1. Cel przeprowadzania obliczeń zwarciowych.

-Dobrać przyrządy (urządzenia) elektroenergetyczne ze względu na ich wytrzymałość zwarciową - mechaniczną i cieplną; - Zaprojektować odpowiednie układy połączeń elektrycznych (topologię) sieci z uwagi na spodziewane prądy zwarciowe; - Zaprojektować szyny zbiorcze w rozdzielniach; - Dobrać przekroje przewodów i żył kabli;

- Wybrać metody i specjalne środki ograniczające prądy zwarciowe; - Dobrać nastawienia i przeanalizować warunki pracy elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej; - Zaprojektować i przeanalizować skuteczność systemu ochrony przeciwporażeniowej; - Określić oddziaływanie prądów zwarciowych na pracę urządzeń elektrycznych i elektronicznych

2. Sposób przeprowadzania obliczeń zwarciowych w układach WN.

I_k''- prąd zwarciowy początkowy:

ip- prąd zwarciowy udarowy

gdzie * - zwarciowy współczynnik udaru, funkcja R/x

Ib- prąd zwarciowy wyłączeniowy symetryczny: I_b=μI_k''

μ - współczynnik będący funkcją czasu własnego minimalnego tmin i stosunku I_k''/I_rG

Ith- prąd zwarciowy cieplny

Wartość skuteczna prądu, która daje taki sam efekt cieplny jak prąd rzeczywiście płynący w czasie zwarcia T_k

S”_kQ-moc zwarciowa systemu elektroenergetycznego

Ik- prąd zwarciowy ustalony: I_k=I_b=I_k''

Wzory do obliczania prądu początkowego Ik'' przy różnych rodzajach zwarć:

-

Zwarcie trójfazowe bez udziału ziemi lub z udziałem ziemi:

-

Zwarcie dwufazowe

-

Zwarcie dwufazowe doziemne

-

Zwarcie jednofazowe doziemne lub do przewodu ochronnego (PE, PEN) w sieciach niskiego napięcia

z₁, z₂, z₀- impedancje zwarciowe: zgodna (z₁), przeciwna (z₂) i zerowa (z₀)

3. Zasady wyznaczania prądów zwarciowych w układach nn.

Zwarcia trójfazowe: Wykonujemy w celu doboru aparatur. Obliczenia przeprowadzamy analogicznie jak w sieciach WN z tym, że należy uwzględniać rezystancje elementów. Zakładamy, że Ik'' = Ik = Ib = Ith

Zwarcia jednofazowe:

Prąd początkowy zwarcia wyznaczamy z zależności

gdzie: Unf - napięcie znamionowe fazowe, zkz1 - impedancja pętli zwarcia, równa sumie impedancji układu zasilania z_Q, transformatora z_T oraz przewodów sieci z_{L, PE} = z_L + z_PE (przy czym z_L - impedancja przewodu fazowego a z_PE - impedancja przewodu ochronnego). Rezystancje tych przewodów powinny być wyznaczone w temperaturze *_k (temperatura podczas zwarcia). Standardowo *_k = 80oC i rezystancje należy pomnożyć przez współczynnik 1,24.

4. Zwarcia doziemne w sieciach z izolowanym punktem zerowym.

Pojemnościowy prąd zwarciowy:

Gdzie:

Zo - impedancja dla składowej symetrycznej zerowej

Co - pojemność jednej fazy linii dla składowej symetrycznej zerowej; Zz - impedancja przez którą zwarta faza linii łączy się z ziemią

W obliczeniach praktycznych zz = 0, więc:

Wady: 1.Wzrost napięcia w „zdrowych „ fazach do wartości o razy większych

2.W przypadku zwarcia łukowego przy braku kompensacji występowanie przepięć o wartościach rzędu 4*5 UN, co jest wyjątkowo niebezpieczne dla izolacji linii i pracujących w układzie urządzeń

Zalety: 1.Małe wartości prądów zwarciowych, szczególnie w przypadku zastosowania kompensacji, co pozwala na pracę uszkodzonej linii (do 1 h)

2.Zmniejszenie niebezpieczeństwa porażenia ludzi, poprzez znaczne ograniczenie wartości napięć dotykowych i krokowych w miejscu zwarcia

5. Wpływ silników indukcyjnych na wartość prądów zwarciowych

- z_M- impedancja silnika indukcyjnego

- Prąd początkowy zwarcia

- Prąd udarowy

κ_M = 1,75 dla silników wysokiego napięcia o mocy

odniesionej do jednej pary biegunów ≥ 1 MW

κ_M = 1,65 dla silników wysokiego napięcia o mocy

odniesionej do jednej pary biegunów < 1 MW

κ_M = 1,30 dla silników niskiego napięcia zasilanych

liniami kablowymi

- Prąd wyłączeniowy symetryczny

gdzie μ, q - współczynniki uwzględniające zmniejszanie się składowej okresowej prądu wraz z czasem trwania zwarcia

- wpływ silników zasilających zwarcie za pośrednictwem transformatorów możemy pominąć jeżeli jest spełniona nierówność: I_NM≤0,01 I ”_kQ ; gdzie: I ”_kQ- prąd początkowy w miejscu zwarcia obliczony bez udziału silnika M

6. Sposoby ograniczania prądów zwarciowych i zasady doboru dławików zwarciowych Podstawową zasadą ograniczania prądów zwarciowych jest zwiększenie impedancji obwodów zwarciowych lub przerywanie prądów przed uzyskaniem przez nie wartości maksymalnych. Powiększenie impedancji można osiągnąć przez zmianę konfiguracji układu elektroenergetycznego lub przez włączenie do obwodów dodatkowych impedancji (dławików zwarciowych).

1. miejsce zainstalowania i typ dławika; 2. znamionowe napięcie dławika U_Nd≥U_N; 3. Prąd znamionowy I_N≥I_oblicz; 4. Reaktancja względna:

5. zwarciowa wytrzymałość cieplna

6.wytrzymałośc zwarciowa dynamiczna i_Nsz≥i_p

7.Zasada działania komory samoprężnej w wyłącznikach SF₆.

Komora znajduje się w zbiorniku o ciśnieniu gazu 0,35-0,55MPa. Sprężanie i przepływ gazu odbywa się jedynie w chwili otwierania zestyku i są wywołane ruchem styku lub ruchomego cylindra względem nieruchomego tłoka. Sprężony w komorze gaszeniowej gaz (do ciśnienia 0,8-1,8MPa) jest wydmuchiwany przez dyszę izolacyjną na łuk palący się między rozchodzącymi się stykami.

8. Zasada działania komory termoekspansyjnej w wyłączniku SF₆

W komorach termoekspansyjnych wykorzystuje się zjawisko wzrostu temperatury i ciśnienia w części komory w której pali się łuk i wywołany tym przepływ gazu. Podczas wyłączania po utracie styczności styków głównych prąd przepływa przez cewkę elektromagnesu, a nastepnie zapala się łuk między elektrodą pomocniczą a stykiem ruchomym. Łuk pali się w polu elektromagnetycznym wytworzonym przepływem prądu przez cewkę. Łuk zaczyna szybko wirować nagrzewając gaz i powodując wzrost ciśnienia w częsci komory A. Wytwarza się różnica ciśnień miedzy A i B. Łuk pali się w atmosferze SF₆ co powoduje intensywne jego chłodzenie i zagaszenie przy pierwszym przejściu prądu przez 0.

9. Budowa różnych typów odłączników WN

-sieczne (nożowe)

-poziomoobrotowe jedno- i dwuprzewodowe

-pionowe (pantograficzne, chwytakowe, nożycowe)

Odłącznik dwukolumnowy ABB typu SGF

Odłączniki obrotowe dwukolumnowe zaprojektowane zostały do pracy w konfiguracji jedno, dwu- lub trójbiegunowej. Możliwa jest ich instalacja zarówno w układzie szeregowym jak i równoległym. Każdy biegun składa się z ramy podstawy, dwóch obrotowych izolatorów wsporczych i toru prądowego. Odłączniki o napięciu znamionowym 170 kV i wyższym wyposażono w urządzenia ryglujące złożone z haka zaczepowego i sworznia ryglującego.

Odłącznik ABB jednokolumnowy pantografowy typu TFB

Elementem nośnym konstrukcji jest stabilna rama. Rama podtrzymuje izolator wraz z górnym elementem pośrednim, skrzynką przekładniową i pantografem. Konstrukcja zapewnia możliwie najwyższą wytrzymałość mechaniczną oraz niezawodne przesyłanie prądu, zwłaszcza w przypadku ładunku powstałego przy zwarciu.

Odłącznik ABB sieczny typu ONS 8

Konstrukcję wsporczą odłącznika stanowią dwa stalowe słupy spięte poprzeczką, służące do zamocowania izolatorów wsporczych oraz izolatora napędowego odłącznika, napędu silnikowego jak również jednego lub dwóch uziemników wraz z ich napędami. Tor prądowy odłącznika tworzą głowice stykowe z płaskimi wypustami przyłączowymi oraz ruchomy nóż z rury aluminiowej. Odłączniki wykonywane są tylko w wersji jednobiegunowej
z indywidualnym napędem silnikowym.

Odłącznik ABB dwuprzerwowy typu SDB

Odłącznik zbudowany jest ze stalowej konstrukcji wsporczej do której mocowane są trzy izolatory. Do środkowego, obrotowego izolatora mocowany jest tor prądowy wykonany ze stopów aluminium. Wszystkie elementy konstrukcyjne są zabezpieczone przed wpływami atmosferycznymi, stalowe części są cynkowane ogniowo.

10. Podział, parametry i przeznaczenie bezpieczników WN Wkładki topikowe wysokiego napięcia znajdują zastosowanie jako zabezpieczenia urządzeń elektrycznych w rozdzielniach średniego napięcia. Największą zaletą takich wkładek, jest szybkie zadziałanie w przypadku zwarcia, zapewniają w ten sposób całkowitą ochronę rozdzielni wraz z wyposażeniem od zwarć. Stosujemy je do ochrony m.in.: -transformatorów rozdzielczych,

-kabli zasilających, -przekładników napięciowych,

-kondensatorów,-silników,

i możemy je zainstalować w takich miejscach, jak:

-rozdzielnice napowietrzne,

-rozdzielnice wnętrzowe z izolacją powietrzną i gazową,

-miejsca charakteryzujące się ciężkimi warunkami pracy,

-rozdzielnice z izolacją olejową,

-wewnątrz transformatorów rozdzielczych w oleju.

Bezpieczniki niepełno-zakresowe są w stanie przerwać wszystkie prądy: od minimalnego prądu wyłączeniowego do znamionowego, zwarciowego prądu wyłączalnego. Prądy zakłóceniowe, pomiędzy minimalnym prądem wyłączeniowym a prądem znamionowym nie mogą być bezpiecznie wyłączane. Bezpieczniki pełno-zakresowe dzięki zastosowaniu specjalnej konstrukcji, są w stanie przerwać wszystkie prądy: od prądu powodującego przetopienie elementu topikowego w czasie krótszym niż 1 godzina, do znamionowego prądu wyłączalnego.

Prąd znamionowy to prąd, który może płynąć przez wkładkę topikową w sposób ciągły nie powodując zmiany przebiegu charakterystyki czasowo-prądowej.

Napięcie pracy jest napięciem występującym w obwodzie elektrycznym, w którym zainstalowane są bezpieczniki.

Charakterystyki czasowo-prądowe określają stosunek zastępczego czasu topienia do prądu zwarciowego i wyrażone są w wartościach średnich.

Wkładki topikowe zawierają elementy z czystego srebra połączone równolegle. Elementy topikowe nawinięte są na gwiaździsty, ceramiczny wspornik i przymocowane do posrebrzanych okuć za pomocą zgrzewania. Okucia te umieszczane są wewnątrz miedzianych kołpaków stykowych o posrebrzanej powierzchni, zamykających wkładkę poprzez zgrzewanie punktowe. Te miedziane kołpaki wtłaczane są na miedziany korpus, który jest pokryty brązowym szkliwem. Dodatkowo są mechanicznie przytwierdzane do korpusu ceramicznego oraz chronione przed wnikaniem wilgoci, za pomocą specjalnego środka uszczelniającego.

Wybijak jest połączony ze stykami wkładki za pomocą równoległego topika o dużej rezystancji. Gdy dochodzi do stopienia głównych elementów topikowych, topi się drut wybijaka a sprężyna uwalnia wybijak. Może on, w zależności od zastosowanego rozwiązania konstrukcyjnego, uruchamiać rozłącznik lub miniaturowy łącznik zdalnej sygnalizacji. Wybijak występuje w dwóch wersjach: 80 N i 120 N, które różnią się siłą wybicia (wyrażoną w Newtonach). Wszystkie wkładki topikowe z wybijakiem 80 N, posiadają wbudowany ogranicznik temperatury. Umożliwia on ochronę podstawy zespolonej w rozdzielnicy z izolacją, przed niedopuszczalnym wzrostem temperatury.