elektro.info

Nowoczesne oświetlenie Neonica

Nowoczesne oświetlenie Neonica

Podczas remontu mieszkania, domu, pokoju czy biura, lub w trakcie planowania od samego początku ważnej dla nas przestrzeni, najczęściej w głowie mamy już przygotowaną wizję lub koncepcję. Plany te dotyczą...

Podczas remontu mieszkania, domu, pokoju czy biura, lub w trakcie planowania od samego początku ważnej dla nas przestrzeni, najczęściej w głowie mamy już przygotowaną wizję lub koncepcję. Plany te dotyczą zarówno układu mebli, wykorzystanych materiałów czy koloru ścian. Jednak przede wszystkim warto dokładnie i z uwagą podjąć decyzje związane z wyborem odpowiedniego oświetlenia.

news Skuter elektryczny od Seata

Skuter elektryczny od Seata

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej...

Seat przedstawił nowy, całkowicie elektryczny skuter, który pojawi się na drogach w przyszłym roku. Model e-Scooter został zaprojektowany w taki sposób, aby jak najlepiej wpisać się w rosnący trend współdzielonej mobilności.

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

Zasilanie budynków w energię elektryczną w warunkach normalnych a zasilanie w warunkach pożaru (część 2.)

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

W tej części artykułu prezentujemy metodykę projektowania ochrony przeciwporażeniowej oraz zagorożenia stwarzane przez gazy wydzielane przez baterie akumulatorów wraz ze sposobami ich neutralizacji.

Analiza stanów przejściowych podczas załączania krótkich linii kablowych SN łącznikiem próżniowym

Porównanie sposobów modelowania łącznika próżniowego: a) z wykorzystaniem idealnego łącznika, b) za pomocą sterowanego rezystora [7]

Łączniki próżniowe dzięki swoim bardzo dobrym własnościom są coraz częściej stosowane w sieciach elektroenergetycznych niskiego i średniego napięcia. Charakteryzuje je niezawodność działania oraz duża zdolność łączeniowa. Ponadto zakres czynności konserwacyjnych jest ograniczony, a eksploatacja, po zastosowaniu odpowiednich układów automatyki, może być prowadzona zdalnie [3]. Jednak ich specyficzną właściwością jest skłonność do generowania przepięć łączeniowych o znacznych wartościach szczytowych wywołanych ucięciem prądu przed naturalnym przejściem przez zero. Wielkość przepięć zależy od charakteru łączonego obwodu oraz rodzaju łącznika.

W artykule:

• Parametry opisujące zachowanie łącznika próżniowego
• Modelowanie łącznika próżniowego
• Wyniki symulacji

Z analizy dostępnej literatury [1] wynika, że jednymi z najsłabszych izolacyjnie urządzeń w sieci średniego napięcia są kable elektroenergetyczne. Pojawiające się w sieciach elektroenergetycznych przepięcia stanowią dla nich zagrożenia skutkujące uszkodzeniem izolacji. Dlatego też w artykule przedstawiono analizę przepięć generowanych podczas załączania nieobciążonych kabli średniego napięcia łącznikiem próżniowym. Przedstawiono również podstawowe zjawiska towarzyszące procesom łączeniowym oraz metodykę modelowania łączników próżniowych. Podstawą analizy były symulacje komputerowe przeprowadzone w programieEMTP-ATP.

Aby odpowiednio dokładnie zamodelować procesy łączeniowe, należy rozważyć szereg zjawisk. Dlatego też zachowanie łącznika zostało opisane poprzez eksperymentalnie wyznaczone parametry. Opracowany model łącznika próżniowego uwzględnia:

  • zdolność przerywania prądu przed naturalnym przejściem przez zero,
  • wzrost wytrzymałości elektrycznej podczas rozchodzenia się styków,
  • zdolność przerywania prądu o wysokiej częstotliwości.

 

Czytaj też: Badania transformatora energetycznego w środowiskach symulacyjnych Matlab/Simulink oraz EMTP-ATP >>>

Parametry opisujące zachowanie łącznika próżniowego

Jak już wcześniej wspomniano, zdolność przerywania prądu przed naturalnym przejściem przez zero jest charakterystyczną własnością łącznika próżniowego. Powoduje to powstanie przepięć pojawiających się podczas przerywania prądów o charakterze indukcyjnym bądź pojemnościowym. Badania ukazują, że zdolność przerywania prądu przed naturalnym przejściem przez zero zależy od amplitudy prądu, chwili, w której rozpoczęło się rozchodzenie styków, ale również od materiału, z którego one są zrobione.

Zwykle przyjmuje się, że prąd jest przerywany, gdy osiąga wartość mniejszą od 5 A [8] i można go wyznaczyć z następującej zależności:

b analiza stanow przejsciowych wz1
(1)

gdzie:

ω – prędkość kątowa, w [rad/s],

I – amplituda prądu o częstotliwości sieciowej, w [A],

α, β, ρ – parametry zależne od materiału z którego wykonane są styki łącznika.

Znajomość wytrzymałości elektrycznej łącznika podczas rozchodzenia się styków jest kluczowa z punktu widzenia analiz ponownych zapłonów łuku pomiędzy stykami. Wytrzymałość ta wzrasta liniowo od momentu rozchodzenia się styków i jest opisana następującą zależnością:

b analiza stanow przejsciowych wz2
(2)

Natomiast dla sekwencji zamykania zależność wygląda następująco:

b analiza stanow przejsciowych wz3
(3)

gdzie:

Umax –wytrzymałość elektryczna łącznika przy pełnym otwarciu, w [V],

A – szybkość narastania/zmniejszania wytrzymałości elektrycznej, w [V/s],

to, tz– chwila rozpoczęcia otwierania/zamykania łącznika;

– stała wartość wytrzymałości elektrycznej łącznika, w [V].

Powstające prądy o wysokiej częstotliwości są wynikiem występowania ponownych zapłonów łuku pomiędzy stykami łącznika. Zdolność przerywania prądów o wysokiej częstotliwości dla typowych łączników próżniowych zawiera się w granicach kilkuset A/ms [6]. Maksymalną szybkość zmian prądu o wysokiej częstotliwości można określić następująco:

b analiza stanow przejsciowych wz4
(4)

gdzie:

C – szybkość narastania zmian prądu o wysokiej częstotliwości, w [A/s2],

to– chwila rozpoczęcia otwierania łącznika,

D – stała wartość szybkości zmian prądu, w [A/s].

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

[sieci elektroenergetyczne, stany przejściowe, linia kablowa SN, łącznik próżniowy SN, symulacja komputerowa]

Modelowanie łącznika próżniowego

W programie EMTP-ATP każdy łącznik, nie tylko próżniowy, może być zamodelowany w dwojaki sposób:

  • pierwszy sposób polega na przerywaniu obwodu za pomocą idealnego łącznika. Sygnał zamknij/otwórz jest generowany w bloku sterującym. Algorytm biorąc pod uwagę zjawiska opisane powyżej oraz sygnały dochodzące z obwodu generuje odpowiedni sygnał sterujący;
  • drugi sposób polega na zastosowaniu rezystora o sterowanej, zmiennej rezystancji.

 

W poprzednim przypadku sygnał sterujący miał wartość jeden bądź zero, natomiast teraz sygnał ten przyjmuje ciągłą wartość, która odpowiada rezystancji palącego się łuku miedzy stykami łącznika.

Porównanie obydwu wariantów ukazuje rys. 1.

b analiza stanow przejsciowych rys1
Rys. 1. Porównanie sposobów modelowania łącznika próżniowego: a) z wykorzystaniem idealnego łącznika, b) za pomocą sterowanego rezystora [7]

Blok sterujący jest najważniejszą częścią programu. Przy budowie modelu posłużono się elementami typu MODEL oraz TACS.

W elemencie typu MODEL zaimplementowano algorytm opisujący zachowanie łącznika. Program został napisany w języku FORTRAN. Natomiast elementem typu TACS jest sterowany rezystor oraz łącznik.

Czytaj też: Monitorowanie i diagnozowanie mechaniczne wyłączników próżniowych średniego napięcia - problemy i rozwiązania >>>

Przedstawiony na rys. 2. oraz rys. 3. algorytm ukazuje logiczne zasady pracy łącznika próżniowego. Punkt pracy łącznika jest uaktualniany z każdym krokiem symulacji w zależności od poprzedniej wartości napięcia i prądu w obwodzie. Algorytm wykonuje się zaczynając od punktu START, a kończąc na STOP, po drodze przechodząc przez kolejne operacje logiczne.

b analiza stanow przejsciowych rys2
Rys. 2. Algorytm sterowania modelem łącznika próżniowego podczas sekwencji otwierania [5]
b analiza stanow przejsciowych rys3
Rys. 3. Algorytm sterowania modelem łącznika próżniowego podczas sekwencji zamykania [5]

Na rys. 4. przedstawiono schemat obwodu do analiz procesów łączeniowych. Napięcie Uz oraz impedancja Zp reprezentują obwód zasilania. Elementy Rs, Ls, oraz Cs charakteryzują parametry przerwy międzystykowej łącznika. Natomiast Ru przedstawia uziemienie żyły powrotnej kabla.

Rys. 4. Model obwodu do analiz procesów łączeniowych wykonany w programie EMTP-ATP
Rys. 4. Model obwodu do analiz procesów łączeniowych wykonany w programie EMTP-ATP

Wyniki symulacji

Podczas badań posłużono się modelem kabla elektroenergetycznego XUHKXS 8,7/15 kV 150 mm2. Parametry kabla oraz sposób modelowania zaczerpnięto z [9]. Przyjęto również typowe wartości parametrów łącznika próżniowego pracującego w sieci SN [2,4]. Przeanalizowano zachowanie obwodu dla trzech długości kabla: l = 1 km, l = 0,1 km oraz l = 0,01 km.

Rys. 5. Przebiegi napięć podczas zamykania łącznika próżniowego: o, ◻ – wytrzymałość elektryczna łącznika; Δ – napięcie miedzy stykami łącznika
Rys. 5. Przebiegi napięć podczas zamykania łącznika próżniowego: o, ◻ – wytrzymałość elektryczna łącznika; Δ – napięcie miedzy stykami łącznika

Analizując wyniki symulacji (rys. 5.) można zauważyć, że podczas zamykania łącznika następuje liniowe zmniejszanie jego wytrzymałości elektrycznej, aż do osiągnięcia wartości równej zero. Opowiada to fizycznemu zetknięciu się styków łącznika. W tym samym czasie napięcie miedzy stykami łącznika również osiąga wartość zero.

Rys. 6a. Przebiegi napięć podczas zamykania łącznika próżniowego dla l = 1 km; o, ◻ – wytrzymałość elektryczna łącznika, Δ – napięcie miedzy stykami łącznika
Rys. 6a. Przebiegi napięć podczas zamykania łącznika próżniowego dla l = 1 km; o, ◻ – wytrzymałość elektryczna łącznika, Δ – napięcie miedzy stykami łącznika

Rys. 6b. Przebiegi napięć podczas zamykania łącznika próżniowego dla l = 0,1 km; o, ◻ – wytrzymałość elektryczna łącznika, Δ – napięcie miedzy stykami łącznika
Rys. 6c. Przebiegi napięć podczas zamykania łącznika próżniowego dla l = 0,01 km; o, ◻ – wytrzymałość elektryczna łącznika, Δ – napięcie miedzy stykami łącznika
Rys. 6c. Przebiegi napięć podczas zamykania łącznika próżniowego dla l = 0,01 km; o, ◻ – wytrzymałość elektryczna łącznika, Δ – napięcie miedzy stykami łącznika

Rys. 7. Prąd w linii o długości l = 0,1 km podczas zamykania łącznika

Na rys. 6a., rys. 6b. i rys. 6c. przedstawiono mechanizm przebicia wytrzymałości elektrycznej łącznika przez napięcie powrotne. Analizując przebiegi można wywnioskować, że przebicia są tym częstsze im krótsza długość linii.

Rys. 7. przedstawia prąd w linii o długości l = 0,1 km podczas zamykania łącznika. Aby dokładnie wytłumaczyć mechanizm zapłony łuku pomiędzy stykami, Rys. 7. należy łącznie analizować z rys. 6c.).

Prąd w obwodzie zaczyna płynąć już przed fizycznym zetknięciem się styków. W chwili gdy napięcie powrotne osiągnie wartość wytrzymałości elektrycznej łącznika, następuje zapłon łuku elektrycznego, co powoduje przepływ prądu w obwodzie. Ponowne przebicia wytrzymałości elektrycznej przez napięcie powrotne inicjują kolejne zapłony łuku. Dzieje się tak aż do fizycznego zetknięcia się styków.

Analizując rys. 8a., rys. 8b. i rys. 8c. można zauważyć, że wartość maksymalna prądu jest większa dla najdłuższego kabla. Większa reaktancja dłuższego kabla powoduje przepływ większego prądu jałowego, co w rezultacie zwiększa udar prądowy podczas jego załączania. Należy zauważyć również, że częstotliwość oscylacji jest odwrotnie proporcjonalna do długości linii.

Rys. 8a. Prąd ładowania linii dla l = 1 km
Rys. 8a. Prąd ładowania linii dla l = 1 km
Rys. 8b. Prąd ładowania linii dla różnych długości linii: l = 0,1 km
Rys. 8b. Prąd ładowania linii dla różnych długości linii: l = 0,1 km

Rys. 8c. Prąd ładowania linii dla różnych długości linii: l = 0,01 km
b analiza stanow przejsciowych wz5
(5)

Pojemnościowy charakter obwodu powoduje powstawanie znacznych udarów prądowych oraz przepięć (rys. 8a., rys. 8b. i rys. 8c. oraz rys. 9a., rys. 9b. i rys. 9c.).

Rys. 9a. Napięcie na końcu linii dla różnych długości linii: l = 1 km
Rys. 9a. Napięcie na końcu linii dla różnych długości linii: l = 1 km
Rys. 9b. Napięcie na końcu linii dla różnych długości linii: l = 0,1 km
Rys. 9b. Napięcie na końcu linii dla różnych długości linii: l = 0,1 km
Rys. 9c. Napięcie na końcu linii dla różnych długości linii: l = 0,01 km.
Rys. 9c. Napięcie na końcu linii dla różnych długości linii: l = 0,01 km.

Porównując przebiegi prądu można zauważyć, że wartość maksymalna prądu jest większa dla najdłuższego kabla. Większa reaktancja dłuższego kabla powoduje przepływ większego prądu jałowego, co w rezultacie zwiększa udar prądowy podczas jego załączania. Analizując napięcia na końcu linii zauważono znaczne przepięcia. Miarą przepięć występujących w sieci elektroenergetycznej jest współczynnik przepięć określony zależnością:

gdzie:

Upm– amplituda przepięć, w [kV],

Urm– amplituda największego napięcia roboczego odniesiona do ziemi, w [kV].

Dla rozważanych wariantów współczynnik przepięć przyjmuje następujące wartości:

  • dla = 1 km, kp= 2,02,
  • dla = 0,1 km, kp= 2,39,
  • dla = 0,01 km, kp= 1,95.

 

Wnioski

  • Przeprowadzono symulacje komputerowe stanów przejściowych podczas załączania nieobciążonych, krótkich linii kablowych SN. Załączanie linii kablowych SN generuje znaczne udary prądowe oraz przepięcia.
  • Wykazano, że duży wpływ na intensywność występowania ww. zjawisk ma długość linii kablowej.
  • Analizując przepięcia powstające na końcu linii można dojść do wniosku, że wartości występujących napięć zagrażają nie tylko izolacji samego kabla, ale również urządzeniom znajdującym się w pobliżu, które mogłyby się znaleźć pod napięciem wskutek przebicia izolacji kabla. Ponadto towarzyszące operacjom łączeniowym prądy o znacznych natężeniach mogą zakłócić działanie automatyki zabezpieczeniowej.
  • Zauważono również, że generowane prądy i napięcia charakteryzują się znacznie wyższą częstotliwością w porównaniu do częstotliwości sieciowej. Częstotliwość ta zależy zarówno od parametrów samego obwodu, jak i łącznika, co przedstawiono m.in. w [3].
  • Zastosowany model łącznika próżniowego oraz kabla elektroenergetycznego SN pozwala na uzyskanie zgodnych z wiedzą teoretyczną wyników.

 

W niniejszej pracy badano jedynie zjawiska zachodzące podczas załączania linii kablowych. Stosując zaprezentowany model można sprawdzić również zjawiska zachodzące podczas załączania m.in. transformatorów, silników czy baterii kondensatorów.

Literatura

1. R. Batura, Zjawiska łączeniowe w obwodach pojemnościowych o parametrach rozłożonych wyłączanych wyłącznikiem próżniowym, „Przegląd Elektrotechniczny”, nr 1, 2006, s. 21–24.

2. A. Borghetti, F. Napolitano, M. Nucci, M. Paolone, N. Sultan, N. Tripaldi, Transient Recovery Voltages in Vacuum Circuit Breakers Generated by the Interruption of Inrush Currents of Large Motors, International Conference on Power Systems Transients (IPST), 14–17.06.2011, Holandia.

3. J. Furgał, M. Ibragimow, Badania przepięć generowanych podczas łączenia transformatorów średnich napięć, „Przegląd Elektrotechniczny”, nr 5, 2007, s. 100–103.

4. J. Furgał., P. Pająk., Analiza przepięć podczas łączenia transformatorów wyłącznikami próżniowymi, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, nr 36, 2013, s. 57–60.

5. S. Ghafourian, Switching Transients in Large Offshore Wind Farms: System Components Modeling. Praca doktorska, Manchester 2013.

6. K. Rao., G. Gopal, Development and Application of Vacuum Circuit Breaker Model in Electromagnetic Transient Simulation, Power India Conference, 10–12.04.2006, New Delhi.

7. M. Szewczyk, T. Kuczek, P. Oramus, W. Piasecki, Modeling of repetitive ignitions in switching devices: case studies on Vacuum Circuit Breaker and GIS disconnector, Lecture Notes in Electrical Engineering, 2015, s. 241-250.

8. T. Wenzel, T. Leibfried, D. Retzmann, Dynamical simulation of Vacuum Switch with PSCAD, 2008.

9. J. Wiater, Komputerowe obliczenia w elektrotechnice, Dom Wydawniczy Medium, Warszawa 2012.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

[sieci elektroenergetyczne, stany przejściowe, linia kablowa SN, łącznik próżniowy SN, symulacja komputerowa]

Galeria zdjęć

Tytuł
przejdź do galerii

Powiązane

Badania transformatora energetycznego w środowiskach symulacyjnych Matlab/Simulink oraz EMTP-ATP

Badania transformatora energetycznego w środowiskach symulacyjnych Matlab/Simulink oraz EMTP-ATP

Transformator jest podstawowym elementem systemu elektroenergetycznego i służy do zmiany i regulacji wartości parametrów energii elektrycznej w obwodzie napięcia i prądu przemiennego przy niezmienionej...

Transformator jest podstawowym elementem systemu elektroenergetycznego i służy do zmiany i regulacji wartości parametrów energii elektrycznej w obwodzie napięcia i prądu przemiennego przy niezmienionej częstotliwości. Związane jest to z różnymi poziomami napięć w systemie elektroenergetycznym. Energia elektryczna generowana w elektrowniach wytwarzana jest przy napięciu, które nie przekracza 25 kV i prądzie przekraczającym tysiące amperów. Przesył energii elektrycznej o takich parametrach powodowałby...

Oddziaływanie zakłóceniowe i niebezpieczne linii kablowych 110 kV na kolejową infrastrukturę telekomunikacyjną

Oddziaływanie zakłóceniowe i niebezpieczne linii kablowych 110 kV na kolejową infrastrukturę telekomunikacyjną

Wprowadzenie pociągów dużych prędkości do polskiej sieci kolejowej spowodowało dynamiczny rozwój infrastruktury kolejowej. Istniejące linie kolejowe zaczęły podlegać gruntownej modernizacji, również w obszarze...

Wprowadzenie pociągów dużych prędkości do polskiej sieci kolejowej spowodowało dynamiczny rozwój infrastruktury kolejowej. Istniejące linie kolejowe zaczęły podlegać gruntownej modernizacji, również w obszarze infrastruktury elektroenergetycznej. Do zasilania nowo projektowanych podstacji trakcyjnych dość powszechnie zaczęto stosować linie wysokiego napięcia 110 kV, których trasa bardzo często przebiega równolegle do torów kolejowych – w zbliżeniu do kolejowych kabli telekomunikacyjnych i sterowniczych.

„Słupy hybrydowe” – nowe, polskie, odnawialne źródło energii z wiatru

„Słupy hybrydowe” – nowe, polskie, odnawialne źródło energii z wiatru

Wprowadzone w ostatnich latach przepisy dotyczące wykorzystania wiatru do uzyskania energii elektrycznej na lądzie sprawiły, że jedynie mikrogeneracja ma tam szansę rozwoju. W artykule przedstawiam propozycję...

Wprowadzone w ostatnich latach przepisy dotyczące wykorzystania wiatru do uzyskania energii elektrycznej na lądzie sprawiły, że jedynie mikrogeneracja ma tam szansę rozwoju. W artykule przedstawiam propozycję innowacyjnych, korzystnych zarówno dla inwestorów, jak i gospodarki narodowej słupów hybrydowych – połączenia słupa podtrzymującego przewody linii elektroenergetycznej z mikrogeneracyjną, bezśmigłową turbiną wiatrową i magazynem energii elektrycznej.

Komentarze

Copyright © 2004-2019 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.
Portal Budowlany - Elektro.info.pl

Ta witryna wykorzystuje pliki cookies do przechowywania informacji na Twoim komputerze. Pliki cookies stosujemy w celu świadczenia usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. W każdym momencie możesz dokonać zmiany ustawień przeglądarki dotyczących cookies. Nim Państwo zaczną korzystać z naszego serwisu prosimy o zapoznanie się z naszą polityką prywatności oraz Informacją o Cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności oraz Informacji o Cookies.

Administratorem Państwa danych osobowych jest Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp.K., nr KRS: 0000537655, z siedzibą w 04-112 Warszawa, ul. Karczewska 18, tel. +48 22 810-21-24, właściciel strony www.elektro.info.pl. Twoje Dane Osobowe będą chronione zgodnie z wytycznymi polityki prywatności www.elektro.info.pl oraz zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016r i z Ustawą o ochronie danych osobowych Dz.U. 2018 poz. 1000 z dnia 10 maja 2018r.