PARAMETRY I SCHEM ZASTĘPCZY LINII ELEKTROENERGETYCZNEJ WYS NAP.
parametry linii:
rezystancja podłużna R0 [Ω/km] ;
reaktancja podłużna X0 [Ω/km] ;
konduktancja poprzeczna G0 [S/km] ;
susceptancja poprzeczna B0 [S/km].
Przyjęto do obliczeń praktycznych (dla linii o długości do 400km) stosowanie schematów zastępczej linii w postaci parametrów skupionych RL, XL, GL, BL, gdzie np.
RL=R0*L
R0=1000/(γ*s)
γ- konduktywność [n / (Ω*mm2), s -przekrój przewodu (mm2),
X0= ω*L0= 2πf*L0
ω-pulsacja prądu (1/s), f- częstotliwość (Hz), L0- indukcyjność jednostkowa (H/km). Konduktancja lini (przewodność poprzeczna czynna) uwzględniana jest w liniach najwyższych napięć, gdy występuje zjawisko ulotu tzn. gdy: - Ukr < Uf , Ukr - napięcie krytyczne lini (kV), Uf - napięcie fazowe (kV)..
G0= ΔPulo/ Ufśr2
ΔPulo - strata jednostkowa mocy na ulot (MW/km) , Ufśr - średnia wartość napięcia fazowego (kV),
B0= ω*C0
C0- pojemność robocza jednostkowa. Schemat zastępczy typu π (Rys 1), Schemat zastępczy typu T (Rys 2)
2) PARAMETRY I SCHEMAT ZASTĘPCZY TRAFO ELEKTROENERGETYCZNEGO.
Parametry:
rezystancja podłużna RT [Ω] ;
- reaktancja podłużna XT [Ω] ;
- konduktancja poprzeczna GT [S] ;
-susceptancja poprzeczna BT [S].
RT = ΔPcu* Un2/ Sn2
ΔPcu - straty w miedzi (MW), ΔPcu% - straty w miedzi w % do znamionowej mocy, Un (kV) -przewodowe napięcie znamionowe , Sn (MVA) - moc znamionowa trafo.
XT = (Δuz% / 100) * (Un2/ Sn)
Δuz% - procentowe napięcie zwarcia dla trafo o mocach większych od 2,5 MVA to Δux% ≅ Δuz% ,
GT = (ΔPFe% / 100) * (Sn/ Un2)
ΔPFe% - straty w żelazie w %, w stosunku do mocy znam trafo.
BT = (I0% / 100) * (Sn/ Un2)
I0% - prąd biegu jałowego w %, . Schemat zastępczy typu T (Rys 3), Schemat zastępczy typu Γ
3) STRATY I SPADEK NAP W S.E. PODAĆ DEF I SPORZĄDZIĆ WYKRES WSKAZOWY DLA LINII OBCIĄŻONEJ NA KOŃCU MOCĄ POZORNĄ.
Spadek nap - jest różnicą algebraiczną modułów napięć na początku i na końcu układu. W przypadku różnicy napięć fazowych jest to spadek fazowy ( ΔUf) a w przypadku różnicy wartość przewodowych jest to spadek przewodowy ( ΔU). ΔUf12= Uf1 - Uf2 , ΔU12= U1 - U2 ; ΔU12= √3 ΔUf12 ;
Strata nap - jest różnicą geometryczną wektorów napięć, na początku i na końcu układu. W przypadku różnicy wektorów napięć fazowych jest to strata fazowa ( ΔUf), a w przypadku różnicy napięć przewodowych jest to strata przewodowa ( ΔU); ΔUf12= Uf1 - Uf2 , ΔU12= U1 - U2 ; ΔU12= √3 ΔUf12; Rys 5.
4) STRATY NAPIĘĆ W TORACH JEDNOSTRONNIE ZASILANYCH, OBCIĄŻONYCH W WIELU PUNKTACH.
Straty napięć w torze jednostronnie zasilanym obciążonym w wielu punktach oblicza się jedną z następujących metod:
sumowanie spadków występujących na poszczególnych odcinkach toru,
sumowanie spadków wywołanych w torze przez poszczególne prądy lub moce odbiorników. Rys 6.
Metoda sumowania odcinkami : ΔUAn=1/Un n∑p=1[ P(p-1), p *R(p-1), p - Q(p-1), p *X(p-1), p] + j 1/Un n∑p=1[ Q(p-1), p *R(p-1), p - P(p-1), p *X(p-1), p] ;
Metoda sumowania momentami względem punktu A :
ΔUAn=1/Un n∑p=1[ Pp *RAp - Qp *XAp] + j 1/Un n∑p=1[ Qp *RAp - Pp *XAp] ;
5) OBLICZANIE ROZPŁYWU PRĄDÓW I POZIOMÓW NAPIĘĆ W SIECI PROMIENIOWEJ
RYS 7.
Ik - prąd odbierany w węźle K;
Ikl - prąd płynący pomiędzy węzłami K i L,
n - liczba węzłów w sieci,
L0- liczba węzłów odbiorczych.
Prąd płynący pomiędzy węzłami K i L wyznaczamy z zależności : Ikl = (Ufk - UfL )/ ZkL = YkL (Uf12 - UfL) =YkL (Ufk - UfL + Ufo - Ufo ) =YkL [ (U0f - UfL ) - (Uof - Ufk) ] = YkL(δUfL - δUfk ).
Po wstawieniu otrzymanych danych do pierwszego prawa Kirchoffa n∑L=1 IkL+Ik=0, otrzymujemy : δUfk n∑L=1 YkL = Ik + n∑L=1 YkL * δUfL - równanie węzłowe dla dowolnego węzła.
6) OBLICZYĆ ROZPŁYW PRĄDÓW I POZIOMÓW NAPIĘĆ W TORZE DWUSTRONNIE ZASILANYM.
Rys 8.
Ufa - Ufb = δUfab = Ia * Zab - i=n∑i=1 Ii *Zib
Ufb - Ufa = δUfba = Ib * Zab - i=n∑i=1 Ii *Zia
z tych zależności wyznaczamy prądy zasilające;
Ia = [(i=n∑i=1 Ii *Zib) / Zab ] + [(Ufa - Ufb ) / Zab ] = Ias + Iabw
Ib = [(i=n∑i=1 Ii *Zia) / Zab ] + [(Ufb - Ufa ) / Zab ] = Ibs - [(Ufa - Ufb ) / Zab ] = Ibs - Iabw
Znając prądy zasilające w torze dwustronnie zasilanym wyznaczymy rozpływ prądów według zależności : Ia-1 = Ia ; I1-2 = Ia-1 - I1 ; I2-3 = I1-2 - I2 ; Ii, i+1= Ii-1,i - Ii ;
7) ZWARCIA W UKŁADZIE ELEKTROENERGETYCZNYM. DEF, RODZAJ I PODZIAŁ ZWARĆ, SKUTKI I PRZYCZYNY POWSTAWANIA ZWARĆ.
Zwarciem nazywa się połączenie punktów obwodu elektrycznego posiadających różne potencjały lub połączenia z ziemią punktów obwodu posiadających potencjał względem ziemi. Połączeniem może być bezpośrednie (impedancję miejsca zwarcia można pominąć ) poprzez łuk elektryczny lub poprzez przedmiot o pewnej impedancji.
Rozróżnia się następujące rodzaje zwarć:
jednofazowe - zwarcie między jedną fazą obwodu 3-faz a ziemią ,
b) dwufazowy - zwarcie między dwoma fazami obwodu ele.,
c) trójfazowe - zwarcie między trzema fazami obwodu ele.,
d) doziemne - zwarcie między fazą lub fazami a ziemią;
Zwarcia mogą być symetryczne - w których fazy obciążone są symetrycznie lub niesymetryczne - w których nie ma symetrii obciążeń.
Przyczyna powstawania zwarć:
przepięcia atmosferyczne i łączeniowe,
przebicia izolacji,
zerwanie przewodu (wywrócenie słupa),
połączenie różnych faz poprzez gałęzie,
błędne połączenia w układzie,
fałszywe operacje w rozdzielniach np. otwarcie odłącznika pod obciążeniem.
Skutki zwarć :
cieplne - ciepło wydzielone przez przepływający prąd zwarciowy może spowodować przegrzanie, a nawet roztopienie przewodu itp.,
terrodynamiczne - łuk elektryczny dając silne lokalne nagrzanie może spowodować wzrost ciśnienia obciążenia i eksplozję urządzeń odbiorczych,
dynamiczne - siły elektrodynamiczne przy dużych prądach zwarciowych mogą osiągać wartość rzędu dziesiątek ton. Może to spowodować urwanie szyn i wyłamanie wsporników itp.,
elektryczne - obniżenie się napięć w sieci i nagła zmiana obciążenia generatorów , co może spowodować utratę równowagi przy współpracy elektrowni.
8) PRZEBIEG PRĄDU ZWARCIOWEGO W OBWODZIE TRÓJFAZOWYM.
Przy zwarciu odległym ( Rys 9) Przy zwarciu bliskim ( Rys 10)
Wpływ źródła na przebieg prądu zwarciowego w obwodzie trójfazowym. Wpływ generatorów na przebieg prądu zwarciowego powoduje, że amplituda składowej okresowej w czasie zwarcia maleje i po kilku sekundach osiąga wartość ustaloną. Z wykresu wynika: - przebieg prądu zwarciowego w czasie ma charakter sinusoidy tłumionej.
10) ZASADA SUPERPOZYCJI PRZY OBLICZANIU PRĄDÓW ZWARCIOWYCH Z JEDNYM AKTYWNYM UKŁADEM ELEKTROENERGETYCZNYM.
Rys 11. - między punkty a i b włączono oporność Z przy czym napięcie przed włączeniem oporników było równe Uab. Rys 12, Rys 13, E1 = Uab , E2 = - Uab . Stosujemy zasadę superpozycji i otrzymujemy : Rys 14, SEM E2 kompensuje Uab więc prąd płynący w obwodzie I2 = φ. W obwodzie pominięto wszystkie SEN Ea oraz SEM E2 . Ponieważ Ea = φ cały układ A można zastąpić opornością wypadkową ZA wyznaczoną metodą przekształceń sieci i jej upraszczanie. Rys 15 . Prąd w całym układzie zgodnie z zasadą superpozycji będzie sumą : I = I1+I2 = I1 = E1/ (ZA + Z) = Uab / (ZA + Z).
12) ZASTOSOWANIE TEORI SKŁADOWYCH SYMERYCZNYCH DO OBLICZENIA ZWARĆ NIESYMETRYCZNYCH:
Układy dla składowych symetrycznych można analizować do pierwszej fazy jako układy symetryczne RYS 16: U1=E1 - (J1*Z1); RYS17 U2= (-J2*Z2) ; RYS 18
Uo=- Jo(Zo+3Zpu)W teorii składowych symetrycznych dowolny układ niesymetryczny można zastąpić trzema układami sumetrycznymi. RYS 19 i RYS 20.
Dla układu zgodnego JA1+JB1+JC1=0; przeciwnego JA2+JB2+JC2=0 ; zerowego JA0+JB0+JC0= 3JA0=3JB0=3JC0. Z tego wynika że warunkiem istnienia obwodu składowej zerowej jest istnienie przewodu powrotnego.Obwód składowej zerowej jest zamknęty wóczas gdy : 1)zwarcie jest z udziałem ziemi i punkt zerowy układu elektroenergetycznego jest uziemiony. RYS21 2)zwarcie jest z przewodem zerowym RYS22
13) SCHEMAT ZASTĘPCZY TRANSFORMATORA ELEKTROENERGETYCZNEGO DLA SKŁADOWYCH NIESYMETRYCZNYCH
Przenoszenie składowych zerowych prądów do sieci wtórnej przez ich transformację jest możliwe tylko w przypadku gdy transformator pracuje w układzie gwiazda-gwiazda i w sieci wtórnej istnieje co najmniej jeden punkt uziemiony połączony elektrycznie z danym transformatorem.
RYS23.
Dla takiego układu przy zwarciu z ziemią tworzymy jednofazowe schematy zastepcze dla układów symetrycznych.
Składowa zgodna: RYS 24; Składowa przeciwna RYS 25; Składowa zerowa RYS 26.
14) WPŁYW UKŁADU POŁĄCZEŃ TRANSFORMATORA NA SCHEMAT ZASTEPCZY TRAFO DLA SKŁADOWEJ ZEROWEJ
Wpływ układu połączeń uzwojeń:
RYS 27. RYS28
Składowe symetryczne zerowe prądu w uzwojeniach transformatora po stronie zwarcia mogą płynąć w uzwojeniach po stronie drugiej transformatora .Wynika z tego warunku że w każdym zamkniętym obwodzie magnetyczny suma przepływów musi być równa zero, a więc przepływy strony pierwotnej trafo muszą być skompensowane przepływy strony drugiej. W uzwojeniach strony drugiej połączone są w trójkąt RYS28 lub uzwojenia strony drugiej połączone są w gwiazdę z uziemionym punktem zerowym i sieci istnieje jeszcze jeden uziemiony punkt zerowy czyli gdy istnieje zamknięty obwód składowych zerowych po stronie drugiej
15) WPŁYW KONSTRUKCJI TRANSFORMATORA NA SCHEMAT ZASTEPCZY TRAFO DLA SKŁADOWEJ ZEROWEJ:
Dla obliczeń zwarć niesymetrycznych przyjmuje się schemat zastępczy jednej fazy
RYS29
Prądowi magnesującemu Trafo na schemacie zastępczym odpowiada gałąź poprzeczna Xμ. Reaktancja ta jest uwzględniana w schemacie zastępczym dla składowej zerowej Xμ0. Jest zależna od konstrukcji wartość Xμ0 zależy od admitancji magnesowania strumieni φ0 wywołanych składowymi zerowymi prądu. Uwzględniając wpływ grupy połączeń i konstrukcji trafo reaktancje składowej zerowej transformatora będą następujące
RYS20
ZT(0)=0,5ZT1 +0,5ZT1|| j Xμ0 ; 5,4 kolumnowe ; 3jednofazowe Xμ0 =>∞ ZT(0)=0,5ZT1 +0,5ZT1=ZT1 3kolumnowe; Xμ0≠0 wzór ogólny praktycznie ZT0 =(0,8-0.9) ZT1 RYS 31 wzór ogólny praktycznie przyjmuje się Xμ0=(4-6)XT(1) RYS
*16) OBLICZANIE ZWARĆ JEDNOFAZOWYCH W UKŁADACH ELEKTROENERGETYCZNYCH
Bezpośrednie zwarcie fazy A z ziemią. Punkt zerowy układu jest uziemiony bezpośrednio. W miejscu zwarcia Ua=0 ; Ib=0; Ic=0 Iz=Ja RYS33 I1=(1/3)IA ; I2=(1/3)IA ; I0=(1/3)IA ; I1=(1/3)(IA +aIB +a2 IC ) ; I2=(1/3)(IA + a2IB +a IC ) ; I0=(1/3)(IA + IB + IC ) ; czyli (I1= I2= Io ) ; U1 +U2+Uo=UA=0 ; UA=(Uo +U1 +U2 ) ; UB=(Uo + a2U1 + aU2 ) ; UB=(Uo + aU1 + a 2U2 ) , U1=E- Z1I1 ; U2=- Z2I2 ; Uo=- ZoIo; Sumując napięcia U1 +U2+Uo= E- Z1I1 - Z2I2 - ZoIo =0 ; E- (Z1I1 + Z2I2 + ZoIo )=0 ; E-I1 (Z1 + Z2 + Zo )=0 ; I1 = E / (Z1 + Z2 + Zo ) =IP1
17) OBLICZANIE ZWARĆ DWUFAZOWYCH BEZ UDZIAŁU ZIEMI W UKŁADACH ELEKTROENERGETYCZNYCH
Zwarcie przewodów faz B i C RYS 34 W miejscu zwarcia UB=UC ; IA=0; IB = (-Ic) ;Iz=JB ; UBC=0 ; Składowe symetryczne prądu są równe : I1=(1/3) (a -a2 ) IB = j (1/ √3)IB ; I2=(1/3) (a2 - a ) IB = -j (1/ √3)IB ; Io=0 ; Z równań wynika że I1= -I2 ; Io=0 ; Z warunku granicznego wynika że U1=(1/3) (UA- UB) ; U2=(1/3) (UA- UB) czyli U1= U2. Dla obwodów składowych symetrycznych , U1=E- Z1I1 ; U2=- Z2I2 ; Uo=- ZoIo; , U1=E- Z1I1 ; U2=- Z2I2 = Z2I1; Uo= 0 ; U1=U2 czyli E- Z1I1 = Z2I1 ; I1 = E / (Z1+Z2) = - I2 ; I2= IB (a2 - a ) = -j √3I1 = -j √3E / (Z1+Z2) ; I2 =IB= IC=√3E / |(Z1+Z2)| = Ip - prąd początkowy
18) OBLICZANIE ZWARĆ DWUFAZOWYCH Z ZIEMI W UKŁADACH ELEKTROENERGETYCZNYCH
RYS 35 W miejscu zwarcia UB=UC =0 ; IA=0; Iz=JB+ IC ; U1=(1/3) UA ; U2=(1/3) UA ; Uo=(1/3) UA czyli U1= U2 = Uo ; I1+ I2 +I0 =IA=0 ; , U1=E- Z1I1 ; U2=- Z2I2 ; Uo=- ZoIo; wykorzystując U1=U2 oraz U1=U0 to , E- Z1I1 = - Z2I2 ; E- Z1I1= - ZoIo; oraz I1+I2+I0=0 ; Rozwiązując układ równań wyznaczymy prąd symetryczny ; I1=E / [Z1+ (Z1Z0 / Z1+Z0) ] =>I2= - [Z0 / Z2 +Z0]I1 => I2= - [Z2 / Z2 +Z0]I1 ; I2= 3I0
19)REGULACJA NAPIECIA GENERATORÓW SYNCHRONICZNYCH
Zakres regulacji napięciem generatorów jest trudny do wykorzystania gdyż ogranicza się do elektrowni pracujących samotnie a w Polsce takich jest bardzo mało. Zmieniając wzbudzenie generatora można oddziaływać na poziom napięcia u odbiorców zasilanych z szyn generatora natomiast w bardzo małym stopniu na kształtowanie się napięcia w sieciach przemysłowych. Z powyższych powodów regulacja napięcia w sieciach przez zmianę napięcia generatorów nie znajduje szerokiego zastosowania.
20)REGULACJA NAPIĘCIA TRANSFORMATORÓW ENERGETYCZNYCH
RYS 36 Na rysunku przedstawiono schemat jednej fazy układu regulacyjnego z trafo dodawczym i trafo zasilającym. Uzwojenie wtórne trafo dodawczego włączone jest szeregowo do sieci a pierwotne zasilane z trafo zasilającego. Przełączając zaczepy regulacyjne w transformatorze zasilającym można uzyskiwać w uzwojeniu wtórnym trafo dodawczego różne wielkości napięć dodawczych. Stosując różne sposoby zasilania trafo regulacyjnego można uzyskać różne kąty przesunięcia miedzy napięciem dodawczym a napięciem fazowym.
21)UKŁAD WZBUDZENIA GENERATORÓW SYNCHRONICZNYCH:
Dla zapewnienia znamionowego wzbudzenia potrzeba źródła o mocy 1MW.
A) statyczny układ wzbudzenia - energia dostarczana z zacisków generatora RYS 37 RG- regulator generatora który mierzy napięcie na zaciskach generatora, porównuje je z wartością zadaną i generuje sygnał który steruje prostownikiem tyrystorowym.
B) Maszynowy układy wzbudzenia RYS 38
24)CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIOWŚCIOWE SYSTEU ELEKTO-ENER I JEGO ELEMENTÓW:
W stanie ustalonym wartość częstotliwości wynika ze zbilansowania mocy generowanej i mocy odbieranej i jest określana prze punkt przecięcia częstotliwościowych charakterystyk statycznych na generowanej mocy zbiorowej. Częstotliwościowa charakterystyka statyczna mocy generowanej jest określana przez nastawienie regulatorów turbin. Przy zmniejszaniu częstotliwości o Δf następuje proporcjonalny wzrost wytwarzanej mocy o ΔPg. [Δf/ΔPg]= - KG*[fn/Pgn]; KG-wypadkowy współczynnik statyczny turbin zależny od rezerwy zawartej w wirujących turbinach. KG = 0,02 do 0,06.RYS39;40;41 Częstotliwościowa charakterystyka mocy odbiorczej Po .Dla jednorodnej grupy odbiorników energii elektrycznej moc pobierana jest potęgową funkcja częstotliwości Po=Pon[f/T]α α=0 - 4.Dla dużej grupy odbiorów przy zmniejszaniu czestotliwosci o Δf następuje proporcjonalne zmniejszanie mocy pobieranej o ΔPo. [Δf/ΔPo]= K0*[fn/Pon]
26)REGULACJA PIERWOTNA I WTÓRNA CZĘSTOTLIWOŚCI I MOCY:
W wyniku tzw. regulacji pierwotnej maleje moc pobierana przez odbiorców bo obniża się częstotliwość, zwiększa się moc wytwarzana przez zespoły pracujące z regulatorami prędkości turbin. Proces odbywa się w czasie około 30s. Dla prawidłowego jego przebiegu stawia się dwa wymagania - statyzm wszystkich regulatorów turbin. Powinien on mieć wartość zbliżoną 2-4-6%. Oznacza to takie nachylenie charakterystyki f(p) regulatora o przebiegu jak na rysunku nr.42 by zmianie mocy wytworzonej równej mocy znamionowej zespołu odpowiadała zmianie czestotliwosci 2-4-6%. Szybkość zwiększania mocy przez zespół powinna być nie mniejsza niż 2-6% Pn/min. W elektrowniach cieplnych i 2-6%Pn/s w elektrowniach wodnych. W wyniku tzw. regulacji wtórnej w tym korekty nastawienia regulatorów następuje dalsze zwiększenie mocy wytworzonej dzięki stałemu utrzymywaniu w systemie pewnej rezerwy mocy: rezerwy wirującej natychmiastowej, rezerwy wirującej krótkoterminowej oraz rezerwy w aktualnie nieczynnych hydro zespołach o małym czasie rozruchu. Proces odbywa się w czasie mniejszym od 15 min. Warunkiem powodzenia jest wystarczający poziom rezerwy. Jeśli powyższe zabiegi nie są skuteczne i częstotliwość obniża się interweniują wielostopniowe układy SCO sukcesywnie odłączając pojedyncze odbiory dużej mocy.