LABORATORIUM ZWUE Ćwiczenie 2. Modelowanie zwarć
Transkrypt
LABORATORIUM ZWUE Ćwiczenie 2. Modelowanie zwarć
LABORATORIUM ZWUE Ćwiczenie 2. Modelowanie zwarć doziemnych w sieciach SN: izolowanej, uziemionej przez rezystor oraz kompensowanej 1. Wstęp Zwarcia jednofazowe w sieciach z izolowanym punktem neutralnym mogą być trwałe: metaliczne np. opadnięcie przewodu linii napowietrznej na poprzecznik słupa, za pośrednictwem łuku palącego się stabilnie w miejscu zwarcia, za pośrednictwem tzw. uporczywego łuku palącego się nie stabilnie w miejscu zwarcia np. wskutek przebicia izolatora, za pośrednictwem rezystancji przejścia np. przy opadnięciu przewodu linii na ziemię, lub przemijające: powstające zazwyczaj za pośrednictwem łuku, który po jednym półokresie lub dłuższym czasie same gasną. Generalnie sieci z izolowanym punktem neutralnym charakteryzują się mniejszym zagrożeniem porażeniowym w stosunku do sieci uziemianych. Chociaż w sieci z izolowanym punktem neutralnym obwód składowej symetrycznej zerowej z założenia jest rozwarty, to zamknięcie obwodu prądu zwarcia doziemnego (składowej zerowej) umożliwiają przewodności poprzeczne istniejące w sieci (pojemności i upływności). Przewodności poprzeczne spełniają zatem rolę uziemienia punktu neutralnego sieci jednakże ich impedancje są wielokrotnie większe od impedancji, jaka występowałaby w przypadku gdyby dana sieć miała skutecznie uziemiony punkt zerowy. Przy zwarciach w sieci z izolowanym punktem neutralnym prąd zwarcia jednofazowego ma charakter pojemnościowy. Koszt wykonania sieci SN z izolowanym punktem neutralnym jest zdecydowanie mniejszy w porównaniu z kosztami wykonania sieci z punktem neutralnym uziemionym. W sieciach SN z izolowanym punktem neutralnym wartość prądu zwarciowego w sieciach kablowych nie może przekraczać 50A a w sieciach napowietrznych i napowietrzno-kablowych 15A. Do wad sieci z izolowanym punktem neutralnym należy zaliczyć: wysoki poziom przepięć prowadzących do zwarć podwójnych i wielokrotnych, utrudnienie lokalizacji doziemionej (zwartej z ziemią) linii napowietrznej przy małych wartościach prądu ziemnozwarciowego, zagrożenie porażeniowe przy dłuższym utrzymywaniu się doziemienia w sieci napowietrznej. Przy zwarciu z ziemią, napięcia faz nie dotkniętych zwarciem w stosunku do ziemi wzrastają maksymalnie √3 razy. Takie przepięcie ustalone zazwyczaj nie jest zbyt groźne dla izolacji sieci SN. Sieci o izolowanym punkcie neutralnym mają rację bytu jako mało rozległe sieci przemysłowe, również jako sieci potrzeb własnych w elektrowniach. Jako sieci miejskie pozostały jeszcze w paru miastach. Od lat 60-tych ubiegłego wieku zaczęto w wielu krajach wprowadzać i upowszechniać uziemienie punktu neutralnego przez rezystor. W sieciach SN z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor trwałe uziemienie punktu neutralnego powoduje ograniczenie czasu trwania przepięć ziemnozwarciowych i zmniejszenie ich poziomu. Wartość tego rezystora powinna oprócz tego wymuszać prąd doziemny zapewniający prawidłowe działanie zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Graniczna wartość prądu doziemnego w takich układach wynosi od 300A do 500A. Sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor uważa się za rozwiązanie właściwe w przypadku sieci kablowych (w których raczej nie dochodzi do zwarć przemijających) oraz sieci mieszanych o przeważającym udziale linii kablowych. Sieci SN skompensowane, o punkcie neutralnym uziemionym przez dławik gaszący, mają tę wyższość nad innymi, że − przy prawidłowej kompensacji − dają dużą szansę samoczynnego zgaszenia łuku przy przeskoku powierzchniowym (przy zwarciu po powierzchni samoregenerującej się izolacji napowietrznej), co jest nieocenione dla ciągłości zasilania. Jeżeli jednak zwarcie utrzymuje się, bo jest zwarciem trwałym, zwłaszcza zwarciem wielkooporowym, to lokalizacja i eliminacja takich zwarć doziemnych bywa trudna, zawodna i długotrwała, mimo stosowania środków zaradczych, jak AWSC (Automatyczne Wymuszanie Składowej Czynnej prądu zwarcia doziemnego). Model symulacyjny Parametry źródła: napięcie skuteczne międzyfazowe 15 kV, czestotliwość 50 Hz, moc zwarciowa 20 MVA przy napięciu znamionowym 15 kV, stosunek X/R = 7. Model linii trójfazowej o parametrach skupionych R = 0.25 oraz L = 1mH, C=100nF. Początkowo w punkcie zwarcia Ron = 0.001, Rg = 0.001. Obciążenie RL: P=200kW, Q=100kVar indukcyjne. Wykorzystać bloczki: SimPowerSystems/Measurements/Three-Phase V-I Measurement - jako Bus 1 oraz Bus 2 Simulink/Signal Routing/From - jako From1, From2, From3, From4 Rys. 1. Ustawienie parametrów bloczków Bus 1 oraz Bus 2 (pomiar napięć „phase-to-ground”) oraz bloczków From. Rys. 2. Model symulacyjny Zadanie ćwiczenia 1. Podać amplitudę prądu doziemienia Id w sieci z punktem neutralnym izolowanym (Rd=108). Wyznaczyć charakterystykę prądu doziemienia Id w zależności od rezystancji rezystora uziemiającego Rd = 300, 250, 200, 150, 100, 50, 30, 20, 10 . 2. Ustawić w bloczkach Bus1 oraz Bus2 pomiar napięć Voltage measuremnet: „phase-to-ground” jak na Rys. 1. Wyznaczyć amplitudy napięć w fazach B oraz C na szynach Bus 1 oraz Bus 2 w zależności od wartości rezystancji uziemienia punktu gwiazdowego źródła Rd= 108 (punkt neutralny izolowany), Rd= 1000, Rd= 100. Jak rozłoży się napięcie na szynach Bus 1 oraz Bus2 jeżeli w ostatnim przypadku rezystancja doziemna w punkcie zwarcia wyniesie Rg= 100. 3. Zbadać jak wpływa na kształt prądu zwarciowego zmiana pojemności linii C=1pF, C=10nF, C=100nF, C=1uF dla dwóch przypadków Rd= 108 (punkt neutralny izolowany) oraz Rd= 100. Wnioski opisać. Przedstawić odpowiednie przebiegi prądu zwarciowego. 4. Co się stanie jeżeli pomiar napięcia w bloczkach Bus 1 oraz Bus 2 ustawimy na „phase-to-phase”. Czy można wówczas rozpoznać zwarcie doziemne. Parametry symulacji Rys. 3. Ustawienie parametrów symulacji. Czas wystąpienia zwarcia od 0.2 sek do 0.6 sek. Do odczytania dokładnych wartości amplitudy napięć i prądów wykorzystać bloczek „To workspace”. Jeżeli w bloczku „To workspace” nadamy nazwę sygnału wejściowego np. Variable name: izwarcia oraz ustawimy zakładkę Save format: timeseries lub Save format: array w wersji starszej Matlaba to możemy wykreślić przebieg prądu w oknie glównym Matlaba “Command window” komendą: >>plot(izwarcia) Dzięki wykorzystaniu bloczka „To workspace” można w oknie głównym Matlaba określić również maksymalną wartość sygnału np. maksymalne wartości napięć w fazach B i C na szynach Bus1 oraz Bus2 w czasie zwarcia komendą: >>max(Vbus1) >>max(Vbus2) BIBLIOGRAFIA [1] Musiał E.: Ochrona przeciwporażeniowa w urządzeniach średniego napięcia − aktualny stan normalizacji, http://www.edwardmusial.info/pliki/ochrona_pporazeniowa_sn.pdf