VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING VÝPOČET CHARAKTERISTICKÝCH VELIČIN PŘI ZEMNÍM SPOJENÍ V SÍTI VN CALCULATION OF CHARACTERISTIC VALUES OF THE EARTH FAULT IN MV NETWORK. BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR ANTONÍN PÍSAŘOVIC doc. Ing. PETR TOMAN, Ph.D. BRNO 2010

Bibliograficá citace práce: PÍSAŘOVIC, A. Výpočet charateristicých veličin při zemním spojení v síti vn. Brno: Vysoé učení technicé v Brně, Faulta eletrotechniy a omuniačních technologií, 2010. 42 s. Vedoucí práce doc. Ing. Petr Toman, Ph.D. Prohlašuji, že jsem svou baalářsou práci vypracoval samostatně a použil jsem pouze podlady (literaturu, projety, SW atd.) uvedené v přiloženém seznamu. Rád bych poděoval vedoucímu práce doc. Ing. Petru Tomanovi, Ph.D. za posytnutou literaturu, cenné rady a připomíny mé práci.

Abstrat 4 ABSTRAKT V baalářsé práci se autor zabývá problematiou zemního spojení v síti vysoého napětí. V teoreticé části jsou uvedeny existující poruchové stavy vysytující se na venovních vedeních. Stěžejním bodem baalářsé práce je analýza poruchového stavu zemní spojení v sítích s neúčinně uzemněným uzlem. V praticé části je následně počítána celová apacita zadané sítě a dle zjištěných výsledů navržena zhášecí tlumiva sloužící e snížení zemního proudu. KLÍČOVÁ SLOVA: síť vn; zemní spojení; sítě ompenzované; zhášecí tlumiva

Abstract 5 ABSTRACT In the bachelor thesis author deals with the earth fault in MV networ. In the theoretical part of thesis there are identified existing faults occuring on power lines. The pivotal point of thesis is the analysis of the earth fault in networ with ineffectively earthead node. In the parctical part author calculates the total capacity of specific networ and according to the obtained results he proposes the suitable arc suppresion coil to reduce the earth current. KEY WORDS: MV networ; earth fault; compensated networ; arc suppression coil

Obsah 6 OBSAH SEZNAM OBRÁZKŮ...7 SEZNAM TABULEK...8 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK...9 1 ÚVOD...11 2 CÍL PRÁCE...12 3 PORUCHOVÉ STAVY...13 3.1 ZKRATY...13 3.1.1 ZKRATY V ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVĚ...13 3.1.2 DRUHY ZKRATŮ...14 3.1.3 PRŮBĚH ZKRATOVÉHO PROUDU...15 3.1.4 CHARAKTERISTICKÉ HODNOTY ZKRATOVÝCH PROUDŮ...17 3.2 PŘEPĚTÍ...20 3.2.1 DRUHY PŘEPĚTÍ...20 3.3 OSTATNÍ PORUCHOVÉ STAVY...22 4 ZEMNÍ SPOJENÍ...23 4.1 SÍTĚ IZOLOVANÉ...24 4.2 SÍTĚ NEÚČINNĚ UZEMNĚNÉ...26 4.2.1 SÍTĚ KOMPENZOVANÉ...26 4.3 SÍTĚ UZEMNĚNÉ PŘES REZISTANCI...30 4.4 PORUCHY S PŘECHODOVÝM ODPOREM...30 5 VÝPOČET ZEMNÍHO SPOJENÍ...32 5.1 POPIS SÍTĚ...32 5.2 VÝPOČET PARAMETRŮ SÍTĚ...34 5.2.1 VEDENÍ VN 98...34 5.2.2 VEDENÍ VN 132...36 5.2.3 CELKOVÉ KAPACITY JEDNOTLIVÝCH ÚSEKŮ VEDENÍ...37 5.3 URČENÍ PARAMETRŮ ZHÁŠECÍ TLUMIVKY...37 5.3.1 INDUKČNOST ZHÁŠECÍ TLUMIVKY...37 5.3.2 VÝKON ZHÁŠECÍ TLUMIVKY...37 5.3.3 PROUD ZHÁŠECÍ TLUMIVKOU...38 5.3.4 VYPOČÍTANÉ PARAMETRY ZHÁŠECÍ TLUMIVKY...38 5.3.5 NÁVRH ZHÁŠECÍ TLUMIVKY...38 6 ZÁVĚR...39 POUŽITÁ LITERATURA...40 PŘÍLOHA A SCHÉMA ŘEŠENÉ SÍTĚ...41 PŘÍLOHA B PARAMETRY ZHÁŠECÍCH TLUMIVEK SPOLEČNOSTI EGE...42

Seznam obrázů 7 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr.3.1 Druhy zratů...15 Obr.3.2 Průběh souměrného zratového proudu...16 Obr.3.3 Průběh nesouměrného zratového proudu s maximálně vyvinutou stejnosměrnou složou...17 Obr.3.5 Trvalé přepětí...20 Obr.3.6 Dočasné přepětí...20 Obr.3.7 Přechodné přepětí s dlouhým čelem...21 Obr.3.8 Přechodné přepětí s rátým čelem...21 Obr.3.9 Přechodné přepětí s velmi rátým čelem...21 Obr.4.1 Izolovaná síť...25 Obr.4.2 Rozložení proudů v izolované síti při zemním spojení...26 Obr.4.3 Konpenzovaná síť...28 Obr.4.4 Rozložení proudů v ompenzované síti při zemním spojení...28 Obr.4.5 Síť uzemněná přes rezistanci...30 Obr.4.6 Fázorové znázornění poruchového proudu při změně přechodného odporu...31

Seznam tabule 8 SEZNAM TABULEK Tab.4.1 Principiální řešení sítí jednotlivých napěťových úrovní...23 Tab.4.2 Parametry vybraných zhášecích tlumive...27 Tab.5.1 Parametry vedení VN 98...32 Tab.5.2 Parametry odboče z vedení VN 98...32 Tab.5.3 Parametry odbočy Vladislav...32 Tab.5.4 Parametry odboče z odbočy Vladislav...33 Tab.5.5 Parametry vedení VN 132...33 Tab.5.6 Parametry odboče z vedení VN 132...33 Tab.5.7 Parametry abelů a venovních vedení vztažené na ilometr dély vedení...34 Tab.5.8 Sutečné parametry vedení VN 98...34 Tab.5.9 Sutečné parametry odboče z vedení VN 98...35 Tab.5.10 Sutečné parametry odbočy Vladislav...35 Tab.5.11 Sutečné parametry odboče z odbočy Vladislav...35 Tab.5.12 Sutečné parametry vedení VN 132...36 Tab.5.13 Sutečné parametry odboče z vedení VN 132...36 Tab.5.14 Sutečné parametry úseu vedení 600/95 zemnímu spojení...36 Tab.5.15 Vypočítané apacity zadaného vedení...37 Tab.5.16 Vypočítané parametry zhášecí tlumivy...38 Tab.5.17 Parametry vybrané zhášecí tlumivy typu ASR 1.6...38 Tab.B.1 Zhášecí tlumivy pro trvalý provoz...42

Seznam symbolů a zrate 9 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK c Napěťový součinitel (-) C 0 I I I avyp I C I i I e I m I L I P I vyp I vyp,ns Kapacita (F) Počáteční rázový zratový proud (A) Počáteční efetivní hodnota tranzitního zratového proudu (A) Stejnosměrná složa vypínacího zratového proudu (A) Kapacitní proud teoucí místem zemního spojení (A) Ustálený zratový proudu (A) Zratový proud (A) Evivalentní oteplovací zratový proud (A) Nárazový zratový proud (A) Proud teoucí zhášecí tlumivou (A) Poruchový proud při zemním spojení (A) Vypínací zratový proud (A) Nesymetricý vypínací zratový proud (A) K Součinitel nárazového zratového proudu (-) 1 Součinitel pro různé druhy zratů (-) e Oteplovací oeficient (-) L Q Q L R t U N U S U v Indučnost (H) Množství tepla (J) Výon tlumivy (VAr) Rezistance (Ω) Doba trvání zratu (s) Jmenovité napětí (V) Sdružené napětí (V) Sdružené vztažné napětí (V)

Seznam symbolů a zrate 10 X L Z Induce cívy (Ω) Celová vypočítaná impedance (Ω) ω Úhlová rychlost (rad s -1 )

Úvod 11 1 ÚVOD V eletrizačních sítích se mohou vysytovat nebezpečné poruchové stavy, teré ohrožují správný chod jednotlivých prvů a následně provoz celé soustavy. Poruchy vzniají nahodile v jednotlivých prvcích eletrizační soustavy. Mezi poruchové stavy patří zrat, přepětí, zemní spojení a další možné poruchy. Zemní spojení je taová porucha, terá se může na síti rátodobě provozovat. U zemního spojení se jedná o spojení jedné fáze se zemí. Zemní spojení se může vysytovat v soustavě s izolovaným uzlem nebo v soustavě s ompenzovanými zemními proudy. V soustavě s neúčinně uzemněným uzlem se uzel transformátoru spojuje se zemí přes zhášecí tlumivu tzv. Petersenovu cívu, terá slouží vyompenzování zemního proudu a místem poruchy neteče žádný proud. Zratové proudy ovlivňují parametry rozvodné soustavy, proto je nutné znát nejen jejich veliost, ale taé časový průběh zratových proudů. Proto se v eletrizační soustavě používají ochrany, teré mají za úol rozlišit, o terou poruchu se jedná a následně ji rychle odstranit. Ochrany musí rozlišit, o jaou poruchu jde např. zrat, zemní spojení, přepětí anebo jestli se jedná o normální přípustný stav. Při zjištění poruchového stavu v eletrizační síti musí ochrany zajistit její odstranění a to jejím vypnutím nebo snížením zatížení. Tyto ochrany musí splňovat určité vlastnosti, jao jsou seletivita, rychlost působení, citlivost a spolehlivost.

Cíl práce 12 2 CÍL PRÁCE Cílem této práce je podrobná analýza možných poruchových stavů eletricých vedení. V první části jsou rozebrány zraty, přepětí a ostatní poruchové stavy vysytující se na venovních vedeních. Ve druhé části je popsáno zemní spojení. U toho poruchového stavu se řeší možné spojení sítí při vzniu zemního spojení. V praticé části je navržena zhášecí tlumiva dle vypočtených parametrů.

Poruchové stavy 13 3 PORUCHOVÉ STAVY V eletrizační soustavě se mohou vysytnout poruchové stavy, teré ohrožují provoz jednotlivých prvů či celé soustavy. Poruchovými stavy podle [1] rozumíme: Zrat Přetížení Nadpětí Podpětí Nesouměrnost proudů a napětí Zemní spojení 3.1 Zraty Zratem rozumíme vodivé spojení fází, nebo jedné fáze se zemí, přičemž se jedná o poruchu a musí dojít odpojení [2]. Zrat může mít za následe tepelné a mechanicé pošození vodičů. Dále může dojít e snížení činného zatížení v důsledu zratu, to vede e ztrátě stability synchronních generátorů, asynchronnímu chodu eletrizační soustavy a jejímu případnému rozpadu [3]. 3.1.1 Zraty v eletrizační soustavě Zratem v eletrizační soustavě rozumíme eletromagneticý přechodný děj, terý je časově omezen oamžiem náhlého zmenšení impedance mezi rajními vodiči případně středním vodičem nebo zemí v něteré části eletrizační soustavy (v místě poruchy) a oamžiem odpojení zdrojů v místě poruchy.

Poruchové stavy 14 Příčinou chybného vodivého spojení mezi rajními vodiči, středním vodičem nebo zemí může být: Chybná manipulace Mechanicé pošození izolace, např. přetížení vodiče venovního vedení, pošození vodiče při zemních prací apod. Přirozené znehodnocení izolace Pošození izolace v důsledu zvýšeného eletricého namáhání při úderu blesu nebo spínacích pochodech Podle přechodového odporu v místě poruchy mezi rajními vodiči, středním vodičem nebo zemí rozeznáváme zraty: Doonalé (ovové) se zanedbatelným přechodovým odporem (doonalý sty ovových vodičů) Nedoonalé s hořícím oblouem nebo jina nedoonalým styem vodičů, teré ohrožují místo poruchy Doonalé zraty způsobují největší tepelné a silové namáhání prvů eletrizační soustavy a jsou rozhodující pro jejich dimenzování [4]. 3.1.2 Druhy zratů Podle způsobu ztěžování třífázových zdrojů při zratech podle [4] rozeznáváme: Zraty souměrné: - třífázové - třífázové zemní Zraty nesouměrné: - dvoufázové - dvoufázové zemní - jednofázové

Poruchové stavy 15 Obr.3.1 Druhy zratů a) třífázový souměrný zrat, b) třífázový souměrný zemní zrat, c)dvoufázový nesouměrný zrat, d)dvoufázový nesouměrný zemní zrat, e) jednofázový nesouměrný zemní zrat [4] 3.1.3 Průběh zratového proudu Náhlá změna impedance na svorách zdrojů při zratové poruše má za následe přechodný děj ve všech prvcích eletrizační soustavy. Velým zratovým proudem se poruší rovnováha mezi polem magneticým a eletricým v prostoru eletrizační soustavy a do nového stavu přechází soustava pomocí přechodných slože proudu a napětí s vlastní periodou příslušných obvodů. Stanovení časového průběhu proudu a napětí při zratu se obvyle zanedbávají příčné admitance prvů eletrizační soustavy včetně odběrů. Energie v ostatních pasivních prvcích eletrizační soustavy se zvětšuje v důsledu zvětšujícího se proudu. Kdyby nedošlo přerušení zratového proudu, trval by přechodný děj až do zániu přechodných slože a vzniu nového rovnovážného stavu se stejnou celovou hodnotou energie magneticého pole v prvcích náhradního obvodu avša s rozložením, teré odpovídá ustálenému zratovému proudu.

Poruchové stavy 16 Za zjednodušených předpoladů (stálé buzení, prvy eletrizační soustavy nahrazeny pouze podélnou impedancí indutivního charateru) je oamžitá hodnota zratového proudu neharmonicou funcí času se třemi přechodnými složami, teré exponenciálně zaniají [4]. Obr.3.2 Průběh souměrného zratového proudu [4] Kde: I..počáteční rázový zratový proud I..počáteční efetivní hodnota tranzitního zratového proudu I..efetivní hodnota ustáleného zratového proudu Rázový, tranzitní a ustálený zratový proud jsou závislé na příslušných impedancích synchronních strojů, jejich vnitřním napětím a na impedanci vnějšího zratového obvodu. Jsou tedy závislé na buzení synchronních strojů a jejich zatížení před zratovou poruchou [4].

Poruchové stavy 17 Obr.3.3 Průběh nesouměrného zratového proudu s maximálně vyvinutou stejnosměrnou složou [4] Kde: I..počáteční rázový zratový proud I..počáteční efetivní hodnota tranzitního zratového proudu I..efetivní hodnota ustáleného zratového proudu 3.1.4 Charateristicé hodnoty zratových proudů Pro dimenzování eletricých zařízení a nastavení ochran není zapotřebí znát celý časový průběh zratového proudu i (t), ale jen charateristicé hodnoty zratového proudu: 1. počáteční rázový zratový proud I 2. nárazový zratový proud I m 3. vypínací zratový proud I vyp a jeho stejnosměrnou složu I avyp 4. evivalentní oteplovací proud I e 5. ustálený zratový proud I 6. dobu trvání zratu t

Poruchové stavy 18 1. Počáteční rázový zratový proud I je efetivní hodnota střídavého zratového proudu v oamžiu vzniu zratu: I c U v = 1 (A; -, -, V, Ω), (3.1) 3 Z de: 1 součinitel uvedený pro různé druhy zratů (pro třífázový zrat 1 =1) U v sdružené vztažné napětí Z. celová vypočítaná impedance c napěťový součinitel zahrnující odhad vnitřního napětí zdrojů za jejich subtranzitní reatancí v oamžiu vzniu zratu. 2. Nárazový zratový proud I m je největší vrcholová hodnota zratového proudu, terá nastává při prvním maximum v čase t=0,01s po vzniu zratu. Nárazový zratový proud se používá pro ontrolu silových účinů zratových proudů, protože silové účiny jsou největší právě v oamžiu, dy dosáhne zratový proud své první amplitudy. de: I = K 2 ( A; -, A), (3.2) m I K.součinitel nárazového zratového proudu udávaný normou 3. Symetricý vypínací zratový proud I vyp je definován jao efetivní hodnota střídavého zratového proudu v oamžiu vypnutí zratu t. I vyp = t t τd τ ( I I ) e + ( I I ) e + I (A; A, A, s, s) (3.3) Podle normy pro zraty eletricy vzdálené od synchronního stroje je možné uvažovat souměrný vypínací zratový proud rovný počátečnímu rázovému zratovému proudu. I vyp = I (A; A) (3.4) 4. Stejnosměrná složa vypínacího zratového proudu I avyp je střední hodnota horní a dolní obalové řivy průběhu zratového proudu v čase vypnutí zratu t.

Poruchové stavy 19 I avyp t τ s = 2 I e (A; A, s, s) (3.5) Ze souměrného vypínacího zratového proudu I vyp a jeho stejnosměrné složy I avyp lze vypočítat nesymetricý vypínací zratový proud: I = I + I (A; A, A) (3.6) 2 2 vyp, ns vyp avyp 5. Evivalentní oteplovací proud I e je efetivní hodnota fitivního proudu harmonicého průběhu, terý za dobu trvání zratu t vyvine při průchodu rezistancí R stejné množství tepla Q jao časově proměnný zratový proud s největší možnou stejnosměrnou složou. Q = R t i 2 0 ( t) dt = R I 2 e t (3.7) Z rovnice (3.7) vyjádříme I e : I e = 1 t t i 2 0 ( t) dt (A; A, s) (3.8) Evivalentní oteplovací proud se používá při ontrole tepelných účinů zratového proudu. Při praticých výpočtech se stanoví z počátečního rázového zratového proudu oeficientu e, terý je dán normou pro různá místa zratu a různé doby jeho trvání. e e I pomocí I = I (A; -, A) (3.9) 6. Ustálený zratový proud I je efetivní hodnota souměrného zratového proudu, terý protéá obvodem po odeznění přechodných jevů [4].

Poruchové stavy 20 3.2 Přepětí Přepětí v trojfázových střídavých soustavách je jaéoliv napětí mezi fázemi nebo mezi fázemi a zemí, teré svou veliostí přeračuje amplitudu jmenovitého napětí. Přepětí se mohou lišit svou veliostí, časovým průběhem, příčinou svého vzniu a frevencí výsytu. 3.2.1 Druhy přepětí Norma dělí přepětí podle časového průběhu do následujících supin: 1. Trvalé přepětí střídavé přepětí síťové frevence a onstantní efetivní hodnoty. Obr.3.4 Trvalé přepětí [5] 2. Dočasné přepětí střídavé přepětí síťové frevence a doby trvání od 0,03s do 3600s. Obr.3.5 Dočasné přepětí [5]

Poruchové stavy 21 3. Přechodné přepětí přepětí trvající něoli miliseund nebo méně, teré má tlumený oscilační nebo impulsní průběh. Obr.3.6 Přechodné přepětí s dlouhým čelem [5] Obr.3.7 Přechodné přepětí s rátým čelem [5] Obr.3.8 Přechodné přepětí s velmi rátým čelem [5] 4. Kombinované přepětí přepětí vznine současným výsytem dvou druhů přepětí.

Poruchové stavy 22 Přepětí je možné dělit podle příčiny jejich vzniu, terá může být uvnitř eletrizační soustavy (ES) - vnitřní přepětí (provozní), nebo vně ES vnější přepětí (atmosféricá) [5]. 3.3 Ostatní poruchové stavy 1. Nesouměrnost proudů a napětí snižuje valitu dodávy eletricé energie a je nebezpečná zejména pro eletricé točivé stroje, dy může zpětná složa proudu způsobit přehřívání rotorového vinutí. 2. Asynchronní chod nastává při ztrátě synchronismu generátoru. Je nebezpečný zejména pro synchronní stroje a turbíny a má za následe taé přetěžování vedení a transformátorů. 3. Snížení či zvýšení frevence je nebezpečné zejména v propojených eletrizačních soustavách. 4. Zpětný to výonu může nastat při paralelním provozu sítí různých napětí např. sítí 110V se sítí 22V, dy část výonu teče sítí 22V a je zpět vracena do sítě 110V. Může to vést přetížení vedení 22V a tudíž neontrolovatelným toům výonů [3].

Zemní spojení 23 4 ZEMNÍ SPOJENÍ Zemní spojení se může vysytnout v soustavě s izolovaným uzlem nebo v sítích s neúčinně uzemněným uzlem. Sítě neúčinně uzemněné jsou taové, v nichž jsou nulové body transformátoru uzemněny přes velou impedanci. Sítě účinně uzemněné mají všechny nulové body transformátoru spojeny přímo se zemí. Způsob spojení uzlu vinutí transformátoru se zemí je jedním z důležitých uazatelů. Způsob spojení uzlu má vliv na chování sítě během vodivého spojení jedné fáze se zemí a to především na veliost poruchového proudu a veliost napětí mezi fázovým vodičem a zemí [6]. Tab.4.1 Principiální řešení sítí jednotlivých napěťových úrovní [6] Odlišnost jednotlivých způsobů provozu soustav se projevuje především různými poměry při stavech, dy dochází porušení symetrie sítě proti zemi. V izolované nebo nepřímo uzemněné soustavě se může 1pólová porucha projevit jao zemní spojení, u sítí uzemněných přímo nebo nepřímo přes rezistor jao 1fázový zrat [7]. Veliost rezistoru odpovídá nejčastěji veliosti zratového proudu při zemním zratu 1000A nebo 600A a tato porucha je vypínána nadproudovou ochranou. V sítích účinně uzemněných se v ČR nulové body transformátoru uzemňují přímo se zemí. V tato provozované síti zůstává napětí uzlu vinutí transformátoru vůči zemi téměř nulové a napětí zdravých fází zůstává vůči zemi na fázové hodnotě. V Česé republice provozujeme účinně uzemněné sítě VVN (110, 220, 400V) a převážnou většinu NN sítí 400V.

Zemní spojení 24 Posuzování veliosti proudu vede rozhodování o způsobu dimenzování a chránění v soustavě. Veliost napětí mezi vodičem a zemí lade náro na izolaci. Při souměrném chodu sítě neteče zemní proud. Napětí mezi fázemi je sdružené, mezi fázi a uzlem je napětí fázové [6]. Ke zjištění vzniu zemního spojení můžeme využít těchto jevů, terými je doprovázeno: 1. Výrazný poles fázového napětí postižené fáze, případně až na nulu. 2. Zvýšení fázových napětí ve zdravých nepostižených fázích přibližně na veliost sdruženého napětí. 3. Vzni nulové složy napětí tj. napětí mezi uzlem transformátoru a zemí, teré může dosáhnout až fázové hodnoty napětí v bezporuchovém stavu. 4. Vzni nulové složy proudu, což je třetina poruchového proudu teoucí místem zemního spojení [3]. 4.1 Sítě izolované Uzel vinutí transformátoru není na uvažované straně spojen se zemí. Při spojení jedné fáze se zemí vzroste napětí uzlu vinutí transformátoru vůči zemi na napětí fázové, napětí zdravých fází vzroste vůči zemi na napětí sdružené. V bezporuchovém stavu závisí napětí uzlu sítě na nesymetrii sítě a v porovnání s fázovým napětím je relativně malé. Velou výhodou je, že při poruchovém spojení jedné fáze se zemí lze síť nadále provozovat. Vzhledem tomu, že v tomto poruchovém stavu má napětí na zdravých fázích hodnotu sdruženou, musí se izolace této sítě dimenzovat na sdružené napětí. Další nevýhodou provozu v tomto poruchovém chodu je, že místem spojení se zemí teče proud apacitního charateru, jehož veliost je dána apacitami zdravých fází celé sítě vůči zemi a činnému odporu obvodu, terým se proud uzavírá. Ten pro zjednodušení řešení často zanedbáváme a pa uvažujeme proud čistě apacitní. Poud tento zemní proud nepřesahuje 10A a spojení se zemí není přerušované, nevzniají většinou velé problémy. Při vzniu zemního spojení (zvláště je-li přerušované) vzniají značná přepětí na zdravých fázích, terá mohou způsobit dvojité zemní spojení (dvoufázový zrat) a vedení musí být odpojeno.

Zemní spojení 25 Jao izolované jsou tedy provedeny pouze sítě VN (od 6 do 35V) malého rozsahu, de apacitní proud sítě nepřeročí hodnotu 20A [6]. Místem poruchy protéá celový apacitní proud soustavy. Protože poruchový proud má apacitní charater je jeho zhášení velice obtížné a provázené znovuzápaly. Tato vznilé přechodné děje vyvolají v síti přepětí. Z těchto důvodů je používání izolovaného uzlu omezeno na malé sítě. V normách pro provoz VN sítí se připouští mezní rozsah apacitního proudu 20A, od hodnoty 10A se již doporučuje ompenzace zemních proudů [7]. U zemního spojení v sítích s izolovaným uzlem tečou obvodem podstatně menší proudy než při zratu a vedení se zpravidla samočinně nevypíná, ale pouze signalizuje zemní spojení. Proud jdoucí místem zemního spojení závisí na veliosti apacity proti zemi. Zhasnutí oblouu je závislé na veliosti proudu, terý vytvoří zemní spojení. V opačném případě hořící oblou pošozuje vodiče a ostatní zařízení, při přerušovaném zhášení a zapalování oblouu způsobuje přepětí a tato mohou vzniat vícenásobné poruchy [2]. Obr.4.1 Izolovaná síť [6]

Zemní spojení 26 Obr.4.2 Rozložení proudů v izolované síti při zemním spojení [6] 4.2 Sítě neúčinně uzemněné Sítě neúčinně uzemněné jsou taové, v nichž jsou nulové body transformátoru uzemněny přes velou impedanci [6]. Příčná nulová reatance vedení je téměř čistě apacitního charateru, tudíž zařazením paralelní a stejně velé reatance indutivního charateru lze teoreticy dosáhnout rezonance napětí v nulové soustavě a při zemním spojení by místem poruchy netel žádný proud [2]. 4.2.1 Sítě ompenzované Kompenzaci apacitních zemních proudů v sítích vysoého napětí je nutné provádět ta, aby místem náhodného zemního spojení protéal pouze tzv. zbytový proud a tím se dosáhlo samočinného zhášení oblouu v místě poruchy. Dále je nutné reduovat hodnotu roového napětí v oolí poruchy a umožnit provoz vedení s poruchou při zemním spojení (provoz je omezen dovoleným oteplením zhášecí tlumivy) [7].

Zemní spojení 27 Pro snížení zemního proudu se do nulového bodu transformátoru připojuje tzv. zhášecí tlumiva (Petersenova cíva). Vlivem fázového napětí mezi nulovým bodem transformátoru a zemí je tlumiva zdrojem proudu indutivního charateru I L. Opět se pro zjednodušení řešení uvažuje proud čistě indutivní. Poud je tento proud stejně veliý jao apacitní proud teoucí místem zemního spojení I C, dojde vyompenzování zemního proudu a místem poruchy neteče žádný proud I P =0. Zhášecí tlumiva musí být regulována ta, aby se indutivní proud mohl měnit podle veliosti zemního proudu, terý je v dané síti dán celovou délou galvanicy spojeného vedení sítě. Tato déla se mění buď vypínáním, nebo zapínáním jednotlivých vedení anebo rozšiřováním sítě. Při uvažování činné složy proudu zemního spojení a obvodu tlumivy teče místem spojení tzv. zbytový proud. Výše uvedené sutečnosti jsou uvažovány pro záladní harmonicou proudu, avša místem zemního spojení mohou téci i proudy vyšších harmonicých [6]. Zhášecí tlumiva se určuje z veliosti zemního proudu, fázového napětí a jmenovitého výonu. Zhášecí tlumivy se dimenzují na 2 hodinový nebo trvalý chod a provádí se vždy s velým regulačním rozsahem. U venovních sítí 22V se nedoporučuje ponechávat sítě delší než 600 700m v jednom galvanicém celu. Při větších délách je třeba tyto sítě rozdělit a zcela odděleně napájet transformátory se samostatnými zhášecími tlumivami [2]. Regul. rozsah [A] při výonu [VAr] Napětí sítě [V] Napětí tlumivy [V] 50 200 800 6 3,64 1,4 14 5,5 55 22 220 10 6,06 0,8 8 3,3 33 13 132 22 13,3 6 60 35 21,2 4 38 Tab.4.2 Parametry vybraných zhášecích tlumive [2] Při vzniu zemního spojení je nutno najít postižený vývod. Vyhledání tohoto postiženého vývodu postupným vypínáním rušivě působí na odběratele. Řešení je v samočinném přepínání odporu do pomocného obvodu zhášecí tlumivy, čímž se zvětší činná složa zbytového proudu o 20 až 30%, což zlepší funci zemních relé, taže mohou signalizovat postižení vedení [2]. Kompenzace apacitní složy zemního proudu má ještě další eonomicý dosah a to díy nižším náladům na uzemnění. Toto může být dimenzováno pouze na zbytový proud a je tedy

Zemní spojení 28 levnější, aniž by vznilo nebezpečné dotyové napětí. V Česé republice provádíme ompenzování i abelových sítí menšího rozsahu. Využití ompenzovaných sítí je opět dáno veliostí jejich apacitního proudu. Horní mez je 100A u venovních vedení, 300A u smíšených a 450A u vedení abelových. V zásadě se ompenzovaná síť při spojení jedné fáze se zemí chová jao síť izolovaná, ale apacitní poruchový proud je ompenzován a místem poruchy a tedy i postiženou fází protéá jen velmi malý zbytový proud, což přináší taé problematicé zjišťování místa zemního spojení [6]. Obr.4.3 Konpenzovaná síť [6] Obr.4.4 Rozložení proudů v ompenzované síti při zemním spojení [6]

Zemní spojení 29 Místem poruchy tedy nepoteče žádný proud jestliže [2]: 3 0 = 0 = + = C U j L U j I I I N N C L P ω ω (A; V, rad s -1, H, V, rad s -1, F) (4.1) 0 3 1 C L ω ω = (rad s-1, H, rad s -1, F) (4.2) Indučnost a výon tlumivy se určí ze vztahu [2]: 0 2 3 1 C L = ω (H; rad s -1.F) (4.3) L U Q S L = ω 3 2 (VAr; V, rad s -1, H) (4.4) Zhášecí tlumiva se určuje z veliosti zemního proudu, fázového napětí a jmenovitého výonu, terý je dán [2]: 0 3 1 C L X L = = ω ω (Ω; rad s -1, H, rad s -1, F) (4.5) 0 3 3 C U X U X U I S L S L N L = = = ω (A; V, rad s -1, F ) (4.6) 0 2 2 3 3 C U L U I U Q S S L S L = = = ω ω (VAr; V, rad s -1, F) (4.7)

Zemní spojení 30 4.3 Sítě uzemněné přes rezistanci V sítích uzemněných přes rezistor se jedná o 1fázový zrat [7]. Uzel transformátoru je spojen se zemí přes rezistor, terý má omezovat poruchový apacitní proud při spojení jedné fáze se zemí. Používá se především u abelových sítí velého rozsahu, de tyto proudy mohou dosahovat velých hodnot. Výhodou je omezení přepětí, nevýhodou je vša nutnost vypnutí vedení [6]. Obr.4.5 Síť uzemněná přes rezistanci [6] 4.4 Poruchy s přechodovým odporem Převážná většina 1pólových poruch má charater odporového zemního spojení s časovou změnou odporu poruchy, jedná se o oblouová zemní spojní. Veliost hodnoty odporu poruchy má vliv na charater přechodných dějů analyzovaných veličin. Jde především o přepětí, strmost napětí a rázovou složu proudu místem zemního spojení [7].

Zemní spojení 31 Obr.4.6 Fázorové znázornění poruchového proudu při změně přechodného odporu [7] Z hledisa praxe dochází nejčastějšímu výsytu vysoo-ohmových zemních spojení s časovou změnou rezistance místa poruchy, dochází tedy e vzniu tzv. oblouových zemních poruch. V případě vysoo-ohmicého zemního spojení je nutné pro výpočet napěťových poměrů v místě nesymetrie respetovat odpor poruchy. Při změně odporu poruchy od minimálních hodnot odpovídající ovovému zemnímu spojení po hodnotu mezního odporu poruchy odpovídající rovnovážnému stavu soustavy dochází tzv. vysunutí fázoru napětí v uzlu systému. Současně dochází omezení veliosti poruchového proudu, terý protéá místem poruchy a postupnému zvyšování amplitudy fázoru napětí fáze s poruchou. Zvýšení odporu poruchy má příznivý vliv na omezení uvedeného přepětí [7].

Výpočet zemního spojení 32 5 VÝPOČET ZEMNÍHO SPOJENÍ Úolem práce je určit celovou apacitu zadané sítě a následně navrhnout zhášecí tlumivu pro ompenzaci proudu zemního spojení zadané části sítě 22V. Řešená síť se sládá z vedení VN 132, vedení VN 98 a odbočy Vladislav a je uvedena v příloze A. 5.1 Popis sítě V této části jsou popsány parametry sítě, terou tvoří vedení VN98, odboča Vladislav a vedení VN 132. V následujících tabulách je popsaný použitý typ venovního vedení (abelu), jeho příslušná déla a parametry vedení vztažené na ilometr dély vedení. Déla [m] Typ 140 Kabel AXEKCEY 240mm 2 3850 Venovní vedení 95 mm 2 4650 Venovní vedení 95 mm 2 300 Venovní vedení 185 mm 2 1500 Venovní vedení 95 mm 2 Tab.5.1 Parametry vedení VN 98 Déla [m] Typ 70 Venovní vedení 70 mm 2 530 Venovní vedení 50 mm 2 340 Venovní vedení 42 mm 2 1490 Venovní vedení 35 mm 2 Tab.5.2 Parametry odboče z vedení VN 98 Déla [m] Typ 2500 Venovní vedení 95 mm 2 6150 Venovní vedení 95 mm 2 Tab.5.3 Parametry odbočy Vladislav

Výpočet zemního spojení 33 Déla [m] Typ 460 Kabel ANKTOYPV 120 mm 2 5650 Venovní vedení 50 mm 2 13620 Venovní vedení 42 mm 2 1598 Venovní vedení 35 mm 2 Tab.5.4 Parametry odboče z odbočy Vladislav Déla [m] Typ 155 Kabel AXEKCEY 240mm 2 740 Venovní vedení 95 mm 2 1965 Venovní vedení 95 mm 2 930 Venovní vedení 95 mm 2 3450 Venovní vedení 70 mm 2 5550 Venovní vedení 70 mm 2 Tab.5.5 Parametry vedení VN 132 Déla [m] Typ 2540 Venovní vedení 70 mm 2 13330 Venovní vedení 50 mm 2 9016 Venovní vedení 42 mm 2 4050 Venovní vedení 35 mm 2 Tab.5.6 Parametry odboče z vedení VN 132

Výpočet zemního spojení 34 Typ R [Ω] X [Ω] X c [Ω] Kabel AXEKCEY 240mm 2 0,125 0,113 10,59 Kabel ANKTOYPV 120 mm 2 0,299 0,097 13,66 Venovní vedení 185 mm 2 0,180 0,335 295,9 Venovní vedení 95 mm 2 0,369 0,351 314,9 Venovní vedení 70 mm 2 0,501 0,374 323,6 Venovní vedení 50 mm 2 0,69 0,384 333,2 Venovní vedení 42 mm 2 0,75 0,392 338,2 Venovní vedení 35 mm 2 0,97 0,401 343,4 Tab.5.7 Parametry abelů a venovních vedení vztažené na ilometr dély vedení 5.2 Výpočet parametrů sítě V této části budou vypočítány sutečné podélné a příčné parametry jednotlivých úseů sítě. Hlavním úolem bude vypočítat apacity jednotlivých úseů vedení a z nich následně určit celovou apacitu zadané sítě. 5.2.1 Vedení VN 98 Déla vedení Průřez vedení Parametry sítě l S R X X C [m] [mm 2 ] [Ω] [Ω] [Ω] 140 240 0,018 0,016 1,483 3850 95 1,421 1,351 1212,365 4650 95 1,716 1,632 1464,285 300 185 0,054 0,101 88,77 1500 95 0,554 0,527 472,35 Tab.5.8 Sutečné parametry vedení VN 98

Výpočet zemního spojení 35 Déla vedení Průřez vedení Parametry sítě l S R X X C [m] [mm 2 ] [Ω] [Ω] [Ω] 70 70 0,035 0,026 22,652 260 42 0,195 0,102 87,932 520 35 0,504 0,209 178,568 80 42 0,06 0,031 27,056 820 35 0,795 0,329 281,588 340 50 0,235 0,131 113,288 190 50 0,131 0,073 63,308 150 35 0,146 0,06 51,51 Tab.5.9 Sutečné parametry odboče z vedení VN 98 Déla vedení Průřez vedení Parametry sítě l S R X X C [m] [mm 2 ] [Ω] [Ω] [Ω] 2500 95 0,923 0,878 787,25 6150 95 2,269 2,159 1936,635 Tab.5.10 Sutečné parametry odbočy Vladislav Déla vedení Průřez vedení Parametry sítě l S R X X C [m] [mm 2 ] [Ω] [Ω] [Ω] 460 120 0,138 0,045 6,284 190 50 0,131 0,073 63,308 612 35 0,594 0,245 210,161 7280 42 5,46 2,854 2462,096 215 35 0,209 0,086 73,831 1500 50 1,035 0,576 499,8 40 42 0,03 0,016 13,528 160 50 0,11 0,061 53,312 5700 42 4,275 2,234 1927,74 3800 50 2,622 1,459 1266,16 250 35 0,243 0,1 85,85 300 35 0,291 0,120 103,02 311 35 0,302 0,125 106,797 60 35 0,058 0,024 20,604 600 42 0,45 0,235 202,92 Tab.5.11 Sutečné parametry odboče z odbočy Vladislav

Výpočet zemního spojení 36 5.2.2 Vedení VN 132 Déla vedení Průřez vedení Parametry sítě l S R X X C [m] [mm 2 ] [Ω] [Ω] [Ω] 155 240 0,019 0,018 1,641 740 95 0,273 0,26 233,026 1965 95 0,725 0,69 618,779 930 95 0,343 0,326 292,857 3450 70 1,728 1,29 1116,42 5550 70 2,781 2,076 1795,98 Tab.5.12 Sutečné parametry vedení VN 132 Déla vedení Průřez vedení Parametry sítě l S R X X C [m] [mm 2 ] [Ω] [Ω] [Ω] 760 50 0,524 0,292 253,232 250 35 0,243 0,1 85,85 180 35 0,175 0,072 61,812 126 42 0,095 0,049 42,613 18 42 0,014 0,007 6,088 400 35 0,388 0,16 137,36 8600 42 6,45 3,371 2908,52 1940 35 1,882 0,78 666,196 2570 50 1,773 0,987 856,324 10 42 0,0075 0,0039 3,382 480 35 0,466 0,192 164,832 60 42 0,045 0,024 20,292 10 42 0,0075 0,0039 3,382 170 35 0,165 0,068 58,378 220 42 0,165 0,086 74,404 630 35 0,611 0,253 216,342 2540 70 1,273 0,95 821,944 10000 50 6,9 3,84 3332 460 120 0,138 0,045 6,284 Tab.5.13 Sutečné parametry odboče z vedení VN 132 Déla vedení Průřez vedení Parametry sítě l S R X X C [m] [mm 2 ] [Ω] [Ω] [Ω] 600 95 0,221 0,211 188,94 Tab.5.14 Sutečné parametry úseu vedení 600/95 zemnímu spojení

Výpočet zemního spojení 37 5.2.3 Celové apacity jednotlivých úseů vedení V následující tabulce jsou vypočítány reatance a apacity jednotlivých úseů vedení. VN 98 Odboča Vladislav VN 132 Úse 600/95 Celová apacita vedení X c C X c C X c C X c C C [Ω] [µf] [Ω] [µf] [Ω] [µf] [Ω] [nf] [µf] 1,198 2,657 2,662 1,196 0,591 5,386 188,94 16,847 9,253 Tab.5.15 Vypočítané apacity zadaného vedení 5.3 Určení parametrů zhášecí tlumivy V této části budou vypočítány parametry zhášecí tlumivy, teré jsou indučnost zhášecí tlumivy, výon a proud zhášecí tlumivy. Parametry zhášecí tlumivy se budou určovat podle vztahů, teré jsou uvedeny v apitole 4.2.1. 5.3.1 Indučnost zhášecí tlumivy Budeme vycházet ze vztahu (4.1), ze terého plyne, že místem poruchy teče nulový poruchový proud. V tomto případě budeme porovnávat proud procházející zhášecí tlumivou a proud procházející apacitou vedení. Po úpravě vyplyne vztah (4.2), ze terého bude vypočítána indučnost zhášecí tlumivy podle vztahu (4.3), ve terém C 0 značí celovou vypočítanou apacitu vedení. Celová apacita vedení je uvedená v tabulce 5.15. L = 1 1 = 0, 365H 2 6 3 ω 2 C 3 9,253 10 = 0 ( 2 π 50) 5.3.2 Výon zhášecí tlumivy Výon zhášecí tlumivy bude vypočten ze vztahu (4.4). 3 2 ( 22 10 ) = 1406958,766VAr = 1, MVAr 2 U S QL = = 407 3 ω L 3 2 π 50 0,365

Výpočet zemního spojení 38 5.3.3 Proud zhášecí tlumivou Proud zhášecí tlumivou bude vypočten podle vztahu (4.6). U N U S 3 6 I L = = = 3 U S ω C0 = 3 22 10 2 π 50 9,253 10 = 110, 768A X 3 X L L 5.3.4 Vypočítané parametry zhášecí tlumivy V následující tabulce jsou uvedeny vypočítané parametry zhášecí tlumivy. Indučnost zhášecí tlumivy Výon zhášecí tlumivy Proud zhášecí tlumivou L Q L I L [H] [MVAr] [A] 0,365 1,407 110,768 Tab.5.16 Vypočítané parametry zhášecí tlumivy 5.3.5 Návrh zhášecí tlumivy V této části byla vybrána zhášecí tlumiva od společnosti EGE, podle vypočítaných parametrů. Parametry zhášecích tlumive společnosti EGE jsou uvedeny v příloze B. Tlumiva byla zvolena podle vypočítaného výonu a vybrána dle nejbližšího vyššího výonu z atalogu. Byla zvolena zhášecí tlumiva o typovém označení ASR 1.6, terá bude provozována na trvalý chod. Maximální Rozměry výon Výša Šířa Hlouba Váha [VA] [mm] [mm] [mm] [g] 1600 2510 1810 1492 3800 Tab.5.17 Parametry vybrané zhášecí tlumivy typu ASR 1.6

Závěr 39 6 ZÁVĚR V této práci se řeší poruchové stavy, teré mohou vzniat na venovních vedeních. V první části byly rozebrány poruchové stavy, jao jsou zraty, přepětí a další možné poruchy. Zraty jsou rozděleny na souměrné a nesouměrné. Poté byl popsán průběh zratového proudu a jeho charateristicé veličiny. Dále je popsán pojem přepětí a následně je rozděleno přepětí podle časového průběhu a podle příčiny vzniu na vnitřní přepětí a vnější přepětí. Druhá část práce popisuje zemní spojení. Zemní spojení je taý druh poruchy, terý lze při spojení jedné fáze se zemí nadále provozovat. U zemního spojení jsou popsány soustavy, ve terých se zemní spojení může vysytnout, jao jsou soustavy s izolovaným uzlem a soustavy s neúčinně uzemněným uzlem. Při vzniu zemního spojení tečou obvodem podstatně menší proudy než je tomu při vzniu zratu. V tomto případě se vedení samočinně nevypíná, ale pouze signalizuje zemní spojení. V soustavách s neúčinně uzemněným uzlem se uzel transformátoru spojuje se zemí přes zhášecí tlumivu, terá má za úol ompenzovat zemní proudy. Praticá část této práce se zabývala návrhem zhášecí tlumivy pro síť 22V. Pro zadanou síť, terá se sládá z vedení VN 132, vedení VN 98 a odbočy Vladislav byly vypočítány sutečné podélné a příčné parametry sítě. Z příčných parametrů se určily jednotlivé apacity vedení a následně celová apacita, teré jsou uvedeny v apitole 5.2.3. Z celové apacity vedení se vypočítala indučnost, výon a proud zhášecí tlumivy (Tab.5.16). Z těchto parametrů je navržena podle [8] zhášecí tlumivu EGE typ ASR 1.6.

Použitá literatura 40 POUŽITÁ LITERATURA [1] HALUZÍK, WEIDINGER, KRÁTKÝ, Ochrany a jištění energeticých zařízení. VUT Brno, 63stran [2] HODINKA, Přechodové jevy v eletrizační soustavě. VUT Brno 1989, 246stran [3] HALUZÍK, Ochrany a automatiy v eletricých sítích. VUT Brno 1985, 160 stran [4] BLAŽEK, SKALA, Distribuce eletricé energie. VUT Brno, 138 stran [5] BLAŽEK, SKALA, Vysoé napětí a eletricé přístroje. VUT Brno, 72 stran [6] ORSÁGOVÁ, Rozvodná zařízení. VUT Brno, 152 stran [7] MIŠÁK, Analýza napěťových a proudových poměrů 1pólových poruch ve vlastní spotřebě VN eletrárensých a průmyslových provozů. Disertační práce. Ostrava: VŠB, 2007, 142 stran [8] ELA O 320.7 cz, Katalog zhášecích tlumive EGE. Česé Budějovice, 13 stran

Příloha A Schéma řešené sítě Přílohy 41

Přílohy 42 Příloha B Parametry zhášecích tlumive společnosti EGE Tab.B.1 Zhášecí tlumivy pro trvalý provoz [8]