8 Část elektrizační soustavy - 1-8 Simulace a měření oruchových stavů části elektrizační soustavy 8.1 Parametry rvků elektrizační soustavy Synchronní generátor SG 12,5 kva (Měření arametrů synchronního generátoru viz. říloha P1.) Jmenovitý výkon (kw) 1 Jmenovitý výkon (kva) 12,5 Jmenovité otáčky (ot/min) 15 Jmenovitý roud (A) 18 Jmenovité naětí (V) 4 Frekvence (Hz) 5 Účiník (-),8 Rozsah buzení naětí (V) 14 62 Rozsah budícího roudu (A) 3,4 9,6 Ty stroje A8A4 Výrobní číslo 556315 Číslo normy ro daný stroj 352 Výrobce MEZ Frenštát Náhradní imedance synchronního generátoru X x. 2 d ng ( 1) = (Ω;%,kV,MVA) (8.1) 1. S ng 2 15,4 X ( 1) = = 2,35 Ω 1,15 R ( 1) Z(1) = X (1) (Ω)
8 Část elektrizační soustavy - 2 - Zětná složka Z = (Ω) ( 2) Z (1) Nulová složka (měření, viz. řílohap1) X,16 Ω ( ) = R = = (Ω) ( ) R(1) = R(2) Z() X () ng S ng x d jmenovité naětí alternátoru jmenovitý zdánlivý výkon alternátoru rázová reaktance alternátoru Matematický model synchronního generátoru Gen Synchronní generátor 12,5kVA byl v rostředí ATPDraw modelován omocí modelu synchronního stroje SM59. Tab. 8.1 Nastavení synchronního generátoru 12,5 kv A Volt Freq Angle Poles SMOV TP SMOVT Q RMVA RkV AGLN E 326 5 45 4 1 1,125,4 2,75 RA XL Xd Xq Xd' Xq' Xd'' Tdo' Tqo',47,1 1,41 1,41,249,249,159,15,15 Tdo'' Tqo'' Xo RN XN XCAN HCO DSR DSD,15,15,12,1 1e-6 FM MECH N 3 1 Kde Volt Freq Angle Poles SMOVTP SMOVTQ maximální hodnota fázového naětí (V) frekvence naětí na svorkách stroje ro ustálený stav (Hz) úhel fázoru naětí fáze A ve stuních očet ólů faktor roorcionality, který má význam jen ři rozdělení činného výkonu mezi aralelně racující generátory v růběhu souštění-náběhu. V říadě neexistence aralelních generátorů je hodnota SMOVTP=1 faktor roorcionality, který má význam jen ři rozdělení jalového výkonu mezi aralelně racující generátory v růběhu souštění-náběhu. V říadě
8 Část elektrizační soustavy - 3 - RMVA RkV AGLNE RA XL Xd Xq Xd' Xq' Xd'' Xq'' Tdo' Tqo' Tdo'' Tqo'' Xo RN XN XCAN XCAN=XL HCO DSR DSD FM MECHN neexistence aralelních generátorů je hodnota SMOVTQ=1. V říadě výskytu aralelně racujících generátorů: nutno zadat ručně třífázová hodnota zdánlivého výkonu stroje (MV A) jmenovitá hodnota sdruženého naětí stroje, efektivní hodnota (kv) hodnota kotevního roudu na charakteristice vzduchové mezery, ři níž je stroj vybuzen na jmenovité naětí. Neřímá secifikace vzájemné induktance (A) rezistance budícího vinutí kotvy (.j.). RA>! roztylová reaktance kotvy (.j) synchronní reaktance ve směru osy d odélná reaktance (.j.) synchronní reaktance ve směru osy q říčná (.j.) řechodná reaktance odélná (.j.) řechodná reaktance říčná (.j.) rázová reaktance odélná (.j.) rázová reaktance říčná (.j.) odélná řechodová časová konstanta ři chodu stroje narázdno (s) říčná řechodová časová konstanta ři chodu stroje narázdno (s) odélná rázová časová konstanta ři chodu stroje narázdno (s) říčná rázová časová konstanta ři chodu stroje narázdno (s) nulová-netočivá reaktance ve složkové soustavě (.j.) činná část zemní imedance, rezistance země (.j.) jalová část zemní imedance, rezistance země (.j.) Canayova charakteristická reaktance (.j.). Když je neznámá: zadejte moment setrvačnosti setrvačných hmot stroje v (1 6 *libra*stoa 2 ) když MECHN= v (1 6 *kg*m 2 ) když MECHN=1 koeficient rychlostní odchylky vlastního tlumení setrvačných hmot T=DSR(W-Ws) kde W je rychlost hmot a Ws je synchronní rychlost v ((1 6 *libra*stoa)/(rad./sec)] když MECHN= v ((1 6 *N*m)/(rad./sec)] když MECHN=1 koeficient rychlosti vlastního tlumení setrvačných hmot T=DSD(W) kde W je rychlost setrvačných hmot v ((1 6 *libra*stoa)/(rad./sec)] když MECHN= v ((1 6 *N*m)/(rad./sec)] když MECHN=1 když je zadaná hodnota <=2, ak je časová konstanta ři měření narázdno když je zadaná hodnota >2, ak je časová konstanta ři měření nakrátko když je zadána, ak je vztažnou soustavou anglická soustava jednotek když je zadána 1, ak je vztažnou soustavou metrická soustava jednotek.
8 Část elektrizační soustavy - 4 - Výkonový transformátor 15 kva (Měření arametrů výkonového transformátoru 15 kva, viz. říloha P2) Parametry transformátoru S n = 15 kva, n = 38V, = 1 P k = 6 kw, u k = 15% P = 71,3 kw, i =,94%. Náhradní imedance transformátoru Sousledná složka Z u. 2 k nt ( 1) = 1. SnT (Ω;%,kV,MVA) (8.2) 2 15.,4 Z ( 1) = = 1,6 Ω 1.,15 Zětná složka Z u. 2 k nt ( 2) = Z (1) = (Ω;%,kV,MVA) 1. S nt k nt S nt jmenovité naětí nakrátko jmenovité naětí transformátoru jmenovitý zdánlivý výkon transformátoru
8 Část elektrizační soustavy - 5 - Nulová složka x( ) =,85x(1 ) = 1,36 Ω Matematický model výkonové transformátoru 15 kva T,4/,4 Výkonový transformátor 15kVA byl v rostředí ATPDraw modelován omocí rocedury BCTRAN. Tab. 8. 1 Jmenovité arametry a hodnoty získané měřením transformátoru 15kVA Počet vinutí Ty jádra (Number windigs) (Tye of core) Počet fází (Number of hases) Primární naětí (kv) (HV) Testovací frekvence (Hz) (Test frequency) 3 2 Shell core 5 Sekundární Jmenovitý výkon Zaojení naětí(kv) (MV A) (Connections) (LV) (Power) Fázový osun ( ) (Phase shift),4,4,15 Yyn Naětí nakrátko (%) (m) Ztráty nakrátko (kw) (Loss) Proud narázdno (%) (Curr) Ztráty narázdno (kw) (Loss) 15,6,47,71
8 Část elektrizační soustavy - 6 - Asynchronní stroj 1,1 kw 3fázový asynchronní stroj s kotvou nakrátko, ty 4AP 9OL 6, - jmenovité naětí 3x23/4 V, - jmenovitá frekvence 5 Hz, - jmenovitý výkon stroje v motorickém režimu 1,1 kw, - jmenovité otáčky 93 ot.min -1, - jmenovitý roud stroje 3 A, - jmenovitý účiník,75.j. Náhradní imedance asynchronního motoru: Sousledná složka 2 nam Z( 1) = (Ω;kV,-,MVA) (8.3) i. S Z z nam,4 2 = 3,7.,15 ( 1) = 28,8 Ω Zětná složka Z 2 nam = Z(1) (Ω;kV,-,MVA) i. S ( 2) = z nam nam i z S nam jmenovité naětí motoru oměrný záběrný roud motoru jmenovitý zdánlivý výkon motoru
8 Část elektrizační soustavy - 7 - Matematický model asynchronního stroje AG1.1kW Pro modelování asynchronního motoru je v ATPDraw oužit univerzální model M3. Výchozí nastavení je následující: General Pole airs = 3, stator couling Y, frequency = 5 Hz, Magnet LMD = LMQ =,385 Stator Ld = Lq =,15 H Rd = Rq = 8,42 Ω Rotor L1 = L2 =,15 H R1 = R2 = 11,6 Ω Fyzikální model venkovního vedení 3km Náhradní schéma venkovního vedení Obr. 8.1 Náhradní schéma venkovního vedení AlFe 3km.
8 Část elektrizační soustavy - 8 - Parametry π článku: odélná imedance Z =,762 + j3,33 Kaacita roti zemi/mezifázová kaacita C k = 1,5 µf / C s =,53 µf Náhradní rezistence a reaktance vedení: Sousledná složka R( 1) = Rk. l (Ω,Ω/km,km) (8.4) R( 1) =,762Ω X ( 1) = X k. l (Ω,Ω/km,km) X ( 1) = 3,33 Ω Zětná složka R = R Rk. l (Ω,Ω/km,km) ( 2) (1) = X = X X k. l (Ω,Ω/km,km) ( 2) (1) = Nulová složka Z = Z = 2,286 + 9,99 Ω R k X k ( ) 3 (1) j rezistence vedení délky 1 km reaktance vedení délky 1 km 1 délka vedení Matematický model venkovního vedení 3km Venkovní vedení bylo modelováno s využitím RLC rvků v rostředí ATPDraw, výsledný model byl komrimován omocí volby Comress.
8 Část elektrizační soustavy - 9-8.2 Simulace řechodných dějů části elektrizační soustavy 8.2.1 1fázové zemní sojení v izolovaných sítích V těchto sítích nejsou mezi uzlem a zemí a ani mezi fázemi a zemí řiojeny žádné imedance. Výjimky zde mohou tvořit jednofázové řístrojové transformátory naětí a ochoitelně síťové kaacity roti zemi se svodovými odory Při oisu oměrů v nezatížené sítí s izolovaným uzlem je možné vycházet z ředokladu, že naájecí naětí zdroje jsou symetrické, kaacity všech fází vzhledem k zemi jsou stejné, vzájemné kaacity jsou stejné, síť není zatížena odběrem a svodové odory lze zanedbat. Pro výše uvedené ředoklady lze ro naětí a roudy sát: 1 2 3 f 1 f 2 f 3 = = = 12 23 12 C1 C2 C 3 + + 2 3 2 + C12 C31 = = = C 23 C13 C12 C 23 kde 1 2 3 C1 C2 C3 1 = jωc 2 3 1 = jωc 2 = jωc 3 = = = 1 2 3 (8.5) (8.6) 1 1 + + 2 2 + + 3 3 = = (8.7) = Σ f L1 vvn 1 2 3 vn f1 f2 f3 C31 12 31 C12 C31 C23 23 C1 C2 C3 C12 C23 L2 L3 C1 C2 C3 1 2 3 Obr. 8.2 Schematické znázornění izolované sítě.
8 Část elektrizační soustavy - 1 - = Σ f L1 vvn 1 2 3 vn f1 f2 f3 C31 12 31 C12 C31 C23 23 C2 C3 C12 C23 L2 L3 C2 C3 1 2 3 Obr. 8.3 Schematické znázornění izolované sítě ři zemním sojení (ro R ). Při zemní oruše, znázorněné na obr. 8.3, se oruší symetrie imedancí roti zemi. V říadě vzniku zemního sojení v izolované síti je tato orucha dorovázena vznikem oruchového roudu. Ke změně dojde u velikostí amlitud a fázových osuvů kaacitních roudů v jednotlivých fázích a naětí uzlu roti zemi. Kaacitní roudy zdravých fází se uzavírají řes zem, místo zemního sojení a vinutí transformátoru ostižené fáze. Pokud je síť většího rozsahu, tak mohou oruchové roudy dosahovat značných hodnot. Pro velikost naětí lze sát: 1 2 3 = = = 2 3 = + + 1 = = 2 3 1 1 = = Předokládejme symetrickou síť: C 1 C2 C3 C 21 31 (8.8) a.) C1 b.) C3 C2 1 31 12 3 1= -o 2 3 2 3 2 C3 23 C2 23 Obr. 8.4 Fázorový diagram sítě s izolovaným uzlem ve stavu a) bez a b) se zemním sojením. Pro roudy lze sát:
8 Část elektrizační soustavy - 11 - = C2 C3 C 2 + C3 = jωc = jωc 2 3 = jωc ( = jωc = jωc 2 23 31 + = = 3 3 3 ) = 3 jωc C 2 C3 1 = 3 C1 (8.9) Kaacita vedení se v raxi udává na jednotku délky. Kaacitu vedení C a oruchový roud lze zjednodušeně vyjádřit vztahem (3-6): C = C k l = 3 ω C l = 3 ω C k f k l s Za ředokladu ideálního zemního sojení s R lze konstatovat: - kaacitní roudy zdravých fází vzrostou 3krát, - kaacitní roud ostižené fáze stoune 3 krát, - naětí zdravých fází roti zemi vzroste na sdruženou hodnotu systému, - naětí uzlu vzroste na fázovou hodnotu systému. (8.1) Protože oruchový roud má kaacitní charakter, je jeho zhášení obtížné a rovázené znovuzáaly. Takto vzniklé řechodné děje vyvolávají v síti řeětí. Z uvedených důvodů je oužívání izolovaného uzlu omezeno na malé sítě. Rovněž hledisko bezečnosti sojené s výskytem velkých krokových naětí, které vznikají ři růchodu roudů zemí, je nutné brát v úvahu. V normách ro rovoz VN sítí se řiouští mezní rozsah kaacitního roudu c = 2 A, řičemž od hodnoty c = 1 A se již dooručuje komenzace zemních roudů. Simulace 1fázové zemní sojení v izolovaných sítích s využitím ATPDraw Obr. 8.5 Měření 1fázového zemního sojení v části elektrizační soustavy. Část elektrizační soustavy ro měření a následnou simulaci je zaojena dle obr. 8.5, část a). Jedná se o síť s oboustranným naájením, kde jako zdroj figuruje synchronní generátor 12,5kVA a větrná elektrárna s asynchronním strojem 1,1kW. Synchronní generátor řisívá
8 Část elektrizační soustavy - 12 - do místa zkratu řes výkonový transformátor 15 kva, stejně jako asynchronní stroj, který je však od místa vzniku zemního sojení oddělen také fyzikálním modelem venkovního AlFe vedení 3 km. Matematický model části elektrizační soustavy v rostředí ATPDraw je zobrazen na obr. 8.6. Gen T,4/,4 z T,4/,4 3km S2 AG Rz SG 1E6 S1 daming J AG1.1kW cabel S4 moment Obr. 8.6 Matematický model elektrizační soustavy v rostředí ATPDraw. nic Pro znázornění naěťových a roudových oměrů v modelované části elektrizační soustavy je v rostředí ATPDraw vytvořeno odovídající schéma matematického modelu. Jak již bylo dříve zmíněno, synchronní generátor jako zdroj, řisívá v bloku s transformátorem do místa vzniku zemního sojení. zel hvězdy rimární vinutí transformátoru je římo uzemněný, uzel hvězdy sekundárního vinutí je izolován (R N =1.1 6 Ω). V čase 3 ms je stykačem S2 řiojena do sítě větrná elektrárna s asynchronním strojem, asynchronní stroj je nenabuzený a roztočen na otáčky 151 min -1. Prvek s označením Rz resektuje zatížení asynchronního stroje narázdno. V čase,2s je simulován řechodný děj vzniku zemního sojení. Zemní sojení je simulováno za svorkami bloku synchronní generátor 12,5 kva+transformátor 15 kva. Výsledný simulovaný růběh roudu místem zemního sojení je na obr. 8.7, na obr. 8.8 je růběh naětí v místě zemního sojení v růběhu vzniku a zániku zemního sojení. Měření naětí v místě zemního sojení je zrostředkováno 3fvoltmetrem s označením v obrázku GRP.
8 Část elektrizační soustavy - 13-1, (A) 7,5 5, 2,5, -2,5-5, -7,5-1,,18,2,22,24,26 (s),28 (file sit3.l4; x-var t) c:za -ZEM Obr. 8.7 Průběh roudu místem zemního sojení, izolovaná soustava. Z obrázku 8.7 je zřejmý vícefrekvenční řechodný děj daný vybitím kaacit soustavy v okamžiku vzniku zemního sojení. stálená hodnota kaacitního roudu je 686 ma. Naětí neostižených fází v okamžiku vzniku zemního sojení řekmitnou na hodnotu 664 V, čemuž odovídá řeětí 2,4 (obr. 8.8). Pro orovnání simulovaných a naměřených hodnot roudu místem zemního sojení jsou na obr. 8.11 uvedeny oba růběhy v ustáleném stavu, na obr. 8.1 je zobrazen naměřený růběh roudu místem zemního sojení. Z obr. 8.8 ro simulovaný růběh naětí a obr. 8.9 ro naměřený růběh naětí v místě zemního sojení, je zřejmý vliv kaacit soustavy, naětí o ukončení zemního sojení neřejde na hodnotu fázového naětí okamžitě, ale až o odeznění řechodného děje rovázejícího vybití kaacit soustavy. 7 (V) 4 1-2 -5-8,18,2,22,24,26,28 (s),3 (file sit3.l4; x-var t) v:za -ZEM v:zb -ZEM v:zc -ZEM Obr. 8.8 Průběh simulovaných okamžitých hodnot naětí v místě zemního sojení, v očátku vzniku zemního sojení v čase,2 a zániku v čase,27s
8 Část elektrizační soustavy - 14-6 (V) 4 2-2 -4-6 3,42 3,44 3,46 3,48 3,5 3,52 3,54 3,56 (s) 3,58 (f ile ST_11.adf ; x-v ar t) Z Obr. 8.9 Průběh naměřených okamžitých hodnot naětí jedné neostižené fáze v okamžiku zániku zemního sojení v čase 3,47 s 1 (A) 8 6 4 2-2 -4-66,6-66, -65,4-64,8-64,2-63,6 (ms) -63, sit3.l4: c:za -ZEM ST_11.adf : f t Z 1 Obr. 8.1 Naměřený růběh roudu místem zemního sojení
8 Část elektrizační soustavy - 15-1,5 (A) 1,,5, -,5-1, -1,5-2,,28,3,32,34,36,38 (s),4 sit3.l4: c:za -ZEM ST_11.adf : f t Z 1 Obr. 8.11 Srovnání naměřených a simulovaných okamžitých hodnot roudu místem zemního sojení. Pozn.: Hodnota roudu místem zemního sojení byla od definovanou hodnotou řesnosti roudových kleští, roto jsou na naměřeném růběhu roudu atrné zákmity. 8.2.2 Komenzace zemních kaacitních roudů vvn vn L1 1 2 3 f1 f2 f3 C31 12 31 C12 C31 C23 23 C1 C2 C3 C12 C23 L2 L3 Rzt Lzt C1 R C2 C3 1 2 3 ZT Obr. 8.12 Schematické znázornění komenzované sítě ři zemním sojení. Komenzaci kaacitních zemních roudů v sítích vysokého naětí je nutné rovádět tak, aby místem náhodného zemního sojení rotékal ouze tzv. zbytkový roud a tím se dosáhlo samočinného zhášení oblouků v místě s oruchou, snížení krokového naětí v okolí oruchy a aby se umožnil časově neomezený rovoz ostiženého vedení ři zemním sojení. Komenzace kaacitních roudů se rovádí vložením vhodně zvolené indukčnosti do uzlu sítě. Tato indukčnost se nazývá odle účelu zhášecí či komenzační nebo jménem
8 Část elektrizační soustavy - 16 - zracovatele teorie Petersenova. Tímto zásahem se izolovaná síť změní na síť s neúčinně uzemněným uzlem. Proudové oměry sítě s komenzační cívkou jsou znázorněny na obr. 8.12. 3 1= -o 2 1 C3 ZT RZT 3 2 C C2 LZT 23 Obr. 8.13 Fázorový diagram naětí a roudu ro komenzovanou síť ro R. K určení oměrů v komenzované síti lze oět využít vztah (8.1). Budeme-li ředokládat určitou kaacitní nesymetrii C nes a ztrátový odor ve zhášecí tlumivce R ZT (svodové odory systému v jednotlivých fázích jsou ro jednoduchost zanedbány) lze naětí v uzlu ve stavu bez zemního sojení vyjádřit rovnicí (8.11). Této závislosti se využívá ro automatické naladění tlumivky do otimálního stavu, ři kterém je naětí v uzlu maximální. Zhášecí tlumivkou tedy i v klidovém stavu rotéká roud, který je daný hlavně kaacitní nesymetrií. jωcnes = f (8.11) R + j(3ωc + ωc 1 ωl ) 1 ZT nes ZT Naětí uzlu ve stavu zemního sojení s odorem R lze vyjádřit vztahem (8.12): 1 R + jωcnes = f (8.12) 1 R + 1 R + j(3ωc + ωc 1 ωl ) ZT nes ZT Velikost oruchového roudu lze vyjádřit vztahem (8.13). Pro zjednodušení je ve vztahu zanedbána kaacitní nesymetrie vzhledem její velikosti k oruchovému odoru. = (1 R + 1 R + j(3ω C 1 ωl )) 1 R >> ωc (8.13) f ZT ZT nes Výsledný oruchový roud má imaginární složku danou rozdílem kaacitního roudu sítě a induktivního roudu zhášecí tlumivkou a nevykomenzovanou činnou složku, odovídající ztrátám ve zhášecí tlumivce a svodovým odorům fází roti zemi. = + j( ) = min = (8.14) R C ZT C ZT
8 Část elektrizační soustavy - 17 - Tento vztah vyjadřuje základní funkci zhášecí tlumivky, tj. snižování roudu místem zemního sojení komenzací zemních kaacitních roudů. Minimální velikost má oruchový roud ro stav rezonance a je dán svodovými odory sítě a ztrátami v tlumivce. V úvahu je ovšem třeba brát také roud nevykomenzovaných harmonických, jejichž velikost se v tomto říadě stává nezanedbatelná. 3 1= -o 2 1 C3 ZT ZT RZT RZT 3 2 C C2 LZT 23 Obr. 8.14 Fázorový diagram naětí a roudu ro komenzovanou síť s R ve stavu řed (lnou čarou) a o řiojení (řerušovanou) odoru do uzlu sítě. Lmin, δmax, Lmax D1 M1 Lmax, δmin, Lmin M2 D1 - D2 - hlavní vinutí nař. 13,3kV M1 - N1 - měřící naěťové vinutí 1V D2 N1 N2 M2 - N2 - omocné výkonové vinutí 4 6V K1 - L1 - měřící roudové vinutí 5A K1 L1 Obr. 8.15 Princiielní schéma komenzační tlumivky. Skutečné konstrukční rovedení zhášecí tlumivky si lze ředstavit jako transformátor s regulovatelným roudem narázdno. Nastavení ožadované indukčnosti se rovádí změnou vzduchové mezery v jeho magnetickém obvodu. Výstuní naětí na sekundárním vinutí zhášecí tlumivky je vlivem konstrukce se vzduchovou mezerou v magnetickém obvodu relativně měkké. Sekundární vinutí zhášecí tlumivky se výkonově dimenzuje od 1 do 3 % jmenovitého výkonu tlumivky a slouží ro krátkodobé řiojení omocného odoru ři rocesu vyhledávání vývodu ostiženého zemním sojením. Přiojení odoru do uzlu sítě zajistí zvýšení činné složky nulového roudu vývodem ostiženým zemním sojením a zvýší se tím citlivost a solehlivost směrových ochran ro vyšší hodnoty oruchového odoru.
8 Část elektrizační soustavy - 18 - Tab. 8.2 Jmenovité hodnoty zhášecích tlumivek ZTC. ty ZTC 8 125 4 Q max (kva) 125 4 63 1n (kv) 13,3 13,3 13,3 δ (mm) 1 354 1 6 64 688 1 (A) 3,1 6 3,7 94 38 297 P L (kw) 1,4 9,4 2,4 16 5, 24 P LK (kw) 86 168 528 578 11 1613 2 (V) 365 47 413 42 543 475 1K (A) 33,4 14 136 23 148 1137 L (H) 13,8,71 11,4,45 1,1,143 X L (Ω) 433 222 357 141 346 45 R L (Ω) 148 2,6 177 1,8 3,4,3 (-) 36,4 32,7 32,2 31,7 24,5 28 L`2 (H) 1,36,94,31,29,25,24 X`2 (Ω) 427 284 96 91 7,7 7,6 R`2 (Ω) 91 78 3 29 12 1 1 L r2 R v2 2 L 1 mag 2 RL 2 R = R Obr. 8.16 Náhradní schéma zhášecí tlumivky ZTC odle výrobce EG. Simulace a měření 1fázové zemní sojení v komenzovaných sítích s využitím ATPDraw Pro tento říad je konfigurace sítě řizůsobena schéma na obr. 8.5, část c). Nejrve byla rovedena simulace vzniku zemního sojení s využitím rerocesoru ATPDraw. Pro ustálený kaacitní roud 686 ma byla vyočtena odovídající kaacita soustavy c,686 C = = = 9,497 µf (8.15) ω 23 314 f A tomu odovídající velikost komenzační tlumivky 1 1 L = = = 1,669 H (8.16) ω 2 2 6 C 314 9,497 1
8 Část elektrizační soustavy - 19 - Pro tuto hodnotu indukčnosti komenzační tlumivky bylo uraveno výchozí schéma části elektrizační soustavy v rostředí ATPDraw, viz. obr. 8.17. Gen T,4/,4 z T,4/,4 3km S2 Rz S2 S1 AG1.1kW daming cabel S4 L 1E6 J moment nic Obr. 8.17 Schéma v rostředí ATPDraw ro modelování naěťových a roudových oměrů v komenzované síti. 8 (A) 5 2-1 -4-7,4,7,1,13,16,19 (s),22 (file sit4.l4; x-var t) c:za -ZEM c:l -ZEM Obr. 8.18 Průběh roudu místem zemního sojení a růběh roudu tlumivkou. Z obr. 8.18 je zřejmý růběh simulace zemního sojení. V čase 5 ms je stykačem S1 simulován vznik zemního sojení. Pro větší názornost nejrve nekomenzované zemní sojení, ke komenzaci, tzn. K řiojení tlumivky do uzlu transformátoru, došlo v čase,1s. Kaacitní roud soustavy byl vykomenzován a místem zemního sojení rotéká ouze zbytkový roud daný ouze ztrátami činného vnitřního odoru tlumivky a svodovými odory soustavy. Protože k samotné verifikaci matematického modelu měřením nebyla k disozici vhodná komenzační tlumivka s otřebnými arametry, byla oužita tlumivka s arametry,25 H s vnitřním odorem 1,3 Ω. Pro tento říad bylo také uraveno schéma matematického
8 Část elektrizační soustavy - 2 - modelu v rostředí ATPDraw. Na obr. 8.19 je ak zobrazen celkový simulovaný růběh roudu místem zemního sojení, na obr. 8.2 růběh roudu naměřený. 8 [A] 6 4 2-2 -4-6 -8,,5,1,15,2,25,3,35 [s],4 (file sit5.l4; x-var t) c:za -ZEM Obr. 8.19 Simulovaný růběh roudu místem zemního sojení. 7 (A) 4 1-2 -5-8 1,15 1,2 1,25 1,3 1,35 (s) 1,4 sit5.l4: c:za -ZEM ST_14.adf : f t Z 3 Obr. 8.2 Naměřený růběh roudu místem zemního sojení, částečná komenzace L =,25 H, R = 1,3 Ω.
8 Část elektrizační soustavy - 21-8.2.3 Odorové uzemnění uzlu kabelových sítí VN se výhody komenzace zemních kaacitních roudů nerojevují tak jednoznačně jako u sítí venkovních. Většina oruch je trvalá a zmenšení oruchového roudu se rojeví ve samozhášení jako ři obloukových oruchách u venkovního vedení. Zhášecí tlumivka sice omezuje řeětí ři vzniku zemního sojení, ale rovoz sítě ři zemním sojení namáhá izolaci zdravých fází sdruženým naětím a řináší riziko vzniku vícenásobných oruch. Zařazení činného odoru do uzlu zůsobí omezení roudu zemních sojení s ohledem na dimenzování uzemnění, zajistí dostatečné tlumení řeětí ři vzniku zemního sojení a umožní oužití jednoduchých ochran. Síť s odorovým uzemněním uzlu se ři zemní oruše trvale nerovozuje a o lokalizaci ostiženého vývodu se ostižený úsek vyíná. Zařazení odorníku do uzlu má další říznivý vliv v leším tlumení řechodných jevů a rovozních řeětí, ředevším ři vzniku zemních oruch. Solu s rychlím vyínáním všech zemních oruch se toto rojevuje tak říznivým ovlivněním vlastností, že se u tohoto tyu sítí téměř nevyskytují vícenásobné oruchy. Vliv uzemnění uzlu řes činný odor se nejvíce rojevuje ři jednoólových oruchách, zkratech. ostatních druhů oruch jsou oměry v odstatě shodné s komenzovanými sítěmi, či sítěmi s izolovaným uzlem. Znalost roudu ři jednoólových zkratech je nutná jak ro určení odmínek činnosti ochran a jejich kontrolu, tak ro stanovení říustnosti rovozu s ohledem na ochranu osob řed nebezečným dotykovým a krokovým naětím, ovlivnění blízkých sdělovacích vedení i dimenzování zařízení, řes která se roud ři zemních oruchách může uzavírat. rčení roudů ři jednoólovém zkratu ro síť znázorněnou na obr. 8.21
8 Část elektrizační soustavy - 22 - Z 1t Z t Z 1v1 Z v1 R N 1 C 1 C 1 C 1 R N or 2 C 2 C 2 C 2 Obr. 8.21 Schéma ro určení roudu ři 1ólovém zkratu. S jednoólovým zkratem latí náhradní schéma na obr. 8.22, ze kterého lze ři odrobnějších výočtech určit oruchový roud i jednotlivé fázové roudy. Z 1t R Z 2t Z 2v1 R Z t Z v1 3R N Z C ři R Obr. 8.22 Náhradní schéma ro výočet oměrů ři 1ólovém zkratu. sítí s odorovým uzemněním uzlu není možné zanedbávat odory obloukových oruch, kaacity vedení, ale mnohdy je možné zanedbávat reaktance některých částí, oř. je možné zanedbávat i jejich sousledné imedance. Pro roud oruchy latí známý vztah: = f (8.17) 2Z 1 3 + Z + 3R
8 Část elektrizační soustavy - 23 - kde je fázové naětí sítě, Z 1 výsledná sousledná složková, Z výsledná nulová složková imedance sítě vztažená k místu oruchy, R je řechodový odor oruchy. Ve většině říadů není zaotřebí určovat roud oruchy takto složitě, ostačí vycházet ze zjednodušených náhradních schémat a vztahů. Proud ostiženou fází sestává z oruchového roudu, roudu zátěže R zát1 a vlastního kaacitního roudu RC1. roudu zátěže lze u našich odorově uzemněných sítí vn ředokládat, že se ři jednoólovém zkratu v odstatě nemění (rotože se rakticky nemění sdružená naětí sítě). = + + (8.18) R1 R1zát RC1 Vlastní kaacitní roud je dán jeho souslednou a nulovou složkou 1C1 C1 = jωc (8.19) 1 f ( 3R + Z ) 3R N + Z T Z C + Z N T C = jωc1 = jωc1 ř (8.2) 2Z1 + Z + 3R fáze R vývodu č. 1 je tedy vlastní kaacitní roud RC1 1 ( ) = jω C (8.21) ř Proudy ostatních fází jsou dány součtem jejich zatěžovacích a kaacitních roudů. Nař. u ostiženého vývodu č. 1 S1 T1 Szát1 SC1 Szát1 1 2 ( a ) = + = + jω C (8.22) Szát1 1 ( a ) ř ř = + jω C (8.23) Takto odrobné určení roudu má význam nař. ro stanovení odmínek činnosti distančních nebo srovnávacích ochran. nejčastěji ředokládaných nadroudových ochran, zaojených do uzlu transformátorů roudu jednotlivých vývodů, jsou rozhodující součtové roudy fází vývodů. Součtový roud u vývodu č. 1 s oruchou je 3 ř Σ1 = f j3ω C1 ka1 (8.24) 2Z1 + Z + R f
8 Část elektrizační soustavy - 24 - zdravého vývodu č. 2 Σ2 = j3ω C2 ř ka2 (8.25) rčení roudu ro kontrolu rozběhu ochran Pro kontrolu rozběhu ochran se určuje výočtem minimální hodnota roudu, která může být ři oruše na daném zařízení k disozici. těchto sítí je tím rozuměna hodnota roudu ři zanedbání kaacitního roudu sítě, ři uvažování největšího řechodového odoru obloukové oruchy, která je n konci chráněného úseku. Obvykle je v tomto říadě možné zanedbat imedanci naájecího zdroje a ro určení roudu oužít náhradní schéma na obr. 8.23 a z něho vylývající vztah (za (2R 1v +R v )/3, což je činný odor smyčky vodič-země, je oužito označení R v ). min = f (8.26) R v + R N + R R v +2R 1v 3 min R R N Obr. 8.23 Náhradní schéma ro určení minimálního oruchového roudu. Protože odor oruchy je závislý na oruchovém roudu a jeho určení by komlikovalo raktické oužití vztahu (8.26), je na obr. 8.25 uvedena vyočtená závislost min na součtu R v +R N, resektující maximální hodnoty řechodových odorů odle obr. 8.24.
8 Část elektrizační soustavy - 25 - Obr. 8.24 Přechodné odory obloukových oruch. Jak je zřejmé, v celém rozsahu je oruchový roud cca 7 % z hodnoty, kterou bychom určili ři zanedbání odoru oruchy. Proto se ro určení minimálního roudu ro kontrolu rozběhu ochran dooručuje vztah (8.27),7 f min = (8.27) Rv + RN
8 Část elektrizační soustavy - 26 - Obr. 8.25 Minimální roud obloukové oruchy v síti 22 kv. Tento vztah byl určen ro obloukové oruchy u zařízení 22 kv. Protože ro sítě 1 a 35 kv nejsou dosud otřebné odklady k disozici, navrhuje se rozatím oužívat tento vztah i ro tyto sítě. Za odor R V je u stávajících sítí, u kterých se řechází na odorové uzemnění uzlu, nejlée dosazovat naměřenou velikost činného odoru smyčky vodič zem. Za R N je zaotřebí dosadit zvolenou velikost uzlového odoru. Pochoitelně u všech kratších úseků je R V << R N a není ho třeba uvažovat. jišťovat Z v je hlavně zaotřebí ři říadném oužití distančních ochran, její znalost je ředokladem srávného nastavení měřícího obvodu. Naětí ři jednoólovém zkratu Naětí jednotlivých fází roti zemi v místě zkratu se určí R 3R 2Z + Z + 3R P f = (8.28) 1 2 Z Z1 = S f a (8.29) 2Z1 + Z + 3R
8 Část elektrizační soustavy - 27-2 Z Z1 = T f a (8.3) 2Z1 + Z + 3R Sdružená naětí mají velikost Z Z1 + 3R 2 = = RS R S f a (8.31) 2Z1 + Z + 3R Z Z1 + 3R = TR f a (8.32) 2Z1 + Z + 3R Pokud u sítě latí Z >>Z 1 je ovlivnění sdružených naětí malé a jak z hlediska vlivu na sotřebiče, tak i na roudy zátěže, je zanedbáváme. nulové složky naětí její důležitou hodnotou naětí na říojnicích naájecí stanice, oněvadž některé ochrany zde řiojené využívají toto naětí ro svou činnost. Pro její velikost latí: ř ( 3RN + Z ) Z t C f ( 2Z + Z + 3R )( 3R + Z + Z ) = (8.33) 1 N t C Simulace a měření 1fázové zemní oruchy v soustavě uzemněné řes odorník s využitím ATPDraw Na základě výsledků z ředcházejících kaitol byla nejrve stanovena hodnota uzlového odorníku R 1 f N 3 j C = (Ω) (8.34) ω C R 1 N = 112 6 3 jω9,49 1 (Ω) Z hlediska realizace měření a roudové zatížitelnosti byla vybrán v laboratoři HARD uzlový odorník 13 Ω, 1A a ro tuto hodnotu byla následně určena hodnota minimálního oruchového roudu dle vztahu 8.27 =,7 23 = 2,762 + 2,286 13 + 3 f min = Rv + RN + R Odor oruchy je zanedbán. 11,3 A
8 Část elektrizační soustavy - 28 - Pro nastavení číslicových ochran je důležité, aby ochrana neůsobila ři zkratu mimo vlastní vedení, je zaotřebí slnit odmínku, aby nastavení rozběhové hodnoty číslicové ochrany bylo větší než kaacitní roud vlastního vedení (aby nedocházelo k falešnému ůsobení ři oruše na jiném vedení) a současně, aby rozběhová hodnota číslicové ochrany byla menší nebo rovna hodnotě minimálního oruchového roudu s uvažováním koeficientu citlivosti dané ochrany. Musí tedy latit: k b Cvlastni r min k C (A) (8.35) kde c vlastní kaacitní roud vedení k b koeficient bezečnosti =1,3 řevod měřících transformátorů roudu minimální oruchový roud k c koeficient citlivosti = 1,5 Pro uvažovaný říad tedy latí 1,3,686 r 11,28 1,5 Nastavení rozběhové hodnoty číslicové ochrany ro říad 1ólového zemní zkratu bude (7,52/ ) r (,89/ ). Schéma zaojení modelu části elektrizační soustavy ro měření je na obr. 8.5, část b), schéma matematického modelu ro simulaci 1ólové oruchy je zobrazeno na obr. 8.26.
8 Část elektrizační soustavy - 29 - R26 Gen SG T,4/,4 S3 T,4/,4 3km S2 AG Rz z S1 daming AG1.1kW cabel S4 44uF RN J moment nic Obr. 8.26 Schéma ro simulaci 1ólového zemní oruchy v soustavě uzemněné řes uzlový odorník. Na obr. 8.27 je uveden výsledný simulovaný růběh zkratového roudu, na obr. 8.28 ak ro srovnání naměřený růběh zkratového roudu. Z obr. 8.29 ro simulovaný růběh okamžitých hodnot naětí v místě zkratu a obr. 8.3 ro naměřený růbě jedné fáze je zřejmé ředokládané tlumení řechodného děje v okamžiku vzniku zemního zkratu. Strmost růběhů naětí je sice vyšší než v říadě komenzovaných sítí, nicméně řeětí je znatelně menší, naětí dosáhne maximální hodnoty 55 V, čemuž odovídá řeětí 1,54. (Pro srovnání: u nekomenzované sítě hodnota řeětí byla 2,4, u komenzované 2,24). 22, (A) 16,5 11, 5,5, -5,5-11, -16,5-22,,3,45,6,75,9,15 (ms),12 (file sit6.l4; x-var t) c:za -ZEM Obr. 8.27 Výsledný simulovaný růběh zkratového roudu.
8 Část elektrizační soustavy - 3-2 (A) 15 1 5-5 -1-15 -2 1,73 1,745 1,76 1,775 1,79 1,85 (s) 1,82 (f ile ST_12.adf ; x-v ar t) Z Obr. 8.28 Výsledný naměřený růběh zkratového roudu. 6 (V) 4 2-2 -4-6,1,3,5,7,9 (s),11 (file sit6.l4; x-var t) v :ZA -ZEM v :ZB -ZEM v:zc -ZEM Obr. 8.29 Simulovaný růběh okamžitých hodnot naětí v místě zkratu.
8 Část elektrizační soustavy - 31-6 (V) 4 2-2 -4-6 1,7 1,72 1,74 1,76 1,78 1,8 (s) 1,82 (f ile ST_12.adf ; x-v ar t) Z Obr. 8.3 Naměřený růběh okamžitých hodnot naětí jedné fáze v místě zkratu. 8.2.4 Dvoufázový zkrat v římo uzemněné soustavě Pro úlnost jsou v následující kaitole řešeny oměry ři 2fázovém v římo uzemněné soustavě, hodnoty zkratového roudu ři výše uvedeném tyu oruchy je nezbytně nutné znát ři nastavování číslicových ochran chránící daný objekt. V textu je obsažena ouze otřebná část teorie k výočtu zkratových oměrů. Obr. 8.31 Schématické znázornění 2fázového zkratu. Z výše uvedeného obrázku je zřejmé, že latí: A = B = C B = - C (8.36) Přechodem ke složkovým veličinám latí ro složkové roudy rovnice: j 3 B = 1 1 F F = j B (8.37) 3 3
8 Část elektrizační soustavy - 32 - Z rovnice lyne: 1 = - 2 = (8.38) Je možno sestavit náhradní složkové schéma: Obr. 8.32 Náhradní složkové schéma ro 2fázový zkrat. Pro složkové veličiny je možno na základě náhradního schématu na obr. 8.32 sát: E = = 2 = 1 (8.39) 1 Z + Z c1 c2 = = Z = Z (8.4) 1 2 c2 2 c2 1 = Měření na modelu části elektrizační soustavy a simulace 2fázového zkratu v rostředí ATPDraw Naěťové a roudové oměry ři 2fázovém zkratu byly určovány na testovacím obvodu části elektrizační soustavy, jednotlivé komonenty sítě byly zaojeny dle schéma na obr. 8.33.
8 Část elektrizační soustavy - 33 - Obr. 8.33 Část elektrizační soustavy ro určení naěťových a roudových oměrů v okamžiku vzniku 2fázového zkratu. Před samotným měřením a simulací v rostředí rerocesoru ATPDraw byl roveden výočet očátečního rázového roudu ve fyzikálních jednotkách. Část elektrizační soustavy je sestavena obdobně jako v říadě simulací 1ólových oruch, které byly osány v ředchozích textu 8 kaitoly. Jako zdroj tedy řisívá do místa zkratu synchronní generátor 15,5kVA řes výkonový transformátor 15 kva v zaojení Yyn, uzel hvězdy sekundárního vinutí transformátoru je římo uzemněn. Do místa zkratu dále řisívá asynchronní generátor 11, kw, který racuje do místa zkratu řes výkonový transformátor 15 kva v zaojení Yy, zkratový výkon nenabuzeného asynchronního generátoru s kotvou nakrátko je řenášen řes 3km venkovního vedení AlFe. Vedení je v laboratoři resektováno fyzikálním modelem vedení. Teorie výočtu je osána v rvní kaitole, náhradní imedance jednotlivých rvků soustavy jsou určeny v kaitole 8.1. Náhradní schéma ro výočet očátečního rázového roudu 2fázového zkratu je na obr. 8.34 Obr. 8.34 Náhradní schéma části elektrizační soustavy ro výočet 2fázového zkratu.
8 Část elektrizační soustavy - 34 - Pro imedanci náhradního obvodu dle obr. 8.34 je tedy možno sát: Z ( 1) = ( jx AG + jxt + Rv + jxv ) ( jxsg + jxt ) R + j( x + x + x + x + x ) v AG T V SG T ( j,48 + j1,6 +,762 + j3,33) ( j2,35 + j1,6 ),762 + j( 29,48 + 1,6 + 3,33 + 2,35 + 1,6) 29 3 Z = = 6,96 1 + ( 1) j Pro očáteční rázový zkratový roud k2 ři dvoufázovém zkratu latí 3,289 k 2 c. n = (ka;-,kv,ω), ro minimální hodnotu je c = 1, otom Z + Z (1) (2) 1 4 k 2 min = = 6,8 (A) 2 3,288 Pozn.: Pro 3fázový zkrat ak latí c. n k 3 = = 7,2 (A) 3. Z (1) Pro názornost je dále uveden výočet nastavení zkratové ochrany, která musí vynout každý zkrat, který může nastat v chráněném úseku. Pro nastavení rozběhové hodnoty stuně zkratové ochrany musí latit 6,8 (A) k 2 min r = = 4,5 / kc 1,5 Pro simulaci 2fázového zkratu bylo vytvořeno schéma v rostředí ATPDraw odovídající modelu části elektrizační soustavy, ve které bylo následně rovedeno samotné měření. Výchozí schéma matematického modelu v rostředí ATPDraw je na obr. 8.35.
8 Část elektrizační soustavy - 35 - R26 S3 S1 Gen SG T,4/,4 z T,4/,4 3km S2 AG Rz AG1.1kW cabel S4 44uF daming RN J moment nic Obr. 8.35 Schéma ro simulaci 2fázového zkratu v rostředí ATPDraw. Stykačem S2 je v čase 2 ms řiojen nenabuzený asynchronní generátor řes transformátor a vedení do místa zkratu, v čase 54 ms je sínačem S1 simulován 2fázový zkrat. Na obr. 8.36 je zobrazen výsledný simulovaný růběh roudu, na obr. 8.37 je ro srovnání zobrazen naměřený růběh roudu. Simulované růběhy naětí v místě zkratu a zkratového roudu jsou uvedeny na obr. 8.38.
8 Část elektrizační soustavy - 36-1 (A) 7 4 1-2 -5-8,4,6,8,1,12,14,16 (s),18 (file sit7.l4; x-var t) c:zb -X2B Obr. 8.36 Simulovaný růběh roudu 2fázového zkratu. 1 (V) 7 4 1-2 -5-8 1,18 1,2 1,22 1,24 1,26 1,28 1,3 (s) 1,32 (f ile ST_5_RMS.adf ; x-v ar t) K Obr. 8.37 Naměřený růběh roudu 2fázového zkratu.
8 Část elektrizační soustavy - 37-1 (A) 7 (V) 5-1 3-2 1-3 -1-4 -3-5 -5,,5,1,15,2,25,3 (s),35 (file sit7.l4; x-var t) c:zb -X2B c:zc -X2C v :ZA -XX23 v :ZB -XX23 v :ZC -XX23 Obr. 8.38 Simulované růběhy naětí v místě zkratu a zkratový roud. 1 (A) 7 (V) 5-1 3-2 1-3 -1-4 -3-5 -5 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 (s) 1,7 (f ile ST_5_RMS.adf ; x-v ar t) K Obr. 8.39 Naměřený růběh naětí jedné fáze v místě zkratu, růběh zkratového roudu.