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
