VYSOKÉ ČENÍ TECHNCKÉ V BRNĚ BRNO NVERSTY OF TECHNOLOGY FAKLTA ELEKTROTECHNKY A KOMNKAČNÍCH TECHNOLOGÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETKY FACLTY OF ELECTRCAL ENGNEERNG AND COMMNCATON DEPARTMENT OF ELECTRCAL POWER ENGNEERNG NÁVRH PROVOZOVÁNÍ NOVÉHO ZDROJE MW VÝTOPNA MALOMĚŘCE V DSTRBČNÍ SOSTAVĚ KV E.ON DESGN OF OPERATON OF A NEW MW MALOMĚŘCE HEATNG PLANT POWER SORCE N E.ON KV POWER DSTRBTON NETWORK DPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESS ATOR PRÁCE ATHOR VEDOCÍ PRÁCE SPERVSOR Bc. PETR JANDA doc. ng. VLADMÍR BLAŽEK, CSc. BRNO
BRNO NVERSTY OF TECHNOLOGY Faculty of Electrcal Engneerng and Communcaton Department of Electrcal Power Engneerng Master s Thess Desgn of operaton of a new MW heatng plan power source n V E.ON power dstrbuton networ by Petr Janda Supervsor: Doc. ng. Vladmír Blaže, CSc. Brno nversty of Technology, Brno
ABSTRAKT Před uvedením nového energetcého zařízení do provozu a před jeho přpojením dstrbuční soustavě je potřebné ověřt možnost přpojtelnost daného zařízení. Účelem ověření je ontrola splnění techncých podmíne daných příslušným předpsy. Mez jedny z nejdůležtějších podmíne přpojení patří dodržení předepsaných tolerancí napětí v místě přpojení zařízení, a to v nejméně příznvých případech a zajštění potřebné zratové odolnost ostatních zařízení v souvsející dstrbuční soustavě. Hlavní úol dplomové práce je právě ontrola splnění tolerancí napětí a ontrola zratových odolností. Příslušné výpočty byly provedeny s využtím dspečersého řídcího systému, terý pracuje s atuálním parametry všech zařízení dstrbuční soustavy V. Teoretcá část dplomové práce popsuje ve dvou hlavních bodech způsob výpočtu chodu sítě a způsob výpočtu zratových poměrů. Na záladě uvedených teoretcých postupů jsou příslušná vstupní data zpracována a vyhodnocena v dspečersém řídícím systému. Výslede výpočtů a vyhodnocení závěrů je prezentováno v závěrečné část dplomové práce. KLÍČOVÁ SLOVA: - dstrbuční soustava - energetcé zařízení - tolerance napětí - zratová odolnost - řídící systém 6
ABSTRACT Before puttng new power dstrbuton nstallaton nto operaton and before the connecton to grd s needed to valdate connectvty of the nstallaton. Purpose of verfcaton s to chec complance wth the techncal condtons of relevant regulatons. Ones of the most mportant condtons nclude complance wth the prescrbed connecton voltage tolerance at the connectng devce and even n the worst-case and provde necessary short-crcut capablty of the other devces n a connected grd. Man tas of my master s thess s just checng that the voltage tolerance and the control of short-crcut resstance. The calculatons were performed by usng the dspatchng control system that wors wth the current parameters of the dstrbuton system equpment V. Theoretcal part of thess descrbes two man ponts of the method of calculatng the networ operaton and the method of calculatng short-crcut condtons. Based on these theoretcal processes are relevant nput data processed and evaluated n the dspatchng control system. The calculaton and evaluate results are presented n the fnal part of the master s wor. KEY WORDS: - dstrbuton networ - power dstrbuton nstallaton - voltage tolerance - short-crcut capablty - system control 7
SEZNAM OBRÁZKŮ... SEZNAM TABLEK.... ÚVOD.... 3. CÍL PRÁCE.... 3 3. TEORE VÝPOČT CHOD SÍTĚ KV.... 3 3. STÁLENÝ CHOD ELEKTRZAČNÍ SOSTAVY.... 4 3. PŘEDPOKLADY VÝPOČT STÁLENÉHO CHOD ELEKTRZAČNÍ SOSTAVY.... 5 3.3 VÝPOČET STÁLENÉHO CHOD JAKO LNEÁRNÍ ÚLOHA.... 6 3.4 VÝPOČET STÁLENÉHO CHOD JAKO NELNEÁRNÍ ÚLOHA.... 9 3.5 NEWTONOVA TERAČNÍ METODA.... 4. TEORE VÝPOČT ZKRATOVÝCH POMĚRŮ V ELEKTRZAČNÍ SOSTAVĚ.... 5 4. ZKRATOVÉ PORCHY.... 6 4. PRŮBĚH ZKRATOVÝCH PRODŮ.... 7 4.3 CHARAKTERSTCKÉ HODNOTY ZKRATOVÉHO PROD.... 9 4.4 PŘEDPOKLADY VÝPOČT ZKRATOVÝCH PRODŮ... 3 4.5 ZKRATOVÉ VÝPOČTY.... 3 4.6 ZKRATOVÉ PORCHY ŘEŠENÉ V SOSTAVĚ SOMĚRNÝCH SLOŽEK.... 34 5. PRAVDLA PROVOZOVÁNÍ DSTRBČNÍ SOSTAVY.... 38 5. POŽADAVKY NA VÝROBCE ELEKTŘNY... 38 5. PŘHLAŠOVACÍ ŘÍZENÍ.... 39 5.3 PODMÍNKY PŘPOJENÍ A ZPĚTNÉ VLVY NA NAPÁJECÍ SÍŤ.... 39 6. POPS AKTÁLNÍHO STAV A POPS ZÁKLADNÍHO ZAPOJENÍ DSTRBČNÍ SOSTAVY KV V NAPÁJECÍ OBLAST MĚSTA BRNA.... 4 7. Pops nového špčového zdroje MW.... 46 8. VÝPOČET CHOD SÍTĚ DS KV E.ON V ZÁKLADNÍM ZAPOJENÍ A V ZAPOJENÍ S NOVÝM ZDROJEM MW.... 47 8. VÝPOČET CHOD SÍTĚ DS KV S VÁŽENÍM PROVOZ ZDROJE VMA.... 47 8. VÝPOČET CHOD SÍTĚ DS KV KONTROLA ZATÍŽENÍ VEDENÍ KV. KONTROLA BEZPEČNOSTNÍHO KRTERA N.... 49 9. VÝPOČET ZKRATOVÝCH POMĚRŮ PŘED A PO ZPROVOZNĚNÍ NOVÉHO ZDROJE MW.... 53 9. VÝPOČET ZKRATOVÝCH PŘÍSPĚVKŮ.... 53 9. VYHODNOCENÍ ZKRATOVÝCH POMĚRŮ.... 57. SHRNTÍ VÝSLEDKŮ.... 58 8
. NÁVRH OPATŘENÍ... 6. ZÁVĚR.... 6 9
SEZNAM OBRÁZKŮ Obráze č.. Přílad zapojení uzlové sítě po náhradě jednotlvých prvů Π nebo Γ - člány s označením uzlů...6 Obráze č.. Fázorový dagram pro zdrojový uzel s jalovou dodávou ndutvní povahy...9 Obráze č. 3. Náhradní π-článe... Obráze č. 4. Průběh souměrného zratového proudu...7 Obráze č. 5. Průběh zratového proudu s maxmálně vyvnutou stejnosměrnou složou...8 Obráze č. 6 Atuální záladní zapojení uzlových oblastí O Čebín a O Soolnce...44 Obráze č. 7. Nové záladní zapojení VMA na O Čebín...59
SEZNAM TABLEK Tabula č.. Přehled orentace výonů P, Q ve zdrojových a odběrových uzlech...9 Tabula č.. Přehled hodnot součntele K pro vybrané prvy eletrzační soustavy...9 Tabula č. 3. Složové mpedance vysytující se v náhradním schema př jednotlvých zratových poruchách...35 Tabula č. 4. Zatížení jednotlvých vedení v napájecí oblast města Brna v záladním zapojení DS V...4 Tabula č. 5. Napěťové poměry v DS př provozu VMA do O Čebín...47 Tabula č. 6. Napěťové poměry v DS př provozu VMA do O Soolnce...48 Tabula č. 7. Zatížení jednotlvých vedení V a celové ztráty P pro testované varanty zapojení...49 Tabula č. 8. Přehled zatížení vedení př výpadcích V5556 a V5...5 Tabula č. 9. Přehled zatížení vedení př výpadcích V58, V554, V554, V538...5 Tabula č.. Zratové poměry př provozu stávajících paralelních zdrojů zapojení B...53 Tabula č.. Zratové poměry př provozu stávajících paralelních zdrojů včetně nového zdroje VMA ( MW) do O Čebín - zapojení D...54 Tabula č.. Zratové poměry př provozu stávajících paralelních zdrojů včetně nového zdroje VMA ( MW) do O Soolnce - zapojení D...55 Tabula č. 3. Zratové poměry př provozu stávajících zdrojů včetně nového zdroje VMA s rozdělením vyvedení výonu do O Čebín a do O Soolnce - zapojení C...56 Tabula č. 4. Přehled hodnot zratových výonů...57
SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK ES PS DS O PPDS PDS R VMA VMA VMA ČNT SO ČML BNT SPL HV ZVN VVN VN ASR DZ HDO AlFe P Z Y E.ON Eletrzační soustava Přenosová soustava Dstrbuční soustava zlová oblast Pravdla provozování dstrbuční soustavy Provozovatel dstrbuční soustavy Rozvodna Rozvodna V Brno Maloměřce Stávající zdroj Brno Maloměřce Nový zdroj MW Brno Maloměřce Čebín Soolnce Eletrárna Červený mlýn Teplárna Brno Šptála Spalovna Brno Rozvodna V Brno Husovce Zvláště vysoé napětí: V - 4V Velm vysoé napětí: 35V - V Vysoé napětí: V 35V Automatcá seundární regulace napětí Dspečersá záloha Hromadné dálové ovládání Dvoumaterálové lano složené z hlníu (Al) a železa (Fe) ztráty čnného výonu ztrátový výon mpedance admtance energetcá společnost E.ON, a.s.
. ÚVOD. Frma E.ON byla požádána o vyjádření přpojtelnost nového paralelního zdroje s nstalovaným výonem MW: Špčový zdroj Brno Sever. Tento nový zdroj má být umístěn ve stávajícím objetu cementárny Maloměřce s vyvedením jeho výonu přes stávající rozvodnu V Výtopna Maloměřce do dstrbuční soustavy V E.ON. Nový zdroj je navržen, ja název napovídá, jao špčový na rytí výonových defctů. Předpoládá se rátodobý provoz zdroje v průběhu rou, bez využtí pro teplárensé účely, s rátou dobou jeho najetí na jmenovtý výon. V souladu ČSN EN 699 Zratové proudy v trojfázových střídavých soustavách je nutné provést ontrolu zratových poměrů př provozu nového zdroje. Dle pravdel provozování dstrbuční soustavy (PPDS), teré jsou zpracovány provozovatel dstrbučních soustav v souladu se zněním záona č. 458/ Záon o podmínách podnání a výonu státní zprávy v energetcých odvětvích a o změně něterých záonů (energetcý záon) a dle přílohy č. 4 pravdel PPDS, terá ustanovuje pravdla pro paralelní provoz zdrojů pracujících do dstrbuční soustavy do příslušné úrovně napětí je nutné provést ontrolu zpětných vlvů zdroje na dstrbuční soustavu.. CÍL PRÁCE. Zadáním práce v pratcé část je zpracování výpočtu chodu sítě V v oblast města Brna a zpracování výpočtu zratových poměrů v dstrbuční soustavě V, a to pro stávající záladní provozní stav a pro stav po přpojení nového zdroje. Dosažené výsledy budou porovnány s lmtním hodnotam atuálního stavu. Bude provedena ontrola zratových odolností rozvoden př provozu nového zdroje a bude provedena ontrola dovolené změny napětí v místě přpojení zdroje. Na záladě zjštěných výsledů stanovt opatření zajštění spolehlvého vyvedení výonu nového zdroje a zajštění jeho provozu. Navrhnout nové záladní zapojení DS V napájecí oblast města Brna pro stav př provozu nového špčového zdroje pracujícího do R V Výtopna Maloměřce. 3. TEORE VÝPOČT CHOD SÍTĚ KV. Eletrzační soustavou je nazván soubor vzájemně propojených prvů, teré slouží usutečňování všech energetcých procesů jao je výroba, transformace, přenos a spotřeba eletrcé energe. Za provozu na sebe tyto prvy vzájemně působí a jsou na sebe vázány. Současná eletrzační soustava je provozována se střídavým napětím na odlšných napěťových úrovních. Za účelem zefetvnění provozu jednotlvých národních eletrzačních soustav začaly být tyto soustavy provozovány paralelně a jao cele tvoří jednu velou propojenou eletrzační soustavu. Pro spolehlvý chod velých eletrzačních soustav, zahrnujících desíty eletráren a transformoven, navzájem propojených tsíc lometry přenosových vedení ZVN, VVN a dstrbučních vedení VVN, VN, je nevyhnutelné vyřešení otáze souvsejících s řízením eletrzačních soustav včetně vazby na jejch rozvoj, vazby na místa se zdroj energe a vazby na místa spotřeby. To vše umožní přenášení dostatečných výonů na velé vzdálenost. Prvy eletrzační soustavy lze rozdělt na prvy: Výrobní výroba eletrcé energe v eletrárnách. Přenosové a rozvodné přenos eletrcé energe z místa výroby do místa spotřeby. 3
Spotřebče spotřeba eletrcé energe na prác, teplo, světlo apod. Pro zajštění spolehlvého chodu eletrzační soustavy musí být vyřešeny hlavně otázy: Synchronzace generátorů. Regulace mtočtu a napětí. Stablta paralelní spolupráce. Omezení zratových proudů. Využtí místních zdrojů energe. Výstavba nových eletráren. Eonomcé rozdělení výroby čnných a jalových výonů. Rozdělení eletrcých sítí na přenosové a dstrbuční. Eletrzační soustava vyžaduje e svému provozu jednotný systém řízení, jehož hlavním úolem je hospodárné zajštění dodávy požadovaného výonu a požadovaného množství eletrcé energe spotřebtelům ve stanovené valtě. Zabezpečenost spolehlvého provozu eletrzační soustavy, jejíž rozpad má za následe šody a omezení velého rozsahu, proto přnáší řadu problémů, teré je nutné řešt omplexně. nejlepší výpočet jednotlvých úloh se pro celou eletrzační soustavu může uázat jao nedostatečný. Zpracování vhodného matematcého modelu, věrně zobrazujícího všechny vazby v eletrzační soustavě a vhodného vyhodnocení chodu sítě v přměřeném čase, je složtý problém přes výonné výpočetní prostředy. 3. stálený chod eletrzační soustavy. Eletrzační soustava je v běžném provozu v ustáleném chodu, jným slovy je v ustáleném provozním stavu, terý je charaterzován rovnováhou všech velčn podstatných pro její chod, a to jsou napětí, proud a výon (čnný a jalový), jejchž velost se nemění a rovnováhou momentů točvých strojů ve zdrojích a spotřebčích. Nutný předpolad pro řízení provozu eletrzační soustavy, pro výpočet jejího ustáleného chodu a pro navrhování jejího dalšího rozvoje je znalost čnných a jalových výonů, napěťových poměrů a ztrát v jednotlvých větvích a uzlech eletrzační soustavy. To má za následe, že ustálený chod sítě nemůžeme popsat soustavou lneárních rovnc a matematcá formulace výpočtu ustáleného chodu sítě vede soustavě nelneárních rovnc, pro jejchž řešení se použje něterá z teračních metod. Výpočet teračním metodam je časově náročný, dost často špatně onverguje, nebo neonverguje vůbec. Pro výpočty, de není vyžadována velá přesnost, se úloha lnearzuje a dále se použje něterá z metod řešení lneárních obvodů, jao je metoda uzlových napětí nebo metoda smyčových proudů. Dále je nutné mít nformace o parametrech všech prvů DS V a trvale atuální nformace o jejím zapojení. Hodnoty zísané výpočtem chodu sítě se dále využívají jao výchozí údaje př řešení přechodových dějů, ontrolu na přetížení prvů, pro optmalzační úlohy (hospodárné rozdělení čnných a jalových výonů, regulace napětí a ztrát) a hodnocení spolehlvost eletrzační soustavy. Výpočet chodu se zpravdla provádí pro mnmální a maxmální zatížení sítě. 4
3. Předpolady výpočtu ustáleného chodu eletrzační soustavy. Klasface uzlů a podmíny určtost chodu sítě. Výpočet ustáleného chodu sítě lze matematcy formulovat jao řešení soustavy nelneárních algebracých rovnc sítě. Soustava této soustavy určuje závslost mez n fázory uzlových napětí a n omplexním výony v uzlech tj. mez 4n velčnam chodu sítě. stálený chod je jednoznačně určen znalostí čtyř uzlových velčn. Ve vztahu e aždému uzlu to jsou: napětí fáze napětí δ čnný výon P jalový výon Q Z pohledu uvedených čtyř velčn se uzly rozlšují podle toho, teré z nch jsou zadány a teré jsou dopočítávány pomocí rovnc ustáleného chodu sítě. Podle požadavů praxe uzly zpravdla dělíme podle zadávaných uzlových velčn. Mmo referenčního uzlu to jsou: Blanční uzel. Třída, δ. Je označený pevným pořadovým číslem, je v něm zadáno napětí a jeho úhel δ. Jao neznámé jsou dopočítávány čnný a jalový výon. Blanční uzel má za úlohu hradt případnou nerovnováhu v blanc uzlových výonů (součet dodáve = součtu odběrů) a navíc musí hradt ztráty čnného a jalového výonu v sít, jejchž hodnota je známa po uončení výpočtu chodu sítě a určení výsledné výonové blance. V blančním uzlu by měl být dspozc zdroj výonu. Odběrový a zdrojový uzel. Třída P, Q. Je v něm zadán čnný výon P a jalový výon Q. V uzlu je rozlšen odběr nebo dodáva, tj. uzel se zdrojem, nebo odběrový uzel. Dodáva nebo odběr jsou rozlšeny znamény - ladným znaménem je označena dodáva výonu a záporným odběr výonu. Jao neznámé počítáme jeho úhel. Regulační uzel nebo ompenzační uzel. Třída, P. Je v něm zadána absolutní hodnota napětí a čnný výon P. Př výpočtu ustáleného chodu sítě řešíme, jaý výon musí být v tomto uzlu odebírán nebo dodáván, aby byla dodržena požadovaná zadaná hodnota napětí. Druhá dopočítávaná neznámá je úhel tohoto napětí. Charatersta uzlu nemůže být neurčtá an předurčená, proto nemůže být lbovolná volba známých a neznámých velčn, δ, P, Q popsujících uzel. V prax se uázala postačující volba tří záladních ombnací uzlů: Jeden blanční uzel se zadaným, δ. uzlů odběrových a zdrojových se zadaným P, Q. (n--) uzlů regulačních se zadaným, P, neboť pro řešení je dspozc (n-) rovnc popsujících ustálený chod sítě. 5
Rychlost onvergence zvolené terační metody př výpočtu chodu sítě závsí na onfgurac sítě, volbě umístění blančního uzlu se zdrojem a na volbě umístění a počtu uzlů třídy P, Q a, P. Pratcé výpočty uazují, že je vhodné volt umístění blančního uzlu v eletrcém středu sítě. Obvyle je to uzel s největší vlastní admtancí největší dagonální prve v admtanční uzlové matc. Ne vždy je vša v tomto uzlu volný generátor (na rytí ztrát), ale je možné volt tento generátor jao zdroj v jném uzlu, případně rozdělt rytí ztrát mez všechny generátory pracující v soustavě příslušným dílem. To vša matematcé řešení ompluje, proto se přednostně volí pouze uzly uvedených tří záladních tříd. Př řešení ustáleného chodu sítě - DS V je možné přjmout následující zjednodušující podmíny: Trojfázová soustava je souměrná v parametrech prvů, ve zdrojích ve spotřebčích. Napětí a proudy jsou harmoncým funcem času s onstantním mtočtem f = 5Hz. Parametry vedení, transformátorů a ostatních prvů DS jsou onstanty nezávslé na velost proudu a napětí. Náhrada prvů s homogenně rozloženým parametry: - vedení nahrazujeme obvyle Π - člány, - transformátory Γ - člány (nebo Π - člány). Odběry jsou zadány pomocí výonů, de proudy nejsou závslé na napětí. Napětí zdrojů a proudy odběrů neobsahují vyšší harmoncé. Parametry všech prvů jsou přepočítány na jedno vztažné napětí. Za předpoladu souměrnost zdrojů, přenosových respetve dstrbučních prvů a odběrů eletrzační soustavy, je možné úlohu řešt jao jednofázovou souslednou síť. 3.3 Výpočet ustáleného chodu jao lneární úloha. Př výpočtu ustáleného chodu jao lneární úloha předpoládáme, že jsou zadány odebírané proudy do uzlů sítě. Prvy eletrzační soustavy jsou zadány jejch podélným a příčným mpedancem. Příčné admtance jsou spojeny mez příslušné uzly sítě a uzel referenční o nulovém potencálu zem. Parametry všech prvů jsou přepočítány na jedno společné napětí a eletrzační soustavu lze nahradt galvancým spojením prvů. Na obrázu č. je náhradní schéma sítě po náhradě jednotlvých vedení π - člány. Referenční uzel je označen. V důsledu náhrady prvů trojfázové sítě jednofázovým evvalentem, terým je π článe, platí pro všechny rovnce fázové hodnoty napětí a výon přenášený jednou fází. 6
Obráze. : Přílad zapojení uzlové sítě po náhradě jednotlvých prvů Π nebo Γ - člány s označením uzlů. V náhradním schéma značí jednotlvé velčny: Y j - podélná admtance na vedení mez uzly a j Y - polovna součtu příčných admtancí všech vedení, teré vychází z -tého uzlu - proud odběru nebo zdroje přpojeného -tému uzlu S - omplexní výon odběru nebo zdroje přpojeného -tému uzlu Náhradní schéma sítě lze matematcy popsat s použtím metody uzlových napětí soustavou omplexních rovnc. Rovnce uzlů 4 jsou: 3 4 Y = Y Y Y 3 4 Y Y Y Y 3 4 Y Y Y Y 3 3 33 43 Y Y Y Y 4 4 34 44 3 4 (.) Zrácený záps rovnce. je pa: [ ] [ Y ] [ ] = (.) 7
Pops velčn:,, 3, 4 - neznámá uzlová napětí.,, 3, 4 - zadané uzlové proudy. Znaméno + vyjadřuje dodávu, znaméno vyjadřuje odběr. Y dagonální prve je tvořen součtem admtancí všech větví náhradního schématu, teré vycházejí z -tého uzlu. Y j ( j) mmodagonální prve je tvořen záporně vzatým součtem admtancí všech větví náhradního schématu spojující -tý uzel s j-tým uzlem. Předpoládáme, že větve nemají vzájemné ndutvní vazby a platí: Y = + (.3) Y y + y3 y Y = y = (.4) Pro rozlšení jsou prvy admtanční uzlové matce a uzlové velčny označeny velým písmeny a admtance jednotlvých větví a větvových proudů jsou označeny malým písmeny. V obecném případě, dy síť má n uzlů, lze náhradní schéma popsat n lneárním omplexním rovncem. = n j= j Y j j [A] =,,...,n (.5) de n určuje počet uzlů v sít mmo uzel referenční, terému je přřazeno označení. Elmnace blančního uzlu. Soustava rovnc (.) je nezávslá a sestavená matce [ Y ] je matce regulární. Jedním z n uzlů soustavy je potřebné nahradt neznámé proudy teoucí v příčných větvích a vyrovnávat blanc mez dodávam a odběry. Zvolený uzel (s neznámým uzlovým proudem) je nazván jao blanční uzel. Aby v rovncích (.), (.), (.5), (.6) byl stejný počet neznámých jao je rovnc, je v blančním uzlu zadáno známé napětí, nyní. Blanční uzel je označen číslem. Za předpoladu známého napětí lze soustavu rovnc (.) a analogcy rovnc (.3) dále přepsat do tvaru: 3 4 Y = Y Y 3 4 Y Y Y 3 4 Y Y Y 3 33 43 Y Y Y 4 34 44 = 3 4 (.6) n j= n = Y + Y = Y pro =,3,., n (.7) j j j= j j Soustava rovnc (.5) je řeštelná napřílad elmnační metodou, přímou nverzí admtanční uzlové matce řádu (n-) nebo taé něterou terační metodou. Po výpočtu neznámých uzlových napětí bude určeno rozdělení proudů ve větvích náhradního schema podle vztahu: pq = y ( q ) (.8) pq p Kde pq je proud teoucí větví o admtanc y pq z uzlu p do uzlu q. 8
3.4 Výpočet ustáleného chodu jao nelneární úloha. Ve výpočtu ustáleného chodu sítě jao nelneární úloha se předpoládá zadání čnných a jalových výonů. Proto je pro -tý uzel známý omplexní výon S, pro terý platí vztah (.9). S (.9) = P + jq = Vyjádření proudu z (.9): S P jq = = (.) Kde proud je omplexně sdružený proud proudu. Pro určení znaména čnného a jalového výonu se bere v úvahu uzel se zdrojem, de je dodáva čnného výonu. Případ dodávy jalového výonu ndutvní povahy ve zdrojovém uzlu je znázorněn ve fázorovém dagramu na obrázu č. - poloha a orentace fázorů proudu a napětí a jejch úhlů. Vztah pro omplexní výon S je: S = P + jq = = ( δ ) ( α) = ϕ = S (cosϕ + jsnϕ) (.) Fázový posun napětí a proudu vyjádřený úhlem φ je: φ = δ-α. Odtud vyplývá, že je-l ndutvní posun proudu prot napětí a proud je za napětím zpožděný, pa je φ > a čnný jalový výon je větší než nula: P >, Q >. Pro odběrový uzel se uvažuje proud se záporným znaménem. V odběrovém uzlu to má za následe změnu znaména u čnného jalového výonu oprot uzlu s dodávou. vedené poměry jsou pro přehled zapsány do tabuly č. za předpoladu, že orentace tou výonu a taé proudu je určena špou ve směru do uzlu. Z tabuly je patrná shodnost znaména pro dodávu ndutvního jalového výonu do zdrojového uzlu se znaménem odběru apactního jalového výonu v odběrovém uzlu. 9
Obráze. č. : Fázorový dagram pro zdrojový uzel s jalovou dodávou ndutvní povahy. Tabula č. : Přehled orentace výonů P, Q ve zdrojových a odběrových uzlech. Porovnáním vztahů (.7) a (.) platí: P jq = = n j= Y j j pro =,3,., n (.) Z rovnc (.7) a (.) je zřejmé, že byla provedena elmnace blančního uzlu a byla provedena volba známého napětí. V případě, že jsou zadány uzlové výony, pa blanční uzel hradí rozdíl mez dodávam a odběry a ztráty čnného a jalového výonu. Známé napětí blančního uzlu a mmodagonální admtance vadratcých rovnc vztahu (.). Yj vede výpočet neznámých napětí na řešení soustavy nelneárních Jsou-l jednotlvé prvy sítě nahrazeny π člány; vz. obráze 3, pa je proud teoucí do uzlu je určen rovncí: = (.3) ( j ) yj + y Zdánlvý výon v uzlu je určen vztahem (.9): S. (.4) = P + jq =
Obráze. č. 3: Náhradní π-článe. Je- l P > pa (podle úmluvy výše) čnný výon vtéá do uzlu a znaméno u jalového výonu určuje, zda jde o výon apactní č ndutvní. Analogcy platí pro uzel j: j = (.5) ( j ) yj + j y j j = Pj + jq j = j j S (.6) Algebracým součtem výonů P, Q teoucích do uzlů, j náhradního π článu se dostanou čnné a jalové ztráty. P = P + P (.7) j j Q = Q + Q (.8) j j Blance čnných a jalových výonů v celé sít je rovna ztrátám ve všech prvcích sítě. n = n = v P = P p= v p= p Q = Q p, p =,,...,n (.9), p =,,...,n (.) de jsou: - P p čnné ztráty výonu v p-tém prvu sítě, - Q p jalové ztráty výonu v p-tém prvu sítě, - n počet uzlů sítě, - v počet prvů sítě.
3.5 Newtonova terační metoda. Přílad řešení soustavy rovnc dle (.) je zpracován s využtím Newtonovy terační metody.tato metoda řeší zadanou síť jao nelneární úlohu. Odběry a dodávy v uzlech jsou zadány čnným a jalovým výony. Máme řešt soustavu nelneárních rovnc ve tvaru: M f f f n ( x, x,..., xn ) ( x, x,..., x ) ( x, x,..., xn ) = yn n = y = y (.) Odhad ořenů v nulté terac: x ( ) ( ) ( ) x x,, K, n (.) Odhady ořenů se lší od jejch přesné hodnoty o x, x,, x n. Přesná hodnota ořenů je tedy: ( ) ( ) ( ) x = x + x, x = x + x, K, x n = x n + x n (.3) Původní soustava rovnc lze přepsat do tvaru: M f f f n ( ) ( ) ( ) ( x + x, x + x, L, xn + xn ) ( ) ( ) ( ) ( x + x, x + x, L, x + x ) ( ) ( ) ( ) ( x + x, x + x, L, xn + xn ) = yn n n = y = y (.4) Každou rovnc soustavy (.4) je možné rozepsat v Taylorovu řadu funce více proměnných v bodě x (). Napřílad první rovnce: f ( ) ( ) ( ) f f f ( x, x, K xn ) + x + x + K+ xn + φ = y, x x x n (.5) f de x je hodnota parcální dervace v bodě x () atd. a φ zahrnuje členy s vyšším mocnnam x, x,, x n a druhé a vyšší dervace funce f.
Jsou-l odhady ořenů blízé přesné hodnotě, jsou pa dference x malé a všechny členy s vyšším mocnnam x můžeme zanedbat neboť φ. Označíme-l výraz f (x (), x (),, x n () ) = y () pa rovnc (.4) můžeme upravt na tvar: f x x f + x x f + K + x n x n = y ( ) ( ) (.6) () de y je rozdíl zadané hodnoty pravé strany y a hodnoty y () určené dosazením odhadu ořenů do rovnce (.5). Analogcým postupem se tato upraví zbývající rovnce soustavy (.4), čímž se obdrží soustava lneárních rovnc pro výpočet neznámých dferencí x, x,, x n. Soustavu je možné zapsat v matcovém tvaru následovně: y = y df dx df dx M df dx n df, dx df, dx df, dx n df, K, dx df, K, dx df, K, dx n n n n ( ) x y ( ). x = y M M ( ) xn yn (.7) Nebo též zráceně: [ J ].[ x] = [ y] (.8) de matce [J] je parcální dervací - Jacobán. Ze soustavy rovnc (.7) se vypočítá vetor hledaných dferencí [ x] a určí se nové, opravené odhady ořenů. x ( ) ( ) = x + x ; =,, K, n, (.9) Tyto se použjí pro výpočet v další terac. Nutno s uvědomt, že vypočítané hodnoty dferencí x nejsou zcela přesné, neboť v Taylorově rozvoj jsou uvažovány pouze první dervace. terační proces postupného zpřesňování ořenů soustavy rovnc se zapíše úpravou rovnc (.9) do teračního tvaru: ( ) ( ) [ x ] = J ( ) [ ].[ y ] (.3) a potom x ( +) ( ) ( ) = x + x (.3) de horní ndex určuje -tou terac. 3
Předpoládá se, že exstují spojté dervace f / x pro, j =,,, n, jednoznačnost řešení soustavy rovnc a onvergence teračního postupu, což v pratcých úlohách výpočtu ustáleného chodu sítí bývá obvyle splněno. Řešení rovnc popsujících chod sítě (.) zísáme využtím Newtonovy terační metody aplací uvedeného postupu dle vzorců (.) - (.3): Vychází se z rovnc (.), teré se přepíší do tvaru dle (.): P jq = n j= Y j j =, 3,,n (.3) Pravá strana rovnce (.3) se rozepíše na reálnou a magnární část a po dosazení napětí a admtance v polárním tvaru do rovnce (.3) se po úpravě dostanou vztahy: P Q = = n j= n j= j j Y j Y j cos( δ δ α ) =, 3,,n (.33) j j sn( δ δ α ) =, 3,,n (.34) j j Zísaná soustava je o (n-) rovnc pro (n-) neznámých napětí a jejch úhlů. Ve všech uzlech jsou zadány dodávané a odebírané čnné a jalové výony s výjmou blančního uzlu, de je zadáno napětí a jeho úhel δ. Pro terační výpočet dferencí a δ s využtím rovnc (.33), (.34) se dostane soustava, terá ve zráceném zápsu zní: [ P] [ Q] P = Q P δ Q [ ] [ ] δ (.35) Vypočítají se parcální dervace Jaobánu dervováním rovnc (.33), (.34) podle jednotlvých proměnných. Po vyřešení soustavy lneárních rovnc (.35) jsou vypočteny dference terac. () (), δ v nulté Následuje výpočet nových hodnot napětí a jejch úhlů na onc prvního teračního rou: δ () () = + pro =, 3,, n (.36) () () () = δ + δ pro =, 3,, n (.37) () Zpřesněným hodnotam napětí a úhlů napětí nahradíme jejch původní odhad a analogcy postupujeme v teračním výpočtu. terační roy () postupně nabývají hodnot (), (), (), Výpočet se uončí, až je dosaženo zadané přesnost ε rozdílu zadaných výonů a výonů vypočítaných dosazením vypočtených napětí a jejch úhlů do rovnc (.33), (.34) a jsou splněny nerovnce (.38), (.39): P ε pro =, 3,, n (.38) ( ) 4
Q ε pro =, 3,, n (.39) ( ) Pro méně přesné výpočty se používá zjednodušení, dy se vychází z toho, že u sítí s převažující podélnou mpedancí vedení a transformátorů a př malých změnách napětí, se čnné výony v uzlech mění nepatrně. Podobně zanedbatelně se pro malé změny úhlů uzlových napětí mění jalové výony. Rovnce (.34) se zjednoduší na tvar: P P & δ (.4) [ ] = [ δ ] Q & (.4) [ Q] = [ ] Newtonova metoda velm rychle onverguje a obvyle potřebný počet terací závsí, př zadané přesnost ε, málo na velost řešené sítě. Nevýhodou metody je poměrně náročný výpočet dferencí ořenů, co do početního rozsahu, terý značně prodlužuje výpočtový čas potřebný na jednu terac a tím celý výpočet. Za předpoladů přjetí rovnc (.4), (.4) jao zjednodušení rovnce (.35), se docílí zrychlení výpočtu. 4. TEORE VÝPOČT ZKRATOVÝCH POMĚRŮ V ELEKTRZAČNÍ SOSTAVĚ. Výrazem zratové poměry se rozumí vlv zratu jao přechodného děje na chod eletrzační soustavy a vyhodnocení odolnost jednotlvých prvů eletrzační soustavy na účny zratu. Za bezporuchového chodu se soustava nachází v ustáleném provozním stavu, dy nedochází zapínání nebo odpínání prvů eletrzační soustavy a tím nedochází nerovnováze eletrcých momentů an momentů mechancých na hřídelích točvých strojů. Změnou zatížení eletrzační soustavy dojde přechodu eletrzační soustavy do nového ustáleného provozního stavu. Přrozená změna zatížení (daná napřílad denním dagramem odběru) je změna pomalá a je soustavou plynule dorovnána. V ustáleném stavu a př změně zatížení soustavy tedy nedochází přechodným dějům. Přechodný jev lze defnovat jao děj mez dvěma ustáleným stavy s tím rozdílem od ustáleného provozního stavu, že př přechodném jevu dochází hromadění energe v eletrcém obvodu nebo jejímu únu ze soustavy. Přechodný jev v eletrzační soustavě je vždy spjat s přechodným dějem ve zdroj eletrcé energe, přechodným dějem v přenosových prvcích soustavy a s přechodným dějem v místě spotřeby (spotřebčem). Příčnou přechodného děje jsou nestandardní jevy, vznající za provozu soustavy vlvem změny parametrů jejích prvů, vlvem samotného provozu, czím zavněním nebo vlvem přírodních lmatcých podmíne. Nejčastější příčnou vyvolávající přechodný děj jsou poruchy typu zrat, zemní spojení, průraz zolace, přepětí, přčemž jsou na sebe tyto poruchy často vázané (přepětí vyvolá zrat, zemní spojení vyvolá přepětí apod.). 5
4. Zratové poruchy. Zratové poruchy jsou svým účny nejvíce nebezpečné poruchy v eletrzační soustavě, ale současně jsou to poruchy nejčastější. Vyšetření zratových poměrů znamená vyšetření poměrů v eletrzační soustavě po zratové poruše. Zratová porucha je charaterzována jao středně rychlý eletromagnetcý přechodný děj, způsobený náhlou změnou zolačního odporu mez fázovým vodčem a zemí, mez fázovým vodč vzájemně nebo mez fázovým vodč a zemí v soustavě s uzemněným uzlem. V důsledu snížení mpedance eletrcého obvodu, dochází mmořádnému zmenšení napětí a nárůstu zratového proudu v místě poruchy od všech pracujících zdrojů soustavy. Úbyty napětí rostou od místa zdrojů místu zratu a posthnou celou soustavu. V místě zratu je úbyte napětí maxmální. Prochází jím výsledný poruchový (dále zratový proud ) proud, terý je součtem příspěvů proudu od všech zdrojů pracujících paralelně do eletrzační soustavy. V místě zratu dochází největším dynamcým a tepelným účnů zratového proudu a zařízení v místě zratu jsou tímto nejvíce ohrožena. Podle velost přechodového odporu se rozlšují zraty: Doonalé - se zanedbatelným přechodovým odporem (ovové). Nedoonalé - s nedoonalým styem vodčů (s hořícím oblouem). Podle způsobu zatížení třífázového zdroje zratem se rozlšují zraty: Souměrné: - Zrat trojfázový. - Zrat trojfázový zemní. Nesouměrné: - Zrat jednofázový. - Zrat dvoufázový. - Zrat dvoufázový zemní. Jestlže jsou zratem postženy všechny tř fáze, jedná se o zrat souměrný trojfázový. Všechny ostatní druhy zratů jsou zraty nesouměrné. Vývoj zratových proudů ovlvňuje parametry eletrzační soustavy a onstruc prvů, ze terých je složena. Největší tepelné a slové namáhání prvů eletrzační soustavy způsobují doonalé zraty, teré současně mají výrazný vlv na její stabltu. Pro správné dmenzování soustavy je nutné znát velost proudů a časový průběh zratové poruchy. Eletrcé zařízení ohrožené zratovým proudem je nutné ontrolovat na mechancé a tepelné namáhání, terá jsou důsledem zratového proudu. Vedle toho je potřebné provádět ontrolu zotaveného napětí po odepnutí zratu vypínačem. Zotavené napětí může svojí strmostí narušt zolac eletrcého zařízení a vlastní vypínací proces ve vypínač znovuzapálením eletrcého oblouu mez ontaty vypínače, což může vést havár vypínače. Vlastní přechodný děj představuje změnu perodcy probíhajícího proudu způsobenou účnem vyrovnávacího proudu aperodcého průběhu. Následy proudů zratových poruch: 6
- Dynamcé. - Tepelné. - nduovaná napětí. - Poles napětí má vlv na všechny spotřebče, především na synchronní motory. - Přepětí a zotavené napětí. - Ohrožení stablty eletrzační soustavy v důsledu náhlé změny zatížení. - Rušení sdělovacích cest. 4. Průběh zratových proudů. Zrat jao eletromagnetcý přechodný jev způsobí porušení rovnováhy mez magnetcým a eletrcým polem v prostoru eletrzační soustavy a je doprovázen přechodem z jednoho na druhý ustálený stav soustavy. Tento přechod se nemůže odehrát v jedném oamžu, ale trvá jstou dobu, závslou na eletromagnetcé energ ve zratovém obvodu. Stanovení časového průběhu napětí a proudu př zratu se obvyle zjednodušuje: - Zanedbání příčné admtance prvů eletrzační soustavy a uvažuje se pouze jejch podélná mpedance. - Zanedbání odběrů. - važuje se onstantní buzení synchronních strojů. Automatcá regulace napětí nemá v důsledu svých časových onstant vlv na počáteční hodnoty zratových hodnot, ale ovlvní průběh zratu a podstatně ustálené hodnoty. Za těchto zjednodušujících předpoladů je oamžtá hodnota zratového proudu (t) neharmoncou funcí času se třem exponencálně zanajícím přechodným složam rovnce (.). ( t) = ( = + s a t τ d ) e + ( ) e t τ d + sn( ωt + α ϕ ) e t τ d sn( ωt ϕ ) = (.) - α počáteční fáze fázoru napětí v oamžu vznu zratu (v čase t = s), - φ úhel mpedance mez působštěm vntřního napětí zdroje a místem poruchy obvodu zratového proudu, - - počáteční efetvní hodnota subtranztního zratového proudu; tento proud se nazývá počáteční rázový zratový proud, počáteční efetvní hodnota tranztního zratového proudu, - efetvní hodnota ustáleného zratového proudu, - - τ d subtranztní časová onstanta, τ d tranztní časová onstanta, - τ s časová onstanta stejnosměrné složy, - s oamžtá hodnota souměrného střídavého zratového proudu, - a oamžtá hodnota stejnosměrné (aperodcé) složy zratového proudu, - oamžtá hodnota nesouměrného střídavého zratového proudu. 7
Časové onstanty τ d, τ d a ndučnost vnějšího obvodu zratového proudu. Proudy, τ s závsí na parametrech zdrojů zratového proudu, na rezstanc a a jsou závslé na mpedancích synchronních strojů, na jejch vntřních napětích a na mpedanc vnějšího zratového obvodu. Je patrné, že tyto proudy jsou závslé na buzení synchronních strojů a na jejch zatížení před zratovou poruchou. Celový zratový proud je součtem perodcé složy s a stejnosměrné aperodcé složy a. Průběh střídavé složy zratového proudu s : t t τ d τ d s ( t) = ( ) e + ( ) e + sn( ωt ϕ ) Průběh stejnosměrné (aperodcé) složy zratového proudu a : t τ s = e snϕ (.3) a Úhel φ je fázový posuv mez napětím a zratovým proudem. X ϕ = arctg (.4) R Mohou nastat dva rajní případy: Napětí v oamžu zratu prochází nulou, proud má maxmální hodnotu (φ 9, R ) a aperodcá složa je maxmální a vztah pro proud a přejde do tvaru: a t τ s e (.) = (.5) Napětí v oamžu zratu je maxmální, proud prochází nulou (φ = ) aperodcá složa je rovná nule a = A Obráze č. 4. Průběh souměrného zratového proudu. 8
Obráze č. 5. Průběh zratového proudu s maxmálně vyvnutou stejnosměrnou složou. 4.3 Charaterstcé hodnoty zratového proudu. Pro potřeby dmenzování eletrcých zařízení na působení zratového proudu (t) není zapotřebí znát jeho celý časový průběh, ale jen charaterstcé hodnoty zratového proudu. Charaterstcé hodnoty zratového proudu. Počáteční rázový zratový proud. Efetvní hodnota střídavého subtranztního zratového proudu v oamžu vznu zratu a vypočítá se podle vztahu: c v = (.6) 3 Z - součntel stanovený normou pro různé druhy zratů. - c napěťový součntel stanovený normou zahrnující odhad vntřního napětí zdrojů v oamžu vznu zratu, - v sdružené vztažné napětí ; obvyle se volí napětí v místě zratu, - Z celová výpočtová mpedance zratového obvodu.. Nárazový zratový proud m. m je největší hodnota střídavého zratového proudu (dynamcý zratový proud) nastávající v prvním maxmu po vznu zratu, teré nastává v čase t =, s (v čase T/). m = (,,, τ d τ d τ d (,) = ) e + ( ) e + + e (.7) V pratcých zratových výpočtech se proud m určuje z proudu dle vztahu (.8) s pomocí nárazového oefcentu K, terý je určen poměrem celového zratového proudu v čase t =, s a maxmální hodnoty subtranztního zratového proudu, ale je stanoven normou [7]: m = K (.8) 9
Koefcent K je oreční čntel, terý stanovuje norma. Jeho největší možné hodnoty se dosáhne v čase t =, dy je K =. Jeho hodnoty pro vybrané prvy eletrzační soustavy jsou v tabulce č.. Tabula č. : Přehled hodnot součntele K pro vybrané prvy eletrzační soustavy. 3. Vypínací zratový proud vyp. vyp je efetvní hodnota střídavého zratového proudu v čase vypnutí zratu. vyp = ( t t e d τ τ d ) + ( ) e + Pro zraty eletrcy vzdálené od synchronního stroje je možné položt: vyp = (.9) 4. Stejnosměrná složa vypínacího zratového proudu avyp. avyp je střední hodnota zratového proudu v čase vypnutí zratu a počítá se dle vztahu: avyp t τ s e = (.) 5. Evvalentní oteplovací proud e. e je efetvní hodnota proudu, terý za dobu trvání zratu t vyvne př průchodu rezstancí R stejné množství tepla Q jao časově proměnný zratový proud s největší možnou stejnosměrnou složou. Proud e se používá př ontrole tepelných účnů zratového proudu. Jeho hodnota je: e = t t ( t) dt V pratcých výpočtech se pa počítá z proudu dle vztahu: e e (.) = (.) de e je součntel stanovený normou. 6. stálený zratový proud. je efetvní hodnota souměrného zratového proudu, terý protéá obvodem po odeznění přechodných dějů. 3
7. Doba trvání zratového proudu t. 4.4 Předpolady výpočtu zratových proudů. Rozdělení zatížení a rozložení napětí př zratu mají stejné záontost jao př výpočtu poměrů v eletrzační soustavě zatížené normálním odběrem a v normálním provozu. Výpočet zratových proudů má následující záladní postup: a. Stanovení mpedancí, případně jen reatancí jednotlvých prvů celého zratového obvodu. b. Sestavení náhradního schema zratového obvodu, jeho zjednodušení a určení výsledné mpedance, respetve reatance. Zratový obvod se reslí jednopólově. c. Vlastní výpočet zratových proudů. Používá se poměrných, procentních nebo sutečných hodnot. Vlastní výpočet zratových proudů se dále rozdělujeme na: Podrobný výpočet, terý se používá pro stanovení přesnějšího přehledu o zratových poměrech nebo v případě výsledů zběžného výpočtu na hranc typových výonů přístrojů. rčuje se časový průběh zratových poměrů. Vztažný výon je roven součtu jmenovtých výonů alternátorů. Zběžný výpočet, terý slouží rychlému zjštění zratových proudů a dosažené výsledy jsou rovné nebo vyšší než výsledy zísané podrobným výpočtem. Vztažný výon je volený lbovolně. Časový průběh se neurčuje. Zběžným výpočtem se mohou počítat všechny druhy zratů a lze určt hodnoty zratů typu dynamcý, evvalentní, ustálený. Zřejmý rozdíl př řešení soustavy zatížené zratem prot soustavě v normálním provozu je, že známe mpedanc zratového obvodu. Rozhodující vlv na přesnost výpočtu zratových poměrů má určení správných parametrů prvů eletrzační soustavy. Zjednodušující předpolady pro pratcý výpočet zratových proudů.. Zrat se uvažuje z chodu zdrojů naprázdno, případně př jejch jmenovtém zatížení. Za zdroj zratového proudu se uvažují pouze větší synchronní stroje >,5 MVA. Napětí u všech zdrojů jsou soufázová a co do velost stejná. Zdroje pa můžeme přpojt do jednoho uzlu náhradního schema.. Neuvažují se mpedance odběrů. Jestlže mají být uvažovány synchronní motory, ompenzátory a onvertory, pa se uvažují jao alternátory. 3. Všechny prvy eletrzační soustavy se nahrazují pouze podélným mpedancem, proudy příčným admtancem se zanedbávají. generátorů, transformátorů a vedení VVN a ZVN se uvažují pouze podélné reatance. 4. transformátorů VN/NN, soustav NN a abelů NN uvažujeme jejch celou mpedanc Z, protože hodnota čnného odporu R jž není zanedbatelná. 3
5. Zdroje zratového proudu se uvažují pomocí subtranztní reatance, tj. reatance zdroje před zratovou poruchou (ve sutečnost se reatance stroje v průběhu trvání zratové poruchy značně mění). 6. Charatersta podélné mpedance všech prvů se předpoládá lneární. Parametry prvů eletrzační soustavy se během zratu nemění. 7. važuje se doonalý (ovový) zrat. 8. Charaterstcé hodnoty zratového proudu se uvažují př největší možné stejnosměrné složce (největší tepelné a mechancé namáhání prvů eletrzační soustavy). 9. Pro dmenzování eletrcého zařízení z hledsa zratové odolnost uvažujeme nejnepříznvější zratové poměry, teré se mohou v provozu vysytnout.. Soustava před zratem je symetrcá. Za uvedených zjednodušujících předpoladů tvoří obvod zratového proudu lneární schema. Podstatou výpočetního postupu je určení celových zratových mpedancí náhradního schema tvořeného ze schémat sousledné, zpětné a netočvé složové soustavy: sousledné schema s mpedancí Z, zpětné schema s mpedancí Z, netočvé schema s mpedancí Z. Pomocí těchto mpedancí se stanoví počáteční rázový zratový proud jednotlvých druhů zratů. Čnné odpory prvů zratového obvodu jsou zanedbatelné a omezujícím parametry zratového proudu tímto jsou pouze reatance. Zratový proud má tedy především nduční charater a je proto zpožděn za napětím přblžně o π/ a je možné položt mpedanční úhel φ rovný π/. 4.5 Zratové výpočty. A. Výpočty náhradních mpedancí ve sutečných hodnotách. Podélné mpedance prvů zratového obvodu se stanovují pro lbovolnou vztažnou napěťovou hladnu s napětím v. Obvyle se jao vztažná napěťová hladna volí hladna s místem zratu. Podélné mpedance prvů zratového obvodu se přepočítávají do náhradního zratového obvodu pomocí druhé mocnny transformačního převodu p transformátoru, terým jsou obě napěťové hladny vázány. Úroveň napětí, ve teré se nachází zratová porucha, je označena symbolem n. Přepočet jednotlvých náhradních mpedancí ve sutečných hodnotách. a. Přepočet náhradní mpedance generátoru. Z g v g, p jxd jxd S gn g g = (.3) S gn 3
b. Přepočet náhradní mpedance transformátoru. transformátorů ZVN/VVN a VVN/VN považujeme Z t X t. Z THV v t, p X t, p = e = e S tn THV v (.4) Stn c. Přepočet náhradní mpedance vedení., v Z v p = Z v (.5) v, n d. Přepočet náhradní mpedance sítě. Z s, p c c = = (.6) S 3 v s v s s, n e. Počáteční rázový zratový proud určíme z výsledné hodnoty náhradní mpedance zratového obvodu - z její absolutní hodnoty Z c,n. V případě zanedbání příčných admtancí a rezstancí platí Z c,n X c,n. c v v = (.7) 3 Z 3 X c, n c c, n B. Výpočty náhradních mpedancí v poměrných hodnotách. Pro výpočet charaterstcých hodnot zratových proudů v poměrných hodnotách je výhodné volt vztažné napětí v, jmenovté napětí té část eletrzační soustavy, de se nachází zratová porucha. Hodnota vztažného výonu S v se volí lbovolná, např. hodnota jmenovtého zdánlvého výonu S g největšího generátoru. rčí se vztažný proud v : v S v = (.8) 3 v Zálad poměrných hodnot ( v, S v, v ) je společný pro celý náhradní zratový obvod. Přepočet jednotlvých náhradních mpedancí na poměrné hodnoty. a. Generátor. z = jx S v g, po d (.9) S gn b. Transformátor. z t, po Sv = e S tn (.) 33
c. Vedení. z v, po S = Z v (.) v v, n d. Přepočet náhradní mpedance sítě. z s, p c S = (.) S v s e. Počáteční rázový zratový proud. c = 3X c v = c S 3 V v X c c = X c v (.3) Počáteční rázový zratový výon S se počítá z rázového zratového proudu a napětí v místě zratu v. S = (.4) 3 v 4.6 Zratové poruchy řešené v soustavě souměrných slože. Velm často vysytují zratové poruchy, př terých je postžena jenom jedna nebo dvě fáze a jedná se tedy o nesouměrný zrat, dy se výsledné hodnoty zratového proudu nezúčastní všechny fáze stejnou měrou. Tyto případy se výpočetně řeší rozladem proudů a napětí na souměrné složy. Podstatou metody souměrných slože je rozlad daného obvodu na dvě až tř samostatné soustavy - souslednou, zpětnou a nulovou, dle druhu zratu. Metodou souměrných slože lze řešt podrobný zběžný výpočet. Záladní vztahy souměrných slože. važuje se trojfázová soustava s alternátorem jao zdrojem napětí sousledné složové soustavy v provozu naprázdno. Zratový obvod zahrnuje mpedanc alternátoru a mpedanc vnější část obvodu. Rozlšení souměrných slože: Sousledná ndex, Zpětná - ndex, Nulová ndex. Fázory napětí fází a, b, c vyjádřené v soustavě souměrných slože. a b c = = a = a + + a + + a + + (.5) 34
35 Zpětná transformace složových napětí. ( ) ( ) ( ) c b a c b a c b a a a 3 a a 3 3 + + = + + = + + = (.6) Fázory proudů fází a, b, c vyjádřené v soustavě souměrných slože. a a a a c b a + + = + + = + + = (.7) Zpětná transformace složových proudů: ( ) ( ) ( ) c b a c b a c b a a a 3 a a 3 3 + + = + + = + + = (.7) Symbol a značí operátor natočení vyjádřený jao: 3 ) ( j a + = = o (.8) 3 ) 4 ( j a = = o (.9) Souměrné složy vntřního napětí alternátoru,, s uvážením, že alternátor je vždy zdrojem pouze sousledné složy napětí. f c c Z = + = sousledná složa = + = Z c zpětná složa (.3) = + = Z c nulová složa Zde značí: -,, c c c Z Z Z složové mpedance vnutí alternátoru, -,, souměrné složy napětí v místě zratu, -,, složové proudy, - f fázor napětí na svorách alternátoru, - c napěťový součntel (c= př chodu naprázdno).
Záladní rovnce složových soustav př chodu alternátoru naprázdno. = sousledná složa = Z c + f = Z c + zpětná složa (.3) = = Z c + nulová složa = Tabula č. 3: Složové mpedance vysytující se v náhradním schema př jednotlvých zratových poruchách. Z uvedených rovnc (.5) (.3) jsou odvozeny vztahy (.3) (.34) pro výpočet hodnot počátečního rázového zratového proudu pro jednotlvé druhy zratových poruch. A. VZTAHY PRO SLOŽKOVÉ MPEDANCE VYJÁDŘENÉ VE SKTEČNÝCH HODNOTÁCH. Trojfázový zrat: f = (.3) Z (3) c Dvoufázový zrat: () f = (.33) Z + Z c c Jednofázový zrat: () = f Z + Z + Z (.34) c c c Dvoufázový zemní zrat: (, N ) = f Z c Z (.35) c Z c + Z + Z c c 36
B. VZTAHY PRO VÝPOČET ZKRATOVÝCH PRODŮ Z MPEDANCÍ VYJÁDŘENÝCH V POMĚRNÝCH HODNOTÁCH. Trojfázový zrat: ( 3) c V = (.36) Z c, p Dvoufázový zrat: () = + a + a = 3 (.37) c v = (.38) Z c, p + Z c, p = (.39) = rovnost platí pro dvoufázový zrat Jednofázový zrat: c () v = (.4) Z c, p + Z c, p + Z c, p Dvoufázový zemní zrat: (, N ) = + a + a (.4) c v = (.4) Z c, p Z c, p Z c, p + Z c, p + Z c, p Z c, p = (.43) Z + Z c, p c, p Z c, p = (.44) Z + Z c, p c, p V případě vyhodnocení zratových poměrů a stanovení zratových proudů je výchozím předpoladem sestavení náhradního schema zahrnujícího všechny prvy zratového obvodu, jeho zjednodušení a určení celové výpočtové mpedance. Jestlže řešené schema obsahuje více napěťových úrovní, volí se vztažné napětí a provádí se přepočet parametrů prvů náhradního schema na zvolené vztažné napětí. Výpočet celové mpedance se provádí ve sutečných nebo poměrných hodnotách. V případě nesouměrných zratů se využívá metody souměrných slože. Je potřebné sestavení náhradních schémat sousledné, zpětné a nulové složy pro místo zratu a počítají se 37
celové výpočtové mpedance z jednotlvých schémat. Pro rozdílné zratové poruchy se uplatní onrétní složové mpedance. Pro výpočet zratů je možné použít obecnou metodu výpočtu zratů, terá umožňuje určt zratové proudy ve všech uzlech sítě, ale protože se zde pracuje s admtanční matcí, je tato metoda vhodná především pro výpočty s využtím výpočetní techny. 5. PRAVDLA PROVOZOVÁNÍ DSTRBČNÍ SOSTAVY. Na úvod je uvedeno stručné přpomenutí termínů v souvslost s provozováním dstrbuční soustavy. Posláním dstrbuční soustavy (DS) je bezpečně a hospodárně zásobovat odběratele přpojené DS eletřnou v požadovaném (nasmlouvaném) množství a valtě. Kromě toho zajšťuje systémové a podpůrné služby na úrovn DS. Provozovatel dstrbuční soustavy (PDS) zajšťuje spolehlvé provozování a rozvoj DS na území vymezeném lcencí. PDS je fyzcá č právncá osoba, terá je držtelem lcence na dstrbuc eleřny, odpovídá za bezpečný a spolehlvý provoz a rozvoj DS způsobem přměřeným ochraně žvotního prostředí. PDS je povnen na svém území dstrbuovat eletřnu onečným záazníům, přpojt DS aždého a umožnt dstrbuc aždému, do o to požádá a splňuje podmíny dané Energetcým záonem, jeho prováděcím vyhlášam a Pravdly provozování dstrbuční soustavy. Pravdla provozování dstrbuční soustavy (PPDS) je obecně závazná norma, vymezující zásady a postupy vz. následující hlavní body, terým se řídí provozní vztahy mez provozovatelem DS a všem užvatel DS. - Všeobecné podmíny pro užívání DS. - Plánovací a přpojovací předpsy pro DS (rozvoj DS, všeobecné a techncé požadavy na přpojení). - Provozní předpsy pro DS. - Havarjní plány a havarjní zásoby. - Pravdla výměny doumentů, dat a nformací, předpsy pro regstrac údajů o DS. PPDS legslatvně doplňují Energetcý záon a souvsející vyhlášy. V následujících bodech číslo 5., 5. a 5.3 jsou uvedena něterá ustanovení PPDS ve vztahu přpojování nových zdrojů resp. výroben do DS. Především se jedná o přílohu č. 4 PRAVDLA PRO PARALELNÍ PROVOZ ZDROJŮ SE SÍTÍ NÍZKÉHO NEBO VYSOKÉHO NAPĚTÍ PROVOZOVATELE DSTRBČNÍ SOSTAVY, terá obsahuje ustanovení taé pro úroveň napětí V. 5. Požadavy na výrobce eletřny Výrobc eletřny jsou povnn dodržovat požadavy stanovené v PPDS. Jsou to požadavy, teré platí pro plánování, zřzování provozu a úpravy výroben eletřny přpojených sít NN, VN nebo VVN ( V). Výrobc jsou rozdělen do ategorí podle velost celového nstalovaného výonu eletrárny: a. Celový nstalovaný výon menší než 5 MW. b. Celový nstalovaný výon větší než 5 MW a menší než 3 MW. c. Celový nstalovaný výon 3 MW a větší. 38
Typy eletráren, teré mohou být vyvedeny do DS jsou eletrárny vodní, větrné, fotovoltacé a eletrárny poháněné tepelným stroj. Je nezbytné, aby aždý výrobce eletřny posytl PDS nformace o výrobě a řešení místa přpojení výrobny DS. Rozsah požadovaných nformací závsí na ategor výrobce. Požadavy na eletrcé parametry výrobny, měřené na svorách generátorové jednoty, stanoví PDS př jednání o přpojení výrobny DS v závslost na jejím způsobu přpojení a umístění výrobny v DS. 5. Přhlašovací řízení. Přhlašovací řízení obsahuje projednání přpojtelnost zdroje mez žadatelem o přpojení a provozovatelem DS a zahrnuje především: - Techncé onzultace. - Žádost o přpojení zdroje. - Posouzení žádost přpojení zdroje. - Stud přpojtelnost. - Projetovou doumentac. - Změny žádost o přpojení. 5.3 Podmíny přpojení a zpětné vlvy na napájecí síť. Zařízení ostatních odběratelů a provozovaná zařízení PDS nesmějí být nově přpojeným zdrojem rušena, a je proto zapotřebí provést vyhodnocení a případné omezení zpětných vlvů místních výroben. Př tom je třeba vycházet ze zásad pro posuzování zpětných vlvů a jejch přípustných mezí. Bez další ontroly zpětných vlvů mohou být přpojeny zdroje, poud poměr zratového výonu sítě S V e jmenovtému výonu celého zařízení S ra je větší než 5. Pro ndvduální posouzení přpojení jedné nebo více vlastních výroben v jednom společném napájecím bodů je třeba vycházet ze stanovených mezních podmíne. a. Změna napětí. Zvýšení napětí. Zvýšení napětí vyvolané provozem přpojených zdrojů nesmí v nejnepříznvějším případě v přípojném bodu přeročt: - % pro zdroje přpojené do sítě VN a VVN ( V) ve srovnání s napětím bez jejch přpojení. - 3% pro zdroje přpojené do sítě NN Změny napětí př spínání. Změny napětí ve společném napájecím bodě, způsobené přpojováním a odpojováním jednotlvých jednote zdroje, resp. zdrojů, nesmí přeročt % v sít VN, VVN a 3% v sít NN (dle bodu 5.3. a). To neplatí, poud spínání není častější než jednou za,5 mnuty. Př velm malé četnost, napřílad jednou denně, může PDS přpustt větší změny napětí (poud to umožní poměry v DS). Pro zdroje přpojené do sítě V platí upřesnění změn napětí vyvolaných spínáním: 39