Pobierz - Jakość Energii Elektrycznej

Gaszenie zwarcia doziemnego
Tworzymy nową jakość!
Regulacja cewek Petersena
Artykuł ten przedstawia nową metodę badania aktualnego dostrojenia gaszonej
sieci przez zasilenie prądem o częstości nierównej 50 Hz oraz doświadczenia
eksploatacyjne z takiego systemu. Obliczenie przestrojenia następuje
tu bez przestawiania cewki Petersena.
2005-04-04 16:36:19:
Rp
I2
ZL2
ZTr3
U3E
I3
ZL3
ZTr1
U1E
I1
ZL1
U3xE
I3Last
2.5
2
IC3
ZF
IS
C1
C3
IC2
sek
IS
E1
Erde
3
I1Last
U1xE
N
Lp
I2Last
U2xE
Uo / V
IP
U2E
Last
E2 E3
ZTr2
C2
1
IF
Une
IC3
0.5
IP
1
IC2
0
00:00:00
UNE
YW
BL
06:00:00
09:00:00
12:00:00
t/d
15:00:00
18:00:00
21:00:00
00:00:00
rys. 2: Wykres „U0” w funkcji czasu
- redukcja napięć dotykowego i krokowego
w otoczeniu miejsca zwarcia,
- wolny powrót napięcia linia - ziemia po zgaszeniu łuku,
- gaszenie łuku w sieciach napowietrznych,
- poprawa jakości zasilania /Power-Quality/
przez redukcję liczby i czasu przerw
w zasilaniu,
- redukcja zagrożenia przepięć.
IU
ICI _ f1,f2
03:00:00
2
rys. 1: Sieć uproszczona z kompensacją zwarcia do ziemi
W wielu krajach UE kompensacja zwarć
doziemnych jest jedną z najważniejszych
aspektów w planowaniu elektrycznych sieci
rozdzielczych dla optymalizacji jakości zasilania. Główną zaletą tego rodzaju rozwiązania jest to, że w czasie zwarcia do ziemi, zaManfred
Gernot Druml,
silanie
energią
zostaje
utrzymane.
Redukuje
Frankenreiter,
A-Eberle
GmbH
&
to znacznie liczbę
EGE, spol. s r.o.
Co. KGprzerw zasilania.
Dalszymi istotnymi zaletami gaszenia zwarcia do ziemi są:
- redukcja prądu w miejscu zwarcia,
- redukcja zniszczeń w miejscu zwarcia,
1.5
Dostrojenie cewki Petersena jest środkiem zapobiegawczym, realizowanym już
w „zdrowych” sieciach. Relacje w przypadku zwarcia do ziemi pokazuje rys. 1. Łatwo zauważyć, że przez dostrojenie cewki
Petersena można zminimalizować prąd
zwarcia doziemnego.
Dotychczas dostępnymi metodami nie było
możliwe określenie parametrów sieci w czasie zwarcia do ziemi. Miejsce błędu i jego impedancja są nieznane a pomiar niemożliwy.
YU
U1
U2
U3
BC
L1
L2
I CI
Une
LP
22 kOhm
3
rys. 3: schemat zastępczy zasilenia prądem o częstości nierównej 50Hz
4
rys. 4: sterowanie fazowe tyrystorów
ASTAT Sp. z o.o., ul. Dąbrowskiego 441, 60-451 Poznań, tel.: 61 848 88 71, fax: 61 848 82 76, www.astat.com.pl, e-mail: [email protected]
W przeszłości stworzono szereg algorytmów regulacji dla strojenia cewek Petersena
w sieciach „zdrowych”. Najczęściej bazują
one na niezbędnym dostrojeniu cewki. Sieci współczesne charakteryzują się z jednej
strony wzrostem ilości bardzo symetrycznych kabli, co skutkuje istotnie mniejszym
stosowalnym napięciem zerowym.
Na rys. 2 pokazany jest przebieg U 0
w funkcji czasu. Początek pracy, przerwy
przedpołudniowa i południowa oraz zakończenie są wyraźnie na wykresie rozpoznawalne.
Zredukowane napięcie zerowe wymaga
znacznie czulszego ustawienia regulatorów. Zmiany napięcia U 0 wyzwalają przy
każdej jego zmianie pracę regulatora ze
strojeniem cewki Petersena.
Oszacowanie parametrów sieci jest na
skutek doziemień z małym U 0 istotnie
trudniejsze i potrzebne jest przestrojenie
cewki w większym zakresie. Mimo większego zakresu regulacji prawidłowe dostrojenie nie zawsze jest możliwe.
Przedstawiona metoda umożliwia obliczenie prawidłowych parametrów dostrojenia bez przestawiania cewki Petersena.
Nawet wtedy, gdy naturalne napięcie przesunięcia jest równe zero lub zakłócenie
przez harmoniczne nie jest zaniedbywane.
Obliczone przestrojenie używane jest następnie do kontroli, czy cewka znajduje
się w obrębie zdefiniowanego zakresem
tolerancji przestrojenia znamionowego
lub czy musi być przestawiona. W ten
sposób liczba potrzebnych przestawień
i czas nieprawidłowego dostrojenia cewki ulegają znacznemu zredukowaniu.
Zasada nowego algorytmu
Wszystkie istniejące algorytmy bazują na
fakcie, że napięcie przesunięcia wywołane jest przez naturalną asymetrię sieci.
Algorytm ten wychodzi z założenia, że
w czasie procesu dostrajania lub obliczania jest brak zmian naturalnej asymetrii
sieci i zmian w prądzie obciążenia. Przy
tym należy uwzględnić, że obliczanie
może trwać kilka sekund do kilku minut.
W rzeczywistości założenia te nie są spełnione; przykładowo w przemyśle ciężkim
z sieciami symetrycznymi ale ekstremalnie dużymi wahaniami prądu obciążenia.
Algorytm CIF (Control by Injecting Frequencies) tłumi przez stosowanie odpowiednich filtrów harmonicznych.
Na rys. 3 przedstawiony jest uproszczony
schemat zastępczy zasilaniem prądem
dla częstości nierównej 50 Hz.
25.00 : 0.28292
1
41.67 : 0.69448
0.6
0.8
50.00 : 0.00000
0.6
58.33 : 0.58767
0.5
0.4
0.4
I/A
I/A
0.2
0
0.3
-0.2
-0.4
0.2
-0.6
-0.8
0.1
-1
0
50
100
150
200
250
0
0
50
t / ms
100
150
200
250
f / Hz
rys. 5: prąd zasilający i przynależna FFT.
5
ASTAT Sp. z o.o., ul. Dąbrowskiego 441, 60-451 Poznań, tel.: 61 848 88 71, fax: 61 848 82 76, www.astat.com.pl, e-mail: [email protected]
Tworzymy nową jakość!
Dla częstotliwości ƒn można opisać admitancję dla sieci z małą naturalną asymetrią YU z punktu widzenia zasilania
prądem, jak następuje:
Przez zastosowanie dwóch różnych częstotliwości powstają dwa zespolone równania dla 3 niewiadomych, które można
łatwo rozwiązać. Przyjęcie liniowości systemu umożliwia zasilenie dwiema częstotliwościami i obliczenie przynależnych
admitancji YCI_fn w tym samym czasie.
Umożliwia to bardzo szybki pomiar i obliczenie w ciągu 240 ms.
Poniższe punkty pokazują zalety algorytmu CIF:
- bardzo szybki pomiar stosowalny w całkowicie symetrycznych sieciach,
- nieczuły na błędy pomiarowe otwartego uzwojenia trójkąta,
- pomiar przy harmonicznych przy U0,
- obliczanie przestrojenia następuje bez
przestawiania cewki Petersena,
- automatyczne dopasowanie do różnych
krzywych rezonansu.
Zasilające częstotliwości można generować przy pomocy sterowania fazowego
wg rys. 4. Modulacja impulsowa amplitudy
(PAM) umożliwia to, że istotne składowe
spektralne zasilającego prądu w zdefiniowanych długościach okresów nie są równe 50 Hz. Widać to na rys. 5.
Przez sterowanie fazowe możliwe jest
dopasowanie zasilającego prądu, dzięki
czemu moc zasilania dla małych sieci jest
łatwo zredukowana. Jeżeli zasilanie jest
w małej sieci z pełną mocą, wytwarza się
duże napięcie przesunięcia (generowany
jest sygnał sterujący dławikiem).
Doświadczenie eksploatacyjne
Poniżej wyodrębniono sieć jako przykład
dla ostatnio bardzo licznych instalacji.
Rys. 6 pokazuje, że napięcie U 0 jest bardzo małe i niestabilne. Na rys. 7 pokazana
jest przynależna krzywa rezonansu, która
jednak przy każdym przebiegu wygląda
inaczej.
Badania wykazały, że generowanie w sieci kolejowej 110 kV spowodowane 3-cią
harmoniczna powoduje dudnienie w sieci
20 kV. Przez to krzywa rezonansowa jest
zakłócana (rys. 7). Dla regulatora cewki Petersena ze standardowym algorytmem faz
CIF’a prawidłowe dostrojenie nie jest możliwe. Dodatkowo regulator ciągle by wyzwalał i próbował cewkę dostroić. Liczba
prób i czas błędnego dostrojenia narastają
przez to znacznie.
Napęd Cewki Petersena przeważnie nie
jest przystosowany do tego rodzaju obciążenia mechanicznego.
Podsumowanie
W artykule tym przedstawiono nową
metodę wyznaczania aktualnego dostrojenia sieci skompensowanej dławikiem.
Obliczanie przestrojenia następuje przy
tym bez przestawiania cewki Petersena
0.7
i nadaje się również do sieci symetrycznej. Poprzez zasilanie dwoma częstotliwościami następuje automatyczne
dopasowanie do różnych form sieci.
Obliczenie aktualnego przestrojenia jest
możliwe nawet w silnie prze- lub niedokompensowanych sieciach. Powszechne harmoniczne w U0 są w metodzie tej
tłumione. Zarówno liczba wymaganych
przestawień cewki Petersena, jak i czas
niewłaściwego dostrojenia są w metodzie tej silnie zredukowane.
Wyniki z przykładu wskazują zalety algorytmu CIF. W międzyczasie również bardzo liczne instalacje w wielu innych rozdzielniach potwierdziły skuteczność tej
nowej koncepcji.
A-Eberle GmbH Co. KG, www.a-eberle.de
E-Tec Systems AG, www.etec-systems.ch
Kompletny artykuł jest dostępny do pobrania
na stronie firmy E-Tec Systems AG.
0.5
0.45
0.6
0.4
0.35
0.3
0.4
Uo / V
Uo / V
0.5
0.3
0.25
0.2
0.15
0.2
0.1
0.1
0.05
0
09:50
09:52
09:54
09:56
t / hh:mm
09:58
10:00
0
70
10:02
90
110
100
120
130
140
Ipos / A
rys. 6: przebieg zakłóconego napięcia przesunięcia |U0|.
6
80
rys. 7: zakłócona krzywa rezonansu
7
ASTAT Sp. z o.o., ul. Dąbrowskiego 441, 60-451 Poznań, tel.: 61 848 88 71, fax: 61 848 82 76, www.astat.com.pl, e-mail: [email protected]
Firma A-eberle posiada ponad 30-letnie doświadczenie w branży energetyki zawodowej wysokich
i najwyższych napięć. Bliska współpraca z uniwersytetami i zakładami energetycznymi pozwoliła
wypracować urządzenia trafiające dokładnie w potrzeby użytkowników:
PQ BOX 100, PQ BOX 200 I PQI-DA
REG-DP
STACJONARNE I PRZENOŚNE ANALIZATORY
JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ
REGULATORY NADĄŻNEJ CEWKI PETERSENA
Są gwarancją niezawodności działania, jednoznaczności oraz
prostoty wykonywania pomiarów.
Idealne rozwiązanie dla zapewnienia bezpieczeństwa
przeciwporażeniowego, ciągłości zasialnia i polepszenia
wartości wskaźników SAIDI, SAIFI i MAIFI.
REG-D
DMR-D
PODOBCIĄŻENIOWE REGULATORY PRZEŁĄCZNIKA
ZACZEPÓW TRANSFORMATORA MOCY
SYSTEMY MONITOROWANIA DYNAMIKI SIECI
NA POZIOMIE NAPIĘĆ ŚREDNICH
Gwarancja utrzymania prawidłowej wartości napięcia dla odbiorców niespokojnych i statycznych dla każdego poziomu
napięć OSD i OSP.
Problemy z coraz liczniej przyłączanymi generatorami energii
uzyskiwanej ze źródeł odnawialnych są przeszłością. Możesz
kontrolować i monitorować sieć elektroenergetyczną w obszarze
dotychczas nieosiągalnym dla typowych urządzeń pomiarowych.
EOR-D
TMM
PRZEKAŹNIK KONTROLI DOZIEMIENIA
Z MOŻLIWOŚCIĄ WPIĘCIA DO SYSTEMU SCADA
SYSTEM DO KONTROLI PARAMETRÓW
TRANSFORMATORÓW
ASTAT Sp. z o.o., ul. Dąbrowskiego 441, 60-451 Poznań
tel.: 61 848 88 71, fax: 61 848 82 76, www.astat.com.pl, e-mail: [email protected]