VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF POWER ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING ELEKTRICKÝ STROJ PRO TOČIVOU VĚTRNOU ELEKTRÁRNU BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR Jan Srna BRNO 2011

2 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF POWER ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING ELEKTRICKÝ STROJ PRO TOČIVOU VĚTRNOU ELEKTRÁRNU ELECTRICAL MACHINE FOR WIND POWER GENERATOR BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR Jan Srna VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Ing. Jiří Kurfürst BRNO, 2011

3 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky Bakalářská práce bakalářský stuijní obor Silnoprouá elektrotechnika a elektroenergetika Stuent: Srna Jan ID: Ročník: 3 Akaemický rok: 2010/11 NÁZEV TÉMATU: Elektrický stroj pro točivou větrnou elektrárnu POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: 1. Proveďte literární a patentovou rešerši strojů pro větrnou elektrárnu s požaavky na přímé připojení SMPM generátorů na síť. 2. Proveďte měření vybraného synchronního generátoru. 3. V programu SIMULINK připojte vybraný SMPM generátor k síti a proveďte připojení 4. Proveďte vyhonocení a stanovte závěr DOPORUČENÁ LITERATURA: Dle pokynů veoucího Termín zaání: Termín oevzání: Veoucí projektu: Ing. Jiří Kurfürst oc. Ing. Petr Toman, Ph.D. přesea oborové ray UPOZORNĚNÍ: Autor bakalářské práce nesmí při vytváření bakalářské práce porušit autorská práva třetích osob, zejména nesmí zasahovat neovoleným způsobem o cizích autorských práv osobnostních a musí si být plně věom násleků porušení ustanovení 11 a násleujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních ůsleků vyplývajících z ustanovení 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb.

4 Abstrakt Práce se zabývá transientní a subtransientní analýzou změřeného zkratového prouu. Honoty zkratového prouu byly reálně změřeny na synchronním generátoru při sníženém buicím napětí a násleně přepočítány na jmenovité honoty. Analýza je vhoná pro stroje, ke kterým neexistuje okumentace a je nutné honoty získat měřením. Pro ientifikaci příslušných reaktancí a časových konstant, byly použity vě metoy vycházející ze stanaru IEEE a násleně mezi sebou porovnány. Jena z meto byla vytvořena v programu MATLAB, ke byly postupně řešeny změřené zkratové prouy fází L1, L2 a L3. Získané honoty časových konstant jsou použity pro jenouchý moel synchronního generátoru vytvořeného v toolboxu MATLAB/SIMPOWER a ověřena tak správnost výpočtu transientní a subtransientní analýzy. Abstract This thesis escribes analyse of transient an subtransient parts of short circuit current. Values of synchronous generator short circuit current were measure for lower voltage an subsequently recounte to its nominal values. The analyse is useful for machines without ocumentation an where is measurement of neee parameters necessary. Two methos coming out of the IEEE stanar were use for ientification reactances an time constants an after that these methos were compare between themselves. One of the metho were create in program MATLAB, where measure short circuit currents for each phase were hanle. Values of time constants are use for simple moel of synchronous generator create in toolbox of program MATLAB/SIMPOWER. This simulation verifies correctness of counting transient an subtransient analyses.

5 Klíčová slova subtransientní časová konstanta, subtransientní reaktance, transientní časová konstanta, transientní reaktance, zkratový prou Keywors subtransient time constant, subtransient reactance, transient time constant, transient reactance, short circuit current

6 Bibliografická citace SRNA, J. Elektrický stroj pro točivou větrnou elektrárnu. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, s. Veoucí bakalářské práce Ing. Jiří Kurfürst.

7 Prohlášení Prohlašuji, že svou bakalářskou práci na téma Elektrický stroj pro točivou větrnou elektrárnu jsem vypracoval samostatně po veením veoucího bakalářské práce a s použitím oborné literatury a alších informačních zrojů, které jsou všechny citovány v práci a uveeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uveené semestrální práce ále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této semestrální práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl neovoleným způsobem o cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně věom násleků porušení ustanovení 11 a násleujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních ůsleků vyplývajících z ustanovení 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb. V Brně ne Popis autora.. Poěkování Děkuji veoucímu bakalářské práce Ing. JIŘÍMU KURFÜRSTOVI za účinnou metoickou, peagogickou a obornou pomoc a alší cenné ray při zpracování mé bakalářské práce. V Brně ne Popis autora..

8 7 OBSAH 1 ÚVOD LITERÁRNÍ REŠERŠE OBECNÁ IDENTIFIKACE PARAMETRŮ SYNCHRONNÍHO GENERÁTORU IDENTIFIKACE PARAMETRŮ Z MĚŘENÍ NAKRÁTKO METODY DLE IEEE STANDARDU PRAKTICKÁ ČÁST ZKRAT NA SVORKÁCH SYNCHRONNÍHO GENERÁTORU VYHODNOCENÍ MĚŘENÍ VYHODNOCENÍ REAKTANCÍ Z PROVEDENÉHO MĚŘENÍ METODA I VYHODNOCENÍ PRO L VYHODNOCENÍ PRO L VYHODNOCENÍ PRO L CELKOVÉ VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ METODA II POPIS M FILU VYTVOŘENÉHO V MATLABU VYHODNOCENÍ PRO L VYHODNOCENÍ PRO L VYHODNOCENÍ PRO L CELKOVÉ VYHODNOCENÍ SIMULACE SYNCHRONNÍHO GENERÁTORU V PROGRAMU SIMPOWER ZÁVĚR LITERATURA PŘÍLOHY NAMĚŘENÉ HODNOTY PROUDŮ M FILE... 64

9 8 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 3-1 Záznam zkratových prouů i z [1] Obr. 3-2 Přechoná složka v semilog. iagramu [1] Obr. 3-3 Ss. složky v semilog. souřanicích[1] Obr. 3-4 Největší možná stejnosměrná složka[1] Obr.3-5 Průběh ochylující se o přímky[1] Obr. 3-6 Průběh Δi v semilog.souřanicích[1] Obr. 3-7 Synchronizace obálek[8] Obr. 3-8 Transientní ata Δi (t)[8] Obr. 3-9 Subtransientní ata Δi (t)[8] Obr Stejnosměrná ata abs[i c (t)][8] Obr. 4-1 Průběh počátku zkratového prouu pro fázi L Obr. 4-2 Ustálená složka fáze L Obr. 4-3 Průběh počátku zkratového prouu pro fázi L Obr. 4-4 Průběh ustálené složky fáze L Obr. 4-5 Průběh počátku zkratového prouu pro fázi L Obr. 4-6 Průběh ustálené složky fáze L Obr. 5-1 Horní a olní obálka Obr. 5-2 Proložení obálek fáze L Obr. 5-3 Symetrický a stejnosměrný prou fáze L Obr. 5-4 Aproximace prouů fáze L Obr. 5-5 Aproximace transientní části L Obr. 5-6 Aproximace subtransientní části fáze L Obr. 5-7 Časové konstanty fáze L Obr. 5-8 Stejnosměrná složka fáze L Obr. 5-9 Horní a olní obálka fáze L Obr Horní a olní obálka fáze L Obr Průběh symetrického a DC prouu pro fázi L Obr Aproximace prouů fáze L Obr Transientní analýza fáze L Obr Subtransientní analýza fáze L Obr Časové konstanty pro fázi L Obr Analýza DC složky fáze L

10 9 Obr Horní a olní obálka fáze L Obr Proložení obálek pro fázi L Obr Průběh symetrického a DC prouu pro fázi L Obr Aproximace prouů pro fázi L Obr Transientní analýza pro fázi L Obr Subtransientní analýza pro fázi L Obr Časové konstanty fáze L Obr Analýza DC složky pro fázi L Obr. 6-1 Porovnání naměřeného a nasimulovaného zkratového prouupro fázi L Obr. 6-2 Porovnání naměřeného a nasimulovaného zkratového prouupro fázi L Obr. 6-3 Porovnání naměřeného a nasimulovaného zkratového prouupro fázi L SEZNAM TABULEK Tab. 1 Štítkové honoty měřeného generátoru Tab. 2 Použité přístroje Tab. 3 Naměřené honoty zkratového prouu Tab. 4 Honoty ustáleného prouu Tab. 5 Vzálenosti obálek pro fázi L Tab. 6 Vzálenosti přírůstků ΔI pro první fázi Tab. 7 Vzálenosti obálek pro fázi L Tab. 8 Vzálenosti přírůstků ΔI pro ruhou fázi Tab. 9 Vzálenosti obálek pro fázi L Tab. 10 Vzálenosti přírůstků ΔI pro třetí fázi Tab. 11 Přehle vypočtených veličin pro napětí 70V Tab. 12 Přehle vypočtených prouů pro napětí 400V Tab. 13 Parametry pro fázi L Tab. 14 Honoty parametrů fáze L Tab. 15 Honoty parametrů pro fázi L Tab. 16 Honoty parametrů stroje Tab. 17 Naměřené honoty prouů... 60

11 10 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK Značka Veličina Značka jenotky I b buicí prou A I c stejnosměrná složka zkratového prouu A I k ustálený prou nakrátko A I low (t) prou olní obálkou A I n nominální prou A I upp (t) prou horní obálkou A I z zkratový prou A I z (t) časově proměnný zkratový prou A L inukčnost H L inukčnost v poélné ose H P činný výkon W P i instalovaný výkon W P ng nominální činná výkon generátoru W R opor v poélné ose Ω S zánlivý výkon VA S Amax zánlivý výkon výrobny VA S Emax zánlivý výkon jenoho zařízení VA S mg nominální zánlivý výkon generátoru VA S kv zkratový výkon v přípojném bou VA T a časová konstanta stejnosměrné složky s T časová konstanta transientní reaktance s T časová konstanta subtransientní reaktance s U b buící napětí V U 0 nominální napětí V synchronní reaktance Ω transientní reaktance Ω ( t) časově proměnná transientní reaktance Ω subtransientní reaktance Ω ( t) časově proměnná subtransientní reaktance Ω f frekvence Hz i(t) symetrický časově proměnný prou A i c (t) stejnosměrná časově proměnná složka zkratového prouu A

12 11 k k zkratový poměr výkonů - m hmotnost kg p 10min maximální stření výkon v intervalu 10 minut W x poměrná synchronní reaktance - x poměrná transientní reaktance - x poměrná subtransientní reaktance - u rozíl napětí V ΣS Amax součet zánlivých výkonů všech rozvoen VA λ účiník -

13 12 1 ÚVOD Tento text vznikl jako bakalářská práce. Cílem této práce bylo získat přehle a pochopit metoy, které analyzují průběh zkratu na generátoru a provést měření vybraného synchronního generátoru. Dalšími cíli bylo ze získaných naměřených honot určit parametry měřeného generátoru a provést simulaci zkratu v prostřeí Matlab Simulink. Bakalářská práce vznikla jako ruhé ílo autora, zabývajícího se problematikou synchronních generátorů, větrných elektráren a jejich vzájemného využití. Bakalářská práce navazuje na semestrální projekt, ve kterém byla popsána stavba a struktura větrné elektrárny, ruhy generátorů používané ve větrných elektrárnách s principem jejich činnosti, uplatnění a výhoami jenotlivých ruhů generátorů a rozšíření větrných elektráren v ČR a ve světě. První kapitola je věnována literární rešerši, ke jsou uveeny nejůležitější zroje, ze kterých bylo během psaní práce čerpáno. Dále je v této kapitole rozepsána problematika praviel a přepisů provozování istribuční soustavy. U praviel provozování je popsáno, ko tyto pravila sepisuje a koho se týkají. Dále jsou v této kapitole popsány příkazy a postupy, kterými se musí říit žaatel o výstavbu zroje elektrické energie a jeho násleného připojení o istribuční sítě. Je ze též uveen rozíl mezi množstvím informací, které jsou vyžaovány provozovatelem istribuční sítě u plánované výstavby větrné elektrárny a jiného zroje elektrické energie. V alší kapitole jsou popsány metoy ze stanaru IEEE, sloužící k získání honot parametrů generátoru. Nejprve je popsána metoa ruční analýzy oscilogramu, která pro získání honot parametrů využívá grafické interpretace zobrazených zkratových prouů. Tato metoa nejprve počítá s honotami prouů v milimetrech, které opovíají jejich reálné honotě v ampérech. Po výpočtu zkratových prouů převáí honoty prouů zpět na ampéry. Ve ruhé části této kapitoly je popsána metoa využívající k nalezení honot softwarovou analýzu. V této metoě jsou honoty veličin počítané v poměrných honotách (p.u. - per unit). Násleující kapitola seznamuje s průběhem měření zkratových prouů generátoru během trojfázového zkratu. Jsou ze popsány měřicí přístroje, které byly využity během měření, problémy které nastaly během měření a ále jsou ze graficky zobrazeny průběhy zkratových prouů pro jenotlivé fáze. V alší kapitole je v práci proveeno vyhonocení reaktancí z proveeného měření. Nejprve je vyhonocení proveeno pro metou ruční analýzy zkratových prouů pro jenotlivé fáze. Poté je pro tuto metou proveeno vyhonocení pro celý generátor. Násleovně je vyhonocení proveeno pro metou softwarové analýzy. Nejříve jsou ze popsány nejůležitější části programu v prostřeí MATLAB, který umožnil výpočet parametrů, poté násleuje vyhonocení. Vyhonocení je opět uěláno nejprve pro jenotlivé fáze a pak průměrem těchto honot jsou vyhonoceny celkové parametry pro generátor. Poslení část práce je věnována simulaci průběhu zkratu pomocí softwaru MATLAB Simulink SimPowerSystems. Jsou ze vypsány parametry generátoru, který byl pro simulaci použit. Dále jsou ze graficky zobrazeny průběhy zkratového prouu vybraného generátoru.

14 13 2 LITERÁRNÍ REŠERŠE Literatury [1] a [8] etailně popisují problematiku získávání parametrů z analýzy oscilogramu. Literatura [8] popisuje stanar IEEE, ve kterém je uveen teoretický zákla nutný pro pochopení průběhů zkratových prouů s jejich transientními a subtransientními složkami. V literatuře [1] je kromě teoretického postupu metoy ruční analýzy oscilogramu i praktický příkla výpočtu reaktancí a časových konstant generátoru z naměřených honot zkratového prouu. Softwarová analýza oscilogramu je etailně rozebrána v literatuře [8]. V literatuře [3] jsou popsána pravila pro provoz istribuční soustavy. Poobnou problematikou se zabývají také literatury [2],[4],[5],[6] a [7], které jsou věnovány pomínkám připojení synchronních generátorů a větrných elektráren k elektrizační síti. Při připojování jakékoliv elektrárny se spolu střetávají va cíle. Cíl výrobce a cíl provozovatele elektrizační soustavy. Kažý výrobce se snaží mít co největší objem výroby v megawatthoinách, spolehlivost a nejrychlejší návratnost investic. Provozovatel zase požauje co největší kvalitu oávané elektrické energie a co nejmenší negativní zpětné vlivy na elektrizační soustavu, o které je elektrárna připojena. Pomínky provozování istribuční soustavy jsou popsány v okumentu Pravila provozování istribuční soustavy (ále PPDS) [3]. PPDS vychází z aktuálních platných zákonů a nařízení. Tyto pravila jsou sestavovány subjekty ponikajícími v istribuci elektrické energie (ČEZ Distribuce, a.s., E.ON Distribuce, a.s., PREistribuce, a.s.). Jsou schvalovány Energetickým regulačním úřaem a navazují na Pravila provozování přenosové soustavy. Pravila jsou kažoročně aktualizována, buď potřebnými oplňky, nebo je sepsán nový okument. Nyní je provoz istribuční soustavy řízen PPDS z roku 2009 oplněným o va oplňky z června a října roku PPDS však neobsahují úplně všechny přepisy, které mají uživatelé připojení k istribuční síti (ále jen DS) oržovat. Uživatelé musí ále respektovat i ostatní příslušné právní a technické normy, bezpečnostní přepisy, přepisy požární ochrany, ochrany životního prostřeí a přepisy pro oávku elektřiny. Při plánování výstavby, rozvoje a obnovy DS je nutné oržovat plánovací a připojovací přepisy pro istribuční soustavu. Tyto přepisy se také vztahují na žaatele o připojení při plánování výstavby, rozvoje nebo obnovy jejich soustav, poku tyto soustavy mají vliv na DS. Kažé připojení žaatele je posuzováno pole iniviuálních vlastností výrobny v rámci jenání mezi žaatelem a provozovatelem istribuční soustavy. Provozovatel DS (ále jen PDS) si při zpracovávání žáosti o připojení vytváří moel DS. Minimální výkon, o kterého je nutné připojení k síti vn nebo 110 kv a maximální výkon, o kterého je možné připojení o sítě nn, resp. vn závisí na ruhu a způsobu provozu vlastní výrobny, stejně jako na síťových poměrech PDS. Výrobci elektřiny se pole velikosti instalovaného výkonu a napěťové úrovně, o které pracují, ělí o tří záklaních kategorií na výrobce s: výrobnou připojenou na napětí vn nebo nižší nebo s celkovým instalovaným výkonem P i menším než 5 MW výrobnou připojenou na napětí vn nebo vyšší nebo s celkovým instalovaným výkonem P i větším než 5 MW a menším než 30 MW výrobnou, jejíž instalovaný výkon P i je větší než 30 MW Výstavba výrobny o celkovém instalovaném elektrickém výkonu 30 MW a více, je umožněna jen s autorizací Ministerstva průmyslu a obchou, jejíž pomínky stanovuje Energetický zákon (EZ) [5].

15 14 Kažý výrobce elektřiny je nucen poskytnout PDS informace o výrobně (př. přehleové schéma, jmenovité výstupní napětí, jmenovitý zánlivý výkon kva, jmenovitý činný výkon kw, ruh generátoru) a řešení místa připojení výrobny k DS (způsob synchronizace mezi provozovatelem DS a uživatelem, porobné úaje o řešení způsobu provozu uzlu té části soustavy, která je přímo připojená k DS, způsob připojení a opojení o DS, úaje o síťových ochranách). Výrobce může být provozovatelem DS požáán o oplňující informace. U větrných elektráren s instalovaným výkonem na 1 MW je výrobce energie nucen poskytnout oplňující informace. Těmito informacemi jsou: namořská výška GPS souřanice počet věží výška věží jenotkový výkon generátorů v rámci farmy iagram vítr výkon (křivka závislosti výkonu VTE na rychlosti větru) osvěčení a zkušební protokol k očekávaným zpětným vlivům pole ČSN EN ( ): Větrné elektrárny - Část 21: Měření a stanovení kvality elektrických výkonových charakteristik větrných elektráren připojených o elektrické rozvoné soustavy (jmenovitý výkon, činitel flikru, kolísání činného a jalového výkonu, vnitřní úhel zroje, meze pro řízení účiníku - kapacitní/inuktivní, emitované harmonické a meziharmonické prouy a náhraní schéma pro určení příspěvku o zkratu a vlivu na úroveň signálu HDO, vybavení ochranami a jejich vypínací časy) Všechny zroje, které jsou připojovány o istribuční soustavy, musí splňovat technické pomínky ané v okumentu Pravila provozování istribučních soustav - Příloha 4 Pravila pro paralelní provoz zrojů se sítí provozovatele istribuční soustavy [6]. Tyto zroje, které mají být provozovány paralelně se sítí PDS, je zapotřebí připojit k síti ve vhoném přeávacím místě. Způsob a místo připojení na síť stanoví PDS s přihlénutím k aným síťovým poměrům, výkonu a způsobu provozu vlastní výrobny, stejně jako k oprávněným zájmům výrobce. Cílem má být zajištění, že vlastní výrobna bue provozována bez rušivých účinků, neohrozí napájení alších oběratelů. Vstupní (výstupní) připojení výrobny k DS musí zahrnovat zařízení, kterým provozovatel DS může v přípaě potřeby opojit instalaci uživatele o DS. Toto zařízení musí být trvale přístupné PDS. TECHNICKÉ PODMÍNKY PRO PŘIPOJENÍ [6] K zabránění zavlečení zpětného napětí o sítí PDS je nutné zajistit technickými opatřeními, aby připojení vlastní výrobny k síti PDS bylo možné jen tehy, poku jsou všechny fáze sítě po napětím. První z pomínek připojení je zvýšení napětí. Zvýšení napětí vyvolané provozem připojených výroben nesmí v nejnepříznivějším přípaě (v přípojném bou) překročit 2 % pro výrobny s přípojným místem v síti vn a 110 kv ve srovnání s napětím bez jejich připojení. u vn, 110 2% (-) (2.1) Pro výrobny s přípojným místem v síti nn nesmí překročit 3 %, tey nn u 3% (-) (2.2) Poku je v síti nn a vn jen jeno přípojné místo, je možné tuto pomínku [2], [3] posouit jenouše pomocí zkratového poměru výkonů

16 15 S kv k k1 (-) (2.3) S A max ke S kv je zkratový výkon v přípojném bou a ΣS Amax je součet maximálních zánlivých výkonů všech připojených/plánovaných výroben. K vyšetření S Amax u větrných elektráren je zapotřebí vycházet z maximálních zánlivých výkonů jenotlivého zařízení S Emax : S E max S E max 10min S ng p 10min PnG p 10min (-) (2.4) přičemž honotu p 10min (maximální stření výkon v intervalu 10 minut) je zapotřebí převzít ze zkušebního protokolu. V přípaě jeiného přeávacího místa v síti bue pomínka pro zvýšení napětí oržena vžy, kyž zkratový poměr výkonů k k1 je pro výrobny s přeávacím místem v síti vn k k1vn 50 (-) (2.5) poobně pro výrobny s přeávacím místem v síti nn k (-) (2.6) k 1nn 33 Je li síť nn a vn silně inuktivní, pak je výpočet pomocí činitele k k1 příliš zjenoušený, tzn., že oávaný výkon bue silněji omezen, než je zapotřebí k oržení zvýšení napětí. V takovém přípaě je zapotřebí provést výpočet s komplexní honotou impeance sítě s jejím fázovým úhlem ψ kv, který poskytne mnohem přesnější výsleek. Další pomínkou připojení je změna napětí při spínání. Změny napětí ve společném napájecím boě, způsobené připojováním a opojováním jenotlivých generátorů nebo zařízení, nevyvolávají nepřípustné zpětné vlivy, poku největší změna napětí pro výrobny s přeávacím místem v síti nn nepřekročí 3 %, tj. u max nn 3% (-) (2.7) Pro výrobny s přeávacím místem v síti vn platí u max vn 2% (-) (2.8) Vztahy (2.7) a (2.8) platí, poku spínání neprobíhá častější než jenou za 1,5 minuty. Při velmi malé četnosti spínání, např. jenou enně, může PDS připustit větší změny napětí, poku to ovolí poměry v síti. Třetí pomínkou je připojování synchronní generátorů. U synchronních generátorů je nutné takové synchronizační zařízení, se kterým mohou být orženy násleující pomínky pro synchronizaci: rozíl napětí ΔU < ± 10 % U n rozíl frekvence Δf < ± 0.5 Hz rozíl fáze < ± 10. V závislosti na poměru impeance sítě k výkonu generátoru může být nutné k zabránění nepřípustných zpětných vlivů na síť stanovit pro spínání užší meze. Mezi alší pomínky, které jsou specifické pro obnovitelné zroje, patří určení jmenovitého výkonu. Jmenovitý výkon výrobny se určí ze součtu jenotlivých výrobních jenotek v jenom přípojném boě sítě. Pole toho se u větrných elektráren pohlíží na instalovaný výkon celého parku jako na jmenovitý výkon (příp. je zapotřebí tuto sumarizaci použít na galvanicky oěleně provozované skupiny sítí 110kV).

17 16 Další pomínkou je oávka činného výkonu. Činný výkon výrobních jenotek s obnovitelnými zroji (OZE) musí být řiitelný pole pokynů provozovatele PS a DS, aby mohl působit proti ohrožení nebo poruše rovnováhy v systému. Násleující pomínkou je oávka jalového výkonu. Všechny výrobny s obnovitelnými zroji se musí při výměně jalového výkonu chovat pole mnoha kritérií. Mezi nejůležitější kritéria lze zařait: Doávky jalového výkonu musí po několika minutách opovíat honotě zaané provozovatelem sítě. Pracovní bo pro výměnu jalového výkonu v ustáleném stavu se stanovuje pole požaavků sítě. Honota jalového výkonu se zaává jením ze tří způsobů: - honota jalového výkonu (Q v MVAr) - účiník (cos ϕ) - honota napětí (U v kv), příp. s tolerančním pásmem Zaání požaavku může být áno: sjenanou honotou nebo event. průběhem charakteristikou v závislosti na pracovním bou výrobny online zaávanou požaovanou honotou V přípaě online zaávání požaované honoty musí ojít nejpozěji o jené minuty k přechou o nového pracovního bou pro výměnu jalové energie v přípojném boě. Výrobny s obnovitelnými zroji mohu být zproštěny primární regulace. Aby nebyly rušeny alší zařízení v DS, je třeba omezit zpětné vlivy výroben. Výrobny mohou být připojeny bez kontroly zpětných vlivů, poku poměr zkratového výkonu sítě S kv ke jmenovitému výkonu celého zařízení S A je větší než 500. Při posuzování připojení jené nebo více vlastních výroben v jenom společném napájecím bou je řešena násleující problematika: změna napětí flikr prouy harmonických ovlivněné zařízení HDO Pře připojením k síti musí být vžy proveen výpočet zkratových poměrů v přeávacím místě z ůvou zajištění ostatečného imenzování zařízení. Zkratová oolnost zařízení musí být vyšší, nejvýše rovna největšímu vypočtenému celkovému zkratovému prouu. Pole síťových poměrů i ruhu a velikosti zařízení vlastní výrobny musí ělící spínací místo vykazovat ostatečnou vypínací schopnost (opínač nebo vypínač). Ke stanovení pomínek pro synchronizaci musí být synchronizační zařízení vybaveno měřicí částí, obsahující vojitý měřič frekvence, napětí a měřič iferenčního napětí. Přenostně je oporučena automatická synchronizace. Poku vlastní zroj není vybaven ostatečně jemnou regulací a ochází k hrubé synchronizaci, je zapotřebí jej vybavit tlumivkou na omezení prouových nárazů.

18 17 3 OBECNÁ IDENTIFIKACE PARAMETRŮ SYNCHRONNÍHO GENERÁTORU Testy pro zjištění transientních a subtransientních parametrů stroje zahrnují náhlé změny v obvou u žáné nebo u všech fázích měřeného stroje. Pro popis chování stroje při náhlém zkratu jsou používány veličiny: Synchronní reaktance transientní reaktance subtransientní reaktance transientní (přechoná) časová konstanta subtransientní (rázová) časová konstanta T T Honoty transientních a subtransientních reaktancí synchronních strojů a jejich časových konstant jsou využívány z mnoha ůvoů již více než 75 let. Kyž byly poprvé spočteny, tak aly konstruktérům a uživatelům těchto strojů prvotříní znalost o rozsahu zkratových prouů, jejich honotě a poklesu. Rozsahy jsou ůležité při konstrukci spínačů zkratových prouů. Tato znalost také umožňuje výpočet mechanického namáhání ve vinutí kotvy, které je způsobeno naměrnými prouy během elektrických poruch na nebo v blízkosti svorek stroje. Ze znalostí chování stroje je pak možné přiat o stroje vhoná, správně zkalibrovaná ochranná zařízení, která poškození stroje nebo toto poškození minimalizují [1]. Půvoní analýzy a testy proveené konstruktéry v minulosti ukázaly, že existují vě záklaní aperioické složky, během nichž lze snano pozorovat klesající pokles prouu. První a kratší složkou je subtransientní složka. Násleující a mnohem elší složkou je transientní složka. Časové konstanty vyjařující obu trvání těchto složek jsou rovny obě, která je potřebná pro exponenciální pokles prouu na honotu (3.1) své půvoní honoty. 1 / e (3.1) 3.1 Ientifikace parametrů z měření nakrátko Měření synchronního generátoru při náhlém zkratu umožňuje výpočet parametrů stroje, které nejsou uveeny na štítku stroje a ukázat chování stroje při zkratu. Při náhlém zkratu se zkratuje statorové vinutí. Zkratovat se může buď ze zatíženého stavu nebo ze stavu naprázno. Během našeho sleovaného měření byl náhlý zkrat proveen ze stavu naprázno. Poku je měření veeno s cílem nalézt honoty parametrů stroje, probíhá měření obvykle naprázno (z ůvou procházení magnetického prouu pouze v poélné ose). Honoty získané měřením jsou tey honoty pro svislou osu. Honoty pro příčnou osu můžou být spočítány, ale nemůžou být naměřeny při měření naprázno. Měření probíhalo při sníženém napětí. Proto je nutné po skončení výpočtů přepočítat vypočtené honoty na honoty, které by opovíaly měření při sruženém napětí sítě 400V. Zkratové prouy mnohonásobně převyšují jmenovitý prou a k honotě ustáleného prouu klesají teprve ke konci přechoného jevu. Zkratovaný obvo alternátoru má velkou inukčnost. Z tohoto ůvou je i reaktance větší než opor. Inukčnost je pomíněna magnetickým polem, které nemůže u obvou s malým oporem měnit rychle svou velikost, může však měnit rozptyl svých inukčních čar.

19 18 Při měření nakrátko je nesmírně ůležité zvolit správný zroj napětí. Optimálním zrojem je zroj, který je schopen uržet při měření konstantní napětí a má malou vnitřní impeanci. Takovým zrojem je napříkla akumulátorová baterie. K hleaným parametrům a průběhům je možné ojít pomocí různých meto. Nejznámější jsou vě metoy. Obě tyto metoy vychází ze stanaru IEEE [8]. První metoa využívá k získání parametrů stroje ruční formu analýzy průběhů oscilogramu. Druhá metoa je novější a analyzuje průběhy prouů pomocí počítače Metoy le IEEE stanaru Ve stanaru jsou vysvětleny metoy, které popisuje měření a analýzu reaktancí a časových konstant při trojfázovém zkratu na svorkách nezatíženého stroje. Metoy popsané v tomto stanaru uvažují při oečítání honot prouu a napětí z osciloskopu honotu p.u. per unit. Poku je průběh sinusový nebo aspoň poobný sinusovému průběhu, pracuje tato metoa s efektivní honotou. Jestliže je efektivní honota proměnná s časem, tak je tato honota brána jako vzálenost mezi horní a olní obálkou. Obálky spojují jenotlivé vrcholy průběhu. První metoou popsaná ve stanaru je: a) metoa I ruční analýza oscilogramu Kvůli přehlenosti bue rozebrán pouze zkratový prou i z jené fáze (Obr. 3-1). Tato metoa vychází z grafické interpretace honot. Honoty můžou být interpretovány v poměrných honotách p.u. per unit, jak přesně popisuje stanar IEEE nebo může ojít k transformaci honot o élkových měřítek. V naší analýze oscilogramu bylo počítáno s transformovanými honotami o élkových měřítek. Tento postup je popsán v [1], jená se ale o tutéž metou, která je popsána ve stanaru IEEE [8]. Záklaní rovnicí popisující zkratový prou je rovnice (3.2) I t t U 0 U 0 U 0 T U 0 U 0 T Z ( t) e e ke je ( A.;V, Ω) (3.2) I Z (t) efektivní honota zkratového prouu na jenotku U 0 efektivní honota napětí sítě pře zkratem t je oba o vzniku zkratu v sekunách Reaktance jsou brány v honotách p.u. - na jenotku. Prou je tey tvořen jenou konstantní složkou a věma exponenciálně klesajícími složkami, přičemž třetí složka z rovnice (3.2) klesá mnohem rychleji než složka ruhá. Během vyhonocení se pracuje se vzálenostmi obou obálek, tzn. s vojnásobnou amplituou stříavé složky. Pro snanější oečet honot je rozumné číst pořanice v milimetrech a až na konci rozboru je přepočíst na ampéry. Časové honoty se taktéž měří počtem kmitů a teprve na konci se přepočítávají na vteřiny. Kyž je průběh zkratového prouu nesymetrický (jinak je průběh jinak sinusový nebo blízký sinusovému průběhu), tak průběh obsahuje stejnosměrnou složku, která klesne pole své časové konstanty. Tato stejnosměrná složka se á oečíst z grafu nakreslením křivky umístěné přesně mezi horní a olní obálku.

20 19 Obr. 3-1 Záznam zkratových prouů i z [1] Obr. 3-2 Přechoná složka v semilog. iagramu [1] Vzálenost obálek tvoří na začátku zkratu (t = 0) vojnásobný součet amplitu přechoné a ustálené stříavé složky zkratového prouu. 2 2 U I z t 0 I z (V,Ω;A) (3.3) Na konci je vzálenost obálek rovna pouze vojnásobné amplituě ustáleného zkratového prouu 2 2 U I k I k (V,Ω;A) (3.4) Stejnosměrná složka statorového prouu a stříavá složka rotorového prouu se tlumí časovou konstantou T a. Pomocí ustáleného zkratového prouu se á vypočíst synchronní reaktance. U o (Ω;V,A) (3.5) I k Na začátku je z toho přechoná složka I t0, která klesá s časovou konstantou T. U o U o 2 (A;V,Ω) (3.6) I t 0 2 t U o U o T 2 2 e Poté je vynesena přechoná složka o jenouchého semilogaritmického iagramu, v němž je prou vynášen v logaritmickém měřítku, jak je znázorněno na Obr Po osazení ostaneme přímku totožnou pro všechny tři fáze. Přesnou honotu 2 2 ( I I k ) t0 nelze z grafu přesně určit. Proto se přímka extrapoluje o t = 0. Tímto krokem je také určen přechoný prou I a neboť z téhož logaritmického iagramu je určena konstanta, T tak, že na kterémkoli místě oečteme o průběhu zákla přirozených logaritmů e v logaritmickém měřítku. Této zmenšené honotě prouu (ělením e) opovíá čas zvětšený o časovou konstantu T, která je z iagramu přečtena. Pro určení měřítka prouu v oscilogramu slouží měřený ustálený prou I k. Přechoná stejnosměrná složka je uávána stření čárou mezi obálkami. Tato složka je pro kažou fázi jiná. Jsou li vyneseny všechny

21 20 tři stejnosměrné složky o iagramu, ostaneme tři rovnoběžné přímky, Obr Extrapolací o okamžiku zkratu (t = 0) se osáhne honot počátečních stejnosměrných složek, z nichž lze určit maximální možnou honotu stejnosměrné složky, která se při absolutně současném trojfázovém zkratu rovná počáteční amplituě stříavé složky zkratového prouu. K osažení maximální možné stejnosměrné složky jsou vyneseny extrapolované počáteční stejnosměrné složky fázových prouů o os A, B, C se zachováním znaménka, Obr Kolmice na osy se protínají v jenom boě. Získaný bo je koncovým boem vektoru stejnosměrné složky a uává velikost 2 U o /. Honota přechoové reaktance se nejpřesněji vypočítá ze vztahu: U (Ω;V,A) (3.7) I o t0 Má li stroj amortizér (tlumič), objevuje se v průběhu chou stroje kromě přechoné stříavé složky (transientní) i složka rázová (subtransientní), ke které náleží reaktance Obr. 3-3 Ss. složky v semilog. souřanicích[1] Stříavý prou je tey složen ze tří částí: Obr. 3-4 Největší možná stejnosměrná složka[1] ustálené složky přechoné složky 2U o 1 1 e 2 U o t T rázové složky 1 T 2U e o 1 t Z ůvou, že opor amortizér je větší než opor buícího vinutí, je T T. Rázová složka z průběhu rychle vymizí a alší průběh je takový, jako by se amortizér neprojevoval. Absence amortizéru umožňuje separaci obou reaktancí a časových konstant při vyhonocování oscilogramu. Přímo z oscilogramu není ale možné oělit rázovou složku o složky přechoné. Je li však vynesena vzálenost obálek zmenšená o vojamplituu ustáleného zkratového prouu o semilogaritmického iagramu, Obr.3-5, ostane se průběh, který se na začátku ochyluje o přímky. Ochylka je způsobena složkou

22 21 t 1 1 T 2 2 e, která se tlumí exponenciálně. Vynese li se ochylka o přímky o alšího semilogaritmického iagramu, ostane se přímka, Obr. 3-6, která extrapolací ává honotu t0. Půvoní průběh ává při extrapolaci pole přímky honotu Tímto způsobem se ostane z prvního iagramu přechonou složku a z ruhého iagramu rázovou složku prouu. Dále je možné pole říve uveeného postupu určit časové konstanty Ze zjištěné honoty rázové složky prouu se poté vypočte rázová reaktance 0 t0 T a T. le vztahu U (Ω;V,A) (3.8) I t0. Obr.3-5 Průběh ochylující se o přímky[1] Obr. 3-6 Průběh Δi v semilog.souřanicích[1] b) metoa II softwarová analýza oscilogramu V této metoě jsou zkratové prouy analyzovány pomocí počítače a vhoných výpočetních programů (př. Matlab). Tato metoa má obobný teoretický zákla, jak metoa 1 pospána výše. Testované zkratové prouy ia(t), ib(t), a ic(t) musí být vzorkovány současně s minimální frekvencí 2kHz. Soustrojí je opět nezatížené. Honoty jsou ukláány v honotách kiloampérů. Ve výpočtech je počítáno s efektivní honotu sruženého napětí U n v kilovoltech a efektivní honotou prouu I n v kiloampérech. Honoty v kilovoltech/kiloampérech jsou používány pro stroje o zánlivém výkonu větším než 5 MVA. Pro menší stroje jsou honoty U n a I n obvykle uváěny ve voltech respektive v ampérech. Kvůli etekci lokálních extrémů průběhů prouu je nutné znát frekvenci. Pro výpočty honot prouu je využívána rovnice (3.9). Je obobná rovnici (3.2), ale na rozíl o ní počítá s efektem časové konstanty stejnosměrného prouu T a. Rovnice (3.9) zanebává subtransientní výběžky a vyšší harmonické. Hleání vrcholku prouu je ěláno pomocí etekci lokálních extrémů pro průběhy prouů v času a koorinací horní a olní obálky z těchto průběhu. Čas je měřen v sekunách a prouy jsou v kiloampérech. Obecně ata tvořící horní a olní obálku neopovíají přesně reálným honotám. Proto nelze jenouše oečíst nebo přičíst jenosměrnou stejnosměrnou složku. Tento problém lze obejít pomocí interpolace křivkou, která uělá obálky symetrickými.

23 22 Interpolace je prováěna kubickou křivkou, která obsahuje kubický polynom a její první vě erivace přesně opovíají naměřeným honotám. Křivka čerpá honoty z tabulky získané iskrétním měřením. Nejprve je proložena horní obálka, poté jsou vypočteny honoty pro olní koorinovanou obálku. Dolní obálka je koorinována s horní obálkou a honoty olní interpolační křivky jsou počítány pro boy ve stejném čase, jak má horní obálka. Příkla proložení je na Obr Obr. 3-7 Synchronizace obálek[8] Kyž jsou horní a olní obálka časově synchronizovány, je možné vypočíst symetrický prou i(t). i t I upp t 2 I 2 I low n t I I k n Stejnosměrná složka je vypočtena obobným způsobem: i c t I upp t 2 I 2 I low n t ( p.u.; p.u., p.u.) (3.9) ( p.u.; p.u., p.u.) (3.10) Omocnina ze vou u obou rovnic je převo maximální honoty prouu na efektivní. Příklay symetrického a stejnosměrného prouu jsou na Obr Při přepoklau, že po 10 až 20 perioách subtransientní složka a vliv vinutí kotvy zmizí úplně nebo se aspoň zmenší na zanebatelnou neměřitelnou honotu, pak má signál i(t) o vacáté perioy pouze jenu časovou konstantu. Tato konstanta opovíá transientnímu vlivu. Dále se postupuje pomocí logaritmického zobrazení a stanarního postupu u polynomické regrese, jak je ukázané v rovnici (3.11). ln t ln it A t B i (-) (3.11) Pro t začínající o honoty 20. Porovnání této lineární regrese s půvoními aty je zobrazeno na Obr. 3-8

24 23 Obr. 3-8 Transientní ata Δi (t)[8] Obr. 3-9 Subtransientní ata Δi (t)[8] Obr Stejnosměrná ata abs[i c (t)][8]

25 24 Aktuální transientní parametry jsou určeny pomocí rovnic (3.12), (3.13) a (3.14). Transientní časová konstanta T (s;-) (3.12) A 1 Transientní prou v čase t = 0 0 B i e (p.u;-) (3.13) Transientní reaktance t U 0 U n i (0) I I k n (p.u.;-,p.u.) (3.14) Subtransientní složku pak lze vypočíst pole rovnice (3.15), ve které je eliminován vliv transientní složky. A tb t i t i t i t e i (p.u.) (3.15) Při přepoklau, že subtransientní efekt ominuje během prvních 3 4 perio, tak je možné spočítat subtransientní časovou honotu prouu s pomocí rovnice ln t i A t B (-) (3.16) Blízkost s lineárním moelem prouu vypočítají pole násleujících rovnic. Subtransientní časová konstanta 1 t i je zobrazena na Obr Subtransientní parametry se poté T (s;-) (3.17) A Subtransientní prou v čase t = 0 0 B i e (p.u;-) (3.18) Subtransientní reaktance t U U n i (0) i (0) 0 I I k n (p.u.;-,p.u.) (3.19) Je li brán v potaz fakt, že subtransientní jev se projevuje v převážně v prvních čtyřech perioách a transientní jev se projevuje mezi vacátou a sto paesátou perioou, tak je zřejmé, že vliv kotvy která nejvíce ovlivňuje stejnosměrnou složku se projeví mezi čtvrtou a vacátou perioou. Časová konstanta pro stejnosměrnou složku se pak ostane pomocí stejnosměrné složky prouu i c (t) a rovnice (3.20). i ct Act Bc ln abs (-) (3.20)

26 25 Pro t v rozmezích honot 4 až 20. Zobrazení stejnosměrné složky je na Obr parametry jsou poté vypočteny z násleujících rovnic. Stejnosměrné Stejnosměrná časová konstanta T a 1 (s) (3.21) A c Stejnosměrný prou v čase t = 0 i c B e c 0 (p.u.) (3.22) Všechny výše popsané kroky veou k honotám prouů, subtransientních, transientních a stejnosměrných prouů zvlášť pro kažou fázi. Celkové honoty jsou vypočteny prostým zprůměrováním těchto honot.

27 26 4 PRAKTICKÁ ČÁST 4.1 Zkrat na svorkách synchronního generátoru Měření synchronního generátoru a náslené výpočty jsou ělány v soulau s teorií popsanou v kapitole 3.1. Byl měřen 3-fázový zkrat na svorkách synchronního generátoru. Měření bylo prováěno při sníženém napětí soustrojí U n = 70 V a buícím napětím U b = 2,7 V. Nejprve byl testovaný synchronní generátor měřen naprázno. Tenhle krok byl ůležitý z ůvou správného nastavení napětí a otáček, při kterých bylo naplánováno měření nakrátko. Po nabuzení stroje byl generátor uveen o zkratu. Jako zroje napětí byly během měření nejprve zvoleny přístroje Statron a Diametral P230. U těchto přístrojů ovšem nastaly problémy s uržením zvoleného buícího prouu a napětí. Zroj nebyl schopen během a po zkratu uržet nastavené honoty. Nastavené honoty se vžy po zkratu navýšily. Proto byl jako zroj zvolen výkonnější zařízení Statron , které urželo požaované honoty během celého měření. Průběhy zkratového prouu byly zobrazovány pomocí osciloskopu. Vzorkovací frekvence osciloskopu byla 2 khz. V osciloskopu byla vložena přenosná atová karta, na kterou byly uloženy zaznamenané honoty. Bylo zaznamenáno 2500 honot pro kažou fázi. Měření bylo z ůvou zvýšení přesnosti opakováno celkem čtyřikrát. Štítkové honoty měřeného generátoru jsou uveeny v tabulce Tab. 1 a použité měřicí přístroje jsou zaznamenány v Tab. 2. Tab. 1 Štítkové honoty měřeného generátoru název synchronní generátor výrobce MEZ Frenštát p. Rahoštěm typ A8A403 tvar M101 výrobní číslo výkon P = 5,2kW; S = 6,5kVA frekvence f = 50Hz účiník cosφ = 0,8 otáčky n = 1500ot/min nominální prou I n = 9,5A nominální napětí U 0 = 400V zapojení o hvězy buzení U b = 13-34V; I b = 3,1-5,7A hmotnost m = 154kg rok výroby 1967

28 27 Tab. 2 Použité přístroje název vlastnosti synchronní generátor Viz Tab. 1 Statron vstup 230VAC 50Hz I = 10A zroj napětí výstup 0 36V DC/ 0 40A voltmetr osciloskop Metra; rozsah 1,2 240V Tektronix TPS 2024; 4 kanálový; 200MHz Analýza měření byla prováěna postupně pro všechny fáze. Vyhonocování všech tří fází vee k přesnějším výslekům. Z konečných honot hleaných veličin jenotlivých fází (x ; je uělán stře a poté jsou osaženy finální honoty. Díky rozílnému napětí při měření a nominálnímu napětí je nutné přepočítat nominální prou. 70V I n 70V 9,5A 1, 6625A 400V Pomocí Ohmova zákona lze nyní vypočíst nominální impeanci stroje: x ; x ; T ; T ) Z n U n 70V 24, 309 I 3 1,6625A n Prvních 40 naměřených honot pro kažou fázi je zaznamenáno v Tab. 3. Kompletní tabulka naměřených honot je umístěna v příloze 9.1. Tab. 3 Naměřené honoty zkratového prouu čas [s] I k [A] I k [A] I k [A] čas [s] I k [A] I k [A] Ik [A] čas [s] I k [A] I k [A] I k [A] L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L Vybrané honoty pro ustálenou část zkratového prouu jsou uveeny v tabulce Tab. 4.

29 prou Ik 28 Tab. 4 Honoty ustáleného prouu čas [s] Ik [A] Ik [A] Ik [A] čas [s] Ik [A] Ik [A] Ik [A] čas [s] Ik [A] Ik [A] Ik [A] L1 L2 L3 L1 L2 L3 L1 L2 L Do místa vzniku zkratu se přenese začátek časové stupnice. Poté jsou sestrojeny svislice v boech časové stupnice, opovíající celým kmitům 1, 2, 3 at. Amplituy pozorovaného průběhu jsou spojeny obálkami. V kažém boě celého kmitu oměříme vzálenosti obálek v milimetrech. Změřené honoty pro jenotlivé fáze jsou zaznamenány v Tab. 5, Tab. 7, Tab. 9 v násleující kapitole. Průběh počátku zkratového prouu I z první fází je ukázán na Obr čas [s] Obr. 4-1 Průběh počátku zkratového prouu pro fázi L1

30 prou Ik [A] prou Ik [A] 29 Průběh ustálené složky prouu v první fázi je zobrazen v Obr čas [s] Obr. 4-2 Ustálená složka fáze L1 Průběh počátku zkratového prouu I z pro ruhou fázi je ukázán na Obr čas [s] Obr. 4-3 Průběh počátku zkratového prouu pro fázi L2 Průběh ustálené složky prouu ve ruhé fázi je zobrazen na Obr. 4-4.

31 prou Ik prou Ik [A] čas [s] Obr. 4-4 Průběh ustálené složky fáze L2 Průběh počátku zkratového prouu I z je ukázán na Obr čas [s] Obr. 4-5 Průběh počátku zkratového prouu pro fázi L3

32 prou Ik 31 Průběh ustálené složky prouu třetí fází je zobrazen na Obr čas [s] Vyhonocení měření Obr. 4-6 Průběh ustálené složky fáze L3 Během vyhonocování naměřených zkratových prouů se ukázalo, že jejich naměřené průběhy obsahují velké množství ochylek a nepřesností o reálného průběhu. Tyto ochylky jsou způsobeny neostatečnou vzorkovací frekvencí osciloskopu (2 khz). Minimální vzorkovací frekvence, která by zajistila potřebné vzorkování, je 30 khz. Potvrzením o neostatečné vzorkovací frekvenci je fakt, že zkratový prou by svých vrcholových honot měl osahovat po 5 ms. Naměřené grafy ale mají tyto vrcholy posunuté.

33 32 5 VYHODNOCENÍ REAKTANCÍ Z PROVEDENÉHO MĚŘENÍ 5.1 Metoa I Vyhonocení pro L1 Z průběhu zkratového prouu byly oečteny honoty obálek pro fázi L1. Honoty jsou zaznamenány v Tab. 5. Tab. 5 Vzálenosti obálek pro fázi L1 t I z I k I z -I k t I z I k I z -I k (kmit) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Honoty (I z -I k ) v milimetrech jsou vyneseny o semilogaritmického grafu. Z grafu je získána přechoná časová konstanta snížíme pořanici o e (log e). T = 0,134s. Konstanta je získána tak, že v libovolném boě přímkového průběhu Velikost ustáleného prouu nakrátko I k pro napětí Un = 70V v ampérech lze získat z naměřené honoty z Tab. 5 Vzálenosti obálek pro fázi L1 úměry 1A 3, 25mm 21.2mm1A 1 I k 2, 306A 2 3,25mm 2 Extrapolací přímkové části průběhu v semilogaritmickém grafu se ostane počáteční honota ( I z I k ) t 0 120mm. Přičtením velikosti ustáleného prouu nakrátko I k je osáhnuto počátečního přechoného prouu I t 120mm 21,2mm 141, 2mm. Poté je opět pole úměry vypočtena honota 0 přechoného prouu v ampérech pro snížené napětí. 142mm 1A I 30, 721A 2 3,25mm Nyní je možno spočítat přechonou reaktanci pro snížené napětí 70V pomocí vztahu (3.7):

34 33 U n 70V 1, 316 I 3 30,721A Její poměrná honota je: x Z n 1,316 0,05414 p. j. 5,414% 24,309 Polologaritmický graf se zpočátku ochyluje o přímky. Tyto ochylky jsou označovány ΔI. Je li přečtena na kažé svislici honota příslušné křivce i extrapolované přímce, je osáhnuto potřebných úajů pro výpočet rázové reaktance a rázové časové konstanty. Honoty jsou uveeny v Tab. 6. Tab. 6 Vzálenosti přírůstků ΔI pro první fázi t (kmit) I z I k I I (mm) t U ; n U n T e I (mm) t U ; n U n T e I (mm) Honoty ΔI v milimetrech jsou opět vyneseny v semilogaritmických souřanicích. Dostane se přímka, z níž je možné určit rázovou časovou konstantu T = 0,012s. Konstanta je získána stejným postupem jak přechoná časová konstanta. Pro výpočet rázové reaktance je nutné nejprve z grafu oečíst honotu rázového prouu v čase t = 0. I 0 I I [A;A,A,A] (5.1) t I k 186,25mm 1 I t 0 45mm 120mm 21,2mm 186,2mm I t0 40, 512A 3,25mm 2 Rázová reaktance pro snížené napětí 70V lze nyní vypočíst ze vztahu (3.8): U I n t0 70V 0, ,512A Poměrná honota této fázové reaktance je: x Z n 0,998 0,0411p. j. 4,11% 24,309 Synchronní reaktance v poélné ose je určena pomocí napětí sítě, ve které bylo měření prováěno a ustáleného prouu nakrátko (3.4). U n 70V 17, 526 I 3 2,306A k

35 34 Její poměrná honota je pak: x Z n 17,526 0,721p. j. 72,1% 24,309 Ze synchronní reaktance je možné nyní vypočíst inukčnost měřeného generátoru. L L 2 f [H;Ω,Hz] (5.2) 17,526 L 0,05579H 55, 79mH 2 50Hz Vyhonocení pro L2 Při vyhonocování honot bylo postupováno stejným způsobem jak u první fáze. Změřené honoty jsou zaznamenány v Tab. 7. Tab. 7 Vzálenosti obálek pro fázi L2 t I z I k I z -I k t I z I k I z -I k (kmit) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Honoty (I z -I k ) v milimetrech jsou opět vyneseny o semilogaritmického grafu. Z grafu je získána přechoná časová konstantu T = 0,118s. Velikost ustáleného prouu nakrátko I k v ampérech lze získat z naměřené honoty z Tab. 7 úměry 1A 3, 60mm 23mm1A 1 I k 2, 259A 2 3,60mm 2 Extrapolací přímkové části průběhu v semilogaritmickém grafu se ostane počáteční honota ( I z I k ) t 0 150mm. Přičtením velikosti ustáleného prouu nakrátko I k je osáhnuto počátečního přechoného prouu přechoného prouu v ampérech. I t 150mm 23mm 173mm. Poté je opět pole úměry vypočtena honota 0

36 35 173mm 1A I 33, 980A 2 3,60mm Nyní je možno spočítat přechonou reaktanci pomocí vztahu (3.7) U n 70V 1, 189 I 3 33,980A Její poměrná honota je: x Z n 1,189 0,04893p. j. 4,893% 24,309 Polologaritmický graf se zpočátku ochyluje o přímky. Tyto ochylky jsou označovány ΔI. Je li přečtena na kažé svislici honota příslušné křivce i extrapolované přímce, je osáhnuto potřebných úajů pro výpočet rázové reaktance a rázové časové konstanty. Honoty jsou uveeny v Tab. 8. Tab. 8 Vzálenosti přírůstků ΔI pro ruhou fázi t (kmit) I z I k I I (mm) t U ; n U n T e I (mm) t U ; n U n T e I (mm) Honoty ΔI v milimetrech jsou opět vyneseny v semilogaritmických souřanicích a poté je určena rázová časovou konstantu T = 0,020s. Nyní je nezbytné oečíst z grafu honotu rázového prouu v čase t = 0, aby se mohla vypočíst rázové reaktance. 230mm 1 I t 0 57mm 150mm 23mm 230mm I t0 45, 176A 3,60mm 2 Rázová reaktance je poté le vztahu (3.7): U I n t0 70V 0, ,176A Poměrná honota má honotu: x Z n 0,8946 0,0368p. j. 3,68% 24,309 Synchronní reaktanci v poélné ose má honotu le (3.4): U n 70V 17, 890 I 3 2,259A k Její poměrná honota je pak: