-
VYSOK UEN TECHNICK V BRN BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKANCH TECHNOLOGI STAV
ELEKTROENERGETIKY
FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT
OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING
VPOET CHARAKTERISTICKCH VELIIN PI ZEMNM SPOJEN V STI VN
CALCULATION OF CHARACTERISTIC VALUES OF THE EARTH FAULT IN MV
NETWORK.
BAKALSK PRCE BACHELORS THESIS
AUTOR PRCE ANTONN PSAOVIC AUTHOR
VEDOUC PRCE doc. Ing. PETR TOMAN, Ph.D. SUPERVISOR
BRNO 2010
-
Abstrakt
4
ABSTRAKT
V bakalsk prci se autor zabv problematikou zemnho spojen v sti
vysokho napt. V teoretick sti jsou uvedeny existujc poruchov stavy
vyskytujc se na venkovnch vedench. Stejnm bodem bakalsk prce je
analza poruchovho stavu zemn spojen v stch s neinn uzemnnm uzlem. V
praktick sti je nsledn potna celkov kapacita zadan st a dle zjitnch
vsledk navrena zhec tlumivka slouc ke snen zemnho proudu.
KLOV SLOVA: s vn; zemn spojen; st kompenzovan; zhec tlumivka
-
Abstract
5
ABSTRACT
In the bachelor thesis author deals with the earth fault in MV
network. In the theoretical part of thesis there are identified
existing faults occuring on power lines. The pivotal point of
thesis is the analysis of the earth fault in network with
ineffectively earthead node. In the parctical part author
calculates the total capacity of specific network and according to
the obtained results he proposes the suitable arc suppresion coil
to reduce the earth current.
KEY WORDS: MV network; earth fault; compensated network; arc
suppression coil
-
Obsah
6
OBSAH SEZNAM
OBRZK..................................................................................................................................7
SEZNAM TABULEK
..................................................................................................................................8
SEZNAM SYMBOL A
ZKRATEK.........................................................................................................9
1 VOD
.......................................................................................................................................................11
2 CL
PRCE.............................................................................................................................................12
3 PORUCHOV STAVY
..........................................................................................................................13
3.1 ZKRATY
............................................................................................................................................13
3.1.1 ZKRATY V ELEKTRIZAN SOUSTAV
.....................................................................................13
3.1.2 DRUHY ZKRAT
......................................................................................................................14
3.1.3 PRBH ZKRATOVHO
PROUDU..............................................................................................15
3.1.4 CHARAKTERISTICK HODNOTY ZKRATOVCH
PROUD.........................................................17
3.2 PEPT
............................................................................................................................................20
3.2.1 DRUHY PEPT
......................................................................................................................20
3.3 OSTATN PORUCHOV
STAVY..........................................................................................................22
4 ZEMN SPOJEN
...................................................................................................................................23
4.1 ST IZOLOVAN
..............................................................................................................................24
4.2 ST NEINN UZEMNN
.............................................................................................................26
4.2.1 ST KOMPENZOVAN
.............................................................................................................26
4.3 ST UZEMNN PES REZISTANCI
.................................................................................................30
4.4 PORUCHY S PECHODOVM ODPOREM
..........................................................................................30
5 VPOET ZEMNHO
SPOJEN.........................................................................................................32
5.1 POPIS
ST.........................................................................................................................................32
5.2 VPOET PARAMETR ST
............................................................................................................34
5.2.1 VEDEN VN 98
........................................................................................................................34
5.2.2 VEDEN VN 132
......................................................................................................................36
5.2.3 CELKOV KAPACITY JEDNOTLIVCH SEK VEDEN
.............................................................37
5.3 UREN PARAMETR ZHEC TLUMIVKY
.....................................................................................37
5.3.1 INDUKNOST ZHEC TLUMIVKY
..........................................................................................37
5.3.2 VKON ZHEC TLUMIVKY
...................................................................................................37
5.3.3 PROUD ZHEC
TLUMIVKOU..................................................................................................38
5.3.4 VYPOTAN PARAMETRY ZHEC TLUMIVKY
.....................................................................38
5.3.5 NVRH ZHEC TLUMIVKY
...................................................................................................38
6
ZVR.....................................................................................................................................................39
POUIT LITERATURA
........................................................................................................................40
PLOHA A SCHMA EEN ST
..............................................................................................41
PLOHA B PARAMETRY ZHECCH TLUMIVEK SPOLENOSTI EGE
..........................42
-
Seznam obrzk
7
SEZNAM OBRZK
Obr.3.1 Druhy zkrat
.....................................................................................................................15
Obr.3.2 Prbh soumrnho zkratovho proudu
...........................................................................16
Obr.3.3 Prbh nesoumrnho zkratovho proudu s maximln vyvinutou
stejnosmrnou slokou
....................................................................................................................................17
Obr.3.5 Trval
pept....................................................................................................................20
Obr.3.6 Doasn pept
................................................................................................................20
Obr.3.7 Pechodn pept s dlouhm elem
................................................................................21
Obr.3.8 Pechodn pept s krtkm elem
..................................................................................21
Obr.3.9 Pechodn pept s velmi krtkm elem
........................................................................21
Obr.4.1 Izolovan
s.....................................................................................................................25
Obr.4.2 Rozloen proud v izolovan sti pi zemnm spojen
.....................................................26 Obr.4.3
Konpenzovan
s.............................................................................................................28
Obr.4.4 Rozloen proud v kompenzovan sti pi zemnm
spojen..............................................28 Obr.4.5 S
uzemnn pes
rezistanci............................................................................................30
Obr.4.6 Fzorov znzornn poruchovho proudu pi zmn pechodnho odporu
...................31
-
Seznam tabulek
8
SEZNAM TABULEK
Tab.4.1 Principiln een st jednotlivch napovch rovn
..................................................23 Tab.4.2
Parametry vybranch zhecch tlumivek
........................................................................27
Tab.5.1 Parametry veden VN 98
...................................................................................................32
Tab.5.2 Parametry odboek z veden VN 98
..................................................................................32
Tab.5.3 Parametry odboky Vladislav
...........................................................................................32
Tab.5.4 Parametry odboek z odboky Vladislav
..........................................................................33
Tab.5.5 Parametry veden VN 132
.................................................................................................33
Tab.5.6 Parametry odboek z veden VN 132
................................................................................33
Tab.5.7 Parametry kabel a venkovnch veden vztaen na kilometr
dlky veden......................34 Tab.5.8 Skuten parametry veden
VN 98
....................................................................................34
Tab.5.9 Skuten parametry odboek z veden VN 98
...................................................................35
Tab.5.10 Skuten parametry odboky Vladislav
..........................................................................35
Tab.5.11 Skuten parametry odboek z odboky
Vladislav..........................................................35
Tab.5.12 Skuten parametry veden VN 132
................................................................................36
Tab.5.13 Skuten parametry odboek z veden VN 132
...............................................................36
Tab.5.14 Skuten parametry seku veden 600/95 k zemnmu
spojen.........................................36 Tab.5.15 Vypotan
kapacity zadanho veden
............................................................................37
Tab.5.16 Vypotan parametry zhec
tlumivky..........................................................................38
Tab.5.17 Parametry vybran zhec tlumivky typu ASR
1.6.........................................................38
Tab.B.1 Zhec tlumivky pro trval
provoz...................................................................................42
-
Seznam symbol a zkratek
9
SEZNAM SYMBOL A ZKRATEK
c Napov souinitel (-) C0 Kapacita (F)
Ik Poten rzov zkratov proud (A) Ik Poten efektivn hodnota
tranzitnho zkratovho proudu (A)
Iavyp Stejnosmrn sloka vypnacho zkratovho proudu (A) IC Kapacitn
proud tekouc mstem zemnho spojen (A) Ik Ustlen zkratov proudu (A)
ik Zkratov proud (A) Ike Ekvivalentn oteplovac zkratov proud (A)
Ikm Nrazov zkratov proud (A) IL Proud tekouc zhec tlumivkou (A)
IP Poruchov proud pi zemnm spojen (A) Ivyp Vypnac zkratov proud
(A) Ivyp,ns Nesymetrick vypnac zkratov proud (A) K Souinitel
nrazovho zkratovho proudu (-)
k1 Souinitel pro rzn druhy zkrat (-)
ke Oteplovac koeficient (-)
L Induknost (H)
Q Mnostv tepla (J)
QL Vkon tlumivky (VAr) R Rezistance ()
tk Doba trvn zkratu (s)
UN Jmenovit napt (V)
US Sdruen napt (V)
Uv Sdruen vztan napt (V)
-
Seznam symbol a zkratek
10
XL Indukce cvky ()
Zk Celkov vypotan impedance ()
hlov rychlost (rads-1)
-
vod
11
1 VOD
V elektrizanch stch se mohou vyskytovat nebezpen poruchov stavy,
kter ohrouj sprvn chod jednotlivch prvk a nsledn provoz cel
soustavy. Poruchy vznikaj nahodile v jednotlivch prvcch elektrizan
soustavy. Mezi poruchov stavy pat zkrat, pept, zemn spojen a dal
mon poruchy. Zemn spojen je takov porucha, kter se me na sti
krtkodob provozovat. U zemnho spojen se jedn o spojen jedn fze se
zem. Zemn spojen se me vyskytovat v soustav s izolovanm uzlem nebo
v soustav s kompenzovanmi zemnmi proudy. V soustav s neinn uzemnnm
uzlem se uzel transformtoru spojuje se zem pes zhec tlumivku tzv.
Petersenovu cvku, kter slou k vykompenzovn zemnho proudu a mstem
poruchy netee dn proud. Zkratov proudy ovlivuj parametry rozvodn
soustavy, proto je nutn znt nejen jejich velikost, ale tak asov
prbh zkratovch proud.
Proto se v elektrizan soustav pouvaj ochrany, kter maj za kol
rozliit, o kterou poruchu se jedn a nsledn ji rychle odstranit.
Ochrany mus rozliit, o jakou poruchu jde nap. zkrat, zemn spojen,
pept anebo jestli se jedn o normln ppustn stav. Pi zjitn poruchovho
stavu v elektrizan sti mus ochrany zajistit jej odstrann a to jejm
vypnutm nebo snenm zaten. Tyto ochrany mus splovat urit vlastnosti,
jako jsou selektivita, rychlost psoben, citlivost a
spolehlivost.
-
Cl prce
12
2 CL PRCE
Clem tto prce je podrobn analza monch poruchovch stav
elektrickch veden. V prvn sti jsou rozebrny zkraty, pept a ostatn
poruchov stavy vyskytujc se na venkovnch vedench. Ve druh sti je
popsno zemn spojen. U toho poruchovho stavu se e mon spojen st pi
vzniku zemnho spojen. V praktick sti je navrena zhec tlumivka dle
vypotench parametr.
-
Poruchov stavy
13
3 PORUCHOV STAVY
V elektrizan soustav se mohou vyskytnout poruchov stavy, kter
ohrouj provoz jednotlivch prvk i cel soustavy. Poruchovmi stavy
podle [1] rozumme:
Zkrat
Peten
Nadpt
Podpt
Nesoumrnost proud a napt
Zemn spojen
3.1 Zkraty
Zkratem rozumme vodiv spojen fz, nebo jedn fze se zem, piem se
jedn o poruchu a mus dojt k odpojen [2]. Zkrat me mt za nsledek
tepeln a mechanick pokozen vodi. Dle me dojt ke snen innho zaten v
dsledku zkratu, to vede ke ztrt stability synchronnch genertor,
asynchronnmu chodu elektrizan soustavy a k jejmu ppadnmu rozpadu
[3].
3.1.1 Zkraty v elektrizan soustav
Zkratem v elektrizan soustav rozumme elektromagnetick pechodn
dj, kter je asov omezen okamikem nhlho zmenen impedance mezi
krajnmi vodii ppadn stednm vodiem nebo zem v nkter sti elektrizan
soustavy (v mst poruchy) a okamikem odpojen zdroj v mst
poruchy.
-
Poruchov stavy
14
Pinou chybnho vodivho spojen mezi krajnmi vodii, stednm vodiem
nebo zem me bt:
Chybn manipulace
Mechanick pokozen izolace, nap. peten vodie venkovnho veden,
pokozen vodie pi zemnch prac apod.
Pirozen znehodnocen izolace
Pokozen izolace v dsledku zvenho elektrickho namhn pi deru
blesku nebo spnacch pochodech
Podle pechodovho odporu v mst poruchy mezi krajnmi vodii, stednm
vodiem nebo zem rozeznvme zkraty:
Dokonal (kovov) se zanedbatelnm pechodovm odporem (dokonal styk
kovovch vodi)
Nedokonal s hocm obloukem nebo jinak nedokonalm stykem vodi,
kter ohrouj msto poruchy
Dokonal zkraty zpsobuj nejvt tepeln a silov namhn prvk
elektrizan soustavy a jsou rozhodujc pro jejich dimenzovn [4].
3.1.2 Druhy zkrat
Podle zpsobu ztovn tfzovch zdroj pi zkratech podle [4]
rozeznvme:
Zkraty soumrn:
- tfzov
- tfzov zemn
Zkraty nesoumrn:
- dvoufzov
- dvoufzov zemn
- jednofzov
-
Poruchov stavy
15
Obr.3.1 Druhy zkrat
a) tfzov soumrn zkrat, b) tfzov soumrn zemn zkrat, c)dvoufzov
nesoumrn zkrat, d)dvoufzov nesoumrn zemn zkrat, e) jednofzov
nesoumrn zemn zkrat [4]
3.1.3 Prbh zkratovho proudu
Nhl zmna impedance na svorkch zdroj pi zkratov porue m za
nsledek pechodn dj ve vech prvcch elektrizan soustavy. Velkm
zkratovm proudem se poru rovnovha mezi polem magnetickm a
elektrickm v prostoru elektrizan soustavy a do novho stavu pechz
soustava pomoc pechodnch sloek proudu a napt s vlastn periodou
pslunch obvod. Stanoven asovho prbhu proudu a napt pi zkratu se
obvykle zanedbvaj pn admitance prvk elektrizan soustavy vetn
odbr.
Energie v ostatnch pasivnch prvcch elektrizan soustavy se zvtuje
v dsledku zvtujcho se proudu. Kdyby nedolo k peruen zkratovho
proudu, trval by pechodn dj a do zniku pechodnch sloek a vzniku
novho rovnovnho stavu se stejnou celkovou hodnotou energie
magnetickho pole v prvcch nhradnho obvodu avak s rozloenm, kter
odpovd ustlenmu zkratovmu proudu.
-
Poruchov stavy
16
Za zjednoduench pedpoklad (stl buzen, prvky elektrizan soustavy
nahrazeny pouze podlnou impedanc induktivnho charakteru) je okamit
hodnota zkratovho proudu neharmonickou funkc asu se temi pechodnmi
slokami, kter exponenciln zanikaj [4].
Obr.3.2 Prbh soumrnho zkratovho proudu [4] Kde: kI ..poten rzov
zkratov proud kI ..poten efektivn hodnota tranzitnho zkratovho
proudu
kI ..efektivn hodnota ustlenho zkratovho proudu
Rzov, tranzitn a ustlen zkratov proud jsou zvisl na pslunch
impedancch synchronnch stroj, jejich vnitnm naptm a na impedanci
vnjho zkratovho obvodu. Jsou tedy zvisl na buzen synchronnch stroj
a jejich zaten ped zkratovou poruchou [4].
-
Poruchov stavy
17
Obr.3.3 Prbh nesoumrnho zkratovho proudu s maximln vyvinutou
stejnosmrnou slokou [4]
Kde: kI ..poten rzov zkratov proud kI ..poten efektivn hodnota
tranzitnho zkratovho proudu
kI ..efektivn hodnota ustlenho zkratovho proudu
3.1.4 Charakteristick hodnoty zkratovch proud
Pro dimenzovn elektrickch zazen a nastaven ochran nen zapoteb
znt cel asov prbh zkratovho proudu ik(t), ale jen charakteristick
hodnoty zkratovho proudu:
1. poten rzov zkratov proud kI
2. nrazov zkratov proud kmI
3. vypnac zkratov proud vypI a jeho stejnosmrnou sloku avypI
4. ekvivalentn oteplovac proud keI
5. ustlen zkratov proud kI
6. dobu trvn zkratu kt
-
Poruchov stavy
18
1. Poten rzov zkratov proud kI je efektivn hodnota stdavho
zkratovho proudu v okamiku vzniku zkratu:
k
vk Z
UckI31
= (kA; -, -, kV, ), (3.1)
kde: k1 souinitel uveden pro rzn druhy zkrat (pro tfzov zkrat
k1=1) Uv sdruen vztan napt
Zk. celkov vypotan impedance
cnapov souinitel zahrnujc odhad vnitnho napt zdroj za jejich
subtranzitn reaktanc v okamiku vzniku zkratu.
2. Nrazov zkratov proud kmI je nejvt vrcholov hodnota zkratovho
proudu, kter nastv pi prvnm maximum v ase t=0,01s po vzniku zkratu.
Nrazov zkratov proud se pouv pro kontrolu silovch ink zkratovch
proud, protoe silov inky jsou nejvt prv v okamiku, kdy doshne
zkratov proud sv prvn amplitudy.
kkm IKI = 2 ( kA; -, kA), (3.2)
kde: K.souinitel nrazovho zkratovho proudu udvan normou 3.
Symetrick vypnac zkratov proud vypI je definovn jako efektivn
hodnota stdavho
zkratovho proudu v okamiku vypnut zkratu tk.
( ) ( ) kt
kk
t
kkvyp IeIIeIII kk
d
k
++=
(kA; kA, kA, s, s) (3.3)
Podle normy pro zkraty elektricky vzdlen od synchronnho stroje
je mon uvaovat soumrn vypnac zkratov proud rovn potenmu rzovmu
zkratovmu proudu.
kvyp II = (kA; kA) (3.4)
4. Stejnosmrn sloka vypnacho zkratovho proudu avypI je stedn
hodnota horn a doln obalov kivky prbhu zkratovho proudu v ase
vypnut zkratu tk.
-
Poruchov stavy
19
s
kt
kavyp eII
= 2 (kA; kA, s, s) (3.5)
Ze soumrnho vypnacho zkratovho proudu vypI a jeho stejnosmrn
sloky avypI lze vypotat nesymetrick vypnac zkratov proud:
22, avypvypnsvyp III += (kA; kA, kA) (3.6)
5. Ekvivalentn oteplovac proud keI je efektivn hodnota fiktivnho
proudu harmonickho prbhu, kter za dobu trvn zkratu tk vyvine pi
prchodu rezistanc R stejn mnostv tepla Q jako asov promnn zkratov
proud s nejvt monou stejnosmrnou slokou.
( ) ==kt
kkek tIRdttiRQ0
22 (3.7)
Z rovnice (3.7) vyjdme Ike:
( )=kt
kk
ke dttitI
0
21 (kA; kA, s) (3.8)
Ekvivalentn oteplovac proud se pouv pi kontrole tepelnch ink
zkratovho proudu. Pi praktickch vpotech se stanov z potenho rzovho
zkratovho proudu kI pomoc koeficientu ke, kter je dn normou pro rzn
msta zkratu a rzn doby jeho trvn.
keke IkI = (kA; -, kA) (3.9)
6. Ustlen zkratov proud Ik je efektivn hodnota soumrnho
zkratovho proudu, kter protk obvodem po odeznn pechodnch jev
[4].
-
Poruchov stavy
20
3.2 Pept
Pept v trojfzovch stdavch soustavch je jakkoliv napt mezi fzemi
nebo mezi fzemi a zem, kter svou velikost pekrauje amplitudu
jmenovitho napt. Pept se mohou liit svou velikost, asovm prbhem,
pinou svho vzniku a frekvenc vskytu.
3.2.1 Druhy pept
Norma dl pept podle asovho prbhu do nsledujcch skupin: 1. Trval
pept stdav pept sov frekvence a konstantn efektivn hodnoty.
Obr.3.4 Trval pept [5]
2. Doasn pept stdav pept sov frekvence a doby trvn od 0,03s do
3600s.
Obr.3.5 Doasn pept [5]
-
Poruchov stavy
21
3. Pechodn pept pept trvajc nkolik milisekund nebo mn, kter m
tlumen oscilan nebo impulsn prbh.
Obr.3.6 Pechodn pept s dlouhm elem [5]
Obr.3.7 Pechodn pept s krtkm elem [5]
Obr.3.8 Pechodn pept s velmi krtkm elem [5] 4. Kombinovan pept
pept vznikne souasnm vskytem dvou druh pept.
-
Poruchov stavy
22
Pept je mon dlit podle piny jejich vzniku, kter me bt uvnit
elektrizan soustavy (ES) - vnitn pept (provozn), nebo vn ES vnj
pept (atmosfrick) [5].
3.3 Ostatn poruchov stavy
1. Nesoumrnost proud a napt sniuje kvalitu dodvky elektrick
energie a je nebezpen zejmna pro elektrick toiv stroje, kdy me zptn
sloka proudu zpsobit pehvn rotorovho vinut.
2. Asynchronn chod nastv pi ztrt synchronismu genertoru. Je
nebezpen zejmna pro synchronn stroje a turbny a m za nsledek tak
petovn veden a transformtor.
3. Snen i zven frekvence je nebezpen zejmna v propojench
elektrizanch soustavch.
4. Zptn tok vkonu me nastat pi paralelnm provozu st rznch napt
nap. st 110kV se st 22kV, kdy st vkonu tee st 22kV a je zpt vracena
do st 110kV. Me to vst k peten veden 22kV a tud k nekontrolovatelnm
tokm vkon [3].
-
Zemn spojen
23
4 ZEMN SPOJEN
Zemn spojen se me vyskytnout v soustav s izolovanm uzlem nebo v
stch s neinn uzemnnm uzlem. St neinn uzemnn jsou takov, v nich jsou
nulov body transformtoru uzemnny pes velkou impedanci. St inn
uzemnn maj vechny nulov body transformtoru spojeny pmo se zem.
Zpsob spojen uzlu vinut transformtoru se zem je jednm z dleitch
ukazatel. Zpsob spojen uzlu m vliv na chovn st bhem vodivho spojen
jedn fze se zem a to pedevm na velikost poruchovho proudu a
velikost napt mezi fzovm vodiem a zem [6].
Tab.4.1 Principiln een st jednotlivch napovch rovn [6]
Odlinost jednotlivch zpsob provozu soustav se projevuje pedevm
rznmi pomry pi stavech, kdy dochz k poruen symetrie st proti zemi.
V izolovan nebo nepmo uzemnn soustav se me 1plov porucha projevit
jako zemn spojen, u st uzemnnch pmo nebo nepmo pes rezistor jako
1fzov zkrat [7]. Velikost rezistoru odpovd nejastji velikosti
zkratovho proudu pi zemnm zkratu 1000A nebo 600A a tato porucha je
vypnna nadproudovou ochranou. V stch inn uzemnnch se v R nulov body
transformtoru uzemuj pmo se zem. V takto provozovan sti zstv napt
uzlu vinut transformtoru vi zemi tm nulov a napt zdravch fz zstv vi
zemi na fzov hodnot. V esk republice provozujeme inn uzemnn st VVN
(110, 220, 400kV) a pevnou vtinu NN st 400V.
-
Zemn spojen
24
Posuzovn velikosti proudu vede k rozhodovn o zpsobu dimenzovn a
chrnn v soustav. Velikost napt mezi vodiem a zem klade nrok na
izolaci. Pi soumrnm chodu st netee zemn proud. Napt mezi fzemi je
sdruen, mezi fzi a uzlem je napt fzov [6].
Ke zjitn vzniku zemnho spojen meme vyut tchto jev, ktermi je
doprovzeno: 1. Vrazn pokles fzovho napt postien fze, ppadn a na
nulu. 2. Zven fzovch napt ve zdravch nepostiench fzch piblin na
velikost
sdruenho napt.
3. Vznik nulov sloky napt tj. napt mezi uzlem transformtoru a
zem, kter me doshnout a fzov hodnoty napt v bezporuchovm stavu.
4. Vznik nulov sloky proudu, co je tetina poruchovho proudu
tekouc mstem zemnho spojen [3].
4.1 St izolovan
Uzel vinut transformtoru nen na uvaovan stran spojen se zem. Pi
spojen jedn fze se zem vzroste napt uzlu vinut transformtoru vi
zemi na napt fzov, napt zdravch fz vzroste vi zemi na napt sdruen.
V bezporuchovm stavu zvis napt uzlu st na nesymetrii st a v porovnn
s fzovm naptm je relativn mal.
Velkou vhodou je, e pi poruchovm spojen jedn fze se zem lze s
nadle provozovat. Vzhledem k tomu, e v tomto poruchovm stavu m napt
na zdravch fzch hodnotu sdruenou, mus se izolace tto st dimenzovat
na sdruen napt. Dal nevhodou provozu v tomto poruchovm chodu je, e
mstem spojen se zem tee proud kapacitnho charakteru, jeho velikost
je dna kapacitami zdravch fz cel st vi zemi a innmu odporu obvodu,
kterm se proud uzavr. Ten pro zjednoduen een asto zanedbvme a pak
uvaujeme proud ist kapacitn. Pokud tento zemn proud nepesahuje 10A
a spojen se zem nen peruovan, nevznikaj vtinou velk problmy.
Pi vzniku zemnho spojen (zvlt je-li peruovan) vznikaj znan pept
na zdravch fzch, kter mohou zpsobit dvojit zemn spojen (dvoufzov
zkrat) a veden mus bt odpojeno.
-
Zemn spojen
25
Jako izolovan jsou tedy provedeny pouze st VN (od 6 do 35kV)
malho rozsahu, kde kapacitn proud st nepekro hodnotu 20A [6]. Mstem
poruchy protk celkov kapacitn proud soustavy. Protoe poruchov proud
m kapacitn charakter je jeho zhen velice obtn a provzen znovuzpaly.
Takto vznikl pechodn dje vyvolaj v sti pept. Z tchto dvod je pouvn
izolovanho uzlu omezeno na mal st. V normch pro provoz VN st se
pipout
mezn rozsah kapacitnho proudu 20A, od hodnoty 10A se ji
doporuuje kompenzace zemnch proud [7].
U zemnho spojen v stch s izolovanm uzlem teou obvodem podstatn
men proudy ne pi zkratu a veden se zpravidla samoinn nevypn, ale
pouze signalizuje zemn spojen. Proud jdouc mstem zemnho spojen zvis
na velikosti kapacity proti zemi.
Zhasnut oblouku je zvisl na velikosti proudu, kter vytvo zemn
spojen. V opanm ppad hoc oblouk pokozuje vodie a ostatn zazen, pi
peruovanm zhen a zapalovn oblouku zpsobuje pept a takto mohou
vznikat vcensobn poruchy [2].
Obr.4.1 Izolovan s [6]
-
Zemn spojen
26
Obr.4.2 Rozloen proud v izolovan sti pi zemnm spojen [6]
4.2 St neinn uzemnn
St neinn uzemnn jsou takov, v nich jsou nulov body transformtoru
uzemnny pes velkou impedanci [6]. Pn nulov reaktance veden je tm
ist kapacitnho charakteru, tud zaazenm paraleln a stejn velk
reaktance induktivnho charakteru lze teoreticky doshnout rezonance
napt v nulov soustav a pi zemnm spojen by mstem poruchy netekl dn
proud [2].
4.2.1 St kompenzovan
Kompenzaci kapacitnch zemnch proud v stch vysokho napt je nutn
provdt tak, aby mstem nhodnho zemnho spojen protkal pouze tzv.
zbytkov proud a tm se doshlo samoinnho zhen oblouku v mst poruchy.
Dle je nutn redukovat hodnotu krokovho napt v okol poruchy a umonit
provoz veden s poruchou pi zemnm spojen (provoz je omezen dovolenm
oteplenm zhec tlumivky) [7].
-
Zemn spojen
27
Pro snen zemnho proudu se do nulovho bodu transformtoru pipojuje
tzv. zhec tlumivka (Petersenova cvka). Vlivem fzovho napt mezi
nulovm bodem transformtoru a zem je tlumivka zdrojem proudu
induktivnho charakteru IL. Opt se pro zjednoduen een uvauje proud
ist induktivn. Pokud je tento proud stejn velik jako kapacitn proud
tekouc mstem zemnho spojen IC, dojde k vykompenzovn zemnho proudu a
mstem poruchy netee dn proud IP=0.
Zhec tlumivka mus bt regulovna tak, aby se induktivn proud mohl
mnit podle velikosti zemnho proudu, kter je v dan sti dn celkovou
dlkou galvanicky spojenho veden st. Tato dlka se mn bu vypnnm, nebo
zapnnm jednotlivch veden anebo roziovnm st. Pi uvaovn inn sloky
proudu zemnho spojen a obvodu tlumivky tee mstem spojen tzv.
zbytkov proud. Ve uveden skutenosti jsou uvaovny pro zkladn
harmonickou proudu, avak mstem zemnho spojen mohou tci i proudy
vych harmonickch [6].
Zhec tlumivka se uruje z velikosti zemnho proudu, fzovho napt a
jmenovitho vkonu. Zhec tlumivky se dimenzuj na 2 hodinov nebo trval
chod a provd se vdy s velkm regulanm rozsahem. U venkovnch st 22kV
se nedoporuuje ponechvat st del ne 600 700km v jednom galvanickm
celku. Pi vtch dlkch je teba tyto st rozdlit a zcela oddlen napjet
transformtory se samostatnmi zhecmi tlumivkami [2].
Regul. rozsah [A] pi vkonu [kVAr]
Napt st [kV] Napt tlumivky [kV] 50 200 800 6 3,64 1,4 14 5,5 55
22 220 10 6,06 0,8 8 3,3 33 13 132 22 13,3 6 60 35 21,2 4 38
Tab.4.2 Parametry vybranch zhecch tlumivek [2]
Pi vzniku zemnho spojen je nutno najt postien vvod. Vyhledn
tohoto postienho vvodu postupnm vypnnm ruiv psob na odbratele. een
je v samoinnm pepnn odporu do pomocnho obvodu zhec tlumivky, m se
zvt inn sloka zbytkovho proudu o 20 a 30%, co zlep funkci zemnch
rel, take mohou signalizovat postien veden [2].
Kompenzace kapacitn sloky zemnho proudu m jet dal ekonomick
dosah a to dky nim nkladm na uzemnn. Toto me bt dimenzovno pouze na
zbytkov proud a je tedy
-
Zemn spojen
28
levnj, ani by vzniklo nebezpen dotykov napt. V esk republice
provdme kompenzovn i kabelovch st menho rozsahu. Vyuit
kompenzovanch st je opt dno velikost jejich kapacitnho proudu. Horn
mez je 100A u venkovnch veden, 300A u smench a 450A u veden
kabelovch. V zsad se kompenzovan s pi spojen jedn fze se zem chov
jako s izolovan, ale kapacitn poruchov proud je kompenzovn a mstem
poruchy a tedy i postienou fz protk jen velmi mal zbytkov proud, co
pin tak problematick zjiovn msta zemnho spojen [6].
Obr.4.3 Konpenzovan s [6]
Obr.4.4 Rozloen proud v kompenzovan sti pi zemnm spojen [6]
-
Zemn spojen
29
Mstem poruchy tedy nepotee dn proud jestlie [2]:
03 0 ==+= CUjLUjIII NNCLP (A; kV, rads
-1, H, kV, rads-1, F) (4.1)
031 CL
= (rads-1, H, rads-1, F) (4.2)
Induknost a vkon tlumivky se ur ze vztahu [2]:
0231
CL
=
(H; rads-1.F) (4.3)
LUQ SL
=
3
2
(kVAr; kV, rads-1, H) (4.4)
Zhec tlumivka se uruje z velikosti zemnho proudu, fzovho napt a
jmenovitho vkonu, kter je dn [2]:
031
CLX L
==
(; rads-1, H, rads-1, F) (4.5)
033CU
XU
XUI S
L
S
L
NL =
== (A; kV, rads-1, F ) (4.6)
02
2
33CU
LUIUQ SSLSL =
==
(kVAr; kV, rads-1, F) (4.7)
-
Zemn spojen
30
4.3 St uzemnn pes rezistanci
V stch uzemnnch pes rezistor se jedn o 1fzov zkrat [7]. Uzel
transformtoru je spojen se zem pes rezistor, kter m omezovat
poruchov kapacitn proud pi spojen jedn fze se zem. Pouv se pedevm u
kabelovch st velkho rozsahu, kde tyto proudy mohou dosahovat velkch
hodnot. Vhodou je omezen pept, nevhodou je vak nutnost vypnut veden
[6].
Obr.4.5 S uzemnn pes rezistanci [6]
4.4 Poruchy s pechodovm odporem
Pevn vtina 1plovch poruch m charakter odporovho zemnho spojen s
asovou zmnou odporu poruchy, jedn se o obloukov zemn spojn.
Velikost hodnoty odporu poruchy m vliv na charakter pechodnch dj
analyzovanch veliin. Jde pedevm o pept, strmost napt a rzovou sloku
proudu mstem zemnho spojen [7].
-
Zemn spojen
31
Obr.4.6 Fzorov znzornn poruchovho proudu pi zmn pechodnho odporu
[7]
Z hlediska praxe dochz k nejastjmu vskytu vysoko-ohmovch zemnch
spojen s asovou zmnou rezistance msta poruchy, dochz tedy ke vzniku
tzv. obloukovch zemnch poruch. V ppad vysoko-ohmickho zemnho spojen
je nutn pro vpoet napovch pomr v mst nesymetrie respektovat odpor
poruchy. Pi zmn odporu poruchy od minimlnch hodnot odpovdajc
kovovmu zemnmu spojen po hodnotu meznho odporu poruchy odpovdajc
rovnovnmu stavu soustavy dochz k tzv. vysunut fzoru napt v uzlu
systmu. Souasn dochz k omezen velikosti poruchovho proudu, kter
protk mstem poruchy a k postupnmu zvyovn amplitudy fzoru napt fze s
poruchou. Zven odporu poruchy m pzniv vliv na omezen uvedenho pept
[7].
-
Vpoet zemnho spojen
32
5 VPOET ZEMNHO SPOJEN
kolem prce je urit celkovou kapacitu zadan st a nsledn navrhnout
zhec tlumivku pro kompenzaci proudu zemnho spojen zadan sti st
22kV. een s se skld z veden VN 132, veden VN 98 a odboky Vladislav
a je uvedena v ploze A.
5.1 Popis st
V tto sti jsou popsny parametry st, kterou tvo veden VN98,
odboka Vladislav a veden VN 132. V nsledujcch tabulkch je popsan
pouit typ venkovnho veden (kabelu), jeho pslun dlka a parametry
veden vztaen na kilometr dlky veden.
Dlka [m] Typ 140 Kabel AXEKCEY 240mm2
3850 Venkovn veden 95 mm2
4650 Venkovn veden 95 mm2
300 Venkovn veden 185 mm2
1500 Venkovn veden 95 mm2
Tab.5.1 Parametry veden VN 98
Dlka [m] Typ 70 Venkovn veden 70 mm2
530 Venkovn veden 50 mm2
340 Venkovn veden 42 mm2
1490 Venkovn veden 35 mm2
Tab.5.2 Parametry odboek z veden VN 98
Dlka [m] Typ 2500 Venkovn veden 95 mm2
6150 Venkovn veden 95 mm2
Tab.5.3 Parametry odboky Vladislav
-
Vpoet zemnho spojen
33
Dlka [m] Typ 460 Kabel ANKTOYPV 120 mm2
5650 Venkovn veden 50 mm2
13620 Venkovn veden 42 mm2
1598 Venkovn veden 35 mm2
Tab.5.4 Parametry odboek z odboky Vladislav
Dlka [m] Typ 155 Kabel AXEKCEY 240mm2
740 Venkovn veden 95 mm2
1965 Venkovn veden 95 mm2
930 Venkovn veden 95 mm2
3450 Venkovn veden 70 mm2
5550 Venkovn veden 70 mm2
Tab.5.5 Parametry veden VN 132
Dlka [m] Typ 2540 Venkovn veden 70 mm2
13330 Venkovn veden 50 mm2
9016 Venkovn veden 42 mm2
4050 Venkovn veden 35 mm2
Tab.5.6 Parametry odboek z veden VN 132
-
Vpoet zemnho spojen
34
Typ Rk [] Xk [] Xck [k] Kabel AXEKCEY 240mm2 0,125 0,113
10,59
Kabel ANKTOYPV 120 mm2 0,299 0,097 13,66
Venkovn veden 185 mm2 0,180 0,335 295,9
Venkovn veden 95 mm2 0,369 0,351 314,9
Venkovn veden 70 mm2 0,501 0,374 323,6
Venkovn veden 50 mm2 0,69 0,384 333,2
Venkovn veden 42 mm2 0,75 0,392 338,2
Venkovn veden 35 mm2 0,97 0,401 343,4
Tab.5.7 Parametry kabel a venkovnch veden vztaen na kilometr
dlky veden
5.2 Vpoet parametr st
V tto sti budou vypotny skuten podln a pn parametry jednotlivch
sek st. Hlavnm kolem bude vypotat kapacity jednotlivch sek veden a
z nich nsledn urit celkovou kapacitu zadan st.
5.2.1 Veden VN 98
Dlka veden
Prez veden Parametry st
l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 140 240 0,018 0,016 1,483
3850 95 1,421 1,351 1212,365 4650 95 1,716 1,632 1464,285 300
185 0,054 0,101 88,77
1500 95 0,554 0,527 472,35 Tab.5.8 Skuten parametry veden VN
98
-
Vpoet zemnho spojen
35
Dlka veden
Prez veden Parametry st
l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 70 70 0,035 0,026 22,652
260 42 0,195 0,102 87,932 520 35 0,504 0,209 178,568 80 42 0,06
0,031 27,056
820 35 0,795 0,329 281,588 340 50 0,235 0,131 113,288 190 50
0,131 0,073 63,308 150 35 0,146 0,06 51,51 Tab.5.9 Skuten parametry
odboek z veden VN 98
Dlka veden
Prez veden Parametry st
l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k]
2500 95 0,923 0,878 787,25 6150 95 2,269 2,159 1936,635
Tab.5.10 Skuten parametry odboky Vladislav
Dlka veden
Prez veden Parametry st
l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 460 120 0,138 0,045 6,284 190 50
0,131 0,073 63,308 612 35 0,594 0,245 210,161
7280 42 5,46 2,854 2462,096 215 35 0,209 0,086 73,831
1500 50 1,035 0,576 499,8 40 42 0,03 0,016 13,528
160 50 0,11 0,061 53,312 5700 42 4,275 2,234 1927,74 3800 50
2,622 1,459 1266,16 250 35 0,243 0,1 85,85 300 35 0,291 0,120
103,02 311 35 0,302 0,125 106,797 60 35 0,058 0,024 20,604
600 42 0,45 0,235 202,92 Tab.5.11 Skuten parametry odboek z
odboky Vladislav
-
Vpoet zemnho spojen
36
5.2.2 Veden VN 132
Dlka veden
Prez veden Parametry st
l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 155 240 0,019 0,018 1,641 740 95
0,273 0,26 233,026
1965 95 0,725 0,69 618,779 930 95 0,343 0,326 292,857
3450 70 1,728 1,29 1116,42 5550 70 2,781 2,076 1795,98
Tab.5.12 Skuten parametry veden VN 132
Dlka veden
Prez veden Parametry st
l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 760 50 0,524 0,292 253,232 250 35
0,243 0,1 85,85 180 35 0,175 0,072 61,812 126 42 0,095 0,049 42,613
18 42 0,014 0,007 6,088
400 35 0,388 0,16 137,36 8600 42 6,45 3,371 2908,52 1940 35
1,882 0,78 666,196 2570 50 1,773 0,987 856,324
10 42 0,0075 0,0039 3,382 480 35 0,466 0,192 164,832 60 42 0,045
0,024 20,292 10 42 0,0075 0,0039 3,382
170 35 0,165 0,068 58,378 220 42 0,165 0,086 74,404 630 35 0,611
0,253 216,342
2540 70 1,273 0,95 821,944 10000 50 6,9 3,84 3332
460 120 0,138 0,045 6,284 Tab.5.13 Skuten parametry odboek z
veden VN 132
Dlka veden
Prez veden Parametry st
l S R X XC [m] [mm2] [] [] [k] 600 95 0,221 0,211 188,94
Tab.5.14 Skuten parametry seku veden 600/95 k zemnmu spojen
-
Vpoet zemnho spojen
37
5.2.3 Celkov kapacity jednotlivch sek veden
V nsledujc tabulce jsou vypotny reaktance a kapacity jednotlivch
sek veden.
VN 98 Odboka Vladislav VN 132 sek 600/95
Celkov kapacita veden
Xc C Xc C Xc C Xc C C [k] [F] [k] [F] [k] [F] [k] [nF] [F] 1,198
2,657 2,662 1,196 0,591 5,386 188,94 16,847 9,253
Tab.5.15 Vypotan kapacity zadanho veden
5.3 Uren parametr zhec tlumivky
V tto sti budou vypotny parametry zhec tlumivky, kter jsou
induknost zhec tlumivky, vkon a proud zhec tlumivky. Parametry zhec
tlumivky se budou urovat podle vztah, kter jsou uvedeny v kapitole
4.2.1.
5.3.1 Induknost zhec tlumivky
Budeme vychzet ze vztahu (4.1), ze kterho plyne, e mstem poruchy
tee nulov poruchov proud. V tomto ppad budeme porovnvat proud
prochzejc zhec tlumivkou a proud prochzejc kapacitou veden. Po prav
vyplyne vztah (4.2), ze kterho bude vypotna induknost zhec tlumivky
podle vztahu (4.3), ve kterm C0 zna celkovou vypotanou kapacitu
veden. Celkov kapacita veden je uveden v tabulce 5.15.
( ) HCL 365,010253,950231
31
620
2 =
=
=pi
5.3.2 Vkon zhec tlumivky
Vkon zhec tlumivky bude vypoten ze vztahu (4.4). ( ) MVArVAr
LUQ SL 407,1766,1406958365,05023
10223
232
==
=
=
pi
-
Vpoet zemnho spojen
38
5.3.3 Proud zhec tlumivkou
Proud zhec tlumivkou bude vypoten podle vztahu (4.6).
ACUX
UXUI S
L
S
L
NL 768,11010253,95021022333
630 ===
==pi
5.3.4 Vypotan parametry zhec tlumivky
V nsledujc tabulce jsou uvedeny vypotan parametry zhec
tlumivky.
Induknost zhec tlumivky
Vkon zhec tlumivky
Proud zhec tlumivkou
L QL IL [H] [MVAr] [A]
0,365 1,407 110,768 Tab.5.16 Vypotan parametry zhec tlumivky
5.3.5 Nvrh zhec tlumivky
V tto sti byla vybrna zhec tlumivka od spolenosti EGE, podle
vypotanch parametr. Parametry zhecch tlumivek spolenosti EGE jsou
uvedeny v ploze B. Tlumivka byla zvolena podle vypotanho vkonu a
vybrna dle nejbliho vyho vkonu z katalogu.
Byla zvolena zhec tlumivka o typovm oznaen ASR 1.6, kter bude
provozovna na trval chod.
Rozmry Maximln vkon Vka ka Hloubka Vha [kVA] [mm] [mm] [mm] [kg]
1600 2510 1810 1492 3800
Tab.5.17 Parametry vybran zhec tlumivky typu ASR 1.6
-
Zvr
39
6 ZVR
V tto prci se e poruchov stavy, kter mohou vznikat na venkovnch
vedench. V prvn sti byly rozebrny poruchov stavy, jako jsou zkraty,
pept a dal mon poruchy. Zkraty jsou rozdleny na soumrn a nesoumrn.
Pot byl popsn prbh zkratovho proudu a jeho charakteristick veliiny.
Dle je popsn pojem pept a nsledn je rozdleno pept podle asovho
prbhu a podle piny vzniku na vnitn pept a vnj pept.
Druh st prce popisuje zemn spojen. Zemn spojen je tak druh
poruchy, kter lze pi spojen jedn fze se zem nadle provozovat. U
zemnho spojen jsou popsny soustavy, ve kterch se zemn spojen me
vyskytnout, jako jsou soustavy s izolovanm uzlem a soustavy s neinn
uzemnnm uzlem. Pi vzniku zemnho spojen teou obvodem podstatn men
proudy ne je tomu pi vzniku zkratu. V tomto ppad se veden samoinn
nevypn, ale pouze signalizuje zemn spojen. V soustavch s neinn
uzemnnm uzlem se uzel transformtoru spojuje se zem pes zhec
tlumivku, kter m za kol kompenzovat zemn proudy.
Praktick st tto prce se zabvala nvrhem zhec tlumivky pro s 22kV.
Pro zadanou s, kter se skld z veden VN 132, veden VN 98 a odboky
Vladislav byly vypotny skuten podln a pn parametry st. Z pnch
parametr se urily jednotliv kapacity veden a nsledn celkov
kapacita, kter jsou uvedeny v kapitole 5.2.3. Z celkov kapacity
veden se vypotala induknost, vkon a proud zhec tlumivky (Tab.5.16).
Z tchto parametr je navrena podle [8] zhec tlumivku EGE typ ASR
1.6.
-
Pouit literatura
40
POUIT LITERATURA
[1] HALUZK, WEIDINGER, KRTK, Ochrany a jitn energetickch zazen.
VUT Brno, 63stran
[2] HODINKA, Pechodov jevy v elektrizan soustav. VUT Brno 1989,
246stran [3] HALUZK, Ochrany a automatiky v elektrickch stch. VUT
Brno 1985, 160 stran [4] BLAEK, SKALA, Distribuce elektrick
energie. VUT Brno, 138 stran
[5] BLAEK, SKALA, Vysok napt a elektrick pstroje. VUT Brno, 72
stran [6] ORSGOV, Rozvodn zazen. VUT Brno, 152 stran [7] MIK,
Analza napovch a proudovch pomr 1plovch poruch ve vlastn spoteb VN
elektrrenskch a prmyslovch provoz. Disertan prce. Ostrava: VB,
2007, 142 stran
[8] ELA O 320.7 cz, Katalog zhecch tlumivek EGE. esk Budjovice,
13 stran
-
Plohy
41
Ploha A Schma een st
-
Plohy
42
Ploha B Parametry zhecch tlumivek spolenosti EGE
Tab.B.1 Zhec tlumivky pro trval provoz [8]