Elektroenergetika 2 (A1B15EN2) LS 2015/2016

Transkript

1 Elektroenergetika (A1B15EN) LS 015/016

2 Témata Elektrické parametry vedení a prvků ES Stejnosměrná a střídavá vedení nn, vn Vedení vvn, náhradní články Uzlové sítě Vlny na vedení Zkraty Zemní spojení Stabilita přenosu Elektrické ochrany Elektrické stanice Uzemňování Dimenzování

3 Literatura [1] Fejt, Z., Čermák, J.: Elektroenergetika. Skripta ČVUT, 1985 [] Němeček, F.: Přenos a rozvod elektrické energie. Skripta ČVUT, 1983 [3] Trojánek, Z., Hájek, J., Kvasnica, P.: Přechodné jevy v elektrizačních soustavách. SNTL, 1987 [4] Fencl, F.: Elektrický rozvod a rozvodná zařízení. Skripta ČVUT, 009 [5] Fejt, Z., Němeček, F.: Elektroenergetika I: Příklady. Skripta ČVUT, 1984 [6] [7] H. Saadat: Power system analysis. USA, cgraw-hill, 1999 [8] Blume, Steven Warren. Electric power system basics: for the nonelectrical professional [online]. Hoboken: Wiley, 007 [cit ]. Dostupné z: < ISBN chap. 3, 4, spíše USA [9] El-Hawary,. E. Introduction to electrical power systems [online]. New York: Wiley, 008. IEEE Press series on power engineering [cit ]. Dostupné z:

4 < ISBN chap. 3, 4, 5, 7, 8 [10] Hase, Yoshihide. Handbook of power system engineering. Chichester: Wiley, 007. xxvi, 548 s. ISBN chap. 1,, 3, 5, 8, 1, 14, 18 [11] Kasicki, Ismail. Analysis and design of low-voltage power systems: an engineer's field guide. Weinheim: Wiley, 00. xxii, 387 s. ISBN chap. 8, 10, 1, 13, 15 [1] Kasikci, Ismail. Short circuits in power systems: a practical guide to IEC Weinheim: Wiley, 00. xvi, 6 s. ISBN chap. 1, 6, 7, 8, 10, 11, 13 [13] Horowitz, Stanley H. a Arun G. Phadke. Power system relaying. 3rd ed. Chichester: Wiley, 008. xvi, 331 s. ISBN zápočet semestrální práce zkouška 3 příklady + teoretické otázky

5 Elektrické parametry venkovních vedení 4 základní (primární) el. parametry (pro 1 fázi) činný odpor (rezistance) R1 (Ω/km) provozní indukčnost L1 (H/km) svod (konduktance) G1 (S/km) provozní kapacita C1 (F/km) Sekundární parametry indukční reaktance X1 L1 fl1 ( / km) kapacitní vodivost (susceptance) B1 C1 fc1 (S/ km) podélná impedance R jx ( / km) l 1 1 1

6 příčná admitance G jb (S/ km) Ŷq1 1 1 vlnová impedance v Ŷ l1 q1 ( ) konstanta přenosu 1 ˆ l1ŷq1 j (km α měrný útlum β měrný posuv pozn. - uvažujeme souměrné napájení a zatížení - sítě nn převažuje R vn R, L (při poruchách C) vvn R, L, G, C (rozprostřené par.) )

7 Vodiče venkovních vedení - plný průřez nebo lana (1 nebo více materiálů) - lana Cu, Al, slitiny, kompozity, optická vlákna, vysokoteplotní materiály - AlFe (Fe nosná duše, Al vodivý plášť) = ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced) S 0 ; 800 mm - př. označení 38-AL1/49-ST1A 350AlFe4 AlFe450/5 Lano Konstrukce Fe Al Lano poč.dr. Prům.dr Prům.duše Průřez poč.dr. Prům.dr Průřez Půměr Průřez RDC+0 ks mm mm mm ks mm mm mm mm km AlFe / ,36 11,80 83, ,75 331,34 6,80 414,45 0, AlFe 8 3+9/ ,36 9,90 5, ,90+3,75 46,55 8,70 479,05 0,0674 AlFe 450/5 3+9/ ,36 9,81 5, ,5 447,97 9,31 500,46 0, AL1/49-ST1A 1+6/ ,00 3,00 49, ,00 381,70 7,00 431,18 0, AL1/6-ST1A 1+6/ ,35 10,05 61, ,35 475,96 30,15 537,66 0,0608

8

9

10

11 Rezistance (činný odpor) Velikost ovlivňují: materiál vodiče, teplota, skinefekt, prodloužení délky kroucením dílčích vodičů, rozložení proudové hustoty po vrstvách, průhyb, nerovnoměrnost průřezu, spojky Při průchodu ss proudu (při 0C) 0 R1 dc0 S ( / km) 8 Cu: 0 1,7810 ( m) 8 Al: 0,8110 ( m) 8 Fe: 0 1,8 10 ( m) Al SAl Fe SFe AlFeDC S S Al Fe

12 Vliv teploty k 1 (T T 1 T 0 ) (T 1 T 0 ) ( ) 3 1 Cu: 3,9310 (K ) 3 1 Al: 4,0310 (K ) 3 1 Fe: 4,510 (K ) 6 10 K při běžném ΔT zanedbáno Al S Fe Al Al Al SAl S Fe S Fe Al S Fe Fe Al Al Al S Fe Fe Fe S Fe Fe Fe S Al Al Vliv AC proudu např. k ac 1 0, r 1 r1 f ; m, m, Hz, m, m r R 1dc0

13 k ac 1,004 1,3 ( ) empiricky podle počtu vrstev Al (Fe jádrem 3% proudu) dvouvrstvá k ac 1, 04 třívrstvá k ac 1, 06 čtyřvrstvá k ac 1, 05 V katalogu obvykle R1dc0 R1 R1dc0 k T k ac ( / km) cca R dc0 0,05 ; / km 1 AlFe4 R1dc0 ~ 0,7 Ω/km AlFe10 R1dc0 ~ 0,14 Ω/km AlFe70 R1dc0 ~ 0,4 Ω/km AlFe350 R1dc0 ~ 0,09 Ω/km AlFe95 R1dc0 ~ 0,3 Ω/km AlFe450 R1dc0 ~ 0,07 Ω/km AlFe10 R1dc0 ~ 0, Ω/km AlFe680 R1dc0 ~ 0,04 Ω/km

14 Indukčnost a podélná impedance Indukčnost a impedance ve smyčce r d l d kk, d k k,

15 Vnitřní indukčnost vodiče (mag. tok uvnitř vodiče) 0rv Lik (H / m; H / m,, ) H 0 m rv... relativní permeabilita vodiče α... nerovnoměrnost rozdělení proudu po průřezu Vnější indukčnost vodiče ve smyčce (mag. tok vně vodiče) 0 d Lek ln (H / m; H / m, m, m) r Vlastní indukčnost 0rv 0 d Lv Lik Lek ln 8 r d d Lv 0,05 rv 0,46log 0,46log r r (mh km 1 ; m, m)

16 ξ činitel nerovnoměrnosti rozložení proudové hustoty po průřezu a permeability vodiče,05 0,46 0 rv 10 0,809 ; 0,86 pro obvyklá AlFe lana Impedance jednoho vodiče ve smyčce vodičů 6 d kv R1k j0,4610 log m r 1

17 Vlastní impedance smyčky vodič-zem - země jako vodič stacionárního střídavého proudu - Rüdenbergova koncepce - hustota střídavého proudu v zemi je nerovnoměrná, největší přímo pod vedením

18 3 složky: a) R1k - rezistance respektující ztráty výkonu ve vodiči b) X1k reaktance respektující složku mag. toku spřaženého s vodičem a uzavírajícího se ve vodiči a ve vzduchu c) Z1g impedance respektující složku mag. toku v zemi v záběru s vodičem R jx R jx R jx kk R 1g kk kk f k pro f = 50 Hz je ( m R 1 1k ; Hz) 1g 1g 1 1g 0,0495 km kk R 1k f 10 4 j10 3 0,46log D g r km 1

19 Hloubka fiktivního vodiče v zemi, který svými účinky nahrazuje proud v zemi D g 0, f Dg ~ 100x m, tj. h<<dg ρ rezistivita země 7 (m; m, Hz) Typ zeminy ρ (Ω m) rašelina 30 ornice a jíl 100 vlhký písek suchý štěrk a písek kamenitá půda

20 Vzájemná impedance smyček vodič-zem - dvouvodičové jednofázové vedení d km h zpětné proudy se navzájem kompenzují

21 Dg d km výsledné elmag. působení zpětných proudů ve vodičích k, m na skutečné vodiče k, m je téměř nulové Impedance jednoho vodiče ve smyčce Û kv kv k kk k m kv kk km Odtud po dosazení D 3 g 1 kk R1k R1g j10 0,46log km r 3 d 1 km kv R1k j0,4610 log km r D 3 g km kk kv R1g j10 0,46log km d k km m km 1

22 Soustava n vodičů Uspořádání smyček n skutečných vodičů a země se nahradí n skutečnými a n fiktivními vodiči ve vzájemné vzdálenosti Dg.

23 Vlastní indukčnost a impedance (smyčka k-k ) Dg kk 0,46 log (mh / km; m, m) rk rk poloměr k-tého vodiče Dg kk R kk jlkk R1k R1g j0,1445log r k km Vzájemná indukčnost a impedance (smyčky k-k, m-m ) Dg km 0,46 log mk (mh / km; m, m) d km mk R km km jl km R 1g D j0,1445log d g km km

24 Úbytek napětí v k-tém vodiči Û k (pro n m1 km m (V / km) m k je d kk rk ) Provozní impedance (indukčnost) 1 osamoceného vodiče vyvolá stejný úbytek napětí jako v soustavě n vodičů (může být komplexní, dána provozním stavem) Û k n m1 km m n-vodičový systém Û] j[ [ km k ][] k k n m1 km k m Lˆ k n m1 k km m

25 Jednoduché (nesymetrické) trojfázové vedení Symetrické zatížení a c a b a a â â 0 â â 1 e 3 j 1 â e 3 j 1 â 3 j 3 j

26 Provozní indukčnosti aaa abb Lˆ a Lˆ Lˆ b c ab ac a a a bb b bc c b b ac bc cc c c c aa â â â ab ac ab bb â â bc â ac bc cc Obecně aa bb cc ab bc ac Lˆ a Lˆ b Lˆ c nestejné úbytky napětí (velikost i fáze) napěťová nesymetrie, předávání činného výkonu mezi fázemi elmag. vazbou bez dalšího zatěžování zdrojů transpozice

27 Transpozice 3f vedení = výměna poloh vodičů tak, že výsledně je každý v určité poloze v 1/3 délky Úbytky napětí Û Û Û a b c 1 j a b c

28

29 Označíme ) ( ) ( 3 1 ' Potom a a a c b a â â ' ' ' ' ' ' j Û Û Û Provozní indukčnosti fází při transponovaném a symetricky zatíženém vedení jsou shodné a reálné: â' ' â L a ' L L L c b a

30 Po dosazení Dg 0,46 log r (mh / km) Dg ' 0,46 log d (mh / km) střední geometrická vzdálenost d 3 d d 1 13d 3 Výsledně L 1 L a L b R 1 1 L c 0,46 log d r d j0,1445log r (mh / km) km

31 Dvojité vedení se dvěma zemnicími lany

32 Û Û Û Û Û Û Û Û a b c A B C z1 z aa ba ca Aa Ba Ca z1a za ab bb cb Ab Bb Cb z1b zb ac bc cc Ac Bc Cc z1c zc aa ba ca AA BA CA z1a za ab bb cb AB BB CB z1b zb ac bc cc AC BC CC z1c zc az1 bz1 cz1 Az1 Bz1 Cz1 z1z1 zz1 az bz cz Az Bz Cz z1z zz Po úpravách lze napsat (předpoklad spojitého uzemnění zemnicích lan) Û v vv v vv V vz z Û V Vv v VV V Vz z 0 Û z zv v zv V zz z a b c A B C z1 z

33 proudy v zemnicích lanech Pro modifikované vedení 1 z zz 1 1 Û v 1 1 Û V vv Vv vz Vz zz zz zv zv v v zv - jedná se o pomyslné vedení bez zemnicích lan, které by se chovalo jako skutečné vedení se zemnicími lany - pro převod impedancí do souměrných složek v vv VV zv vz Vz V zz zz zv zv V V

34 Vedení se svazkovými vodiči Svazkový vodič - jednu fázi tvoří n dílčích vodičů spojených paralelně - uspořádání v pravidelném n-úhelníku - zvyšuje počáteční napětí koróny - od napětí 400 kv výše U (kv) n a400kv = 40 cm

35 ČR: 400 kv trojsvazek

36 Kladno 110 kv (), Kanada 750 kv (4), Čína 1000 kv (8)

37 Provozní indukčnost d L1 0,46 log (mh / km) ere ekvivalentní poloměr svazku n r n e R r R ekvivalentní činitel n e svazkový vodič snižuje L, snižuje R (vodiče paralelně) a zvyšuje C kv X ~ 0,35 /km 110 kv X ~ 0,35 0,4 /km 0 kv X ~ 0,4 /km 400 kv X ~ 0,3 /km 750 kv X ~ 0,5 /km

38 Netočivé reaktance Fe zemnicí lana - X0 ~ (3,5 5,5)X1 AlFe zemnicí lana - X0 ~ ( 4)X1

39 Svod Způsobuje činné ztráty svodem k zemi (přes izolátory, korónou dominantní u venkovního vedení). Závislé na napětí, povětrnostních podmínkách (p, T, vlhkost), vodičích. álo závislé na zatížení. Výpočtem ze ztrát korónou P 3U I 3G U G U S f S 1 f 1 W km PS G1 (S/ km; W / km, V) U G1 10 S km x B1 10 S km U (kv) G1 (S/km) 110 (3,6 5) (,5 3,6) (1,4 ) (1,3,5) (1,0 )

40