KEE / MS
Modelování elektrických sítí
Přednáška 2 – Modelování
elektrických vedení
Modelování elektrických vedení
• Různý přístup pro vedení: – Venkovní
– Kabelová
• Různý přístup pro vedení: – Krátká (vzhledem k vlnové délce)
– Dlouhá
• Různý přístup pro řešený problém: – Symetrický
– Nesymetrický (nesymetrie dána vlastním vedením, vnějšími zařízeními či okolnostmi, obojí buď z principu, nebo poruchou)
Modelování elektrických vedení
• Obvykle nutný různý přístup pro různé napěťové
hladiny a režim provozu uzlu sítě.
• Různý přístup pro různou požadovanou
přesnost a rychlost změn veličin modelovaného
ustáleného stavu či přechodného děje.
• Různý přístup pro různé požadované vnitřní
analyzované veličiny či fyzikální děje.
Krátká vedení bez nároku na vnitřní
analýzu, pro symetrický problém.
• Modelujeme dvojbranem s náhradním
článkem uvnitř
• Příčné parametry lze zanedbat u řešení
ustálených dějů se značným zatížením
(minimálně jmenovité, běžně pro případy
zkratů)
• Podélné parametry lze zanedbat u řešení
ustálených dějů málo zatížených vedení
Krátká vedení bez nároku na vnitřní
analýzu, pro symetrický problém.
• Základní dvojbran ( - článek):
Krátká vedení bez nároku na vnitřní
analýzu, pro symetrický problém.
• Základní dvojbran ( - článek):
Krátká vedení bez nároku na vnitřní
analýzu, pro symetrický problém.
• Základní dvojbran (T - článek):
Krátká vedení bez nároku na vnitřní
analýzu, pro symetrický problém.
• Sériová kombinace článků:
Náhradní provozní činný odpor RP
• Základní hodnota:
22
2
2 mm
mm
mm
mm
mm
m
mm
S
lRSS
• Rezistivita pro 20 C:
Al 0.02941 m
Cu 0.01786 m
Fe 0.13000 m
Náhradní provozní činný odpor RP
• Pro jeden kilometr venkovního vedení:
kmkmRSS /1.0/10
10000.029412
• Pro AlFe lana se počítá s paralelní kombinací
(pokud se použije jen Al, tak chyba cca 5%):
km
mmSmmSRss
RRR FeAl
FeAl
SS /1304.29
111
221
Náhradní provozní činný odpor RP
• Přesný výpočet Rp pro sítě nn, nebo pro přesné
určení rychlosti útlumu přechodných dějů:
peSSS kkkkRR
220201 k• Vliv teploty:
Al = 0.00400 1/K, = 1.10·10-6 K-1
Cu = 0.00393 1/K, = 0.45·10-6 K-1
Fe = 0.00450 1/K, = 9.10·10-6 K-1
08.1kPro 40 C je přibližně:
Náhradní provozní činný odpor RP
• Vliv skinefektu:
SSR
fm
2
103
005.1SkPro vodič 240 mm2 je přibližně:
24421801212.1
1284 mmmkm S
mmkm S
06625.0708.025.02.1
Náhradní provozní činný odpor RP
• Vliv kroucení vodičů v laně:
n
nn
ea
dDak
222
02.1ekPro běžné lano je přibližně:
• Vliv průhybu vodiče dle řetězovky:
a
lk P
P c
aclP
2sinh2
Pro 100 m rozpětí je přibližně: 0004.1Pk
zq
Fc Hhorizont
Průměr lana na pozici n-tého dílčího
vodiče
Průměr dílčího vodiče
Výška závitu n-tého vodiče
Délka řetězovky
Rozpětí stožárů
Tíha na 1 m lana
Měrná tíha vodiče
na 1 m3
Horizontální
namáhání vodiče
Přetížení
vodiče
Náhradní provozní indukčnost LP
• Obsahuje složky:
– Vlastní vnější
– Vlastní vnitřní
– Vzájemnou
kmmHr
dLP /05.0log46,0
)12
(ln2
' 0 r
llL r
42'' 0 l
L r
Hr
llL )75.0
2(ln102 7
kmmHr
lL /15,0
2log46,0
Hd
llM r )1
2(ln
2
0
kmmHd
lM /2,0
2log46,0
kmmHLP /1
Náhradní provozní indukčnost LP • Alternativně:
05.0log46,0 r
dLP
kmmHr
dL RIP /05.0log46.0 46.0
05.0
10
1log46.005.0
RI
RI
r
dLP
log46.0
Náhradní provozní indukčnost LP
• Pro nesymetrické vzdálenosti vodičů a svazkový
vodič:
kmmHNr
dddL
E
cabcab
P /05.0
log46,03
3 21 mrmrr N N
E
• Pro dvojité vedení stejně transponované:
kmmHNdddr
ddddddL
ccbbaaE
acbcabcabcabP /
05.0log46,0
3'''
3'''
3
Náhradní provozní indukčnost LP
• Provozní reaktance:
kmNr
dddLX
E
cabcab
PP /016.0
log145,03
• Provozní reaktance pro netočivou složkovou
soustavu:
kmX P /4.03.0
Jednoduché vedení Dvojité vedení
AlFe, Cu Fe AlFe, Cu Fe
Jeden
fázový vodič
X0=1.9XP X0=2.7XP X0=3.0XP X0=4.8XP
Svazkový
vodič
X0=2.4XP X0=3.2XP X0=3.5XP X0=5.5XP
Náhradní provozní kapacita CP
• Obsahuje složky:
– Mezifázovou
– Proti zemi
kmnFCP /10
))(2('
´´
´
DDDD
DC
)2(
1´0
DDC
)(
1'3
´0DD
CCCP
stř
stř
r
h
rrr
hhhD
.2log10.4,41
..
...2log10.4,41 6
3321
33216
stř
střstř
d
dhD
22
6)2(
log10.4,41'
Náhradní provozní kapacita CP
• Pro dvojité symetrické vedení:
DDD III ,''' , DDD III
VZ
VZstř
IIId
dhD
'
'4log10.4,41'
22
6
,
3'''' acbcabVZ dddd
VZ
VZstř
IIId
dhD
22
6
,
4log10.4,41
3''' ccbbaaVZ dddd
Náhradní provozní kapacita CP
• Respektování zemního lana (jednoho):
DDD R '' DDD R
ZS
ZSZstř
VZd
dhhD
2
64
log10.4,41
3cZbZaZZS dddd
Z
ZZZ
r
hD
2log10.4,41 6
ZZ
VZR
D
DD
2
Náhradní provozní kapacita CP
ZZZ
VZR
DD
DD
2'2
Z
ZZ
Zd
dhD
22
6 '4log10.4,41
• Respektování dvou zemních lan:
DDD R '' DDD R
ZZS
ZZSZstř
VZd
dhhD
2
6'4
log10.4,41'
21' ZZZ hhh 6212121 cZcZbZbZaZaZZZS ddddddd
Náhradní provozní svod GP
• Respektování následujících fyzikálních okolností:
– Vzdálenost vodičů od sebe a od konstrukce stožáru
– Tvar, materiál a čistota izolátoru
– Velikost provozovaného napětí
– Vlhkost vzduchu odhadovaná nadmořskou výškou
– Poloměr a nerovnosti povrchu vodiče
Kabelová vedení
• Provozní činný odpor RP a indukčnost LP
analogicky jako u venkovních vedení.
• Provozní kapacita CP má vyšší hodnoty:
r
RCC r
P
log
.0242,00
Možnosti zanedbání parametrů
pro výpočty ustálených stavů
• Pro sítě nn
GP, CP, (LP)
• Pro sítě vn
GP, (CP)
• Pro sítě vvn
RP, (GP)
Souhrnné přibližné
parametry vedení Venkovní vedení
Un [kV]/S[mm2] Rp [Ohm/km] Lp [mH/km] Xp [Ohm/km] Cp [nF/km] Bp [uS/km] Gp [nS/km]
22 / 50 – 150 0.7 - 0.2 1.1 - 1.3 0.35 - 0.4 9 - 10 2.8 - 3.1 0
110 / 120 – 670 0.2 - 0.06 0.9 - 1.3 0.27 - 0.4 9 2.8 0 nebo 50
220 / 210, 300 0.08, 0.06 1 0.32 11 3.5 30
400 / 350, 450 0.03, 0.02 1.0, 1.1 0.31, 0.35 11, 12 3.6, 3.9 20
Kabelová vedení
Un [kV]/S[mm2] Rp [Ohm/km] Lp [mH/km] Xp [Ohm/km] Cp [nF/km] Bp [uS/km] Gp [nS/km]
6 / 50 - 240 0.62 - 0.13 0.25 - 0.22 0.08 - 0.07 290 - 370 90 - 115 0
22 / 35 - 240 0.9 - 0.1 0.7 - 0.4 0.22 - 0.12 200 - 400 65 - 125 0
Reálné parametry vedení
Un [kV]
S [mm
2]
R20°C [Ω/km]
X [Ω/km]
B [µS/km]
G [nS/km] IZ [A]
Un [kV]
S [mm
2]
R20°C [Ω/km]
X [Ω/km]
B [µS/km] IZ [A]
22 50 0,69 0,35 3,1 ― 200 6 50 0,62 0,082 90 210
22 70 0,49 0,35 3,1 ― 240 6 70 0,44 0,079 90 250
22 95 0,37 0,4 2,8 ― 370 6 95 0,33 0,076 98 310
22 120 0,28 0,38 2,9 ― 440 6 120 0,26 0,075 98 350
22 150 0,22 0,36 3,1 ― 510 6 150 0,21 0,073 98 420
35 50 0,69 0,38 2,9 ― 200 6 185 0,17 0,072 115 470
35 95 0,36 0,38 2,9 ― 370 6 240 0,13 0,071 115 540
35 150 0,23 0,38 2,9 ― 510 10 50 0,62 0,09 80 210
110 120 0,31 0,27 2,9 ― 440 10 70 0,44 0,094 90 250
110 150 0,26 0,35 2,9 ― 510 10 95 0,33 0,09 90 310
110 185 0,18 0,404 2,8 50 580 10 120 0,26 0,088 90 350
110 210 0,16 0,4 2,8 50 620 10 150 0,21 0,085 90 420
110 240 0,15 0,4 2,8 50 670 10 185 0,17 0,084 100 470
110 300 0,12 0,4 2,8 50 760 10 240 0,13 0,082 100 540
110 350 0,1 0,41 2,8 50 840 22 50 0,62 0,155 75 210
110 450 0,08 0,396 2,8 50 950 22 70 0,44 0,14 94 250
110 670 0,06 0,38 2,9 50 1200 22 95 0,33 0,13 100 310
220 2 x 210 0,08 0,324 3,4 30 1000 22 120 0,26 0,13 107 350
220 2 x 300 0,06 0,32 3,5 30 2000 22 150 0,21 0,12 114 420
400 3 x 350 0,03 0,307 3,6 20 2200 22 185 0,17 0,12 125 470
400 3 x 450 0,03 0,35 3,9 20 2500 22 240 0,13 0,11 130 540
Venkovní Kabelová
Reálné parametry vedení
Reálné parametry vedení
Vlnová rovnice pro výpočet
rychlých jevů na dlouhých vedeních
• Pro homogenní dlouhé vedení:
Vlnová rovnice pro výpočet
rychlých jevů na dlouhých vedeních
• Rovnice pro smyčku s a uzel u:
Vlnová rovnice pro výpočet
rychlých jevů na dlouhých vedeních
• Úpravou získáme:
• Pro ustálený harmonický stav:
Vlnová rovnice pro výpočet
rychlých jevů na dlouhých vedeních
• Úpravou získáme:
• Řešení s integračními konstantami A a B:
Vlnová rovnice pro výpočet
rychlých jevů na dlouhých vedeních
• Integrační konstanty dle okrajových podmínek:
• V maticovém tvaru: Y
Z
jBG
jXRZ
0