fault current analysis on an electrical system (neplan)

1 ΤΠΟΛΟΓΙΜΟ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΛΩΗ KATA IEC 60909 - ΠΡΟΟΜΟΙΩΗ ΣΟ NEPLAN - P02G16

Περιεχόμενα

1. ΓΕΝΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ…………………………………………………….....................2

2. ΕΡΩΣΗΗ 1 …………………………………………………………………………………….…………………………..….3

3. ΕΡΩΣΗΗ 2 …………………………………………………………………………………….………………………………5

4. ΕΡΩΣΗΗ 3…………………………………………………………………………………………………………………..…7

5. ΕΡΩΣΗΗ 8…………………………………………………………………………….………….8

ante

Typewriter

Στο τέλος βρισκεται και παρουσίαση ερώτησης 8 Στο πρώτο μέρος δεν έχω διορθώσει τιμές αντιδράσεων & αντιστάσεων "pu->%" κ έτσι βγαίνουν μεγάλα Ικ (προσοχή στο neplan παντού βάζεται pu αλλά σε γεννήτριες σε %)

ante

Rectangle

ante

Typewriter


1. ΓΕΝΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ

τθ παροφςα εργαςία γίνεται υπολογιςμόσ βραχυκυκλωμάτων κατά IEC 60909 ςε ζνα δίκτυο διανεμθμζνθσ

παραγωγισ. Γίνεται μελζτθ μονοφαςικϊν και τριφαςικϊν ςφαλμάτων τα οποία προςδιορίηουν και τα μζςα

προςταςίασ. το παρακάτω ςχιμα φαίνεται θ τοπολογία και τα ςτοιχεία του δικτφου. Αναλυτικά τα

χαρακτθριςτικά των θλεκτρικϊν ςτοιχείων του δικτφου και θ μοντελοποίθςθ ςτο Neplan φαίνονται ςτο neplan

project file που επιςυνάπτεται.


2. ΕΡΩΣΗΗ 1

Να υπολογιςτεί θ ροι φορτίου για το κφκλωμα με όλουσ τουσ διακόπτεσ κλειςτοφσ κεωρώντασ ότι

όλεσ οι ςφγχρονεσ γεννιτριεσ και οι αςφγχρονοι κινθτιρεσ λειτουργοφν ςτα ονομαςτικά τουσ

ςτοιχεία. Να εξθγθκοφν τα αποτελζςματα.

-ΓΡΑΦΙΚΟ Ο ΤΠΟΛΟΓΙΜΟ ΡΟΗ ΦΟΡΣΙΟΤ ΣΟ NEPLAN

θμείωςθ: -το Neplan ακολουκείται ςφμβαςθ καταναλωτι που ςθμαίνει κάκε ςτοιχείο με αρνθτικι τιμι P,Q προςφζρει ιςχφ και αντίςτοιχα αυτά με

κετικι καταναλϊνουν. Η αντιςτοίχθςθ των τιμϊν ςτα βζλθ του διαγράμματοσ ροισ είναι αρνθτικά P(προςφορά) ςε όποιο ςτοιχείο

βγαίνει βζλοσ και κετικά(κατανάλωςθ) ςε όποιο μπαίνει.

-Για πιο ευκρινι γραφικι παρουςίαςθ δεν χρθςιμοποιικθκαν ςτθν μοντελοποίθςθ διακόπτεσ(couplers) που είναι κλειςτοί λαμβάνοντασ

υπόψθ ότι οι απϊλειεσ που ςυνειςφζρουν και θ επιδραςθ τουσ ςτθ ροι φορτίου είναι αμελθτζα ςε ςχζςθ με το δίκτυο που μελετάται.

*Ploss=0.0001kV, βάςθ προκακοριςμζνων και τυπικϊν τιμϊν τιμϊν αντίςταςθσ coupler ςτα 1mΩ

Παρατθριςεισ:

-Από τα βζλθ ροισ φαίνεται ότι οι ηυγοί Β1(feeder) και Β4,Β5(motor,loads) ηθτοφν ιςχφ που τουσ προςφζρεται

από τουσ ηυγοφσ Β2,Β3(διανεμθμζνθ παραγωγι).

-Ο ηυγοί Β2,Β3 παρουςιάηουν ανφψωςθ τάςθσ κάτι που είναι αναμενόμενο αφοφ ςυνδζονται άμεςα μόνο

χωρθτικά ςτοιχεία ςε αυτοφσ (γεννιτριεσ), όπωσ επίςθσ για τον ίδιο λόγο ζχουμε ανυψϊςεισ τάςθσ ςε

κόμβουσ Ν1,Ν2,Ν5,Ν6,Ν7. Αντίςτοιχα οι ηυγοί Β4,Β5 που ζχουν κυρίωσ επαγωγικά ςτοιχεία(loads,motors)

ςυνδεδεμζνα παρουςιάηουν πτϊςθ τάςθσ και ανάλογθ ςυμπεριφορά ζχουμε ςτουσ κόμβουσ Ν3,Ν4(cables).

Ανυψϊςεισ/πτϊςεισ τάςθσ είναι μζςα ςτα επιτρεπτά όρια +-10%.

-Οι ΜΣ ζχουν διαφορετικι ειςοδο/ζξοδο ιςχφων λόγω απωλειϊν που ζχουν που φαίνονται αναλυτικά ςε

πίνακα παρακάτω


-ΑΝΑΛΤΣΙΚΑ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΡΟΗ ΦΟΡΣΙΟΤ ΣΟ EXCEL

Bus Element P(MW) Q(MVar) Ploss(MW) Qloss(MVar) Ptot(MW) Qtot(MVar)

B1

(15

0kv

)

GT -153.000 -94.821

67.234 29.975

ST -85.000 -52.678

Feeder 304.535 145.486

TF1 0.219 10.842

TF2 0.277 24.829

TF3 0.100 1.456

TF4 0.100 1.456

CABLE1 0.002 -3.297

CABLE2 0.002 -3.297

B2

(20

.25

kV) MT1 -45.000 -21.794

-67.499 -32.672 HYDRO1 -22.500 -10.897

TF9 0.001 0.019

B3

(20

.25

kV)

WG1 -2.090 -0.687

-6.227 -1.314

WG2 -2.090 -0.687

WG3 -2.090 -0.687

TF5 0.007 0.082

TF6 0.007 0.082

TF7 0.007 0.082

TF8 0.023 0.502

B4

(5.8

5kV

)

HYDRO2 -2.700 -1.308

6.200 3.798

MOTOR1 1.300 0.702

MOTOR2 1.300 0.702

MOTOR3 1.300 0.702

LOAD1 5.000 3.000

B5

(0.3

9kV

)

MT2 -0.090 -0.044

0.210 0.157 MOTOR4 0.100 0.067

MOTOR5 0.100 0.067

MOTOR6 0.100 0.067

Ο πίνακασ προζκυψε από εξαγωγι αποτελεςμάτων ροισ φορτίου Neplan (rlf αρχείο) ςτο Excel. Κατθγοροποιικθκαν ανα ηυγό που

ςυνδζονται τα ςτοιχεία του ΗΕ και ζχουν χρθςιμοποιθκεί διαφορετικά χρϊματα για τθν παραςταςθ ςτοιχείων/κόμβων που

προςφζρουν, καταναλϊνουν ι εμφανίηουν απϊλειεσ (ενεργου,άεργθσ) ιςχφοσ.

Οι αναλυτικοί υπολογιςμοί επιβεβαιϊνουν τισ παρατθριςεισ που γίνανε ςτον γραφικό υπολογιςμό


3. ΕΡΩΣΗΗ 2

Να Θεωρείςτε ότι όλοι οι διακόπεσ ςφνδεςθσ είναι κλειςτοί. Να υπολογιςτοφν τα μζγιςτα και

ελάχιςτα τριφαςικά ρεφματα βραχυκφκλωςθσ(rms) ςτουσ ηυγοφσ Β1,Β2,Β3,Β4,Β5. Σι παρατθρείται;

-Ρυκμίςεισ Feeder για τριφαςικό ςφάλμα

Feed

er 3ph fault

Ikmax(kA) Ikmin(kA) Skmax(MVA) Skmin(MVA)

10.1949 7.4649 2648.71 1939.44

*όπου 3k n kS V I

-ΤΝΟΠΣΙΚΟΙ ΤΠΟΛΟΓΙΜΟΙ ΣΡΙΦΑΙΚΩΝ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΚΛΩΗ

3ph fault Ikmax(kA) Ikmin(kA)

fau

lted

BU

S

B1 27.513 23.115

B2 2100.046 1907.17

B3 2021.196 1835.531

B4 287.138 258.548

B5 139.98 117.483

Ikmax, Ikmin: μζγιςτο και ελάχιςτο ςυμμετρικό ρεφμα 3Φ ςφάλματοσ που αφοροφν κριτιρια ςχεδιαςμοφ για διαςταςιολόγθςθ των

ςτοιχείων (αντοχι ςε κερμικι καταπόνθςθ) και ςυντονιςμό μζςων προςταςίασ αντίςτοιχα. Οι υπολογιςμοί των Ικ ζγιναν με αυτόματθ

επιλογι του ςυντελεςτι c και προκακοριςμζνεσ ρυκμίςεισ παραμζτρων μοντζλου βραχυκφκλωςθσ ςτο Neplan βάςθ μεκοδολογίασ

προτφπου IEC 60909 2001. Οι υπολογιςμοί του ερωτιματοσ κακϊσ και των επόμενων που αφορφν ρεφματα βραχυκφκλωςθσ ζγιναν με

όλουσ τουσ κλειςτοφσ διακόπτεσ ςτο κφκλωμα κακϊσ ακόμθ και θ μικρι αντίςταςθ τουσ(1mΩ) επθρεάηει τα αποτελζςματα

-ΑΝΑΛΤΣΙΚΟΙ ΓΡΑΦΙΚΟΙ ΤΠΟΛΟΓΙΜΟΙ ΣΡΙΦΑΙΚΩΝ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΚΛΩΗ

Μεγιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β1) Ελάχιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β1)

-Ζυγός Β1: ζχει χαμθλά ρεφματα βραχυκφκλωςθσ λόγω τθσ ζμμεςθσ ςφνδεςθσ(με Μ/) των γεννθτριϊν. Κφρια

θ ςυμβολι του Feeder και υπολογίςιμθ του κόμβου Β3 (που ζχει άμεςα ςυνδεδεμζνεσ γεννιτριεσ). Εδϊ

πρζπει να δωκεί ιδιαίτερθ προςοχι ςτθν επιλογι ςωςτϊν μζςων προςταςίασ με υψθλι ευαιςκθςία για τθν

αποκοπθ ςφαλμάτων μικρισ τάξθσ(23.115κΑ) μιασ και ςτον Β1 μπαίνει ρεφμα (ςτάςιμθσ καταςταςθσ)

μεγαλφτερο των 12kA* (ευαιςκθςία περίπου ςε 2pu)



-Ζυγος Β2: παρουςιάηει τα μεγαλφτερα ρεφματα βραχυκφκλωςθσ επειδι ζχει άμεςα ςυνδεδεμζνεσ γεννιτριεσ

(χωρίσ Μ/ ανφψωςθσ). Εκει πρζπει να δωκεί ιδιαίτερθ προςοχι ςτθ διαςταςιολόγθςθ ςτοιχείων για αντοχι

ςε πολφ υψθλζσ κερμικζσ καταπονιςεισ


-Ζυγος Β3: παρουςιάηει τα υψθλά ρεφματα βραχυκφκλωςθσ επειδι ςυνδζεται άμεςα με τον ηυγό Β3 (που ζχει

άμεςα ςυνδεδεμζνεσ γεννιτριεσ). Εκει πρζπει να δωκεί ιδιαίτερθ προςοχι ςτθ διαςταςιολόγθςθ ςτοιχείων

για αντοχι ςε πολφ υψθλζσ κερμικζσ καταπονιςεισ, ιδίωσ ςτα ςτοιχεία ςφνδεςθσ των ηυγϊν Β2,Β3


-Ζυγος Β4: θ άμεςα ςυνδεδεμζνθ γεννιτρια κακορίηει κφρια το επίπεδο ρευμάτων βραχυκφκλωςθσ,

μικρότερθ αλλα υπολογίςιςθ ςυμβολι Β3 που είναι άμεςα ςυνδεμζνοσ με Β2 και αμελθτζα επθρεάηουν

κινθτιρεσ ΧΣ 1,2,3 που ζχουν ονομαςτικό ρεφμα* 0.146Χ3=0,438kA<5% Ikmax, Ikmin)



-Ζυγος Β5: θ άμεςα ςυνδεδεμζνθ γεννιτρια κακορίηει κφρια το επίπεδο ρευμάτων βραχυκφκλωςθσ,

μικρότερθ αλλα υπολογίςιςθ ςυμβολι Β2(=άμεςα ςυνδεδεμζνεσ γεννιτριεσ) και αμελθτζα επθρεάηουν

κινθτιρεσ ΧΣ 4,5,6 που ζχουν ονομαςτικό ρεφμα* 0.177Χ3=0,531kA<5% Ikmax, Ikmin)

*ονομαςτικά ρεφματα(ςταςιμθσ κατάςταςθσ) κινθτιρων και Β1 βαςθ επεξεργαςίασ υπολογιςμϊν από loadflow ςτο excel

4. ΕΡΩΣΗΗ 3

Θεωρείςτε ότι όλοι οι διακόπεσ ςφνδεςθσ είναι κλειςτοί. Να υπολογιςτοφν τα μζγιςτα και ελάχιςτα

μονοφαςικά ρεφματα βραχυκφκλωςθσ(rms) ςτουσ ηυγοφσ Β1,Β2,Β3,Β4,Β5. Σι παρατθρείται;

-Ρυκμίςεισ Feeder για μονοφαςικό ςφάλμα

Feed

er 1ph to ground fault

I''max(kA) I''min(kA) Skmax(MVA) Skmin(MVA)

12.478 9.277 3241.88 2410.24

-ΤΝΟΠΣΙΚΟΙ ΤΠΟΛΟΓΙΜΟΙ ΜΟΝΟΦΑΙΚΩΝ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΚΛΩΗ

1ph to ground fault Ikmax(kA) Ikmin(kA)

fau

lted

BU

S

B1 31.211 26.081

B2 209.581 186.462

B3 209.465 186.355

B4 32.334 29.377

B5 30.433 26.17


-Παραμζνει κφριοσ παράγοντασ κακοριςμοφ επιπζδου ρεφματοσ βραχυκφκλωςθσ για το δίκτυο που μελετάται

θ φπαρξθ άμεςα ςυνδεδεμζνων γεννθτριϊν όπωσ και ςτο 3Φ

-Σο μονοφαςικό ςφάλμα είναι μικρότερο από το τριφαςικό για τουσ όλουσ τουσ ηυγοφσ εκτόσ του Β1 όπου

μεγαλϊνει λόγω πολφ μεγαλφτερθσ ςυμβολισ του Feeder(περίπου 50%). Ο λόγοσ ςυνκετων αντιςτάςεων

Ζ1/Ζ0(ορκοφ/ομοπολικοφ) αποτελεί το γενικό κριτιριο ςυγκριςθσ επικινδυνότθτασ 1Φ ςε ςχζςθ 3Φ ςφάλμα.


-υνίςταται θ επιλογι μζςων προςταςίασ να γίνεται με βάςθ Ikmin μονοφαςικοφ βραχυκυκλϊματοσ όπου

ζχουμε και τισ μικρότερεσ τιμζσ (ενϊ διαςταςιολόγθςθ για αντοχθ ςε κερμικζσ καταπονιςεισ από 3Φ Ikmax

αντίςτοιχα)

5. ΕΡΩΣΗΗ 8

8Α)Για το ηυγό Β5 να υπολογιςτεί θ ςυμβολι τθσ γεννιτριασ ΜΣ1 κακώσ και του άμεςα

ςυνδεδεμζνου ηυγοφ Β2 ςτα μζγιςτα και ελάχιςτα τριφαςικά και μονοφαςικά ρεφματα

βραχυκυκλώματοσ, κερμικά και μθχανικισ καταπόνθςθσ.

Μζγιςτα (κερμικά), μθχ. καταπόνθςθσ ρεφματα 1Φ βραχυκυκφκλωςθσ Β5 Ελάχιςτα ρεφματα 1Φ βραχυκυκφκλωςθσ Β5

Μζγιςτα (κερμικά), μθχ. καταπόνθςθσ ρεφματα 3φ βραχυκυκφκλωςθσ Β5 Ελάχιςτα ρεφματα 3Φ βραχυκυκφκλωςθσ Β5


1p

h t

o g

rou

nd

fau

lt

B5 B2 MT1

%B

5

B2 MT1

Ikmax(kA) 30.433 11.801 8.37 38.78 27.50

Ip(kA) 51.405 19.933 13.91 38.78 27.06

Ikmin(kA) 26.17 10.192 7.28 38.95 27.82

3p

h f

ault

B5 B2 MT1

%B

5

B2 MT1

Ikmax(kA) 139.98 11.8 8 8.43 5.72

Ip(kA) 236.445 19.932 13.5 8.43 5.71

Ikmin(kA) 117.483 10.191 6.9 8.67 5.87

θμείωςθ: τουσ δφο παραπάνω πίνακεσ εγινε αναγωγι ρευμάτων βραχυκφκλωςθσ Β2,ΜΣ1 με βάςθ τον αντίςτοιχο λόγο

μεταςχθματιςμοφ που προζκυπτε ςε κάκε περίπτωςθ υπολογιηόμενου ρεφματοσ ςε είςοδο/ζξοδο TF9 από το Neplan για τον υπολογιςμό

ποςοςτοφ ςυμβολισ

Ip: μζγιςτο ρεφμα για κακοριςμό μθχανικισ καταπόνθςθσ, Ikmax, Ikmin: μζγιςτο και ελάχιςτο ςυμμετρικό ρεφμα 3Φ ςφάλματοσ που

αφοροφν κριτιρια ςχεδιαςμοφ για διαςταςιολόγθςθ των ςτοιχείων (αντοχι ςε κερμικι καταπόνθςθ) και ςυντονιςμό μζςων προςταςίασ

αντίςτοιχα.

Χωρίσ αναγωγι ρευματα βραχυκφκλωςθσ:

3ph fault 1ph to ground fault

B2 MT1 B2 MT1

Ikmax(kA) 0.236 0.16 0.031 0.022

Ip(kA) 0.399 0.27 0.053 0.037

Ikmin(kA) 0.204 0.138 0.028 0.02


-Η μζκοδοσ τθσ αναγωγισ ρευμάτων

εφαρμόηεται δοκιμαςτικά αφοφ ιδίωσ ςτο 1Φ

ςφάλμα οι αςςυμετρίεσ που ειςάγονται

δθμιουργοφν ερωτιματα για το πόςο ακριβι

αποτελζςματα μπορεί να μασ δϊςει ο λόγοσ

μεταςχθματιςμοφ ακόμθ και όπωσ ζχει

λθφκεί ανα ρεφμα βραχυκφκλωςθσ. Με τθν

αναγωγι θ ςυνολικι ςυμβολι του Β2 όπωσ

φαίνεται από το δευτερεφων του TF9 δεν

μεταβάλλεται ςε απόλυτεσ τιμζσ αλλά ςαν

ποςοςτό ςτο 1Φ αυξάνεται πολφ. Παρόλο που

τα ςυνολικά 3Φ ρευματα είναι μεγαλφτερα

απ’ότι τα 1Φ θ γεννιτρια ΜΣ1 εμφανίηει

μεγαλφτερο 1Φ ρεφμα βραχυκφκλωςθσ με

αναγωγι και ζτςι μεγαλφτερθ ςυμβολι ςε

αυτι τθ περίπτωςθ τθ ςτιγμι που το κακαρό

(χωρισ αναγωγθ) ρευμα βραχυκφκλωςισ τθσ

μειϊνεται. Σα παραπάνω οδθγοφν ςτο

ςυμπζραςμα ότι ο TF9 και πιο ςυγκεκριμζνα

θ ςυνδεςμολογία του ςε Dy5 επθρεάηει τον

τρόπο που δείχνει ςτο δίκτυο μπροςτά του, το

βραχυκφκλωμα που ςυμβαίνει πίςω του.

Όπωσ φαίνεται ςτο πάνω δεξιά ςχιμα που

είναι ςαν αναφορα όλεσ οι φάςεισ (για τθν

περίπτωςθ ευρεςθσ Ikmax ςε 1Φ ςφάλμα ςτον

Β5) υπο τθν επιρροι των ςτοιχείων που είναι


ςυνδεδεμζνα ςτον Β5 βλζπει το L1-to-ground fault ςαν αςφμμετρθ φόρτιςθ των φάςεων του δευτερεφοντοσ.

Αυτό είναι πιο εμφανζσ και ςτο πιο πάνω ςχιμα όπου ρυκμιςτθκαν λοιπά ςτοιχεια Β5 με logical switch off. ε

αυτό το δεφτερο ςχιμα φαίνεται επίςθσ πωσ μεταςχθματίηει ο Μ/ Dy5 ζνα κακαρό L1-to-ground fault(αν το

βλεπε ζτςι ςτο δευτερεφων) όπου δείχνει ςτο πρωτεφον και επομζνωσ ςτον Β2 ζνα ίδιο επίπεδο φόρτιςθσ ςε

L1,L2 και μθδεν όπωσ και ςτο πρωτεφων τθν L3. Η καλφτερθ μελζτθ του Μ/ οδθγεί ςε αμφιςβιτθςθ τθν

μζκοδο αναγωγισ που ακολουκικθκε ςτο 1Φ ςφάλμα.

ε προθγοφμενα ερωτιματα είδαμε ότι γενικά ο ηυγόσ Β2 ςυμβάλει ςε μεγαλφτερο βακμό ςε ςχζςθ με

λοιποφσ ηυγοφσ, για περιπτϊςεισ γειτονικϊν ςφάλματων (λόγω των άμεςα ςυνδεδεμζνων γεννθτριϊν ςε

αυτόν). Παρατθρϊντασ καλφτερα ότι ζχουμε ςχεδόν ίδια 3Φ και 1Φ ρεφματα βραχυκφκλωςθσ ςτο δευτερεφων

του TF9 που καταλιγουν και ςυμβάλλουν άμεςα ςτον Β5 εν τζλει καταλιγουμε ςτο ςυμπζραςμα ότι οι

ΜΤ1,Β2 συμβάλλουν πολφ λίγο(3Φ σφαλμα) ζως σχεδόν καθόλου(1Φ σφάλμα) στον Β5, κάτι που οφείλεται

ςτθν υπαρξθ Μ/ Dy. Αυτι θ «ιδιότθτα» Μ/ Dy να μειϊνει επίδραςθ ςτο 1ον

(τριγωνο), βραχυκυκλϊματοσ

που ςυμβαίνει ςτο 2ον

(αςτζρασ) φαίνεται και ςτθν περιπτωςθ «κακαροφ L1-to-ground fault»(=ζντονθ

αςυμμετρία φάςεων) ςτο προθγοφμενο ςχιμα και είναι πιο ζντονθ ςε περίπτωςθ που ςυνδεζται το 2ον

του ςε

κόμβο με χωρθτικά,επαγωγικά ςτοιχεία.

8Β)Με δεδομζνο ότι ο ηυγόσ Β2 είναι κάποιεσ φορζσ είναι ςυνδεδεμζνοσ ςτο ηυγό Β5 και κάποιεσ

όχι, με βάςθ ποια τιμι ρεφματοσ κα υπολογιςτεί θ μζγιςτθ κερμικι καταπόνθςθ, θ μζγιςτθ μθχανικι

καταπόνθςθ και ο ςυντονιςμόσ των μζςων προςταςίασ ςτο ςθμείο αυτό.

Να αιτιολογιςετε τισ απαντιςεισ ςασ. Να προςτεκοφν διακόπτεσ όπου κεωρείται απαραίτθτο.

Από γραφιματα βραχυκφκλωςθσ προθγοφμενου ερωτιματοσ(8.A1,Α2) και προςκθκθ κ ανοιγμα διακόπτθ μεταξφ Β2 και TF9 για να

βγάλουμε τον Β2 εκτόσ και να κάνουμε αντίςτοιχουσ υπολογιςμοφσ προκφπτουν τα παρακάτω ρεφματα ΒΚ ςτον Β5:

1ph fault 3ph fault

B2

IN Ikmax(kA) 30.433 139.98

Ip(kA) 51.405 236.445

Ikmin(kA) 26.17 117.483

B2

OU

T Ikmax(kA) 30.169 130.309

Ip(kA) 47.791 206.426

Ikmin(kA) 25.93 109.172


-Βάςθ του πίνακα παραπάνω για μελζτθ αντοχθσ ςτοιχείων ςε κερμικι καταπόνθςθ το Ikmax=139,92kA με τον

Β2 εντόσ είναι που κα λθφκεί υπόψθ. Για μθχανικι καταπονθςθ το Ip=236.445 kA με τον Β2 εντοσ και το

Ikmin=25.93 kA με τον Β2 εκτόσ για τθν επιλογι μζςων προςταςίασ.

-Παρατθροφμε ότι θ ςφνδεςθ ι όχι του Β2 δεν επθρεάηει ςχεδόν κακόλου το βραχυκφκλωμα ςτον Β5, λόγω

τθσ παρεμβολισ του Μ/ Dy5 όπωσ ςθμειϊκθκε και ςε προθγοφμενο ερϊτθμα.

-το 3Φ όπου υπάρχει ςυμμετρία φάςεων θ παρεμβολι του Μ/ Dy5 δεν μειϊνει εντονα τθ ςυμβολι του Β2

όταν είναι εντόσ και ζτςι ζχουν υπολογίςιμθ διαφορά τα ρεφματα βραχυκφκλωςθσ.

ΠΑΡΟΤΙΑΗ ΤΠΟΛΟΓΙΜΩΝ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΚΛΩΗ (IEC 60909)ΜΕ ΠΡΟΟΜΟΙΩΗ ΣΟ ΛΟΓΙΜΙΚΟ NEPLAN(P02Q8)

GROUP 16Δθμιτριοσ Σηικασ (4545)Ανδρζασ Σενεκετηόγλου (5250)Κωνςταντίνοσ Κατςαβοφνθσ (5657)

Με τον όρο βραχυκφκλωμα (short circuit) χαρακτθρίηεται μια μθ ομαλι κατάςταςθ ςε ζνα ςφςτθμαθλεκτρικισ ενζργειασ, που ςυχνά οφείλεται ςε απώλεια τθσ κανονικισ μόνωςθσ ανάμεςα ςε ενεργζσ φάςεισ ικαι ςτθ γθ. Μόνωςθ ςτισ εναζριεσ γραμμζσ είναι ο αζρασ, ενώ ςε καλώδια το ςυνκετικό μονωτικό υλικό τουσ.

Ειδικά ςφμφωνα με το IEC 60909, βραχυκφκλωμα είναι θ τυχαία ι ςκόπιμθ αγώγιμθ ςφνδεςθ μζςω χαμθλισ αντίςταςθσανάμεςα ςε 2 ι περιςςότερα ςθμεία ενόσ θλεκτρικοφ κυκλώματοσ, τα οποία ζχουν κανονικά διαφορετικό δυναμικό.

•1. Διάπκεια: Αςηοζβενύμενα, Παποδικά, Μόνιμα

•2 . Πποέλεςζη:Μησανική, Εζωηεπική – Εξωηεπική Υπέπηαζη, Εκθςλιζμόρ μόνωζηρ

•3. Θέζη : Εζωηεπικό, Εξωηεπικό

-Χαρακτηριστικά

-Είδη

1-θαζικό2 θάζεων3- θάζικο

Βραχυκφκλωμα

Ειςαγωγι

Σα ρεφματα βραχυκφκλωςθσ που υπολογίηουμε γι’αυτό το ςκοπό είναι:

1)Ικmax: rms τιμή του αρχικοφ ςυμμετρικοφ ρεφματοσ ςφάλματοσ (=προςδιοριςμόσ κερμικισ καταπόνθςθσ)

2)Ικ: rms τιμή του ελάχιςτου ςυμμετρικοφ ρεφματοσ ςφάλματοσ (=ςυντονιςμόσ μζςων προςταςίασ)

3)Ip: μζγιςτο ρεφμα βραχυκφκλωςησ

(=προςδιοριςμόσ μθχανικισ καταπόνθςθσ)

Ο υπολογιςμόσ ρευμάτων βραχυκφκλωςησ είναι αναγκαίοσ για την ςωςτή ςχεδίαςη ενόσ ςυςτήματοσ ηλεκτρικήσ ενζργειασ.

Η μθ γραμμικότθτα που παρουςιάηουν ΗΜ φαινόμενα, που είναι ακόμθ πιο ζντονθ ςτθ μελζτθ μεταβατικών φαινομζνων κακιςτάκεωρθτικζσ(=εξιδανικευμζνεσ) προςεγγίςεισ αναξιόπιςτεσ και τθν χριςθ λογιςμικών προςομοίωςθσ με δυνατότθτα πολφπλοκων υπολογιςμώναναγκαία για τθν μελζτθ τουσ ςε εφλογο χρόνο. Χρθςιμοποιικθκε το λογιςμικό Neplan για υπολογιςμοφσ ρευμάτων ςφάλματοσ βάςθ προτφπουIEC 60909 2001. Η κατανόθςθ τοων ςεναρίων που εξετάηονται κακώσ και θ τεκμθρίωςθ τουσ ςτθρίχκθκε ςε πειραμα-παρατιρθςθ προςομοίωςεωνςτο Neplan

Μεκοδολογία

Ik’’: Αρχικό ςυμμετρικό ρεφμα βραχυκφκλωςθσ

Ik: Ρεφμα βραχυκφκλωςθσ ςτάςιμθσ κατάςταςθσ

Ip: Μζγιςτο ρεφμα βραχυκφκλωςθσ

Μονογραμμικό ςχζδιο, ροι φορτίου & ςιμανςθ τμιματοσ ΗΕ που μελετάται

Παρουςίαςθ εναρίων

Εξετάηουμε τον ηυγό ΧΣ(400V), Β5 που:-Σροφοδοτεί ζνα φορτίο και 3 κινθτιρεσ. -Σροφοδοτείται από μια μικροτουρμπίνα άμεςα και

από το δίκτυο MT (μζςω Μ/ διανομισ Dy5) με γειτονικό ηυγό ΜΣ(20kV) τον Β2

Τπολογιςμόσ ρευμάτων ςφάλματοσ για 3Φ & 1Φ βραχυκφκλωςθ ηυγοφ Β5 & εξζταςθ ςυμβολισ γειτονικοφ ηυγοφ Β2 και μικροτουρμπίνασ ΜΣ1

Τπολογιςμόσ ρευμάτων ςφάλματοσ για 3Φ & 1Φ βραχυκφκλωςθ ηυγοφ Β5 με και χωρίσ ςφνδεςθ ςτον Β2. Επιλογι των κατάλλθλων ρευμάτων για τθ ςχεδίαςθ του ςυγκεκριμζνου τμιματοσ ΗΕ

Case 2(C2):

Case 1(C1):

LOADFLOW

Bus Element P(MW) Q(MVar) Ploss(MW) Qloss(MVar) Ptot(MW) Qtot(MVar) In(kA)

B2

(2

0.2

5kV

) MT1 -45.000 -21.794

-67.499 -32.672

-1.425

HYDRO1 -22.500 -10.897 -0.713

TF9 0.001 0.019 -0.011

B5

(0

.39

kV)

MT2 -0.090 -0.044

+0.292 +0.214

-0.147

+0.531MOTOR4 0.100 0.067 +0.177

MOTOR5 0.100 0.067 +0.177

MOTOR6 0.100 0.067 +0.177

LOAD2 0.082 0.057 +0.147

τον πίνακα φαίνεται θ ροι φορτίου των ηυγών Β2 και Β5 όπωσ υπολογίςτθκε ςτονNeplan(ςυμβαςθ καταναλωτι). Οι τιμζσ για τον Β2 είναι ςυνολικζσ για όλο το ΗΕ πουεξεταςτθκε ςτθν 2θ εργαςία. Παρατθροφμε ότι ο ηυγόσ Β5 ηθτάει επιπλζον 0.292MW,0.531kA που του δίνονται από τον TF9 που προςεγγιςτικά κα λζγαμε ότι τον βλζπει ςαν«τοπικι γεννιτρια» άμεςα ςυνδεδεμζνθ πάνω του

Ονομαςτικι λειτουργία ςυςτθματοσ

Τπολογιςμόσ ρευμάτων ςφάλματοσ ςτο Neplan

Ροή

το παρακάτω βίντεο φαίνεται ο τρόποσ υπολογιςμοφ ηθτοφμενων ρευμάτων ςφάλματοσ για τα δφο ςεναρια που εξετάηονται

Παρουςίαςθ αποτελεςμάτων (C1)

-3ph/1ph fault: Σο 3ph ςφάλμα προκαλεί μεγαλφτερα ρεφματα ςφάλματοσ με εξαίρεςθ τθν ΧΣ του Μ/ που εκεί ζχουμε ίδιαστάξθσ και ςτο 1Φ. Η ςθμαντικότερθ αιτία γι αυτό είναι θ άμεςθ γείωςθ του Μ/ που «κλείνει το κφκλωμα ςφάλματοσ L1-to-GND»που χωρίσ αυτι (για isolated TF9 - LV side ) κα είχαμε μθδενικό ρεφμα ςφάλματοσ ςτον Β5. Σο ςυνολικό 3Φ ςφάλμα είναι μεγαλφτερογιατί τότε ζχουμε μεγαλφτερθ ςυμβολι τθσ γεννιτριασ και των επαγωγικών ςτοιχείων που ςυνδζονται άμεςα ςτον Β5.

- TF9 - MV side: Η άμεςθ ςυμβολι του Β2 όπωσ φαίνεται ςτθν ΜΣ είναι πολφ μικρι λόγω παρεμβολισ του Μ/. το 1Φ to (D)μειώνει τθν καταπόνθςθ τθσ L1

-TF9 - LV side: Η πιο ςθμαντικι ςυμβολι ςτο ρεφμα ςφάλματοσ. Ο ηυγόσ Β5 βλζπει τον TF9 ςαν «γεννιτρια» αφοφ είναι ο κφριοστροφοδότθσ του (από ροι φορτίου ηθτάει επιπλζον 0,292ΜW, 0.531kA που του δίνεται από ΧΣ του Μ/). Ζτςι ζμμεςα (μζςω τουTF9) θ ςυμβολι του Β2 είναι πολφ ςθμαντικι

-MT1 - MV side: Η ςυμβολι είναι πολφ μικρι λόγω παρεμβολισ Μ/.

Type of fault

3ph L1-to-GND 3ph L1-to-GND 3ph L1-to-GND 3ph L1-to-GND

Ikmax(kA) 17.258 14.849 11.738 11.754 0.235 0.118 0.051 0.022

Ip(kA) 41.404 35.626 28.161 28.2 0.563 0.283 0.121 0.052

Ikmin(kA) 11.555 10.945 10.136 10.148 0.203 0.112 0.046 0.022

B5 - faulted bus TF9 - LV side TF9- MV side MT1- MV side

In(kA) 0.531 0.11 1.425

τον πίνακα παρατίκενται τα αποτελζςμαυπολογιςμών ρευμάτων βραχυκφκλωςθσ.Η εξζταςθ τθσ ςυμβολισ Β2,ΜΣ1 ςτοςφάλμα ςτον Β5 δεν είναι απλι λόγω τθσπαρεμβολισ του TF9.

Σχόλια

Η άμεςθ ςυμβολι του Β2,ΜΣ1 ςε ςφάλμα ςτον Β5 είναι αμελθτζα λόγω παρεμβολισ του TF9

L1-to-GND 3ph

B2

IN

Ikmax(kA) 14.849 17.258

Ip(kA) 35.626 41.404

Ikmin(kA) 10.945 11.555

B2

OU

T Ikmax(kA) 6.66 5.648

Ip(kA) 13.264 11.248

Ikmin(kA) 1.732 1.423

Παρουςίαςθ αποτελεςμάτων (C2)

Τα ρεφματα ςφάλματοσ που θα ζχουμε ςαν αναφορά για ςχεδιαςμό του τμήματοσ ΣΗΕ είναι:

Θερμικι καταπόνθςθ: MAX (Ikmax)=17.258kA με B2 INΜθχανικι καταπόνθςθ: MAX (Ip)=41.404kA με B2 INυντονιςμόσ μεςων Προςταςίασ: MIN (Ikmin)=1.423kA με B2 OUT

Σχόλια-Όταν ο Β2 είναι δεν ςυνδζεται βλζπουμε ότι ζχουμε πολφ μικρά ρεφματα ςφάλματοσ. Αυτό ςυμβαίνει γιατί με τον Β2OUT, ςθμαίνει ότι ο Β5 δεν ςυνδζεται ςτο δίκτυο και εμφανίηει ρεφματα ςφάλματοσ που οφείλονται μόνο ςτα άμεςαςυνδεδεμζνα ςτοιχεία πάνω του ΜΣ2,Load2,M1,2,3, που ςυνολικά είναι πολφ πιο μικρά από αυτό που κα τραβοφςε απότο δίκτυο μζςω του Μ/ TF9 που είναι ο κφριοσ τροφοδότθσ του για ονομαςτικι λειτουργία. Ο ςυντονιςμόσ μζςωνπρςοταςίασ και πιο ςυγκεκριμζνα θ «ευαιςκθςία» μζςων προςταςίασ ςτον ηυγό Β5 πρζπει να είναι το πολφ 1,423kA όπωσυπολογίςτθκε.-Διαςταςιολόγθςθ καλωδίων ςτον ηυγό Β5 πρζπει να γίνεται με αντοχι τουλάχιςτον ςε 17,258kA κερμικό ρεφμα-Διαςταςιολόγθςθ ςτοιχείων του ηυγοφ Β5 πρζπει να γίνεται με αντοχι τουλάχιςτον ςε 41.404kA ρεφμα μθχανικισκαταπόνθςθσ-Για τθν απομόνωςθ του ηυγοφ Β5 από το δίκτυο(Β2 OUT) ανοίγαμε το διακόπτθ από πλευρά δικτφου ΜΣ (1ον Μ/) γιατίιδίωσ ςτο 1Φ αν ανοίξουμε και CB από πλευρά Β5 δεν κα μποροφςαμε να μετριςουμε ρεφματα ςφάλματοσ αφοφ όπωσαναφζρκθκε και ςε παραπάνω διαφάνεια χρειαηόμαςτε τθν άμεςθ γείωςθ του 2ον του Μ/ για να «κλεινει το κφκλωμα»βραχυκφκλωςθσ L1-to-GND

Ευχαριςτοφμε για τθν προςοχι ςασ!!!

fault current analysis on an electrical system (neplan)

Documents