2.Systemy prądu stosowane w technice

• dwuprzewodowy system prądu stałego

(0,11-3)kV

przewód(+)-dosyłowy z miedzi

przewód(-)-odsyłowy przeważnie szyna ze stali

• trójprzewodowy system prądu stałego

Przekrój przewodu neutralnego jest mniejszy ,może być ziemia

• jednofazowy system prądu przemiennego

• trójfazowy czteroprzewodowy system prądu przemiennego -gł. Sieci NN

• trójfazowy trójprzewodowy system prądu przemiennego - sieci SN o napięciu znamionowym 6,15 i 30 kV

• trójfazowy 3-przewodowy system prądu przemiennego z bezpośr. Uziemionym punktem neutralnym - sieci WN o nap. 110,220,400,750 kV

3. Klasyfikacja sieci elektroenergetycznych ze względu na:

a) rodzaj zastosowanego prądu:

- stałego (Główne trakcje tramwajowe 750 V i kolejowe 3 i 10 kV, linie przesyłowe 400 i 800 kV)

- przemiennego - głównie o częstotliwości 50 Hz (USA - 60 Hz, oraz niekiedy 25 i 16,3333 Hz do bezpośredniego zasilania silników)

b) z punktu widzenia wysokości napięcia.

Najczęstszy i najprostszy stosowany podział to na sieci niskiego i wysokiego napięcia. W sieciach prądu przemiennego powyżej 1 kV stosuje się podział na napięcia znamionowe:

- ultra wysokie napięcie (UWN) U_n­ >= 735 kV

- najwyższe napięcie (NN) 220 kV <= U_n<= 500 kV

- wysokie napięcie (WN) 60 kV <= U_n <= 150 kV

- średnie napięcie (SN) 1 kV <= U_n <= 60 kV

c) ze względu na rodzaj zasilania rozróżnia się:

- linie jednostronnie zasilane zwane też liniami otwartymi lub promieniowymi

- linie dwustronnie zasilane zwane liniami zamkniętymi. Szczególnym przypadkiem jest linia okrężna zwana również pętlową

- sieci węzłowe muszą posiadać przynajmniej jeden węzeł zasilany z trzech stron

d) ze względu na sposób zasilania linii elektrycznych

- linia jednostronnie zasilana

- linia dwustronnie zasilana

- linia okrężna

- sieć węzłowa

Każda z wewn. Linii może być linią rozgałęzioną tj. zasilającą kilka odbiorników w różnej konfiguracji.

Przykład linii rozgałęzionych:

- linia jednostronnie zasilana

- linia dwustronnie zasilana

Linie promieniowe i pętlowe mogą być w wykonaniu dwu i wieloliniowym (z punktu widzenia pewności zasilania wystarczy zasilania z 3, 4 linii).

e) sposoby modelowania

Układ pętlowy zasilany z dwóch różnych stacji przechodzi w układ wrzecionowy. Każdy układ pętlowy można rozciąć przy pomocy odpowiednich łączników otrzymując układ promieniowy.

sieć promieniowa dwuliniowa

sieć promieniowa

- układy pętlowe dwuliniowe. Układy z możliwością zasilania.

w dwóch punktach.

w czterech punktach.

Często stosowany jest podział sieci na otwarte i zamknięte. Sieć otwarta stanowi sieć, w której graf ma postać drzewa. Należą do niej sieci promieniowe jedno i wieloliniowe oraz pętlowe rozcięte w sposób gwarantujący otrzymanie takiego grafu.

f) w zależności od dokładności obliczeń i przyjętych uproszczeń

- linia pierwszego rodzaju - dla której przyjmuje się: X₀=0 G₀=0 B₀=0

- linia drugiego rodzaju - G₀=0 B₀=0. Są to linie napowietrzne SN do 30 kV włącznie oraz linie kablowe SN do 30 kV. W schemacie zastępczym zawierają impedancję podłużną.

- linia trzeciego rodzaju - linia napowietrzna o długości < 400 km i linie kablowe o napięciu > 30kV

W czwórnikowym schemacie tej linii uwzgklędnia się impedancję i admitancję.

Z_L = R_L + jX_L

- linie czwartego rodzaju - obejmują linie najwyższych napięć o długościach przekraczających 400 km dla których w schamcie zastępczym nie można stosować czwórników typu drugiego.

Z_L= R₀ l + jX₀ l

4. Schematy i parametry zastępcze podstawowych elementów układu elektroenergetycznego.

- linia niskiego napięcia I rodzaju

- transformator dwu uzwojeniowy

- trójuzwojeniowy

- dławik

Parametry zastępcze linii:

- rezystancja R_L= R₀ * l

- reaktancja X_L = X₀ * l

- konduktancja G = G₀ * l

- susceptancja B_L = B₀ * l

odniesienie do temp. 20 st. C

X₀ = ϖ l₀ zależy od strumienia magnetycznego

l₀ = [4,6 lg (b_śr / r²) + (0,5/n)] * 10^-4

r - promień pojedynczego przewodu

n - liczba przewodów we wiązce

B_L = B₀ * l = ϖ C₀ l

C₀ - pojemność jednostkowa

Dla symetrycznej linii napowietrznej pojemność oblicza się ogólnie:

C­₀ = [0,02415/log (b_śr / r)] [μF/km]

G_L = G₀ * l

G₀ = (ΔP₀/U²)

ΔP₀ =

G₀ = B₀ * tgδ δ - współczynnik straty zawarty w granicach 0,005 do 0,02.

5. Spadki i straty napięcia - pojęcia podstawowe.

Strata napięcia - geometryczna różnica wektorów napięć w dwóch punktach sieci.

Spadek napięcia - różnica modułów (wartości skutecznych napięć istniejących w dwóch punktach sieci. Dla prądu przemiennego straty napięcia dzielimy na:

- czynną (wywołaną spadkiem napięcia na rezystancji)

- bierną (spowodowaną spadkiem napięć na reaktancji)

Dla prądu stałego tylko strata czynna.

Linia jednostronnie zasilana prądu stałego:

6. Metody określania rozpływu prądu i mocy oraz strat i spadków napięć.

- metoda odcinkowa

Przy założeniu, że przewody są z tego samego materiału równanie przyjmuje postać

- metoda momentów wg punktu zasilania

Spadek napięcia można określić momenty prądowe odpowiadające iloczynowi prądu i rezystancji przewodu linii od punktu zasilania do miejsca jego odpływu, gdy γ i s = const.

7. Rozpływ prądów i mocy oraz straty i spadki napięcia w linii jednostronnie zasilanej prądu stałego i przemiennego I i II rodzaju oraz w linii obciążonej równomiernie.

Obliczanie rozpływu prądu w liniach I i II rodzaju posiadających m odbiorników.

Obliczanie spadków napięcia (metodą odcinkową lub momentów)

metoda momentów

W liniach I rodzaju

Gdy γ i s = const. Oraz linia trójfazowa jest symetryczna:

Spadek napięcia

- dla linii II rodzaju

- dla linii I rodzaju

8. Rozpływ prądu i mocy oraz straty i spadki napięcia linii dwustronnie zasilanej prądu przemiennego I i II rodzaju.

- rozpływ prądów:

Straty napięcia:

Prąd zasilający:

Prąd wyrównawczy

Jeżeli napięcia zasilające są równe, wówczas w linii płynie prąd wyrównawczy. Jeśli prądu odbioru są równe zeru, a napięcia zasilające nie są równe zeru to w linii płynie tylko prąd wyrównawczy. Rozpływ prądu w poszczególnych odcinkach uzyskuje się przez nałożenie prądów składowych i prądu wyrównawczego. O kierunku prądu odcinkowego decyduje jego część rzeczywista. W wyniku nałożenia może wystąpić w linii punkt o najniższym potencjale zwany punktem spływu prądów.

9. Sprowadzanie linii do wspólnego przekroju zastępczego.

Jako przekrój zastępczy przyjmuje się przekrój dominujący linii.

Długość zastępcza przewodu:

l_2(k-1)k= l_(k-1)k (S_1(k-1)k/S­_2(k-1)k)

l_(k-1)k - długość przewodu w przekroju pierwotnym

S_2(k-1)k - przekrój zastępczy przewodu

10. Spadki i straty napięcia w linii przesyłowej III rodzaju.

Spadek napięcia w liniach III rodzaju.

Moduły prądów wyznacza się z równań:

I_G2­=U_f2*G/2, I_C2=U_f2*B/2, I_G1=U_f1*G/2, I_C1=U_f1*B/2

Fazowy spadek napięcia (równy odc. AE otrzymany przez zatoczenie z punktu C łuku o pr. OB) określa wzór:

Δ U_f12 = U_f1 - U_f2

natomiast fazową stratę napięcia

ΔU_f12 = U_f1 - U_f2 = I * Z, która zawiera wydłużoną (AD) i poprzeczną DB stratę napięcia. W liniach III rodzaju poprzeczna strata napięcia ma istotny wpływ na ΔU.

11. Obciążeniowe i jałowe straty mocy oraz energii w sieci elektroenergetycznej (z uwzględnieniem transformatora - moc szczytowa, czas występowania maksymalnych, czasu użytkowania mocy szczytowej)

Straty mocy i energii dzielimy na:

- obciążeniowe (podłużne) - w podł. Impedancjach l. sieciowych są proporcjonalne do kwadratu prądu obciążeniowego.

- jałowe (poprzeczne) - w admitancjach poprz. proporcjonalne do kwadratu napięcia w miejscu ich powstania.

Straty mocy czynnej określa się ze wzoru: (straty obciążeniowe)

ΔP₀ = 3 J^{2 *} R = 3(S/(√3 * U))² * R = (S²/U²) * R = = ((P²+Q²)/U²) * R

Uwzg. się w liniach napowietrznych i kablowych oraz transformatorach pomija się w dławikach i kondensatorach.

Jałowe straty mocy czynnej ΔP_i w i-tej gałęzi poprzecznej oblicza się ze wzoru:

ΔP_i = U_i² * G_i

W liniach napowietrznych związane są z ulotem, w liniach kablowych - upływnością izolacji i polaryzacji dielektrykach, w transformatorach - prądami wirowymi, histerezą magnetyczną. W liniach straty jałowe są bardzo małe i pomija się natomiast uwzględnione są dla transformatorów.

Całkowite straty mocy czynnej transformatorów wyznacza się z zależności:

ΔP_i=ΔP_Fe+k²ΔP_Cu­=S_N/100 (ΔP_Fe%+k²ΔP_Cu%)

Straty mocy biernej, obciążeniowe, podłużne. Straty mocy biernej związane są z występowaniem reaktancji podłużnej wyznacza się ze wzoru:

ΔP₀ = 3 J² * X = 3(S/(√3 * U))² * X = (S²/U²) * X = = ((F²+Q²)/U²) * X

są zmienne w czasie (są funkcją obciążenia) i dla linii T_r oraz dławików szeregowych mają charakter indukcyjny.

Straty jałowe mocy biernej dla i-tej gałęzi poprzecznej oblicza się ze wzoru:

ΔQ_i = U_i² * B_i

wyznacza się dla gałęzi poprzecznej linii (char. pojemnościowy) i T_r (char. indukcyjny).

Całkowite straty mocy biernej:

ΔQ=(ΔU_x%/100)*(S_obc²/S_N)+((I_U%* S_N)/100)

Straty energii

Gdy straty mocy ΔP są stałe to straty energii wyznacza się z zależności:

ΔA = ΔP * t

zwykle obciążenie jest zmienne i zależy między innymi od char. odbiorców itp. energia pobrana z sieci w takich przypadkach:

Energię dobową pobraną z sieci na podstawie półgodzinnych pomiarów wartości mocy P_k określić możemy z zależności:

Na podstawie wykresów dobowych tworzy się roczny wykres obciążeń, uporządkowany od mocy największej w czasie roku do najmniejszej. Powierzchnia pomiędzy krzywą mocy a osią czasu zastępuje się równoważnym prostokątem o wysokości P_s i czasie T - zwanym rocznym czasem użytkowania mocy szczytowej, char. stopień wykorzystania urządzeń. Czas wyznaczamy:

T=A/P_s

12. Podział, rodzaje i skutki zwarć w sieciach elektroenergetycznych.

Przyczyny powstawania zwarć:

a) elektryczny

b) nieelektryczny

Skutki przepływu prądu zwarciowego:

a) dynamiczne

b) cieplne

c) możliwość wypadnięcia generatorów z synchronizmu

Podział zwarć:

a) symetryczne - wszystkie fazy obciążone są symetrycznie prądem zwarciowym

b) niesymetryczne - wszystkie fazy obciążone są niesymetrycznie prądem zwarciowym.

Najczęstsze zwarcia:

a) 1 - fazowe z ziemią

b) podwójne zwarcia z ziemią i zwarcia 2-fazowe

c) zwarcia 2-fazowe

d) zwarcia 3-fazowe

13. Prądy zwarciowe w sieciach z izolowanym punktem zwarciowym oraz metody ich ograniczania.

Prądy 1-fazowe zwarcia ogranicza się do wartość, przy której zachodzi samo gaszenie łuku elektrycznego. Dopuszczalna wartość prądu zwarcia 1-fazowego z ziemią:

a) dla linii napowietrznych i napowietrzno-kablowych - 5 do 30 A

b) dla linii kablowych - 50 A

Ograniczanie prądów zwarciowych realizuje się poprzez kompensację prądu pojemnościowego zwarcia z ziemią lub uziemienie punktu zerowego sieci przez rezystancję. Kompensacja realizuje się przez uziemienie punktu neutralnego sieci za pomocą:

a) dławika gaszącego

b) transf. gaszących Baucha

c) transf. uziemiających o grupie połączeń ZY - pełniących także rolę transformatora potrzeb własnych.

W warunkach normalnych punkt neutralny ma potencjał zerowy i przez cewkę indukcyjną nie płynie żaden prąd. Przy zwarciu doziemnym w punkcie neutralnym pojawia się napięcie fazowe wskutek czego przez dławik płynie prąd indukcyjny I_L kompensujący pojemnościowy prąd zwarciowy I_z.

Pełna kompensacja wystąpi, gdy:

I_L=(U_f/ϖL)= I₂ = 3 U_f ϖC₀

A indukcyjność L dławika:

L=(1/3ϖ² C­₀)

Prąd znamionowy dławika dobiera się o 20-30% większy od wartości prądu pojemnościowego zwarcia z ziemią. Sieć dla której warunek L = ..... jest spełniony nazywa się kompensowaną. Zaleca się przy kompensowaniu sieci, w granicach 5-15% ze względu na występowanie w niej konduktancji poprzecznej i asymetrii pojemnościowej. Kompensacja prądu doziemnego stosuje się w sieciach napowietrznych i napowietrzno kablowych. Powoduje ona przerwanie łuku przy zwarciach przemijających i ograniczenie prądu przy zwarciu trwałym (sieć może pracować w stanie trwałego doziemienia). W sieciach kablowych i kablowo-napowietrznych stosuje się uziemienie punktu zerowego sieci przez rezystor tak dobrany, żeby prąd zwarciowy był jak najmniejszy i gwarantował poprawne działanie zabezpieczeń przed skutkami zwarć z ziemi.

14. Kryteria doboru przewodów.

1. wytrzymałość cieplna (dopuszczalna obciążalność długotrwała

2. wytrzymałość cieplna zwarciowa

3. dopuszczalny spadek napięcia

4. kryteria ekonomiczne

5. wytrzymałość mechaniczna

Należy uwzględnić również: przewidywany wzrost obciążeń, aktualnie istniejące zalecenia P­N i PBUE, warunki środowiskowe, aktualny asortyment.

15. Zasady doboru przewodów ze względu na nagrzewanie prądem roboczym i prądem zwarciowym.

a) obliczanie przekroju przewodów ze względu na na grzewanie prądem roboczym

Przy długotrwałym obciążeniu prądem roboczym temp. Przewodu nie może przekroczyć dopuszczalnej temp. Granicznej zależnej m. in. od: rodzaju przewodu, miejsca pracy, sposobu ułożenia.

Dobór przekroju przewodu ze względu na nagrzewanie długotrwałe sprowadza się do sprawdzenia warunku:

I_z>=I_B(I_r)

Natomiast przy uwzględnieniu zabezpieczenia przewodów przed prądami przeciążeniowymi:

I_B<=I_n<=I_Z

b) obliczanie ze względu na nagrzew. Prądem zwarciowym:

Podczas przepływu prądu zwarciowego temp. przewodów linii nagrzewanej nie może przekroczyć dopuszczalnej temp. granicznej. Sprawdzenie przewodu sprowadza się do sprawdzenia warunku:

s>=I_th/jc1 * √T_k

Dopuszczalna gęstość 1 - s prądu zwarciowego żył roboczych kabla o izolacji z polietylenu usieciowanego o temp na początku zwarcia ν_gd=90 st. C. i T_k= 5 s wynosi: z żyłami Cu - 143 A/mm²
Al - 94 A/mm².

16. Dopuszczalne poziom napięć w sieciach

a).110kV - _-⁺10% (max. 123kV)

b).SN - +5%,-10%

c).nN - max. napięcie nie może przekroczyć max. dop. odbiorników (np.230V), a minimalne wartości napięć wynoszą

• 0.95% U_n - w stanie normalnym dla odbiorców miejskich,

• 0,9 U_n - w stanie mormalnym dla odbiorców wiejskich oraz w stanie zakłóceń dla wszystkich.

Najważniejsze czynniki wpływające na odchylenia napięć u odbiorców:

• nadmierne spadki w liniach SN i nN

• niesymetria w obciążeniach w liniach nN

• błędna regulacja napięć Tr 110kV/SN i SN/nN

Sposób usunięcia przyczyn:

• odpowiednia budowa i eksploatacja sieci ( kompensacja mocy biernej, poprawny dobur przewodów)

17. Określanie przekrojów przewodów ze względu na dopuszczalny spadek napięcia.

ΔU_max= ΔU_dop

Min. Wymagany przekrój przewodów s l. 3 fazowej sym. I rodzaju zasilanej jednostronnie przy wyznaczaniu spadku napięcia metodą odcinkową wyznaczamy z zależności
lub dla metody momentów prądu:

Przy obliczaniu minimalnego przekroju s przewodów

Linii 1-f w pow. Wsp. Liczbowy
należy zastąpić wsp. 2 (ze wzgl.na podw. Dł. Przewodów i zasilające napięcie fazowe ).

W przypadku znanej mocy P_k odbiorów wzór dla linii 3-f ma postać następującą:

18.Kryteria ekonomiczne doboru kabla.

Podstawę ceny ekonomicznej lini stanowią koszty inwestycyjne K_st (stałe) i koszty zmienne K_zm (straty mocy i energii) odniesione do jednego roku. Całkowite koszty roczne

K_c = K_st + K_zm

Lub

K_c = l*m + ΔP_maxk_p + ΔA_rk_A

Po podstawieniu zależności na energię traconą w ciągu roku (ΔA_r=ΔP_maxτ)

K_c = l*m + ΔP_max(k_p+τk_a)

l - koszt inwestycyjny

m - wsp. odwzorowujący wszystkie roczne koszty stałe

ΔP_max - max straty mocy czynnej

k_p - jednostkowy koszt strat mocy czynnej

ΔA_r - roczne straty energii

k_A - jednostkowy koszt strat energii

τ - roczny czas trwania najw. strat

19. Charakterystyczne czynniki określające jakość energii.

Częstotliwość napięcia

Związana z bilansem mocy sieci - maleje przy niedoborze mocy wytwarzanej w stosunku do mocy zapotrzebowanej. Zmiany częstotliwości wpływają na prasę urządzeń napędowych i odbiorników reaktancyjnych - musi być stabilizowana na zadanym poziomie

Do regulacji częstotliwości wykorzystuje się:

• turbogeneratory w wybranych elektrowniach których moc po przez regulacje prędkości obrotu turbin automatycznie dopasowuje się do wzrostu mocy zapotrzebowanej

• automatykę samoczynnego częstotliwościowego obciążenia (w warunkach awaryjnych powoduje wyłączenie okr. odbiorów po obniżeniu się częstotliwości do wartości charakterystycznej dla danego stopnia zadziałania urządzenia)

Jakość napięcia, wielkości charakterystyczne:

• poziom napięcia

• wahania napięcia

• symetria napięć w układzie trójfazowym

• kształt krzywej napięcia (odkształcenia od sinusoidy)

20. Poziom napięcia, wahania napięcia, nie symetria napięć.

Poziom napięcia

Poziom napięcia w określonym punkcie sieci określa względna odchylenie napięcia U od wartości znamionowej U_N :

V_%=U-U_N/U_N * 100%

Zbyt wysokie napięcie spowodować może m.in. uszkodzeni izolacji , zmniejszenie trwałości odbiorników rezystancyjnych. Zbyt niskie szkodliwy wpływ na pracę wszystkich odbiorników a przede wszystkim powoduje wzrost strat obciążeniowych i spadek sprawności przesyłu przy stałym poborze mocy.

Wahania napięcia

Są to szybkie zmiany wart. Napięcia zachodzące z pr. Nie mniejszą niż1% U_N na s w odstępach nie dłuższych niż 10 min.

Przyczyny: praca odbiorników nie spokojnych, rozruch silników.

Sposoby ograniczania:

1. rozdział obwodów zasilających, odbiorniki nie spokojne i oświetleniowe

2. zmniejszenie spadków napięć poprzez zmniejszenie impedancji podłużnej w sieci

3. włączenie w obwód odbiornika nie spokojnego, kondensatora szeregowego

4. stosowanie nadążnych kondensatorów mocy biernej

Nie symetria napięć fazowych

Przyczyny - różne obciążenia w poszczególnych fazach powodują różne spadki napięcia w przewodach lini.

Nie symetria spadków napięć , spowodowana asymetrią prądów fazowych powoduje pojawienie się w przewodach neutralnych prądu wyrównawczego

I_N=I_A+I_B+I_C

Nie symetrię spadków napięcia w linii określa współczynnik zmienności spadków napięć:

ΔU_A- spadek napięcia w poszczególnych fazach

ΔU - średni spadek napięcia trzech faz równy 1/3(ΔU_A+ΔU_B+ΔU_C)

Zmniejszenie lub wyeliminowanie nie symetrii można uzyskać przez:

1. równomierne obciążenie faz

2. stosowanie układów symetryzujących

3. odpowiedni dobór rodzaju i konfiguracja połączeń uzwojenia transformatora SN/nN

Odkształcenia krzywej napięcia

Jest wynikiem wys. w sieci wyższych harmonicznych prądu i napięcia , w skutek obecności w sieci elementów o nie liniowej charakterystyce. Miarą odkształceń jest współczynnik odkształceń

U_n%- procentowa zawartość napięcia k-tej harmonicznej w odniesieniu do harmonicznej podstawowej napięcia zasilającego.

Skutki:

1. nagrzewanie maszyn wirujących

2. nagrzewanie i straty elektryczne w kondensatorach

3. straty w tranzystorach , zakłócenia w pracy urządzeń elektrycznych

21. Metody regulacji poziomu i fazy napięcia w sieciach elektroenergetycznych.

Regulacja napięcia

Obejmuje:

1. zmiany spadku napięcia (regulacja poziomu napięcia)

2. zmiany poprz. strat napięcia (regulacja fazy napięcia lub regulacja poprz. napięcia)

Regulacja poziomu napięcia

Metody:

• wprowadzenie napięć dodawczych (generatory, Tr)

• kompensacja mocy biernej (kompensatory synchroniczne, kondensatory równoległe)

• zmiana impedancji układy zasilania (kondensatory szeregowe)

Kryteria:

• dopuszczalny zakres odchyleń napięcia u odbiorcy

• dopuszczalny zakres odchyleń w samej sieci

• minimalizacja strat energii i mocy w sieci

Regulacja fazy napięcia

Istota polega na dodaniu do fazy o największych stratach napięcia dodatkowego napięcia otrzymanego z Tr dodawczego zasilanego z pozostałych faz. W wyniku dodania napięcia dodatkowego ulega zmianie nie tylko wartość napięcia regulowanego ale także jego faza.

22. Regulacja poziomu napięcia przez generator.

Metoda polega na podwyższeniu napięcia na zaciskach generatora w wyniku zmiany jego wzbudzenia. Wprowadzenie napięcia waha się w granicach od 5% do 10% U_N­

Zaletą jest ciągłość metody, wadą jest ograniczony zakres sterowania (konieczność uwzględnienia poziomu napięcia u odbiorników bliskich)

23. Regulacja poziomu napięcia przy pomocy transformatorów, istota regulacji zaczepowej.

Jest to podstawowy sposób regulacji napięcia. Jest to tzw. Regulacja zaczepowa polegająca na zmianie różnych zwojów poszczególnych uzwojeń Tr realizowana przez przełącznik zaczepów.

Przełączanie zaczepów może odbywać się:

1. w stanie beznapięciowym (głównie Tr Sn/nN umiejscowione w mniej ważnych punktach układu elektroenergetycznego)

2. pod obciążeniem (Tr w punktach układu elektroener. W których wymagana jest bieżąca i ciągła zmiana napięcia) Pracą przełączników sterują regulatory napięcia. Przełączanie zaczepów odbywa się przy pomocy przełączników indukcyjnych lub rezystancyjnych - ogr. Prądy zwarciowe, płynące pomiędzy przełączanymi zwojami.

Zaczepy regulacyjne wykonuje się zwykle w uzwojeniach wyższych napięć jedynie w Tr najwyższych napięć umieszczone są po stronie niższego napięcia od strony punktu gwiazdowego (poprawia to izolacje uzwojeń do kadzi)

Istotę zaczepowej regulacji napięcia opisuje wzór:

U_z = U₁ ( Z_d / Z_g ) = U₁ * ( 1 / ν_Z )

Z_g, Z_d - liczba pracujących zwojów uzwojenia górnego i dolnego.

ν_N = U_Ng/U_Nd = Z_Ng/Z_Nd - przekładnia znamionowa Tr

U_Ng, U_Nd - górne i dolne napięcia znamionowe Tr

Z_Ng, Z_Nd - liczba zwojów uzwojenia górnego i dolnego na zaczepie zerowym.

24. Rola transformatora równoległego i szeregowego w sieci elektroenergetycznej.

Kompensacja mocy biernej

Przepływ ind. Mocy biernej o wartości Q_L = P tgϕ w linii powoduje:

• zwiększenie spadków napięć

• zmniejszenie jej przepustowości

• zwiększenie strat mocy i energii

Przesyłanie mocy biernej jest niepożądane. Należy jej dostarczać w miarę jej zapotrzebowania, najczęściej przez załączenie kondensatorów równoległych.

Założenie baterii kondensatora powoduje zmniejszenie spadku napięcia w linii zasilającej o wartości:

ΔU_cr = ΔU₁₂ - ΔU_12r

ΔU₁₂ - spadek napięcia przed założeniem kondensatora

ΔU_12r­ - spadek napięcia po założeniu kondensatora.

Q_cr = [(ΔU₁₂ - ΔU_12r) / X_L ] U_z

Wzór ten umożliwia przy wyst. spadku napięcia
ΔU₁₂ > U_dop. wyzn. Moc Q_cr 3-f. baterii kondensatora jaką należy zał. w linii, aby dla P=const. uzyskać spadek napięcia ΔU₁₂<=U_dop.

Q_cr = P (tgϕ₁ - tgϕ₂)

Baterie mogą być załączone indywidualnie, grupowo lub centralnie. Kond. baterii mogą być połączone w gwiazdę lub trójkąt.

Zmiana impedancji układu zasilania.

Najłatwiej ją uzyskać instalując w linii przesyłowej kondensator szeregowy. Kondensator szeregowy powoduje:

1. tzw. punktowy wzrost napięcia (wskutek odłożenia napięcia I * X_cs)

2. zmniejszenie spadku napięcia w linii przesyłowej o wartości ΔU_cs

Spadek napięcia w linii skompensowany załączeniem kondensatora szeregowego o reaktancji X_cs można zapisać równaniem:

ΔU_cs = ΔU₁₂ - ΔU_12s

X_cs = [(ΔU₁₂ - ΔU_12s) / Q­_L­] * U_z

Kondensatory szeregowe ze względu na liniową zal. wyst. na nich spadku napięcia od wartości płynącego prądu stosuje się do ograniczania tętnień napięcia sieci wywołanego przez odbiorniki niespokojne. Liniowa zal. spadku napięcia na kond. od prądu sprawia też, że w liniach SN kond. szer. muszą być zabezpieczone iskiernikiem szeregowym.

27. Przyczyny awarii sieci elektroenergetycznych

Najczęstsze powody przerw w dostawie energii elektrycznej :

• wyłączenia l. ukł. Zasilania, awarie, planowane przeglądy i remonty

Przyczyny awarii:

• warunki atmosferyczne

• losowe uszkodzenia mechaniczne

• nie odp. jakość el. sieci

• procesy starzeniowe

Wyłączania zw. z zakłóceniami awaryjnymi charakt. Wsp. awaryjności (q ) zw. również wsp. zawodności:

q=t_a/T=mt/T

t_a-czas trwania wyłączenia awaryjnego

T- czas obserwacji urządzenia w ruchu

m- oczekiwana liczba awarii w okresie T

t- średni czas likwidacji awarii

Niezawodność pracy urządzenia określa wsp. niezawodności:

p=1-q=(T-t_a)/T

Niezawodność złożonego ukł. Sieciowego zależy od niezawodności poszczególnych jego elementów.

28. Metody oceny niezawodności pracy sieci elektroenergetycznej.

Metody obl. niezaw. sieci:

1. metoda wsp. niezaw.- wyznaczanie wypadkowego wsp. zawodności na pdst., którego określa się wypadkowy czas trwania awarii

2. metoda zawodn.-wartością poszukiwaną jest nie dostarczona energia

3. metoda intensywności zakłóceń-bazująca na analizie il. Zakłóceń i średnich czasach trwania uszkodzeń

Zakładając że zdarzenia są niezależne i nie wykluczają się wzajemnie wsp. zaw. W szeregowym ukł. Połączeń (q_AB) jest sumą wsp. awaryjności el. skł.

29. Współczynnik zawodności i niezawodności.

Zakładając jednakowe wsp. zawodności
(q_i = q = const.) i niezawodności (p_i = p = const.) dla wszystkich elementów pracujących w równoległym układzie połączeń, prawdopodobieństwo awarii:

1. jednego dow. Elementu z „n” elementów el. poł. równolegle wynosi: q_1/n = n * q * p^n-1

2. równoczesnej awarii „k” spośród „n” elementów wynosi:
   gdzie:
   
   a całkowite prawdopodobieństwo awarii (q_AB) jest sumą prawdopodobieństw możliwych kombinacji zdarzeń awaryjnych.

W układzie równoległym zaw. 2 Tr mogą występować następujące stany awaryjne:

1. awaria jednego Tr przy prawidłowej pracy drugiego Tr, prawdopodobieństwo awarii wynosi:
   

2. awaria dwóch Tr jednocześnie - jedna kombinacja, prawdopodobieństwo:
   stąd wypadkowe prawdopodobieństwa wystąpienia stanu awaryjnego w układzie dwóch równolegle pracujących Tr: q_AB = q_I + q_II

W układzie szer.-równ. wypadkowy współczynnik zawodności wynosi: q_AB = q₁ + q₂ + q_r

q₁, q₂ - wsp. zawodności el. 1 i 2

q_r - wypadkowy wsp. zawodności poł. równoległego.

30. Elektroenergetyczne linie napowietrzne.

Podstawowe elementy napowietrznej linii elektroenergetycznej (LN):

1. przewody robocze

2. przewody odgromowe

3. izolatory lub układy izolatorów

4. konstrukcje wsporcze

5. fundamenty i uziemienia konstrukcji wsporczych.

Przepisy normalizujące rozwiązania w budowie linii:

1. PN-E - 050100 - 1÷3

2. Pr PN-E - 5100 - 2

32. Zawieszenia przewodu, obostrzenia.

W zależności od funkcji jaką spełnia konstrukcja wsporcza oraz jaka jest wytrzymałość mechaniczna tej konstrukcji, stosuje się zawieszenie przelotowe (luźne) lub odciągowe (mocne) przewodów zarówno na izolatorach stojących jak i wiszących. Zawieszenie przelotowe stosowane jest przy jednakowym naciągu przewodów z obu stron lub przy nieznacznej różnicy naciągów. Zawieszenie to wykonuje się głównie na słupach przelotowych i narożnych. Zawieszenie odciągowe stosowane jest na słupach krańcowych, odporowych, odporowo-narożnych i rozgałęźnych.

Cecha charakterystyczna tego zawieszenia - dla każdego przęsła stosuje się oddzielny izolator, przewód zaś powinien być tak przymocowany do izolatora, ażeby nie miał możliwości przesunięcia.

Zawieszenie bezpieczne - zawieszenie zapobiegające opadnięciu przewodów w razie jego zerwania. Stosowane jest dla zawieszenia przelotowego i odciągowego oraz w przęsłach podlegających przepisom obostrzeniowym.

Obostrzenia. Dodatkowe środki zabezpieczeń linii w miejscu krzyżowania z innymi liniami, obiektami lub zbliżenia do nich. Są 3 stopnie obostrzenia: 1⁰, 2⁰, 3⁰.

Zwiększenie bezpieczeństwa linii elektroenerg. realizuje się przez:

1. odpowiedni zgodny z normą dobór przekroju przewodów i stosowanie w nich odpowiednich naprężeń - normalnego i katastrofalnego.

2. Stosowanie dodatkowych izolatorów w przypadku izolatorów stojących oraz dwu lub trzy rzędowych łańcuchów w przypadku izolatorów wiszących.

3. Stosowanie w krańcach przęsła skrzyżowaniowego słupów.

33. Ochrona przepięciowa i odgromowa.

Ochrona przepięciowa.

Linia o napięciu 110 kV i wyższych.

Wymienione linie wyładowań atmosferycznych chronione są jednym lub dwoma przewodami odgromowymi (z których jeden musi być połączony bezp. z uziomem słupa, a drugi przez przerwę iskrową w celu uniknięcia prądów indukowanych przez prądy robocze linii), które muszą być uziemione na każdym słupie. Rezystancja uziemienia słupa oraz rezystancja uziemienia ograniczników przepięć i iskierników zainstalowanych na słupach linii nie powinna przekraczać wartości:

1. 10 Ω przy rezystywności gruntu
   ρ < 1000 Ωm i 15 Ω przy rezystywności gruntu ρ >= 1000 Ωm w liniach U_n>110kV i niższym

2. 15 Ω dla ρ < 1000 Ωm i 20 Ω przy
   ρ >= 1000 Ωm w liniach U_n=120kV i 400kV

Odstęp „d” pomiędzy przewodem roboczym a odgromowym w środku przęsła linii w temp.
+10 st. C. powinien spełniać warunek:

d >= 0,015 a

a - rozpiętość przęsła

Przewody odgromowe wykonane są ze stalowej ocynkowanej linki. Minimalny przekrój = 50 mm². Ochronę przepięciową stanowią odgromniki wydmuchowe lub iskierniki. Linia o napięciach
1kV < U_n < 110 kV. W tych liniach nie ma potrzeby stosowania przewodów odgromowych na całej długości linii. Ochronę przepięciową stanowią ograniczniki przepięć lub iskierniki, które muszą być i są instalowane:

1. w miejscach pomiaru en. elektr. znajdujących się na słupach LN.

2. w miejscach połączenia linii LN z linią kablową (o długości < 2km)

Linie napowietrzne o napięciach do 1 kV.

Ochronę przepięciową stanowią ograniczniki przepięć klasy A, które muszą być instalowane:

1. na krańcach linii napowietrznej,
   co 500 m.

2. W miejscu połączenia linii kablowej do linii napowietrznej,

3. W liniach zasilających instalacje odbiorcze w budynkach

Uziemienie ograniczników przepięć jest wspólne z przewodem PEN, przew. instalacji odgromowej - rezystancja uziomu powinna być < 10 Ω.

34. Podstawowe elementy linii kablowej.

Podział kabli ze względu na przeznaczenie:

1. elekrtroenergetyczne - do przesyłu i deystrybucji energii elektrycznej.

2. sygnalizaycjne - wykorzystywane w obwodach sygnalizacji i sterowania

3. telekomunikacyjne

Elektroenergetyczne linie kablowe.

Linia kablowa - kabel wielożyłowy lub wiązka kabli jednożyłowych w układzie wielofazowym albo kilka jedno lub wielożyłowych kabli połączonych równolegle łącznie z osprzętem, ułożonych na wspólnej trasie i łączących zaciski tych samych (lub podobnych) urządzeń elektrycznych jedno- lub wielofazowych. Trasa kablowa, pas terenu lub przestrzeni, którego osią symetrii jest linia łącząca 2 lub więcej urządzeń elektrycznych.

35. Przeznaczenie, budowa, oznaczenie i zasada doboru kabli elektroenergetycznych.

Elementy konstrukcyjne kabla:

• żyły robocze (z Al lub Cu)

• izolacje - guma, kauczuk do 1 kV

• szczelna powłoka - płaszcz

• osłona powłoki, chroni przed przepięciem

• pancerz - przed uszkodzeniami mechanicznymi

• ochrona zewn. - wpływ czynników chemicznych (włókno, tworzywa sztuczne)

Kable dzielimy na:

1. niskonapięciowe (nn) - do 1 kV włącznie

2. średniego napięcia (SN) - od 6 kV do 60 kV

3. wysokiego napięcia (WN) - powyżej 60 kV

4. najwyższego napięcia (NN) - powyżej 220 kV

a,b - rozdział i dystrybucja

c,d - przesył

Zasada doboru kabli:

1. naprężenia rozciągowe - kable opancerzone drutami

2. przemieszczenie gruntu - kable z tworzyw sztucznych

3. ułożenie pod wodą - kable z ochroną przeciwkorozyjną

4. tunele, kanały, osłony - kable o powłoce ołowianej:

- nieopancerzone - w osłonie trudnopalnej;

- opancerzone - bez osłony włóknistej;

o powłoce z tworzyw sztucznych opancerzone lub nieopancerzone; o powłoce z tworzyw sztucznych w osłonie trudnopalnej.

Nie stosuje się kabli o izolacji papierowej przesyconej syciwem ściekającym.

Kryteria elektryczne:

1. napięcie znamionowe - nie może być mniejsze od napięcia znamionowego sieci, w której linia wykonana kablem ma pracować,

2. przekrój żył roboczych - dobrany w zależności od spadku dop. napięcia, dop. temperatury nagrzewania przez prądy robocze i zwarciowe.

3. wymagania ochrony przeciwporażeniowej.

36. Przeznaczenie i rodzaje osprzętu kablowego.

Osprzęt kablowy obejmuje mufy i głowice, służy do:

1. łącznia kabli ze sobą

2. wykonywania odgałęzień

3. wykonywania zakończeń kabli w celu podłączenia ich do szyn zbiorczych lub zasilanych odbiorników

Głowice kablowe - elementy osprzętu kablowego montowane na końcu linii kablowej w celu jej podłączenia do aparatury rozdzielczej.

Mufy - przeznaczone są do łączenia odcinków kabli z których zbudowana jest linia.

Głowice - do kabli o izolacji z poliwinitu i PE usieciowanego.

Mufy przelotowe.

Do połączenia kabli na napięcie 0,6/1kV wykorzystuje się:

1. mufę z rury winidurowej wypełnionej zalewą kablową,

2. mufę taśmową - izolacje w miejscu połączenia żył i osłonę zewnętrzną dokonuje się z taśm izolacyjnych

3. mufę żywiczną - zaizolowane połączenia zalewane są żywicą

4. mufę z rur termokurczliwych.

Podobne mufy wykorzystuje się do połączeń kabli o izolacji poliwinitowej na napięcie znamionowe 3,6/6kV.

Kable opancerzone - metalowe połączenie pancerzy łączonych kabli i skuteczne ich uziemienie.

Osprzęt do kabli o izolacji z PE usieciowanego na napięcie wyższe (0,6/1kV do 18/30kV).

Stosuje się głowice wnętrzowe i napowietrzne oraz mufy przelotowe.

Osprzęt do kabli na napięcie znamionowe 64/110kV i wyższe - dla kabli o izolacji z tworzyw sztucznych, dla kabli olejowych o izolacji papierowej.

W liniach kablowych SN znajdują się jeszcze głowice płaskie.

Elementy łączeniowe:

• złączki rurowe - dobre połączenie elektryczne i mechaniczne (Al lub Cu).

• końcówki kablowe i zaciski prądowe - do łączenia kabli z siecią energetyczną.

• praski hydrauliczne nożne i ręczne - do łączenia złączki rurowej lub końcówki kablowej z żyłą kabla, poprzez zaprasowanie.

Układanie kabli:

• Kanał kablowy - kanał w stropie, podłodze lub ziemi przykryty płytami zdejmowanymi zupełnie lub częściowo, przeznaczone do układania kabla i nieprzygotowany do poruszania się obsługi w jego wnętrzu.

• Tunel kablowy - układanie kabla, przystosowanie do poruszania się obsługi w jego wnętrzu.

• Szyb kablowy - pionowy kanał łączący więcej niż dwie kondygnacje budynku przeznaczony do układania w nim kabla.

• Estakada kablowa (pomost) - konstrukcja nadziemna przeznaczona do układania kabla.

• Drabinka kablowa - konstrukcja wsporcza w formie drabinki przeznaczona do układania kabla.

• Korytko kablowe - konstrukcja wsporcza w postaci jednego elementu o 3 jednolitych lub ażurowych ścianach przeznaczona do układania kabla.

• Studzienka kablowa - pomieszczenie podziemne ułatwiające montaż linii kablowych.

• Skrzyżowanie - miejsce na trasie linii kablowej w którym krzyżują się linie kablowe.

• Zbliżenie - miejsce na trasie, gdzie odległości między liniami kablowymi są mniejsze od dopuszczalnych.

• Osłona kablowa - konstrukcja chroniąca kabel przed uszkodzeniami mechanicznymi, chemicznymi i działaniem łuku elektrycznego.

37.Wybór trasy , ochrona kabli i ogólne zasady układania kabli

Zasady wyboru trasy :

• Trasa możliwie najkrótsza

• Kabel powinien być najmniej narażony na uszkodzenia mechaniczne i wpływy chemiczne

• Liczba skrzyżowań , zbliżeń z innymi urządzeniami oraz liczba przejść powinna być jak najmniejsza

• Należy unikać zbliżenia kabla do rurociągów cieplnych i innych źródeł ciepła

• Należy unikać miejsc nasłonecznionych

• W ziemi trasę należy prowadzić wzdłuż dróg ulic lub przez trawniki brzegów rzek i jezior

Ochrona kabli - ochrona przed uszkodzeniami mechanicznymi , prądami błądzącymi, promieniami UV uzyskiwana jest przez prowadzenie kabli w osłonach otaczających. W szczególności należy chronić kable :

• ułożone w ziemi pod drogami, torami

• ułożone na wys. <2m w miejscach dostępnych dla ludzi

• ułożone na mostach wiaduktach

• w miejscu wyjścia z osłon

W strefach zagrożonych prądami błądzącymi należy stosować osłonę o powłokach elektroizolacyjnych

Promienie UV - osłony wykonane z materiałów odpornych na ich działanie.

Zasady układania kabli :

• poza budynkami - bezpośrednio w ziemi, w rurach w blokach w kanałach i w tunelach kablowych

• wewnątrz budynków - bezpośrednio lub pod sufitem na odpowiednich konstrukcjach nośnych, w ścianach w stropach lub posadzkach w osłonie lub bez osłony, w kanałach i tunelach kablowych

Niedozwolone jest trwałe wmurowanie kabli w ściany posadzki i stropy.

Kanały i tunele kablowe stosuje wówczas, gdy należy poprowadzić większą liczbę kabli równoległych przy stosunkowo małym miejscu.

38. Zasady obowiązujące przy układaniu kabli:

• Temperatura kabla nie powinna być mniejsza od podanej przez producenta kabla

• Kabel można zginać tylko w przypadkach koniecznych, promień gięcia powinien być możliwie duży ale nie mniejszy od podanego przez producenta

• Kable jednożyłowe o powłokach metalowych lub z żyłą powrotną należy tak układać, ażeby nagrzewanie osłon poprzez indukowane prądy były jak najmniejsze

• Kable ułożone równolegle nie powinny stykać się ze sobą - dopuszcza się stykanie ze sobą na całej długości kabli jednożyłowych stanowiących jedną linię trójfazową lub wielofazową, oraz przeznaczonych do zasilania urządzeń oświetleniowych

• Zakończenia kabli o napięciu do 1 kV oraz kabli pracujących w warunkach napowietrznych należy zabezpieczyć przed przenikaniem wilgotności

• Zakończenie kabli o napięciu > 1kV - wykonać głowice kablową

• W pomieszczeniach, tunelach, kanałach i szybach należy unikać stosowania muf kablowych

• Łączenie i odgałęzienia kabli należy wykonywać przy pomocy muf , nie wolno wykonywać odgałęzień dla kabli > 1kV

• Metalowe powłoki oraz pancerze kabli powinny być połączone metalicznie ze sobą oraz z metalowymi kadłubami muf i głowic

Układanie kabli w ziemi - układanie na pewnej głębokości pod powierzchnią ziemi. Minimalne głębokości wynoszą :

• 50 cm - dla kabli do 1kV ułożonych pod chodnikiem i drogą rowerową , przeznaczonych do oświetlenia ulicznego, sygnalizacji ruchu i reklam

• 70 cm - w przypadku pozostałych kabli do 1kV z wyjątkiem ułożonych na użytkach rolnych

• 80 cm - w przypadku kabli powyżej 1kV z wyjątkiem ułożonych na użytkach rolnych

• 90 cm - na użytkach rolnych

W przypadku ułożenia kabli warstwami , pionowa odległość między kablami nie może być mniejsza od 15 cm.

---