Slavko Zubac

Idejni projekat ____________ Razvodna postrojenja

1. Jednopolna principijelna šema

Na slici 1.1 je prikazana jednopolna principijelna šema EES-a, svaki element posebno, sa naznakom usvojenih vrijednosti.

Slika 1.1. Jednopolna principijelna šema EES-a Generator G1 Mreža M1 Generator G1Un=15,5 [kV] Un=220 [KV] Un=10,5 [kV]Sn=200 [MVA] Sn’’=8000 [MVA] Sn=150 [MVA]x’’=0,19 Sn’=7000[MVA] x’’=0,2x’=0,31 S0=6000[MVA] x’=0,35Ta=0,2 [s] kud=1,8 Ta=0,3 [s]

Transformator T1 Transformator T3 Transformator T2m=15,5/110 [kV] m=110/231 [kV] m=10,5/110 [kV]Sn=200 [MVA] Sn=200 [MVA] Sn=150 [MVA]x=0,11 x=0,12 x=0,12r=0,08x r=0,1x r=0,1xsprega Dy5 sprega Yy0 sprega Dy5 Za sve vodove Vod V1 Vod V2rd=0,2 [/km] l1=2x50 [km] l2=1x80 [km]xd=0,4 [/km]r0=0,35 [/km]x0=1,3 [/km]Sn=100 [MVA]

Elektrotehnički fakultet Istočno Sarajevo 1


2. Dimenzionisanje kablova

Transformatori su na generatorske sabirnice povezani kablovima tipa IPZO, položenim u betonski kanal. Da bi odredili broj i presjek kablova potrebno nam je ukupno opterećenje veze, koje iznosi:

Izabraćemo kabl tipa IPZO, presjeka 3x500 [mm2], koji ima tablične podatke:

Preračunavanje tabličnih trajno dozvoljenih struja za uslove polaganja različite od tabličnih, u konkretnom slučaju za polaganje u betonski kanal, vrši se prema sljedećoj relaciji:

gdje je:n - broj kablova,

- koeficijent temperature vazduha,- koeficijent broja i načina polaganja kablovskih sistema.

Kablovi će biti položeni u betonski kanal tako da nije potrebna korekcija (k6=1) kao što je prikazano na slici 2.1. Potreban broj kablova određuje se iz relacije:

, pa usvajamo n=12.

Iz tablica smo dobili .



Slika 2.1. Raspored kablova u betonskom kanalu

Provjera kablova na termička naprezanja.

Najkritičnije mjesto kvara, za koje se ima najveća struja kvara, je na kablovskoj glavi (slika 2.2).

Slika 2.2. Kvar na generatorskim sabirnicama

Ekvivalentna zamjenska šema, sa parametrima svedenim na mjesto kvara, za proračun struje kvara, je data na slici 2.3.



Slika 2.3. Ekvivalentna šema kada je kvar na generatorskim sabirnicama

Proračun parametara na strani 15,5 [kV]:

[Ω]

[Ω]

[Ω]

[Ω]

[Ω]





Uprošćavamo ekvivalentnu šemu:

Slika 2.4. Uprošćena ekvivalentna šema kada je kvar na generatorskim sabirnicama

Ekvivalentnu šemu svodimo na sljedeći oblik:

Slika 2.5. Uprošćena ekvivalentna šema kada je kvar na generatorskim sabirnicama



Da bi utvrdili da li je proračun samo sa reaktansama dovoljno tačan, provjeravamo da li važi

uslov i sa lijeve i sa desne strane.

Pošto su uslovi zadovoljeni, struju kvara možemo računati uz zanemarenje aktivnih otpornosti.

Ekvivalentnu aperiodičnu vremensku konstantu računamo kao:



Provjeravamo uslov:

Uslov je zadovoljen pa eksponencijalni član u izrazu za toplotni impuls zanemarujemo. Toplotni impuls struje kvara na mjestu kvara je:

Uzeli smo jer je kvar u blizini generatora.Na osnovu toplotnog impulsa odredićemo minimalni potrebni presjek kabla, koji ne bi bio

oštećen strujom kvara.

gdje je - koeficijent adijabatskog zagrijavanja vodova.

Znači, odabrani presjek zadovoljava.

Provjera koliko dugo mogu „izdržati“ položeni kablovi ako na jednom od njih dođe do kvara (prekida), vrši se na sljedeći način:

Opterećenje jednog kabla kada svi funkcionišu je:

a on je u stanju da podnese

što ostavlja izvjesnu rezervu.

Ovako opterećeni kablovi zagrijaće se na temperaturu od

gdje je



Ako ispadne jedan kabl, ostali kablovi biće opterećeni strujom

pa će se svaki od njih zagrijati na temperaturu

što znači da sistem neće moći trajno da radi i pri ispadu jednog kabla.Zagrijavanje kablova mozemo opisati relacijom:

Usvajajući da je T=30 [min] i , možemo izračunati za koje vrijeme će

se dostići trajno dozvoljena temperatura pri ispadu jednog kabla.

.



3. Jednopolna principijelna šema razvodnog postrojenja

Razvodno postrojenje (RP1) obuhvata površinu 150x100 [m2]. Sabirnice S1 i S2 se sastoje od jedne glavne i jedne pomoćne. Kvarovi se isključuju za 0,22 [s]. Jednopolna šema sa naznakom komutacionih aparata je prikazana na slici 3.1.

Slika 3.1. Jednopolna principijelna šema razvodnog postrojenja



4. Dimenzionisanje sabirnica

Za razvodno postrojenje napona 110 [kV] koristićemo sabirničku užad. Da bi odredili struju sabirnice treba nam raspored polja po sabirnicama. Glavne sabirnice se biraju prema najoptrećnijoj dionici. Iz praktičnih razloga i pomoćne se dimenzionišu kao glavne.

4.1 Dimenzionisanje sabirnica S1

Raspored tokova snaga po sabirnicama S1 je dat na slici 4.1.1.

Slika 4.1.1. Tok snaga na sabirnicama S1

Maksimalno opterećenje dionica prema slici 4.1.1 je Smax=100 [MVA]. Maksimalna radna struja je:

Ovoj struji odgovara uže Al/Če naznačenog presjeka 185/30 [mm2] i

Al/Če = 6,2

Trajno dozvoljena struja za mjesto i uslove ugradnje je:



gdje su : (za užad)

Uslov nije zadovoljen, pa biramo uže Al/Če naznačenog presjeka 210/50 [mm2] i

Al/Če = 4,2.

Za ovo uže je

.

Provjera na kratkotrajna termička naprezanja

Za odabrano uže =10, a koeficijent skin efekta za sabirnice u vidu užadi je .

Moramo prvo izračunati toplotni impuls struje kvara za kvar na sabirnicama S1, koristeći ekvivalentnu šemu sa slike 2.3.

Sve veličine svodimo na 110 kV stranu.






Slika 4.1.2. Uprošćena ekvivalentna šema kada je kvar na sabirnicama S1



Provjeravamo uslov:

Uslov je ispunjen pa dalji proračun vršimo samo sa reaktansama:

Sad provjeravamo uslov:

Pošto je uslov zadovoljen znači da zanemarujemo eksponencijalni član u izrazu za toplotni impuls:

Odavde slijedi:

što znači da odabrani presjek zadovoljava po pitanju kratkotrajnih termičkih naprezanja.

Provjera na koronu:

Potrebni minimalni prečnik užeta da se na sabirnicama ne bi javila korona pri dobrim vremenskim uslovima može se odrediti na osnovu relacije:



Računamo ekvivalentni prečnik:

Ako uzmemo da je d12=200 [mm], imamo:

Pa zaključujemo da odabrano uže zadovoljava.

4.2 Dimenzionisanje sabirnica S2

Raspored tokova snaga po sabirnicama S2 je dat na slici 4.2.1.

Slika 4.2.1. Tok snaga na sabirnicama S2

Maksimalno opterećenje dionica prema slici 4.2.1 je Smax=400 [MVA]. Maksimalna radna struja je:

Ovoj struji odgovara uže Al/Če naznačenog presjeka 560/50 [mm2] i

Al/Če = 11,2



Trajno dozvoljena struja za mjesto i uslove ugradnje je:

gdje su :

(za užad)

Uslov nije zadovoljen, pa biramo uže Al/Če naznačenog presjeka 680/85 [mm2] i

Al/Če = 8,0.

Provjera na kratkotrajna termička naprezanja

Za odabrano uže =13,5, a koeficijent skin efekta za sabirnice u vidu užadi je .

Moramo prvo izračunati toplotni impuls struje kvara za kvar na sabirnicama S2, koristeći ekvivalentnu šemu sa slike 2.3.

Sve veličine svodimo na 231 kV stranu.






Slika 4.2.2. Uprošćena ekvivalentna šema kada je kvar na sabirnicama S2

Provjeravamo uslov:



Uslov je ispunjen pa dalji proračun vršimo samo sa reaktansama:

Sad provjeravamo uslov:

Pošto je uslov zadovoljen znači da zanemarujemo eksponencijalni član u izrazu za toplotni impuls:

Odavde slijedi:

što znači da odabrani presjek zadovoljava po pitanju kratkotrajnih termičkih naprezanja.

Provjera na koronu:

Potrebni minimalni prečnik užeta da se na sabirnicama ne bi javila korona pri dobrim vremenskim uslovima može se odrediti na osnovu relacije:

Računamo ekvivalentni prečnik:



Ako uzmemo da je d12=200 [mm], imamo:

Pa zaključujemo da odabrano uže zadovoljava.



5. Struja jednopolnog kratkog spoja

Pretpostavimo da se jednopolni kratki spoj desio na sabirnicama S1. Sprege transformatora su prikazane na sljedećoj slici:

Slika 5.1. Jednopolna principijelna šema EES-a sa prikazanim spregama transformatora pri kvaru na sabirnicama S1

Šeme za direktni i inverzni redoslijed su iste i prikazane su na slici 2.3, a šema za nulti redoslijed je data na slici 5.2:

Slika 5.2. Šema nultog redoslijeda za kvar na sabirnicama S1

Za parametre direktnog i inverznog redoslijeda koristićemo raniji proračun, odakle je:



Za parametre nultog redoslijeda imamo:

Struja jednopolnog kratkog spoja je:

Pretpostavimo sada da se jednopolni kratki spoj desio na sabirnicama S2. Sprege transformatora su prikazane na sljedećoj slici:

Slika 5.3. Jednopolna principijelna šema EES-a sa prikazanim spregama transformatora pri kvaru na sabirnicama S2



Šeme za direktni i inverzni redoslijed su iste i prikazane su na slici 2.3, a šema za nulti redoslijed je data na slici 5.4:

Slika 5.4. Šema nultog redoslijeda za kvar na sabirnicama S2

Za parametre direktnog i inverznog redoslijeda koristićemo raniji proračun, odakle je:

Za parametre nultog redoslijeda imamo:

Struja jednopolnog kratkog spoja je:



5.1 Dimenzionisanje uzemljivača

Površina razvodnog postrojenja je 150x100 [m2]. Uzemljivač se nalazi u tlu r1=190 [m]. Vrijeme isključenja kvara je ti=0,22 [s].

Na osnovu dozvoljenog napona

određuju se potencijalne razlike dodira i koraka:

Projektovaćemo horizontalnu mrežu srednje gustine kd=1,2 za koju je ukupna dužina uzemljivačkog sistema

sa sljedećom geometrijom:

Uslov L>Lmin je ispunjen pa slijedi:

h-dubina polaganja uzemljivača.

Provodnik za uzemljenje je pocinkovana čelična traka (Fe/Zn) presjeka 25x4 [mm2].

Skica uzemljivača je data na slici 5.1.1.



Slika 5.1.1. Skica uzemljivača

Potencijalna razlika dodira

Određuje se na osnovu struje kroz uzemljivač, pomoću relacije:

gdje jeL - ukupna dužina svih provodnika kroz uzemljivač,

- koeficijent napona dodira,

- faktor neravnomjernosti raspodjele struje,

- broj paralelnih provodnika u jednom pravcu, - koeficijent umreženja,



Odavde je napon dodira:

što znači da uslov nije zadovoljen, zbog čega ćemo izvršiti korekciju uzemljivača. Najjednostavnije je da mrežu uzemljivača pospemo slojem šljunka debelim 20-ak [cm], čija je specifična otpornost rš=5000[m]. Napon dodira nakon posipanja je:

što znači da uslov i dalje nije zadovoljen. Stoga ćemo povećati gustinu mreže:

Uslov L>Lmin je ispunjen pa slijedi:



Odavde je napon dodira:

što znači da uslov nije zadovoljen, zbog čega ćemo izvršiti korekciju uzemljivača. Ponovo ćemo mrežu uzemljivača posuti slojem šljunka debelim 20-ak [cm], čija je specifična otpornost rš=5000[m]. Napon dodira nakon posipanja je:

što znači da je uslov zadovoljen. Sada je skica uzemljivača kao na sljedećoj slici:

Slika 5.1.2. Skica uzemljivača – drugi slučaj

Potencijalna razlika koraka

Računa se pomoću relacije:



Odavde je napon koraka:

što znači da neće biti opasnosti pri iskoraku sa površine štićene uzemljivačem.

Otpor rasprostiranja

Otpor rasprostiranja možemo izračunati preko Loranovog obrasca:

pa je otpor rasprostiranja

.



6. Šema transformatora velike snage u razvodnom postrojenju

Šema transformatora velike snage u razvodnom postrojenju prikazana je na sljedećoj slici:

Slika 6.1. Šema transformatora velike snage

Jedno jezgro strujnog transformatora na strani višeg napona služi za priključak mjernih transformatora,a na strani nižeg napona za priključak uređaja za zaštitu.Drugo jezgro oba strujna transformatora služi za diferencijalnu zaštitu.Ako je transformator na otvorenom,veza sa razvodnim postrojenjem nižeg napona se ostvaruje preko kabla. Ako transformator radi paralelno sa izvededenim zvjezdištem radi uzemljenja preko impedanse,otpornik se priključuje preko rastavljača.

Od mjernih uređaje potrebni su ampermetar u sve tri faze i vatmetar. Poželjna je primjena varmetra, reistrujućeg vatmetra i varmetra. Primjenjene vrste zaštite su: gasna, prekostrujna, diferencijalna i termička.



6.1. Dispozicija u dvije projekcije

Dispozicija razvodnog postrojenja u dvije projekcije prikazana je na sljedećoj slici:

Slika 6.1.1. Dispozicija razvodnog postrojenja u dvije projekcije

Na slici su prikazani:sabirnički sistem Isabirnički sistem IIsekcioni rastavljačprekidačstrujni transformatornaponski transformatorrastavljač u odvodnom poljuodvodnik prenaponaT. transformatorsko poljeT1. početak transformatorskog poljaT2. zatezno polje sabirnica



7. Izbor opreme

7.1. Izbor prekidača

C(1) (2)

E

Slika 7.1.1. Kvar sa lijeve (1) ili desne (2) strane prekidača

Kriterijumi za izbor prekidača su:

Izbor prekidača P2 (slika 3.1):

Za kvar sa strane 1 (između sabirnice S2 i prekidača) imamo:

Slika 7.1.4. Ekvivalentna šema za kvar sa strane 1

Koristimo ranije izračunate reaktanse za naponski nivo 231 kV (poglavlje 4).



Uprošćena ekvivalentna šema:

Slika 7.1.5. Uprošćena ekvivalentna šema za kvar sa strane 1



Za kvar sa strane 2 (između transformatora i prekidača) imamo:


i uprošćena ekvivalentna šema:




Pošto su vrijednosti otpornosti i reaktansi u ekvivalentnoj šemi sa strane 2 prekidača P manje to će kroz njih teći veća struja kvara. Prema tome ove veličine su mjerodavne za proračun struje kvara i izbor prekidača.

Provjeravamo uslov

pa R sa strane 2 možemo zanemariti.

Računamo struju kvara:

Ekvivalentna vremenska konstanta je:

Provjeravamo uslov:

Uslov je ispunjen sto znači da eksponencijalni član u izrazu za toplotni impuls zanemarujemo. Toplotni impuls računamo kao:

Za jednosekundnu struju kvara imamo:



Pretpostavimo da je generator sa konvertorskom pobudom, za koji je =1, pa ja struja isključenja:

Snaga isključenja je:

Za udarnu struju imamo:

Udarni koeficijent je:

Maksimalna radna struja je:

Biramo malouljni prekidač „Minel“-Beograd, sa podacima:

Na osnovu podataka za prekidač, biramo rastavljač „Minel“-Beograd, tropolni-dva izolatora, u.m. koji ima sljedeće podatke:



Izbor prekidača P3 (slika 3.1):

Za kvar sa strane 1 (između sabirnice S1 i prekidača) imamo:


Koristimo ranije izračunate reaktanse za naponski nivo 110 kV (poglavlje 4).

Uprošćena ekvivalentna šema:




Za kvar sa strane 2 (između transformatora i prekidača) imamo:




i uprošćena ekvivalentna šema:


Pošto su vrijednosti otpornosti i reaktansi u ekvivalentnoj šemi sa strane 2 prekidača P manje to će kroz njih teći veća struja kvara. Prema tome ove veličine su mjerodavne za proračun struje kvara i izbor prekidača.

Provjeravamo uslov

pa R sa strane 2 možemo zanemariti.



Računamo struju kvara:

Ekvivalentna vremenska konstanta je:

Provjeravamo uslov:

Uslov je ispunjen sto znači da eksponencijalni član u izrazu za toplotni impuls zanemarujemo. Toplotni impuls računamo kao:

Za jednosekundnu struju kvara imamo:

Pretpostavimo da je generator sa konvertorskom pobudom, za koji je =1, pa ja struja isključenja:

Snaga isključenja je:

Za udarnu struju imamo:



Udarni koeficijent je:

Maksimalna radna struja je:

Biramo malouljni prekidač „Minel“-Beograd, sa podacima:

Na osnovu podataka za prekidač, biramo rastavljač „Minel“-Beograd, sa obrtnim izolatorom-dva izolatora, s.m. koji ima sljedeće podatke:



7.2. Izbor strujnog transformatora ST

Primarna strana ST:

Biramo uljni ST "Rade Končar" Zagreb APU-245, sa dva jezgra.

zadovoljva

zadovoljava

Sekundarna strana ST :

Sekundar za zaštitu:

Sabiramo potrošnju elemenata priključenih na strujni transformator uzimajući u obzir i povezne kablove, a rezultate prikazujemo u sledećoj tabeli:

instrument R S TI> 3 3 3Δ I> 2 2 2θ> 10 10 10100m Cu 2,5 18 18 18Σ 33 33 33

Tabela 7.2.1. Opterećenje i tip instrumenata po fazama koji se priključuju na sekundar za zaštitu kod strujnog transformatora

Usvajamo Sn= 30 [VA]

Sekundar za mjerenje:

Tabela opterećenja izgleda:

instrument R S TA 3 3 3W 3 3 3100m Cu 2,5 18 18 18Σ 30 30 30

Tabela 7.2.2. Opterećenje i tip instrumenata po fazama koji se priključuju na sekundar za mjerenje kod strujnog transformatora



Usvajamo

7.3. Izbor naponskog transformatora

Tabela opterećenja:

instrument R S TA — — —W 5 5 5100m Cu 2,5 — — —Σ 5 5 5

Tabela 7.3.1. Opterećenje i tip instrumenata po fazama koji se priključuju na sekundar za mjerenje kod naponskog transformatora

Biramo naponski transformator “Rade Končar” 6VPU-123 , klasa 0,2

Nema podataka za 220 kV naponski nivo, pa ne znam koji da odaberem

Zaštitu sekundara vršimo pomoću osigurača od 2[A].

7.4. Izbor odvodnika prenapona

Odvodnici se biraju prema stepenu izolacije mreže, odnosno koeficijenta uzemljenja mreže na mjestu ugradnje odvodnika. Stepeni izolacije utvrđeni su JUS-om, a definisani su preko dvije vrijednosti:

1. Podnosivog 1 min. napona 50 Hz2. Podnosivog udarnog napona 1,2/50 s

Za napone iznad 110 kV (123, 245, 420 kV) postoje po jedan pun i više sniženih stepeni izolacije. Za mrežu sa izolovanim ili kompenzovanim zvjezdištem može se koristiti snižen stepen izolacije ( Indeks "S"). Mreže ³ 110 kV obično rade sa efikasno uzemljenim zvjezdištem. Mreža je efikasno uzemljena ako je kuz [ 0,8 u svakoj tački mreže. Koeficijent uzemljenja je odnos maksimalnog faznog napona nepogođenih faza pri jednofaznom zemljospoju i linijskog napona.



Za neuzemljene mreže, , biće:

Za uzemljene mreže gdje je , biće:

Biramo dva odvodnika HMM

Uzima se odvodnik prenapona klase za ovakva postrojenja.

Ove tri veličine definišu zaštitni nivo:

Pošto je mreža efikasno uzemljena, imamo snižen stepen izolacije

245 s1 Þ

Sada određujemo zaštitnu zonu:



s -strminav -brzina prostiranja talasa u jedinici vremena

Un (kV) [ 35 110 ³220

S (kV/s) 500 1000 1500

Tabela 7.4.1. Strmine odvodnika prenapona u zavisnosti od nazivnog napona

Odvodnik prenapona u zvjezdištu transformatora:

Bira se "Minel" VOP 6ea, sljedećih karakteristika:

,

.


Documents

Slavko Zubac