laboratorium elektroenergetyki - całośćhome.agh.edu.pl/~ejwe/download/laboratorium  · 1...

1

Laboratorium Elektroenergetyki

mgr in. Mariusz Benesz

STUDIA PODYPLOMOWE:

ENERGETYKA JDROWA WE WSPCZESNEJ

ELEKTROENERGETYCE

2

Co to jest TWN?

Technika Wysokich Napi (TWN) jest dziedzin Elektrotechniki, obejmujc grupy zagadnie wynikajcych z zastosowa wysokiego napicia w:

wytwarzaniu, przesyle i rozdziale energiielektrycznej, tzn. w elektroenergetyceinnych ni elektroenergetyka obszarach naukii techniki, jak np. w medycynie, fizyce, przemyle itp.

2

3

Zasadnicze grupy zagadnie TWN

W problematyce wysokonapiciowej wyrnia si trzy zasadnicze grup zagadnie:

zagadnienia wytrzymaoci elektrycznejzagadnienia przepi i ochrony przeciwprzepiciowejzagadnienia techniki probierczo-pomiarowej

4

Zagadnienia wytrzymaoci elektrycznej

W tej grupie zagadnie rozpatrywane s zjawiska zachodzce w dielektrykach pod wpywem pola elektrycznego:

procesy jonizacyjneelektryzacja czstek dielektrykaprzemieszczanie si adunkw i czstek dielektryka

Przedmiotem rozwaa s warunki powstawania i rozwoju tych zjawisk, mogce prowadzi do tzw. wyadowania zupenego(utraty wasnoci izolacyjnych), a celem tych rozwaa jest dobr optymalnych parametrw ukadu izolacyjnego.

3

5

Zagadnienia przepi i ochrony przeciwprzepiciowej

W tej grupie zagadnie rozpatrywane s zjawiska zachodzce w ukadach elektroenergetycznych, w wyniku ktrych powstaj naraenia eksploatacyjne ukadw izolacyjnych w postaci przepi.

Przepicie niezamierzony eksploatacyjnie wzrost napicia ponad najwysze dopuszczalne napicie robocze.

zewntrzne rda tych przepi pozostaj pozasystemem elektroenergetycznym; poniewapodstawowym rdem s wyadowania atmosferyczne,przepicia te nosz rwnie nazw przepiatmosferycznych (piorunowych)wewntrzne rda tych przepi tkwi w systemieelektroenergetycznym

Podstawowe rodzaje przepi:

6

Zagadnienia przepi i ochrony przeciwprzepiciowej

Ochrona przeciwprzepiciowa naley obecnie do szczeglnie intensywnie rozwijanych obszarw.

eliminujce nie dopuszczajce do powstawaniaprzepi, jest to tzw. ochrona odgromowaredukujce agodzce warto szczytow i stromonarastania przebiegu przepicia

Stosowane rodki i sposoby ochrony przeciwprzepiciowejmona oglnie sklasyfikowa na dwie podstawowe grupy:

4

7

Zagadnienia techniki probierczo-pomiarowej

Technika probierczo-pomiarowa suy do badania zjawisk wytrzymaociowych i przepiciowych.

wytwarzanie i wykorzystanie wysokich napiprobierczych przemiennych, udarowych i staychrejestracja i pomiary napi probierczych (np. napiudarowych o czasach narastania od nanosekund domikrosekund i wartociach szczytowych do kilku MV) jest to obecnie intensywnie rozwijany obszar dzikinowym moliwociom, jakie oferuje mikroelektronikai technika komputerowa

Podstawowe grupy problemw to:

8

Zastosowanie WN w elektroenergetyce

Dostarczy lini elektroenergetyczna L do punktu odbioru O, moc wytwarzan w generatorze G

Jakie wybra napicie znamionowe generatora (linii)?

G

~ L Omoc Pcos

dugo linii l

U = ???

5

9

Im wiksze napicie, tym prd mniejszy ...

Zaleno prdu znamionowego od napicia znamionowegoP = 200 MW, cos = 0,80

10

Jakie bd straty mocy w linii?

(1) Moc przesyana:

= cos3UIP

(2) Prd w przewodzie linii:

=

cos3UPI

(3) Straty mocy:

lRIP 023=

gdzie: R0 rezystancja jednostkowa linii, /kml dugo linii, km

6

11

Jakie bd straty mocy w linii?

(4) Podstawiajc (2) do (3):

lRU

PP 0

2

cos33

=

(5) Rezystancja przewodu:

20 rl

sllR

=

=

gdzie: rezystywno materiau przewodu, mm2/km l promie przewodu, mm

12

Jakie bd straty mocy w linii?

(6) Podstawiajc (5) do (4) otrzymujemy:

%100cos 222

=

Ul

rP

PP

chcc ogranicza wielko strat mocy przy danym P, cos, oraz l naley zwiksza promie rprzewodu lub napicie znamionowe U przesyu

Wniosek:

7

13

Przykad

Zaleno strat mocy od dugoci i promienia przewodu (Cu) liniiU = 15,75 kV, P = 200 MW, cos = 0,80

14

Przykad

aby np. ograniczy wielko strat do poziomu 1% przy przesyle na odlego 100 km lini o napiciu 15,75 kV, naleaoby zastosowa przewody o promieniu powyej 200 mm !!!

masa jednostkowa jednego przewodu takiej linii wynosiaby:

istniayby zasadnicze trudnoci w budowie takiej linii :-))

Wniosek:

!!! ton 1100mkg 9000[m] 1000][m 2,0 3

22

8

15

Przykad

Zaleno strat mocy od dugoci i napicia znamionowego liniir = 20 mm, P = 200 MW, cos = 0,80

16

Przykad

aby ograniczy wielko strat do poziomu 1% przy przesyle na odlego 100 km lini o napiciu 220 kV, naley zastosowa przewody o promieniu 20 mm

masa jednostkowa jednego przewodu takiej linii wynosi:

lepiej jest zastosowa przewody aluminiowe: aluminium ma co prawda ok.1,6 razy wiksz oporno waciww stosunku do miedzi, ale ponad 3 razy mniejsz gsto

Wniosek:

)(tylko! ton 11mkg 9000[m] 1000][m 02,0 3

22

9

17

Rozwizanie problemu ...

Naley zastosowa TRANSFORMATOR !!!

G

~ L OT

UL UH

18

Transformatory blokowe (generatorowe)

Transformator blokowy11/420 kV, 154 MVA

10

19

Transformatory sieciowe WN i NN

Transformator sieciowy400/110 kV, 250 MVA

Auto transformator sieciowy jednofazowy750/400 kV, 417 MVA

20

Transformatory rozdzielcze duej mocy

11

21

Transformatory rozdzielcze maej i redniej mocy

Supowa stacja transformatorowa SN/0,4 kVz transformatorami do 630 kVA

22

Warunki eksploatacji uk. elektroenergetycznych

RODOWISKOWE

WARUNKI EKSPLOATACJIukadw elektroenergetycznych

SYSTEMOWE

fizyczne

chemiczne

biologiczne

napiciowe

prdowe

12

23

Warunki eksploatacji uk. elektroenergetycznych

24

Warunki eksploatacji uk. elektroenergetycznych- naraenia napiciowe

13

25

Warunki eksploatacji uk. elektroenergetycznych- naraenia napiciowe

26

Warunki eksploatacji uk. elektroenergetycznych- naraenia napiciowe

14

27

rda probiercze wysokich napi- napicia przemiennego

Do wytwarzania napi probierczych przemiennych su zespoy probiercze, ktre skadaj si z trzech podstawowych czonw:

Zasilajcego (sie zasilajca lub generator), Regulacyjnego (TR), Probierczego (TP).

Czon zasilajcy Czon regulacyjny Czon probierczy

Napicie znamionowe [Un], Moc znamionowa [Pn], Napicie zwarcia [Uz], Moc zwarciowa [Pz].

Podstawowe parametry zespou to:

Up

28

rda probiercze wysokich napi- napicia przemiennego

Czon regulacyjny powinien: Zapewni odpowiedni pynno podnoszenia napicia, Zapewni odpowiedni prdko podnoszenia napicia.

Regulacja drobnymi skokami nie powinna przekracza 0,5% wartoci napicia probierczego. Wiksze skoki mog powodowa zakcenia przepiciowe. Wymaga si aby prdko podnoszenia napicia probierczego nie bya mniejsza od 2% Up/s.

Urzdzenia suce do regulacji napicia: Transformatory regulacyjne ze szczotk przeskakujc ze zwoju na zwj, Transformatory Thoma, Transformatory z przesuwanym rdzeniem, Przetwornice elektromaszynowe.

15

29

rda probiercze wysokich napi- napicia przemiennego

Budowa transformatorw probierczychUzwojenie pierwotne, Uzwojenia wysokiego napicia (warstwowe bd cewkowe), Uzwojenie kompensacyjne, Kad wykonana z tulei izolacyjnej bd z metalu.

30

rda probiercze wysokich napi- napicia przemiennego

Ukady pocze transformatorw probierczych: Symetryczny, Niesymetryczny (w zalenoci od sposobu ich zasilania):

szeregowy, kaskadowy, rwnolego kaskadowy.

W ukadzie symetrycznym stosowanym do badania izolacji midzyfazowej, obydwa bieguny uzwojenia wysokiego napicia transformatora s wyprowadzone, a rodek uzwojenia uziemiony lub nieuziemiony lecz poczony z rdzeniem lub obudow.

W ukadzie niesymetrycznym stosowanym do badania izolacji fazowej, jeden biegun uzwojenia wysokiego napicia transformatora jest wyprowadzony, a drugi poczony z rdzeniem, obudow i uziemiony.

16

31

rda probiercze wysokich napi- napicia przemiennego

Schemat poczenia kaskadowego dwch transformatorw probierczych, tzw. 2-stopniowakaskada transformatorw probierczych 250 kV

32

rda probiercze wysokich napi- napicia stae

Wysokie napicia stae stosowane w przypadkach:

Pracy izolacji przy napiciu staym, Pracy izolacji przy napiciu przemiennym, Prb diagnostycznych urzdze w eksploatacji, Wsppracy ze rdami innych napi (piorunowych, czeniowych, generatorw prdw udarowych)

Wspczesne wysokie napicia stae otrzymuje si przede wszystkim na drodze prostowania napicia przemiennego. Ukad taki skada si z zespou probierczego napicia przemiennego i zespou prostownikw wysokiego napicia i filtrw.

17

33

rda probiercze wysokich napi- napicia udarowe

Napicia udarowe odwzorowuj w warunkach laboratoryjnych dwa rodzaje przepi:

przepicia atmosferycznewywoane s uderzeniami piorunaodznaczaj si krtkimi czasami narastania do 20 s, duymi wartociami szczytowymi i czasami trwania do kilkuset mikrosekund

przepicia wewntrzne szybkozmienneodznaczaj si czasami narastania powyej 20 s i czasami trwania kilka tysicy mikrosekund

34

rda probiercze wysokich napi- napicia udarowe

Zasady wyznaczanie czasw charakterystycznych

18

35

rda probiercze wysokich napi- napicia udarowe

Oscylogram udaru piorunowego

Czoo udaru Grzbiet

36

rda probiercze wysoki