ANALIZA STRAT MOCY W TRÓJFAZOWYCH TORACH WIELKOPRĄDOWYCH

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ANALIZA STRAT MOCY W TRÓJFAZOWYCH TORACH WIELKOPRĄDOWYCH"

Damian Maj
7 lat temu
Przeglądów:

1 OZNAN UNIVE RSITY OF TE CHNOLOGY ACADE MIC JOURNALS No 8 Elctrical Egirig 5 Tomasz SZCZEGIELNIAK Zygmut IĄTEK Dariusz KUSIAK ANALIZA STRAT MOCY W TRÓJFAZOWYCH TORACH WIELKORĄDOWYCH Do przsyłu rgii lktryczj o użych prąach stosuj się m.i. tory wilkoprąow. W urząziach tgo typu przpływ prąu wywołuj fkty atury lktromagtyczj, trmiczj oraz yamiczj. opraw wyzaczi paramtrów lktroyamiczych ma uż zaczi praktycz. ostawą w aalizi tych zjawisk jst iformacja o rozkłazi pola lktromagtyczgo i stratach mocy, w szczgólości zaś gy straty t staowią zaczą część całkowitych strat mocy w aalizowaj kostrukcji. W artykul przprowazoo aalizę strat mocy w trójfazowych torach wilkoprąowych o przkroju kołowym. Opisao aalityczą mtoę wyzaczaia strat mocy, którą astępi skofrotowao z mtoą umryczą opartą a mtozi lmtów skończoych, zastosowaj w programi FEMM. SŁOWA KLUCZOWE: tory wilkoprąow, straty mocy, pol lktromagtycz. WSTĘ ocząwszy o lat simzisiątych w lktrorgtyc światowj stosuj się tory wilkoprąow z izolacją gazową. Najczęścij stosowaym gazm jst SF 6 (szściofluork siarki) o ciśiiu o,9 o,5 Ma (przy o C). Barzo obr właściwości ilktrycz tgo gazu, a takż obr przwoictwo cipła oraz właściwości gaszia łuku spowoowały szybki rozpowszchiai urzązń z SF 6. Jakż przy torach wilkoprąowych o ługościach przkraczających kilka kilomtrów wymagaa objętość gazu jst zacza. Gaz t i jst tai, a poato moż przyczyiać się w ikorzystych warukach ksploatacyjych o itsyfikacji fktu ciplariago. Z tgo wzglęu rozpoczęto szroki baaia a zastosowaim azotu, poiważ jst główym skłaikim powitrza i jst całkowici przyswajaly przz śroowisko atural. Dlatgo tż w ostatich latach SF 6 zastępoway jst miszaią 95% N i 5% SF 6 o ciśiiu,3 Ma, opowiaającmu ciśiiu,4 Ma w przypaku czystgo SF 6 [-]. olitchika Częstochowska.

64 Tomasz Szczgiliak, Zygmut iątk, Dariusz Kusiak Obci taki tory są buowa a apięcia o 7 o kv, ajczęścij jak a apięcia o o 75 kv, prąy zamioow o o ka i moc zamioow o o 4 MVA.

Długości stosowaych torów wilkoprąowych o przwoach szyowych osłoiętych z izolacją lub bz izolacji gazowj zawart są o kilku mtrów o kilkuastu kilomtrów.

2 64 Tomasz Szczgiliak, Zygmut iątk, Dariusz Kusiak Obci taki tory są buowa a apięcia o 7 o kv, ajczęścij jak a apięcia o o 75 kv, prąy zamioow o o ka i moc zamioow o o 4 MVA. Najkorzystijszym zastosowaim torów wilkoprąowych z izolacją gazową, w porówaiu z liiami apowitrzymi lub kablowymi, jst stosowai ich la apięć większych o 45 kv i mocy przsyłowych o o 4 MVA [-]. Długości stosowaych torów wilkoprąowych o przwoach szyowych osłoiętych z izolacją lub bz izolacji gazowj zawart są o kilku mtrów o kilkuastu kilomtrów. Kostrukcj torów są wytwarza jako sztyw, w ocikach kilkuastomtrowych, liia jst z ich motowaa a mijscu buowy. ołączia przwoów fazowych wykouj się jako lmty wsuwa (spcjal giazo-trzpiń zapwia właściwy ocisk łączoych części), atomiast osłoy ajczęścij łączy się poprzz spawai, rzako przz spojia kołirzow. ołączi wsuwa przwoów fazowych spłia rolę kompsatora wyłużń trmiczych. Do kompsacji osłoy istaluj się w pwych olgłościach spcjal lmty tzw. kompsatory harmoijkow. Do wykoaia ogałęziia służą spcjal człoy rozgałęź, atomiast w clu zmiay kiruku prowazia przwoów stosuj się spcjal lmty kątow [-]. Najczęścij stosowa rozwiązaia torów wilkoprąowych są to jobiguow oraz trójbiguow trójfazow tory wilkoprąow przstawio a rysukach i. Rys.. Trójbiguowy tor wilkoprąowy [] Rys.. Jobiguowy trójfazowy tor wilkoprąowy []

3 Aaliza strat mocy w trójfazowych torach wilkoprąowych 65 rzkroj poprzcz kraów oraz przwoów fazowych są uż latgo przy wyzaczaiu strat mocy awt la częstotliwości przmysłowj alży uwzglęić zjawisko askórkowości oraz zwętrz i wwętrz zjawisko zbliżia [-6].. STRATY MOCY Obliczai wilkości lktromagtyczych w torach wilkoprąowych wykouj się ajczęścij mtoami umryczymi, rzazij aalityczymi. Nimij jak przwaga mto aalityczych polga a ostępości rozwiązaia w jawj formi jako fukcji paramtrów aalizowago ukłau. W przypaku ajczęścij stosowaych trójfazowych torów wilkoprąowych (rys. 3 i 4) aalitycz rozwiązaia pól lktromagtyczych i strat mocy przstawio są w pracach [-7]. 3 μ μ μ L L L 3 R R R 3 R 4 Rys. 3. Trójfazowy płaski tor wilkoprąowy Dla trójfazowgo toru przstawiogo a rysuku 3 straty mocy w przwoach fazowych okrślo są wzorami [7]: Γ l I a L () 4 R b b Natomiast moc czya wyzilaa w kraach skrajych wyosi opowiio [7]: s 3 3 () gzi 3 Γ l I a (a) 4 π γ R 4 Γ l I R4 a A R4 b b (b)

4 66 Tomasz Szczgiliak, Zygmut iątk, Dariusz Kusiak W krai śrokowym straty mocy okrślo są wzorm s (3) przy czym Γ l I R4 a B R4 b b (3b) Dla trójbiguowgo toru przstawiogo a rysuku 4 moc czya wyzilaa w przwoach fazowych jst jakowa i wyosi [3]: (4) 3 L3 L 3 Γ l I R a D Θ R b b (4a) y X μ γ r X3 r I 3 3 r X Θ γ r X I J γ R x R I γ R 4 R 3 Rys. 4. Trójfazowy trójbiguowy tor wilkoprąowy Natomiast straty mocy w krai toru przstawiogo a rysuku 4 wyoszą [3]: l s Γ I R4 9 a π R3 R3 aramtry a, a, a, a, a, b, b, b,, występując w wzorach () (5), wyrażo za pomocą fukcji Bssla, przstawio są w pracach [3-7]. Natomiast Γ j μ ozacza zspoloą stałą propagacji, jst pulsacją, ozacza kouktywość przwou, a przikalość magtycza próżi. (5)

Aaliza strat mocy w trójfazowych torach wilkoprąowych 67 3.

5 Aaliza strat mocy w trójfazowych torach wilkoprąowych RZYKŁAD OBLICZENIOWY W clu wryfikacji aalityczych wzorów a straty mocy przprowazoo przykłaow obliczia la typowych torów stosowaych w przmyśl ( a okłaij mówiąc la toru EHON-/ i HOIO-4/ proukowaych przz firmę Holuct []) oraz przprowazoo symulację korzystając z programu FEMM [] opartgo a mtozi lmtów skończoych (rys. 5). Rys. 5. Dyskrtyzacja trójbiguowgo toru wilkoprąowgo Dla trójfazowgo toru przstawiogo a rysuku 4 przyjęto astępując wartości: R = 3 mm, R = 4 mm, R 3 = 3 mm, R 4 = 4 mm, = mm. Zaś w przypaku toru występującgo a rysuku 3, paramtry gomtrycz wyoszą: R = 3 mm, R = 4 mm, R 3 = 3 mm, R 4 = 4 mm, = 64 mm. Dla obu typów torów założoo, ż przwoy fazow oraz kray wykoa są z alumiium o kouktywości γ = 35 MS m. rąy płyąc przz przwoy woszą opowiio I xp[ j] A, I xp[ j π] A, I 3 xp[j 3 π] A, a częstotliwość wyosi 5 Hz. Długość torów przyjęto l = m. Wyiki obliczń zarówo la mtoy aalityczj, jak i umryczj przstawio są w tablach i. 3

6 68 Tomasz Szczgiliak, Zygmut iątk, Dariusz Kusiak Tabla. Straty mocy w torz wilkoprąowym przstawioym a rysuku 4 Mtoa Mtoa aalitycza (W) L L L 3 Ekra FEMM Tabla. Straty mocy w torz wilkoprąowym przstawioym a rysuku 3 Mtoa Mtoa aalitycza L L L 3 (W) Ekra Ekra Ekra FEMM WNIOSKI raca jst próbą kofrotacji aalityczj mtoy wyzaczaia strat mocy w torach wilkoprąowych z mtoą lmtów skończoych, stosowaą w wilu komrcyjych programach oblicziowych. Ją z postawowych zalt mtoy aalityczj jst ostępość rozwiązaia w jawj formi jako fukcji paramtrów aalizowago ukłau. Nimij jak wyzaczai wilkości lktromagtyczych mtoami umryczymi i skutkuj otrzymaim błęych wyików. otwirzają to obliczia wykoa w ramach artykułu. Z przstawioych w tablach i wartości wyika, ż wartości strat mocy obliczo a postawi rozwiązań aalityczych są zbliżo o wartości wyzaczoych za pomocą programu FEMM. Błą wzglęy i przkracza %. Różic w wartościach strat mocy wyzaczoych woma mtoami wyikają z pwych uproszczń w molu matmatyczym. W przypaku mtoy aalityczj, poczas wyzaczaia wilkości lktromagtyczych przwoy fazow traktowa są jako zbiór przwoów itkowych.

7 Aaliza strat mocy w trójfazowych torach wilkoprąowych 69 LITERATURA [] Nawrowski R.: Tory wilkoprąow izolowa powitrzm lub SF 6. Wy. ol. ozańskij, ozań 998. [] iątk Z.: Impacs of high-currt busucts. Wy. ol. Częst., Czstochowa 8. [3] Szczgiliak T.: Straty mocy w ikraowaych i kraowaych rurowych torach wilkoprąowych, raca Doktorska, Gliwic,. [4] iątk Z., Szczgiliak T., Kusiak D.: owr losss i th scrs of th symmtrical thr phas high currt busuct, Computr Applicatios i Elctrical Egirig. E. by Ryszar Nawrowski, ozań. [5] iątk Z., Szczgiliak T., Kusiak D.: Wpływ zwętrzgo zjawiska zbliżia a straty mocy w trójfazowym płaskim torz wilkoprąowym, XVI Cofrc Computr Applicatios i Elctrical Egirig, s 5-6 ozań. [6] iątk Z., Szczgiliak T., Kusiak D.: Straty mocy w kraach trójfazowgo jobiguowgo toru wilkoprąowgo, Elctrical Egirig, Iss.73, s.9-98, 3. [7] Szczgiliak T., Kusiak D., Jabłoński., iątk Z.: owr losss i a thrphas sigl-pol gas-isulat trasmissio li (GIL), Itratioal Rviw of Elctrical Egirig (IREE), Octobr 3, Vol. 8, N. 5. [8] Koch, H.: Gas-Isulat Trasmissio Lis (GIL). Joh Wily & Sos,. [9] CIGRE TB 8.: Gas Isulat Trasmissio Lis (GIL, CIGRE, aris, Frac, 3. [] CIGRE TB 35.: Applicatio of Log High Capacity Gas Isulat Lis (GIL), CIGRE, aris, Frac, 8. [] Holuct Z. H. Lt. olska.: Szyoprzwoy trójfazow okrągł. [Oli]. Availabl: [] Mkr, D.C., Fiit Elmt Mtho Magtics, vrsio 4. (apr, Mathmatica Buil), ANALYSIS OF THE OWER LOSSES IN THE THREE-HASE HIGH- CURRENT BUSDUCTS This papr prsts a aalytical mtho for trmiig th powr losss i th thr-phas gas-isulat trasmissio li (i.., high-currt busuct) of circular crosssctio gomtry. Th mathmatical mol taks ito accout th ski ffct a th proximity ffcts, as wll as th complt lctromagtic couplig btw phas couctors a closurs (i.., scrs). Apart from aalytical calculatio, computr simulatios for high-currt busuct systm powr losss wr also prform with th ai of th commrcial FEMM softwar, usig two-imsioal fiit lmts.

Podobne dokumenty

WPŁYW GRUBOŚCI EKRANU NA CAŁKOWITE POLE MAGNETYCZNE DWUPRZEWODOWEGO BIFILARNEGO TORU WIELKOPRĄDOWEGO. CZĘŚĆ II EKRAN I OBSZAR WEWNĘTRZNY EKRANU

POZNAN UNIVE RSITY OF TE CHNOLOGY ACADE MIC JOURNALS No 73 Electrical Engineering 2013 Dariusz KUSIAK* Zygmunt PIĄTEK* Tomasz SZCZEGIELNIAK* WPŁYW GRUBOŚCI EKRANU NA CAŁKOWITE POLE MAGNETYCZNE DWUPRZEWODOWEGO