Uniwersalna metoda obliczania wartości prądów w przewodach odgromowych linii napowietrznych

Universal method of currents calculation in earth wires of overhead transmission lines
Artykuł przedstawia nowatorską metodę obliczania wartości prądów płynących w przewodach odgromowych linii elektroenergetycznych w czasie zwarć mogącą być stosowaną dla złożonych układów sieciowych.
Artykuł przedstawia nowatorską metodę obliczania wartości prądów płynących w przewodach odgromowych linii elektroenergetycznych w czasie zwarć mogącą być stosowaną dla złożonych układów sieciowych.
Rys. redakcja EI

Przewody odgromowe stanowią obok konstrukcji wsporczych (słupów) i przewodów fazowych ważną część linii elektroenergetycznej. Podstawowym celem ich instalowania jest zapewnienie ochrony dla przewodów fazowych przed bezpośrednimi wyładowaniami atmosferycznymi. Jednak ich wpływ na linię nie ogranicza się jedynie do zapewnienia ochrony odgromowej. Przewody odgromowe także biorą udział w przepływie prądów zwarciowych w czasie zwarć doziemnych oraz wpływają na system ochrony przeciwporażeniowej linii.

W artykule:

• Zagrożenia powodowane prądami zwarciowymi w przewodach odgromowych i uziomach słupów
• Uniwersalna metoda obliczania rozpływu prądów w przewodach odgromowych
• Przykłady obliczeń
• Weryfikacja metody

streszczenie

W artykule przedstawiono nowatorską metodę obliczania wartości prądów płynących w przewodach odgromowych linii elektroenergetycznych w czasie zwarć. Metoda może być stosowana dla złożonych układów sieciowych, składających się z kilku stacji oraz różnych typów linii. Analizowane mogą być linie jedno- i dwutorowe z jednym bądź dwoma przewodami odgromowymi. Metoda pozwala na dobór przewodów odgromowych pod względem wytrzymałości cieplnej z mniejszym ryzykiem niepewności niż powszechnie stosowane metody. Prezentowana metoda obliczeniowa pozwala również na ocenę ochrony przeciwporażeniowej linii, poprzez wyznaczenie wartości prądów płynących w uziomach słupów.



abstract

The paper presents a new method for calculating of currents in the earth wires during a phase to earth fault. The method can be used for analysis of power system that consists a several number of substations and transmission lines of different types. It can be used for analysis of single and double circuit overhead transmission lines with one or two earth wires. The method allows for earth wire thermal rating selection with lower level of uncertainty compared to the existing calculation methods. Additionally it allows for evaluation of shock hazards by calculating earthing currents and voltages for every tower of the line.

Wartości prądów płynących w przewodach odgromowych przy zwarciach mogą osiągać znaczne wartości. Powoduje to powstawanie szeregu zagrożeń, które nie występują w czasie normalnej pracy linii elektroenergetycznej.

  • Podstawowym zagrożeniem jest wzrost temperatury przewodu na skutek nagrzewania przez przepływający prąd zwarciowy. Zagrożenie to jest bardzo realne, ponieważ przekrój przewodów odgromowych jest znacznie mniejszy niż przewodów fazowych.
  • Drugim zagrożeniem związanym z przepływem części prądu zwarciowego przez przewody odgromowe jest zwiększenie ryzyka porażenia prądem elektrycznym.
    Zwarcie doziemne występujące na dowolnym słupie linii elektroenergetycznej powoduje na skutek przepływu części prądu zwarciowego przez uziom tego słupa wzrost napięcia dotykowego oraz napięcia krokowego w otoczeniu słupa stanowiącego bezpośrednie zagrożenie dla przebywających tam ludzi czy zwierząt. Ponadto, na skutek połączenia wszystkich słupów linii przewodami odgromowymi, część prądu zwarciowego płynie także przez uziomy pozostałych słupów linii i powoduje wzrost ich potencjału. Skutkuje to „rozsianiem” zagrożenia porażeniowego wzdłuż całej linii dotkniętej zwarciem.

Powyższe dwa czynniki powodują, że konieczne jest precyzyjne określenie wartości prądów płynących w przewodach odgromowych i uziomach słupów przy zwarciach doziemnych. Pozwala to na prawidłowe dobranie przewodów odgromowych pod kątem ich wytrzymałości cieplnej, a także daje możliwość weryfikacji systemu ochrony przeciwporażeniowej linii elektroenergetycznej, co przekłada się na bezpieczeństwo pracy linii elektroenergetycznej, a tym samym na bezpieczeństwo pracy całego systemu elektroenergetycznego.

Problem obliczania rozpływu prądów w przewodach odgromowych linii elektroenergetycznych nie jest nowy i pojawia się w publikacjach naukowych od ponad pięćdziesięciu lat.
Liczba prac, które powstały w tej dziedzinie jest znaczna, co świadczy o bardzo dużym praktycznym znaczeniu problemu i jednoczesnej chęci doskonalenia istniejących metod obliczeniowych.
Najważniejsze światowe trendy poszukiwania rozwiązaniu problemu zawarte są w pracach [1–9].

W Polsce rozpowszechniony jest program MeLinet [10] służący do doboru przewodów odgromowych linii napowietrznych. Obliczenia wykonywane przez ten program oparte są na uproszczonym modelu linii łączącej dwie stacje elektroenergetyczne.

Uproszczony model linii uwzględnia jeden zastępczy przewód fazowy, którym płynie suma prądów fazowych (3I0) oraz pojedynczy przewód odgromowy [10], [11]. Oba przewody są sprzężone magnetycznie, co odwzorowane jest przez uśrednione wartości impedancji wzajemnej.

Przewód odgromowy jest modelowany, jako n szeregowo połączonych przęseł, uziemionych na końcach przez rezystancję odzwierciedlającą uziemienia kolejnych słupów.

Podstawowym ograniczeniem stosowanego modelu jest brak możliwości uwzględnienia drugiego przewodu odgromowego oraz brak możliwości wykonywania analiz dla złożonych układów sieciowych.

Analiza stosowanych na świecie metod wskazuje, że brak jest obecnie metody uniwersalnej, pozwalającej na analizę dowolnych układów sieciowych, tj. zawierających wiele linii elektroenergetycznych – jedno- i wielotorowych, z jednym lub dwoma przewodami odgromowymi, łączącymi wiele stacji elektroenergetycznych.

Bibliografia

1. C. Desieno, P. Marchenko, G. Vassell, „General Equations for Fault Currents in Transmission Line Ground Wires”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-89, no. 8, pp. 1891–1900, 1970.
2. R. Verma, D. Mukhedkar, „Ground Fault Current Distribution in Sub-Station, Tower and Ground Wire”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-98, no. 3, pp. 724–730, 1979.
3. J. Endrenyi, „Analysis of Transmission Tower Potentials During Ground Faults”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-86, no. 10, pp. 1274–1283, 1967.
4. L. Levey, „Computation of fault currents and voltages along a multigrounded neutral power line having multiple phase conductors”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 6, no. 4, pp. 1541–1548, 1991.
5. L. M. Popovic, „Practical method for evaluating ground fault current distribution in station, towers and ground wire”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 13, no. 1, pp. 123–128, 1998.
6. L. M. Popovic, „A practical method for evaluation of ground fault current distribution on double circuit parallel lines”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 15, no. 1, pp. 108–113, 2000.
7. F. Dawalibi, „Ground Fault Current Distribution Between Soil and Neutral Conductors”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-99, no. 2, pp. 452–461, Mar. 1980.
8. Z. Qi, Z. Rao, „Single-phase to ground fault current distribution in transmission system based on the improved double-side elimination method”, IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, vol. 11, no. 4, pp. 417–424, 2016.
9. P. L. Buccheri, S. Mangione, „Analysis of ground fault current distribution along nonuniform multi-section lines”, Electric Power Systems Research, vol. 78, no. 9, pp. 1610–1618, 2008.
10. Podręcznik użytkownika, MeLiNet 2.0, Gliwice, 2016.
11. W. Nowak, W. Szpyra, R. Tarko, M. Benesz, „Obliczenia prądów płynących w uziemieniach słupów w czasie zwarć jednofazowych w liniach wysokiego napięcia”, Przegląd Elektrotechniczny, vol. 1, no. 6, pp. 205–208, 2016.
12. J. R. Carson, „Wave Propagation in Overhead Wires with Ground Return”, Bell System Technical Journal, vol. 5, no. 4, pp. 539–554, 1926.
13. J. Klucznik, Obliczanie rozpływów prądów w przewodach odgromowych linii elektroenergetycznych. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2017.
14. G. Hachtel, R. Brayton, and F. Gustavson, „The Sparse Tableau Approach to Network Analysis and Design”, IEEE Transactions on Circuit Theory, vol. 18, no. 1, pp. 101–113, 1971.
15. J. Klucznik, „Earth wires currents calculation by tableau analysis”, Electric Power Systems Research, vol. 151, 2017.

Czytaj też: Linie kablowe czy linie napowietrzne - czynniki wpływające na wybór rodzaju linii wysokiego napięcia >>>

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!


[sieci elektroenergetyczne, przewody odgromowe, linie napowietrzne, zwarcia doziemne, przewód odgromowy, linia napowietrzna, prąd zwarciowy, ochrona przeciwporażeniowa, uziom słupa]

Ten artykuł jest PŁATNY. Aby go przeczytać, wykup dostęp.
DOSTĘP ABONAMENTOWY
DOSTĘP SMS
Dostęp za pomocą SMS czasowo zawieszony







Reklamacje usługi prosimy zgłaszać przez formularz reklamacyjny
Masz już abonament - zaloguj się:
:
:
zapomniałem hasła
Nie posiadasz konta - kliknij i załóż »
Nie masz abonamentu - wykup dostęp:
Abonament umożliwia zalogowanym użytkownikom dostęp do wszystkich płatnych treści na naszym portalu.
Dostępne opcje abonamentowe:
Pakiet: dwuletnia prenumerata papierowa (20 numerów) + dwuletni dostęp do wszystkich treści portalu (730 dni) - 185,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. ► ZAMÓW
Pakiet: roczna prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do wszystkich treści portalu (365 dni) - 105,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. ► ZAMÓW
Pakiet: półroczna prenumerata papierowa (5 numerów) + półroczny dostęp do wszystkich treści portalu (183 dni) - 75,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. ► ZAMÓW
Prenumerata elektroniczna (365 dni) - 79,00 zł
Roczny dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Prenumerata elektroniczna (30 dni) - 15,00 zł
30 dniowy dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Prenumerata edukacyjna - roczna elektro.info - 75,00 zł
dla studentów: prenumerata + dostęp do treści portalu
Roczny dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Dwuletni dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie! - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś dwuletnią prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
30 dniowy dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Prenumerata elektroniczna (730 dni) - 138,00 zł
Dwuletni dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Regulamin korzystania z portalu elektro.info.pl - zobacz regulamin
Uwagi prosimy zgłaszać na adres:
Artykuł pochodzi z: miesięcznika elektro.info 5/2018

Wybrane dla Ciebie


Kompleksowe inspekcje termowizyjne - gdzie szukać pomocy? »

Termowizja inspekcja

Przez ostatnie stulecie zbudowano wiele urządzeń pomiarowych w zakresie podczerwieni, ale największe możliwości i popularność zyskały rozwiązania... czytam dalej »

 


Jaki silnik elektryczny wybrać? »

silnik elektryczny

W działaniu wielu maszyn i urządzeń technicznych wymagany jest ruch postępowy lub postępowo-zwrotny. Zazwyczaj ruch ten wytwarzają (...) czytam więcej »

 


Łączniki elektroinstalacyjne - rodzaje i sposób działania?

Oświetlenie zewnętrzne LED - dobór i zastosowanie»

Ranki łączniki gniazdka oswietlenie zewnętrzen LED
W każdej standardowej instalacji elektrycznej w budynku występują gniazda wtyczkowe oraz łączniki. Ich budowa oraz sposób zamocowania zależą od miejsca zainstalowania oraz metody wykonania (...) czytam więcej » Wymiana opraw oświetlenia zewnętrznego ze źródłami LED przynosi przede wszystkim poprawę efektywności energetycznej oświetlenia ulicznego. Oświetlenie LED posiada również (...) czytam dalej »

 


Przyrządy kontrolne i pomiarowe - zobacz niezawodne rozwiązania»

narzedzia pomiarowe dla elektryka Miernik napięcia, ciągłości i kolejności faz są zaprojekotwane do testowania napięcia, fazy, polaryzacji, kolejności faz i półprzewodników. Cyfrowy multimetr oraz cyfrowy miernik cęgowy oferują idealne rozwiązania dla wszystkich wymagań i możliwych zastosowań. Mierniki wykorzystują standardowe (...) czytam dalej »


Zobacz jakie oprawy zaprezentowano na Energetab 2019  »

Wiele nowych produktów od najlepszych w branży marek »

Samochody elektryczne i  mobilne stacje elektronika
Oświetlenie awaryjne ma zapewnić bezpieczne opuszczenie zajmowanych przestrzeni podczas awarii zasilania opraw oświetlenia podstawowego. Niejednokrotnie zanik oświetlenia podstawowego nie jest spowodowany zwykłą awarią zasilania czy wyłączeniem(...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Odpowiednie oświetlenie - prawidłowy dobór oświetlenia w projekcie »

projekt oświetlenia Są takie miejsca w domu, o których nie myśli się w pierwszej kolejności. Zostawia się je na później, dopiero wtedy, gdy zadba się o ważniejsze pomieszczenia. Tak jest często (...) czytam dalej »

 


Jak zapewnić bezprzerwowe zasilanie gwarantowane? »

Kolektor słoneczny – urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło »

zasilanie gwarantowane panele słoneczne
Co rusz znaczenie tego problemu uświadamiają nam przechodzące nad naszym krajem orkany i wichury oraz widmo blackoutu, wynikające z pojawiającego się latem ogromnego zapotrzebowania na ... czytam więcej » Udział energii słonecznej w Polsce jest bardzo niski i według urzędu statystycznego, pozyskanie energii z promieniowania słonecznego w porównaniu do innych źródeł odnawialnych w 2017 roku wyniósł niecałe 1%.... czytam dalej »

Szafy energetyczne, sterowniczne, rozdzielcze - dlaczego nie wiesz co wybrać? »

szafy rozdzielcze i sterownicze Zgrupowanie urządzeń elektroenergetycznych wraz z szynami zbiorczymi, połączeniami elektrycznymi, elementami izolacyjnymi i osłonami, służący do rozdziału energii elektrycznej i łączenia oraz ... czytam dalej »


Bezprzewodowa automatyka domowa - i możesz sterować wszystkim w domu »

Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami !

Automatyka domowa - sterowaniem ze smatfona Projektowanie listew - oprogramowanie
Nowoczesny smartdom powinien być gotów na każde życzenie. Dlatego rozwiązania bezprzewodowej automatyki domowej dają Ci zdalną kontrolę nad funkcjami Twojego domu - oświetleniem, roletami, ogrzewaniem ... czytam więcej » Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami oraz profesjonalnego opisywania oznaczników do złączek szynowych, przewodów, kabli, urządzeń i instalacji. Oprogramowanie dostępne jest bezpłatnie na stronie www ... chcę poznać »

Małe, średnie i duże systemy sterowania »

Sterowniki plc Jeszcze kilka lat temu sterowniki PLC „tylko” wspierały pracowników przy wykonywaniu monotonnych zadań i zwiększaniu szybkości produkcji. Aktualnie każda produkcja ... czytam dalej »


Złącza silnoprądowe - czy silikon sobie poradzi?

Złącza silnopradowe Czy możemy zastosować elastyczne przewody silikonowe i czy są one odporne na uszkodzenie i wysokie temperatury? Przykładowo dla przekroju kabla 240 mm2 ... chcę obejrzeć »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Technologie robotyczne zgodne z koncepcją Industry 4.0 » »

wyświetlacze cyfrowe robotyka i automatyka
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Nowoczesne urządzenia mechaniczne nic nie znaczyłyby bez ukrytej w nich elektroniki, dizęki której ... czytam dalej »


Odczyty cyfrowe - przyrządy przeznaczone do wyświetlania położenia »

czytniki cyfrowe Współpracują z przetwornikami przemieszczeń liniowych (liniały) i kątowych (enkodery). Wykonywane są w różnych wersjach dostosowanych do (...) czytam dalej »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

Inteligentny system dystrybucji mocy »

Liczniki energii jakie wybrać moc
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Uniwersalne zastosowanie, w pojedynczych szafach sterowniczych, jak też w kompletnych systemach... czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
10/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt zasilania pompowni pożarowej
  • - Przekładniki niekonwencjonalne wykorzystywane w automatyce elektroenergetycznej
Zobacz szczegóły
COMEX S.A. COMEX S.A.
O firmie COMEX S.A. od początku swojej działalności, tj. od 1987 zajmuje się kompleksową obsługą klientów w zakresie zasilania...

Ciekawe strony

Elektryk na Fixly.pl

EPS System - agregaty prądotwórcze

Producent oświetlenia

Ciekawa Architektura

Instalacje

Literatura fachowa

Rekuperacja

Termomodernizacja

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl