Shrnutí na Výpočty zkratových proudů a zemních poruch

## Úvod Zemní spoje (zemní zkraty) jsou poruchy, při kterých dochází ke spojení části rozvodné soustavy se zemí. Tento materiál popisuje základní pojmy, postupy výpočtu a metody kompenzace zemních spojů v sítích s izolovaným nebo kompenzovaným uzlem. Cílem je poskytnout přehledný návod pro samostatné studium a praktické aplikace. > **Definice:** Zemní spojení je spojení kterékoli části izolované nebo kompenzované rozvodné soustavy se zemí, které způsobí nesouměrnost napětí větší než 33% fázového napětí. ## 1. Druhy výpočtu zkratového proudu ### Stručný a podrobný výpočet - **Stručný výpočet:** uvažuje se pouze reaktance (nebo jen činný odpor v sítích nn). Používá se rychle pro dimenzování zařízení. - **Podrobný výpočet:** používá se, když stručný výpočet nedává jednoznačné výsledky. > **Poznámka:** Pro dimenzování zařízení se předpokládá dokonalý kovový zkrat; pro nastavení ochran lze uvažovat obloukový zkrat. ### Postup stručného výpočtu (po krocích) 1. Nakreslíme schéma zkratového obvodu mezi zdrojem a místem zkratu. 2. K prvkům obvodu vypíšeme potřebné hodnoty: - procentní reaktance alternátorů $X_{\%}$ (z dokumentace nebo ČSN), - rozptylová reaktance transformátoru $X_T = U_k$ (napětí na krátko), - reaktance vedení z tabulek $X_k\;[\Omega/\mathrm{km}]$. 3. Hodnoty odporů a reaktancí sjednotíme buď na skutečné hodnoty, nebo poměrové/procentní. 4. Přepočet reaktancí na zvolené vztažné napětí $U_V$, aby bylo možné sčítat podle Ohmova zákona. > **Praktické pravidlo:** reaktance části obvodu s napětím $U$ se přepočítá na reaktanci $X_1$ při zvoleném vztažném napětí $U_V$. 5. Nakreslíme náhradní schéma s přepočtenými hodnotami. 6. Schéma zjednodušíme až na výslednou reaktanci $X_v$ (a odpor, pokud není zanedbán). 7. Z Ohmova zákona vypočteme souměrný zkratový proud $I_k$. > **Ukázka výpočtu (schematicky):** > $$I_k = \frac{U_{n}}{\sqrt{3}\,X_v}$$ ## 2. Zemní spojení v trojfázové soustavě ### Typy zemních spojení podle uzlu - V soustavě s účinně uzemněným uzlem nastává **jednofázový zkrat**. - V soustavě s izolovaným uzlem nastává **zemní spojení** (týká se sítí IT nn i vn). ### Rozdělení podle doby trvání - Mžiková: do $0{,}5\ \mathrm{s}$ - Krátkodobá: do $5\ \mathrm{min}$ - Přerušovaná: opakující se mžiková nebo krátkodobá - Trvalá: trvá do zásahu obsluhy (hodiny) > **Definice:** Zemní spojení se projevuje zvýšenou nesouměrností napětí a vznikem proudů protékajících do země. ### Proudové a napěťové poměry při zemním spojení - Při normálním provozu má každá fáze proti zemi kapacitní proud $I_C = \omega C U$ (pokud $C_1=C_2=C_3=C$). - Při jednofázovém zemním spojení postižená fáze má potenciál země ($U_{f2}\to 0$), zatímco napětí zdravých fází proti zemi vzroste na sdružené napětí $U_s$. > **Pozor:** Zdravé fáze nyní dávají zvýšené kapacitní proudy $I'_C = \omega C U_s = I_C\sqrt{3}$ a výsledný kapacitní proud v místě spojení může být výrazně vyšší a obtížně vypínatelný. ### Reziduální (zbytkový) proud při kompenzaci - Pokud do obvodu zasahuje tlumivka s indukčností $L$, prochází jí indukční proud $$I_L = \frac{U_f}{\omega L}$$ - Zbytkový proud v místě zemního spojení je $$I_{zb} = I_L - I_C$$ (případně $I_L = I_C$ při ideální kompenzaci). > **Důsledek:** Při vhodné kompenzaci může být $I_{zb}$ velmi malý, což umožní uhasnutí oblouku a provoz sítě do odhalení poruchy. ## 3. Kompenzace zemního spojení (Petersonova tlumivka) ### Princip kompenzace - Uzlu transformátoru se přes zhášecí tlumivku připojí zem. Tlumivka má indukčnost takovou, aby indukční proud $I_L$ kompenzoval kapacitní proud $I_C$. - Cílem je snížit zbytkový zemní proud $I_{zb}$ na hodnotu, při které dojde k uhašení oblouku. > **Definice:** Petersonova tlumivka je tlumivka připojená mezi uzel sítě a zem, jejíž indukčnost je nastavena pro kompenzaci kapacitního proudu soustavy. ### Praktické parametry a umístění - Jmenovitý výkon tlumivky $S_L$ a jmenovité napětí $U_L$ určují jmenovitý proud dle vztahu $$I_L = \frac{S_L}{U_L}$$ - Typi