Prenos elektrickej energie

Transcript Prenos elektrickej energie

Poruchové stavy v elektrizačných sústavách

Prenos elektrickej energie

Rozdelenie prechodových javov : - vlnové (atmosferické prepätia) - elektromagnetické (skraty) - elektromechanické (elektromagnetický stav sústavy )

Prenos elektrickej energie

Skraty v elektrizačnej sústave

Skrat je vodivé spojenie fáz, alebo jednej fázy zo zemou.

Každý z týchto stavov je porucha, pri ktorej sa musí zariadenie odpojiť od zdroja.

Prenos elektrickej energie

Priebeh skratového prúdu Prenos elektrickej energie

Priebeh skratového prúdu

L R U 2 *

* sin( 

  ) 

L dI dt



R i k

 2 *

I p

sin  

   

  sin    





T a t

Prenos elektrickej energie

  





i k

 pre ( k =,1,2,3,....) 2

I p

sin  Aperodická zložka sa rovná nule, napätie v okamihu skratu je maximálne to znamená, že z hľadiska prúdového zaťaženia najvýhodnejšie riešenie.

Prenos elektrickej energie

  

 2 pre ( k = 1,3,5,...)

i k

 2

I p

(cos 



t T a

) Aperiodická zložka je maximálna, napätie v okamihu skratu prechádza nulou. Z hľadiska prúdového zaťaženia je to najnepriaznivejšie riešenie.

Prenos elektrickej energie

Druhy a príčiny vzniku skratov

Podľa počtu skratovaných fáz : - súmerne skraty - trojfázový skrat - nesúmerne skraty - dvojfázový zemný skrat - dvojfázový skrat - jednofázový skrat - zemné spojenie

Prenos elektrickej energie

Podľa impedancie skratového spojenia : - dokonalé (impedancia v mieste skratu zanedbateľná) nedokonalé ( impedancia má v mieste skratu určitú hodnotu ktorá ovplyvní veľkosť skratového prúdu ) Zemné spojenie môže nastať iba v sústave s izolovaným uzlom

Prenos elektrickej energie

Hlavné príčiny vzniku skratov :

- nedokonalosť izolácie (starnutím, preťažovaním vodičov a pod.) Chyby elektrických zariadení (popraskané izolátory, znečistenie a opálenie kontaktov a pod.) - nedostatočné dimenzovanie (tepelné a mechanické namáhanie) - prepätie - cudzie zásahy - chybná manipulácia

Prenos elektrickej energie

Teória zložkových sústav – FORTESCUEVOVA metóda

Pri výpočtoch skratov dochádza k nesymetrii V takomto prípade musíme sústavu symetrizovať - sústava netočivá - sústava súsledná - sústava spätná

Prenos elektrickej energie

     

U U U C A B

    

U F

  

 

U U

0 1 2         

U U U C A B

           1 1 1 1

a a

2      .

    

U U U

1 0 2     

Prenos elektrickej energie

   1   1 1 1

a a

2         

I I I C A B

           1 1 1 1

a a

2      .

    

I I I

2 0 1     

Prenos elektrickej energie

   

U U U

1 0 2      1 3   1   1 1 1

a a

2 1

    .

   

U U U C A B

       

I I I

1 0 2      1 3   1   1 1 1

a a

2 1

    .

   

I I I C A B

   

Prenos elektrickej energie

     

F F

  1 *    1  1 3   1   1 1 1

a a

2 1

   

Prenos elektrickej energie

Praktický výpočet skratov

Výpočet skratových prúdov v trojfázových sústavách v praxi sa vykonáva podľa normy STN EN 60909. Norma STN EN 60909 platí na výpočet skratových prúdov: 􀂃 v trojfázových striedavých sústavách nn, 􀂃 v trojfázových striedavých sústavách vysokého, veľmi vysokého a zvlášť vysokého napätia pri menovitej frekvencii 50 Hz alebo 60 Hz.

Sústavy s najvyššími napätiami 550 kV a vyššími, s dlhými prenosovými vedeniami vyžadujú zvláštne postupy riešenia.

KVES Elektrotechnická fakulta ŽU

􀂃 Najčastejšími poruchami spôsobujúcimi v ES poruchové prevádzkové stavy sú nesymetrické skraty. K nesymetrickým poruchám môžeme zaradiť aj pôsobenie oblúka pri skrate alebo inej poruche a tiež prerušenie niektorej z fáz. Na odvodenie ľubovolnej priečnej alebo pozdĺžnej nesymetrie využijeme vzťahy vyplývajúce z odvodenia pozdĺžneho a priečneho článku.

􀂃 Z porovnania výpočtu skratových prúdov a prúdov pri prerušení fáz vyplýva, že celkové impedancie zložkových sústav

1 ,

2 ,

0 príslušnej zložkovej sústavy, ale pri prerušení fázy, impedancie pri výpočte skratových prúdov sú impedanciami medzi miestom skratu a nulou

1 ,

2 ,

0 odpovedajú impedanciám, ktoré sú určenémedzi bodmi po oboch stranách prerušenej príslušnej zložkovej sústavy.

KVES Elektrotechnická fakulta ŽU

Skrat –

náhodné alebo úmyselné vodivé spojenie dvoch alebo viac bodov obvodu, ktoré vedú k tomu, že rozdiel elektrických potenciálov medzi týmito vodivými časťami je rovný nule alebo má hodnotu blízku nule.

Medzifázový skrat –

náhodné alebo úmyselné vodivé spojenie dvoch alebo viac bodov obvodu so spojením so zemou alebo spojených len navzájom.

Skrat medzi fázou a zemou -

vodičoma zemou v sústave s uzemneným uzlom transformátora.

Skratový prúd –

napájania.

náhodné alebo úmyselné vodivé spojenie medzi nadprúd, ktorý vznikne pri skrate v elektrickej sieti.

Predpokladaný skratový prúd -

prúd, ktorý by pretekal obvodom, ak by bol skrat nahradený ideálnym spojením so zanedbateľnou impedanciou bez zmeny Začiatočný rázový skratový prúd I

k ´´

efektívna hodnota striedavej súmernej zložky predpokladaného skratového prúdu v okamihu vzniku skratu, pri konštantnej impedancii.

KVES Elektrotechnická fakulta ŽU

Začiatočný rázový skratový výkon S

´´ - fiktívna hodnota definovaná ako súčin začiatočného rázového súmerného skratového prúdu

I k ´´

, menovitého združeného napätia siete

U n

. Potom

S k

′′ = √3

U n I k

′′ .

Jednosmerná (aperiodická) zložka skratového prúdu i začiatočnej hodnoty k nule.

. - stredná hodnota hornej a dolnej obalovej krivky priebehu skratového prúdu klesajúca zo svojej Nárazový skratový prúd i predpokladaného skratového prúdu. Veľkosť nárazového skratového prúdu závisí na okamihu, v ktorom došlo ku skratu. Výpočet nárazového skratového prúdu sa aplikuje na fázový vodič a okamih, v ktorom vznikne najväčší možný skratový prúd.

maximálna možná okamžitá hodnota Súmerný vypínací prúd I vypínača.

efektívna hodnota celej periódy súmernej zložky predpokladaného skratového prúdu v okamihu oddelenia kontaktov prvého pólu

KVES Elektrotechnická fakulta ŽU

Ustálený skratový prúd I

efektívna hodnota skratového prúdu, ktorý zostáva po doznení prechodného javu.

Záberový prúd I

najväčší súmerný efektívny prúd asynchrónneho motora so zabrzdeným rotorom, ktorý je napájaný menovitým napätím

U rM

pri menovitej frekvencii.

Ekvivalentný elektrický obvod -

pomocou sústavy vytvorenej ideálnymi prvkami.

Menovité napätie siete U Napätie ekvivalentného zdroja c.U predstavuje jediné aktívne napätie sústavy.

Súčiniteľ napätia c -

a menovitým napätím siete rázovou reaktanciou

X d ´ n

U n

Elektricky vzdialený skrat - s

model použitý na popis elektrického obvodu združené napätie vyšetrovanej siete.

n / √

3 ´v okamihu skratu.

napätie ideálneho zdroja priložené v mieste skratu v súslednej zložkovej sústave na výpočet skratového prúdu. Zdroj pomer medzi napätím ekvivalentného napäťového zdroja Rázové napätie synchrónneho stroja E´´ - efektívna hodnota súmerného vnútorného elektromotorického napätia synchrónneho stroja, ktoré pôsobí za krat, pri ktorom veľkosť súmernej zložky predpokladaného skratového prúdu zostáva konštantná.

KVES Elektrotechnická fakulta ŽU

Elektricky blízky skrat -

skratového prúdu

I k ´´

skrat, pri ktorom príspevok aspoň jedného synchrónneho strojak predpokladanému začiatočnému súmernému rázovému skratovému prúdu prekračuje dvojnásobok menovitého prúdu generátora, alebo skrat, pri ktorom príspevok asynchrónnych motorov prekračuje 5% začiatočného rázového bezmotorov.

Súsledná skratová impedancia trojfázovej striedavej sústavy

–

impedancia súslednej zložkovej sústavy určená z miesta skratu.

Spätná skratová impedancia trojfázovej striedavej sústavy Z impedancia spätnej zložkovej sústavy určená z miesta skratu.

– Netočivá skratová impedancia trojfázovej striedavej sústavy

–

impedancia netočivej zložkovej sústavy určená z miesta skratu. Obsahuje trojnásobok impedancie

Z N

medzi uzlom transformátora a zemou.

KVES Elektrotechnická fakulta ŽU

Rázová reaktancia synchrónneho stroja X v okamihu skratu; na výpočet skratových prúdov sa používa hodnota v nasýtenom stave .

d ´´

–

reaktancia uplatňujúca sa Minimálny čas vypnutia t

min

–

najkratší čas od začiatku skratového prúdu a prvým prerušením kontaktu pólu spínacieho zariadenia.

Ekvivalentný otepľovací skratový prúd I ktorý má rovnaké tepelné účinky a rovnaký čas trvania ako skutočný skratový prúd, ktorý môže obsahovať jednosmernú zložku a mení sa s časom.

–

efektívna hodnota prúdu,

KVES Elektrotechnická fakulta ŽU

Výpočet impedancie prvkov nadradenej sústavy

Z Q



nQ S

´´



U nQ

´´

U nQ S“ KQ – menovité napätie v mieste pripojenia napájača – súmerný skratový výkon v bode pripojenia napájača c – súčiniteľ napätia

Prenos elektrickej energie

Reaktancia vedenia:

X v



X v l

2 X V(1) = Z V(1)

Prenos elektrickej energie

Impedancia Transformátora

Z T



u k

100 *

U rT S rT

1 *

R T



u Rt

100 * 2

U rT S rT



P krT

2 3

I rT X T



Z t

2 

R t

Prenos elektrickej energie

Výpočet súslednej impedancie reaktorov

Z R



u K

100 *

nR S nR

Prenos elektrickej energie

Výpočet parametrov generátorov

Z KG



K G

Z G



U n U rG

* 1 

x d

max * sin 

* (

R G



jX d

: ) U n – menovité napätie sústavy U nG - menovité napätie generátora Z kG - impedancia generátora korigovaná Z G X “ d - impedancia generátora - rázová reaktancia generátora x d “ - rázová reaktancia generátora vztiahnutá k menovitej impedancii x d “ = X d “ /Z rG

Prenos elektrickej energie

Odpor R G určujem z podmienky podľa STN 33 30 22 R G = 0,05 X“d pre generátory s U rG R G MVA = 0,07 X“d pre generátory s U rG > 1kV a S > 1kV a S rG < 100 MVA R G = 0,15 X“d pre generátory s U rG rG 100 1kV

Prenos elektrickej energie

K G



U n U nG

* 1 

X d

" 1 .

1 * sin 

Prenos elektrickej energie

Výpočet parametrov synchrónnych motorov

Z M



X d

" * 2

U rM S rM

( 0 , 07 

jX d

" )

Prenos elektrickej energie

Výpočet súsledných impedancií asynchrónnych motorov

Z M

 1

I LR I rM

* 2

U rM S rM

Prenos elektrickej energie

Pri výpočte skratov počítame: začiatočný rázový skratový prúd

K ´´ nárazový skratový prúd

p súmerný skratový vypínací prúd

b ustálený skratový prúd

Prenos elektrickej energie

I k

" 

U n

3 *

Z C

I b =  * I k “

Prenos elektrickej energie

1 0.5

0 -0.5

-1 -1.5

0 3.5

x 10 4 3 2.5

2 1.5

0.2

Priebeh prúdu pri skrate v kobke 401 - VS1.

0.4

0.6

Čas [s] 0.8

1 1.2

1.4

Prenos elektrickej energie

Priebeh napätia pri skate v kobke 401 - VS1.

5000 4000 3000 2000 1000 0 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000 0 0.2

0.4

0.6

Čas [s] 0.8

1 1.2

1.4

Prenos elektrickej energie