Szkolenie Energetyka podstawy wiedzy. Systemy przesyłu energii energia elektryczna II: SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY

Transkrypt

1 Szkolenie Energetyka podstawy wiedzy Systemy przesyłu energii energia elektryczna II: SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY Prof. dr hab. inż. Józef PASKA Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny, Instytut Elektroenergetyki, Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej Jozef.Paska@ien.pw.edu.pl

2 O wykładowcy Uzyskał tytuł zawodowy mgr inż. elektryka na Wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej w 1974 r. (specjalizacja elektrownie i gospodarka elektroenergetyczna), stopień naukowy doktora w 1982 r. (rozprawa doktorska pt. Modele niezawodnościowe układów elektrycznych zasilania potrzeb własnych i wyprowadzenia mocy elektrowni ), doktora habilitowanego w 2002 r. (monografia habilitacyjna pt. Ocena niezawodności podsystemu wytwórczego systemu elektroenergetycznego ), tytuł naukowy profesora w 2007 ( ). Obecnie jest profesorem nadzwyczajnym w Instytucie Elektroenergetyki PW (Wydział Elektryczny) i kierownikiem Zakładu Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej. Jest członkiem rad programowych czasopism Elektroinstalator, Rynek Energii i Energetyka. W kadencji był członkiem Komitetu Problemów Energetyki przy Prezydium PAN a w kadencji członkiem Sekcji Systemów Elektroenergetycznych Komitetu Elektrotechniki PAN. Jego zainteresowania naukowe dotyczą technologii wytwarzania energii elektrycznej, w tym wytwarzania rozproszonego i wykorzystania odnawialnych zasobów energii, gospodarki elektroenergetycznej i ekonomiki elektroenergetyki, niezawodności systemu elektroenergetycznego i bezpieczeństwa zasilania w energię elektryczną. Autor ponad 240 artykułów i referatów oraz 10 monografii i podręczników akademickich. Należy do Polskiego Towarzystwa Elektrotechniki Teoretycznej i Stosowanej, Polskiego Towarzystwa Nukleonicznego, World Scientific and Engineering Academy and Society oraz do International Council on Large Electric Systems (CIGRE). Jozef.Paska@ien.pw.edu.pl 2

3 ZAGADNIENIA DEFINICJE CECHY SEE WYMAGANIA STAWIANE SEE PODSTAWOWE PODSYSTEMY SEE Sieci przesyłowe Sieci rozdzielcze ELEMENTY SEE Generatory Linie elektroenergetyczne Transformatory Stacje elektroenergetyczne 3

4 Urz. i i obiekty przesylowe przesyłowe DEFINICJE System elektroenergetyczny (SEE) - zbiór połączonych funkcjonalnie urządzeń elektrycznych przeznaczonych do wytwarzania, przesyłu i rozdziału energii elektrycznej. PSW PSP Bilanse energetyczne HL 0 Urz. i obiekty do wytwarzania HL I SEE HL II OZE &GR Strefy funkcjonalne i poziomy hierarchiczne systemu elektroenergetycznego: SEE system elektroenergetyczny, PSW - system (podsystem) wytwórczy, PSP - system przesyłowy, PSD - system dystrybucyjny, OZE&GR odnawialne źródła energii i generacja rozproszona PSD Urz. Urz. i i obiekty dystrybucyjne HL III 4

5 DEFINICJE System elektroenergetyczny sieci 1 elektroenergetyczne wraz z przyłączonymi do nich urządzeniami do wytwarzania lub pobierania energii elektrycznej, współpracujące na ściśle określonych zasadach, zdolne do trwałego utrzymywania określonych parametrów niezawodnościowych i jakościowych dostaw energii elektrycznej oraz spełniania warunków obowiązujących we współpracy z innymi połączonymi systemami. System elektroenergetyczny stanowi zatem zbiór połączonych i współpracujących ze sobą urządzeń i instalacji 2 do wytwarzania, przetwarzania, przesyłania, rozdzielania i odbioru energii elektrycznej, a częściowo także wytwarzania ciepła w elektrociepłowniach. Obejmuje on określony obszar działania i często jest centralnie kierowany (a przynajmniej koordynowany); w skład systemu wchodzą elektrownie, sieci elektroenergetyczne i układy odbiorcze, zwane też odpowiednio podsystemami (systemami): wytwórczym, przesyłowym, rozdzielczym, odbiorczym. SEE zwykle obejmuje swym zasięgiem terytorium całego kraju, zaś kolejnym etapem rozwoju systemu jest łączenie go z systemami państw sąsiednich, co umożliwia wymianę energii elektrycznej i daje znaczne korzyści ekonomiczne. 1 Sieci - instalacje połączone i współpracujące ze sobą, służące do przesyłania i dystrybucji paliw lub energii, należące do przedsiębiorstw energetycznych [Prawo energetyczne]. 2 System elektroenergetyczny to oczywiście również infrastruktura niezbędna dla jego prawidłowego funkcjonowania w warunkach normalnych i awaryjnych, w tym algorytmy, procedury i programy w obszarze zabezpieczeń, sterowania pracą i reagowania w stanach nienormalnych. 3 Przesyłanie - transport paliw lub energii za pomocą sieci [Prawo energetyczne]. 4 Dystrybucja - rozdział i dostarczanie do odbiorców paliw lub energii za pomocą sieci. 5

6 DEFINICJE Sieć elektroenergetyczna - zbiór urządzeń powiązanych funkcjonalnie i połączonych elektrycznie, przeznaczonych do przesyłania, przetwarzania i rozdzielania na określonym terytorium wytworzonej w elektrowniach energii elektrycznej oraz do zasilania nią odbiorców. Sieci elektroenergetyczne składają się z linii elektroenergetycznych i stacji elektroenergetycznych. Ze względu na rodzaj prądu elektrycznego, będącego nośnikiem energii, rozróżnia się sieci prądu przemiennego (o częstotliwości 50 Hz lub 60 Hz np. w USA i Japonii) oraz sieci prądu stałego (linie elektroenergetyczne służące do przesyłania energii na znaczne odległości i/lub sprzęgania różnych systemów oraz sieci mające charakter lokalny i stosowane w elektrowniach lub zakładach przemysłowych). Ze względu na ich funkcję w procesie dostawy energii sieci elektroenergetyczne dzieli się na przesyłowe (w Polsce 220 kv, 400 kv, 750 kv), przeznaczone do przesyłania dużych energii na znaczne odległości i realizacji powiązań między systemami elektroenergetycznymi (krajowa sieć przesyłowa jest eksploatowana przez Polskie Sieci Elektroenergetyczne Operator S.A.) i rozdzielcze (w Polsce 110 kv i niższych napięć), zapewniające rozdzielanie energii i dostarczanie jej do odbiorców (w Polsce sieci rozdzielcze są eksploatowane przez spółki dystrybucyjne). Sieć przesyłowa - sieć służąca do przesyłania 3 i dystrybucji 4 energii elektrycznej, w Polsce o napięciu wyższym niż 110 kv. Sieć rozdzielcza - sieć służąca do przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej, w Polsce o napięciu nie wyższym niż 110 kv. System przesyłowy - w Polsce jest to sieć służąca do przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej, o napięciu wyższym niż 110 kv (sieć przesyłowa) wraz z jednostkami wytwórczymi pracującymi na tę sieć. 6

7 DEFINICJE Strukturę sieci tworzącej system elektroenergetyczny (a w szczególności KSE) można rozpatrywać pod względem: funkcjonalnym, operatorskim, własnościowym. Ze względów funkcjonalnych rozróżnić trzeba: sieć zamkniętą i sieci otwarte (promieniowe i magistralne). Sieć zamkniętą definiuje się jako sieć, w której przepływy energii elektrycznej zależą przede wszystkim od rozłożenia wytwarzania na jednostki wytwórcze oraz nie zależą wyłącznie od jednego operatora. Sieć zamknięta ma zadanie zapewniania zasilania odbiorców końcowych lub sieci otwartych niższego poziomu napięciowego w KSE na warunkach standardowych niezależnie od odległości od źródeł wytwórczych. W sieci zamkniętej jest możliwość zasilania każdego odbiorcy, co najmniej z dwóch niezależnych źródeł. W sieciach otwartych, zwanych również dystrybucyjnymi, przepływy energii zależą przede wszystkim od poboru energii przez odbiorców. Sieć zamknięta obejmuje sieć łączącą punkty zasilania sieci (PZS) z punktami wyjścia z sieci (PWS). Sieć wielooczkowa zamknięta stanowi tę część sieci, która decyduje o utrzymaniu zdolności KSE do realizacji dostaw energii elektrycznej w sposób niezawodny, przy spełnieniu określonych wymagań jakościowych. Sieć zamkniętą dla potrzeb planowania i prowadzenia ruchu modeluje się jako zbiór punktów wyjścia z sieci (PWS) i punktów zasilania (PZS), w których energia wypływa lub wpływa z/do sieci zamkniętej, połączonych elementami liniowymi (EL). 7

8 Przepływy energii w sieci zamkniętej zależą od wielu czynników, zasadniczo od rozkładu generacji, tj. ilości energii wpływającej do sieci w poszczególnych PZS. W rynkowej, zdecentralizowanej elektroenergetyce decyzje, które źródła będą wytwarzać energię w danej godzinie zależą przede wszystkim od umów sprzedaży energii. Wypływ energii z sieci zamkniętej w PWS jest wynikiem poboru energii przez odbiorców końcowych i w warunkach normalnych nie jest on sterowany przez operatorów sieciowych (poza szczególnymi przypadkami). DEFINICJE EEX EIM EEX EIM EEX EIM EEX EIM Schemat poglądowy sieci zamkniętej KSE Sieć 220/400 kv Sieć 110 kv Punkty wyjścia z sieci (PWS) E EX, EIM Punkty zasilania sieci (PZS) Punkty wyjścia z sieci (PWS) i jednocześnie punkty zasilania sieci (PZS) Wymiana międzynarodowa 8

9 DEFINICJE System elektroenergetyczny jest to zbiór urządzeń przeznaczonych do wytwarzania, przesyłu i rozdziału energii elektrycznej, połączonych ze sobą funkcjonalnie w celu realizacji procesu ciągłej dostawy energii elektrycznej odbiorcom. Podział SEE: Podsystem wytwórczy wytwarzanie energii elektrycznej elektrownie Podsystem przesyłowo-rozdzielczy przesył i rozdział energii sieci elektroenergetyczne 9

10 DEFINICJE Sieć elektroenergetyczna jest to zespół urządzeń służących do przesyłu, rozdziału i przetwarzania energii elektrycznej wytworzonej w elektrowniach i zużywanej w odbiornikach. Sieci elektroenergetyczne łączą więc elektrownie z odbiornikami energii elektrycznej. Przesył odbywa się liniami elektroenergetycznymi napowietrznymi i kablowymi. Węzłowe punkty sieci to stacje elektroenergetyczne, w których następuje rozdział energii elektrycznej za pomocą szyn zbiorczych i łączników, a także jej przetwarzanie, np. zmiana poziomu napięcia, za pomocą transformatorów. 10

11 DEFINICJE Odbiornik jest urządzeniem przemieniającym energię elektryczną na inny rodzaj energii użytecznej. Odbiór to zespół odbiorników stanowiących z punktu widzenia zasilania jedną całość; inaczej moc lub energia pobierana z określonego punktu sieci. Odbiorca to osoba fizyczna lub prawna, która zawarła z dostawcą umowę o sprzedaży energii, umowę o świadczeniu usługi przesyłania/dystrybucji lub umowę kompleksową. Dostawcą jest przedsiębiorstwo elektroenergetyczne realizujące ww. usługi. 11

12 DEFINICJE Sieć elektroenergetyczna jest 3-fazowa i wielonapięciowa Napięcia znamionowe sieci (wg PN-88/E-02000) Napięcia niskie (nn) 0,40 kv; 0,69 kv; 1 kv Napięcia średnie (SN) 3, 6, 10, 15, 20, 30, 40, 60 kv Napięcia wysokie (WN) 110 kv Napięcia najwyższe (NN) 220, 400 kv Napięcie ultrawysokie (UWN) kv 12

13 DEFINICJE - kryteria podziału sieci 1. Funkcja pełniona w krajowym SEE Sieci przesyłowe, rozdzielcze 2. Układ połączeń Sieć otwarta: promieniowa, magistralna Sieć zamknięta: pętlicowa, oczkowa 3. Rodzaj linii Sieć napowietrzna, sieć kablowa 4. Sposób pracy punktu neutralnego sieci Sieci uziemione, izolowane i kompensowane 13

14 CECHY SEE Bilans mocy i energii Ilość energii wyprodukowanej w danym czasie musi być równa ilości energii przetworzonej w odbiornikach i traconej na drodze przesyłu. W dowolnym odcinku czasu musi być spełniony bilans energii elektrycznej, a w każdej chwili czasowej - bilans mocy. Zmienność obciążenia Zapotrzebowanie na moc czynną i bierną w systemie elektroenergetycznym zmienia się w czasie, w charakterystyczny dla rozpatrywanego okresu sposób. Powiązanie z poziomem życia kraju 14

15 WYMAGANIA STAWIANE SEE Niezawodność dostawy energii elektrycznej Dobra jakość dostarczanej energii Bezpieczeństwo życia i mienia człowieka Racjonalność gospodarcza Elastyczność 15

16 Wymagania - niezawodność zasilania Poziom niezawodności zasilania dostosowuje się do charakteru odbiorców Odbiorcy komunalno-bytowi możliwości rezerwowania ograniczone Odbiorcy przemysłowi rezerwowanie zależne od kategorii zasilania: Kategoria I 100% rezerwy Kategoria II O wielkości rezerwy decyduje rachunek ekonomiczny Kategoria III nie wymaga rezerwy 16

17 Wymagania - niezawodność zasilania Niezawodność zasilania można zwiększyć poprzez: stosowanie urządzeń rezerwowych: rezerwa jawna i utajona zamykanie sieci stosowanie automatyk sieciowych SPZ - Samoczynne Ponowne Załączenie SZR Samoczynne Załączenie Rezerwy stosowanie doskonalszej aparatury 17

18 Wymagania - jakość energii elektrycznej Jakość energii elektrycznej (jakość napięcia) jest określona parametrami napięcia zasilającego. Parametrami jakości są: Wartość skuteczna napięcia Częstotliwość Kształt krzywej Symetria napięć trójfazowych Standardy jakościowe są określone w: Rozporządzeniu systemowym Ministra Gospodarki Instrukcjach Ruchu i Eksploatacji Systemu Przesyłowego (IRiESP) oraz Systemów Dystrybucyjnych (IRiESD) Normie PN-EN dla miejsca przyłączenia sieci odbiorcy do sieci dostawcy, tzw. punktu wspólnego przyłączenia (PCC). 18

19 Wymagania - jakość energii elektrycznej Parametry jakościowe U Poziom napięcia U = L L % 100% Uc UL Uc Odchylenie napięcia UL% = 100% Uc Względna wartość h-tej harmonicznej napięcia Współczynnik odkształcenia Współczynnik asymetrii THD Długookresowa uciążliwość migotania światła K 2 = U% U U % 2(1) 1(1) = 40 h= 2 U 100% U (1) 2 (h) U 100% P lt U(h) % 100% U h = = 3 12 i= 1 c P 12 3 sti 19

20 Wymagania - jakość energii elektrycznej Wielkości występujące we wzorach oznaczają: U c - napięcie deklarowane w złączu sieci elektroenergetycznej, U L - uśredniona w przedziale pomiarowym wartość skuteczna napięcia zasilającego (fazowego bądź międzyprzewodowego), U 1(1) - uśredniona w przedziale pomiarowym wartość skuteczna składowej zgodnej harmonicznej podstawowej napięcia zasilającego, U 2(1) - uśredniona w przedziale pomiarowym wartość skuteczna składowej przeciwnej harmonicznej podstawowej napięcia zasilającego, U (h) - uśredniona w przedziale pomiarowym wartość skuteczna napięcia h-tej harmonicznej (h = 1,..., 40), U (1) - uśredniona w przedziale pomiarowym wartość skuteczna harmonicznej podstawowej napięcia zasilającego, P st - uśredniona w przedziale pomiarowym krótkookresowa uciążliwość migotania 20

21 Wymagania - ocena jakości Pomiar parametrów jakościowych powinien trwać w sposób ciągły przez okres co najmniej jednego tygodnia. Każdy mierzony parametr uśrednia się w czasie 10 min. Norma wymaga, aby 95% otrzymanych w czasie pomiarów wyników spełniało określone w niej standardy. 21

22 Wymagania - standardy jakościowe Częstotliwość sieciowa: 50 Hz +/- 1% (49,5 Hz 50,5 Hz) przez 95% tygodnia 50 Hz +/- 4% (48 Hz 52 Hz) przez 100% tygodnia Odchylenia napięcia: +/- 10% Współczynnik THD: 8% Współczynnik asymetrii: 2% Harmoniczne: 3. 5%; 5. 6%; %; 9. 1,5%; ,5%; %; 15. 0,5%; 17. 2% 22

23 Podstawowe podsystemy SEE - sieci przesyłowe Realizują zadania przesyłu energii elektrycznej Napięcia: 400 i 220 kv Budowa: głównie sieci napowietrzne, kablowe ok. 50 km Konfiguracja: układy zamknięte Praca punktu neutralnego: sieci uziemione 23

24 Sieci przesyłowe - mapa Sieci przesyłowe 400 i 220 kv realizują zadania przesyłu energii elektrycznej 24

25 Sieci przesyłowe połączenia międzysystemowe Istniejące połączenia międzysystemowe 750, 400 i 220 kv 1 Polączenie Napięcie Maks. obciążenie techniczne Maksymalny roczny wolumen 1. Szwecja HVDC 450 kv 720 MVA 5,7 TWh 2. Krajnik Vierraden 220 kv 930 MVA 7,3 TWh Mikułowa Hagenverder 400 kv 1385 MVA 10,9 TWh 3. Mikułowa Kisdorf 400 kv 1385 MVA 10,9 TWh 4. Dobrzeń - Albrechtice 400 kv 1385 MVA 10,9 TWh 4. Wielopole - Nosovice 400 kv 1385 MVA 10,9 TWh 5. Kopanina - Liskovec 220 kv 362 MVA 2,9 TWh 3 5. Bujaków - Liskovec 220 kv 394 MVA 3,1 TWh 8 6. Krosno Lamesany 2x400 kv 2x1385 MVA 21,8 TWh 4 5 Dodatkowo, Polska posiada kilka połączeń o napięciu 110 kv (Turów Hirschwelde, Boguszów Porici, Kudowa Nachod, Wólka Dobrzyńska Brześć). Sumarycznie, maksymalny roczny przepływ energii w przypadku tych połączeń to ok. 0,5 TWh Zamość Dobrotwór 220 kv 362 MVA 2,9 TWh RAZEM: MVA 76,4 TWh 7. Rzeszów Chmielnicka Niedziałająca 9. Białystok Roś Niedziałająca 750 kv 1300 MVA 10,2 TWh 220 kv 362 MVA 2,9 TWh 25

26 Sieci przesyłowe - statystyka Długość linii: 750 kv 114 km 400 kv ok km 220 kv ok km Liczba stacji o górnym napięciu 400 i 750 kv kv 69 26

27 Podstawowe podsystemy SEE - sieci rozdzielcze Realizują zadania przesyłu i rozdziału energii elektrycznej Napięcia: 110 kv - sieć przesyłowo-rozdzielcza SN - sieci rozdzielcze nn - instalacje elektryczne Budowa: sieci napowietrzne i kablowe Konfiguracja: 110 kv - sieć zamknięta SN - budowane w układach zamkniętych, pracują jako otwarte nn - otwarte Praca punktu neutralnego: 110 kv - uziemione SN - izolowane lub kompensowane nn - uziemione 27

28 Sieci rozdzielcze - statystyka Linie napowietrzne 110 kv ok km SN ok km Linie kablowe Liczba stacji nn ok km 110 kv ok. 100 km SN ok km nn ok km o górnym napięciu 110 kv 1391 SN

29 Elementy SEE generatory synchroniczne Do przetwarzania energii mechanicznej na elektryczną stosuje się trójfazowe prądnice synchroniczne, przy czym prądnice z wirnikiem cylindrycznym (z tzw. utajonymi biegunami) nazywają się turbogeneratorami - z uwagi na napęd turbinami parowymi lub gazowymi, natomiast prądnice z jawnymi biegunami - stosowane w elektrowniach wodnych - hydrogeneratorami. Turbogeneratory są budowane jako dwubiegunowe, a dla bardzo dużej mocy w elektrowniach jądrowych - również jako czterobiegunowe. turbina parowa lub gazowa jest sprzęgnięta z turbogeneratorem; obie maszyny tworzą tzw. turbozespół turbozespół obraca się z prędkością synchroniczną 3000 obr/min (50 Hz) albo 3600 obr/min (60 Hz) - generator synchroniczny ma jedną parę biegunów turbogenerator to trójfazowa prądnica synchroniczna z napędem turbinowym uzwojenie wzbudzenia, zasilane prądem stałym, nawinięte jest na wirniku wykonanym ze stalowej odkuwki prąd stały pochodzi ze wzbudnicy maszynowej osadzonej na wspólnym wale (starsze turbozespoły) albo ze wzbudnicy statycznej, tzn. prostownika półprzewodnikowego o regulowanym napięciu trójfazowe uzwojenie twornika jest umieszczone w żłobkach stojana z blach magnetycznych; z zacisków tego uzwojenia przewody szynowe wyprowadzają energię elektryczną do transformatora blokowego sprawności generatorów wynoszą od ok. 98% do 99%!!! 29

30 Wirnik i stojan turbogeneratora 30

31 Elementy SEE generatory synchroniczne Hydrogeneratory 31

32 Elementy SEE generatory synchroniczne Do najważniejszych parametrów prądnicy synchronicznej należą: S - moc pozorna, MV A; U - napięcie stojana, kv; I - prąd stojana, A; cosϕ - współczynnik mocy; n - prędkość obrotowa, 1/min; U w - napięcie wzbudzenia, V; I w - prąd wzbudzenia, A; rodzaj, temperatura i ciśnienie czynnika chłodzącego. Typ turbogeneratora S, MV. A U, kv I, A cosϕ U w, V I w, A η g, % TGH-120 TWW-200 GTHW-360 TWW-500* ) ,8 15, ,85 0,85 0,85 0, ,4 98,57 98,57 98,7 *) Produkcja b. ZSRR. Tablica. Podstawowe parametry znamionowe wybranych turbogeneratorów krajowych

33 Elementy SEE linie elektroenergetyczne Linia WN przykład 1 33

34 Elementy SEE linie elektroenergetyczne Przewód linii napowietrznej Linka wielodrutowa a) widok, b) przekrój: 1 druty stalowe, 2 druty aluminiowe 34

35 Elementy SEE linie elektroenergetyczne Średnice drutów wynoszą: od 1,16 do 5,05 mm Średnice drutów stalowych w przewodach o przekrojach do 50 mm 2 są takie same jak aluminiowych. Dla większych przekrojów druty stalowe są cieńsze. Linki skręcane są spiralnie z 7, 19, 37 lub 61 drutów. Stosunek przekroju aluminium do przekroju stali jest znormalizowany i równy: 1,25; 1,7; 3; 4; 6; 8; 20. Znormalizowane przekroje linek wynoszą: 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 350, 400, 525, 675 mm 2. 35

36 Elementy SEE linie elektroenergetyczne Linia WN przykład 2 Przewody wiązkowe zastosowano dla uniknięcia zjawiska ulotu 36

37 Elementy SEE linie elektroenergetyczne Kabel z izolacją rdzeniową 1 żyła 2 izolacja żyły 3 wypełnienie 4 izolacja rdzeniowa 5 powłoka ołowiana 6 osłona włóknista 7 pancerz 37

38 Elementy SEE linie elektroenergetyczne Kabel ekranowany 1 żyła 2 izolacja żyły 3 ekran 4 wypełnienie 6 powłoka ołowiana 7 osłona włóknista 8 pancerz 9 osłona zewnętrzna 38

39 Elementy SEE linie elektroenergetyczne Słupy linii napowietrznej Słupy żelbetowe: a) przelotowy, b) narożny, c) odporowy 39

40 Elementy SEE linie elektroenergetyczne Słupy linii napowietrznej Słupy stalowe: a) przelotowy 110 kv, b) przelotowy linii dwutorowej 110 kv, c) przelotowy 220 kv 40

41 Elementy SEE - transformatory Transformator energetyczny urządzenie elektryczne przeznaczone do przetwarzania energii elektrycznej o określonym napięciu na energię elektryczną o innym napięciu. U L (U 1 ) U H (U 2 ) strona dolnego napięcia (L) strona pierwotna (1) strona górnego napięcia (H) strona wtórna (2) P 1, I 1 P P 2, I 2 P straty mocy w transformatorze 1 = P2 + P P2 3U 1I1 cos ϕ = 3U 2I 2 U 1 I = 2 U I 2 1 cos ϕ 41

42 Elementy SEE - transformatory uzwojenia na rdzeniu magnetycznym 2 kadź 3 pokrywa 4 izolatory przepustowe strony GN 5 izolatory przepustowe strony DN 6 konserwator oleju 7 chłodnica (radiator) 8 pochłaniacz wilgoci 9 przekaźnik Bucholtza 10 przełącznik zaczepów 42

43 Napięcia znamionowe: U rth strony górnego napięcia, kv (wartość międzyfazowa) U rtl strony dolnego napięcia, kv (wartość międzyfazowa) Uwaga: napięcia znamionowe różnią się od napięć znamionowych sieci U n, np. U rth = 115 kv U n = 110 kv, U rtl = 16,5 kv U n = 15 kv Przekładnia: Elementy SEE - transformatory U rth / U rtl np. 115 kv / 16,5 kv zakres regulacji przekładni np. ±10%/ ±8st., ±2 2,5% Uwaga: regulacja może odbywać się pod obciążeniem lub w stanie beznapięciowym; przełącznik zaczepów może mieć napęd maszynowy bądź ręczny; regulacja przekładni może być również automatyczna 43

44 Elementy SEE - transformatory Połączenia i układy uzwojeń transformatorów: U H U L Y uzwojenie górnego napięcia skojarzone w gwiazdę U H U L D uzwojenie górnego napięcia skojarzone w trójkąt U H U L Z uzwojenie górnego napięcia skojarzone w zygzak U H U L y uzwojenie dolnego napięcia skojarzone w gwiazdę U H U L d uzwojenie dolnego napięcia skojarzone w trójkąt U H U L z uzwojenie dolnego napięcia skojarzone w zygzak 44

45 Elementy SEE - transformatory Moc znamionowa i prądy znamionowe: S rt moc pozorna wyrażona w kv A lub MV A S = 3 U I = 3U rt rth rth rtl I rtl I rth prąd znamionowy strony górnego napięcia I rtl prąd znamionowy strony dolnego napięcia 45

46 Elementy SEE - transformatory Uzwojenia z wyprowadzonym punktem gwiazdowym: U H U L YN uzwojenie górnego napięcia skojarzone w gwiazdę z wyprowadzonym punktem gwiazdowym U H U H U H U L U L U L ZN uzwojenie górnego napięcia skojarzone w zygzak z wyprowadzonym punktem gwiazdowym yn uzwojenie dolnego napięcia skojarzone w gwiazdę z wyprowadzonym punktem gwiazdowym zn uzwojenie dolnego napięcia skojarzone w zygzak z wyprowadzonym punktem gwiazdowym 46

47 Elementy SEE - transformatory kąt przesunięcia (wyrażony w godzinach) otrzymuje się, przyjmując fazor górnego napięcia za wskazówkę minutową ustawioną na godzinę 12, a odpowiedni fazor dolnego lub średniego napięcia za wskazówkę godzinową pełny symbol układu połączeń (grupy) połączeń, np.: YNd11 transformator o uzwojeniu górnego napięcia skojarzonym w gwiazdę z wyprowadzonym punktem neutralnym, uzwojeniu dolnego napięcia skojarzonym w trójkąt i kącie przesunięcia 11 (330 ) 47

48 Elementy SEE - transformatory Zadaniem transformatora blokowego jest podwyższenie napięcia z poziomu, jaki występuje na wyjściu generatora do poziomu napięcia odpowiedniego do przesyłu energii elektrycznej. Są to jednostki o napięciach górnych dochodzących obecnie do 800 kv i mocach przekraczających wartość 1000 MV A. Istotne znaczenie mają także transformatory potrzeb własnych w elektrowniach. 48

49 Elementy SEE stacje elektroenergetyczne Stacja elektroenergetyczna stanowi zespół urządzeń elektroenergetycznych (zgromadzonych w jednym miejscu wraz z niezbędnymi budowlami) przeznaczonych do przetwarzania energii elektrycznej (stacje prostownikowe, stacje z przetwornikami prądu stałego na przemienny), jej transformacji (stacje transformatorowe), rozdzielania i transformacji (stacje transformatoroworozdzielcze) lub tylko rozdzielania (stacje rozdzielcze zwane rozdzielniami). W skład stacji elektroenergetycznych wchodzą szyny zbiorcze, aparatura łączeniowa (łączniki elektroenergetyczne), zabezpieczająca, sterująca, sygnalizacyjna i pomiarowa, urządzenia ochrony odgromowej, transformatory, dławiki przeciwzwarciowe i zaporowe, baterie kondensatorów, kompensatory synchroniczne i urządzenia pomocnicze. Podstawowy element stacji elektroenergetycznej stanowi układ zdolny do rozdzielania energii elektrycznej o jednym napięciu, zwany rozdzielnicą, obejmujący szyny zbiorcze oraz zespół aparatów łączeniowych, pomiarowych, zabezpieczających, sterowniczych i sygnalizacyjnych, wraz z niezbędnymi elementami przewodowymi, izolacyjnymi i wsporczymi. Stacje elektroenergetyczne są ważnymi elementami systemu elektroenergetycznego, gdyż grupują istotne dla prawidłowej pracy urządzenia wysokiego i niskiego napięcia oraz urządzenia pomiarowe, automatyki, telemechaniki i inne. Są one węzłowymi punktami skomplikowanego systemu dostawy energii od wytwórcy do odbiorcy. Prawidłowa praca każdej stacji elektroenergetycznej ma więc duże znaczenie, a wszelkie awarie i zakłócenia dotyczą często znacznych grup użytkowników i wytwórców energii elektrycznej. Zasięg i skutki zakłóceń zależą od wielkości stacji i jej roli w systemie elektroenergetycznym. 49

50 Elementy SEE stacje elektroenergetyczne 50

51 Elementy SEE stacje elektroenergetyczne Stacje napowietrzne (z izolacją powietrzną) 51

52 Elementy SEE stacje elektroenergetyczne Stacja 110 kv z izolacją gazową (SF 6 ) 52

53 Dziękuję za uwagę 53