14
mr.sc. SANDRA HUTTER, dipl.ing. Prof. dr.sc. IVO UGLEŠIĆ, dipl.ing. FER - Zagreb mr.sc. SREĆKO BOJIĆ, dipl.ing. Institut za elektroprivredu i energetiku d.d., Zagreb MODELIRANJE TROPOLNO OKLOPLJENIH PLINOM SF 6 IZOLIRANIH VN POSTROJENJA ZA PRORAČUNE VRLO BRZIH PRIJELAZNIH PRENAPONA SAŽETAK U radu je prikazano modeliranje tropolno oklopljenih plinom SF 6 izoliranog VN postrojenja za kompjuterske simulacije unutarnjih i vanjskih vrlo brzih prenapona, uzrokovanih sklopnim operacijama rastavljača. Za proračun prijelaznih elektromagnetskih pojava je korišten najpoznatiji program za ovakvu vrstu simulacija EMTP-ATP. Modelirane su slijedeće komponente: tropolno i jednopolno oklopljene sabirnice, rastavljači i prekidači, zemljospojnici, strujni i naponski transformatori, energetski transformatori, provodni izolatori, kabelski priključci, oklop postrojenja, uzemljivačke trake i glavni uzemljivač. Dobiveni računski rezultati uspoređeni su sa izmjerenim vanjskim tranzijentima na prelasku energetskih kabela u postrojenje u vremenskoj i frekvencijskoj domeni. Ključne riječi: vrlo brzi prijelazni prenaponi, plinom izolirano postrojenje, tropolno oklopljeno sabirnice, sklopna operacija, rastavljač, elektromagnetska kompatibilnost, EMTP model. MODELING OF THE THREE PHASE ENCAPSULATED GAS SF 6 INSULATED HV SWITCHGEAR FOR THE CALCULATION OF VERY FAST TRANSIENT OVERVOLTAGES SUMMARY 1

mrbib.irb.hr/datoteka/147039.Cigre_Modeliranje_GISa_za... · Web viewkod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: mrbib.irb.hr/datoteka/147039.Cigre_Modeliranje_GISa_za... · Web viewkod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa

mr.sc. SANDRA HUTTER, dipl.ing. Prof. dr.sc. IVO UGLEŠIĆ, dipl.ing. FER - Zagrebmr.sc. SREĆKO BOJIĆ, dipl.ing.Institut za elektroprivredu i energetiku d.d., Zagreb

MODELIRANJE TROPOLNO OKLOPLJENIH PLINOM SF6 IZOLIRANIH VN POSTROJENJA ZA PRORAČUNE VRLO BRZIH PRIJELAZNIH PRENAPONA

SAŽETAK

U radu je prikazano modeliranje tropolno oklopljenih plinom SF6 izoliranog VN postrojenja za kompjuterske simulacije unutarnjih i vanjskih vrlo brzih prenapona, uzrokovanih sklopnim operacijama rastavljača. Za proračun prijelaznih elektromagnetskih pojava je korišten najpoznatiji program za ovakvu vrstu simulacija EMTP-ATP.

Modelirane su slijedeće komponente: tropolno i jednopolno oklopljene sabirnice, rastavljači i prekidači, zemljospojnici, strujni i naponski transformatori, energetski transformatori, provodni izolatori, kabelski priključci, oklop postrojenja, uzemljivačke trake i glavni uzemljivač.

Dobiveni računski rezultati uspoređeni su sa izmjerenim vanjskim tranzijentima na prelasku energetskih kabela u postrojenje u vremenskoj i frekvencijskoj domeni.

Ključne riječi: vrlo brzi prijelazni prenaponi, plinom izolirano postrojenje, tropolno oklopljeno sabirnice, sklopna operacija, rastavljač, elektromagnetska kompatibilnost, EMTP model.

MODELING OF THE THREE PHASE ENCAPSULATED GAS SF6 INSULATED HV SWITCHGEAR FOR THE CALCULATION OF VERY FAST TRANSIENT

OVERVOLTAGES

SUMMARY

This paper describes modeling of the three phase encapsulated gas SF6 insulated HV switchgear applied in computer simulations for calculation of inner and outer very fast transient overvoltages, due to disconector switching operation. For the calculation of the electromagnetic transients was used the most well known program for this type of simulation EMTP-ATP.

Following components were modeled: three-phase and one-phase encapsulated bus bars, disconnectors and circuit breakers, earth switches, power transformers, gas to air bushings, GIS/cable junctions, GIS enclosure, ground straps and earthing grid.

Obtained calculation results were compared with the measured outer transients on the GIS/cable junction in time and frequency domain.

Key words: very fast transient overvoltages(VFTO), gas insulated substation (GIS), three phase encapsulated bus bar, switching operation, disconnector, electromagnetic compatibility (EMC), EMTP model.

1

Page 2: mrbib.irb.hr/datoteka/147039.Cigre_Modeliranje_GISa_za... · Web viewkod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa

1. UVOD

Mjerenja vrlo brzih prenapona na postrojenju u pogonu su zahtijevna i iziskuju sofisticiranu opremu i iskustvo, te ih nije uvijek moguće provesti. S druge strane kompjuterski proračuni daju dobru procjenu amplituda, vremena porasta i frekvencijskog spektra prenapona koji se javljaju u postrojenju kao i utjecaja na mjernu, zaštitnu i kontrolnu opremu u sekundarnim krugovima.

Trenutačno su hrvatskom EES-u u pogonu samo 123 kV tropolno oklopljena plinom izolirana postrojenja (engl. GIS). Zbog toga je za proračune unutrašnjih i vanjskih vrlo brzih prenapona razvijen tropolni model postrojenja. Modelirane su sve tri faze unutar postrojenja, i uzet je u obzir i utjecaj između faza.

2. MODELIRANJE KOMPONENTI TROPOLNO OKLOPLJENOG POSTROJENJA

Pri modeliranju komponenti tropolno oklopljenog postrojenja za kompjuterske simulacije vrlo brzih prenapona (VFTO) koriste se ekvivalentni strujni krugovi koji se sastoje od diskretnih elemenata; koncentriranih parametara (C, L i R) i vodova sa distribuiranim parametrima predstavljenih valnim otporima i vremenom prolaska putnog vala (električnom duljinom). Vrijeme prolaska vala možemo lako dobiti za svaku komponentu pretpostavimo li da se valovi rasprostiru brzinom svjetlosti. Kako se kod vrlo brzih prenapona javljaju frekvencije od nekoliko stotina kHz do desetaka MHz kod većine komponenata će dominantni utjecaj u odnosu na ostale parametre imati kapacitet.

Točnost simulacija ovisi o ispravnosti prikaza svake pojedine komponente GIS-a. Elektromagnetski val se unutar postrojenja širi između vodiča (sabirnica) i unutarnje strane oklopa. Nakon izlaska iz postrojenja val putuje između vanjske strane oklopa i uzemljivača (referentnog potencijala).

a) b) Slika 1. Izgled a) transformatorskog i b) vodnog polja u presjeku

Za proračun valnih impedancija pojedinih komponenti korišten je programski modul CABLE CONSTANTS koji predstavlja dio ATP-EMTP programa. Komponente su prikazane trofazno pri čemu su uzete u obzir i elektromagnetske veze između pojedinih faza. Rezultati proračuna su matrice faznih vrijednosti valnih impedancija i brzine propagacije elektromagnetskog vala.

Kod proračuna prijelaznih pojava svi ulazni parametri prijenosnih vodova zadaju se u modalnom obliku, kako bi se eliminirao međusobni utjecaj između faza. Fizikalno značenja takvog prikaza predstavlja transforamiciju n-faznih napona u n-međusobno neovisnih modalnih napona (i struja), od kojih svaki putuje s vlastitom brzinom u neovisnom modu, pri čemu se kao mod označava način, odnosno put širenja vala. U slučaju tropolno oklopljenih postrojenja postoje tri moda unutar oklopa i jedan mod oklop-zemlja.

2.1. Jednopolno i tropolno oklopljene sabirnice

U proračunima VFTO sabirnice se mogu prikazati kao vodovi bez gubitaka. Programski modul CABLE CONSTANTS ima mogućnost proračuna impedancija i admitancija: 1 - koaksijalnog kabela koji se sastoji od jezgre, plašta i oklopa, 2 - više koaksijalnih kabela unutar oklopa koji ima konačnu

2

Page 3: mrbib.irb.hr/datoteka/147039.Cigre_Modeliranje_GISa_za... · Web viewkod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa

debljinu stijenke i 3 - kabela položenih iznad zemlje. U slučaju plinom izoliranog postrojenja može se konfiguracija u kojoj se sabirnice i drugi elementi postrojenja (npr. prekidači) nalaze unutar oklopa promatrati upravo kao slučaj kabela položenog iznad zemlje. U [Lit. 1] je prikazan proračun matrica impedancija i admitancija i matematički postupak koji je ovdje implementiran u proračune. Primijenjen je proračun matrica impedancija i admitancija za slučaj više koaksijalnih kabela unutar oklopa na tropolno oklopljene sabirnice. Jednopolno oklopljene sabirnice su računate kao za slučaj koaksijalnog kabela koji se sastoji od jedne jezgre (bez vanjske izolacije) i plašta.

Matrice valnih impedancija, brzine i vremena prolaska putnih valova izračunate su iz slijedećih geometrijskih dimenzija sabirnica:

a) Jednostruko oklopljene sabirnice:Polumjer sabirnice rv = 0.04 [m]Unutrašnji polumjer oklopa Ru = 0.2 [m]

Valna impedancija jednostruko oklopljenih sabirnica: Zps = 95.3 - j 0.32 [ ] .

b) Tropolno oklopljene sabirnice:Polumjer sabirnice rv = 0.04 [m]Unutrašnji polumjer oklopa Ru = 0.3 [m]Polumjer na kojem se nalaze sabirnice rs =0.144 [m]

Slika 2. Presjek tropolno oklopljenih sabirnica

Matrica [Zgs] faznih vrijednosti valnih impedancija tropolno oklopljenih sabirnica u [ ] je:

105.57 -0.46

18.76-0.20

18.76-0.20

18.76-0.20

105.57 -0.46

18.76-0.20

18.76-0.20

18.76-0.20

105.57 -0.46

Velik broj komponenti oklopljenog postrojenja, a tako i zatvoreni prekidači i rastavljači su modelirani kao vodovi bez gubitaka s pripadajućim valnim impedancijama i vremenima prolaska koja se mogu izračunati iz istih izraza kao i za tropolno oklopljene sabirnice.

2.2. Mjerni transformatori

Induktivni naponski transformatori se za kompjuterske simulacije vrlo brzih prenapona mogu nadomjestiti koncentriranim kapacitetom iznosa od 100 pF do 200 pF. Međutim da bi se dobili preneseni prenaponi u sekundarnim krugovima potrebno je razviti model koji će uzimati u obzir kapacitivni prijenos kod visokih frekvencija.

Tranzijentni prenaponi se prenose u sekundarne krugove prvenstveno preko rasipnih kapaciteta, koji ovise o konstrukciji zaštitnih elektroda u transformatorima. Podaci o kapacitetima su preuzeti iz [Lit. 2] i [Lit. 3]. Kod modeliranja strujnih mjernih transformatora za visoke frekvencije je također potrebno poznavati vrijednosti rasipnih kapaciteta.

3

Page 4: mrbib.irb.hr/datoteka/147039.Cigre_Modeliranje_GISa_za... · Web viewkod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa

C1 - kapacitet primarnog namotaC2 - rasipni kapacitet prema sekundarnom namotuC3 - kapacitet sekundarnog namotaLV - induktivitet vodiča sekundarnog krugaRt, Lt - parametri tereta

Slika 3. Model naponskog mjernog transformatora

C1 - kapacitet vodiča (sabirnice) prema zaštitnoj elektrodiC2 - kapacitet sekundarnih zavoja prema jezgriLE1 - induktivitet zaštitne elektroda (VN ekran)LE2 - induktivitet uzemljivačke trakeLV - induktivitet vodiča sekundarnog krugaRt, Lt , Ct - parametri tereta

Slika 4. Model strujnog transformatora za visoke frekvencije

2.3. Energetski transformator

Početna raspodjela napona uzduž namotaja transformatora kod prenapona strmog čela je izrazito neravnomjerna i ovisi o (rasipnim) kapacitetima namota. Kod vrlo visokih frekvencija se namot transformatora ponaša kao kapacitivna mreža, koja se sastoji od kapaciteta između zavoja spojenih u seriju, te poprečnih kapaciteta namota prema uzemljenim dijelovima (jezgri ili kotlu).

Uobičajena praksa je da se energetski transformatori modeliraju ekvivalentnim kapacitetom VN namota. Ako se promatraju preneseni prenaponi potrebno je uzeti u obzir i kapacitet između namota i kapacitet NN namota prema zemlji. Ekvivalentni kapacitet transformatora je:

(1)

Proračun serijskog kapaciteta preloženog namota je detaljno opisan u [Lit. 4]. Serijski kapacitet VN namota za transformator nazivne snage 40 MVA iznosi oko Cs = 60 pF, a ukupni kapacitet prema zemlji Cg = 3000 pF. Kapacite provodnih izolatora, koji je protrebno pribrojiti ekvivalentnom kapacitetu transformatora je Ciz = 200 pF, pa je transformator nadomješten ukupnim kapacitetom po fazi od 625 pF.

2.4. Modeli provodnog izolatora i kabelske glave

Kod modeliranja provodnih izolatora u ATP-EMTP programu koristi se nadomjesni model s idealnim transformatorom [Lit. 5]. Završetak GIS-a i prijelaz na provodne izolatore zračnih vodova moguće je prikazati pomoću spoja tri prijenosna voda, svakog karakteriziranog sa svojom valnom impedancijom (slika 5.a) ).

Provodni izolator SF6/zrak ima relativno tanko porculansko kućište, pa se za elektromagnetske utjecaje može pretpostaviti da ono ne postoji. Zato se dio provodnog izolatora koji se nalazi izvan oklopljenog postrojenja može promatrati kao nadzemni vodič. Na provodni izolator nastavlja se priključni vod prema transformatoru koji se modelira valnom impedancijom. Serijsko račvanje valnih impedancija uzeto je u obzir u proračunima ATP programom uz pomoć idealnog transformatora prijenosnog omjera 1:1, kako je prikazano na slici 5.b).

4

Page 5: mrbib.irb.hr/datoteka/147039.Cigre_Modeliranje_GISa_za... · Web viewkod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa

a)

oU

b)Slika 5. a) Završetak GIS-a i prijelaz na provodne izolatore i b) model provodnog izolatora

Kabelski priključak između oklopljenog postrojenja i kabela modeliran je na istom principu kao i provodni izolator SF6/zrak, pri čemu su upotrebljena dva idealna transformatora za modeliranje oklopa postrojenja i kabelskog plašta prema slici 6.

Slika 6. Nadomjesna shema kabelskog priključka

2.5. Vanjska strana oklopa i uzemljivački sustav

Kod visokofrekvencijskih prijelaznih pojava kakve se javljaju u GIS-u nakon proboja unutar plina, visokofrekvencijske struje teku po površini vodiča zbog skin efekta. Unutrašnja i vanjska strana oklopa su stoga električki odvojene. Tranzijentni prenaponi nastali unutar oklopljenog postrojenja na točkama diskontinuiteta prelaze na vanjsku stranu oklopa. Takve točke u GIS-u predstavljaju prijelazi oklopljenog postrojenja na provodne izolatore i na kabelske glave. Kod modeliranja GIS-a za proračun vanjskih prenapona potrebno je modelirati cjelokupni oklop postrojenja i uzemljivački sustav. Poteškoću kod proračuna vanjskih prenapona predstavlja nepravilna, a ponekad i nepoznata geometrija elementa (kod ukopanih uzemljivača). Uslijed vrlo visokih frekvencija vanjski prenaponi teško i polako prodiru u udaljenije dijelove uzemljivača.

Oklop postrojenja kao dio vanjskog prijenosnog sustava modeliran je kao vodič iznad zemlje, valne impedancije određene prema izrazu:

(2)

U ovome slučaju RV predstavlja vanjski polumjer oklopa, a hsr srednju visinu oklopa iznad tla.Putujući vanjskom stranom oklopa prvi diskontinuitet na koji nailaze putni valovi predstavljaju

uzemljivačke trake. Utjecaj uzemljivačkih traka na smanjenje amplitude vala može se promatrati kroz dva mehanizma [Lit. 6]. Kad putni val naiđe na uzemljivačku traku, doći će do loma i refleksije vala, kao u slučaju kad val nailazi na čvorište sa dvije valne impedancije. Faktor prolaska prolaznog naponskog vala u tom slučaju je:

(3)

gdje je: Zut - valna impedancija uzemljivačke trake, a Z3 - valna impedancija oklopa prema zemlji.

5

Page 6: mrbib.irb.hr/datoteka/147039.Cigre_Modeliranje_GISa_za... · Web viewkod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa

Kako je impedancija uzemljivačke trake obično puno veća od impedancije oklopa, faktor prolaska iznosi oko 0.8.

Slika 7. Refleksija putnog vala pri nailasku na uzemljivačku traku

Drugi mehanizam koji značajnije utiče na amplitudu vala je posljedica refleksije vala na uzemljivaču. Dio vala koji putuje po uzemljivačkoj traci se reflektira kad naiđe na malu impedanciju glavnog uzemljivača, te se vraća natrag sa suprotnim predznakom do oklopa gdje umanjuje upadni val. Vrijeme potrebno da se val vrati je jednako dvostrukom vremenu propagacije vala po uzemljivačkoj traci.

Prikaz uzemljivačke trake sa konstantnom visokofrekvencijskom valnom impedancijom nije u potpunosti točan. Valna impedancija uzemljivačke trake se zapravo kontinuirano mijenja, tako da dolazi do stalnog reflektiranja vala tokom njegove propagacije duž trake. Preporuka je [Lit. 7] da se za kratke trake sa vremenom prolaska manjim od duljine trajanja čela vala upotrebi model sa nadomjesnom konstantnom valnom impedancijom, dok je duže trake potrebno podijeliti na dijelove koji se tada modeliraju svaki sa svojom valnom impedancijom.

Valna impedancija uzemljivačkih traka Fe/Zn 40 x 3 mm se računa prema:

Z = 60 ln (4 2 ) [] (4)

gdje je: h - srednja visina iznad tla; d - širina trake.Duže uzemljivačke trake ne predstavljaju efikasno uzemljenje, jer kod kratkih vremena porasta

vrlo brzih prenapona, reflektirani val ne utiče na amplitudu. Osim toga, uzemljivačka traka ima zbog velike duljine i veći induktivitet, što znači da kod visokih frekvencija impedancija trake, poprima još veće vrijednosti. Prikaz glavnog uzemljivača kod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa dominantnu ulogu igraju dijelovi uzemljivača neposredno vezani uz oklop. Prenaponi koji prodiru dalje u uzemljivački sustav vrlo brzo se prigušuju. U pojednostavljenom modelu glavni uzemljivački sustav može se nadomjestiti s koncentriranim radnim otporom i induktivitetom.

3. PRIGUŠENJE PRIJELAZNE POJAVE

Kod visokih frekvencija skin efekt uzrokuje značajno povišenje otpora i time prigušenje prijelazne pojave. Međutim, u oklopljenim postrojenjima je prigušenje uslijed uzdužnog otpora uzrokovano skin efektom slabo izraženo, pa se u proračunima uglavnom zanemaruje. Time se dobivaju nešto veće vrijednosti prenapona od stvarnih. Značajan utjecaj na prigušenje visokofrekvencijske prijelazne pojave ima otpor električnog luka. Prilikom paljenja mijenja se otpor luka od nekoliko M , prema vodljivom stanju sa otporom od svega nekoliko . Taj otpor je potrebno uzeti u obzir kod određivanja maksimalnih vrijednosti prenapona u SF6 postrojenju.

Promjena otpora električnog luka na mjestu proboja je određena pomoću Cassey-Mayerovog zakona, koji pruža pravu fizikalnu sliku, te uzima u obzir dovedenu i odvedenu količinu toplinske energije. Ovaj model koristi varijabilne parametre, te se ovdje radi o dinamičkom modelu električnog luka.

6

Page 7: mrbib.irb.hr/datoteka/147039.Cigre_Modeliranje_GISa_za... · Web viewkod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa

[S]

(5)

pri čemu je: - vremenski promjenjiva vodljivost električnog luka; - struja luka;

- snaga hlađenja; - vremenska konstanta promjene električnog luka.

U fazi paljenja: [MW] (6)

U fazi gorenja: [MW] (7)

Gornju jednadžbu je moguće riješiti prelaskom na male vremenske korake unutar kojih se može reći da su i konstantni. Kod modeliranja prijelaznih pojava u tropolno oklopljenom postrojenju može s računati sa vrijednosti .Tada slijedi:

(8)

Kod rješavanja ove jednadžbe kreće se od poznate početne vrijednosti vodljivosti go = g (to) te se za tu vrijednost rješavaju jednadžbe mreže i dobiva se vrijednost struje i (to). Sa tom vrijednosti i

i računa se za slijedeći vremenski korak .

Slika 8. Dijagram toka

Korišten je programski modul TACS koji koristi ulazne podatke (vrijednosti struja) iz glavnog programa EMTP. Za svaki vremenski korak se računa vrijednost Pab i vraća podatak o otporu luka u trenutku .

Pojednostavljeni model električnog luka može se predstaviti Toeplerovim zakonom, koji koristi konstantne parametre. Otpor električnog luka je u tom slučaju dan kao funkcija prostrujalog naboja:

[] (9)

gdje je:KT - Toeplerova konstanta; Lluka - duljina električnog luka; Qt - naboj koji je prostrujio do vremena t;

7

EMTP TACS

i (t+)g (t+)i (t)g(t)

Page 8: mrbib.irb.hr/datoteka/147039.Cigre_Modeliranje_GISa_za... · Web viewkod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa

i - struja luka.

4. USPOREDBA REZULTATA DOBIVENIH PRORAČUNOM I MJERENJEM

Rezultati proračuna su uspoređeni sa mjerenjima provedenim u TS Trpimirova, kako bi se provjerila valjanost modela. Uklopno stanje pri manipulacijama rastavljačem u TS Trpimirova je prikazano slikom 9. Uspoređivani su vanjski prenaponi na prelasku energetskih kabela u oklopljeno postrojenje u vremenskoj i frekvencijskoj domeni [Lit. 8].

Slika 9. Uklopno stanje TS Trpimirova pri manipulacijama rastavljačem

a)

b) Slika 10. Usporedba vanjskih prenapona na plaštu kabela (TS Trpimirova):

a) mjerenje: Umax = 3.6 kV i b) proračun: Umax B = 3.4 kV

Usporedba je provedena za jedan od niza preskoka među kontaktima koji se dešavaju prilikom uklopa. Dobivene maksimalne vrijednosti napona se razlikuju manje od 10%. Amplituda prenapona ovisi naravno o naponu kod kojeg je simuliran preskok.

5. PRORAČUNI PRENAPONA ZA 123 KV POSTROJENJE TS DOBRI

Provedeni su i proračuni prenapona koji se javljaju unutar postrojenja i prijelaznih porasta potencijala oklopa za 123 kV postojenje TS Dobri. Ovo postojenje je još u fazi projekta, tako da rezultate proračuna nije bilo moguće usporediti s mjerenjima. Uklapan je rastavljač glavnih sabirnica, a

8

Page 9: mrbib.irb.hr/datoteka/147039.Cigre_Modeliranje_GISa_za... · Web viewkod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa

promatrani su prenaponi u postrojenju, na oklopu i plaštevima kabela. Kod rastavljača je simuliran jedan od povratnih preskoka prilikom uklopa bez zaostalog naboja na dijelu sabirnica. Uklopno stanje prikazano je na slici 11. Konfiguracija obuhvaća transformatorsko polje E1, vodno polje E3 i glavne sabirnice. Modeliran je oklop za cijelo postrojenje. Otpor luka je određen prema Toeplerovom zakonu.

Slika 11. Uklopno stanje TS Dobri

Na slici 12. prikazan je tipičan izgled prenapona koji se javljaju u 123 kV postrojenju TS Dobri. U fazi u kojoj nastupa preskok pojavljuju se i najveći prenaponi. U većini slučajeva prenaponi unutar postrojenja neće imati kritične vrijednosti s obzirom na izolacionu razinu opreme.

(f ile SPLITT1D.pl4; x-var t) v:STE3A 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0[us]

70

80

90

100

110

120

130

[kV]

(f ile SPLITT1D.pl4; x-var t) v:STE3B 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0[us]

-62

-58

-54

-50

-46

-42

-38

-34

[kV]

UmaxA = 125.4 kV, Umin A = 72.0 kV UmaxB = -34.4 kV, Umin B = -60.3 kVSlika 12. Napon na strujnom transformatoru (Rasklopno postrojenje TS Dobri)

(f ile SPLITT1E.pl4; x-var t) v:PLASTA 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0[us]

-8000

-4600

-1200

2200

5600

9000

[V]

(f ile SPLITT1E.pl4; x-var t) v:PLASTB 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0[us]

-5000

-3500

-2000

-500

1000

2500

4000

[V]

(f ile SPLITT1E.pl4; x-var t) v:PLASTC 0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0[us]

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000[V]

Umax A= 8764 V, t = 39 ns Umax B = 3726 V t = 443 ns Umax C = 3781 V, t = 182 nsSlika 13. Napon na plaštevima kabela u sve tri faze (Rasklopno postrojenje TS Dobri)

9

Page 10: mrbib.irb.hr/datoteka/147039.Cigre_Modeliranje_GISa_za... · Web viewkod vrlo visokih frekvencija je vrlo složeno. Kod vrlo brzih prenapona koji se šire vanjskom stranom oklopa

faza A faza B faza CSlika 14. Frekvencijski spektar napona na plaštevima kabela u sve tri faze

Najveći vanjski prenaponi se javljaju kod prelaska oklopa na zračne provodne izolatore, a često i krajevi glavnih sabirnica mogu predstavljati kritično mjesto zbog višestrukih refleksija. Frekvencijski spektar je tipično od nekoliko 100 kHz do 50 MHz i ovisi o konfiguraciji postrojenja. Iste, dominantne frekvencije pojavljuju se na različitim mjestima u postrojenju (i u sekundarnim krugovima) bez obzira na visinu prenapona.

6. ZAKLJUČAK

U radu je prikazan tropolni model metalom oklopljenog plinom SF6 izoliranog 123 kV postrojenja. Razvijeni model poslužio je za proračune prenapona unutar i izvan oklopljenog postrojenja pri sklapanjima rastavljačem. Uslijed visokih frekvencija prijelaznih pojava i male dubine prodiranja elektromagnetskih valova, mogu se komponente postrojenja s unutarnje i vanjske oklopa modelirati odvojeno. Pritom je lakše modelirati unutarnje dijelove postrojenja od vanjskih. Simetrični izgled postrojenje u presjeku i relativno pravilna građa dijelova unutar oklopa, omogućuju proračun trofaznih valnih impedancija. Komponetne s vanjske strane oklopa, poput uzemljivačkih traka, je teže modelirati zbog različitih nepravilnosti u geometriji. U modelu je posebno razrađen model električnog luka čiji je utjecaj na prigušenje prijelazne pojave najveći.

Provedena usporedba rezultata dobivenih proračunom i izmjerenih u stvarnom postrojenju pokazala je da razvijeni model može poslužiti za procjenu naponske razine i frekvencijskog spektra prenapona koji se pojavljuju prilikom sklopnih operacija; za određivanje kritičnih mjesta u postrojenju s aspekta prenapona, te za procjenu ispravnosti uzemljenja ili analizu mjera za poboljšanje EMC u postrojenju.

7. LITERATURA

[1] A.Ametani, "A General Formulation of Impedance and Admitance of Cables", IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, vol.99, br. 3, str.902-910, svibanj/lipanj 1980.

[2] A.M. Miri Z.Stojković" Transient Electromagnetic Phenomena in the Secondary Circuits of Voltage- and Current Transformers in GIS (Measurements and Calculations)" IEEE Trans. on Power Delivey, vol.16, br. 4, str.571-575, listopad 2001.

[3] K.Ragaller, "Surges in High Voltage Networks", Plenum Press, New York, 1980[4] B. Čućić, "Raspodjela udarnog napona po preloženom namotu transformatora", magistarski rad,

Zagreb, 2001.[5] A. Welsh, "Outcoupling and external phenomena of Very Fast Transients (VFT) in GIS", Sixth ISH,

New Orleans, USA,1988.[6] N. Fujimoto, E. P. Dick, S. A. Boggs et al., G.L.Ford, "Transient Ground Potential Rise in Gas

Insulated Substations- Experimental Studies", IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, vol.101, br. 6, str.3602-3609, listopad 1982.

[7] J.A. Martinez, D.Povh, P. Chowdhuri, R. Iravani, A.J.F. Keri, "Modeling Guidelines for Very Fast Transients in Gas Insulated Substations", IEEE PES Special Publication Modeling and Analysis of System Transients, 1998.

[8] S. Bojić, I. Uglešić, "Researching the Efficiency of Measures for Decreasing the Transient Enclosure Voltage Rise of the Gas Insulated Switchgears", Proceedings Vol. I, str. 25 - 30, Rio de Janeiro, 24.-28. lipanj 2001.

10