Distribuce elektrické energie (BDEE)

Transkript

1 Přednášející: doc. Ing. Petr Toman, Ph.D. VUT FEKT Technická, Brno PARAMETRY ELEKTRICKÝCH SÍTÍ Distribuce elektrické energie (BDEE) e-power - Inoace ýuky elektroenergetiky a silnoproudé elektrotechniky formou e-learningu a rozšíření prakticky orientoané ýuky, číslo: CZ..07/..00/5.058.

2 Prky sítí, jejich náhradní obody y, j j y a parametry

3 VÝPOČTY ELEKTRICKÝCH SÍTÍ Vytoření náhradního schématu Určení parametrů jednotliých prků náhradního schématu Vlastní ýpočet Přepočtení ypočtených hodnot na skutečné eličiny konkrétních místech sítě Zhodnocení ýsledků zhledem k požadakům

4 ELEKTRICKÉ VEDENÍ enkoní edení přenosoé soustaě na napětí 400 kv, 0 kv, 0 kv, distribuční soustaě 0 kv, 35kV, kv a 400V. - stožáry dle konstrukce (soudek, kočka, portál, ) dle funkce (kotení, nosné) dle materiálu (příhradoé, betonoé, dřeěné, plechoé) - odiče -holé odiče(alfelana lana, označení: AlFe průřez Al/průřez Fe) -izoloané odiče (např. systém PAS s odiči SAX, ) -slaněné záěsné kabely (např. systém AES)

5 VENKOVNÍ VEDENÍ Kočka kotení

6 VENKOVNÍ VEDENÍ Delta nosná

7 VENKOVNÍ VEDENÍ Soudek nosný

8 VENKOVNÍ VEDENÍ Sazkoé odiče Kladno 0 kv (), Kanada 750 kv (4), Čína 000 kv (8) Zdroj SÝKORA, T. Prezentace pro studenty předmětu PEL, ČVUT FEL

9 VENKOVNÍ VEDENÍ Detail nosného záěsu

10 VENKOVNÍ VEDENÍ Detail koteního záěsu

11 VENKOVNÍ VEDENÍ Kotení stožár n s nainstaloaným stao a umělým ě zemním spojením

12 Slaněné ě záěsné ě kabely kbl n (zdroj JELÍNEK, M. Metodika torby ýukoých opor pro zděláání dospělých oboru elektrotechnika - izoloané enkoní edení. Bakalářská práce, MU PF, 009

13 Izoloané odiče n (zdroj MIŠÁK, S. ANALÝZA PORUCHOVÝCH DĚJŮ V PRŮMYSLOVÝCH VN ROZVODECH A MOŽNOSTI JEJICH OMEZENÍ. Habilitační práce, VŠB-TU Ostraa FEI, 009)

14 VENKOVNÍ VEDENÍ Slaněné ě záěsné ě kabely kbl nn (zdroj JELÍNEK, M. Metodika torby ýukoých opor pro zděláání dospělých oboru elektrotechnika - izoloané enkoní edení. Bakalářská práce, MU PF, 009)

15 ELEKTRICKÉ VEDENÍ Kabeloá edení (n, n, nn) dělení dle -elikosti napětí (n, n) - materiálu jádra (Al, Cu) - počtu žil (jednoodičoé, tříodičoé) - materiálu a proedení izolace - rstená izolace z olejem impregnoaného papíru - tlakoé olejoé a plynoé kabely - kabely s umělohmotnou izolací (XLPE) - konstukce k stínění ě ícu drátky, dátk pásky -nější izolace PE,PVC + samozhášecí přísady

16 KABELOVÁ VEDENÍ

17 KABELOVÁ VEDENÍ

18 Parametry edení

19 ELEKTRICKÉ VEDENÍ Elektrické parametry edení Rezistance (d (odpor) R [Ω] Indukčnost L [H] Kapacita C [F] Sod (sodoá odiost) G [S]

20 Rezistance (odpor) R [Ω], Indukčnost L [H] Kapacita C [F], Sod (sodoá odiost) G [S]

21 PODÉLNÁ IMPEDANCE VEDENÍ f - úhloá rychlost - frekence Pro ýpočet ss edení je uažoán pouze činný odpor

22 PŘÍČNÁ ADMITANCE VEDENÍ f - úhloá rychlost - frekence Uažuje se zpraidla pouze pro ýpočty sítí n; pro ýpočty zemních spojení i sítích n

23 REZISTANCE VEDENÍ reálná složka podélné impedance edení z R + jx / k k k / [ Ω km ] způsobuje ů ztráty činného ýkonu, které záisí na: zatížení, materiálu odiče, průřezu odiče, délce odiče, zniká na ní úbytek napětí.

24 REZISTANCE VEDENÍ rezistiita při teplotě délka odiče průřez odiče. U AlFe lan se uažuje pouze rezistance hliníkoého pláště rezistiita Fe cca xětší ětší, než rezistiita Al průřez duše lana je /4, /5 nebo /7 celkoého průřezu

25 REZISTANCE VEDENÍ VLIV KROUCENÍ LAN má za následek menší délku lastního lana než jednotliých odičů, ze kterých je spleteno u měděných lan zýšení rezistiity cca % u hliníkoých a AlFe lan cca % - 5% - Odpor edení na km délky udaný ýrobcem - délka edení

26 REZISTANCE VEDENÍ VLIV TEPLOTY rezistance při teplotách a teplotní součinitele odporu

27 REZISTANCE VEDENÍ VLIV SKINEFEKTU Skinefekt způsobuje při průchodu střídaého proudu zětšoání proudoé hustoty směrem k porchu odiče Neronoměrnost záisí na: frekenci materiálu elikosti průřezu taru průřezu. pro frekenci 50 Hz má ýznam až pro elké průřezy. u Al lan nepřesahuje ř,5%. u Cu lan pro 40mm cca %

28 REZISTANCE VEDENÍ VLIV PRŮHYBU průhyb odiče u zaěšeného edení způsobuje zětšení délky odiče proti topografické délce edení záisí na atmosférických podmínkách (teplota, ítr, elikost námrazy) u běžných edení dosahuje hodnot cca %

29 INDUKČNOST VEDENÍ imaginární složka podélné impedance edení z R + jx [ Ω / km ] k k k / yjadřuje li magnetického pole od proudů e odiči na daný odič u íce-odičoých edení se současně e odiči projeuje li magnetického pole od proudů ostatních odičů, zniká na ní úbytek napětí.

30 INDUKČNOST VEDENÍ U trojfázoých symetrizoaných edení se souměrnou zátěží je možné souhrn indukčních liů yjádřit tz. proozní indukčností a proudem jedné fáze. V ostatních případech je nutné liy uažoat odděleně V ostatních případech je nutné liy uažoat odděleně pomocí lastní a zájemné indukčnosti a proudů příslušných obodech.

31 INDUKČNOST VEDENÍ symetrizace edení Transpozice je proáděna u sítí n

32 SYMETRIZACE VEDENÍ TRANSPOZICE Zdroj SÝKORA, T. Prezentace pro studenty předmětu PEL, ČVUT FEL

33 INDUKČNOST DVOUVODIČOVÉHO VEDENÍ odození ztahu pro indukčnost douodičoého dič edení ychází ze statické ti definice indukčnosti L Φ i uažujeme proudoý obod tořený děma ronoběžnými odiči s proudem i, odiče mají kruhoý průřez o poloměru r a osoou zdálenost d >> r, délka smyčky odičů l >> d.

34 INDUKČNOST DVOUVODIČOVÉHO VEDENÍ Výsledný magnetický tok Φ procházející plochou s d.l smyčky o jednotkoé délce l lze rozložit na: Φ -magnetický g ýtok působený ýproudem odiče a procházející plochou r.l unitř tohoto odiče, Φ - magnetický tok ně odiče působený proudem tohoto odiče, Φ - magnetický tok působený ů proudem e odiči diči.

35 INDUKČNOST DVOUVODIČOVÉHO VEDENÍ μ0 μr l Φ i 8π μ0 μr l R Φ i ln π r μ0 μr l R Φ i ln π d Φ Φ + Φ + Φ μ0 μr l R R μ0 μr l Φ i ln ln + i π r d 8π μ μr l d μ0 μr l i ln + i π r 8π L 0 R je blíže neurčená μ 0 μr l d μ 0 μr l ln + zdálenost od π r 8π osy odiče

36 INDUKČNOST DVOUVODIČOVÉHO VEDENÍ L μ0 μr l d μ0 μr l ln + π r 8π pro μ 4π π.0 H/m l 000 m μ r je d L k 0,46 log + 0,05μr / r [ mh km]

37 INDUKČNOST TROJVODIČOVÉHO VEDENÍ i + i + i3 0 Φ Φ Φ Φ Φ + Φ + Φ + Φ 3 + Φ 3 3 Φ3 + Φ3 + Φ33 Φ ii Φ i + Φ i L L L p p p3 d d 3 0,46 log + 0,05 μr r d d 3 0,46 log + 0,05 μr r d 3 d 3 0,46 log + 0,05 μr r [ mh/km]

38 INDUKČNOST TROJVODIČOVÉHO VEDENÍ L L L p p p3 d d 3 0,46 log + 0,05 μr r d d 3 0,46 log + 0,05 μr r d 3 d 3 0,46 log + 0,05 μr r [ mh/km] pro d d d 3 3 d platí d L p 0,46 log + 0,05μr mh / km r [ ]

39 INDUKČNOST TROJVODIČOVÉHO TRANSPONOVANÉHO VEDENÍ L pu Lp a + Lp b + Lp c U d d 3 d 3 d d 3 d 3 0,46log + 0,46log + 0,46log + 3 0,0505 μ r 3 r r r L p L p L pu U Lp + Lp + L 3 3 d d3 d3 0,46 log + 0,05 r p3 r μ [ mh/km] [ mh ]

40 INDUKČNOST VEDENÍ VLIV SKINEFEKTU Vliem zrůstající proudoé hustoty směrem k okraji odiče roste i intenzita magnetického pole rychleji než lineárně. Zětšení indukčnosti liem skinefektu souisí pouze s magnetickým tokem unitř odiče (e ztahu pro proozní indukčnost se projeí pouze e složce nezáislé na zdálenosti a poloměru odičů) složka od nitřního magnetického toku. Vyjadřuje se pomocí koeficientu >. d L p 0,46 log + 0,05 μ r r [ mh/km] L p 3 d d 3 d 3 0,46 log + 0,05 r r μ [ mh/km]

41 INDUKČNOST VEDENÍ VLIV SKINEFEKTU Dosadíme 0,05 μr 0,46 log k 0,05.. μ 0, 46 kde k 0 pak L p d 0,46 log r r + 0,46 log d 0,46 log k k r [ mh/km] L p 3 d d d 3 3 0,46 log [ mh/km ] k r

42 KONDUKTANCE VEDENÍ reálná složka příčné admitance edení y G + jb / k k k / [ S km ] způsobuje ztráty činného ýkonu (tz. příčné ztráty) záisí málo na zatížení, ale značně na napětí a poětrnostních liech, dělí se na: ztráty sodem přes izolátory, ztráty tát korónou (přeládají, ř ýznamněji se uplatní od jmenoitého napětí edení 0 kv.

43 KONDUKTANCE VEDENÍ ZTRÁTY SVODEM Použitý izolant má konečnou hodnotu izolačního odporu, takže propouští proud odiostí sého materiálu. Izolace je atmosféře ystaena znečištění, které zhoršuje její jí izolační č lastnosti. ti Dochází proto k propouštění proudu po porchu izolace. Izolace je ystaena působení střídaého elektrického pole. Vznikají dielektrické ztráty, které se ně projeí jako nedokonalá izolace.

44 KONDUKTANCE VEDENÍ ZTRÁTY KORÓNOU Vznikají, je-li překročeno kritické napětí mezi odiči dochází k prosakoání proudu korónou přímo přes atmosféru mezi těmito odiči. Intenzita elektrického pole okolí odičů překračuje penost zduchu. Kiiké Kritické napětí ě záisí na: zdálenosti a poloměru odičů, hladkosti porchu odičů, atmosférických podmínkách (hustotě a lhkosti zduchu).

45 KONDUKTANCE VEDENÍ ZTRÁTY ΔP U s 3Gks GksU 3 kde U je sdružené napětí sítě Jmenoité napětí Ztráty Konduktance izolaci korónou roční prům. izolace korónou celkem korónou [kv] [W/km] [kw/km] [kw/km] 0-8 [S/km] 0-8 [S/km] 0-8 [S/km] 0 8,8 3, ,9 4-9, ,0 0,4 0,6 30 3,3 5,0 4, ,0,,7 0,5,6,5 3,6,75 5, ,5 70,0,0 3,0 0, 0,9,3,0,4,9

46 KAPACITA VEDENÍ imaginární složka příčné admitance edení G + jb [ S km ] y / k k k / yjadřuje j li elektrického pole, které působí napětí mezi odiči resp. mezi odiči a zemí

47 KAPACITA VEDENÍ n d km U k Qm ln, k, K, n π ε ε d m r 0 kde U k je napětí k-tého odiče ůči zemi, Q m je elektrostatický náboj m-tého odiče na jednotku délky, ε r, ε 0 jsou dielektrické konstanty (relatiní permitiita zduchu a permitiita akua), n je počet odičů edení, d km je osoá zdálenost mezi odiči k a m, d km kk km je osoá zdálenost mezi k-tým odičem a zrcadloým obrazem m-tého odiče. d r, d h k kk kde r k je poloměr k-tého odiče, je ýška k-tého odiče nad zemí h k k

48 KAPACITA VEDENÍ n d km U k Qm ln, k, K, n π ε ε d m r 0 zaedeme potenciáloé koeficienty kk dostaneme h d ln π ε ln d [ U ] [ ] [ Q ] km k km r ε 0 r k π ε r ε 0 km km [] [ Q ] [ ] [ U ] [ β ] [ U ] je čtercoá, symetrická a regulární matice potenciáloých koeficientů i řádu n x n, jejíž prky se stanoí podle uspořádání odičů hlaě stožáru

49 KAPACITA VEDENÍ Náboj je také možné yjádřit pomocí kapacit: n ( U U ) Q k CkU k + Ckm k m, k,, K, n m m k Q po přeskupení n C kku k Ckm U m k,, K n k, m m k kde C kk C k + n m m k C km pak lze napsat [ Q ] [ C ] [ U ]

50 KAPACITA VEDENÍ Pomocí dou postupů jsme získali [ Q ] [ ] [ U ] [ β ] [ U ] [ Q ] [ C ] [ U ] poronáním dostaneme β kk C k odtud kapacity n + C m m k n km β km C Ck β kk + β km k,,.., n m m k k km Ckm β km

51 KAPACITA TŘÍFÁZOVÉHO VEDENÍ BEZ ZEMNÍCH LAN Pro napětí platí U 3 Q U 3. Q U Q3

52 KAPACITA TŘÍFÁZOVÉHO VEDENÍ BEZ ZEMNÍCH LAN pak pro náboj Q Q Q U U U Δ kde Δ je determinant matice koeficientů z ronic Δ 3 + a sronáním s Q C C C3 U Q C C C3 U Q 3 C3 C3 C33 U 3 dostaneme hodnoty lastních kapacit C, C, C 3 a zájemných kapacit C, C 3, C 3

53 KAPACITA TŘÍFÁZOVÉHO TRANSPONOVANÉHO VEDENÍ BEZ ZEMNÍCH LAN pro transponoané edení platí pro napětí odičů Q U Q Q U U 3 3 Q U kde je střední hodnota lastního potenciáloého koeficientu h h h ( ) h h h r h r h r h r ln ln ln 3 3 ε ε π r h h h r ln ε ε π

54 KAPACITA TŘÍFÁZOVÉHO TRANSPONOVANÉHO VEDENÍ BEZ ZEMNÍCH LAN pro transponoané edení platí pro napětí odičů U Q U Q U 3 Q3 a kde je střední hodnota zájemného potenciáloého koeficientu ( + + ) d d d ln ln ln π ε r ε 0 d d3 d 3 d d d ln π ε 3 r ε 0 d d 3d 3

55 KAPACITA TŘÍFÁZOVÉHO TRANSPONOVANÉHO VEDENÍ BEZ ZEMNÍCH LAN Náboj edení U U Q Q β β β β β β 3 3 U Q β β β β β Potom dostaneme pouze jednu elikost kapacity proti zemi C 0 C C C β β + a jednu elikost zájemné kapacita C C C 3 C 3 C C β β β 0 +

56 KAPACITA TŘÍFÁZOVÉHO TRANSPONOVANÉHO VEDENÍ BEZ ZEMNÍCH LAN Napájíme-li souměrné edení souměrným trojfázoým napětím: ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) U C j C C U j a C a C C U j au U C j U a U C j C U j I 0 3 ω ω ω ω ω ω ( ) ( ) [ ] ( ) p C U j C C U j a C a C C U j ω ω ω p C p U a j C U j I ω ω p p p C p au j C U j I 3 3 ω ω kde kapacitu C p C 0 + 3C nazýáme proozní kapacitou třífázoého transponoaného edení a má smysl jen při symetrických napětích ( ) ( ) p C C C ( )( ) ( ) ( ) ( )( )( ) ( )( )

57 KAPACITA TŘÍFÁZOVÉHO TRANSPONOVANÉHO VEDENÍ BEZ ZEMNÍCH LAN Po dosazení středních hodnot potenciáloých koeficientů: C p ln 3 π ε ε h h h případě, že d km << h k je C p π ε r ε 0 3 d d 3 d ln r r d 0 d r 3 d d 3d 3 d 3 d 3 h 3 3 h h 3 d d 3d 3 pro ε 0 /(4π ) F/m, ln x,306 log x, ε r obdržíme 4,3 C p / 3 d d d log r [ nf km]

58 SVAZKOVÉ VODIČE Nahrazujeme je fiktiním poloměrem, který e ztazích pro indukčnost a kapacitu je poloměrem ekialentním ( a a... a a ) r n e r 3 i n... kde n je počet lan e sazku, r je poloměr lan e sazku, a i jsou osoé zdálenosti mezi jedním z lan a ostatními e sazku.

59 PARAMETRY KABELOVÝCH VEDENÍ Záisí na materiálu odičů a izolace, uspořádání lastního kabelu (jednoodičoý, íceodičoý, samostatné nebo společné stínění odičů, materiál a proedení ochranného pláště proti mechanickému a chemickému poškozoání) a způsobu použití sestaě pro edení (edení sestaené z jednožiloých kabelů nebo edení z ícežiloého kabelu). Pro rezistanci kabeloých edení platí še, co u enkoního edení s ýjimkou liu průhybu. Vícežiloé kabely zětšují soji rezistanci zájemným kroucením žil. U jednožiloých kabelů s odiým pláštěm (případně s feromagnetickým pancířem), protékaných střídaým proudem, lze do zětšení rezistance lastní žíly zahrnout přídané ztráty ířiými proudy a hysterezí.

60 PARAMETRY KABELOVÝCH VEDENÍ Proozní indukčnost třífázoých kabeloých edení souměrně zatěžoaných lze stanoit přibližně podle ztahů pro transponoané enkoní edení. U sektoroého uspořádání průřezů e íceodičoém kbl kabelu je indukčnost idkč o 5% až ž0% menší než u kabelů kblůs kruhoými stejnými průřezy a stejnou tloušťkou izolace s ýjimkou liu průhybu. Proozní indukčnost kabelů je podstatně menší než u enkoních edení stejných průřezů. Dosahuje si 5 % až 30 % proozní indukčnosti enkoních edení. Kapacitní azby znikají u íceodičoých kabelů bez stínění nebo odiých plášťů obdobně jako u enkoních edení. Jsou-li odiče samostatně stíněny nebo ybaeny odiými ochrannými plášti, nezniká kapacitní azba odičů mezi sebou, ale pouze proti stínění či plášti.

61 STANOVENÍ PARAMETRŮ VEDENÍ MĚŘENÍM Proedeme dě měření e stau nakrátko a naprázdno. Z nich lze yhodnotit proozní impedanci nakrátko a proozní admitanci naprázdno kde Z kk U k I k Z kk I, 0 kk Y00 00, U 0 kk a 00 jsou argumenty impedancí U k, I k jsou absolutní hodnoty fázorů napětí a proudu stanoené měřením nakrátko, U 0 0, I 0 jsou absolutní hodnoty fázorů napětí a proudu stanoené měřením naprázdno. Y 00

62 STANOVENÍ PARAMETRŮ VEDENÍ MĚŘENÍM P I U P arccos ( ) l X j R l z Z + k k k kk ( ) l B j G l y Y k k k + 00 { } { } Im Re Z l X Z l R kk k kk k { } { } Im Re Y l B Y l G k k

63 Parametry transformátorů

64 PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ Základní předpoklady Trojfázoý transformátor je e fázích souměrný Při souměrném zatěžoání jej jjnahrazujeme každé fázi stejným náhradním článkem T nebo Г

65 PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ Štítkoé údaje transformátoru - Jmenoitá napětí primárního a sekundárního inutí (sdružená hodnota) - - Jmenoitý ýkon - - Poměrná hodnota napětí nakrátko - - Výkon (ztráty) naprázdno - - Výkon (ztráty) nakrátko - -Poměrná hodnota proudu naprázdno -

66 PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ

67 PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ

68 PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ

69 PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ

70 PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ

71 PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ Trojinuťoý transformátor

72 PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ po úpraě

73 PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ Transformátor 400/0kV, 350 MVA, R400kV Sokolnice Zdroj SÝKORA, T. Prezentace pro studenty předmětu PEL, ČVUT FEL

74 Parametry tlumiek

75 PARAMETRY TLUMIVEK Sérioá tlumika - reaktor Štítkoé hodnoty Smluená hodnota součinu jmenoitého napětí sítě, do které éje tlumika určena č a proudu, který ohřeje její inutí na doolenou mez - Poměrná hodnota napětí na tlumice připrůchodu Poměrná hodnota napětí na tlumice při průchodu dooleného proudu ztažená ke jmenoitému napětí -

76 SÉRIOVÁ TLUMIVKA - REAKTOR Zdroj SÝKORA, T. Prezentace pro studenty předmětu PEL, ČVUT FEL

77 PARAMETRY TLUMIVEK

78 PARAMETRY TLUMIVEK Paralelní tlumika spouštěcí tlumika Štítkoé hodnoty Jmenoité napětí - Jmenoitý jaloý ýkon -

79 PARAMETRY TLUMIVEK Připojení paralelní tlumiky (přímo, do terciárního inutí transformátoru) ; spouštěcí tlumika R400kV Kočín Zdroj SÝKORA, T. Prezentace pro studenty předmětu PEL, ČVUT FEL

80 PARAMETRY TLUMIVEK Zhášecí (kompenzační) (Petersenoa) tlumika Použíá se pro kompenzaci proudů při zemních spojeních sítích s nepřímo uzeměným uzlem Štítkoé hodnoty Jmenoité napětí - fázoé napětí kompenzoané sítě Jmenoitý jaloý ýkon -

81 PARAMETRY TLUMIVEK Kompenzační tlumika Zdroj SÝKORA, T. Prezentace pro studenty předmětu PEL, ČVUT FEL

82 PARAMETRY KONDENZÁTORŮ Sérioý kondenzátor Štítkoé hodnoty Jmenoitý proud - Jmenoitý jaloý ýkon jedné fáze -

83 PARAMETRY KONDENZÁTORŮ Paralelní kondenzátor Štítkoé hodnoty Jmenoité sdružené napětí - Jmenoitý trojfázoý jaloý ýkon -