bus is aangesloten, gelijk worden gesteld aan de som van de kortsluitstroom stromen, die voorheen afzonderlijk voor elk van de transformatoren werden berekend.

Wanneer alle transformatoren vanuit hetzelfde hoogspanningsnet worden gevoed, zullen de waarden van de kortsluitstromen bij elkaar opgeteld een iets hogere waarde opleveren dan ze in werkelijkheid lijken. De weerstand van de rails en schakelaars wordt verwaarloosd.

Laat de transformator een nominaal vermogen hebben van 400 kVA, de spanning van de secundaire wikkeling is 420 V, en als we Usc = 4% nemen, dan:

Onderstaande figuur geeft een toelichting op dit voorbeeld.

De nauwkeurigheid van de verkregen waarde is voldoende om de elektrische installatie te berekenen.

Driefasige kortsluitstroom op elk installatiepunt aan de laagspanningszijde:

Hier: U2 is de nullastspanning tussen de fasen van de secundaire wikkelingen van de transformator. Zt — impedantie van het circuit dat zich boven het storingspunt bevindt. Overweeg dan hoe u Zt.

Elk onderdeel van de installatie, of het nu een netwerk, een voedingskabel, de transformator zelf, een stroomonderbreker of een rail is, heeft zijn eigen impedantie Z bestaande uit actieve R en reactieve X.

Capacitieve weerstand speelt hier geen rol. Z, R en X worden uitgedrukt in ohm en berekend als de zijden van een rechthoekige driehoek, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. Impedantie wordt berekend volgens de driehoeksregel.

Het raster is verdeeld in afzonderlijke secties om X en R voor elke sectie te vinden, zodat de berekening handig is. Voor een serieschakeling worden de weerstandswaarden eenvoudig opgeteld en het resultaat is Xt en RT. De totale weerstand Zt wordt bepaald door de stelling van Pythagoras voor een rechthoekige driehoek door de formule:

Wanneer de secties parallel zijn aangesloten, wordt de berekening uitgevoerd zoals voor weerstanden die parallel zijn aangesloten. Als de gecombineerde parallelle secties reactantie of actieve weerstand hebben, wordt de equivalente totale weerstand verkregen:

Xt houdt geen rekening met de invloed van inductanties, en als aangrenzende inductanties elkaar beïnvloeden, zal de werkelijke inductantie hoger zijn. Opgemerkt moet worden dat de berekening van Xz alleen betrekking heeft op een afzonderlijk onafhankelijk circuit, dat wil zeggen ook zonder de invloed van wederzijdse inductantie. Als de parallelle circuits dicht bij elkaar liggen, zal de weerstand Xs merkbaar hoger zijn.

Beschouw nu het netwerk dat is aangesloten op de ingang van de step-down transformator. De driefasige kortsluitstroom Isc of kortsluitvermogen Psc wordt bepaald door de elektriciteitsleverancier, maar op basis van deze gegevens kan de totale equivalente weerstand worden gevonden. Equivalente impedantie, die tegelijkertijd resulteert in het equivalent voor de laagspanningszijde:

Psc-driefasige kortsluitvoeding, U2-nullastspanning van het laagspanningscircuit.

In de regel is de actieve component van de weerstand van een hoogspanningsnetwerk - Ra - erg klein en, vergeleken met de inductieve weerstand, onbeduidend. Conventioneel wordt Xa gelijk gesteld aan 99,5% van Za en Ra is gelijk aan 10% van Xa. Onderstaande tabel toont bij benadering de cijfers voor deze waarden voor 500 MVA en 250 MVA transformatoren.

Volledige Ztr — Laagspanningstransformatorweerstand:

Pn — nominaal vermogen van de transformator in kilovolt-ampère.

De actieve weerstand van de wikkelingen is gebaseerd op vermogensverliezen.

Bij het uitvoeren van benaderende berekeningen wordt Rtr verwaarloosd en Ztr = Xtr.

Als een laagspanningsstroomonderbreker moet worden overwogen, wordt rekening gehouden met de impedantie van de stroomonderbreker boven het kortsluitpunt. De inductieve weerstand wordt gelijk gesteld aan 0,00015 Ohm per schakelaar en de actieve component wordt verwaarloosd.

Wat de rails betreft, hun actieve weerstand is verwaarloosbaar klein, terwijl de reactieve component wordt verdeeld met ongeveer 0,00015 Ohm per meter van hun lengte, en wanneer de afstand tussen de rails wordt verdubbeld, neemt hun reactantie met slechts 10% toe. Kabelparameters worden gespecificeerd door hun fabrikanten.

Wat betreft een driefasige motor, op het moment van kortsluiting gaat deze in generatormodus en wordt de kortsluitstroom in de wikkelingen geschat als Isc = 3,5 * In. Bij enkelfasige motoren is de stroomtoename op het moment van kortsluiting verwaarloosbaar.

De boog die gewoonlijk gepaard gaat met kortsluiting heeft een weerstand die zeker niet constant is, maar de gemiddelde waarde is extreem laag, maar de spanningsval over de boog is klein, daarom neemt de stroom praktisch af met ongeveer 20%, wat de werking vergemakkelijkt van de stroomonderbreker zonder de werking ervan te verstoren zonder in het bijzonder de uitschakelstroom te beïnvloeden.

De kortsluitstroom aan het ontvangende uiteinde van de lijn is gerelateerd aan de kortsluitstroom aan het voedende uiteinde van de lijn, maar er wordt ook rekening gehouden met de dwarsdoorsnede en het materiaal van de zenddraden, evenals hun lengte rekening. Met een idee van weerstand kan iedereen deze eenvoudige berekening uitvoeren. We hopen dat ons artikel nuttig voor u was.