Elektrárny B1M15ENY přednáška č. 2 chéma vlastní spotřeby Příklady provedení schémat V Výpočet velikosti zdrojů pro V Ing. Jan Špetlík, Ph.D. ČVUT FEL Katedra elektroenergetiky E-mail: spetlij@fel.cvut.cz
Příklad I: počítejte počáteční rázový zkratový proud I k3 v odbočce bloku. Příspěvek motorické zátěže zanedbejte, soustavu vvn uvažujte jako soustavu neomezeného zkratového výkonu U s = 117 kv I V V 63 = = = U. 3 10,5. 3 V 3, 46 ka ng = 63 MVA U G = 10,5 kv x = 15% d I k3t I k3g U s 1 nt = 63 MVA I k3t =. p.. IV= UV xt 10,5/121 kv x T = 10% 117 10,5 1 =...3,46 ka I 10,5 121 0,1 k 3 =33,4 ka 1 1 I k3g =. IV=.3, 46 ka =23,1 ka x 0,15 d I 3 = I 3 + I 3 = 33, 4 + 23,1 = 56,5 ka k k T k G Rázový zkratový proud 56,5 ka v odbočce vzhledem k běžným provozním proudům odbočky, které by v tomto případě dosahovaly řádově jen několik stovek ampér!
Příklad II: počítejte proud zemního spojení v rozvodech V, je-li celková délka její kabelové sítě 20 km a je tvořena kabely 1 x 3 x 6-AYKCY 70/16. V je provozována na síti IT(r) 6,3 kv (podélné impedance zanedbejte) Protože se jedná o jednopólovou poruchu, platí rovnost složkových proudů I ˆ = I ˆ = I ˆ 1 2 0 Zanedbáme-li podélné parametry, uplatní se jen kapacitní susceptance ˆ ˆ ˆ U1 UA I ˆ 1 = = = j. ω. C/ l.. lu j j ω. C. l ω. C. l / l / l 6-1 C/ l = 0,85.10 F.km 6 3 A = 3. ω. / l.. A = 3. ω. / l.. = 3.100. π.0,85.10.20.6,3.10 A Velikost poruchového proudu bude tedy pro I C lu C lu I A = 58,3 A A I ˆ = I ˆ + I ˆ + I ˆ = 3. I ˆ A 1 2 0 1 Takový proud by při zemním spojení na statoru dokázal již poškodit generátor (typický proud z trafosvářečky). Generátory velkých bloků proto bývají obvykle vyvedeny na hladinu vn provozované jako IT(r) soustava s vysokoimpedančním uzemněním uzlu (v generátoru) a nízkou hodnotou proudu zemního spojení. Obecně výrobci uvádějí bezpečný proud zemního spojení cca 10 A
Elektrárna s více bloky základní principielní schéma napájení - Vlastní spotřeba bloku (VB) chéma vlastní spotřeby - polečná vlastní spotřeba (V) záskokový transformátor blokový transformátor odbočkový transformátor
Příklady schémat V Konvenční elektrárna 200 + 4x110 MW
Příklady schémat V Konvenční elektrárna, dvojblok 2x200 MW
Příklady schémat V Konvenční elektrárna, dvojblok 2x200 MW, V + dieselsekce
Konvenční elektrárna, 2x300 MW Příklady schémat V
Příklady schémat V chéma typické pro teplárny s vývody pro odběratele na straně vn
Příklady schémat V Alternativní schéma typické pro teplárny s vývody pro odběratele na straně vn, větší teplárna, potlačení zkratového proudu - reaktory
Příklady schémat V 6x60 MW + teplárenský provoz, Elektrárna Opatovice
V jaderné elektrárny Dukovany Příklady schémat V
V jaderné elektrárny Temelín Příklady schémat V
Principielně: Najížděcí zdroje chéma vlastní spotřeby Pracovní zdroje
chéma vlastní spotřeby Záložní zdroje (zdroje zajištěného napětí) Nouzové zdroje (zdroje zajištěného a bezvýpadkového napětí) Baterie, ale i alternativní technologie např. flywheel
Výkon pracovních, najížděcích resp. záložních zdrojů se stanovuje na základě součtového výkonu všech spotřebičů tj. P = Pni i. β cosϕ s koeficientem náročnosti β = k. k V η. η i m Koeficient současnosti k = i P P i ni Výpočet velikosti zdrojů V n Koeficient využití k V = i i P P i i ηm η třední účinnost spotřebičů při daném využití Účinnost napájecí soustavy od místa napojení V Poznámka: Místo středních hodnot jsou někdy tyto koeficienty uvedeny pro každý spotřebič zvlášť
Výpočet velikosti zdrojů V Jmenovitý výkon napájecího zdroje musí být potom: Z P Dále musí být splněno: - napětí na svorkách elektromotorů musí být podle ČN 38 1120 v rozmezí Un ± 5% - min. pokles napětí při spouštění největšího spotřebiče nemá klesnout pod 0,85 Un, nesmí však klesnout pod 0,8 Un - min. pokles napětí spouštění skupiny spotřebičů nesmí klesnout pod 0,65 Un, Pro záložní zdroje navíc: - jeden záskok. transformátor pro dva bloky, dva pro více bloků - Každý záskok. trf. musí zajistit současně běžný provoz jednoho bloku + chod druhého bloku naprázdno + 50% V + u JE navíc odstavení druhého bloku
Výpočet velikosti zdrojů V Kontrola velikosti zdrojů pro V: Kontrolují se napěťové poměry + volba převodu trf.: - při běžném provozu - při spouštění největšího spotřebiče - při spouštění skupiny (resp. skupin) spotřebičů oučasně je nutné zkontrolovat nastavení ochran pro mimořádné provozní stavy!
Volba převodu transformátoru u x x T Platí: uˆ = j.( x + x ). iˆ + uˆ T V V Zanedbáme-li činný úbytek: u = ( x + x ). i + u T Vj V u V i V 2 U V U 1 =.. + x. i + u 2 pu. V ks UV p ( ) T Vj V U U 2 V 0 = xt. ivj + uv. p p. +.. ivj UV ks UV 2
Řešíme tedy kvadratickou rovnici pro neznámou p: ( ) U U 2 V 0 = xt. ivj + uv. p p. +.. ivj UV ks UV Za předpokladu známých: ivj, U, ks, xt A zvoleného napětí: Volba převodu transformátoru uv Tak je možné zvolit vhodnou odbočku (+ provést její kontrolu) trf. pro příslušný stav (bez zátěže, provoz, největší spotřebič, samonajíždění atd.) 2
pouštění největšího spotřebiče Zdroj musí být dostatečně tvrdý a vyhovět i potřebným zkratovým výkonem: u ks Celková zátěž bude: x Z = x x V V. x + M x M xv x T u M x M nt zvolíme-li jako vztažný jmenovitý výkon trf. : x M = 1. nt i zm nm kde x M je náhradní reaktance motoru při rozběhu rozběhový (záběrný) proud motoru i V i M Náhradní reaktance předběž. zatížení V: x V = 1 sinϕ V. nt V
pouštění největšího spotřebiče Proud do trf. bude: 1 1 V.sinϕV nm it = um. + = um. + izm. xv xm nt nt Odpovídající poměrná hodnota zkratového výkonu: u u u. u M V.sinϕV nm skm = =. it =. + izm. xt u um u um nt nt V pojmenovaných hodnotách bude skutečný potřebný zkr. výkon: u. um u =..sin + i. =..sin + i. u u um 1 u ( ϕ ) ( ϕ ) km V V zm nm V V zm nm M
Obdobně pro k-spotřebičů (zbylou V neuvažujeme): x Z amonajíždění skupiny spotřebičů 1 1 = +... + xm 1 x Mk Odpovídající poměrná hodnota zkratového výkonu: u u u. u 1 s i i k M km = =. T =.. zmi. nmi xt u um u um nt i= 1 V pojmenovaných hodnotách bude skutečný potřebný zkr. výkon: k u. u =. i. 1 M km zmi nmi u u M i= 1
pecifika pro dimenzování nouzového zdroje Jako nouzový zdroj většinou slouží dieselgenerátor (DG, genset ) napájející část V zajišťující nouzový doběh a dobíjí všechny zdroje nepřetržitého napájení UP. Základní kritérium pro návrh je stejné jako pro transformátory: DGn P Na dimenzování mají vliv a kontrolují se: napěťové poměry - při běžném provozu - při spouštění největšího spotřebiče - při spouštění skupiny (resp. skupin) spotřebičů poklesy frekvence - při spouštění největšího spotřebiče - při spouštění skupiny (resp. skupin) spotřebičů stabilita příkon spotřebičů, které jsou zdroji vyšších harmonických
pecifika pro dimenzování nouzového zdroje Napěťové poměry: Postupujeme principiálně stejně a je třeba dodržet stejné limity poklesu napětí jako u napájení ze sítě. Je při tom ale nutné zohlednit typ regulátoru napětí: - konstantní napětí - žádaná hodnota napětí je korigována poklesem frekvence Někteří výrobci uvádějí přímo hodnotu jmenovitého zdánlivého výkonu pro rozběh a potom: i. k DGstart zmi nmi i= 1 pokles napětí se odvodí od daného typu regulátoru (je třeba znát pokles frekvence) Frekvence: w ( ) u f = u w Pokles frekvence závisí na vlastní konstrukci DG a typu regulátoru. Odvozuje se od skokového nárůstu zátěže při spouštění. k P i..cosϕ = wn ( ). u f = u k f wn start zmi nmi startmi i= 1
pecifika pro dimenzování nouzového zdroje Frekvenčně závislý regulátor napětí odlehčí tento výkonový skok přibližně na: k ( ) ( ) u f u u f P = i 2 2 2 w wn w start...cos..cos 2 zmi nmi ϕstartmi 2 V ϕv uwn i= 1 uwn Vlastní pokles frekvence závisí na době rozběhu BMEP Brake Mean Effective Pressure tlak ve válcích nutný pro dosažení požadovaného momentu a výkonu
pecifika pro dimenzování nouzového zdroje Vyšší harmonické: Díky obsahu vyšších harmonických dochází k dodatečnému oteplování stroje. Problém se vyskytuje zejména u napájení usměrňovačů pro UP: - stanovení příkonu UP* P vstup = P výstup UP dobíjení - podmínka pro jmenovitý výkon DG*, u usměrňovačů η + P DGn 1, 6. P 6-pulsních 1, 4. vstup DGn P vstup 12-pulsních - pro kombinaci zátěží*, u usměrňovačů 1,15. P + DGn vstup P ostatní 1,1. P + DGn vstup P ostatní 6-pulsních 12-pulsních * Zdroj: Catterpillar: Electric Power Applications, Engine and Generator izing
Glosa k 2. přednášce Volba vhodné odbočky u trojvinuťového trf.: U s = ks = 116 kv 1515 MVA nt = 63/ 31,5 / 31,5 MVA 110 ± 8x2% / 6,3/ 6,3 kv u = 9%, u = 9%, u = 18% k12 k13 k23 Určete převod trf. a) pro plné zatížení obou sekcí Q L 23 MVAr b) pro V bez zatížení Q L = Q = P = Q = 0 MVAr P tak, aby napětí na přípojnicích V bylo v obou případech 6,3 kv QL L P QP