VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING TESTOVÁNÍ EXPERIMENTÁLNÍHO MODELU DISTRIBUČNÍ SOUSTAVY 22 KV BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR MILAN MUSIL BRNO 2015

2

3 Bibliografická citace práce: MUSIL, M. Testování experimentálního modelu distribuční soustavy 22kV. Bakalářská práce. Brno: Ústav elektroenergetiky FEKT VUT v Brně, 2015, 48 stran. Vedoucí bakalářské práce Ing. Jan Novotný. Jako autor uvedené bakalářské práce dále prohlašuji, ţe v souvislosti s vytvořením této bakalářské práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně moţných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. Díl 4 Trestního zákoníku č. 40/2009 Sb.

4 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav elektroenergetiky Bakalářská práce Testování experimentálního modelu distribuční soustavy 22 kv Milan Musil vedoucí: Ing. Jan Novotný Ústav elektroenergetiky, FEKT VUT v Brně, 2015 Brno

5 BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Electrical Engineering and Communication Department of Electrical Power Engineering Bachelor's Thesis Testing of the experimental model of the distribution system 22 kv by Milan Musil Supervisor: Ing. Jan Novotný Brno University of Technology, 2015 Brno

6 Abstrakt 6 ABSTRAKT Práce se zabývá praktickým ověřením a zjištěním klíčových parametrů prvků modelu (vedení, transformátor, zhášecí tlumivka). Toto ověření je potřebné pro případné testování modelu při poruchách, které by mohly nastat v nakonfigurované síti. Vlastní měření probíhalo pomocí ekvivalentního modelu a následně pomocí výpočtů netočivé sloţky impedance, případně admitance a jejich sloţek. Mimo jiné bylo potřeba zjistit také parametry transformátorů, které spočívaly v měření silovém. Další částí se práce zabývá návrhem nových prvků modelu. Nejpodstatnější z nich je model vypínače, který je potřebný pro ochranu modelu a zároveň okolí při nestandartních stavech sítě, tedy poruchách. KLÍČOVÁ SLOVA: výzkumný model části distribuční sítě vysokého napětí, experimentální model distribuční sítě; model napájecí rozvodny; segmenty venkovního a kabelového vedení; model vypínače

7 Abstract 7 ABSTRACT The aim of this project is practical verification and finding of the main parameters of model elements (lines, transformer, suppresion coil). This supresion is needed for eventual model testing of faults that might occur in the configured distribution network. The measurement was done using the equivalent model and computing zero-sequence impedance or admittance and their parts. Also it was necessary to find out the parameters of transformer, which consisted of a force measurement. Another part of thesis deals with the proposal of the new model elements. The most important of them is the model of switch, witch needed to protect model and the surroundings during nonstandart network conditions (faults). KEY WORDS: experimental model of MV distribution system; model of main (feeding) substation; modules of part of overhead and cable lines; model of power switch

8 Obsah 8 OBSAH SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK ÚVOD KONSTRUKCE MODELU MĚŘÍTKO NAVRŢENÉHO MODELU SOUSTAVY NAPÁJECÍ ROZVODNA [2] ZHÁŠECÍ TLUMIVKA VEDENÍ VENKOVNÍ VEDENÍ KABELOVÉ VEDENÍ ZAPOJENÍ MODELU ZPROVOZNĚNÍ MODELU MĚŘENÍ PRVKŮ MODELU MĚŘENÍ NETOČIVÉ SLOŢKY MĚŘENÍ JEDNOTLIVÝCH PRVKŮ NAPÁJECÍ TRANSFORMÁTOR DISTRIBUČNÍ TRANSFORMÁTOR ZHÁŠECÍ TLUMIVKA VEDENÍ ZHODNOCENÍ MĚŘENÍ KONTROLNÍ MĚŘENÍ MODEL A REALITA ZÁVĚR KE KONTROLNÍMU MĚŘENÍ NÁVRH NOVÝCH MODELŮ... 36

9 Obsah VYPÍNAČ KONSTRUKCE VYPÍNAČE POSTUP PŘI NÁVRHU REALIZACE VRCHNÍ STRANA VYPÍNAČE ZPOŢDĚNÍ VYPÍNAČE ZÁTĚŢE ZÁVĚR POUŢITÁ LITERATURA PŘÍLOHA A PŘÍLOHA B PŘÍLOHA C PŘÍLOHA D PŘÍLOHA E... 48

10 Seznam obrázků 10 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 2-1 Model napájecí rozvodny 110/22 kv, převzato z [3] Obr. 2-2 Upořádání vodičů segmentů vedení rovinné a) a do rovnostranného trojúhelníka b) Obr. 2-3 Náhradní schéma kabelového vedení pomocí π-článku, převzato z [3] Obr. 3-1 Schématický příklad modelu distribuční soustavy Obr. 3-2 Svorky napájecího transformátoru Obr. 3-3 Zapojení svorek terciálního vinutí Obr. 3-4 Ukázka propojení dvou segmentů vedení Obr. 4-1 Příklad zapojení pro měření netočivé složky proudu Obr. 4-2 Charakteristika tlumivky Obr. 5-1 Schéma vypínače Obr. 5-2 Rozložení vrchní strany vypínače Obr. 5-3 Schéma navržených zátěží... 41

11 Seznam tabulek 11 SEZNAM TABULEK Tab. 2-1 Parametry pro vedení V1 a V Tab. 2-2 Parametry pro vedení V Tab. 2-3 Parametry kabelového vedení Tab. 4-1 Hodnoty vypočtené z primární strany NT Tab. 4-2 Hodnoty vypočtené ze sekundární strany NT Tab. 4-3 Hodnoty vypočtené pro terciální vinutí NT Tab. 4-4 Vypočtené hodnoty silového měření a jeho jednofázového ekvivalentu pro NT Tab. 4-5 Hodnoty vypočtené z primární strany DT Tab. 4-6 Hodnoty vypočtené ze sekundární strany DT Tab. 4-7 Hodnoty silového měření a jejich jednofázový ekvivalent pro DT Tab. 4-8 Naměřené hodnoty primárního vinutí cívky Tab. 4-9 Hodnoty sekundárního vinutí cívky Tab Vypočtené hodnoty venkovního vedení Tab Vypočtené hodnoty kabelového vedení Tab Hodnoty po kontrolním měření venkovního vedení Tab Hodnoty po kontrolní měření kabelového vedení Tab Porovnání návrhu a reality kabelového vedení Tab Hodnoty navržené a reálné pro vedení typu Pařát Tab Hodnoty navržené a reálné pro vedení typu Rovinné uspořádání Tab. 5-1 Zapínací čas vypínače Tab. 5-2 Vypínací čas vypínače Tab. 5-3 Ideální stav navržených zátěží pro jednotlivé stupně Tab. 5-4 Hodnoty odporů zvolené pro paralelní řazení... 41

12 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK Seznam symbolů a zkratek 12 Z, Z příklad značení komplexního čísla ϕ průměr vodiče mm cos φ účiník zařízení - C 10 vlastní kapacita fázového vodiče L1 proti zemi nf/km C 20 vlastní kapacita fázového vodiče L2 proti zemi nf/km C 30 vlastní kapacita fázového vodiče L3 proti zemi nf/km C 12 vzájemná kapacita fázový vodičů L1 a L2 nf/km C 13 vzájemná kapacita fázový vodičů L1 a L3 nf/km C 23 vzájemná kapacita fázový vodičů L2 a L3 nf/km C P,1f kapacita příčné větve vedení F G vodivost zhášecí tlumivky ms I load odběrový fázový proud A I n jmenovitý proud zvoleného typu vedení A I n,max maximální proud zátěţí A I res jmenovitý proud daným rezistorem A I L proud procházející tlumivkou A I N jmenovitý proud A I N,model jmenovitý proud modelu A I N,skut jmenovitý proud skutečné DS A I max_10 maximální zkratový proud po dobu 10 s A I 0 netočivý proud A I thn krátkodobý zkratový proud A i 0 proud naprázdno u transformátoru % L 1f indukčnost tlumivky H L 1f,P indukčnost primární strany transformátoru H L 1f,S indukčnost sekundární strany transformátoru H L 12f,S indukčnost přepočtená z primární na sekundární stranu H L 21f,P indukčnost přepočtená ze sekundární na primární stranu H L indukčnost H L vodiče vlastní indukčnost vodiče mh/km L S,1f indukčnost podélné větve vedení H m I proudové měřítko modelu -

13 Seznam symbolů a zkratek 13 m U napěťové měřítko modelu - m Z impedanční měřítko modelu - M 12 vzájemná indukčnost fázových vodičů L1 a L2 mh/km M 13 vzájemná indukčnost fázových vodičů L1 a L3 mh/km M 23 vzájemná indukčnost fázových vodičů L2 a L3 mh/km p převod transformátoru - P n,3f jmenovitý třífázový výkon W P res ztrátový výkon navrţených rezistorů W ΔP k ztráty transformátoru nakrátko W ΔP 0 ztráty transformátoru naprázdno W R 1f odpor tlumivky Ω R 1f,P odpor primární strany transformátoru Ω R 1f,S odpor sekundární strany transformátoru Ω R 12f,S odpor přepočtený z primární na sekundární stranu Ω R 21f,P odpor přepočtený ze sekundární na primární stranu Ω R n,30% odpor zátěţe odpovídající zatíţení 30 % Ω R n,60% odpor zátěţe odpovídající zatíţení 60 % Ω R n,80% odpor zátěţe odpovídající zatíţení 80 % Ω R n,100% odpor zátěţe odpovídající zatíţení 100 % Ω R k odpor podélné větve vodiče Ω/km R p proměnný odpor zátěţe Ω R svod svod vedení Ω/km R P,1f odpor příčné větve vedení Ω R S,1f odpor podélné větve vedení Ω S k zdánlivý výkon transformátoru nakrátko VA S 0 zdánlivý výkon transformátoru naprázdno VA U N jmenovité napětí V U N,model jmenovité napětí modelu V U N,skut jmenovité napětí skutečné DS V U 0 netočivé napětí V u k poměrné napětí transformátoru nakrátko % Y 0,1f netočivá jednofázová admitance S Y 0,3f netočivá třífázová admitance S Z 0 netočivá impedance Ω

14 Seznam symbolů a zkratek 14 Z 0,1f netočivá jednofázová impedance tlumivky Ω Z 0,3f netočivá třífázová impedance tlumivky Ω Z P(0),1f netočivá jednofázová impedance primární strany Ω Z P(0),3f netočivá třífázová impedance primární strany Ω Z S(0),1f netočivá jednofázová impedance sekundární strany Ω Z S(0),3f netočivá třífázová impedance sekundární strany Ω DS DT DTS NT VN V1 V2 V3 distribuční síť distribuční transformátor distribuční trafostanice napájecí transformátor vysoké napětí zástupný symbol vedení zástupný symbol vedení zástupný symbol vedení

15 1 Úvod 15 1 ÚVOD Distribuční soustava 22 kv je nejrozšířenější soustavou vysokého napětí (VN) na našem území. Pomocí této soustavy je přivedeno napětí k distribučním transformátorům, které změní hladinu napětí na 3x230/400V, z kterých je dále napájena převáţná část obcí, měst a menších průmyslových podniků. Pro moţnosti výuky a demonstrace, jak vlastně tato soustava 22 kv funguje, byl vytvořen experimentální model distribuční soustavy 22kV. Tento model má slouţit k ověření chování reálného vedení v rámci laboratorních prostor, kdy je moţno vyzkoušet simulaci většiny stavů, ve kterých se tento model můţe nacházet. Ať jiţ de o normální provozní podmínky, nebo například o poruchové stavy, které na vedení, případně celé soustavě se mohou objevit. S tím je spjato také to, ţe na modelu lze zkoumat nové metody pro eliminaci reziduálních proudů, které se objevují v místě poruchy s tou výhodou, ţe v reálné distribuční soustavě by při tomto zkoumání mohlo dojít k negativním vlivům na ni, nebo k materiálním či finančním škodám. Dále má slouţit k demonstračním a výukovým účelům v rámci jednotlivých předmětů, případně seznámení odborné, ale i laické veřejnosti, s moţnými stavy a chování této soustavy. Pro model bylo zvoleno napěťové měřítko m U = 220, proudové měřítko m I = 160 a měřítko impedance m Z = 1,375. Dalšími limitujícími faktory pro model jsou hodnoty proudu, které se mohou v modelu objevit. Jmenovitý proud modelu je I N,model = 0,7 A, maximální zatíţení fázového vodiče po dobu 10 s - maximální zkratový proud je I max_10 = 6 A, přičemţ je moţné, aby modelem protékal krátkodobý zkratový proud po dobu 1 sekundy, který je I thn = 15 A.

16 2 Konstrukce modelu 16 2 KONSTRUKCE MODELU Model sestává z několika segmentů, které představují jednotlivé části distribuční soustavy, jako jsou venkovní vedení, kabelová vedení. Mimo jiné distribuční transformátory a v neposlední řadě také zátěţe a měřící prvky. Celá tato sestava je napájena z modelu, který znázorňuje napájecí rozvodnu 110/22 kv, která obsahuje zhášecí tlumivku s pomocným odporníkem, který je automaticky připínán, a dále obsahuje automatiku, která slouţí k přizemnění vybraných fázi během poruchy. Sestava je tvořena dvěma samonosnými konstrukcemi, z nichţ jedna tvoří napájecí rozvodnu a ta druhá je společná pro zbylé části sestavy. Je na ní moţné nakonfigurovat libovolnou síť z dostupných modelů kabelového nebo venkovního vedení a zátěţí. Jednotlivé prvky segmentů vedení, zátěţí a snímačů proudu jsou umístěny v univerzálních krabičkách z polykarbonátu o rozměrech 250x150x90 mm. 2.1 Měřítko navrţeného modelu soustavy Měřítko napětí bylo zvoleno pro napěťovou hladinu 22 kv: U N, skut 22000V mu 220 ( ;V,V) (2.1) U 100V N,model Jmenovitý proud modelu byl stanoven na hodnotu 0,7 A, ale je moţná přetíţitelnost do 15 A po dobu 1 sekundy. Navrţené měřítko proudu bylo zvoleno tak, aby bylo moţno do obvodu začlenit libovolnou digitální ochranu. Stanovené měřítko potom tedy je: I N, skut 2400A mi 160 ( ;A,A) (2.2) I 15A N,model Dle měřítka napětí a proudu lze nyní stanovit měřítko impedance modelu: mu Z skut 220 m Z 1,375 ( ; ) (2.3) m Z 160 I model

17 2 Konstrukce modelu Napájecí rozvodna [2] Je tvořena z konstrukce, která je uspořádána aby co nejlépe znázorňovala a vystihovala reálnou napájecí rozvodnu. Celý tento model je oddělen od zbylé části sestavy. Tento model je napájen z trojviňuťového sniţujícího transformátoru 3x400/3x100 V. Tedy rozvodna je napájena z běţně dostupné sítě. Tedy tento model je moţné demonstrovat prakticky kdekoliv, kde se nachází zásuvka se sdruţeným síťovým napětím. Dále je na tomto modelu umístěna kompenzační regulovaná tlumivka, kterou je moţné regulovat kapacitní proud (kompenzovat) při zemním spojení tak, aby v místě, kde vznikla porucha, se vyskytoval pouze reziduální, neboli zbytkový proud, který je několika násobně niţší neţ poruchový proud. Je obsazena automatikou připínání odporníku, který společně s tlumivkou tvoří kompenzaci vzniklých poruch. Většina ochran má problém s detekováním poruch, protoţe skrze tlumivku protéká velmi malý proud. Toto připínání způsobuje, ţe u poruchového proudu dojde k navýšení jeho činné sloţky, která sniţuje dopad negativních účinků při poruchách, neboli ochrany posléze dokáţí detekovat, ţe nastala porucha. Časové obvody, které se na této části modelu vyskytují, tak souvisí s automatikou připínání odporníku. Tyto obvody po předem definovaném čase při zjištění zemního spojení připnou, na čas, který je nezbytný, odporník aby mohla vyhodnotit situaci a případně zareagovat ochrana. Pokud by nedošlo k samočinnému odeznění zemního spojení, tak by po úspěšném detekování postiţené fáze došlo k vyhledávání místa poruchy. Vzhledem k tomu, ţe při těchto poruchách se vyskytují vysoké napětí a proudy, tak aby se zabránilo jejich působení a úrazům s nimi spjatými, tak se do odstranění příčiny poruchy přizemní postiţená fáze. Toto přizemnění se děje v samotné napájecí rozvodně, tedy i na našem modelu. Podrobnější informace o tomto řešení naleznete v knize [2]. Umístěny jsou zde i svorky, na které se připojují měřicí přístroje, které jsou potřebné pro naladění tlumivky. V neposlední řadě se také na modelu nachází výstupní svorky, které představují přípojnice. Slouţí k napojení jednotlivých prvků vedení a kabelů. Mimo jiné se na modelu také nachází blok porucha, kde je moţno připnout odpor, který je charakteristický pro některé druhy poruch, jako je zemní spojení či zkraty, a spínač, kterým daný odpor připojíme do systému napájecí rozvodny. Schéma modelu napájecí rozvodny můţeme vidět na Obr. 2-1.

18 2 Konstrukce modelu 18 Obr. 2-1 Model napájecí rozvodny 110/22 kv, převzato z [3]

19 2 Konstrukce modelu Zhášecí tlumivka Tlumivka je tvořena primárním vinutím, které se připojuje mezi soustavu zemnění a uzel transformátoru, kterým napájíme rozvodnu. Dále výkonovým vinutím, na které je připojena automatika připínání pomocného odporníku. Pro docílení vysoké úrovně bezpečnosti by měl být střed výkonového vinutí uzemněn. Je určena k regulaci kapacitního proudu. Celé ladění zhášecí tlumivky je závislé na napětí U 0, které se vyskytuje mezi nulovým bodem transformátoru a soustavou určenou k zemnění. Dále také na proudu, který prochází tlumivkou a který se snaţí vykompenzovat kapacitní proud, který prochází vinutím. 2.4 Vedení Vedení distribučních sítí se realizuje ve dvou provedeních, a to jako venkovní vedení, případně jako kabelové vedení. Kaţdé z vedení má svoje výhody i nevýhody. Venkovní vedení jsou umístěna na sloupech, případně stoţárech, čili zabírají určitou část prostoru v přírodě, musí být dodrţeny minimální bezpečné vzdálenosti mezi jednotlivými fázemi (vodiči). Naopak kabelové vedení je umísťováno do země, případně kanálech, šachtách a dalších. U těchto kabelů jsou menší nároky na vzdálenosti mezi jednotlivými fázovými vodiči, to vyplývá z materiálu a konstrukce. Více informací o vedeních a jejich vlastnostech se lze dozvědět například v literatuře [4],[5] Venkovní vedení Model obsahuje 11 segmentů, které představují 10kilometrové úseky třífázového venkovního vedení distribuční sítě. Z těchto 11 segmentů jsou 3 segmenty rovinného uspořádání a představují model vedení 35 AlFe6, které představují vedení o délce 30 kilometrů. Toto vedení má zástupný symbol V2. Zbylých 8 segmentů má uspořádání do rovnostranného trojúhelníka a představují vedení 70 AlFe6. Z těchto 8 segmentů tvoří 5 segmentů vedení, o délce 50 kilometrů, se zástupným symbolem V1. A poslední 3 segmenty tvoří vedení se zástupným symbolem V3, které má délku 30 kilometrů. Jednotlivá uspořádání názorně vidíme na Obr Obr. 2-2 Upořádání vodičů segmentů vedení rovinné a) a do rovnostranného trojúhelníka b) Jmenovité sdruţené napětí segmentů vedení je U N = 3x100V a jmenovitý proud segmentů je I N = 700 ma, přičemţ je moţné segmenty po dobu jedné sekundy provozovat při krátkodobém zkratovém proudu I thn = 15 A.

20 2 Konstrukce modelu 20 Parametry jednotlivých segmentů vedení jsou uvedeny v následujících tabulkách, kde první tabulka patří vedení 70AlFe6 a druhá vedení 35AlFe6. Tab. 2-1 Parametry pro vedení V1 a V3 Typ I Pařát 70AlFe6 Výchozí hodnoty pro návrh Navržené hodnoty pro modul 10 km I n 225 A 1,41 A R k 0,434 Ω.km-1 3,156 Ω R svod 1600 kω.km-1 116,364 kω L vodiče 1,0835 mh.km-1 7,880 mh M 12-0,0775 mh.km-1-0,564 mh M 13-0,0889 mh.km-1-0,647 mh M 23-0,0775 mh.km-1-0,564 mh C 10 4,3989 nf.km-1 60,485 nf C 20 4,1267 nf.km-1 56,742 nf C 30 4,3989 nf.km-1 60,485 nf C 12 2,0047 nf.km-1 27,565 nf C 13 1,7590 nf.km-1 24,186 nf C 23 2,0047 nf.km-1 27,565 nf Tab. 2-2 Parametry pro vedení V2 Typ II Rovinné uspořádání 35AlFe6 Výchozí hodnoty pro návrh Navržené hodnoty pro modul 10 km I n 150 A 0,94 A R k 0,837 Ω.km-1 6,087 Ω R svod 1600 kω.km-1 116,364 kω L vodiče 1,1445 mh.km-1 8,324 mh M 12-0,0729 mh.km-1-0,530 mh M 13-0,2116 mh.km-1-1,539 mh M 23-0,0729 mh.km-1-0,530 mh C 10 4,5953 nf.km-1 63,185 nf C 20 4,0587 nf.km-1 55,807 nf C 30 4,5953 nf.km-1 63,185 nf C 12 1,9001 nf.km-1 26,126 nf C 13 1,0220 nf.km-1 14,053 nf C 23 1,9001 nf.km-1 26,126 nf Reálná vedení znázorňujeme pro výpočty pomocí článků. V našem případě byl při návrhu vedení zvolen náhradní symetrický π-článek. Příčná větev tohoto článku obsahuje odpor a indukčnost, podélná obsahuje parazitní svodový odpor a svodovou kapacitu. Tyto svodové prvky se uplatňují v sítích při poruchách a jejich velikostmi, především kapacitního svodu je určen poruchový proud. A také jsou v náhradním modelu zohledněny mezifázové kapacity a indukčnosti. Jednotlivé náhradní modely vedení V1,V3 a V2 viz Příloha A.

21 2 Konstrukce modelu Kabelové vedení Kabelové vedení sestává z 3 segmentů, z nichţ kaţdý má délku 25 kilometrů. Tyto segmenty reprezentují reálný třífázový kabel 22-AXEKCY 1x240, který má vzájemně izolované ţíly a je uloţen v těsném trojúhelníku. Pro tyto segmenty bylo při návrhu zvoleno náhradní schéma, které představuje symetrický π- článek jako u vedení venkovních. V příčné větvi jsou kapacity proti zemi a svodové odpory, zatímco v podélné větvi se nachází odpory a indukčnosti. Názorně můţeme náhradní schéma π-článku vidět na Obr Obr. 2-3 Náhradní schéma kabelového vedení pomocí π-článku, převzato z [3] Jmenovité hodnoty jednotlivých segmentů kabelového vedení jsou uvedeny v následující přehledové tabulce. Sdruţené napětí U N = 3x100V, jmenovitý proud I N = 700 ma, přičemţ je moţné segmenty po dobu jedné sekundy provozovat při krátkodobém zkratovém proudu I thn = 15 A. Tab. 2-3 Parametry kabelového vedení Kabel 22-AXEKCY 1x240 Výchozí hodnoty pro návrh Navržené hodnoty pro modul 25 km I n 225 A 1,41 A R k 0,125 Ω.km-1 2,273 Ω R svod 1600 kω.km-1 46,546 kω L vodiče 0,36 mh.km-1 6,546 mh C nf.km-1 10,313 µf C nf.km-1 10,313 µf C nf.km-1 10,313 µf

22 3 Zapojení modelu 22 3 ZAPOJENÍ MODELU Budeme se věnovat tomu, jak lze uvést model do provozu bez předchozích odbornějších znalostí modelu. Model se dá vyuţít k ukázce funkce distribuční sítě, ale také jednotlivých stavů, které se mohou v distribuční síti objevit. Těmito stavy lze myslet například poruchy, zkraty nebo případně jiné okolnosti. Příklad schématického zapojení modelu si ukáţeme na následujícím obrázku. Máme zde reprezentovanou napájecí rozvodnu, ze které napájíme kabelovou trasou distribuční trafostanici (DTS), dále trasu venkovního vedení, ze které také napájíme DTS a následně vedení, které se dělí a napájí dva moduly zátěţe, které si můţeme představit například jako průmyslové podniky, ve kterých napájíme nějaký stroj, nebo přímo vlastní spotřebu výrobního závodu. Obr. 3-1 Schématický příklad modelu distribuční soustavy Na Obr. 3-1 lze vidět schematicky napájecí transformátor, který je trojviňuťový s pomocným kompenzačním vinutím. Z jeho sekundární strany je napájen přípojnicový systém, z něhoţ jsou

23 3 Zapojení modelu 23 posléze napájeny jednotlivé odbočky vedení a to jak kabelového, tak i venkovního. Současně je na sekundární straně transformátoru vyveden střed zapojení vinutí, na který se připojuje zemnící tlumivka, která omezuje (kompenzuje) poruchové kapacitní proudy. Napětí, které tlumivkou protéká, měříme a zobrazujeme na displeji analogového voltmetru, který je umístěn v modelu napájecí rozvodny. Současně je na modelu umístěn i analogový ampérmetr, který zobrazuje proud, který prochází místem poruchy. Tuto poruchu nám představuje na obrázku blok Porucha, který reprezentuje místo pro připojení pomocného odporu, jehoţ velikostí můţeme simulovat jednotlivé typy poruch, které se mohou vyskytovat v reálné distribuční soustavě, ať se jedná o zemní spojení nebo zkraty. Dále je na modelu na přípojnicích spínač S1, který představuje přizemnění postiţené fáze a pomocné tlačítko T Zprovoznění modelu V prvé řadě je nutno připojit sekundární stranu trojviňuťového transformátoru k modelu napájecí rozvodny. Primární strana transformátoru se připojuje ke sdruţenému síťovému napětí U N = 400 V. Připojení primární, případně i sekundární strany doporučuji přes vypínač, a to z důvodu bezpečnosti jak vlastní, tak modelu. Terciální vinutí, které kompenzuje ztráty a nesymetrie transformátoru, se zapojí do trojúhelníka. Rozlišení jednotlivých vinutí na transformátoru můţeme vidět na následujícím obrázku Obr. 3-2.Obr. 2-1 Obr. 3-2 Svorky napájecího transformátoru Jak jsme si uvedli výše, terciální vinutí je nutné zapojit do trojúhelníku, aby správně fungovala kompenzace ztrát a nesymetrie. Propojení svorek si popíšeme na dalším obrázku, kde si zároveň popíšeme, které svorky náleţí primárnímu a které sekundárnímu vinutí. Přičemţ velkými písmeny jsou označovány svorky primárního vinutí, které připojíme ke sdruţenému síťovému napětí v pořadí A - L1, B - L2, C - L3, N - N. Malými písmeny jsou označeny svorky sekundárního vinutí, které se připojují k modelu v pořadí a2 - L1, b2 - L2, c2 - L3, n2 - N.

24 3 Zapojení modelu 24 Obr. 3-3 Zapojení svorek terciálního vinutí Pokud máme takto zapojeno, můţeme přistoupit k připojování jednotlivých segmentů vedení, případně kabelů. Toto připojení se provádí vţdy skrze svorky označené jako L1, L2 a L3. Vţdy svorka se jedním označením se připojí na svorku s tímtéţ označením v jiném modulu či segmentu modelu. Tyto segmenty vedení a kabelu se mohou zapojovat jak sériově, tak i paralelně. Moje doporučení je nekombinovat kabelové a venkovní vedení. Kabelové vedení slouţí spíše k zdroji kapacitního proudu pro model. Zakončení těchto vedení můţe být jak naprázdno, případně můţe na konci být distribuční transformátor, nebo se můţe na konci modelu objevit zátěţ. Obr. 3-4 Ukázka propojení dvou segmentů vedení Pokud chceme v soustavě omezovat procházející kapacitní proud, můţeme k obvodu připojit zhášecí tlumivku, která se připojuje k panelu napájecí rozvodny, kde jsou pro ni označeny svorky. Zapojením těchto segmentů tak jak jsme udělali je model připraven k funkci distribuční sítě, tedy bude simulovat reálnou distribuční síť.

25 4 Měření prvků modelu 25 4 MĚŘENÍ PRVKŮ MODELU Budeme se věnovat ověření toho, zda jednotlivé prvky modelu, tak jak byly vyrobeny. Tedy ověříme, jak přesné byly výrobní postupy a zda konkrétní prvky jsou v toleranci, která byla pro daný prvek vţdy stanovena. Měření bylo provedeno v několika částech. První částí bylo ověření součástek, ze kterých sestávají jednotlivé prvky modelu. Toto měření jsme prováděli metodou měření netočivé sloţky, kterou si více přiblíţíme v následující kapitole. Další část spočívala v ověření transformátorů pomocí silového měření, pomocí kterého jsme měli stanovit parametry transformátorů, jako jsou proud naprázdno, napětí nakrátko a další. 4.1 Měření netočivé sloţky Toto měření proběhne v rámci jednofázového ekvivalentního modelu. Hodnota netočivé impedance má jinou velikost oproti sloţce sousledné i zpětné impedance. Způsobeno je to tím, ţe netočivé proudy se uzavírají vţdy skrze zem, případně pokud se jedná o vedení, tak skrze zemnící lana. Nikdy není moţné, aby se uzavírali vzájemně mezi třemi fázemi. Pokud se budeme bavit o skutečném venkovním vedení, tak u něj je hodnota netočivé impedance oproti sousledné, případně zpětné sloţce větší a to zhruba 2-5 krát. Netočivou sloţkovou soustavu si můţeme zjednodušeně představit, jako tři jednofázové zdroje s napětím, které má stejnou fázi i amplitudu. Můţeme tyto zdroje tedy nahradit jedním zdrojem, který připojíme na paralelně spojené tři fáze. Dále se nám zde jiţ uplatňuje i zpětný vodič, kterým protéká trojnásobná velikost proudu I 0 a vzniká na něm úbytek napětí. Netočivá sloţka impedance je tedy dána vztahem (4.1) [1]. kde U 0 je netočivá sloţka napětí I 0 Z 0 U je netočivá sloţka proudu je netočivá impedance. 0 Z 0 ( ; U, I), (4.1). 3 I 0 Obdobně bychom si mohli odvodit také vztah pro admitanci, která se dále bude vyskytovat také v našich výpočtech. Zapojili jsme postupně jednotlivé prvky modelu, stejně tak i transformátory dle jednofázového ekvivalentního modelu a připojili k nim analyzátor výkonu Tectra LMG95, kterým jsme měřili netočivé sloţky napětí, proudu a současně s nimi také účiník, tedy cos φ. V prvním kroku jsme měřili netočivou sloţku napětí a to tak, ţe jsme zkratovali výstup jednotlivých fází měřeného modelu a napájeli zapojení jmenovitým proudem modelu I N = 1 A, měřili jsme úbytek napětí, který způsobili podélné prvky vedení. Z těchto naměřených hodnot jsme následně vypočetli netočivou sloţku impedance. Následně jsme výstup jednotlivých fází měřeného modelu rozpojili a toto zapojení napájeli pomocí jmenovitého napětí modelu U N = 120 V a měřili jsme proud, který procházel příčnými prvky modelu. Z naměřených hodnot jsme vypočetli netočivou sloţku admitance.

26 4 Měření prvků modelu 26 Dále jsme stanovili pomocí hodnot admitancí, impedancí a účiníků jednotlivé hodnoty náhradních prvků vedení, které reprezentují odpory, indukčnosti a kapacity v náhradním schématu, které odpovídá π-článku. Zapojení lze vidět na Obr Obr. 4-1 Příklad zapojení pro měření netočivé složky proudu 4.2 Měření jednotlivých prvků V následujících podkapitolách budou uváděny podstatné výsledky měření v tabulkách, ostatní mezivýsledky budou uváděny v přílohách. Měli bychom se přiblíţit co nejvíce navrţeným hodnotám, případně být v toleranci která byla stanovena pro jednotlivé součástky, z nichţ sestává daný prvek, který jsme měřili. Měření bylo realizováno při měření netočivých sloţek pomocí jednofázového autotransformátoru a v případě silového měření trojfázovým autotransformátorem, analyzátoru, voltmetr, ampérmetrů a jednotlivých segmentů (prvků) modelu distribuční sítě Napájecí transformátor Měření bylo provedeno pro transformátor TVO 3UI /055, v.č /2011. Tento napájecí transformátor (NT) je trojvinuťový, má kromě primárního a sekundárního vinutí ještě navíc vinutí terciální, které slouţí ke kompenzaci u nesouměrných transformátorů. Měření tohoto transformátoru jsme provedli pomocí netočivých sloţek a také silově. Měření netočivé sloţky jsme si vysvětlili blíţe v kapitole 4.1, tudíţ se budeme zabývat v této kapitole druhou částí měření, tedy měření silové. Měření silově spočívalo v ověření výkonů transformátoru a stanovení napětí nakrátko u k a proudu naprázdno i 0. Toto měření jsme museli jiţ realizovat za pomoci třífázového autotransformátoru, pomocných rezistorů k doregulování nastavovaných hodnot (omezení vlivu nesymetrie jednotlivých fází). Dále jsme měli k dispozici analyzátor Tectra LMG95 a ampérmetry a voltmetry na sekundární stranu transformátoru pro odečtení hodnot a nastavení příslušných hodnot pro měření. Námi změřené hodnoty se vztahovali k sekundární straně transformátoru, coţ bylo způsobeno tím, ţe jsme spojili nulový vodič postupně do jednoho svazku, který jsme připojili ke zdroji, respektive v našem případě k autotransformátoru. V první tabulce si uvedeme hodnoty, které jsme vypočetli po měření netočivých sloţek z primární strany a přepočetli jsme je na sekundární stranu. Tyto hodnoty jsou uvedeny v Tab. 4-1.

27 4 Měření prvků modelu 27 Tab. 4-1 Hodnoty vypočtené z primární strany NT Typ Výrobní číslo Z P(0),3f [Ω] Z P(0),1f [Ω] R 1f,p [Ω] L 1f,p [mh] R 12f,s [mh] L 12f,s [mh] Poznámka TVO 3UI / /2011 1,1302 3,3905 3,0558 4,6754 0,1910 0,2922 Měřeno společně s terciálním vinutím TVO 3UI / /2011 1,7498 5,2494 1, ,3311 0,0694 1,0207 Bez terciálního vinutí V tabulce jsme dále vypočetli hodnoty sekundární strany. Druhá tabulka bude obsahovat hodnoty vypočtené ze sekundární strany a přepočtené na primární stranu. A třetí tabulka obsahuje jen samostatně změřené terciální vinutí. Tab. 4-2 Hodnoty vypočtené ze sekundární strany NT Typ Výrobní číslo Z S(0),3f [Ω] Z S(0),1f [Ω] R 1f,s [Ω] L 1f,s [mh] R 21f,p [mh] L 21f,p [mh] Poznámka TVO 3UI / /2011 0,1083 0,3250 0,3121 0,2889 4,9936 4,6231 Měřeno společně s terciálním vinutím TVO 3UI / /2011 0,1199 0,3598 0,2016 0,9486 3, ,1770 Bez terciálního vinutí Tab. 4-3 Hodnoty vypočtené pro terciální vinutí NT Typ Výrobní číslo Z P(0),3f [Ω] Z P(0),1f [Ω] R 1f [Ω] L 1f [mh] Poznámka TVO 3UI / /2011 0,3931 1,1793 0,7044 3,0106 Pouze terciální vinutí Předchozí tabulky obsahují pouze vypočtené hodnoty. Naměřené hodnoty se nachází v příloze, viz Příloha B. Tab. 4-4 Vypočtené hodnoty silového měření a jeho jednofázového ekvivalentu pro NT Další částí bylo změření transformátoru silově. Hodnoty, které jsme naměřili při tomto měření, si shrneme v Tab V tabulce vidíme postupně námi naměřené hodnoty napětí nakrátko u k, ztrát nakrátko ΔP k, ztrát naprázdno ΔP 0, proudu naprázdno i 0, a zdánlivého výkonu naprázdno S 0 a nakrátko S k. Hodnoty jsou uvedeny pro jednotlivé fáze a následně zvlášť jsou přepočteny na ekvivalentní jednofázové hodnoty, které je nutné znát v případě poruch, či dalších stavů. Zkratové ekvivalentní napětí má hodnotu u k = 3,714 %. Proud naprázdno i 0 = 15,8532 %. Převod transformátoru p = 3, Distribuční transformátor Typ: P-S 11974/2011 L1 L2 L3 L 1f-ekvivalent u k [%] 3,1617 4,2390 3,7414 3,7140 ΔP k [W] 19, , , ,3154 ΔP 0 [W] 94, , , ,1617 i 0 [%] 23, , , ,8532 S k [VA] 20, , , ,8564 S o [VA] 189, , , ,5407 p [-] 3,9861 Máme k dispozici pro model dva distribuční transformátory, které by z výroby měly mít shodné parametry. V této části bychom měli ověřit, jestli oba transformátory byly vyrobeny opravdu totoţně. V případě, ţe se budou lišit, je nutno stanovit jakou mají chybu.

28 4 Měření prvků modelu 28 Měření bylo provedeno dvěma způsoby. První způsob měl za úkol změřit netočivé impedance transformátorů. A druhý měl za úkol proměřit silově tento transformátor, tedy stanovit napětí nakrátko, proud naprázdno, výkon Měření netočivých sloţek impedance Námi měřené distribuční transformátory (DT) jsou v zapojení Dy1. V tomto zapojení není moţné změřit netočivou sloţku impedance, a to z důvodu toho, ţe v primárním vinutí, které je zapojené do trojúhelníku se uzavírají proudy ve smyčce. Tudíţ bylo nutné zapojit tyto transformátory do zapojení Yy0, při kterém bylo moţné změřit netočivou impedanci. Měřili jsme dva totoţné distribuční transformátory. Rozlišovat je budeme v tabulkách podle výrobního čísla. V prvním kroku jsme zkratovali vývody transformátoru na primární straně a měřili jsme tedy netočivou podélnou impedanci primární strany. Na autotransformátoru jsme nastavili jmenovitý proud primárním vinutím, který je 2 A. Následně jsme odečetli na analyzátoru všechny potřebné údaje ke stanovení impedance. V Tab. 4-5 jsou vypočítané hodnoty pro netočivou impedanci a její sloţky postupně pro oba námi změřené distribuční transformátory. Hodnoty vypočtených impedancí a sloţek jednotlivých DT se od sebe lišili jen minimálně, coţ je vidět v tabulce. Tab. 4-5 Hodnoty vypočtené z primární strany DT Typ Výrobní číslo Z P(0),3f [Ω] Z P(0),1f [Ω] R 1f,P [Ω] L 1F,P [mh] R 12f,S [Ω] L 12F,S [mh] 100/400V Dy1; Sn = 400 VA 54506/08/2012 Z = ; proudy se uzavírají uvnitř 100/400V Yy0; Sn = 400 VA 54506/08/2012 2,1891 0,7297 0,2907 2,1304 4, , /400V Dy1; Sn = 400 VA 54505/08/2012 Z = ; proudy se uzavírají uvnitř 100/400V Yy0; Sn = 400 VA 54505/08/2012 2,1789 0,7263 0,2923 1,8395 4, ,4315 Poté jsme přepojili transformátor pro měření netočivé podélné impedance sekundární strany. Postupovali jsme jako v prvním kroku, pouze jsme zkratovali tentokráte vývody sekundární strany a měřili jsme tedy nulovou impedanci sekundární strany. Tab. 4-6 Hodnoty vypočtené ze sekundární strany DT Typ Výrobní číslo Z S(0),3f [Ω] Z S(0),1f [Ω] R 1f,S [Ω] L 1F,S [mh] R 21f,P [Ω] L 21F,P [mh] 100/400V Yy0; Sn = 400 VA 54506/08/ ,9454 4,3151 1, ,9858 0,1037 0, /400V Yy0; Sn = 400 VA 54505/08/ ,8987 4,2996 1, ,9428 0,1036 0,6839 V Tab. 4-6 jsou uvedeny vypočítané hodnoty netočivé impedance ze sekundární strany znovu pro oba DT. Z tabulky lze opět vyčíst, ţe hodnoty obou transformátorů jsou téměř totoţné. Poslední měření netočivé impedance spočívalo ve změření celkové podélné impedance. Zapojili jsme obvod tak, ţe jsme propojili výstupy na primární straně s výstupy na sekundární straně. Dále jsme propojili vstupy sekundární strany a primární strany a připojili jsme k jednofázovému autotransformátoru. Přivedli jsme na primární stranu takto zapojeného obvodu jmenovitý proud sekundární strany. Protoţe jsme spojili primární a sekundární stranu výstupy, museli jsme se řídit mezními parametry sekundární strany. Předchozí tabulky obsahovali námi vypočtené hodnoty pro tu stranu, ze které bylo měření provedeno a také přepočtené hodnoty na stranu druhou. Příloha C obsahuje naměřené a vypočtené hodnoty pro předchozí tabulky.

29 4 Měření prvků modelu Silové měření Toto měření mělo za úkol stanovit napětí nakrátko, které je u transformátoru důleţitým parametrem. Dále stanovit proud naprázdno, ztráty naprázdno a nakrátko. Napětí nakrátko udává jak je proměnné výstupní napětí v závislosti na změnách zatěţovacího proudu, dále nám charakterizuje vnitřní odpor transformátoru, tedy vnitřní ztráty ve vinutí. Čím menší napětí nakrátko je, tím menší je vnitřní odpor, tedy i ztráty a transformátor se chová jako tvrdý zdroj napětí, tzn., ţe při rostoucí zátěţi jeho napětí na svorkách klesá velmi málo. Ztráty naprázdno v podstatě vyjadřují ztráty v ţeleze a ztráty magnetizační. Ztráty nakrátko oproti ztrátám naprázdno vyjadřují ztráty ve vinutí, čili teplo. Měření probíhalo z primární strany. K měření jsme pouţili analyzátor Tectra LMG95 a třífázový autotransformátor, pomocí kterého jsme distribuční transformátor napájeli. Dále jsme pouţili proměnné odpory (potenciometry), pomocí kterých jsme odstraňovali případnou nesymetrii transformátoru při napájení. Tab. 4-7 Hodnoty silového měření a jejich jednofázový ekvivalent pro DT V Tab vidíme postupně námi naměřené hodnoty napětí nakrátko u k, ztrát nakrátko ΔP k, ztrát naprázdno ΔP 0, proudu naprázdno i 0, a zdánlivého výkonu naprázdno S 0 a nakrátko S k. Hodnoty jsou uvedeny pro jednotlivé fáze a následně zvlášť jsou přepočteny na ekvivalentní jednofázové hodnoty, které je nutné znát v případě poruch, či dalších stavů. Zkratové napětí má hodnotu u k = 6,6269 %. Proud naprázdno i 0 = 12,2355 %. Převod transformátoru p = 0, Zhášecí tlumivka Typ: 54505/08/2012 L1 L2 L3 L 1f-ekvivalent u k [%] 6,7023 6,5892 6,5892 6,6269 ΔP k [W] 9,6370 9,2243 9,0182 9,2932 ΔP 0 [W] 14, , ,3832 2,1431 i 0 [%] 15,8504 8, , ,2355 S k [VA] 9,6748 9,2685 9,0527 9,3320 S o [VA] 31, , , ,4525 p [-] Zhášecí tlumivka slouţí k omezování zemních spojení, neboli obecně poruch, které mohou nastat v distribuční kompenzované síti. Tlumivka se skládá ze dvou vinutí, a to z primárního, pomocí kterého se kompenzuje kapacitní proud v síti a dále ze sekundárního výkonového vinutí, které slouţí k připínání pomocného odporníku. V našem případě, na modelu, probíhá ladění (regulace) primárního vinutí cívky manuálně, v distribučních sítích se tomu děje automaticky. Měli bychom naměřit na primárním vinutí s vytočeným jádrem nejniţší indukčnost a s plně zatočeným jádrem nejvyšší indukčnost. V Tab. 4-8 jsou uvedeny námi změřené hodnoty primárního vinutí. První řádek odpovídá cívce s vytočeným jádrem, druhý s plně zatočeným jádrem. V prvním případě je indukčnost L = 0,091 H a v druhém je L = 0,8396 H. P-S 0,25

30 4 Měření prvků modelu 30 Tab. 4-8 Naměřené hodnoty primárního vinutí cívky Typ Výrobní číslo U 0 [V] I n [A] cos ϕ [-] Y P(0),1f [S] R [Ω] L [H] Poznámka Zhášecí tlumivka 60/2,29 V / ,4468 2,0136 0,0734 0, ,4722 0,0911 Primární vinutí s vytočeným jádrem -> nejnižší indukčnost Zhášecí tlumivka 60/2,29 V / ,7340 0,2319 0,1179 0, ,5433 0,8396 Primární vinutí se zatočeným jádrem -> nejvyšší indukčnost Následující tabulka Tab. 4-9 obsahuje hodnoty, které byly naměřeny z druhé strany vinutí zhášecí tlumivky, tedy na straně sekundární Charakteristika tlumivky Tab. 4-9 Hodnoty sekundárního vinutí cívky Typ Výrobní číslo U 0 [V] I n [A] cos ϕ [-] Y S(0),1f [Ω] R [Ω] L [H] Poznámka Zhášecí tlumivka 60/2,29 V /2011 1,5431 3,9906 0,2718 2,5862 1,4228 0,0013 Sekundární výkonové vinutí Zhášecí tlumivka jak jsme si změřili v předchozím měření, má maximální hodnotu indukčnosti, pokud má jádro maximálně zatočeno a přitom má zároveň i maximální odpor. Naopak při maximálním vytočení jádra je indukčnost minimální, ale zároveň se nám změnila i hodnota odporu, která je v tomto případě minimální. Lze usoudit, ţe tlumivka je tedy nelineární. Tudíţ jsme si tuto charakteristiku změřili a vynesli do následujícího obrázku Obr G [ms] 3,00 2,50 2,00 y = 0,3667x 2 + 0,2611x + 0,3887 1,50 1,00 0,50 0,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 I L [A] Obr. 4-2 Charakteristika tlumivky Vodivost si můţeme vypočíst přepočtem z proudu tlumivkou za pomoci následujícího vztahu (4.2), nebo si můţeme vypočíst proud tlumivkou z vodivosti dle vztahu (4.3). 2 G 0,3667. I L 0,2611. IL 0,3887 (ms; ) (4.2) 2 I L 0,2440. G 1,5916. G 0,3996 (A;mS,mS ) (4.3)

31 4 Měření prvků modelu Vedení Původní myšlenkou bylo ověření jednotlivých segmentů z hlediska jejich vnitřních parametrů. Avšak od tohoto měření jsme nakonec upustili, jelikoţ segmenty jsou třífázové a jejich změření jako celku, pro zjištění vnitřních parametrů by bylo velmi náročné a bylo by potřeba speciálních měřících přístrojů, pomocí kterých by se dalo toto měření realizovat. A dalším problémem bylo, ţe do měření se vţdy pomocí mezifázových vazeb projevovali parametry z ostatních fází. Nakonec jsme tedy jednotlivé segmenty vedení změřili pomocí netočivých sloţek impedance a admitance. Vţdy jsme tedy u daného segmentu zapojili z jedné strany jednotlivé fáze paralelně k sobě, aby vznikl jednofázový ekvivalentní model a skrze analyzátor Tectra LMG95 jsme jej připojili k jednofázovému autotransformátoru, pomocí kterého jsme zajišťovali napájení po dobu celého měření. Z druhé strany jsme nechali rozpojený tento model nebo zkratovaný, dle toho zda se jednalo o měření netočivé sloţky impedance či admitance Venkovní vedení Jak jsme si uvedli jiţ dříve, toto vedení sestává z 11 segmentů. Segmenty mají uspořádání do rovnostranného trojúhelníka nebo rovinné. Měření jsme realizovali pomocí netočivých sloţek. Výsledkem by mělo být porovnání, zda jednotlivé segmenty těchto venkovních vedení jsou si podobné. Tab Vypočtené hodnoty venkovního vedení Venkovní vedení Nakrátko Naprázdno Typ Číslo Z 0,3f [Ω] Z 0,1f [Ω] R s,1f [Ω] L s,1f [mh] Y 0,3f [ms] Y 0,1f [ms] R p,1f [Ω] C P,1f [nf] Vedení 70AlFe6 10km 1 2,4494 7,3481 6,6623 9,8662 0,2663 0, , ,2552 Vedení 70AlFe6 10km 2 2,4570 7,3709 6,7415 9,4867 0,2668 0, , ,3937 Vedení 70AlFe6 10km 3 2,5566 7,6698 7,0195 9,8382 0,2664 0, , ,0531 Vedení 70AlFe6 10km 4 2,4796 7,4387 6,8520 9,2168 0,2663 0, , ,9129 Vedení 35AlFe6 10km 5 2,7056 8,1169 7, ,7771 0,2684 0, , ,6241 Vedení 70AlFe6 10km 6 3, , , ,6561 0,2256 0, , ,4998 Vedení 70AlFe6 10km 7 2,6964 8,0893 7, ,3282 0,2670 0, , ,8091 Vedení 35AlFe6 10km 8 2,7888 8,3665 7, ,5689 0,2663 0, , ,7083 Vedení 35AlFe6 10km 9 2,7147 8,1442 7, ,1660 0,2670 0, , ,4529 Vedení 70AlFe6 10km 10 2,6060 7,8179 7,1908 9,7658 0,2670 0, , ,0437 Vedení 70AlFe6 10km 11 2,4472 7,3415 6,8010 8,8004 0,2667 0, , ,8383 V Tab jsou uvedeny vypočtené hodnoty impedancí, admitancí a z nich následně dopočtené parametry podélných a příčných větví. Tyto hodnoty byly naměřeny metodou netočivých sloţek, tedy nerespektují fázovou nesymetrii, jelikoţ jsme měřili pomocí jednofázového ekvivalentního modelu netočivá impedance je rovna přibliţně aritmetickému průměru jednotlivých impedancí Kabelové vedení Kabelové vedení sestává ze tří segmentů, jejichţ celková délka činí 75 km. Tyto segmenty slouţí v modelu distribuční soustavy k tvorbě kapacitního proudu, který se projevuje při poruše nejvíce. Také na tento kapacitní proud ladíme tlumivku. Měření tohoto vedení probíhalo stejně jako u venkovního vedení.

32 4 Měření prvků modelu 32 Tab Vypočtené hodnoty kabelového vedení Kabelové vedení Nakrátko Naprázdno Typ Číslo Z 0,3f [Ω] Z 0,1f [Ω] R s,1f [Ω] L s,1f [mh] Y 0,3f [ms] Y 0,1f [ms] R p,1f [Ω] C p,1f [µf] Kabel 22 AXEKCY 1x240 25km 1 1,6136 4,8407 4,3412 6,8166 9,8736 3, , ,4703 Kabel 22 AXEKCY 1x240 25km 2 1,7321 5,1964 4,7112 6,9789 9,9189 3, , ,5181 Kabel 22 AXEKCY 1x240 25km 3 1,5563 4,6689 4,1234 6,9715 9,8617 3, , ,4578 Hodnoty uvedené v Tab jsou vypočtené. Tyto hodnoty byly naměřeny metodou netočivých sloţek, tedy nerespektují fázovou nesymetrii, jelikoţ jsme měřili pomocí jednofázového ekvivalentního modelu netočivá impedance je rovna přibliţně aritmetickému průměru jednotlivých impedancí. Změřené hodnoty pro oba typy vedení, tedy jak kabelové, tak i venkovní nalezneme v příloze - Příloha D Zhodnocení měření Vedení jak kabelové tak venkovní neodpovídá navrţeným hodnotám. Liší se hlavně v hodnotách svodového odporu, coţ bylo způsobeno špatným výpočtem při návrhu. U venkovního vedení se hodnoty svodového odporu oproti návrhu lišily téměř 10 krát a u vedení kabelového se lišily hodnoty téměř 5 krát. Oproti štítkovým hodnotám, které jsou uvedeny na potisku, se naměřené hodnoty příliš nelišily, vzhledem k tomu, ţe byly hodnoty špatně navrţeny, tak polep souhlasil s tím špatným návrhem. Naproti tomu navrţené hodnoty a štítkové se lišily výrazně, ale to je způsobeno, jak jsme si uvedli, špatně zvolenými hodnotami při návrhu. 4.3 Kontrolní měření Protoţe se výsledky z předchozích kapitol neshodovali s navrţenými hodnotami, dospěli jsme k tomu, ţe bychom měli udělat kontrolní měření. V tomto měření jsme se jiţ zaměřili pouze na kabel č. 1 a na vedení č. 6. U vedení bylo po otevření krabičky, ve které je umístěno, zjištěno, ţe neodpovídá velikost svodového odporu. Tedy toto bylo upraveno a přeměřeno, kabel zůstal tak jak byl i v předchozím měření. Opět se zde jednalo o měření metodou netočivých sloţek. Pro vedení jsme vytvořili následující tabulku Tab. 4-12, ve které jsme vůči sobě porovnali výsledky dosaţené při původním měření a kontrolním měření. V této tabulce lze vidět, ţe oproti původnímu měření se kromě svodového odporu ostatní hodnoty téměř nelišili, toto bylo způsobeno špatně vloţeným svodovým odporem do krabičky. Tab Hodnoty po kontrolním měření venkovního vedení Venkovní vedení Nakrátko Naprázdno Typ Číslo Z 0,3f [Ω] Z 0,1f [Ω] R s,1f [Ω] L s,1f [mh] Y 0,3f [ms] Y 0,1f [ms] R p,1f [Ω] C P,1f [nf] - Poznámka Vedení 70AlFe6 10km 6 3, , , ,6561 0,2256 0, , ,4998 Původní měření Vedení 70AlFe6 10km 6 3, , , ,6920 0,0001 0, , ,9053 Kontrolní měření Kromě kontrolního měření pro venkovní vedení jsme provedli toto měření i pro kabelové vedení. Oproti návrhu se kabelové vedení lišilo jiţ při původním měření podstatně a to zejména oproti návrhu, ale i oproti štítku, coţ bylo způsobeno špatným návrhem a umístěním součástek do krabiček hlavně u svodového odporu. Porovnání výsledků kontrolního měření můţeme vidět v následující tabulce Tab Jak lze z tabulky vidět, hodnoty se při kontrolním měření od hodnot změřených v původním lišili opravdu minimálně. Tato malá odchylka mohla být způsoben nepřesností měřicích přístrojů, případně podmínkami při měření a také našim nastavováním.

33 4 Měření prvků modelu Model a realita Tab Hodnoty po kontrolní měření kabelového vedení Kabelové vedení Nakrátko Naprázdno Poznámka Typ Číslo Z0,3f [Ω] Z0,1f [Ω] Rs,1f [Ω] Ls,1f [mh] Y0,3f [ms]y0,1f [ms] Rp,1f [Ω] Cp,1f [µf] - Kabel 22 AXEKCY 1x240 25km 1 1,6136 4,8407 4,3412 6,8166 9,8736 3, , ,4703 Původní měření Kabel 22 AXEKCY 1x240 25km 1 1,5238 4,5713 4,0368 6,8279 9,8852 3, , ,4829 Kontrolní měření Pro model byly navrţeny hodnoty jednotlivých součástek, ze kterých sestává kabelové a venkovní vedení, tyto hodnoty jsme si uvedli v kapitole 2.4. Tyto hodnoty jsme během měření, kterými jsme se zabývali v celé kapitole 4, měli ověřit, případně se jim co nejvíce přiblíţit. Vycházíme z hodnot naměřených pomocí měření netočivých sloţek, tedy výsledné hodnoty budou průměrem jednotlivých hodnot ve fázích. Nicméně to nemá výrazný vliv na to, zda byly hodnoty správně navrţeny nebo případně osazeny. Pokud by hodnoty byly dosazeny správně, průměrná hodnota by se od nich lišila pouze nepatrně a bylo by to dáno nepřesností měření, kdy jak jsme si uvedli, jsme tyto hodnoty měřili pomocí netočivých sloţek. Pokud vezmeme v úvahu jako první kabelové vedení, tak hodnoty z návrhu se oproti těm co jsme naměřili, lišili výrazně. Toto bylo způsobeno špatně vypočteným svodovým odporem při návrhu. Výsledky se nachází v následující tabulce, jsou porovnány v prvních dvou sloupcích hodnoty, ze kterých vycházel návrh, hodnoty uvedené na samotném segmentu (modelu) a v dalších dvou sloupcích hodnoty navrţené pro segment délky 25 km a hodnoty naměřené, všechny přepočtené do skutečných hodnot, které musí při správném návrhu odpovídat s nepatrnou odchylkou způsobenou měřením. V tabulce Tab vidíme, ţe navrţené hodnoty se od naměřených lišili nepatrně kromě odporu podélné větve, který byl špatně zvolen nebo odečten a proto návrh neodpovídá a hodnoty svodového odporu kabelu, která se lišila téměř 5 krát. Kabel 22-AXEKCY 1x240 Výchozí hodnoty pro návrh Tab Porovnání návrhu a reality kabelového vedení Hodnoty uvedené na modelu Navržené hodnoty pro modul 25 km Naměřené hodnoty R k 0,125 Ω.km-1 0,226 Ω.km-1 0,125 Ω.km-1 0,222 Ω.km-1 R svod 1600 kω.km kω.km ,019 kω.km-1 318,252 kω.km-1 L vodiče 0,360 mh.km-1 0,363 mh.km-1 0,360 mh.km-1 0,376 mh.km-1 C nf.km nf.km-1 300,015 nf.km-1 304,960 nf.km-1 C nf.km nf.km-1 300,015 nf.km-1 304,960 nf.km-1 C nf.km nf.km-1 300,015 nf.km-1 304,960 nf.km-1 V případě venkovního vedení máme dva typy vedení. A to vedení typu Pařát a vedení Rovinného uspořádání. Oba z těchto typů si shrneme v samostatné tabulce. V případě vedení typu Pařát, jsou v tabulce uvedeny hodnoty po kontrolním měření, u vedení s Rovinným uspořádáním se jedná o hodnoty naměřené v předchozím měření. Při měření netočivých sloţek u obou typů vinutí změříme pouze hlavní parametry, tedy kapacitu mezi jednotlivými fázemi vedení nezměříme, dále také nezměříme vzájemnou indukčnost. Naopak při měření vlastní indukčnosti se nám jistou částí promítne do měření i vzájemná indukčnost. Veškeré hodnoty takto námi naměřené jsou tedy správně, ale nejsou přesné, je v nich drobná odchylka, nicméně tato odchylka nemůţe být větší neţ v řádu jednotek procent. Hodnoty jsou navíc při měření nulových sloţek brány průměrně z celého segmentu, tedy pro kaţdou fázi

34 4 Měření prvků modelu 34 vyjdou stejně a oproti návrhu to bude s drobnou odchylkou. Tato odchylka ale opět nemá podstatný vliv na to, zda bylo vedení (jednotlivé segmenty) navrţeny správně. Hodnoty pro vedení typu Pařát jsou uvedeny v následující tabulce Tab. 4-15, ve které vidíme, ţe hodnoty naměřené a navrţené si liší opravdu podstatně. Nejvíce se liší hodnoty svodové odporu a také podélného odporu vinutí jedné fáze. V případě podélného odporu se promítne i odpor cívky, která je k němu sériově připojena. Naměřený svodový odpor se od navrţeného liší téměř 16 krát. Typ I Pařát 70AlFe6 Výchozí hodnoty pro návrh Tab Hodnoty navržené a reálné pro vedení typu Pařát Hodnoty uvedené na modelu Navržené hodnoty pro modul 10 km Naměřené hodnoty R k 0,434 Ω.km-1 0,963 Ω.km-1 0,434 Ω.km-1 1,412 Ω.km-1 R svod 1600 kω.km kω.km ,005 kω.km-1 103,484 kω.km-1 L vodiče 1,084 mh.km-1 1,086 mh.km-1 1,084 mh.km-1 1,745 mh.km-1 M 12-0,078 mh.km-1 77 µh.km-1-0,078 mh.km-1 - M 13-0,089 mh.km-1 87 µh.km-1-0,089 mh.km-1 - M 23-0,078 mh.km-1 77 µh.km-1-0,078 mh.km-1 - C 10 4,399 nf.km-1 4,36 nf.km-1 4,399 nf.km-1 4,357 nf.km-1 C 20 4,127 nf.km-1 4,07 nf.km-1 4,127 nf.km-1 4,357 nf.km-1 C 30 4,399 nf.km-1 4,36 nf.km-1 4,399 nf.km-1 4,357 nf.km-1 C 12 2,005 nf.km-1 2,04 nf.km-1 2,005 nf.km-1 - C 13 1,759 nf.km-1 1,75 nf.km-1 1,759 nf.km-1 - C 23 2,005 nf.km-1 2,04 nf.km-1 2,005 nf.km-1 - Pro vedení typu Rovinné uspořádání si hodnoty uvedeme v další tabulce, ve které si opět porovnáme hodnoty navrţené, uvedené na modelu a reálně změřené pomocí netočivých sloţek. Toto shrnutí se nachází v tabulce Tab. 4-16, kde můţeme vidět, ţe celkový odpor podélné větve se tentokrát liší nepatrně, naopak odpor svodový se liší téměř 4 krát. V případě kapacit mezi fází a zemí se hodnoty oproti návrhu liší nepatrně.

35 4 Měření prvků modelu 35 Tab Hodnoty navržené a reálné pro vedení typu Rovinné uspořádání Typ II Rovinné uspořádání 35AlFe6 Výchozí hodnoty pro návrh Závěr ke kontrolnímu měření Hodnoty uvedené na modelu Navržené hodnoty pro modul 10 km Naměřené hodnoty R k 0,837 Ω.km-1 1,375 Ω.km-1 0,837 Ω.km-1 1,056 Ω.km-1 R svod 1600 kω.km kω.km ,005 kω.km-1 398,121 kω.km-1 L vodiče 1,145 mh.km-1 1,145 mh.km-1 1,145 mh.km-1 1,453 mh.km-1 M 12-0,073 mh.km-1 77 µh.km-1-0,073 mh.km-1 - M 13-0,212 mh.km µh.km-1-0,212 mh.km-1 - M 23-0,073 mh.km-1 77 µh.km-1-0,073 mh.km-1 - C 10 4,595 nf.km-1 4,65 nf.km-1 4,595 nf.km-1 4,779 nf.km-1 C 20 4,059 nf.km-1 4,07 nf.km-1 4,059 nf.km-1 4,779 nf.km-1 C 30 4,595 nf.km-1 4,65 nf.km-1 4,595 nf.km-1 4,779 nf.km-1 C 12 1,900 nf.km-1 1,89 nf.km-1 1,900 nf.km-1 - C 13 1,022 nf.km-1 1,02 nf.km-1 1,022 nf.km-1 - C 23 1,900 nf.km-1 1,89 nf.km-1 1,900 nf.km-1 - Z jednotlivých naměřených hodnot kabelových a venkovních vedení s navrţenými hodnotami, tak jak jsme si je porovnali v předchozí podkapitole, lze usoudit, ţe při realizaci jednotlivých segmentů, byly pouţity špatné součástky. Především byly pouţity na svodové odpory u venkovních vedení, kde se hodnoty lišily opravdu výrazně. U vedení typu Pařát se naměřený odpor od navrţeného lišil téměř 16 krát a v případě Rovinného uspořádání se lišil naměřený odpor od navrţeného téměř 4 krát. Mimo jiné také hodnoty uvedené na polepech jednotlivých segmentů s navrţenými hodnotami místy rozchází. Jedná se hlavně o hodnoty odporu podélné větve vedení jedné fáze, kde se liší aţ o 0,5 Ω/km v případě venkovních vedení a v případě kabelových se liší o 0,1 Ω/km. Vzhledem k výsledkům doporučuji přepájení svodových odporů jak u kabelového vedení, kde je potřeba napájet hodnotu R svod = 47 kω, v případě vedení typu Pařát a Rovinné uspořádání je nutno napájet hodnotu R svod = 120 kω. Dále doporučuji přelepení štítkových hodnot za správné hodnoty, které jsou uvedeny v tabulkách výše.

36 5 Návrh nových modelů 36 5 NÁVRH NOVÝCH MODELŮ V této kapitole se budeme zabývat návrhem nových prvků modelu. Model jako takový, jak jsme si popsali v kapitole 2, rozšíříme v prvé řadě o vypínač, který bude slouţit k ochraně modelu a bude slouţit jako pomocný prostředek při ověřování poruch na vedení. Pro funkci ochran je nutné je nastavit na parametry sítě, tedy je nastavit například na procházející kapacitní proud sítě, impedanci a jiné. Tyto parametry se určují výpočtem. 5.1 Vypínač Námi navrţený vypínač bude reagovat na popud vyvolaný ochranou, která dle jejího nastavení bude obvod chránit na určitý stav. Kaţdá ochrana má několik funkcí, které monitorují a následně vyhodnocují stav, který se v síti objeví. Mezi některé funkce ochrany patří například ochrana proti zemnímu spojení, nadproudová, rozdílová, distanční. Tyto funkce se nastavují dle našich potřeb v dané ochraně. Jak jsem nastínil výše, tak vypínač musí reagovat na popud ochrany, ale také musí být schopen následně dát ochraně informaci o tom, zda zareagoval, a také případně o tom v jakém stavu se vypínač nachází. Tedy pokud ochrana vybaví, vypínač musí odpojit daný obvod od napájení neprodleně, případně s minimálním zpoţděním, které je dané dynamikou daných prvků a informovat ochranu ţe vypnul. Pokud má vypínač odpojit daný obvod, který je v modelu třífázový, je nutné, aby odpojil všechny fáze najednou, tedy musí tomu být uzpůsobený mechanismus vypínání. Při vlastním návrhu jsme uvaţovali, ţe bychom vypínač realizovali ze stykačů a pomocného obvodu. Ale po následném průzkumu výrobců stykačů a zjištění velikostí, jsme nakonec zvolili variantu impulzního relé firmy OEZ. Toto relé má vstupy jak zapínací, tak vypínací, tedy je moţné přepínat stavy ovládacího obvodu poměrně jednoduše, coţ pro funkci vypínače, který potřebuje zapnout a vypnout, neboli odpojit obvod od napětí, případně po odeznění poruchy, nebo opravě poruchového stavu opět připojit obvod k napětí. Relé má jeden z pomocných kontaktů přepínací, tím se tedy dá zajistit připojení a odpojení obvodu za vypínačem od napětí. Vyuţijeme-li tento přepínací kontakt, vyřešíme zapínaní a vypínání obvodu. Ale nastává zde problém, ţe jedním přepínacím kontaktem nepřerušíme třífázový obvod a zároveň nedáme ani znamení ochraně o tom v jakém stavu se vypínač nachází. Pokud teď vezmeme v úvahu to, ţe potřebujeme přerušit všechny tři fáze najednou, ale zároveň nezávisle na sobě, a dále je nutné dát informaci o změně stavu ochraně, vyjde nám následně, ţe potřebujeme pouţít alespoň 4 případně lépe 5 pomocných kontaktů. Protoţe je nutné pouţít tolika pomocných kontaktů, tak je na čase zapřemýšlet o dalších relátcích, které by svými pomocnými kontakty v silových obvodech mohli přepínat nebo signalizovat ochraně. Na následujícím Obr. 5-1 můţeme vidět schéma zapojení vypínače, které si v dalším kapitole popíšeme.

37 5 Návrh nových modelů Konstrukce vypínače Obr. 5-1 Schéma vypínače Vypínač je umístěn obdobně jako ostatní prvky modelu v krabičce z ABS plastu o rozměrech 250x150x90 mm a skládá se, jak lze vidět ze schématu na Obr. 5-1, z impulzního relé firmy OEZ řady Minia, dvou pomocných relé. Dále je vypínač tvořen dvěma tlačítky se signalizační ţárovkou a v neposlední řadě také pojistkami, které chrání ovládací obvody relé. Jak lze vidět na schématu, do vypínače je přivedeno napětí U N = 230 V, pomocí kterého je ovládáno následně impulzní relé, kterému lze dát signál pomocí impulzu z tlačítka, kde jedno z tlačítek je určeno k zapnutí vypínače a druhé k vypnutí. Pokud dáme impulz tlačítkem, signál se dostane do ovládacího obvodu impulzního paměťového relé, které přepne výstup na pomocném přepínacím kontaktu, a to dle impulzu z tlačítka OFF nebo případně ON. Pokud přepínací kontakt přepneme pomocí ochrany, nebo ovládacím tlačítkem do polohy 12, neboli vypnuto, rozsvítí se signalizace na tlačítku OFF, naopak pokud kontakt přepneme do polohy zapnuto, rozsvítí se signalizace na tlačítku ON a v bloku Silový obvod k modelu dojde pomocí ovládacího obvodu A1-A2 ke změně stavu výstupních kontaktů a dojde k připojení napětí z rozvodny do obvodu. Zároveň dojde ke změně stavu v Pomocný obvod pro ochranu a ochrana dostává signál, ţe vypínač je ve stavu ON, tedy je připojeno jiţ zmíněné napájecí napětí z rozvodny, které prochází dále do obvodu. Je potřeba podotknout, ţe přepínací pomocný kontakt je bezpotenciálový, tudíţ si na něj můţe kaţdý, kdo bude vypínač pouţívat připojit pomocné napětí dle jeho potřeb Postup při návrhu Pokud vezmeme v potaz, ţe bylo nutné vymyslet, aby vypínač byl účinný, fungoval správně a zároveň jeho obsluha bylo co nejsrozumitelnější. Podstatné byly také rozměry dané krabičky,

38 5 Návrh nových modelů 38 bylo nutné uvaţovat s tím, ţe veškeré součástky se musí vejít do předem stanovených rozměrů krabičky. Vypínač musí být schopen oddělit obvod za ním od obvodu napájecího před ním. Tento obvod je třífázový, jelikoţ se jedná o model distribuční soustavy. Proto na přerušení bylo nutno uvaţovat o přístroji, který je schopný odpojit třífázový obvod. Jako první padla volba na stykač, který je schopen přerušit třífázový obvod. Problémem ovšem byly rozměry, které by se neskloubily s rozměry krabičky při pouţití ostatních součástek. Kdyţ jsme tedy vyloučily stykač, bylo jako další moţné řešení pouţít jedno ovládací impulzní relé a k němu dvě relé pomocná, která by realizovala odpojení obvodu stejně jako stykač. Mezi další poţadavky kladené na vypínač, potaţmo jednotlivé součástky, ze kterých byl sestaven, patřilo také napětí a proud, které musí součástky být schopny převést. Jednalo se především o jmenovité napětí a proud, který je dán modelem, a také o maximální poruchový proud, který byl stanoven pro model. Relé potřebují pro svoji funkci, aby na jejich ovládací relé byl přiveden signál neboli napětí, aby mohly přepnout na svých pomocných kontaktech výstup. Proto je potřeba, aby vypínač byl připojen k nezávislému zdroji síťového napětí U N = 230 V. Vypínač také musí signalizovat, v jakém stavu se nachází, tak aby bylo pro obsluhu zřejmé, zda je obvod za ním pod napětím, nebo je bezpečně odpojen. Tato signalizace by měla být spjata s ovládáním, tedy pokud vypnu vypínač, tak se musí rozsvítit kontrolka, ţe je vypínač vypnut, tedy neprochází obvodem proud, případně naopak, pokud zapnu vypínač, musí být signalizováno, ţe obvod je funkční, tedy jím prochází proud a je připojen na napětí. Vypínač musí být schopný přijímat povely od ochrany, pokud ochrana vybaví, vyšle signál, kterým vypínač dostane pokyn, aby změnil polohu. Tudíţ je nutné, aby vypínač měl vstupy od ochrany, aby mohl zareagovat. Mimo jiné také musí vypínač jít ovládat nezávisle na ochraně, tedy obsluze musí být umoţněno obvod odpojit od napětí, případně připojit opětovně k napětí aniţ by bylo nutno pouţít ochranu Realizace Největší problém, se kterým jsme se potýkali, spočíval v tom, ţe byly dány rozměry krabičky, do které se musely umístit součástky. Mimo to se rozměry krabičky podstatně zmenšily při zašroubování kontaktů, pomocí kterých se vypínač připojuje do obvodu a k ochraně. Tyto kontakty ubraly v hloubce krabičky místo, které je nutné, aby se do krabičky vešla pomocná a hlavní relé. Řešením bylo rozmístit kontakty tak, aby vznikl uprostřed spodního okraje krabičky prostor, do kterého se přesně vešla relé přichycená vertikálně na DIN lištu. Další způsob toho jak vyřešit problém s prostorem by bylo, kdyby se relé umístily horizontálně po dně krabičky. Takto by se vyřešil problém, který by nastal s výškou relé, ale vyvstal by další problém, který by spočíval v tom, ţe by bylo nutné k propojení vyuţít o mnoho více kabelu, jelikoţ by relé na sebe nedoléhaly, jako při vertikální pozici a jejich propojení by bylo o mnoho náročnější. Vzhledem k tomu, ţe kontakty osazené na krabičce, které slouţí k propojení jednotlivých částí obvodů, mají určitou hloubku, bylo nutno je rozmístit tak, aby se mezi nimi utvořilo místo v krabičce. Toto místo je určené pro osazení DIN lištou, kterou následně osadíme relé. Propojení jednotlivých kontaktů je realizováno pomocí měděných vodičů o průměru ϕ = 1 mm. Tyto vodiče jsou sloučeny do svazků pro lepší přehlednost, vyuţití prostoru a také proto, aby se vodiče při uzavření krabičky nepoškodily. Tudíţ svazky jsou umístěny uvnitř spirálového krytu, který zabraňuje právě jiţ zmíněnému problému s poškozením při uzavírání krabičky a také zlepšuje přehlednost.

39 5 Návrh nových modelů Vrchní strana vypínače Krabička má na svém čelním krytu ovládací schéma. Toto schéma bylo nutno vytisknout na lepicí fólie v laserové tiskárně a následně nalepit. Před samotným nalepením bylo nutno krabičky důkladně odmastit a vyčistit, aby fólie se přichytila bez sebemenších potíţí a zároveň pod ní nevznikly vzduchové bublinky, které by sice neměli vliv na funkčnost, ale esteticky by vypínač ze své hlavní strany nevypadal dobře. Toto schéma je moţno vidět na Obr Obr. 5-2 Rozložení vrchní strany vypínače Ovládání hlavního relé je zde vyobrazeno jako STYKAČ. Je to z důvodu, ţe zapojení relé v našem případě má stejnou funkci jako stykač, a tudíţ je to lépe pochopitelné. Pod pojmem Pomocný kontakt se rozumí obvod, který dává zpětnou informaci ochraně. Manuální ovládání je tvořeno společně se signalizačními ţárovkami v podobě impulzních tlačítek, které jsou umístěny vedle Manuálního ovládání. Napájení má své dvě samostatné svorky ve spodní části vrchního krytu krabičky. Signály vysílané ochranou k řízení vypínače se připojují na svorky vprostřed krabičky, které jsou označeny jako Vypínací a Zapínací kontakt Zpoţdění vypínače Vypínač v případě pokynu od ochrany, nebo po zmáčknutí ovládacího tlačítka musí být schopen zareagovat ihned, případně s minimálním časovým zpoţděním, které nebude mít za následek ohroţení obsluhy a ani materiálové škody. Proto jsme tedy provedli několik měření jak pro zapínací povel tak pro vypínací, abychom zjistili, zda vypínač vypíná ihned, nebo v rámci nepatrného zpoţdění. Výsledky z tohoto měření jsou uvedeny v následujících tabulkách. V Tab. 5-1 vidíme, ţe námi změřené zpoţdění při zapnutí vypínače je průměrně 167,1 milisekundy. Z této tabulky dále vidíme, ţe vypínač zapnul od pokynu ochrany při měření s maximální odchylkou 7 milisekund.

40 5 Návrh nových modelů 40 Tab. 5-1 Zapínací čas vypínače Mimo zapínacího zpoţdění vypínače jsme také změřili zpoţdění při vypnutí vypínače, tedy zpoţdění od pokynu ochrany k vypnutí. Výsledky z tohoto měření jsou obsaţeny v následující tabulce Tab. 5-2, kde vidíme, ţe průměrná doba vypnutí vypínače byla 157,7 milisekundy a čas vypnutí se při jednotlivých měřeních měnil v rozmezí maximálně 11 milisekund. Tab. 5-2 Vypínací čas vypínače Lze tedy konstatovat, ţe vypínač zapíná i vypíná s minimálním zpoţděním, které je průměrně při zapnutí 167,1 milisekund a při vypnutí 157,7 milisekund. 5.2 Zátěţe Měření zpoždění zapnutí vypínače číslo měření čas [ms] 1 164, , , , ,5 Průměrná doba zapnutí 167,1 Měření zpoždění vypnutí vypínače číslo měření čas [ms] 1 152, , , , ,5 Průměrná doba vypnutí 157,7 V případě starých zátěţí byl problém, ţe u nich byly pouţity odpory a potenciometry, které byly dimenzovány na niţší výkonové zatíţení. Bylo je nutno provozovat pouze po omezenou dobu. Dalším problémem bylo to, ţe pokud potenciometr zůstal staţen, protoţe byl umístěn hned na začátku větve, protékal jím příliš vysoký proud, který měl za následek přepalování potenciometru. Bylo nutno tedy potenciometr umístit tak, aby ve vypnutém stavu jím neprocházel maximální proud a mohl být tedy na menší výkonové zatíţení. Hodnoty navrţené pro jednotlivé výkonové zatíţení jsou uvedeny v následující tabulce Tab. 5-3, kde jsou uvedeny hodnoty reálné zátěţe sítě distribuční soustavy a modelové hodnoty, které jsou směrodatné pro návrh našich hodnot. V první části jsou uvedeny procentní hodnoty výkonů, které jsme si vypočetli pro procentní hodnoty zátěţe, které byly zvoleny a to jest 30 %, 60 %, %. V tabulce dále vidíme hodnoty proudů, které protékají jednou fází a také hodnoty proudu, který protéká jednotlivými hodnotami odporů.

41 5 Návrh nových modelů 41 Tab. 5-3 Ideální stav navržených zátěží pro jednotlivé stupně Zátěž Modelové hodnoty Zátěž Skutečné hodnoty P n,3f 56,818 W P n,3f 2 MW U n 100 V U n V I n,max 0,328 A I n,max 52,486 A Součástky P [W] I load [A] I res [A] P res [W] R n,30% 1759,948 Ω 17,045 0,098 0,057 5,682 R n,60% 879,974 Ω 34,091 0,197 0,114 11,364 R n,80% 659,981 Ω 45,455 0,262 0,152 15,152 R n,100% 527,985 Ω 56,818 0,328 0,189 18,940 Pro lepší chlazení a zároveň menší výkonové zatíţení bylo zvoleno paralelní řazení odporů s tím, ţe výsledné hodnoty odporů budou oproti návrhu se lišit minimálně. V případě paralelního řešení byly zvoleny následující hodnoty odporů, které jsou uvedené v následující tabulce Tab. 5-4, kde jsou zároveň uvedeny hodnoty proudu a zároveň i výkon na jednotlivých prvcích. Tab. 5-4 Hodnoty odporů zvolené pro paralelní řazení Součástky R p R n,80% R n,60% R n,30% R n,100% R [Ω] I res [A] P res [W] P měřítkové [W] P skutečné [W] ,067 4, ,067 6,667 36, , ,056 5,556 27, , ,056 5,556 13, , ,765 0,151 15,100 45, ,600 Zvolili jsme řešení se třemi jednopolohovými přepínači na danou fázi, kdy pokud jsou všechny vypnuty, je zátěţ odpojená. Pokud zapneme první je připojeno 30 % zátěţe, druhý se zapne a je připojeno 60 % zátěţe a při sepnutí třetího je sepnuto % zátěţe. Při tomto řešení zůstane uvnitř krabičky dostatek místa a součástky se budou tedy lépe chladit. Zátěţ je realizována do trojúhelníka, kde vţdy mezi dvěma fázemi se nachází příslušné zapojené hodnoty odporů. Schéma zapojení se nachází na obrázku Obr Obr. 5-3 Schéma navržených zátěží

42 6 Závěr 42 6 ZÁVĚR Cílem bakalářské práce bylo ověřit základní prvky modelu, jako jsou vedení, transformátory a zhášecí tlumivka. Dále navrhnutí nových prvků, coţ se týkalo vypínače, který u modelu nebyl a mimo jiné přepracování stávajících zátěţí, které se pouţíváním zničili. Součástí práce je také jednoduchý manuál jak připojit napájecí transformátor k síti a poté ho dále připojit k modelu. Uvedli jsme si příklad schématu, jak lze například danou distribuční síť zapojit. V první části práce jsme realizovali několik měření, při kterých jsme ověřovali parametry prvků (segmentů) modelu. Základním měřením bylo měření netočivých sloţek, díky kterému jsme dostali přibliţné hodnoty součástek, které jsou v daných segmentech umístěny. Jelikoţ tímto měřením nelze změřit kaţdý prvek samostatně, ale vţdy impedanci, případně admitanci dané větve a z ní následně dopočíst hodnoty, jsou tyto hodnoty vţdy sloţeny i z parazitních hodnot daných jinou součástkou. Zjistili jsme, ţe hodnoty svodového odporu se u segmentů venkovního vedení značně liší oproti návrhu a tak jsme museli provést zvlášť ještě jedno kontrolní měření, při kterém se nám potvrdilo, ţe krabičky mají osazeny špatné hodnoty odporů realizující celkový svodový odpor. Tedy jsme rozhodli, ţe bude nutné krabičky přepájet a osadit správnými hodnotami dle návrhu. Při měření transformátorů jsme museli změnit zapojení, jelikoţ při zapojení trojúhelník/hvězda (Dy) při měření netočivých sloţek se uzavírají uvnitř trojúhelníka proudy a tudíţ naměříme vţdy nulovou hodnotu impedance. Tedy bylo nutno změnit zapojení na hvězda/hvězda (Yy0), při kterém jsme jiţ změřili hodnoty impedancí. Změřené hodnoty a z nich následně vypočtené hodnoty u transformátorů budou uţitečné z hlediska výpočtů poruch na vedení. Mimo jiné jsme měřili transformátory a tlumivku měřením silovým, pomocí kterého jsme stanovili hodnoty jednotlivých výkonů transformátorů a také proudy naprázdno a napětí nakrátko, která nebyla na stávajících transformátorech uvedena. Dále jsme zjistili, ţe zhášecí tlumivka má nelineární průběh při nastavování, bylo tedy nutné změřit její charakteristiku. V další části práce jsme se zabývali návrhem nových součástek. Novým prvkem se rozumí vypínač, který je u modelu potřebný při simulování poruch na vedení, případně dalších neţádoucích stavů které se mohou v distribuční soustavě vyskytnout, jako jsou například zkraty. Vypínač jsme realizovali konkrétně jako dva na sobě nezávislé prvky, které byly oba otestovány a fungují. Pomocný kontakt, který se nachází na vypínači a slouţí jako signalizace ochraně je bezpotenciálový, tedy si na něj připojí kaţdý, kdo jej bude obsluhovat napětí, které bude potřebovat a které bude moţné připojit na ochranu. Maximální napětí, které je moţné připojit, je střídavých 230 V. Navrhli jsme také nové zátěţe, které nyní při nulové pozici nejsou namáhány maximálním proudem, který procházel původně skrze potenciometry. Proto jsme při novém návrhu proměnný odpor umístili v paralelním řazení aţ jako poslední stupeň, který se připojí. Tím je zajištěna ochrana potenciometru a zároveň při pouţití paralelního řazení také potřeba menšího výkonového zatíţení prvků a s tím spojená úspora místa a chlazení. Vzhledem k tomu ţe naměřené hodnoty neodpovídaly v první části měření a bylo nutno opakovat měření a dále jsme vypracovávali několik návrhu zátěţí i vypínačů, neţ proběhla jejich samotná realizace, bohuţel jsme se nedostali k ověření chování modelu při zkratech a zemních spojeních.

43 Použitá literatura 43 POUŢITÁ LITERATURA [1] TOMÁŠEK, L. Výpočet napěťových poměrů v místě ochrany při zkratech. Bakalářská práce. Brno: Ústav elektroenergetiky FEKT VUT v Brně, 2012, 58 stran. [2] TOMAN, P., DRÁPELA, J., MIŠÁK, S., ORSÁGOVÁ, J., PAAR, M., TOPOLÁNEK., D. Provoz distribučních soustav. Vyd. 1. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2011, 263 s. ISBN [3] DRÁPELA, J. VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. Fyzikální modely soustav NN, VN a VVN [online] [cit ]. Dostupné z: [4] VERNER J.: Elektrické stanice a vedení. Vysoké učení technické v Brně [5] ORSÁGOVÁ, J.: Rozvodná zařízení. Skripta předmětu rozvodná zařízení. Ústav elektroenergetiky. Vysoké učení technické v Brně 2014.

44 Příloha 44 PŘÍLOHA A Náhradní schéma vedení V1,V2 a V3 pomocí π-článků. Obrázek 1 Náhradní schéma vedení V1,V3 pomocí π-článku, převzato z [3] Obrázek 2 Náhradní schéma vedení V2 pomocí π-článku, převzato z [3]