Elektroenergetika 1. Elektrické části elektrárenských bloků

Transkript

1 Elektrické části elektrárenských bloků

2 Elektrická část elektrárny Hlavním úkolem elektrické části elektráren je: Vyvedení výkonu z elektrárny - zprostředkování spojení alternátoru s elektrizační soustavou Zajištění vlastní spotřeby (VS) - zajištění napájení hlavních výrobních zařízení a pomocných provozů při výrobě elektřiny. Zajištění řídících, kontrolních a ochranných funkcí při výrobě elektřiny Elektrické části elektrárenských bloků 2

3 Systémy přípojnic Systém s jednou přípojnicí Elektrické části elektrárenských bloků 3

4 Systémy přípojnic Systém s dvojitou přípojnicí Elektrické části elektrárenských bloků 4

5 Systémy přípojnic Systémy s pomocnou přípojnicí Elektrické části elektrárenských bloků 5

6 Zdroje vlastní spotřeby elektrárny Najížděcí zdroj vlastní spotřeby Najíždění elektrárny z úplného klidu ze soustavy, ve zvláštních případech vodní elektrárna, dieselagregát, generátor s plynovou turbínou apod. Pracovní zdroj vlastní spotřeby Napájení vlastní spotřeby při normálím provozu z vlastního generátoru Záložní zdroj vlastní spotřeby Napájení vlastní spotřeby v případě poruchy pracovního zdroje, většinou ze soustavy Nouzový zdroj vlastní spotřeby Doběh elektrárny při poruše pracovního a záložního zdroje Elektrické části elektrárenských bloků 6

7 Základní elektrické schéma elektrárny Elektrické části elektrárenských bloků 7

8 Vlastní spotřeba elektrárny Elektrická energie potřebná pro zajištění činnosti hlavních výrobních zařízení při její výrobě včetně všech jejich ztrát a ztrát v rozvodech Elektrické části elektrárenských bloků 8

9 Transformátory Blokové transformátory Olejové transformátory s výkonem od několika desítek MVA do více než 1000 MVA shodně s výkonem bloku Spojení transformátoru je obvykle Dyn, spojení D je na straně generátoru > zamezuje šíření třetí hrmonické a jejích násobků Velikost transformátoru je limitována dopravními možnostmi a proto se velké jednotky dodávají ve formě tří jednofázových transformátorů. Elektrické části elektrárenských bloků 9

10 Transformátory Odbočkové transformátory Napájejí vlastní spotřebu a navrhují se podle schématu pro napájení vlastní spotřeby. Minimální zdánlivý výkon odbočkového transformátoru se stanoví jako součet soudobých příkonů spotřebičů vlastní Rezervní transformátor Transformátor pro napájení vlastní spotřeby v případě výpadku pracovních zdrojů. Elektrické části elektrárenských bloků 10

11 Elektrické části elektrárenských bloků 11 Elektroenergetika 1 Náhradní schéma transformátoru Musí být proveden přepočet sekundárních veličin tak, aby převod p= ' 2 2 ' 2, ˆ ˆ R p R p I I 2 2 ' 2 L p L Napěťové rovnice ' 2 ' 2 2 ' 2 ' 2 ' ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ i i U I L j I R U U I L j R I U

12 Fázorový diagram transformátoru Elektrické části elektrárenských bloků 12

13 Asynchronní motor Asynchronní stroj má hladký rotor a trojfázové vinutí na statoru i rotoru. Rotorové vinutí je spojeno dokrátka, proud rotorem protéká rotorem jako důsledek indukce, která působí jen v případě, že bude relativní pohyb rotoru vůči točivému poli statoru Elektrické části elektrárenských bloků 13

14 Náhradní schéma asynchronního stroje R s -odpor statoru, X s - rozptylová reaktanca statoru, X µ - magnetizační reaktanci, R r přepočtený odpor rotoru a X r přepočtená reaktance rotoru, s skluz. Za předpokladu, že platí R s 0; X µ >> X s, pak proud motoru lze vyjádřit vztahem: I = U X r + X s 2 + R r 2 s 2 a činný výkon motoru: P e = R r s 2 = U 2 R r X r + X s 2 s 2 + R r 2 Elektrické části elektrárenských bloků 14

15 Momentová charakteristika Alternátor Motor Brzda Elektrické části elektrárenských bloků 15

16 Alternátory V současné době se v elektrárnách využívají výhradně synchronní generátory Turboalternátory Vysokootáčkové stroje s hladkým rotorem Hydroalternátory Nízkootáčkové stroje s vyniklými póly Elektrické části elektrárenských bloků 16

17 Synchronní generátor Synchronní otáčky n s = 60f p Reakce kotvy závisí na velikosti statorového proudu a druhu zátěže (fázový posun) Elektrické části elektrárenských bloků 17

18 Náhradní schéma synchronního generátoru ^ I U = U i + R መI + jωl σ መI U i = U if + jωl ad መI L je rozptylová indukčnost L ad je indukčnost reprezentující reakci kotvy Elektrické části elektrárenských bloků 18

19 Fázorový diagram Elektrické části elektrárenských bloků 19

20 Dimenzování vlastní spotřeby Výkon zdrojů vlastní spotřeby se navrhuje na základě součtového výkonu všech spotřebičů S P = σ i P ni cosφ n β kde koeficient náročnosti β = k vk s η m η s m je střední účinnost spotřebičů při daném využití, s je účinnost napájecí soustavy od místa připojení VS Elektrické části elektrárenských bloků 20

21 Dimenzování vlastní spotřeby koeficient současnosti k s = σ i P si σ i P ni Kde σ i P si je součet jmenovitých výkonů současně pracujících spotřebičů ve skupině σ i P ni je instalovaný výkon skupiny spotřebičů koeficient využití k v = σ i P i σ i P si σ i P i je součet výkonů současně pracujících spotřebičů ve skupině σ i P ni je instalovaný výkon skupiny spotřebičů Elektrické části elektrárenských bloků 21

22 Dimenzování VS Jmenovitý výkon zdroje VS musí potom být: S Z S P Dále musíme zajistit, aby Napětí na svorkách elektromotorů bylo v rozmezí ±5% U n při spouštění největšího spotřebiče nemá být min. pokles napětí pod 0,85 U n, nesmí klesnout pod 0,8 U n pokles napětí při spouštění skupiny spotřebičů nesmí klesnout pod 0,65 U n Elektrické části elektrárenských bloků 22

23 Dimenzování VS Pro záložní zdroje musí být navíc splněno: Jeden záskokový transformátor pro dva bloky, dva záskokové transformátory pro více bloků Každý záskokový transformátor musí zajistit současně běžný provoz jednoho bloku, chod druhého bloku naprázdno + 50 % společné vlastní spotřeby U jaderných elektráren musí navíc zajistit i odstavení druhého bloku Elektrické části elektrárenských bloků 23

24 Dimenzování vodičů Dimenzování vodiče na zatížení trvalým provozním proudem I n Dimenzování vodiče na zkratové proudy I k (tepelné a dynamické zatížení) Mechanické (silové) provozní namáhání Napět ové namáhání (izolace kabelů) Vlivy prostředí a nestandardních režimů provozu Elektrické části elektrárenských bloků 24

25 Materiál a tvar vodičů Elektrické části elektrárenských bloků 25

26 Dimenzování vodičů na trvalý provoz Elektrické části elektrárenských bloků 26

27 Ohřev vodiče Jouleovým teplem Elektrické části elektrárenských bloků 27

28 Ohřev vodiče slunečním zářením Elektrické části elektrárenských bloků 28

29 Teplo odvedené z vodiče prouděním Elektrické části elektrárenských bloků 29

30 Teplo z vodiče vyzářené Elektrické části elektrárenských bloků 30

31 Dimenzování vodičů na zkratový proud Elektrické části elektrárenských bloků 31

32 Tepelné dimenzování na zkratový proud Elektrické části elektrárenských bloků 32

33 Mechanické dimenzování na zkratový proud Elektrické části elektrárenských bloků 33

34 Mechanické dimenzování na zkratový proud Elektrické části elektrárenských bloků 34