Elektrárny A1M15ENY přednáška č. 2 Schéma vlastní spotřeby Příklady provedení schémat VS Výpočet velikosti zdrojů pro VS Ing. Jan Špetlík, Ph.D. ČVUT FEL Katedra elektroenergetiky E-mail: spetlij@fel.cvut.cz
Příklad I: Spočítejte počáteční rázový zkratový proud I k3 v odbočce bloku Příspěvek motorické zátěže zanedbejte, soustavu vvn uvažujte jako soustavu neomezeného zkratového výkonu SnG 63 MVA UG 10,5 kv x 15% d I k3t I k3g U s 117 kv I V SV 63 3,46 ka U. 3 10,5. 3 V U s 1 SnT 63 MVA I k3t. p.. IV UV xt 10,5 /121 kv xt 10% 117 10,5 1...3,46 ka I 10,5 121 0,1 k 3 =33, 4 ka 1 1 I k3g. IV.3, 46 ka =23,1 ka x 0,15 d I k3 I k3t I k3g 33, 4 23,1 56,5 ka Rázový zkratový proud 56,5 ka v odbočce vzhledem k běžným provozním Proudům odbočky, které by v tomto případě dosahovaly řádově jen několik stovek ampér!
Příklad II: Spočítejte proud zemního spojení v rozvodech VS, je-li celková délka její kabelové sítě 20 km a je tvořena kabely 1 x 3 x 6-AYKCY 70/16 VS je provozována na síti IT(r) 6,3 kv (podélné impedance zanedbejte) Protože se jedná o jednopólovou poruchu, platí rovnost složkových proudů I ˆ I ˆ I ˆ 1 2 0 Zanedbáme-li podélné parametry, uplatní se jen kapacitní susceptance ˆ ˆ ˆ U1 UA I ˆ 1 j.. C/ l.. lu j j. C. l. C. l / l / l 6-1 C/ l 0,85.10 F.km 6 3 A 3.. / l.. A 3.. / l.. 3.100..0,85.10.20.6,3.10 A Velikost poruchového proudu bude tedy pro I C lu C lu I A 58,3 A A I ˆ I ˆ I ˆ I ˆ 3. I ˆ A 1 2 0 1 Takový proud při zemním spojení na statoru dokáže již poškodit generátor neboť se jedná o typický proud z trafosvářečky! Obecně výrobci uvádějí bezpečný proud zemního spojení cca 10 A
Elektrárna s více bloky základní principielní schéma napájení - Vlastní spotřeba bloku (VSB) Schéma vlastní spotřeby - Společná vlastní spotřeba (SVS) záskokový transformátor blokový transformátor odbočkový transformátor
Příklady schémat VS Konvenční elektrárna 200 + 4x110 MW
Příklady schémat VS Konvenční elektrárna, dvojblok 2x200 MW
Příklady schémat VS Konvenční elektrárna, dvojblok 2x200 MW, SVS + dieselsekce
Konvenční elektrárna, 2x300 MW Příklady schémat VS
Příklady schémat VS Schéma typické pro teplárny s vývody pro odběratele na straně vn
Příklady schémat VS Alternativní schéma typické pro teplárny s vývody pro odběratele na straně vn, větší teplárna, potlačení zkratového proudu - reaktory
Příklady schémat VS 6x60 MW + teplárenský provoz, Elektrárna Opatovice
VS jaderné elektrárny Dukovany Příklady schémat VS
VS jaderné elektrárny Temelín Příklady schémat VS
VS PVE Dalešice 4x105MW Příklady schémat VS reaktor pro asynchronní rozběh motorgenerátoru MVE Mohelno jako najížděcí a doběhový zdroj
Principielně: Najížděcí zdroje Schéma vlastní spotřeby Pracovní zdroje
Schéma vlastní spotřeby Záložní zdroje Nouzové zdroje (zdroje zajištěného a bezvýpadkového napětí) Baterie, ale i alternativní technologie např. flywheel
Výpočet velikosti zdrojů VS Výkon pracovních, najížděcích resp. záložních zdrojů se stanovuje na základě součtového výkonu všech spotřebičů tj. S P Pni i. cos s koeficientem náročnosti kv. ks. S i m Koeficient současnosti k i P P Si ni S n Koeficient využití k V i i P P i Si m S Střední účinnost spotřebičů při daném využití Účinnost napájecí soustavy od místa napojení VS Pozn. Místo středních hodnot jsou někdy tyto koeficienty uvedeny pro každý spotřebič zvlášť
Výpočet velikosti zdrojů VS Jmenovitý výkon napájecího zdroje musí být potom: S Z S P Dále musí být splněno: - napětí na svorkách elektromotorů musí být podle ČSN 38 1120 v rozmezí Un ± 5% - min. pokles napětí při spouštění největšího spotřebiče nemá klesnout pod 0,85 Un, nesmí však klesnout pod 0,8 Un - min. pokles napětí spouštění skupiny spotřebičů nesmí klesnout pod 0,65 Un, Pro záložní zdroje navíc: - jeden záskok. transformátor pro dva bloky, dva pro více bloků - Každý záskok. trf. musí zajistit současně běžný provoz jednoho bloku + chod druhého bloku naprázdno + 50% SVS + u JE navíc odstavení druhého bloku
Výpočet velikosti zdrojů VS Kontrola velikosti zdrojů pro VS: Kontrolují se napěťové poměry + volba převodu trf.: - při běžném provozu - při spouštění největšího spotřebiče - při spouštění skupiny (resp. skupin) spotřebičů Současně je nutné zkontrolovat nastavení ochran pro mimořádné provozní stavy!
Volba převodu transformátoru u S x S x T Platí: uˆ j.( x x ). iˆ uˆ S S T VS VS Zanedbáme-li činný úbytek: u ( x x ). i u S S T VSj VS u VS i VS 2 U S S V U S 1.. x. i u 2 pu. V Sks UV p T VSj VS U S U x i u p p i 2 S V S 0 T. VSj VS.... VSj UV Sks UV 2
Řešíme tedy kvadratickou rovnici pro neznámou p: 2 2 US S V U S 0 xt. ivsj uvs. p p... ivsj UV Sks UV Za předpokladu známých: ivsj, US, Sks, xt A zvoleného napětí: Volba převodu transformátoru uvs Tak je možné zvolit vhodnou odbočku (+ provést její kontrolu) trf. pro příslušný stav (bez zátěže, provoz, největší spotřebič, samonajíždění atd.)
Spouštění největšího spotřebiče Zdroj musí být dostatečně tvrdý a vyhovět i potřebným zkratovým výkonem: u S S ks Celková zátěž bude: x Z x x VS VS. x M x M xvs x T u M x M S nt zvolíme-li jako vztažný jmenovitý výkon trf. : x M 1 S. nt i S zm nm kde x M je náhradní reaktance motoru při rozběhu rozběhový (záběrný) proud motoru i VS i M Náhradní reaktance předběž. zatížení VS: x VS 1 sin VS S. S nt VS
Spouštění největšího spotřebiče Proud do trf. bude: 1 1 SVS.sinVS S nm it um. um. izm. xvs xm SnT SnT Odpovídající poměrná hodnota zkratového výkonu: us us us. u M SVS.sinVS S nm skm. it. izm. xt us um us um SnT SnT V pojmenovaných hodnotách bude skutečný potřebný zkr. výkon: us. um us S. S.sin i. S. S.sin i. S u u S um S 1 u km VS VS zm nm VS VS zm nm M
Obdobně pro k-spotřebičů (zbylou VS neuvažujeme): x Z Samonajíždění skupiny spotřebičů 1 1... xm1 x Mk Odpovídající poměrná hodnota zkratového výkonu: u u u. u 1 s i i S k S S S M km. T.. zmi. nmi xt us um us um SnT i1 V pojmenovaných hodnotách bude skutečný potřebný zkr. výkon: k u. u S. i. S 1 S M km zmi nmi us um i1
Specifika pro dimenzování nouzového zdroje Jako nouzový zdroj většinou slouží dieselgenerátor (DG, genset ) napájející část VS zajišťující nouzový doběh a dobíjí všechny zdroje nepřetržitého napájení UPS. Základní kritérium pro návrh je stejné jako pro transformátory: S DGn S P Na dimenzování mají vliv a kontrolují se: napěťové poměry - při běžném provozu - při spouštění největšího spotřebiče - při spouštění skupiny (resp. skupin) spotřebičů poklesy frekvence - při spouštění největšího spotřebiče - při spouštění skupiny (resp. skupin) spotřebičů stabilita příkon spotřebičů, které jsou zdroji vyšších harmonických
Specifika pro dimenzování nouzového zdroje Napěťové poměry: Postupujeme principiálně stejně a je třeba dodržet stejné limity poklesu napětí jako u napájení ze sítě. Je při tom ale nutné zohlednit typ regulátoru napětí: - konstantní napětí - žádaná hodnota napětí je korigována poklesem frekvence Někteří výrobci uvádějí přímo hodnotu jmenovitého zdánlivého výkonu pro rozběh a potom: k S i. S DGstart zmi nmi i1 pokles napětí se odvodí od daného typu regulátoru (je třeba znát pokles frekvence) Frekvence: w Pokles frekvence závisí na vlastní konstrukci DG a typu regulátoru. Odvozuje se od skokového nárůstu zátěže při spouštění. k u f u wn. u f u k f w wn P i. S.cos start zmi nmi startmi i1
Specifika pro dimenzování nouzového zdroje Frekvenčně závislý regulátor napětí odlehčí tento výkonový skok přibližně na: k u f u u f P i S S 2 2 2 w wn w start...cos..cos 2 zmi nmi startmi 2 VS VS uwn i1 uwn Vlastní pokles frekvence závisí na době rozběhu BMEP Brake Mean Effective Pressure tlak ve válcích nutný pro dosažení požadovaného momentu a výkonu
Specifika pro dimenzování nouzového zdroje Vyšší harmonické: Díky obsahu vyšších harmonických dochází k dodatečnému oteplování stroje. Problém se vyskytuje zejména u napájení usměrňovačů pro UPS: - stanovení příkonu UPS* P vstups P výstups UPS dobíjení - podmínka pro jmenovitý výkon DG*, u usměrňovačů P S DGn 1, 6. P S 1, 4. P vstups 6-pusních 12-pusních DGn vstups - pro kombinaci zátěží*, u usměrňovačů S 1,15. P S DGn vstups P ostatní S 1,1. P S DGn vstups P ostatní 6-pusních 12-pusních * Zdroj: Catterpillar: Electric Power Applications, Engine and Generator Sizing
Glosa k 2. přednášce Volba vhodné odbočky u trojvinuťového trf.: Sks U s 116 kv 1515 MVA SnT 63/ 31,5 / 31,5 MVA 110 8x2% / 6,3/ 6,3 kv u 9%, u 9%, u 18% k12 k13 k23 Určete převod trf. a) pro plné zatížení obou sekcí Q L b) pro VS bez zatížení Q L Q P Q P 23 MVAr 0 MVAr tak, aby napětí na přípojnicích VS bylo v obou případech 6,3 kv QL L P QP