Písařovic_Výpočet Charakteristických Veličin Při Zemním Spojení v Síti Vn

VYSOK UEN TECHNICK V BRN BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKANCH TECHNOLOGI STAV ELEKTROENERGETIKY

FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING

VPOET CHARAKTERISTICKCH VELIIN PI ZEMNM SPOJEN V STI VN CALCULATION OF CHARACTERISTIC VALUES OF THE EARTH FAULT IN MV NETWORK.

BAKALSK PRCE BACHELORS THESIS

AUTOR PRCE ANTONN PSAOVIC AUTHOR

VEDOUC PRCE doc. Ing. PETR TOMAN, Ph.D. SUPERVISOR

BRNO 2010

Abstrakt

4

ABSTRAKT

V bakalsk prci se autor zabv problematikou zemnho spojen v sti vysokho napt. V teoretick sti jsou uvedeny existujc poruchov stavy vyskytujc se na venkovnch vedench. Stejnm bodem bakalsk prce je analza poruchovho stavu zemn spojen v stch s neinn uzemnnm uzlem. V praktick sti je nsledn potna celkov kapacita zadan st a dle zjitnch vsledk navrena zhec tlumivka slouc ke snen zemnho proudu.

KLOV SLOVA: s vn; zemn spojen; st kompenzovan; zhec tlumivka

Abstract

5

ABSTRACT

In the bachelor thesis author deals with the earth fault in MV network. 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 network with ineffectively earthead node. In the parctical part author calculates the total capacity of specific network and according to the obtained results he proposes the suitable arc suppresion coil to reduce the earth current.

KEY WORDS: MV network; earth fault; compensated network; arc suppression coil

Obsah

6

OBSAH SEZNAM OBRZK..................................................................................................................................7 SEZNAM TABULEK ..................................................................................................................................8

SEZNAM SYMBOL A ZKRATEK.........................................................................................................9

1 VOD .......................................................................................................................................................11 2 CL PRCE.............................................................................................................................................12 3 PORUCHOV STAVY ..........................................................................................................................13

3.1 ZKRATY ............................................................................................................................................13 3.1.1 ZKRATY V ELEKTRIZAN SOUSTAV .....................................................................................13 3.1.2 DRUHY ZKRAT ......................................................................................................................14 3.1.3 PRBH ZKRATOVHO PROUDU..............................................................................................15 3.1.4 CHARAKTERISTICK HODNOTY ZKRATOVCH PROUD.........................................................17

3.2 PEPT ............................................................................................................................................20 3.2.1 DRUHY PEPT ......................................................................................................................20

3.3 OSTATN PORUCHOV STAVY..........................................................................................................22

4 ZEMN SPOJEN ...................................................................................................................................23 4.1 ST IZOLOVAN ..............................................................................................................................24 4.2 ST NEINN UZEMNN .............................................................................................................26

4.2.1 ST KOMPENZOVAN .............................................................................................................26 4.3 ST UZEMNN PES REZISTANCI .................................................................................................30 4.4 PORUCHY S PECHODOVM ODPOREM ..........................................................................................30

5 VPOET ZEMNHO SPOJEN.........................................................................................................32 5.1 POPIS ST.........................................................................................................................................32 5.2 VPOET PARAMETR ST ............................................................................................................34

5.2.1 VEDEN VN 98 ........................................................................................................................34 5.2.2 VEDEN VN 132 ......................................................................................................................36 5.2.3 CELKOV KAPACITY JEDNOTLIVCH SEK VEDEN .............................................................37

5.3 UREN PARAMETR ZHEC TLUMIVKY .....................................................................................37 5.3.1 INDUKNOST ZHEC TLUMIVKY ..........................................................................................37 5.3.2 VKON ZHEC TLUMIVKY ...................................................................................................37 5.3.3 PROUD ZHEC TLUMIVKOU..................................................................................................38 5.3.4 VYPOTAN PARAMETRY ZHEC TLUMIVKY .....................................................................38 5.3.5 NVRH ZHEC TLUMIVKY ...................................................................................................38

6 ZVR.....................................................................................................................................................39 POUIT LITERATURA ........................................................................................................................40 PLOHA A SCHMA EEN ST ..............................................................................................41 PLOHA B PARAMETRY ZHECCH TLUMIVEK SPOLENOSTI EGE ..........................42

Seznam obrzk

7

SEZNAM OBRZK

Obr.3.1 Druhy zkrat .....................................................................................................................15

Obr.3.2 Prbh soumrnho zkratovho proudu ...........................................................................16

Obr.3.3 Prbh nesoumrnho zkratovho proudu s maximln vyvinutou stejnosmrnou slokou ....................................................................................................................................17

Obr.3.5 Trval pept....................................................................................................................20

Obr.3.6 Doasn pept ................................................................................................................20

Obr.3.7 Pechodn pept s dlouhm elem ................................................................................21 Obr.3.8 Pechodn pept s krtkm elem ..................................................................................21 Obr.3.9 Pechodn pept s velmi krtkm elem ........................................................................21 Obr.4.1 Izolovan s.....................................................................................................................25

Obr.4.2 Rozloen proud v izolovan sti pi zemnm spojen .....................................................26 Obr.4.3 Konpenzovan s.............................................................................................................28

Obr.4.4 Rozloen proud v kompenzovan sti pi zemnm spojen..............................................28 Obr.4.5 S uzemnn pes rezistanci............................................................................................30

Obr.4.6 Fzorov znzornn poruchovho proudu pi zmn pechodnho odporu ...................31

Seznam tabulek

8

SEZNAM TABULEK

Tab.4.1 Principiln een st jednotlivch napovch rovn ..................................................23 Tab.4.2 Parametry vybranch zhecch tlumivek ........................................................................27 Tab.5.1 Parametry veden VN 98 ...................................................................................................32

Tab.5.2 Parametry odboek z veden VN 98 ..................................................................................32

Tab.5.3 Parametry odboky Vladislav ...........................................................................................32

Tab.5.4 Parametry odboek z odboky Vladislav ..........................................................................33

Tab.5.5 Parametry veden VN 132 .................................................................................................33

Tab.5.6 Parametry odboek z veden VN 132 ................................................................................33

Tab.5.7 Parametry kabel a venkovnch veden vztaen na kilometr dlky veden......................34 Tab.5.8 Skuten parametry veden VN 98 ....................................................................................34

Tab.5.9 Skuten parametry odboek z veden VN 98 ...................................................................35

Tab.5.10 Skuten parametry odboky Vladislav ..........................................................................35

Tab.5.11 Skuten parametry odboek z odboky Vladislav..........................................................35

Tab.5.12 Skuten parametry veden VN 132 ................................................................................36

Tab.5.13 Skuten parametry odboek z veden VN 132 ...............................................................36

Tab.5.14 Skuten parametry seku veden 600/95 k zemnmu spojen.........................................36 Tab.5.15 Vypotan kapacity zadanho veden ............................................................................37

Tab.5.16 Vypotan parametry zhec tlumivky..........................................................................38

Tab.5.17 Parametry vybran zhec tlumivky typu ASR 1.6.........................................................38

Tab.B.1 Zhec tlumivky pro trval provoz...................................................................................42

Seznam symbol a zkratek

9

SEZNAM SYMBOL A ZKRATEK

c Napov souinitel (-) C0 Kapacita (F)

Ik Poten rzov zkratov proud (A) Ik Poten efektivn hodnota tranzitnho zkratovho proudu (A)

Iavyp Stejnosmrn sloka vypnacho zkratovho proudu (A) IC Kapacitn proud tekouc mstem zemnho spojen (A) Ik Ustlen zkratov proudu (A) ik Zkratov proud (A) Ike Ekvivalentn oteplovac zkratov proud (A) Ikm Nrazov zkratov proud (A) IL Proud tekouc zhec tlumivkou (A)

IP Poruchov proud pi zemnm spojen (A) Ivyp Vypnac zkratov proud (A) Ivyp,ns Nesymetrick vypnac zkratov proud (A) K Souinitel nrazovho zkratovho proudu (-)

k1 Souinitel pro rzn druhy zkrat (-)

ke Oteplovac koeficient (-)

L Induknost (H)

Q Mnostv tepla (J)

QL Vkon tlumivky (VAr) R Rezistance ()

tk Doba trvn zkratu (s)

UN Jmenovit napt (V)

US Sdruen napt (V)

Uv Sdruen vztan napt (V)

Seznam symbol a zkratek

10

XL Indukce cvky ()

Zk Celkov vypotan impedance ()

hlov rychlost (rads-1)

vod

11

1 VOD

V elektrizanch stch se mohou vyskytovat nebezpen poruchov stavy, kter ohrouj sprvn chod jednotlivch prvk a nsledn provoz cel soustavy. Poruchy vznikaj nahodile v jednotlivch prvcch elektrizan soustavy. Mezi poruchov stavy pat zkrat, pept, zemn spojen a dal mon poruchy. Zemn spojen je takov porucha, kter se me na sti krtkodob provozovat. U zemnho spojen se jedn o spojen jedn fze se zem. Zemn spojen se me vyskytovat v soustav s izolovanm uzlem nebo v soustav s kompenzovanmi zemnmi proudy. V soustav s neinn uzemnnm uzlem se uzel transformtoru spojuje se zem pes zhec tlumivku tzv. Petersenovu cvku, kter slou k vykompenzovn zemnho proudu a mstem poruchy netee dn proud. Zkratov proudy ovlivuj parametry rozvodn soustavy, proto je nutn znt nejen jejich velikost, ale tak asov prbh zkratovch proud.

Proto se v elektrizan soustav pouvaj ochrany, kter maj za kol rozliit, o kterou poruchu se jedn a nsledn ji rychle odstranit. Ochrany mus rozliit, o jakou poruchu jde nap. zkrat, zemn spojen, pept anebo jestli se jedn o normln ppustn stav. Pi zjitn poruchovho stavu v elektrizan sti mus ochrany zajistit jej odstrann a to jejm vypnutm nebo snenm zaten. Tyto ochrany mus splovat urit vlastnosti, jako jsou selektivita, rychlost psoben, citlivost a spolehlivost.

Cl prce

12

2 CL PRCE

Clem tto prce je podrobn analza monch poruchovch stav elektrickch veden. V prvn sti jsou rozebrny zkraty, pept a ostatn poruchov stavy vyskytujc se na venkovnch vedench. Ve druh sti je popsno zemn spojen. U toho poruchovho stavu se e mon spojen st pi vzniku zemnho spojen. V praktick sti je navrena zhec tlumivka dle vypotench parametr.

Poruchov stavy

13

3 PORUCHOV STAVY

V elektrizan soustav se mohou vyskytnout poruchov stavy, kter ohrouj provoz jednotlivch prvk i cel soustavy. Poruchovmi stavy podle [1] rozumme:

Zkrat

Peten

Nadpt

Podpt

Nesoumrnost proud a napt

Zemn spojen

3.1 Zkraty

Zkratem rozumme vodiv spojen fz, nebo jedn fze se zem, piem se jedn o poruchu a mus dojt k odpojen [2]. Zkrat me mt za nsledek tepeln a mechanick pokozen vodi. Dle me dojt ke snen innho zaten v dsledku zkratu, to vede ke ztrt stability synchronnch genertor, asynchronnmu chodu elektrizan soustavy a k jejmu ppadnmu rozpadu [3].

3.1.1 Zkraty v elektrizan soustav

Zkratem v elektrizan soustav rozumme elektromagnetick pechodn dj, kter je asov omezen okamikem nhlho zmenen impedance mezi krajnmi vodii ppadn stednm vodiem nebo zem v nkter sti elektrizan soustavy (v mst poruchy) a okamikem odpojen zdroj v mst poruchy.

Poruchov stavy

14

Pinou chybnho vodivho spojen mezi krajnmi vodii, stednm vodiem nebo zem me bt:

Chybn manipulace

Mechanick pokozen izolace, nap. peten vodie venkovnho veden, pokozen vodie pi zemnch prac apod.

Pirozen znehodnocen izolace

Pokozen izolace v dsledku zvenho elektrickho namhn pi deru blesku nebo spnacch pochodech

Podle pechodovho odporu v mst poruchy mezi krajnmi vodii, stednm vodiem nebo zem rozeznvme zkraty:

Dokonal (kovov) se zanedbatelnm pechodovm odporem (dokonal styk kovovch vodi)

Nedokonal s hocm obloukem nebo jinak nedokonalm stykem vodi, kter ohrouj msto poruchy

Dokonal zkraty zpsobuj nejvt tepeln a silov namhn prvk elektrizan soustavy a jsou rozhodujc pro jejich dimenzovn [4].

3.1.2 Druhy zkrat

Podle zpsobu ztovn tfzovch zdroj pi zkratech podle [4] rozeznvme:

Zkraty soumrn:

- tfzov

- tfzov zemn

Zkraty nesoumrn:

- dvoufzov

- dvoufzov zemn

- jednofzov

Poruchov stavy

15

Obr.3.1 Druhy zkrat

a) tfzov soumrn zkrat, b) tfzov soumrn zemn zkrat, c)dvoufzov nesoumrn zkrat, d)dvoufzov nesoumrn zemn zkrat, e) jednofzov nesoumrn zemn zkrat [4]

3.1.3 Prbh zkratovho proudu

Nhl zmna impedance na svorkch zdroj pi zkratov porue m za nsledek pechodn dj ve vech prvcch elektrizan soustavy. Velkm zkratovm proudem se poru rovnovha mezi polem magnetickm a elektrickm v prostoru elektrizan soustavy a do novho stavu pechz soustava pomoc pechodnch sloek proudu a napt s vlastn periodou pslunch obvod. Stanoven asovho prbhu proudu a napt pi zkratu se obvykle zanedbvaj pn admitance prvk elektrizan soustavy vetn odbr.

Energie v ostatnch pasivnch prvcch elektrizan soustavy se zvtuje v dsledku zvtujcho se proudu. Kdyby nedolo k peruen zkratovho proudu, trval by pechodn dj a do zniku pechodnch sloek a vzniku novho rovnovnho stavu se stejnou celkovou hodnotou energie magnetickho pole v prvcch nhradnho obvodu avak s rozloenm, kter odpovd ustlenmu zkratovmu proudu.

Poruchov stavy

16

Za zjednoduench pedpoklad (stl buzen, prvky elektrizan soustavy nahrazeny pouze podlnou impedanc induktivnho charakteru) je okamit hodnota zkratovho proudu neharmonickou funkc asu se temi pechodnmi slokami, kter exponenciln zanikaj [4].

Obr.3.2 Prbh soumrnho zkratovho proudu [4] Kde: kI ..poten rzov zkratov proud kI ..poten efektivn hodnota tranzitnho zkratovho proudu

kI ..efektivn hodnota ustlenho zkratovho proudu

Rzov, tranzitn a ustlen zkratov proud jsou zvisl na pslunch impedancch synchronnch stroj, jejich vnitnm naptm a na impedanci vnjho zkratovho obvodu. Jsou tedy zvisl na buzen synchronnch stroj a jejich zaten ped zkratovou poruchou [4].

Poruchov stavy

17

Obr.3.3 Prbh nesoumrnho zkratovho proudu s maximln vyvinutou stejnosmrnou slokou [4]

Kde: kI ..poten rzov zkratov proud kI ..poten efektivn hodnota tranzitnho zkratovho proudu

kI ..efektivn hodnota ustlenho zkratovho proudu

3.1.4 Charakteristick hodnoty zkratovch proud

Pro dimenzovn elektrickch zazen a nastaven ochran nen zapoteb znt cel asov prbh zkratovho proudu ik(t), ale jen charakteristick hodnoty zkratovho proudu:

1. poten rzov zkratov proud kI

2. nrazov zkratov proud kmI

3. vypnac zkratov proud vypI a jeho stejnosmrnou sloku avypI

4. ekvivalentn oteplovac proud keI

5. ustlen zkratov proud kI

6. dobu trvn zkratu kt

Poruchov stavy

18

1. Poten rzov zkratov proud kI je efektivn hodnota stdavho zkratovho proudu v okamiku vzniku zkratu:

k

vk Z

UckI31

= (kA; -, -, kV, ), (3.1)

kde: k1 souinitel uveden pro rzn druhy zkrat (pro tfzov zkrat k1=1) Uv sdruen vztan napt

Zk. celkov vypotan impedance

cnapov souinitel zahrnujc odhad vnitnho napt zdroj za jejich subtranzitn reaktanc v okamiku vzniku zkratu.

2. Nrazov zkratov proud kmI je nejvt vrcholov hodnota zkratovho proudu, kter nastv pi prvnm maximum v ase t=0,01s po vzniku zkratu. Nrazov zkratov proud se pouv pro kontrolu silovch ink zkratovch proud, protoe silov inky jsou nejvt prv v okamiku, kdy doshne zkratov proud sv prvn amplitudy.

kkm IKI = 2 ( kA; -, kA), (3.2)

kde: K.souinitel nrazovho zkratovho proudu udvan normou 3. Symetrick vypnac zkratov proud vypI je definovn jako efektivn hodnota stdavho

zkratovho proudu v okamiku vypnut zkratu tk.

( ) ( ) kt

kk

t

kkvyp IeIIeIII kk

d

k

++=

(kA; kA, kA, s, s) (3.3)

Podle normy pro zkraty elektricky vzdlen od synchronnho stroje je mon uvaovat soumrn vypnac zkratov proud rovn potenmu rzovmu zkratovmu proudu.

kvyp II = (kA; kA) (3.4)

4. Stejnosmrn sloka vypnacho zkratovho proudu avypI je stedn hodnota horn a doln obalov kivky prbhu zkratovho proudu v ase vypnut zkratu tk.

Poruchov stavy

19

s

kt

kavyp eII

= 2 (kA; kA, s, s) (3.5)

Ze soumrnho vypnacho zkratovho proudu vypI a jeho stejnosmrn sloky avypI lze vypotat nesymetrick vypnac zkratov proud:

22, avypvypnsvyp III += (kA; kA, kA) (3.6)

5. Ekvivalentn oteplovac proud keI je efektivn hodnota fiktivnho proudu harmonickho prbhu, kter za dobu trvn zkratu tk vyvine pi prchodu rezistanc R stejn mnostv tepla Q jako asov promnn zkratov proud s nejvt monou stejnosmrnou slokou.

( ) ==kt

kkek tIRdttiRQ0

22 (3.7)

Z rovnice (3.7) vyjdme Ike:

( )=kt

kk

ke dttitI

0

21 (kA; kA, s) (3.8)

Ekvivalentn oteplovac proud se pouv pi kontrole tepelnch ink zkratovho proudu. Pi praktickch vpotech se stanov z potenho rzovho zkratovho proudu kI pomoc koeficientu ke, kter je dn normou pro rzn msta zkratu a rzn doby jeho trvn.

keke IkI = (kA; -, kA) (3.9)

6. Ustlen zkratov proud Ik je efektivn hodnota soumrnho zkratovho proudu, kter protk obvodem po odeznn pechodnch jev [4].

Poruchov stavy

20

3.2 Pept

Pept v trojfzovch stdavch soustavch je jakkoliv napt mezi fzemi nebo mezi fzemi a zem, kter svou velikost pekrauje amplitudu jmenovitho napt. Pept se mohou liit svou velikost, asovm prbhem, pinou svho vzniku a frekvenc vskytu.

3.2.1 Druhy pept

Norma dl pept podle asovho prbhu do nsledujcch skupin: 1. Trval pept stdav pept sov frekvence a konstantn efektivn hodnoty.

Obr.3.4 Trval pept [5]

2. Doasn pept stdav pept sov frekvence a doby trvn od 0,03s do 3600s.

Obr.3.5 Doasn pept [5]

Poruchov stavy

21

3. Pechodn pept pept trvajc nkolik milisekund nebo mn, kter m tlumen oscilan nebo impulsn prbh.

Obr.3.6 Pechodn pept s dlouhm elem [5]

Obr.3.7 Pechodn pept s krtkm elem [5]

Obr.3.8 Pechodn pept s velmi krtkm elem [5] 4. Kombinovan pept pept vznikne souasnm vskytem dvou druh pept.

Poruchov stavy

22

Pept je mon dlit podle piny jejich vzniku, kter me bt uvnit elektrizan soustavy (ES) - vnitn pept (provozn), nebo vn ES vnj pept (atmosfrick) [5].

3.3 Ostatn poruchov stavy

1. Nesoumrnost proud a napt sniuje kvalitu dodvky elektrick energie a je nebezpen zejmna pro elektrick toiv stroje, kdy me zptn sloka proudu zpsobit pehvn rotorovho vinut.

2. Asynchronn chod nastv pi ztrt synchronismu genertoru. Je nebezpen zejmna pro synchronn stroje a turbny a m za nsledek tak petovn veden a transformtor.

3. Snen i zven frekvence je nebezpen zejmna v propojench elektrizanch soustavch.

4. Zptn tok vkonu me nastat pi paralelnm provozu st rznch napt nap. st 110kV se st 22kV, kdy st vkonu tee st 22kV a je zpt vracena do st 110kV. Me to vst k peten veden 22kV a tud k nekontrolovatelnm tokm vkon [3].

Zemn spojen

23

4 ZEMN SPOJEN

Zemn spojen se me vyskytnout v soustav s izolovanm uzlem nebo v stch s neinn uzemnnm uzlem. St neinn uzemnn jsou takov, v nich jsou nulov body transformtoru uzemnny pes velkou impedanci. St inn uzemnn maj vechny nulov body transformtoru spojeny pmo se zem. Zpsob spojen uzlu vinut transformtoru se zem je jednm z dleitch ukazatel. Zpsob spojen uzlu m vliv na chovn st bhem vodivho spojen jedn fze se zem a to pedevm na velikost poruchovho proudu a velikost napt mezi fzovm vodiem a zem [6].

Tab.4.1 Principiln een st jednotlivch napovch rovn [6]

Odlinost jednotlivch zpsob provozu soustav se projevuje pedevm rznmi pomry pi stavech, kdy dochz k poruen symetrie st proti zemi. V izolovan nebo nepmo uzemnn soustav se me 1plov porucha projevit jako zemn spojen, u st uzemnnch pmo nebo nepmo pes rezistor jako 1fzov zkrat [7]. Velikost rezistoru odpovd nejastji velikosti zkratovho proudu pi zemnm zkratu 1000A nebo 600A a tato porucha je vypnna nadproudovou ochranou. V stch inn uzemnnch se v R nulov body transformtoru uzemuj pmo se zem. V takto provozovan sti zstv napt uzlu vinut transformtoru vi zemi tm nulov a napt zdravch fz zstv vi zemi na fzov hodnot. V esk republice provozujeme inn uzemnn st VVN (110, 220, 400kV) a pevnou vtinu NN st 400V.

Zemn spojen

24

Posuzovn velikosti proudu vede k rozhodovn o zpsobu dimenzovn a chrnn v soustav. Velikost napt mezi vodiem a zem klade nrok na izolaci. Pi soumrnm chodu st netee zemn proud. Napt mezi fzemi je sdruen, mezi fzi a uzlem je napt fzov [6].

Ke zjitn vzniku zemnho spojen meme vyut tchto jev, ktermi je doprovzeno: 1. Vrazn pokles fzovho napt postien fze, ppadn a na nulu. 2. Zven fzovch napt ve zdravch nepostiench fzch piblin na velikost

sdruenho napt.

3. Vznik nulov sloky napt tj. napt mezi uzlem transformtoru a zem, kter me doshnout a fzov hodnoty napt v bezporuchovm stavu.

4. Vznik nulov sloky proudu, co je tetina poruchovho proudu tekouc mstem zemnho spojen [3].

4.1 St izolovan

Uzel vinut transformtoru nen na uvaovan stran spojen se zem. Pi spojen jedn fze se zem vzroste napt uzlu vinut transformtoru vi zemi na napt fzov, napt zdravch fz vzroste vi zemi na napt sdruen. V bezporuchovm stavu zvis napt uzlu st na nesymetrii st a v porovnn s fzovm naptm je relativn mal.

Velkou vhodou je, e pi poruchovm spojen jedn fze se zem lze s nadle provozovat. Vzhledem k tomu, e v tomto poruchovm stavu m napt na zdravch fzch hodnotu sdruenou, mus se izolace tto st dimenzovat na sdruen napt. Dal nevhodou provozu v tomto poruchovm chodu je, e mstem spojen se zem tee proud kapacitnho charakteru, jeho velikost je dna kapacitami zdravch fz cel st vi zemi a innmu odporu obvodu, kterm se proud uzavr. Ten pro zjednoduen een asto zanedbvme a pak uvaujeme proud ist kapacitn. Pokud tento zemn proud nepesahuje 10A a spojen se zem nen peruovan, nevznikaj vtinou velk problmy.

Pi vzniku zemnho spojen (zvlt je-li peruovan) vznikaj znan pept na zdravch fzch, kter mohou zpsobit dvojit zemn spojen (dvoufzov zkrat) a veden mus bt odpojeno.

Zemn spojen

25

Jako izolovan jsou tedy provedeny pouze st VN (od 6 do 35kV) malho rozsahu, kde kapacitn proud st nepekro hodnotu 20A [6]. Mstem poruchy protk celkov kapacitn proud soustavy. Protoe poruchov proud m kapacitn charakter je jeho zhen velice obtn a provzen znovuzpaly. Takto vznikl pechodn dje vyvolaj v sti pept. Z tchto dvod je pouvn izolovanho uzlu omezeno na mal st. V normch pro provoz VN st se pipout

mezn rozsah kapacitnho proudu 20A, od hodnoty 10A se ji doporuuje kompenzace zemnch proud [7].

U zemnho spojen v stch s izolovanm uzlem teou obvodem podstatn men proudy ne pi zkratu a veden se zpravidla samoinn nevypn, ale pouze signalizuje zemn spojen. Proud jdouc mstem zemnho spojen zvis na velikosti kapacity proti zemi.

Zhasnut oblouku je zvisl na velikosti proudu, kter vytvo zemn spojen. V opanm ppad hoc oblouk pokozuje vodie a ostatn zazen, pi peruovanm zhen a zapalovn oblouku zpsobuje pept a takto mohou vznikat vcensobn poruchy [2].

Obr.4.1 Izolovan s [6]

Zemn spojen

26

Obr.4.2 Rozloen proud v izolovan sti pi zemnm spojen [6]

4.2 St neinn uzemnn

St neinn uzemnn jsou takov, v nich jsou nulov body transformtoru uzemnny pes velkou impedanci [6]. Pn nulov reaktance veden je tm ist kapacitnho charakteru, tud zaazenm paraleln a stejn velk reaktance induktivnho charakteru lze teoreticky doshnout rezonance napt v nulov soustav a pi zemnm spojen by mstem poruchy netekl dn proud [2].

4.2.1 St kompenzovan

Kompenzaci kapacitnch zemnch proud v stch vysokho napt je nutn provdt tak, aby mstem nhodnho zemnho spojen protkal pouze tzv. zbytkov proud a tm se doshlo samoinnho zhen oblouku v mst poruchy. Dle je nutn redukovat hodnotu krokovho napt v okol poruchy a umonit provoz veden s poruchou pi zemnm spojen (provoz je omezen dovolenm oteplenm zhec tlumivky) [7].

Zemn spojen

27

Pro snen zemnho proudu se do nulovho bodu transformtoru pipojuje tzv. zhec tlumivka (Petersenova cvka). Vlivem fzovho napt mezi nulovm bodem transformtoru a zem je tlumivka zdrojem proudu induktivnho charakteru IL. Opt se pro zjednoduen een uvauje proud ist induktivn. Pokud je tento proud stejn velik jako kapacitn proud tekouc mstem zemnho spojen IC, dojde k vykompenzovn zemnho proudu a mstem poruchy netee dn proud IP=0.

Zhec tlumivka mus bt regulovna tak, aby se induktivn proud mohl mnit podle velikosti zemnho proudu, kter je v dan sti dn celkovou dlkou galvanicky spojenho veden st. Tato dlka se mn bu vypnnm, nebo zapnnm jednotlivch veden anebo roziovnm st. Pi uvaovn inn sloky proudu zemnho spojen a obvodu tlumivky tee mstem spojen tzv. zbytkov proud. Ve uveden skutenosti jsou uvaovny pro zkladn harmonickou proudu, avak mstem zemnho spojen mohou tci i proudy vych harmonickch [6].

Zhec tlumivka se uruje z velikosti zemnho proudu, fzovho napt a jmenovitho vkonu. Zhec tlumivky se dimenzuj na 2 hodinov nebo trval chod a provd se vdy s velkm regulanm rozsahem. U venkovnch st 22kV se nedoporuuje ponechvat st del ne 600 700km v jednom galvanickm celku. Pi vtch dlkch je teba tyto st rozdlit a zcela oddlen napjet transformtory se samostatnmi zhecmi tlumivkami [2].

Regul. rozsah [A] pi vkonu [kVAr]

Napt st [kV] Napt tlumivky [kV] 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 vybranch zhecch tlumivek [2]

Pi vzniku zemnho spojen je nutno najt postien vvod. Vyhledn tohoto postienho vvodu postupnm vypnnm ruiv psob na odbratele. een je v samoinnm pepnn odporu do pomocnho obvodu zhec tlumivky, m se zvt inn sloka zbytkovho proudu o 20 a 30%, co zlep funkci zemnch rel, take mohou signalizovat postien veden [2].

Kompenzace kapacitn sloky zemnho proudu m jet dal ekonomick dosah a to dky nim nkladm na uzemnn. Toto me bt dimenzovno pouze na zbytkov proud a je tedy

Zemn spojen

28

levnj, ani by vzniklo nebezpen dotykov napt. V esk republice provdme kompenzovn i kabelovch st menho rozsahu. Vyuit kompenzovanch st je opt dno velikost jejich kapacitnho proudu. Horn mez je 100A u venkovnch veden, 300A u smench a 450A u veden kabelovch. V zsad se kompenzovan s pi spojen jedn fze se zem chov jako s izolovan, ale kapacitn poruchov proud je kompenzovn a mstem poruchy a tedy i postienou fz protk jen velmi mal zbytkov proud, co pin tak problematick zjiovn msta zemnho spojen [6].

Obr.4.3 Konpenzovan s [6]

Obr.4.4 Rozloen proud v kompenzovan sti pi zemnm spojen [6]

Zemn spojen

29

Mstem poruchy tedy nepotee dn proud jestlie [2]:

03 0 ==+= CUjLUjIII NNCLP (A; kV, rads

-1, H, kV, rads-1, F) (4.1)

031 CL

= (rads-1, H, rads-1, F) (4.2)

Induknost a vkon tlumivky se ur ze vztahu [2]:

0231

CL

=

(H; rads-1.F) (4.3)

LUQ SL

=

3

2

(kVAr; kV, rads-1, H) (4.4)

Zhec tlumivka se uruje z velikosti zemnho proudu, fzovho napt a jmenovitho vkonu, kter je dn [2]:

031

CLX L

==

(; rads-1, H, rads-1, F) (4.5)

033CU

XU

XUI S

L

S

L

NL =

== (A; kV, rads-1, F ) (4.6)

02

2

33CU

LUIUQ SSLSL =

==

(kVAr; kV, rads-1, F) (4.7)

Zemn spojen

30

4.3 St uzemnn pes rezistanci

V stch uzemnnch pes rezistor se jedn o 1fzov zkrat [7]. Uzel transformtoru je spojen se zem pes rezistor, kter m omezovat poruchov kapacitn proud pi spojen jedn fze se zem. Pouv se pedevm u kabelovch st velkho rozsahu, kde tyto proudy mohou dosahovat velkch hodnot. Vhodou je omezen pept, nevhodou je vak nutnost vypnut veden [6].

Obr.4.5 S uzemnn pes rezistanci [6]

4.4 Poruchy s pechodovm odporem

Pevn vtina 1plovch poruch m charakter odporovho zemnho spojen s asovou zmnou odporu poruchy, jedn se o obloukov zemn spojn. Velikost hodnoty odporu poruchy m vliv na charakter pechodnch dj analyzovanch veliin. Jde pedevm o pept, strmost napt a rzovou sloku proudu mstem zemnho spojen [7].

Zemn spojen

31

Obr.4.6 Fzorov znzornn poruchovho proudu pi zmn pechodnho odporu [7]

Z hlediska praxe dochz k nejastjmu vskytu vysoko-ohmovch zemnch spojen s asovou zmnou rezistance msta poruchy, dochz tedy ke vzniku tzv. obloukovch zemnch poruch. V ppad vysoko-ohmickho zemnho spojen je nutn pro vpoet napovch pomr v mst nesymetrie respektovat odpor poruchy. Pi zmn odporu poruchy od minimlnch hodnot odpovdajc kovovmu zemnmu spojen po hodnotu meznho odporu poruchy odpovdajc rovnovnmu stavu soustavy dochz k tzv. vysunut fzoru napt v uzlu systmu. Souasn dochz k omezen velikosti poruchovho proudu, kter protk mstem poruchy a k postupnmu zvyovn amplitudy fzoru napt fze s poruchou. Zven odporu poruchy m pzniv vliv na omezen uvedenho pept [7].

Vpoet zemnho spojen

32

5 VPOET ZEMNHO SPOJEN

kolem prce je urit celkovou kapacitu zadan st a nsledn navrhnout zhec tlumivku pro kompenzaci proudu zemnho spojen zadan sti st 22kV. een s se skld z veden VN 132, veden VN 98 a odboky Vladislav a je uvedena v ploze A.

5.1 Popis st

V tto sti jsou popsny parametry st, kterou tvo veden VN98, odboka Vladislav a veden VN 132. V nsledujcch tabulkch je popsan pouit typ venkovnho veden (kabelu), jeho pslun dlka a parametry veden vztaen na kilometr dlky veden.

Dlka [m] Typ 140 Kabel AXEKCEY 240mm2

3850 Venkovn veden 95 mm2




Tab.5.1 Parametry veden VN 98

Dlka [m] Typ 70 Venkovn veden 70 mm2




Tab.5.2 Parametry odboek z veden VN 98



Tab.5.3 Parametry odboky Vladislav

Vpoet zemnho spojen

33

Dlka [m] Typ 460 Kabel ANKTOYPV 120 mm2




Tab.5.4 Parametry odboek z odboky Vladislav

Dlka [m] Typ 155 Kabel AXEKCEY 240mm2






Tab.5.5 Parametry veden VN 132





Tab.5.6 Parametry odboek z veden VN 132

Vpoet zemnho spojen

34

Typ Rk [] Xk [] Xck [k] Kabel AXEKCEY 240mm2 0,125 0,113 10,59

Kabel ANKTOYPV 120 mm2 0,299 0,097 13,66

Venkovn veden 185 mm2 0,180 0,335 295,9

Venkovn veden 95 mm2 0,369 0,351 314,9

Venkovn veden 70 mm2 0,501 0,374 323,6

Venkovn veden 50 mm2 0,69 0,384 333,2

Venkovn veden 42 mm2 0,75 0,392 338,2

Venkovn veden 35 mm2 0,97 0,401 343,4

Tab.5.7 Parametry kabel a venkovnch veden vztaen na kilometr dlky veden

5.2 Vpoet parametr st

V tto sti budou vypotny skuten podln a pn parametry jednotlivch sek st. Hlavnm kolem bude vypotat kapacity jednotlivch sek veden a z nich nsledn urit celkovou kapacitu zadan st.

5.2.1 Veden VN 98

Dlka veden

Prez veden Parametry st

l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 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 Skuten parametry veden VN 98

Vpoet zemnho spojen

35

Dlka veden


l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 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 Skuten parametry odboek z veden VN 98

Dlka veden


l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k]

2500 95 0,923 0,878 787,25 6150 95 2,269 2,159 1936,635

Tab.5.10 Skuten parametry odboky Vladislav

Dlka veden


l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 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 Skuten parametry odboek z odboky Vladislav

Vpoet zemnho spojen

36

5.2.2 Veden VN 132

Dlka veden


l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 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 Skuten parametry veden VN 132

Dlka veden


l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 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 Skuten parametry odboek z veden VN 132

Dlka veden


l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 600 95 0,221 0,211 188,94

Tab.5.14 Skuten parametry seku veden 600/95 k zemnmu spojen

Vpoet zemnho spojen

37

5.2.3 Celkov kapacity jednotlivch sek veden

V nsledujc tabulce jsou vypotny reaktance a kapacity jednotlivch sek veden.

VN 98 Odboka Vladislav VN 132 sek 600/95

Celkov kapacita veden

Xc C Xc C Xc C Xc C C [k] [F] [k] [F] [k] [F] [k] [nF] [F] 1,198 2,657 2,662 1,196 0,591 5,386 188,94 16,847 9,253

Tab.5.15 Vypotan kapacity zadanho veden

5.3 Uren parametr zhec tlumivky

V tto sti budou vypotny parametry zhec tlumivky, kter jsou induknost zhec tlumivky, vkon a proud zhec tlumivky. Parametry zhec tlumivky se budou urovat podle vztah, kter jsou uvedeny v kapitole 4.2.1.

5.3.1 Induknost zhec tlumivky

Budeme vychzet ze vztahu (4.1), ze kterho plyne, e mstem poruchy tee nulov poruchov proud. V tomto ppad budeme porovnvat proud prochzejc zhec tlumivkou a proud prochzejc kapacitou veden. Po prav vyplyne vztah (4.2), ze kterho bude vypotna induknost zhec tlumivky podle vztahu (4.3), ve kterm C0 zna celkovou vypotanou kapacitu veden. Celkov kapacita veden je uveden v tabulce 5.15.

( ) HCL 365,010253,950231

31

620

2 =

=

=pi

5.3.2 Vkon zhec tlumivky

Vkon zhec tlumivky bude vypoten ze vztahu (4.4). ( ) MVArVAr

LUQ SL 407,1766,1406958365,05023

10223

232

==

=

=

pi

Vpoet zemnho spojen

38

5.3.3 Proud zhec tlumivkou

Proud zhec tlumivkou bude vypoten podle vztahu (4.6).

ACUX

UXUI S

L

S

L

NL 768,11010253,95021022333

630 ===

==pi

5.3.4 Vypotan parametry zhec tlumivky

V nsledujc tabulce jsou uvedeny vypotan parametry zhec tlumivky.

Induknost zhec tlumivky

Vkon zhec tlumivky

Proud zhec tlumivkou

L QL IL [H] [MVAr] [A]

0,365 1,407 110,768 Tab.5.16 Vypotan parametry zhec tlumivky

5.3.5 Nvrh zhec tlumivky

V tto sti byla vybrna zhec tlumivka od spolenosti EGE, podle vypotanch parametr. Parametry zhecch tlumivek spolenosti EGE jsou uvedeny v ploze B. Tlumivka byla zvolena podle vypotanho vkonu a vybrna dle nejbliho vyho vkonu z katalogu.

Byla zvolena zhec tlumivka o typovm oznaen ASR 1.6, kter bude provozovna na trval chod.

Rozmry Maximln vkon Vka ka Hloubka Vha [kVA] [mm] [mm] [mm] [kg] 1600 2510 1810 1492 3800

Tab.5.17 Parametry vybran zhec tlumivky typu ASR 1.6

Zvr

39

6 ZVR

V tto prci se e poruchov stavy, kter mohou vznikat na venkovnch vedench. V prvn sti byly rozebrny poruchov stavy, jako jsou zkraty, pept a dal mon poruchy. Zkraty jsou rozdleny na soumrn a nesoumrn. Pot byl popsn prbh zkratovho proudu a jeho charakteristick veliiny. Dle je popsn pojem pept a nsledn je rozdleno pept podle asovho prbhu a podle piny vzniku na vnitn pept a vnj pept.

Druh st prce popisuje zemn spojen. Zemn spojen je tak druh poruchy, kter lze pi spojen jedn fze se zem nadle provozovat. U zemnho spojen jsou popsny soustavy, ve kterch se zemn spojen me vyskytnout, jako jsou soustavy s izolovanm uzlem a soustavy s neinn uzemnnm uzlem. Pi vzniku zemnho spojen teou obvodem podstatn men proudy ne je tomu pi vzniku zkratu. V tomto ppad se veden samoinn nevypn, ale pouze signalizuje zemn spojen. V soustavch s neinn uzemnnm uzlem se uzel transformtoru spojuje se zem pes zhec tlumivku, kter m za kol kompenzovat zemn proudy.

Praktick st tto prce se zabvala nvrhem zhec tlumivky pro s 22kV. Pro zadanou s, kter se skld z veden VN 132, veden VN 98 a odboky Vladislav byly vypotny skuten podln a pn parametry st. Z pnch parametr se urily jednotliv kapacity veden a nsledn celkov kapacita, kter jsou uvedeny v kapitole 5.2.3. Z celkov kapacity veden se vypotala induknost, vkon a proud zhec tlumivky (Tab.5.16). Z tchto parametr je navrena podle [8] zhec tlumivku EGE typ ASR 1.6.

Pouit literatura

40

POUIT LITERATURA

[1] HALUZK, WEIDINGER, KRTK, Ochrany a jitn energetickch zazen. VUT Brno, 63stran

[2] HODINKA, Pechodov jevy v elektrizan soustav. VUT Brno 1989, 246stran [3] HALUZK, Ochrany a automatiky v elektrickch stch. VUT Brno 1985, 160 stran [4] BLAEK, SKALA, Distribuce elektrick energie. VUT Brno, 138 stran

[5] BLAEK, SKALA, Vysok napt a elektrick pstroje. VUT Brno, 72 stran [6] ORSGOV, Rozvodn zazen. VUT Brno, 152 stran [7] MIK, Analza napovch a proudovch pomr 1plovch poruch ve vlastn spoteb VN elektrrenskch a prmyslovch provoz. Disertan prce. Ostrava: VB, 2007, 142 stran

[8] ELA O 320.7 cz, Katalog zhecch tlumivek EGE. esk Budjovice, 13 stran

Plohy

41

Ploha A Schma een st

Plohy

42

Ploha B Parametry zhecch tlumivek spolenosti EGE

Tab.B.1 Zhec tlumivky pro trval provoz [8]

Documents

Písařovic_Výpočet Charakteristických Veličin Při Zemním Spojení v Síti Vn