View
235
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
1
Laboratorium Elektroenergetyki
mgr inż. Mariusz Benesz
STUDIA PODYPLOMOWE:
ENERGETYKA JĄDROWA WE WSPÓŁCZESNEJ
ELEKTROENERGETYCE
2
Co to jest TWN?
Technika Wysokich Napięć (TWN) jest dziedziną Elektrotechniki, obejmującą grupy zagadnień wynikających z zastosowań wysokiego napięcia w:
wytwarzaniu, przesyle i rozdziale energiielektrycznej, tzn. w elektroenergetyceinnych niż elektroenergetyka obszarach naukii techniki, jak np. w medycynie, fizyce, przemyśle itp.
2
3
Zasadnicze grupy zagadnień TWN
W problematyce wysokonapięciowej wyróżnia się trzy zasadnicze grup zagadnień:
zagadnienia wytrzymałości elektrycznejzagadnienia przepięć i ochrony przeciwprzepięciowejzagadnienia techniki probierczo-pomiarowej
4
Zagadnienia wytrzymałości elektrycznej
W tej grupie zagadnień rozpatrywane są zjawiska zachodzące w dielektrykach pod wpływem pola elektrycznego:
procesy jonizacyjneelektryzacja cząstek dielektrykaprzemieszczanie się ładunków i cząstek dielektryka
Przedmiotem rozważań są warunki powstawania i rozwoju tych zjawisk, mogące prowadzić do tzw. wyładowania zupełnego(utraty własności izolacyjnych), a celem tych rozważań jest dobór optymalnych parametrów układu izolacyjnego.
3
5
Zagadnienia przepięć i ochrony przeciwprzepięciowej
W tej grupie zagadnień rozpatrywane są zjawiska zachodzące w układach elektroenergetycznych, w wyniku których powstają narażenia eksploatacyjne układów izolacyjnych w postaci przepięć.
Przepięcie – niezamierzony eksploatacyjnie wzrost napięcia ponad najwyższe dopuszczalne napięcie robocze.
zewnętrzne – źródła tych przepięć pozostają pozasystemem elektroenergetycznym; ponieważpodstawowym źródłem są wyładowania atmosferyczne,przepięcia te noszą również nazwę przepięćatmosferycznych (piorunowych)wewnętrzne – źródła tych przepięć tkwią w systemieelektroenergetycznym
Podstawowe rodzaje przepięć:
6
Zagadnienia przepięć i ochrony przeciwprzepięciowej
Ochrona przeciwprzepięciowa należy obecnie do szczególnie intensywnie rozwijanych obszarów.
eliminujące – nie dopuszczające do powstawaniaprzepięć, jest to tzw. ochrona odgromowaredukujące – łagodzące wartość szczytową i stromośćnarastania przebiegu przepięcia
Stosowane środki i sposoby ochrony przeciwprzepięciowejmożna ogólnie sklasyfikować na dwie podstawowe grupy:
4
7
Zagadnienia techniki probierczo-pomiarowej
Technika probierczo-pomiarowa służy do badania zjawisk wytrzymałościowych i przepięciowych.
wytwarzanie i wykorzystanie wysokich napięćprobierczych przemiennych, udarowych i stałychrejestracja i pomiary napięć probierczych (np. napięćudarowych o czasach narastania od nanosekund domikrosekund i wartościach szczytowych do kilku MV) –jest to obecnie intensywnie rozwijany obszar dziękinowym możliwościom, jakie oferuje mikroelektronikai technika komputerowa
Podstawowe grupy problemów to:
8
Zastosowanie WN w elektroenergetyce
Dostarczyć linią elektroenergetyczna L do punktu odbioru O, moc wytwarzaną w generatorze G
Jakie wybrać napięcie znamionowe generatora (linii)?
G
~ LO
moc Pcosϕ
długość linii l
U = ???
5
9
Im większe napięcie, tym prąd mniejszy ...
Zależność prądu znamionowego od napięcia znamionowegoP = 200 MW, cosϕ = 0,80
10
Jakie będą straty mocy w linii?
(1) Moc przesyłana:
ϕ= cos3UIP
(2) Prąd w przewodzie linii:
ϕ=
cos3UPI
(3) Straty mocy:
lRIP 023=Δ
gdzie: R0 – rezystancja jednostkowa linii, Ω/kml – długość linii, km
6
11
Jakie będą straty mocy w linii?
(4) Podstawiając (2) do (3):
lRU
PP 0
2
cos33 ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
ϕ=Δ
(5) Rezystancja przewodu:
20 rl
sllR
πρ
=ρ
=
gdzie: ρ – rezystywność materiału przewodu, Ω⋅mm2/km l – promień przewodu, mm
12
Jakie będą straty mocy w linii?
(6) Podstawiając (5) do (4) otrzymujemy:
%100cos 222 ⋅⋅
πρ
⋅ϕ
=Δ
Ul
rP
PP
chcąc ograniczać wielkość strat mocy przy danym P, cosϕ, ρ oraz l należy zwiększać promień rprzewodu lub napięcie znamionowe U przesyłu
Wniosek:
7
13
Przykład
Zależność strat mocy od długości i promienia przewodu (Cu) liniiU = 15,75 kV, P = 200 MW, cosϕ = 0,80
14
Przykład
aby np. ograniczyć wielkość strat do poziomu 1% przy przesyle na odległość 100 km linią o napięciu 15,75 kV, należałoby zastosować przewody o promieniu powyżej 200 mm !!!
masa jednostkowa jednego przewodu takiej linii wynosiłaby:
istniałyby zasadnicze trudności w budowie takiej linii :-))
Wniosek:
!!! ton 1100mkg 9000[m] 1000][m 2,0 3
22 ≈⎥⎦⎤
⎢⎣⎡⋅⋅⋅π
8
15
Przykład
Zależność strat mocy od długości i napięcia znamionowego liniir = 20 mm, P = 200 MW, cosϕ = 0,80
16
Przykład
aby ograniczyć wielkość strat do poziomu 1% przy przesyle na odległość 100 km linią o napięciu 220 kV, należy zastosować przewody o promieniu 20 mm
masa jednostkowa jednego przewodu takiej linii wynosi:
lepiej jest zastosować przewody aluminiowe: aluminium ma co prawda ok.1,6 razy większą oporność właściwąw stosunku do miedzi, ale ponad 3 razy mniejszą gęstość
Wniosek:
)(tylko! ton 11mkg 9000[m] 1000][m 02,0 3
22 ≈⎥⎦⎤
⎢⎣⎡⋅⋅⋅π
9
17
Rozwiązanie problemu ...
Należy zastosować TRANSFORMATOR !!!
G
~ LO
T
UL UH
18
Transformatory blokowe (generatorowe)
Transformator blokowy11/420 kV, 154 MV·A
10
19
Transformatory sieciowe WN i NN
Transformator sieciowy400/110 kV, 250 MV·A
Auto transformator sieciowy jednofazowy750/400 kV, 417 MV·A
20
Transformatory rozdzielcze dużej mocy
11
21
Transformatory rozdzielcze małej i średniej mocy
Słupowa stacja transformatorowa SN/0,4 kVz transformatorami do 630 kV·A
22
Warunki eksploatacji uk. elektroenergetycznych
ŚRODOWISKOWE
WARUNKI EKSPLOATACJIukładów elektroenergetycznych
SYSTEMOWE
fizyczne
chemiczne
biologiczne
napięciowe
prądowe
12
23
Warunki eksploatacji uk. elektroenergetycznych
24
Warunki eksploatacji uk. elektroenergetycznych- narażenia napięciowe
13
25
Warunki eksploatacji uk. elektroenergetycznych- narażenia napięciowe
26
Warunki eksploatacji uk. elektroenergetycznych- narażenia napięciowe
14
27
Źródła probiercze wysokich napięć- napięcia przemiennego
Do wytwarzania napięć probierczych przemiennych służą zespoły probiercze, które składają się z trzech podstawowych członów:
Zasilającego (sieć zasilająca lub generator), Regulacyjnego (TR), Probierczego (TP).
Człon zasilający Człon regulacyjny Człon probierczy
Napięcie znamionowe [Un], Moc znamionowa [Pn], Napięcie zwarcia [Uz], Moc zwarciowa [Pz].
Podstawowe parametry zespołu to:
Up
28
Źródła probiercze wysokich napięć- napięcia przemiennego
Człon regulacyjny powinien: Zapewnić odpowiednią płynność podnoszenia napięcia, Zapewnić odpowiednią prędkość podnoszenia napięcia.
Regulacja drobnymi skokami nie powinna przekraczać 0,5% wartości napięcia probierczego. Większe skoki mogą powodować zakłócenia przepięciowe. Wymaga się aby prędkość podnoszenia napięcia probierczego nie była mniejsza od 2% Up/s.
Urządzenia służące do regulacji napięcia: Transformatory regulacyjne ze szczotką przeskakującą ze zwoju na zwój, Transformatory Thoma, Transformatory z przesuwanym rdzeniem, Przetwornice elektromaszynowe.
15
29
Źródła probiercze wysokich napięć- napięcia przemiennego
Budowa transformatorów probierczychUzwojenie pierwotne, Uzwojenia wysokiego napięcia (warstwowe bądź cewkowe), Uzwojenie kompensacyjne, Kadź wykonana z tulei izolacyjnej bądź z metalu.
30
Źródła probiercze wysokich napięć- napięcia przemiennego
Układy połączeń transformatorów probierczych: Symetryczny, Niesymetryczny (w zależności od sposobu ich zasilania):
• szeregowy, • kaskadowy,• równoległo – kaskadowy.
W układzie symetrycznym stosowanym do badania izolacji międzyfazowej, obydwa bieguny uzwojenia wysokiego napięcia transformatora są wyprowadzone, a środek uzwojenia uziemiony lub nieuziemiony lecz połączony z rdzeniem lub obudową.
W układzie niesymetrycznym stosowanym do badania izolacji fazowej, jeden biegun uzwojenia wysokiego napięcia transformatora jest wyprowadzony, a drugi połączony z rdzeniem, obudową i uziemiony.
16
31
Źródła probiercze wysokich napięć- napięcia przemiennego
Schemat połączenia kaskadowego dwóch transformatorów probierczych, tzw. 2-stopniowakaskada transformatorów probierczych 250 kV
32
Źródła probiercze wysokich napięć- napięcia stałe
Wysokie napięcia stałe stosowane w przypadkach:
Pracy izolacji przy napięciu stałym, Pracy izolacji przy napięciu przemiennym, Prób diagnostycznych urządzeń w eksploatacji, Współpracy ze źródłami innych napięć (piorunowych, łączeniowych, generatorów prądów udarowych)
Współczesne wysokie napięcia stałe otrzymuje się przede wszystkim na drodze prostowania napięcia przemiennego. Układ taki składa się z zespołu probierczego napięcia przemiennego i zespołu prostowników wysokiego napięcia i filtrów.
17
33
Źródła probiercze wysokich napięć- napięcia udarowe
Napięcia udarowe odwzorowują w warunkach laboratoryjnych dwa rodzaje przepięć:
przepięcia atmosferycznewywołane są uderzeniami piorunaodznaczają się krótkimi czasami narastania do 20 μs, dużymi wartościami szczytowymi i czasami trwania do kilkuset mikrosekund
przepięcia wewnętrzne szybkozmienneodznaczają się czasami narastania powyżej 20 μs i czasami trwania kilka tysięcy mikrosekund
34
Źródła probiercze wysokich napięć- napięcia udarowe
Zasady wyznaczanie czasów charakterystycznych
18
35
Źródła probiercze wysokich napięć- napięcia udarowe
Oscylogram udaru piorunowego
Czoło udaru Grzbiet
36
Źródła probiercze wysokich napięć- napięcia udarowe
JEDNOSTOPNIOWY GENERATOR UDARÓW NAPIĘCIOWYCH
TrWN – transformator podwyższający napięciePr – prostownikRo – opornik ładującyCo – pojemność głównaI – iskiernik włączającyR1 – opornik tłumiącyRo – opornik rozładowczyC2 – pojemność izolacji obiektu badanego (+ ew. pojemność dodatkowa)
19
37
Źródła probiercze wysokich napięć- napięcia udarowe
WIELOSTOPNIOWY GENERATOR UDARÓW NAPIĘCIOWYCH
R'o – opornik ładujący międzystopniowyI – iskiernik międzystopniowy
38
Pomiary wysokich napięć
W czasie prób układów izolacyjnych napięciami probierczymi przemiennymi, stałymi oraz udarowymi należy mierzyć wartość napięcia oraz inne związane z nim parametry takie jak:
Napięcie przemienne np. wartość skuteczna i maksymalna napięcia probierczego, Napięcie stałe np. wartość średnia, maksymalna, pulsacja, Napięcia udarowe np. wartość maksymalna udaru.
Metoda bezpośrednia, Metoda pośrednia.
Metody pomiaru wysokiego napięcia stałego i przemiennego można podzielić na dwie zasadnicze grupy:
20
39
Pomiary wysokich napięć- metoda bezpośrednia
Pomiary za pomocą woltomierzy elektrostatycznych, Pomiary za pomocą iskierników kulowych.
W metodach bezpośrednich do elektrod urządzenia pomiarowego doprowadza się pełną wartość napięcia mierzonego. Do tych metod zalicza się:
40
Pomiary wysokich napięć- metoda pośrednia
Dzielniki, Kondensatory, Oporniki szeregowe, Przekładniki napięciowe, Przetworniki optoelektroniczne.
W metodach pośrednich zwykle stosuje się nowoczesne urządzenia pomiarowe, oparte na układach elektronicznych, które przyłączonesą do obwodu probierczego tylko za pośrednictwem elementów obniżających mierzoną wartość w ściśle określonym stosunku (przekładnia), do poziomu napięcia urządzenia pomiarowego. Takimi elementami są:
21
41
Pomiary wysokich napięć- pomiary laboratoryjne i w elektroenergetyce
Pomiary laboratoryjneMetoda iskiernika kulowego, Metoda prostownika z kondensatorami szeregowymi, Woltomierze elektrostatyczne, Dzielniki napięciowe.
Pomiary w elektroenergetycePrzekładniki napięciowe, Przekładniki kombinowane.
42
Pomiary wysokich napięć- pomiary laboratoryjne i w elektroenergetyce
Pojemnościowe przekładniki napięciowe na wejściu linii 400 kV do rozdzielni (w tyle widoczne są odgromniki zaworowe)
Recommended