LABORATORIUM ZWUE Ćwiczenie 4. Badanie negatywnego

LABORATORIUM ZWUE
Ćwiczenie 4. Badanie negatywnego wpływu odbiorników liniowych i nieliniowych na parametry napięcia
zasilającego w sieciach rozdzielczych nn
1. Wstęp
System elektroenergetyczny powinien dostarczać do odbiorcy napięcie o ustalonym przebiegu i stałej, znamionowej
wartości skutecznej. W rzeczywistości przebieg napięcia zasilającego odbiega od sinusoidalnego. Zmienia się także
jego wartość skuteczna.
a)
b)
Rys. 1. Spadki napięcia na elementach toru prądowego
W związku z praktyczną niemożliwością dostarczania energii elektrycznej na stałym poziomie, odbiorniki elektryczne
projektuje się z ustaloną tolerancją zmiany napięcia w określonych strefach, np. +/- 5% jak na Rysunku 2.a.
a)
b)
Rys. 2. Właściwie zaprojektowana linia nn (a), niedotrzymanie parametrów napięcia po przyłączeniu nowych
odbiorców (b)
W przypadku przyłączenia nowych odbiorców (Rys. 2.b), gdy są oni oddaleni od linii, przyłączenie wykonuje
się zwykle wydłużając istniejącą linię (jest to możliwe, gdy obciążalność prądowa przewodu jest dobrana z
naddatkiem). Na nowym odcinku (po osiągnięciu określonego obciążenia) może powstać niedopuszczalny spadek
napięcia - zbyt niskie napięcie u nowo przyłączonych odbiorców.
Możliwe sposoby rozwiązania problemu:
- zmiana pozycji przełącznika zaczepów w transformatorze stacyjnym,
- zastosowanie baterii kondensatorów do poprawy współczynnika mocy (obniżenie składowej biernej prądu),
- wymiana istniejących przewodów na nowe o większym przekroju,
- podwyższenie napięcia systemu przez budowę nowej linii i nowej stacji transformatorowo-rozdzielczej,
- zastosowanie regulatorów napięcia.
2. Zadanie ćwiczenia
Parametry linii (całkowita długość 1km) do ustawiania zmian:
2
2.1) Linie napowietrzne o przewodach gołych aluminiowych 70mm xL=0.3 /km, rL=0.48 /km
2.2) Linie napowietrzne o przewodach gołych aluminiowych 120 mm2 xL=0.3 /km, rL=0.28 /km
2.3) Linia izolowana 120mm2 xL=0.104 /km, rL=0.25 /km
2.4) Linia kablowa xL=0.08 /km, rL=0.25 /km
Zamodelować układ jak na rysunku 3 z zastosowaniem 2 odcinków linii napowietrznej 500m o przewodach
gołych aluminiowych 70mm2 (parametry linii 2.1). Stację zamodelować w postaci źródła trójfazowego 400V, 50Hz,
Yg. Parametry (Specify impedance using short-circuit level), 3-phase short-circuit level at base voltage (VA): 5e6, base
voltage (Vrms ph-ph): 400, X/R ratio: 3.125. Zastosować dwa identyczne obciażenia Series RL Load (Delta) Active
Power: 40e3, Inductive reactive power QL: 10e3. Czas symulacji 0.35. Bus1, Bus2, Bus3 to bloczki ‘Three-Phase VI
Measurement’ w których ustawiono Voltage measurement ‘phase-to-ground’ oraz opcję ‘Use a label’, np. Signal
label: Vbus2. Z kolei w bloczku ‘From’ ustawiamy ‘Icon display’: Tag, oraz np. Goto Tag: Vbus2 , jak w poprzednich
ćwiczeniach.
Rys. 3. Schemat nr 1 badanego układu
Rys. 4. Parametry Symulacji
Tabelka do zadania - wpisujemy amplitudy napięć na szynach Vbus1, Vbus2, Vbus3 dla różnych parametrów i przekrojów przewodów, Napięcie
Vbus1 dopasowujemy napięciem źródła.
Powinno być
U<1.05*UN=1.05*230V= 241.5V
…
U>0.95*UN=0.95*230V=218.5V
Vbus1
Vbus2
Vbus3
2
Aluminium, goły, 70mm
2
Aluminium, goły, 120mm
2
Linia izolowana, 120mm
Linia kablowa
Badanie nr 1
Przy napięciu międzyprzewodowym źródła 400V przeprowadzić symulację i zbadać rozkład napięć podobnie jak na
rysunku 2.a. Zapisać jaki płynie prąd fazowy jest pobierany ze źródła (Naszkicować rysunek. Zwiększyć napięcie
źródła o 5% przesymulować i naszkicować rysunek. Po kolei zmieniać parametry kabli i zapisywać w tabeli napięcie
na szynach BUS1, BUS2 oraz BUS3.
Jeżeli zmiana rodzaju i przekroju przewodów nie pozwoli na uzyskanie prawidłowego rozkładu napięć w linii
zastosować na końcu linii baterię kondensatorów do poprawy współczynnika mocy (obniżenie składowej biernej
prądu) zgodnie z rysunkiem 5:
Rys. 5. Sposób włączenia baterii kondensatorów na końcu linii – jako odbiornik series C load (delta)
Moc bierną pojemnościową Qk baterii kondensatorów na szynie Vbus3 obliczyć ze wzoru:
Badanie nr 2
Badanie zapadu napięcia i zawartości wyższych harmonicznych na szynie BUS3 po załączeniu nieliniowego
obciążenia (prostownik diodowy) na szynie BUS 2. Zamodelować układ jak na rysunku 6 z dwoma odcinkami linii
napowietrznej Linia 1 oraz Linia2 o długościach 500m i o przewodach gołych aluminiowych 70mm2 (parametry linii
2.1). Czas symulacji skrócić do 0.25. Ustawić relative tolerance 1e-5. W czasie od 0.12 do 0.2 załączać obciążenie
nieliniowe w postaci mostka diodowego z rezystorem R=5ohm. Po kolei dla różnych długości Linii 2 odpowiednio
500m, 100m oraz 50m (zmieniać tylko parametry Linii 2) zbadać za pomocą bloczka Fourier amplitudy
poszczególnych harmonicznych napięcia na szynie BUS3: 1harmonicznej, 5-h, 7-h, 11-h oraz 13-h. Czy długość
odcinka Linii 2 ma wpływ na zakłócenia na szynie BUS3 jakie powoduje załączenie odbiornika nieliniowego?
Rys. 6. Schemat nr 2 badanego układu
Bloczek ‘Diode Bridge’ wstawiamy jako ‘Universal Bridge’ z biblioteki SimpowerSystem/Power Electronics/Universal Bridge i
dopiero w bloczku ustawiamy opcję ‘Power Electronic Devices’: Diodes. W bloczku ‘Fourier’ ustawiamy Fundamental Frequency
f1 [Hz]: 50. Przed każdą symulacją ustawiamy w bloczku Fourier po kolei numer harmonicznej (1, 5, 7, 11, 13) której
maksymalną wartość będziemy zczytywali w czasie zapadu i wpisywali do tableki dla odpowiedniej długości linii nr 2 (500m,
100m, 50m). Czy zmiana długości Linii 2 wpływa na zawartość poszczególnych harmonicznych w napięciu na szynie BUS3?
Zapisać również w postaci rysunków przebiegi prądów i napięć na szynie BUS2 oraz BUS3 dla przypadku długości Linii 2 równej
500m oraz 50m.