Přednášející: doc. Ing. Petr Toman, Ph.D. toman@feec.utbr.cz, 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.
Prky sítí, jejich náhradní obody y, j j y a parametry
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
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)
VENKOVNÍ VEDENÍ Kočka kotení
VENKOVNÍ VEDENÍ Delta nosná
VENKOVNÍ VEDENÍ Soudek nosný
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
VENKOVNÍ VEDENÍ Detail nosného záěsu
VENKOVNÍ VEDENÍ Detail koteního záěsu
VENKOVNÍ VEDENÍ Kotení stožár n s nainstaloaným stao a umělým ě zemním spojením
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
Izoloané odiče n (zdroj MIŠÁK, S. ANALÝZA PORUCHOVÝCH DĚJŮ V PRŮMYSLOVÝCH VN ROZVODECH A MOŽNOSTI JEJICH OMEZENÍ. Habilitační práce, VŠB-TU Ostraa FEI, 009)
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)
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
KABELOVÁ VEDENÍ
KABELOVÁ VEDENÍ
Parametry edení
ELEKTRICKÉ VEDENÍ Elektrické parametry edení Rezistance (d (odpor) R [Ω] Indukčnost L [H] Kapacita C [F] Sod (sodoá odiost) G [S]
Rezistance (odpor) R [Ω], Indukčnost L [H] Kapacita C [F], Sod (sodoá odiost) G [S]
PODÉLNÁ IMPEDANCE VEDENÍ f - úhloá rychlost - frekence Pro ýpočet ss edení je uažoán pouze činný odpor
PŘÍČNÁ ADMITANCE VEDENÍ f - úhloá rychlost - frekence Uažuje se zpraidla pouze pro ýpočty sítí n; pro ýpočty zemních spojení i sítích n
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.
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
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
REZISTANCE VEDENÍ VLIV TEPLOTY rezistance při teplotách a teplotní součinitele odporu
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 %
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 %
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.
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.
INDUKČNOST VEDENÍ symetrizace edení Transpozice je proáděna u sítí n
SYMETRIZACE VEDENÍ TRANSPOZICE Zdroj SÝKORA, T. Prezentace pro studenty předmětu PEL, ČVUT FEL
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.
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.
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
INDUKČNOST DVOUVODIČOVÉHO VEDENÍ L μ0 μr l d μ0 μr l ln + π r 8π pro μ 4π -7 0 4π.0 H/m l 000 m μ r je d L k 0,46 log + 0,05μr / r [ mh km]
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]
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 [ ]
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 ]
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]
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
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.
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.
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).
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 3,7 - - 9,9 4-9,9 4 0 70 3600 0 6,0 0,4 0,6 30 3,3 5,0 4,3 35 0 0 770 0 5,0,,7 0,5,6,5 3,6,75 5, 400 60 400 0,5 70,0,0 3,0 0, 0,9,3,0,4,9
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
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
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
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 ]
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
KAPACITA TŘÍFÁZOVÉHO VEDENÍ BEZ ZEMNÍCH LAN Pro napětí platí U 3 Q U 3. Q U 3 3 3 33 Q3
KAPACITA TŘÍFÁZOVÉHO VEDENÍ BEZ ZEMNÍCH LAN pak pro náboj Q Q Q 33 3 3 3 3 3 U U U 3 3 33 3 3 33 33 3 3 3 Δ 3 3 3 3 kde Δ je determinant matice koeficientů z ronic 3 3 3 3 33 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
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 3 3 0 33 ln ln ln 3 3 ε ε π + + + + r h h h r 3 3 0 ln ε ε π
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 3 3 3 3 ln ln ln 3 3 + + π ε r ε 0 d d3 d 3 d d d 3 3 3 ln π ε 3 r ε 0 d d 3d 3
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 3 3 3 3 β + 3 3 3 β + a jednu elikost zájemné kapacita C C C 3 C 3 C C β β β 0 +
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 0 0 3 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 + + + + 3 3 3 3 3 0 ( )( ) ( ) ( ) ( )( )( ) ( )( ) + + + + + 3
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 3 3 3 r 3 d d 3d 3 d 3 d 3 h 3 3 h h 3 d d 3d 3 pro ε 0 /(4π.9.0 9 ) F/m, ln x,306 log x, ε r obdržíme 4,3 C p / 3 d d d log 3 3 3 r [ nf km]
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.
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.
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.
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
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 { } { } 00 00 Im Re Y l B Y l G k k
Parametry transformátorů
PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ Základní předpoklady Trojfázoý transformátor je e fázích souměrný Při souměrném zatěžoání jej jjnahrazujeme každé fázi stejným náhradním článkem T nebo Г
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 -
PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ
PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ
PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ
PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ
PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ
PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ Trojinuťoý transformátor
PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ po úpraě
PARAMETRY TRANSFORMÁTORŮ Transformátor 400/0kV, 350 MVA, R400kV Sokolnice Zdroj SÝKORA, T. Prezentace pro studenty předmětu PEL, ČVUT FEL
Parametry tlumiek
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 -
SÉRIOVÁ TLUMIVKA - REAKTOR Zdroj SÝKORA, T. Prezentace pro studenty předmětu PEL, ČVUT FEL
PARAMETRY TLUMIVEK
PARAMETRY TLUMIVEK Paralelní tlumika spouštěcí tlumika Štítkoé hodnoty Jmenoité napětí - Jmenoitý jaloý ýkon -
PARAMETRY TLUMIVEK Připojení paralelní tlumiky (přímo, do terciárního inutí transformátoru) ; spouštěcí tlumika R400kV Kočín Zdroj SÝKORA, T. Prezentace pro studenty předmětu PEL, ČVUT FEL
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 -
PARAMETRY TLUMIVEK Kompenzační tlumika Zdroj SÝKORA, T. Prezentace pro studenty předmětu PEL, ČVUT FEL
PARAMETRY KONDENZÁTORŮ Sérioý kondenzátor Štítkoé hodnoty Jmenoitý proud - Jmenoitý jaloý ýkon jedné fáze -
PARAMETRY KONDENZÁTORŮ Paralelní kondenzátor Štítkoé hodnoty Jmenoité sdružené napětí - Jmenoitý trojfázoý jaloý ýkon -