instrukcja obsługi oprogramowania

Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Kierunek Elektrotechnika – sem. VI
LABORATORIUM TRAKCJI ELEKTRYCZNEJ
Ćwiczenie nr 6
Zwarcia w sieciach trakcyjnych prądu stałego
- materiały pomocnicze i zakres ćwiczenia
Instrukcja do programu PT
1
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
SPIS TREŚCI:
1. WSTĘP .....................................................................................................................................3
2. METODOLOGIA OBLICZEŃ................................................................................................3
3. OBSŁUGA PROGRAMU........................................................................................................7
3.1. WPROWADZANIE DANYCH.......................................................................................10
3.2. ZAPIS DANYCH I WYNIKÓW .....................................................................................13
3.3. USTAWIENIA CZCIONKI.............................................................................................13
3.4. SCHEMATY....................................................................................................................14
4. BAZA DANYCH ...................................................................................................................15
5. LITERATURA .......................................................................................................................17
2
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
1.
WSTĘP
Zadaniem programu PT2005 jest obliczanie prądów zwarciowych w wybranych
punktach układów zasilania trakcji kolejowej, trakcji miejskiej oraz metra. Dodatkowo dzięki
powiązaniu z bazą danych linii kablowych, napowietrznych oraz urządzeń takich jak
transformatory rozdzielcze i zespoły prostownikowe, umożliwia w sposób szybki
konfigurację toru głównego układu zasilania. Bazodanowa architektura programu pozwala na
wprowadzanie przez użytkownika kolejnych typów linii i zespołów zwiększając tym samym
możliwości konfiguracyjne programu.
Program wyłącznie do używania w celach dydaktycznych!
Zakład Trakcji Elektrycznej nie bierze odpowiedzialności za wykorzystanie programu
do celów innych niż cele dydaktyczne.
2.
METODOLOGIA OBLICZEŃ
Do obliczeń zwarciowych program wykorzystuje metodę PNE, gdzie podstawową
wielkością jaką się wyznacza jest prąd początkowy I k'' . Inne wielkości zwarciowe są
powiązane z prądem początkowym. W algorytmie obliczeniowym wykorzystano następujące
zależności [1]:
I k'' 3 =
I k'' 2 =
c ⋅U n
3 ⋅ Zk
=
c ⋅U n
3 ⋅ Rk2 + X k2
c ⋅U n
2 ⋅ Zk
- prąd zwarciowy początkowy 3-fazowy;
- prąd zwarciowy początkowy 2-fazowy;
i p = 2 ⋅ k ⋅ I k'' 3
- prąd zwarciowy udarowy;
S k'' = 3 ⋅ U n ⋅ I k'' 3
- moc zwarciowa początkowa;
gdzie:
c
Un
Zk
Rk
Xk
k
- współczynnik napięciowy;
- napięcie znamionowe;
- impedancja zwarciowa zgodna;
- suma rezystancji zgodnych elementów obwodu zwarciowego;
- suma reaktancji zgodnych elementów obwodu zwarciowego;
- współczynnik udaru, którego wartość zależy od stosunku Rk/Xk;
k = 1,02 + 0,98 ⋅ e
−3⋅Rk
Xk
;
Wartości prądów zwarciowych po stronie prądu stałego obliczono z zależności [2]:
-
maksymalny prąd zwarciowy na szynach prądu stałego
3
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
I zw max
p 

U n ⋅ (1 + ε ) ⋅ 1 +
 − I n ⋅ N max ⋅ R p − ∆U z
100 

[A];
=
Rp
minimalny prąd zwarcia na końcu odcinka zasilania jednostronnego lub zasilanego
dwustronnie bez uzależnienia;
p 

U n ⋅ (1 + ε ) ⋅ 1 −
 − I n ⋅ R p − ∆U z
100 

[A];
I zw min11 =
R p + Rkz + Rkp + l zw ⋅ (R jsj + R jss )
-
minimalny prąd zwarcia w połowie odcinka zasilania w przypadku zasilania
dwustronnego bez kabiny z uzależnieniem podstacyjnym:
p 

U n ⋅ (1 + ε ) ⋅ 1 −
 − I n ⋅ R p − ∆U z
100 

[A];
I zw min12 =
 l zw 
R p + Rkz + Rkp +   ⋅ (R jsj + R jss )
 2 
-
-
minimalny prąd zwarcia w 1/3 odcinka zasilania w przypadku zasilania dwustronnego z
kabiny z uzależnieniem kabinowym:
p 

U n ⋅ (1 + ε ) ⋅ 1 −
 − I n ⋅ R p − ∆U z
100 

I zw min13 =
[A];
 l zw 
R p + Rkz + Rkp +   ⋅ (R jsj + R jss )
 3 
Rp =
ε ⋅U n
In ⋅ N
[Ω];
ε=
U do − U n
;
Un
∆PCu  Pd 
⋅   + n sz ⋅ ∆U d
I n  S t 
[V];
u z % ⋅ Pd N ⋅ S t
−
1− k ⋅
S zw
100 ⋅ S t
Un +
U do =
gdzie:
Un
- napięcie znamionowe [V];
ε
- rzeczywiste pochylenie charakterystyki zewnętrznej zespołów prostownikowych
uwzględniające wpływ obwodów zasilających;
p
- procentowy wskaźnik dopuszczalnych w eksploatacji wahań napięcia zasilającego;
In
- prąd znamionowy zespołu [A];
Rp
- rezystancja podstacji [Ω];
∆Uz - spadek napięcia w łuku [V];
Rkz
- rezystancja kabli zasilaczy [Ω];
Rkp
- rezystancja kabli powrotnych [Ω];
lzw
- długość sieci trakcyjnej [km];
Rjsj
- rezystancja jednostkowa sieci jezdnej [Ω/km];
4
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Rjss
Udo
∆Pcu
Pd
St
nsz
∆Ud
k
uz%
N
Szw
- rezystancja jednostkowa sieci szynowej [Ω/km];
- napięcie jałowe zespołu [V];
- straty mocy w uzwojeniach transformatora zespołu [W];
- moc znamionowa zespołu [MW];
- moc znamionowa transformatora prostownikowego [MVA];
- liczba diod prostownika w połączeniu szeregowym;
- znamionowy spadek napięcia na diodzie i połączeniu prądowym [V];
- współczynnik układu połączeń zespołu prostownikowego;
- procentowe napięcie zwarcia transformatora prostownikowego;
- liczba czynnych zespołów w podstacji;
- moc zwarciowa systemu zasilającego [MVA];
Występowanie minimalnych prądów zwarcia w zależności od rodzaju układów
zasilania i uzależnień obrazują poniższe rysunki:
Rys.1. Zasilanie jednostronne.
5
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Rys.2. Zasilanie dwustronne bez kabiny sekcyjnej.
Rys. Zasilanie dwustronne z kabiną sekcyjną.
Dodatkowo program oblicza kryterium stromości narastania prądu di/dt [A/ms] z zależności:
di
di U
U = L ⋅ , stąd
=
(+) ;
dt L t =0
dt
gdzie:
U
- napięcie odpowiadające pradowi zwarcia [V];
L
- indukcyjność obwodu zwarcia [mH];
6
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
3.
OBSŁUGA PROGRAMU
Po uruchomieniu programu PT2005 na ekranie pojawi się okno główne zawierające
menu oraz pasek przycisków szybkiego wyboru. Widok głównej formy pokazano na rysunku
4.
Rys.4. Widok głównego okna.
Z menu głównego możemy wybierać następujące pozycje. W polu ‘OBLICZENIA
ZWARCIOWE’ mamy do wyboru cztery opcje (rys.5.):
Rys.5. Widok menu ‘Obliczenia zwarciowe’.
•
•
•
•
Transformacja jednostopniowa;
Transformacja wielostopniowa;
Tramwaje;
Metro;
Klikając na jedną z opcji wybieramy interesującą nas formę do wprowadzania danych.
W polu ‘Schematy’ (rys.6.) znajduje się zestaw rysunków przedstawiających typowe układy
zasilania dla trakcji kolejowej, miejskiej i metra. Po wybraniu jednej z opcji na ekranie pojawi
się wybrany rysunek.
7
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Rys.6. Widok menu ‘Schematy’.
W polu ‘Narzędzia” (rys.7.) mamy dostępną bazę danych linii i urządzeń, z której
program pobiera dane do obliczeń. Po wybraniu pozycji ‘Baza danych’ pojawi się okno z
tabelami parametrów poszczególnych urządzeń z możliwością edycji danych.
Rys.7. Widok menu ‘Narzędzia’.
Kolejne pole ‘Okna’ (rys.8.) umożliwia porządkowanie wielu otwartych okien. Po
wybraniu opcjii ‘KASKADA’ wszystkie otwarte okna ułożą się „na zakładkę” jedno pod
drugim. Wybranie opcji ‘RÓWNOMIERNIE’ otwarte okna ułożą się obok siebie pokrywając
całą powierzchnię głównego okna. Po wybraniu opcji ‘MINIMALIZUJ WSZYSTKIE’
otwarte okna minimalizują się do ikonek w dolnej części okna głównego.
Rys.8. Widok menu ‘Okna’.
Przykłady zastosowania powyższych funkcji pokazano na rysunku poniżej.
8
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Rys.9. Pokaz możliwości ustawień okien w programie – kaskada, równomiernie,
minimalizacja wszystkich.
Pole ‘O programie’ wyświetla okno z informacją na temat programu (rys.10.)
Rys.10. Widok okna informacyjnego.
9
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Pasek narzędzi umożliwia dostęp do najczęściej używanych okien bez konieczności
szukania ich w menu głównym.
Rys.11. Pasek narzędzi głównego okna programu.
Poszczególne przyciski zaczynając od lewej umożliwiają:
•
•
•
•
•
•
Otwarcie okna wprowadzania danych dla układu zasilania z transformacją jednostopniową
w trakcji kolejowej;
Otwarcie okna wprowadzania danych dla układu zasilania z transformacją wielostopniową
w trakcji kolejowej;
Otwarcie okna wprowadzania danych dla układu zasilania trakcji miejskiej tramwajowej;
Otwarcie okna wprowadzania danych dla układu zasilania metra;
Otwarcie okna bazy danych;
Otwarcie pliku ‘Instrukcja.doc’ z opisem programu.
3.1. WPROWADZANIE DANYCH
Po wybraniu opcji np. ‘transformacja jednostopniowa’ pojawi się okno (rys.12.)
umożliwiające konfigurację toru głównego dla układu zasilania z jednostopniową
transformacją napięcia.
Rys.12. Przykładowe okno do wprowadzania danych.
10
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Okno zawiera pasek narzędzi, gdzie znajdują się przyciski sterujące danymi. Ich
przeznaczenie jest następujące:
•
•
•
•
‘Otwórz’ - otwiera plik z zadaną konfiguracją toru głównego;
‘Zapisz’ - umożliwia zapisanie wprowadzonych nowych danych lub wyników
obliczeń;
‘Oblicz’ - rozpoczyna procedurę obliczeniową toru głównego;
‘Zmień czcionkę’ - umożliwia zmianę wielkości i koloru czcionki w zakładce
‘wyniki’;
Dodatkowo okno podzielone zostało na dwie zakładki ‘wprowadzanie danych’ i
‘wyniki’.
W oknie ‘wprowadzanie danych’ znajdują się pola edycyjne i listy wyboru pogrupowane
zależnie od pełnionej funkcji. Dane wprowadza się wpisując odpowiednie wartości w pola
edycyjne lub wybierając z list odpowiednie typy urządzeń. Podobnie wprowadza się dane w
pozostałych oknach menu ‘obliczenia zwarciowe’.
Program umożliwia również wprowadzanie danych z wcześniej przygotowanych
plików. W tym celu należy „kliknąć” na przycisk otwórz, co spowoduje pojawienie się okna
wyboru plików danych (rys.13.).
Po wybraniu odpowiedniego pliku program wczytuje zawarte w nim informacje i
odpowiednio przypisuje polom edycyjnym i listom. Aby uniknąć bałaganu każdemu
rodzajowi układu zasilania przypisano inne rozszerzenia plików danych:
•
•
•
•
dla okna ‘transformacja jednostopniowa’
dla okna ‘transformacja wielostopniowa’
dla okna ‘trakcja tramwajowa’
dla okna ‘metro’
- *.dtj;
- *.dtw;
- *.dtr;
- *.dmo;
Rys.13. Okno wyboru plików danych.
11
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Przykładowy listing pliku danych wygląda następująco:
1100E-1
1000E0
1
2000E-3
8
1
1
1500E-2
12
3
3000E-4
18
2
3000E-4
17
4
15000E-3
7
15000E-3
3
- [kV ] napiecie GPZ
- [MVA] moc zwarciowe GPZ
- [0/1] wspolczynnik npieciowy odpowiednio 1,0 i 1,1
- [km ] dlugosc linii 110kV
- [1-n] nr rekordu bazy Linie.dbf
- [1-n] nr rekordu bazy ZespWN-3.dbf
- [1-4] ilosc czynnych zespolow
- [km ] dlugosc linii 15kV
- [1-n] nr rekordu bazy Linie.dbf
- [1-n] nr rekordu bazy TrafoWW.dbf
- [km ] dlugosc kabli zasilaczy
- [1-n] nr rekordu bazy Linie.dbf
- [1-9] ilosc kabli zasilaczy
- [km ] dlugosc kabli powrotnych
- [1-n] nr rekordu bazy Linie.dbf
- [1-9] ilosc kabli powrotnych
- [km ] dlugosc sieci jezdnej
- [1-n] nr rekordu bazy SiecG.dbf
- [km ] dlugosc szyn
- [1-n] nr rekordu bazy SiecD.dbf
Program, jako separatora dziesiętnego, używa przecinka więc najwygodniej jest
korzystać z klawiatury numerycznej, gdzie dla systemu Windows przecinek jest przypisany
domyślnie. Ponieważ program nie kontroluje poprawności wprowadzanych danych należy
zwracać uwagę, aby np. dla toru zasilanego z napięcia 15kV nie wybrać urządzenia
przewidzianego do pracy w torze 20kV.
Po przyciśnięciu klawisza ‘oblicz’, program przeliczy wprowadzone dane i
automatycznie pokaże zakładkę ‘wyniki’ (rys.14.), z obliczonymi wartościami parametrów
prądów zwarcia w wybranych punktach układu zasilania.
Rys.14. Widok zakładki ‘Wyniki’.
12
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
3.2. ZAPIS DANYCH I WYNIKÓW
Wyniki obliczeń jak i nowe dane można zapisać w plikach po przyciśnięciu przyciski
‘zapisz’. Otwarte w ten sposób okno (rys.15.) umożliwi nam wybór rodzaju zapisywanych
danych (wyniki, czy nowe dane) oraz nadanie nazwy plikowi. Plik zawierający wyniki
obliczeń odzwierciedla układ wyprowadzonych wyników w zakładce ‘wyniki’.
Rys.15. Okno zapisu danych i wyników.
3.3. USTAWIENIA CZCIONKI
Ponieważ standardowo wielkość czcionki w zakładce ‘wyniki’ jest dość niewielka w
pewnych warunkach może okazać się nieczytelna. Dlatego też program umożliwia zmianę
wielkości rodzaju i koloru czcionki po „kliknięciu „ na przycisk ‘zmiana czcionki. Otwarte w
ten sposób okno ‘czcionka’ (rys.16.) umożliwia dostosowanie zakładki ‘wyniki’ do
indywidualnych wymagań.
13
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Rys.16. Okno zmiany czcionki.
Rozmiar czcionki zmieniony rozmiar czcionki zapamiętany będzie przez program
tylko w ciągu jednej sesji. Po ponownym uruchomieniu programu rodzaj i wielkość czcionki
powraca do ustawień wbudowanych.
3.4. SCHEMATY
Menu ‘SCHEMATY’ zawiera przykłady typowych rozwiązań układów zasilania dla
trakcji kolejowej i miejskiej. Po wybraniu jednego ze schematów zostanie otwarte okno z
rysunkiem. Ponieważ schematy wykonano i zapisano w postaci wektorowej można je
dowolnie powiększać i pomniejszać z zachowaniem czytelności.
Dodatkowo „klikając” lewym klawiszem myszy w obszarze rysunku schemat można
powiększyć z wbudowanym skokiem zachowującym proporcjonalność. „Klikając” prawym
klawiszem myszy pomniejszamy schemat. Przykład okna ze schematem przedstawia poniższy
rysunek.
14
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Rys.17. Okno z przykładowym schematem.
4.
BAZA DANYCH
Ponieważ program wykorzystuje bazę danych linii, kabli i urządzeń dodano narzędzie
które umożliwia edycję istniejących danych jak też rozbudowę bazy o kolejne elementy.
Narzędziem tym jest okno ‘Bazy danych’ uruchamiane z menu ‘narzędzia / bazy danych’ lub
klawisza szybkiego wyboru na pasku narzędzi głównego okna.
Rys.18. Widok okna ‘Bazy danych’
15
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Okno zawiera zestaw tabel z przyciskami umożliwiającymi nawigowanie i edycję bazy.
Poszczególne przyciski, zaczynając os lewej, spełniają następujące funkcje:
Rys.19. Przyciski sterujące bazą danych.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ustawienie kursora na pierwszym wierszu;
Przestawienie kursora do wiersza poprzedniego;
Przestawienie kursora do wiersza następnego;
Ustawienie kursora na wierszu ostatnim;
Dodanie nowego wiersza;
Usunięcie wiersza;
Wprowadzenie tabeli w stan edycji;
Zatwierdzenie zmian;
Anulowanie wprowadzonych zmian przed zatwierdzeniem;
Odświeżenie tabeli.
Przy wprowadzaniu nowych danych należy pamiętać aby w polu ‘LP’ nie dublowały się
kolejne liczby. W przeciwnym wypadku, gdy pojawią się pola o takim samym numerze ‘LP’,
program pobierze dane z pola które jest wyżej w tabeli. Ponadto dane transformatorów
prostownikowych takie jak napięcie zwarcia czy straty obciążeniowe dla poszczególnych par
uzwojeń interpretowane są przez program jako odniesione do mocy znamionowej
transformatora. W przypadku gdy posiadane dane odniesione są do innej mocy odniesienia
należy je przeliczyć do mocy znamionowej i dopiero wstawić do bazy. Przeliczeń należy
dokonać wg następujących zależności [3]:
u z % GD1obl
S
= u z %Gd 1 ⋅ n ;
S GD1
gdzie:
uz%GD1obl
∆PcuGD1obl
uz%GD1
∆PcuGD1
Sn
SGD1
2
∆PcuGD1obl
 S 
= ∆PcuGD1 ⋅  n  ;
 S GD1 
- napięcie zwarcia przeliczone do mocy znamionowej transformatora;
- straty obciążeniowe przeliczone do mocy znamionowej transformatora;
- napięcie zwarcia pary uzwojeń;
- straty obciążeniowe pary uzwojeń;
- moc znamionowa transformatora;
- moc pary uzwojeń;
16
Instrukcja współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
5.
LITERATURA
[1]
[2]
- Markiewicz Marek, Urządzenia elektroenergetyczne, WNT, Warszawa 2001;
- Wdowiak J, Mierzejewski L, Szeląg A., Projektowanie układów zasilania trakcji
elektrycznej systemu prądu stałego, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej,
Warszawa 1993;
- Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze, pod redakcją Szczęsnego Kujszczyka, WN
PWN, Warszawa 1994
[3]
17