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 już dziś!
Pakiet: roczna prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do wszystkich treści portalu (365 dni) - 105,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
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.
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


Kursy SEP - zobacz terminarz szkoleń »

kurs sep Stowarzyszenie Elektroenergetyków Polskich oferuje szeroki wybór szkoleń, które pozwalają zdobyć między innymi uprawnienia g1. Organizujemy specjalistyczne kursy dla osób, które w dniu przystąpienia do szkolenia ukończyły 18 lat i posiadają minimum podstawowe wykształcenie. Dostępny w naszej ofercie kurs sep 1kv (...) czytam dalej »


Stacja transformatorowa na kółkach - robi wrażenie »

Rozdzielnica na kołach Jest to lekka stacja w obudowie metalowej, na podwoziu jezdnym – DMC 3,5T, z obsługą z zewnątrz, z możliwością łatwe (...) czytam dalej »


Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) - jakie wybrać ?

urządzenia przeciwprzepięciowe spd Ochronniki przepięciowe odpowiednie do zastosowań w instalacjach 230 V lub 400 V, systemy jedno- lub trójfazowe, wymienny moduł warystora i zamknięty moduł iskiernika, wizualna i zdalna sygnalizacja stanu warystora oraz(...) czytam dalej »


Szynoprzewody w instalacjach elektrycznych - czy warto je wykorzystywać?

Bezpanelowe pozyskiwanie energii słonecznej - jak to zrobić?

szynoprzewody jak podłączyć bezpanelowa energia słoneczna
Przyjazne instalatorom ze względu na ich intuicyjny montaż i nieskomplikowaną budowę oraz szeroki wachlarz możliwości z zakresu wykonania różnego (...) czytam więcej » Innowacje i technologia przeszły długą drogę. Rzeczywiście wkroczyliśmy w nową generację nowoczesnych udogodnień, które nie tylko sprawiają, że nasz styl życia jest bardziej luksusowy i komfortowy, ale... czytam dalej »

Jaki licznik energii elektrycznej wybrać - porównanie 2019 »

Fotowoltaika Mogą być stosowane do rozliczeń z zakładami energetycznymi, do kontroli procesów przemysłowych, do rozliczeń podnajemców oraz jako element systemów zarządzania ... czytam dalej »


Jak mocować przewody instalacji odgromowej?

Czy energii odnawialnej uda się zastąpić węgiel?

Wsporniki ochrony odgromowej energia odnawialna a węgiel
W obudowie wykonanej z wysokiej jakości polietylenu kryje się betonowy rdzeń. Szczelnie zamknięta konstrukcja chroni go przed niekorzystnym wpływem czynników pogodowych i... czytam więcej » Według ostatniego raportu brytyjskiego koncernu BP do 2040 r. odnawialne źródła energii staną się głównym źródłem energii na świecie. Czy rzeczywiście ... czytam dalej »

Sekcja: Instaluj z Legrandem dla profesjonalisty »

System zarządzania energią Jesteś Instalatorem? W tej sekcji w szybki i łatwy sposób znajdziesz niezbędne ... czytam dalej »


Może Cię to zainteresuje ▼

Jaki wybrać uniwersalny, programowalny wyświetlacz cyfrowy?

Kable i przewody - dobierz odpowiednie do swojego projektu »

Sterowniki programowalne kable i przewody - jakie wybrać
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenie nie wymaga dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań urządzenia wlicza się sterowanie oraz ... czytam więcej » Właściwie wykonana i dostosowana do konkretnych zagrożeń środowiskowych instalacja elektryczna powinna do minimum ograniczać zagrożenia... czytam dalej »


Kable średniego i niskiego napięcia - wymagania standardów międzynarodowych»

Gdzie znajduje zastosowanie współczesna termowizja?

PRzewody i kable standardy Termowizja w elektryce
Szeroki asortyment przewodów i kabli produkowanych zgodnie z wymaganiami restrykcyjnych standardów międzynarodowych(...) czytam dalej » Zadbaj o bezpieczeństwo i uniknij awarii. Za pomocą kamery termowizyjnej możliwe jest bezdotykowe sprawdzenie instalacji elektrycznej przy pełnym obciążeniu. Dzięki temu można(...) czytam dalej »

Stacje ładowania pojazdów od Kolejowych Zakładów Łączności ?

UPS zasilacze Stacja umożliwia szybkie ładowanie prądem zmiennym o mocy do 22 kW (opcjonalnie 44 kW). Wyposażona jest w dwa gniazda osobno opomiarowane (...) czytam dalej »


Jak komunikować urządzenia w środowisku przemysłowym ??

Ograniczniki przepięć (SPD) o udoskonalonych osiągach »

Switche zarządzalne spd ograniczniki
Switche niezarządzalne są to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » SPD o takim układzie elementów ograniczających przepięcia są stosowane w instalacji elektrycznej, w której nie powinny występować prądy upływu, nawet o niewielkich(...) 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 »
4/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 4/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Projekt instalacji piorunochronnej wolno stojącego budynku magazynu mps
  • - Awarie sieciowe w krajowej sieci dystrybucyjnej
Zobacz szczegóły
Cantoni Motor S.A. Cantoni Motor S.A.
Grupa Cantoni została pionierem w produkcji silników elektrycznych już w XIX wieku i od tego czasu kontynuuje misję wdrażania...
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