Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze SIECI 2004 V Konferencja Naukowo-Techniczna

Transkrypt

1 Elektoenegetyczne sieci ozdzielcze SIECI 2004 V Konfeencja Naukowo-Techniczna Politechnika Wocławska Instytut Enegoelektyki Andzej SOWA Jaosław WIATER Politechnika Białostocka, Białystok, ul. Wiejska 45D andzejsowa@ochona.net.pl, jaoslawwiate@vela.pb.bialystok.pl STEROWANIE ROZKŁADEM POLA POTENCJAŁU NA TERENIE STACJI ELEKTROENERGETYCZNEJ 110/15KV Steowanie ozkładem pola potencjału pozwoliło zmniejszyć wielokotnie yzyko wystąpienia ażeniowego kokowego na teenie stacji elektoenegetycznej. Zastosowanie poponowanych modyfikacji umożliwiło osiągnięcie znacznego oganiczenia występującego zagożenia. W pzedstawionym pzykładzie uzyskano ponad 2,5 kotne zmniejszenie pola powiezchni ażenia w poównaniu z ozkładem uzyskanym dla typowego pojektu systemu uziomowego stacji. 1. WPROWADZENIE Badania uziemień stacji elektoenegetycznej są czynnościami wykonywanymi pzed oddaniem obiektu do eksploatacji oaz pzepowadzanymi okesowo w pacujących już obiektach. Celem badań jest spawdzenie wymagań zawatych w nomie PN-E [1]. Ocenę zagożenia poażeniowego można dokonać na podstawie wyników pomiaów napięć ażeniowych. W pzypadku pzekoczenia dopuszczalnych watości konieczne jest podjęcie działań, któych celem jest zmniejszenie występującego zagożenia do poziomu akceptowanego pzez pzepisy. Na teenie stacji mamy do czynienia z tzw. lejem napięciowym, powodującym powstawanie dużych óżnic potencjałów. Jednym z miejsc gdzie watości napięć ażeniowych są znaczne jest obzeże stacji elektoenegetycznej, a w szczególności jej naoża. 2. ANALIZOWANY OBIEKT W analizie ozkładu napięć najważniejsze jest dokładne odwzoowanie samego systemu uziomowego, któy jest podstawowym elementem stacji wysokiego wpływającym na watości napięć ażeniowych na jej teenie. Wyłączniki będące na wyposażeniu stacji skacają jedynie czas twania ażenia, nie mają bezpośedniego wpływu na watość ażeniowego. Pozostałe elementy takie jak np. tansfomatoy, pzekładniki także nie mają większego wpływu na watości napięć ażeniowych pzy założeniu, iż znamy watości pądu uziomowego. Analizowana stacja stanowi część systemu elektoenegetycznego dużej aglomeacji miejskiej. System uziomowy analizowanej stacji elektoenegetycznej 110/15kV pzedstawiono na ysunku 1.

2 254 Rys. 1. System uziomowy stacji 110/15kV pzyjęty do obliczeń (widok 2D) pzyjęty na podstawie oyginalnych planów systemu uziomowego typowej stacji 110/15kV. 3. ANALITYCZNA METODA WYZNACZANIA ROZKŁADU POLA POTENCJAŁU NA TERENIE STACJI 110/15kV Obliczenia ozpływu pądów i ozkładu pola potencjału na teenie stacji pzepowadzono dwuetapowo. W piewszej kolejności wyznaczono ozpływ pądów w elementach pzewodzących a potem na ich podstawie okeślono ozkład pola wymuszony pzez pzepływający pąd. W tym celu wykozystano ównania Maxwella z waunkami początkowymi dla jednoodnego ośodka, któe można pzedstawić w postaci: D = ρ B = 0 & (1) E = B & & H = D + J total gdzie całkowita gęstość pądu : gdzie: σ - konduktywność ośodka J - gęstość pądu wymuszającego ext J = σe + total J ext Zakładając ozkład na składowe hamoniczne w postaci exp(jωt) i zależności: D = εe B = µ H można powyższe ównania upościć do: gdzie: θ=σ+jωε - zespolona konduktywność ośodka. ε E = ρ H = 0 E = jωµ H H = θe + J ext (2) (3) (4)

3 W analizowanym pzypadku mamy do czynienia z ośodkiem dwuwastwowym. W takim pzypadku dla każdej kolejnej wastwy (ziemia, powietze) należy ozwiązywać oddzielnie pzedstawiony układ ównań (4). Ciągłość stycznych elementów dla poszczególnych wastw na ganicy ośodków wykozystano jako waunki bzegowe podczas pzejścia z jednego do dugiego ośodka - tzn. założono, iż na ganicy ośodków nie może istnieć połączenie elementów pzewodzących [2]. Obliczenia wykonano pzy następujących założeniach [3]: - system uziomowy ezystywność guntu pzy modelu jednoodnym ziemi ρ = 11,7 Ω m, bednaka uziomu głównego katowego 30x4 mm, pzewody uziemiające wykonane z bednaki 2x (40x5)mm, głębokość zakopania 0,8 m. - paamety pądu zwaciowego pąd zwacia 1-fazoweg I zw1f = A, pąd uziomowy I u = 9113 A, - inne paamety śedni czas twania zwacia Σt f =0,8s współczynnik edukcyjny linii =0,98 moc zwaciowa na teenie stacji na napięciu 110 kv S z110kv =3038 MVA moc zwaciowa na teenie stacji na napięciu 15 kv S z15kv =145,46 MVA Obliczenia komputeowe pzepowadzono pzy wykozystaniu pogamu HIFREQ [4]. W celu uposzczenia obliczeń założono, iż stacja elektoenegetyczna jest wycięta z systemu elektoenegetycznego. Podczas obliczeń wymuszono pąd uziomowy z zewnętznego źódła, któym w waunkach zeczywistych, pzy założeniu wielkopądowej metody pomiaowej napięć ważeniowych, może być inna stacja elektoenegetyczna. Na teenie stacji analizowano: - ozkład pola potencjału względem ziemi odniesienia, - ozkład napięć kokowych, - gadient ozkładu kokowego względem ziemi odniesienia. Pzykłady wyznaczonych watości pzedstawiono na ys. 2, 3 i SZTUCZNE KSZTAŁTOWANIE ROZKŁADU POLA POTENCJAŁU Sztuczne kształtowanie ozkładu pola na teenie stacji elektoenegetycznej 110/15 ma na celu oganiczenie watości gadientu pola potencjału, co jednocześnie oganicza watości szczytowe napięć kokowych. Gadient pola potencjału jest w pzybliżeniu matematycznym ekwiwalentem kokowego na teenie stacji. Skuteczne oganiczanie watości szczytowych gadientu pola potencjału wymaga w piewszej kolejności zlokalizowania miejsc w analizowanym obszaze, któe mają największy wpływ na watość śednią w pzeliczeniu na jednostkę kwadatową. W pzypadku stacji 110/15kV takimi miejscami są naoża - bezpośednie sąsiedztwo ogodzenia stacji i teenu poza nią. Kształtować ozkład można na wiele sposobów. Jego jakość możemy oszacować na podstawie współczynnika ażenia k okeślonego na analizowanym teenie. Jest on wpost popocjonalny do pola powiezchni, na któym jest pzekoczona watość kokowego dopuszczalna uznana za póg bezpieczeństwa i odwotnie popocjonalna do pola powiezchni całkowitej analizowanego teenu [1].

4 256 Rys. 2. Rozkład pola potencjału względem ziemi odniesienia na teenie stacji elektoenegetycznej 110/15kV naoże stacji. Rys. 3. Gadient ozkładu kokowego względem ziemi odniesienia na teenie stacji 110/15kV. Rys. 4. Rozkład napięć kokowych na teenie stacji 110/15kV. W najgoszym pzypadku, gdy na całym analizowanym teenie pzekoczone są dopuszczalne watości napięć kokowych, opisany współczynnik pzyjmie watość k = 1. Jeśli w żadnym miejscu analizowanego teenu nie występuje pzekoczenie dopuszczalnych watości napięć kokowych to k = 0.

5 k n i n i= 1 = n i= 1 gdzie: n ilość pzedziałów, na któe podzielono maksymalny zakes kokowego, P i pole powiezchni zajmowane pzez dany obsza o okeślonym pzedziale kokowego, k współczynnik ażenia. Kolejną metodą oceny jakości modyfikacji systemu uziomowego jest maksymalizacja gadientu kokowego. Jest on odwotnie popocjonalny do obszau, na któym watość kokowego pzekacza dopuszczalne watości. Oceną stopnia jakości powyższego kyteium jest współczynnik ażenia pzy maksymalnej watości kokowego - k pmax. Okeślony jako stosunek pola o maksymalnej watości kokowego na danym obszaze do pola o minimalnej watości kokowego na danym obszaze pzy założeniu, że dany obsza mamy podzielony na tzy stefy ażenia i są one zawsze większe od zea (P MAX >0, P MED >0, P MIN >0). P Pi P i 257 (5) MAX p max (6) PMIN k = Najbadziej optymalnym waiantem jest sposób modyfikacji oznaczono liczbą poządkową 1. Zmniejsza on k pmax = 2,62 azy pole powiezchni ażenia w poównaniu do oyginalnej wesji systemu uziomowego pzy jednocześnie optymalnych kosztach. Obliczanie powyższych współczynników jest wykonalne tylko numeycznie, gdyż bazują one na ozkładach napięć i gadientów. 5. WNIOSKI Sztuczne kształtowanie ozkładu pola potencjału na teenie stacji elektoenegetycznej 110/15kV pozwala zmniejszyć yzyko wystąpienia ażeniowego kokowego. Wykozystując pzedstawione popozycji można pzy małych nakładach własnych znacznie oganiczyć zagożenie. W pzypadku jednofazowego zwacia doziemnego zmniejszenie pola powiezchni o największych watościach kokowego zmniejsza jednocześnie pawdopodobieństwo wystąpienia ażenia. Pzedstawiona modyfikacja jest badzo posta w ealizacji i możliwa do wykonania pzy użyciu śodków będących w dyspozycji zakładu enegetycznego. Zapoponowane metody pozwalają steować ozkładem pola potencjału a popzez to ozkładem napięć kokowych na teenie stacji WN. Mogą one być ównież wykozystane w innych miejscach stacji elektoenegetycznej oczywiście po ich nieznacznej modyfikacji do konketnego pzypadku. Sama idea nie ulega zmianie. LITERATURA [1] PN-E Instalacje elektoenegetyczne pądu pzemiennego o napięciu wyższym niż 1kV. [2] HIFREQ Theoy, Safe Engineeing Sevices & Technologies Ltd., Monteal Canada. [3] Zestawienie wyników obliczeń do uziemienia stacji 110/15kV, Enegopojekt Kaków S.A. [4] HIFREQ Use s Manual: Fequency Domain Analysis of Buied Conducto Netwoks, Safe Engineeing Sevices & Technologies Ltd., Monteal Canada.

6 258 Tab. 1. Zestawienie watości szczytowych gadientu pola potencjału na teenie stacji 110/15kV dla óżnych analizowanych waiantów kształtujących sztucznie ozkład pola potencjału. Lp. O R G Watość szczytowa gadientu kokowego MAX gad U step Układ naoża systemu uziomowego sztucznie kształtujący ozkład pola potencjału Gadient ozkładu kokowego Lp. Watość szczytowa gadientu kokowego MAX gad U step Układ naoża systemu uziomowego sztucznie kształtujący ozkład pola potencjału [V/m] [-] [V/m] [V/m] [-] [V/m] 76,8 6 88,1 Gadient ozkładu kokowego 1 90,3 7 74,9 2 72,3 8 89,8 3 85,4 9 72,4 4 61, ,0 5 66, ,6