Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 1/16 Ćwiczenie 1 i 2 Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej za pomocą kompensacji równoległej i szeregowej Spis treści 1.Cel ćwiczenia...2 2.Wstęp...2 2.1.Wprowadzenie...2 3.Omówienie poszczególnych rodzajów regulacji...2 3.1.Regulacja przez zmianę napięć zasilających...2 3.2.Regulacja przez zmianę przekładni transformatorów...3 3.3.Regulacja za pomocą napięć dodawczych...4 3.4.Regulacja napięcia przez zmianę rozpływu mocy biernej...9 3.5.Regulacja napięcia przez dobór i zmianę przekładni transformatorów...11 4.Przykładowe obliczenia...11 4.1.Przykład doboru kondensatorów do kompensacji szeregowej...11 4.2.Przykład doboru kondensatorów do kompensacji równoległej...12 4.3.Przykład zmian nastaw zaczepów do regulacji za pomocą przekładni transformatora...13 5.Przebieg ćwiczenia 1 - kompensacja szeregowa...14 5.1.Program ćwiczenia...14 5.1.1.Połączenie układu pomiarowego...14 5.1.2.Obliczenia i dobór kondensatorów...14 5.1.3.Pomiary...15 5.2.Wymagania dotyczące sprawozdania z ćwiczenia...15 6.Przebieg ćwiczenia 2 kompensacja równoległa...15 6.1.Program ćwiczenia...15 6.1.1.Połączenia układu pomiarowego...15 6.1.2.Obliczenia i dobór kondensatorów...15 6.1.3.Pomiary...16 6.2.Wymagania dotyczące sprawozdania z ćwiczenia...16 7.Bibliografia...16
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 2/16 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z zagadnieniem regulacji napięcia w sieciach rozdzielczych za pomocą różnych środków tak, aby osiągnąć odpowiednie poziomy napięć wymagane przez odpowiednie przepisy. 2. Wstęp 2.1. Wprowadzenie Dla ograniczania wpływu zmian napięcia zasilającego na pracę odbiorników energii elektrycznej oraz na straty mocy i energii w sieci podejmowane są działania, których celem jest ograniczenie zakresu tych zmian [1][2][3]. Regulacji napięć w sieciach można dokonywać za pomocą: zmiany napięć zasilających (zmiana sił elektromotorycznych generatorów); zmiany przekładni transformatorów; zastosowania napięć dodawczych (szeregowych transformatorów regulacyjnych); zmiany impedancji sieci; zmiany rozpływu mocy biernej w sieci. Regulacje napięć przez zmianę sił elektromotorycznych generatorów i przekładni transformatorów oraz stosowanie transformatorów szeregowych noszą nazwę regulacji bezpośredniej. Pozostałe dwa sposoby regulacji uznawane są za regulację pośrednią, gdyż zmiana napięć jest uzyskiwana przez zmianę spadków napięć w elementach sieci. gdzie: U T U Wielkość napięcia w określonym punkcie sieci można wyrazić zależnością: U = U T U (1) - suma przyrostów napięcia w transformatorach analizowanej sieci; - suma spadków napięcia w elementach analizowanej sieci. Uwzględniając zależność (1), odchylenie napięcia w dowolnym punkcie sieci będzie równe: U =U = U T U (2) Zależności (1) i (2) są słuszne tylko wtedy, gdy wszystkie wielkości są sprowadzone do jednego poziomu napięcia bądź wyrażone są w jednostkach względnych (tzn. odniesione są do napięcia znamionowego) lub z procentach. 3. Omówienie poszczególnych rodzajów regulacji 3.1. Regulacja przez zmianę napięć zasilających Generatory w elektrowniach są wyposażone w układy do regulacji wzbudzenia, dzięki którym możliwa jest zmiana generowanej siły elektromotorycznej, a tym samym napięcia na zaciskach generatora [4]. Jest to regulacja pozwalająca na ciągłą (nie skokową) zmianę napięcia w pewnych granicach. Zmianie napięcia generatora towarzyszy zmiana mocy biernej oddawanej do sieci przez generator. Zmiana napięć zasilających służy więc do
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 3/16 regulacji poziomu napięcia i rozpływu mocy biernej w sieciach przesyłowych. W przypadku gdy generator zasila sieć 110kV zmiana napięcia zasilającego powoduje zmianę napięcia i rozpływu mocy biernej w sieci 110kV. Generatory są połączone z siecią przez transformatory blokowe. 3.2. Regulacja przez zmianę przekładni transformatorów Dla umożliwienia utrzymania odpowiednich poziomów napięcia w różnych punktach elektroenergetycznych sieci rozdzielczych przy zmieniającym się obciążeniu, stosowane w tych sieciach transformatory mają możliwość zmiany przekładni [5]. Zakres regulacji napięcia przez zmianę przekładni zależy od konstrukcji transformatora. Transformatory SN/nN umożliwiają zmianę przekładni w stanie beznapięciowym, przy czym zakres zmiany przekładni może wynosić -5%, 0%, +5% w transformatorach starszych lub -2,5%, 0%, +2,5%, +5%, +7,5% w transformatorach nowych. Można też jeszcze spotkać transformatory 30/6 kv lub 30/15 kv, w których zakres regulacji przekładni wynosi ±2,5%. Transformatory 110kV/SN mają regulację przekładni pod obciążeniem w zakresie ±10% co 1,1% lub ±16% co 1,33%. Spotykane są również inne nietypowe zakresy zmian przekładni transformatorów 110kV/SN. Przyrost napięcia spowodowany zmianą przekładni oznaczamy przez U zt, przy czym przyrost ten jest dodatni gdy zaczepy zmienimy tak by przekładnia transformatora (wyrażona jako stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego) zmalała, a ujemny gdy zaczepy są ustawiona tak by przekładnia wzrosła. Zmiana przekładni transformatorów 110kV/SN jest dokonywana ręcznie bądź automatycznie, przy czym dla uniknięcia zbyt częstej zmiany położenia zaczepów i ich szybkiego zużycia układy regulacji działają z tzw. strefą nieczułości, np. 0,5% lub 1%. Przekładnie znamionowe transformatorów są zazwyczaj różne od stosunku napięć znamionowych sieci, dlatego przy ustawieniu przekładni transformatora na zaczepie zerowym otrzymuje się przyrost napięcia, który można wyrazić zależnością: = U s nt 100% n 1 (3) gdzie: s - stosunek napięć nominalnych sieci; - przekładnia znamionowa transformatora. n Oprócz przyrostu napięcia wynikającego z przekładni znamionowej transformatora, można uzyskać przyrost wynikający ze zmiany położenia zaczepów regulacyjnych. Całkowity przyrost napięcia w transformatorze jest więc równy: U T = U nt U zt (4) Wadą regulacji napięcia pod obciążeniem realizowanej w głównych punktach zasilania sieci SN (zwanych GPZ) jest fakt, że zmiana napięcia zasilania dotyczy dużego zbioru stacji SN/nN i napięcie zasilające musi być tak dobrane by odchylenia napięć we wszystkich punktach sieci mieściły się w dopuszczalnych granicach, co czasem jest trudne do zrealizowania ze względu na zróżnicowanie poboru mocy w różnych punktach sieci. Natomiast wadą regulacji napięcia w transformatorach SN/nN jest to, że może być realizowana jedynie w stanie beznapięciowym, a więc wymaga wyłączenia zasilania
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 4/16 odbiorców dla dokonania przełączeń. W związku z tym zmiany położenia zaczepów regulacyjnych są dokonywane bardzo rzadko (raz lub dwa razy w roku, a nawet rzadziej). Utrudnia to dodatkowo proces regulacji napięcia w GPZ. Czasem przy dużych wartościach spadków napięcia w sieci SN jest wręcz niemożliwe dobranie odpowiednich nastaw zaczepów transformatorów SN/nN (tj. takich, przy których odchylenia napięcia w sieci nn będą się mieścić w dopuszczalnym przedziale). Dla rozwiązania tego problemu konieczne jest stosowanie innych środków zmniejszania spadków napięcia w sieciach SN. 3.3. Regulacja za pomocą napięć dodawczych Jednym z takich środków pozwalających na utrzymanie napięcia w dopuszczalnych granicach, gdy regulacja w GPZ i zmiana zaczepów transformatorów SN/nN nie zapewnia utrzymania dopuszczalnych poziomów napięcia, jest instalacja w głębi sieci szeregowych transformatorów regulacyjnych. Transformatory te są wyposażone w automatyczne układy regulacji pozwalające na zmianę napięcia w zakresie ±10% (zwykle w 32 stopniach). Pozwala to na utrzymywanie w danym punkcie sieci zadanego poziomu napięcia niezależnie od zmian obciążenia. Transformatory mogą być budowane jako jednostki jednofazowe lub trójfazowe. Transformatory trójfazowe, ze względu na ciężką budowę i wysokie koszty są rzadko stosowane. Dla regulacji napięcia w sieci trójfazowej stosuje się trzy jednostki połączone w trójkąt co pozwala na regulację napięcia w zakresie ±10%, lub dwie jednostki jednofazowe pracujące w układzie otwartego trójkąta (regulacja napięcia w zakresie ±10%). Na rys. 1 pokazano schemat jednofazowego 32-stopniowego transformatora do regulacji napięcia. VR V Przekładnik prądowy Zacisk wyjściowy Zacisk wejściowy N 1 2 3 4 5 6 7 8 Uzwojenie szeregowe Dławik Silnik Uzwojenie równoległe Uzwojenie kontrolne Układ sterowania i kontroli Zacisk wspólny rys.1.schemat połączeń jednofazowego transformatora o 32 stopniach regulacji napięcia Na rys. 2 pokazano układy połączeń dwóch oraz trzech jednofazowych transformatorów do regulacji napięcia w sieci trójfazowej i odpowiadające tym układom wykresy wektorowe napięć.
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 5/16 a) Odłącznik bocznikujący b) Odłącznik bocznikujący 1 1 2 2 3 3 Odłączniki S S S S S S S S S S U 3 2 (100%) 60º Napięcie sieciowe U 1 2 (100%) U' 3 2 U' 1 2 (110%) (110%) +5% +5% 3 2 U 3 1 1 3' U' 3 1 (115%) +10% 3 +10% 1' U 3 1 (100%) 1 U 1 2 (100%) U 2 3 (100%) U' 2 3 (115%) U' 1 2 (115%) 2 +10% 2' rys.2.układ połączeń jednofazowych transformatorów do regulacji szeregowej napięcia w sieci SN i odpowiadające tym układom wykresy napięć: a) dwa transformatory połączone w układ V, b) trzy transformatory połączone w trójkąt Kolejny rys. 3 przedstawia schemat prostego układu przesyłowego i wykres wektorowy napięcia dla tego układu, natomiast rys. 4 schemat linii SN obciążonej w wielu punktach z zainstalowanym szeregowym transformatorem do regulacji napięcia oraz uproszczony wykres zmian napięcia wzdłuż tej linii.
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 6/16 G U Z R U O Zasilanie I Odbiornik U Z ΔU I U O I*R I*X rys.3.przykład układu przesyłowego i wykres wektorowy napięć w tym układzie Tr 1 4 2 5 3 6 7 +5% Napięcie nominalne -5% rys.4.model linii SN obciążonej w wielu punktach z zainstalowanym transformatorem do szeregowej regulacji napięcia oraz wykres napięcia wzdłuż linii Spadek napięcia w linii elektroenergetycznej jest proporcjonalny do wielkości prądu płynącego linią (mocy przesyłanej linią) oraz impedancji linii: U U cz =I cz R I b X = P R Q X = R R Q X (5)
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 7/16 lub wyrażone w procentach: U % = U U U cz = I R I X cz b N 100 %= P R Q X 2 [ 100%= R R U Q X ] 2 2 N U 100 % (6) N gdzie: P, Q - moce czynna i bierna przesyłane linią, W, var; R, X -rezystancja i reaktancja linii, Ω; - napięcie nominalne linii, V; ΔU cz - część czynna wektora straty napięcia (zwana spadkiem napięcia), V; I cz, I b - prąd czynny i bierny odpowiadający przesyłanym mocom czynnej i biernej, A; ΔU - wartość spadku napięcia, V; ΔU % - wartość procentowa spadku napięcia odniesiona do napięcia nominalnego linii, %. Z zależności 5 i 6 wynika, że dla zmniejszenia spadku napięcia należałoby zmniejszyć wartość składnika P R, przez zmniejszenie wartości rezystancji R obwodu, zmianę składnika Q X przez zmianę wartością reaktancji X obwodu lub zmianę obu tych wielkości jednocześnie. Zmniejszenie impedancji obwodu jest możliwe przez okresowe (na czas zwiększonego obciążenia) załączenie linii lub transformatorów równoległych jeśli takie istnieją. Możliwa jest też zmiana impedancji przez dokonanie przełączeń w sieci. Należy przy tym zaznaczyć, że przełączania w sieci dokonywane są sezonowo, a ich głównym zadaniem jest dostosowywanie układu sieci do zmieniającego się obciążenia natomiast zmniejszenie spadków napięć jest dodatkowym efektem przełączeń. Zmniejszenie rezystancji linii jest możliwe przez zwiększenie przekroju przewodów, a więc przez ich wymianę, co wiąże się z przebudową linii, gdyż nie zawsze jest możliwe zawieszenie przewodów o większym przekroju na istniejących konstrukcjach wsporczych. Zmniejszenie reaktancji linii jest możliwe przez zastosowanie baterii kondensatorów włączonych w szereg z linią. Zasadę regulacji napięcia przez zmianę reaktancji sieci przedstawiono na rys. 5.
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 8/16 a) R X X C I, cosφ b) 1 2 ΔU f U 1 U 2 ΔU c f ΔU f f c) I φ U 1f U' 1f U 2f X *I R*I X C *I ΔU f ΔU'ΔU c f f rys.5.regulacja napięcia przez zmianę impedancji sieci: a) schemat zastępczy linii z włączoną szeregowo baterią kondensatorów, b) wykres napięcia wzdłuż linii, c) wykres wektorowy napięć Zgodnie ze schematem na rys. 5 oraz na podstawie zależności (5) po kompensacji otrzymujemy: U 2 =I cz R I b X X C =I cz R I b X I b X C = U 1 I b X C (7) gdzie: ΔU 1 - spadek napięcia przed zmianą wypadkowej impedancji linii, V; ΔU 2 - spadek napięcia po zmianie wypadkowej impedancji linii (dołożenie X C ), V; X - reaktancja linii, Ω; X C - reaktancja kondensatora zmieniającego wypadkową reaktancję, Ω. Przekształcając zależność (7) można otrzymać wzór na reaktancję baterii kondensatorów: X C = U U 2 1 = X I R I cz U 2 (8) b I b I b Jeśli dysponujemy wartościami przesyłanej mocy zamiast wartości prądów, to zależność (7) można wyrazić odmiennie zależnością (9): U 2 = P R Q X X C = P R Q X skąd oblicza się wielkość reaktancji pojemnościowej baterii: Q X C = U U 1 Q X C (9) N
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 9/16 X C = U 1 U 2 Q =X R P Q U 2 Q Z zależności (10) wynika, że dla zupełnego skompensowania spadku napięcia, tj. dla uzyskania U 2 =0 reaktancja baterii powinna być równa: lub w przypadku znajomości wielkości przesyłanej mocy: (10) X C = X R I cz I b (11) X C = X R P Q (12) Analogiczne warunki dla zupełnego skompensowania spadku napięcia otrzymamy wychodząc z zależności (6) na procentowy spadek napięcia. Podane wcześniej zależności są słuszne również dla transformatorów, z tym że reaktancja baterii kondensatorów musi być obliczona na podstawie rezystancji i reaktancji transformatora sprowadzonych na tę stronę napięciową, po której będzie instalowana bateria. Zaletą tego sposobu regulacji napięcia jest natychmiastowa reakcja na zmianę obciążenia i dlatego kondensatory szeregowe są chętnie stosowane do ograniczania wartości zmian napięcia powodowanych szybkimi zmianami obciążenia odbiorników niespokojnych. Kompensacja szeregowa znalazła też zastosowanie w długich liniach przesyłowych. W tym przypadku celem kompensacji jest zwiększenie (ograniczonej warunkami równowagi pracy układu przesyłowego) zdolności przesyłowej linii, a nie zmniejszenie spadku napięcia. Do wad kompensacji szeregowej należy zaliczyć możliwość pojawienia się w sieci ferrorezonansu, w wyniku którego mogą pojawić się przepięcia niebezpieczne dla baterii kondensatorów. Przepięcia te mogą również pojawić się w czasie zwarć lub wyładowań atmosferycznych. Wynika stąd konieczność stosowania iskierników ochronnych. 3.4. Regulacja napięcia przez zmianę rozpływu mocy biernej W tym przypadku regulacja napięcia polega na zmianie składowej spadku napięcia powstającej na reaktancji elementu sieci w wyniku przepływu przez tę reaktancję składowej biernej indukcyjnej prądu, a więc na zmianie składnika I b X w zależności (5) lub składnika Q X w zależności (6). Prąd bierny płynące przez element sieci można zmienić instalując dodatkowe źródło mocy biernej pojemnościowej w miejscu poboru mocy biernej indukcyjnej. Można to zrobić instalując baterię kondensatorów równoległych lub kompensator synchroniczny. Zasadę regulacji napięcia przez zmianę rozpływu mocy biernej ilustruje rys. 6. Przekształcając zależności (5) lub (6) można otrzymać wyrażenia podające jaką moc bierną pojemnościową należy dostarczyć aby uzyskać zmniejszenie spadku napięcia z U 1 do U 2.
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 10/16 a) R X I I, cosφ I K 1 X C 2 b) X *I K U 1f R*I K I K U' 1f I φ U 2f R*I X *I ΔU f ΔU' f rys.6.regulacja napięcia przez zmianę rozpływu mocy biernej: a) schemat zastępczy linii z włączoną równolegle baterią kondensatorów, c) wykres wektorowy napięć i prądów Z zależności (7) po zamontowaniu baterii kondensatorów otrzymuje się: stąd otrzymujemy: U 2 =I cz R X I b I k =I cz R I b X I k X = U 1 I k X (13) I k = U U 1 2 = I X b I R cz U 2 (14) X X Natomiast gdy spadek napięcia obliczamy korzystając z mocy powyższe zależności będą miały następującą postać: stąd otrzymujemy: U 2 = P R Q Q k X U n = P R U n Q X U n Q X k = U U 1 Q X k (15) n U n Q k = U n X U 1 U 2 =Q P R X U n X U 2 (16) Dla zupełnego skompensowania spadku napięcia tj. dla uzyskania U 2 =0 załączona na końcu linii moc bierna powinna być równa: Q k =Q P R X (17) Analogiczną zależność na moc bierną, którą należy załączyć na końcu linii dla całkowitego skompensowania spadku napięcia można wyprowadzić wychodząc z zależności na procentowy spadek napięcia.
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 11/16 Kompensacja mocy biernej oprócz zmniejszenia spadków napięcia zmniejsza również straty mocy w sieci. Kompensacja mocy biernej może też być wykorzystywana do zwiększenia przesyłu mocy czynnej w sytuacji gdy ze względu na obciążalność długotrwałą nie jest możliwe zwiększenie obciążenia linii, wówczas przy tej samej mocy pozornej możemy zwiększyć obciążenie mocą czynną zmniejszając moc bierną. Wadą baterii kondensatorów stosowanych do kompensacji mocy biernej jest kwadratowa zależność od napięcia mocy biernej dostarczanej przez baterię. Ze wzrostem obciążenia mocą bierną indukcyjną następuje wzrost spadku napięcia na zaciskach baterii, a w konsekwencji zmniejszenie mocy biernej dostarczanej przez tę baterię. Dla zapewnienia odpowiedniej kompensacji należałoby więc zwiększyć moc baterii. Dlatego baterie kondensatorów budowany były jako wielostopniowe. Obecnie możliwa jest ciągła regulacja mocy biernej przy pomocy kompensatorów statycznych sterowanych za pomocą układów tyrystorowych. Należy tu jednak zaznaczyć, że jest to rozwiązanie drogie i jest stosowane wtedy gdy bateria oprócz funkcji regulacji napięcia spełnia jeszcze inne funkcje. W sieciach przemysłowych baterie do kompensacji mocy biernej wchodzą często w skład filtrów wyższych harmonicznych. 3.5. Regulacja napięcia przez dobór i zmianę przekładni transformatorów Zgodnie z przepisami trwały wzrost napięcia na zaciskach transformatora nie może przekraczać więcej niż 5% wartości napięcia wynikającego z załączonego zaczepu. Niezależnie od tego transformator powinien gwarantować utrzymanie napięcia na odpowiednim poziomie przy wszystkich warunkach pracy występujących w sieci [6]. Obliczenia dotyczące doboru nastaw przekładni transformatorów wykonuje się zazwyczaj dla ekstremalnych warunków pracy, tj. dla maksymalnych i minimalnych obciążeń sieci. Obliczenia sprowadzają się do zestawienia bilansu przyrostów napięcia wynikających z położenia zaczepów transformatorów i napięcia zasilającego oraz spadków napięcia. Zadanie sprowadza się w ten sposób do spełnienia nierówności: gdzie: d U dop g U dop U T U U z d U dop g U T U U z U dop - dolne dopuszczalne odchylenie napięcia na zaciskach odbiorników; - górne dopuszczalne odchylenie napięcia na zaciskach odbiorników; - suma przyrostów napięcia w transformatorach analizowanej sieci; - suma spadków napięcia w elementach analizowanej sieci; - odchylenie napięcia na szynach zasilających sieć. 4. Przykładowe obliczenia 4.1. Przykład doboru kondensatorów do kompensacji szeregowej Należy, dla sieci prądu przemiennego trójfazowego pokazanej na rys. 7, obliczyć: moc baterii kondensatorów szeregowych Q c tak, aby napięcie na szynach rozdzielnicy 15 kv nr 3 przy obciążeniu S 3 =4,5MVA ( cos 3 =0,8 ) nie było niższe niż 95% napięcia nominalnego; odchylenie napięcia na szynach 15 kv w rozdzielnicy nr 3 przy obciążeniu wynoszącym (18)
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 12/16 20% obciążenia z poprzedniego podpunktu. Dane uzupełniające: transformator T: S N =10 MVA, =110/16,5 kv, P Cu =82 kw, U k =10,5 % linia : AF 3x95 mm 2, l 1 =15km, R 0 =0,32 /km, X 0 =0,36 /km, napięcie na szynach rozdzielni 110 kv wynosi U 1 =108 kv. a) 110kV 15kV 15kV C S 3 T 1 2 3 b) δu 1 U 1 U 2,3 +δu d dop c) δu 1 U 1 U 2,3 +δu d dop U C rys.7.przykładowa linia sieci rozdzielczej: a) schemat jednokreskowy linii, b) rozkład napięcia w linii bez baterii kompensacyjnej, c) rozkład napięcia w linii z baterią kompensacyjną przy maksymalnym obciążeniu linii. 4.2. Przykład doboru kondensatorów do kompensacji równoległej Należy, dla sieci prądu przemiennego trójfazowego pokazanej na rys. 8, obliczyć: moc baterii kondensatorów równoległych Q k tak, aby napięcie na szynach rozdzielnicy 15 kv nr 3 przy obciążeniu S 3 =4,5MVA ( cos 3 =0,8 ) nie było niższe niż 95% napięcia nominalnego; odchylenie napięcia na szynach 15 kv w rozdzielnicy nr 3 przy obciążeniu wynoszącym 20% obciążenia z poprzedniego podpunktu; Dane elementów sieci jak w przykładzie nr 1. Należy porównać ze sobą sposoby regulacji napięcia za pomocą kondensatorów szeregowych i równoległych.
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 13/16 a) 110kV 15kV 15kV S 3 T 1 2 C 3 ji b b) δu 1 U 1 U +δu d dop c) δu 1 U 1 U +δu d dop rys.8.przykładowa linia sieci rozdzielczej: a) schemat jednokreskowy linii, b) rozkład napięcia w linii bez baterii kompensacyjnej, c) rozkład napięcia w linii z baterią kompensacyjną przy maksymalnym obciążeniu linii. 4.3. Przykład zmian nastaw zaczepów do regulacji za pomocą przekładni transformatora Należy, dla sieci prądu przemiennego trójfazowego pokazanej na rys. 9, dobrać: nastawy zaczepów transformatora zasilającego T 1 tak, aby napięcie na szynach rozdzielnicy nr 5 było utrzymywane w granicach U n ±2,5% przy obciążeniu zmieniającym się w zakresie od 0,5 do 3,5 MW; nastawę zaczepu transformatora T 3 tak, aby napięcie na szynach rozdzielnicy nr 6 było utrzymywane w granicach U n ±2,5% przy stałym obciążeniu wynoszącym 2,4 MW. Dane uzupełniające: T 1 : S N =10 MVA, =110 12 1,33/16,5kV, P Cu =82kW, U k =10,5% ; T 2 : S N =5 MVA, =15/6,3 kv, P Cu =44kW, U k =7 % ; T 3 : S N =4 MVA, =15/6,3 kv, P Cu =38 kw, U k =7 % ; 1 : AF 3x95 mm 2, l 1 =7 km, R 0 =0,319 /km, X 0 =0,35 /km ;
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 14/16 2 : AF 3x70 mm 2, l 1 =10 km, R 0 =0,319 /km, X 0 =0,35 /km. 1 2 1 T1 2 3 15kV 4 15kV T2 T3 5 6 kv 6 6 kv 0,5 3,5 MW cosφ=0,7 ind 2,4 MW cosφ=0,8 ind rys.9.przykładowa sieć SN do obliczeń z wielokrotną transformacją napięcia 5. Przebieg ćwiczenia 1 - kompensacja szeregowa 5.1. Program ćwiczenia 5.1.1.Połączenie układu pomiarowego Należy połączyć układ pomiarowy pokazany na rysunku 10. Do tego celu należy wykorzystać model linii SN 15kV z rys. 5 o parametrach podanych przez prowadzącego zajęcia i wybrane z tabeli 1. Tabela 1 Warianty parametrów sieci modelowanych w ćwiczeniu (numer wariantu podany w nawiasie) cosφ \ S odb 2 MVA 3 MVa 4 MVA 5 MVA 0,9 (.1.) (.2.) (.3.) (.4.) 0,8 (.5.) (.6.) (.7.) (.8.) 0,7 (.9.) (.10.) (.11.) (.12.) 0,6 (.13.) (.14.) (.15.) (.16.) 5.1.2.Obliczenia i dobór kondensatorów Wykorzystując wzory z niniejszego opracowania należy obliczyć wartość pojemności kondensatorów, które należy dołączyć aby spełnić następujące zależnosi w różnych przypadkach: dobranie pojemności i mocy baterii kondensatorów w rozdzielnicy nr 2 na rys. 5 w taki sposób, aby napięcie na tej rozdzielnicy nie było niższe niż 95% napięcia nominalnego przy znamionowym obciążeniu; obliczenie odchylenia napięcia na szynach rozdzielnicy nr 2 z poprzedniego punktu przy obciążeniu równym 20% obciążenia znamionowego.
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 15/16 5.1.3.Pomiary Po dobraniu kondensatorów w połączonym układzie należy pomierzyć wszystkie napięcia i inne wielkości niezbędne do strworzenia wykresów wskazowych. Na postawie przeprowadzonych pomiarów należy sporządzić sprawozdanie. Wykorzystując wiedzę teoretyczną i pomiary należy wykonać wszystkie niezbędne obliczenia oraz wykresy wskazowe w celu sprawdzenia i skonfrontowania wyników z teoretycznymi wiadomościami. 5.2. Wymagania dotyczące sprawozdania z ćwiczenia W sprawozdaniu należy umieścić szczegółowe obliczenia badanych układów oraz kolejne etapy i obliczenia przy opracowywaniu wyników badań wraz z niezbędnymi wzorami i rysunkami oraz powołaniem się na wykorzystaną literaturę. Sprawozdanie m.in. powinno zawierać: wyniki pomiarów, obliczenia i ewentualne niezbędne przekształcenia wzorów; prawidłowe wykresy wektorowe napięć i prądów w badanych układach; odpowiednie wnioski. 6. Przebieg ćwiczenia 2 kompensacja równoległa 6.1. Program ćwiczenia 6.1.1.Połączenia układu pomiarowego Należy połączyć układ pomiarowy pokazany na rysunku 10. Do tego celu należy wykorzystać model linii SN 15kV z rys. 6 o parametrach podanych przez prowadzącego zajęcia i wybrane z tabeli 2. Tabela 2 Warianty parametrów odbiorników zasilanych z sieci modelowanych w ćwiczeniu Nr wariantu typ linii R (Ω/km) X (Ω/km) Z (Ω/km) (.1.) AF 35 mm 2 0,86 0,37 0,94 (.2.) AF 50 mm 2 0,62 0,38 0,73 (.3.) AF 70 mm 2 0,46 0,38 0,6 (.4.) AF 95 mm 2 0,32 0,38 0,5 (.5.) kablowa 3x120 mm 2 0,25 0,09 0,27 (.6.) kablowa 3x185 mm 2 0,16 0,09 0,18 Długości linii należy dobierać z zakresu l=2 10 km. Skala modelowania na modelu pomiarowym: c i =0,01 oraz c u =0,01 0,02. 6.1.2.Obliczenia i dobór kondensatorów Wykorzystując wzory z niniejszego opracowania należy obliczyć wartość pojemności kondensatorów, które należy dołączyć aby spełnić następujące zależnosi w różnych przypadkach: dobranie pojemności i mocy baterii kondensatorów w rozdzielnicy nr 2 na rys. 6 w taki sposób, aby napięcie na tej rozdzielnicy nie było niższe niż 95% napięcia nominalnego przy znamionowym obciążeniu;
Ćwiczenie 1 i 2 - Regulacja napięcia w elektroenergetycznej sieci rozdzielczej Strona 16/16 obliczenie odchylenia napięcia na szynach rozdzielnicy nr 2 z poprzedniego punktu przy obciążeniu równym 20% obciążenia znamionowego. 6.1.3.Pomiary Po prawidłowym doborze kondensatorów w układzie pomiarowym należy zmierzyć napięcia konieczne do strworzenia wykresów wskazowych. Wykorzystując wiedzę teoretyczną i pomiary należy wykonać wszystkie niezbędne obliczenia oraz wykresy wskazowe w celu sprawdzenia wiedzy teoretycznej z uzyskanymi pomiarami. 6.2. Wymagania dotyczące sprawozdania z ćwiczenia W sprawozdaniu należy umieścić szczegółowe obliczenia badanych układów oraz kolejne etapy i obliczenia przy opracowywaniu wyników badań wraz z niezbędnymi wzorami i rysunkami oraz powołaniem się na wykorzystaną literaturę. Sprawozdanie m.in. powinno zawierać: wyniki pomiarów, obliczenia i ewentualne niezbędne przekształcenia wzorów; prawidłowe wykresy wektorowe napięć i prądów w badanych układach; odpowiednie wnioski. Z 1 Z 2 inia 1 W1 X C W 2 cosϕ A Z 3 Z 4 cosϕ A Atr V inia 2 W 3 XC W 4 V Z 0 N rys.10.schemat sieci do modelowania na stanowisku pomiarowym 7. Bibliografia [1] Bogucki A., awera E., Przygrodzki A., Szewc B.: "Podatność częstotliwościowa i napięciowa systemu elektroenergetycznego i jego elementów", Skrypty Uczelniane Politechniki Śląskiej nr 1116, Gliwice 1983 [2] Cegielski M.: "Sieci i systemy elektroenergetyczne", PWN, Warszawa 1979 [3] Bernas S.: "Systemy elektroenergetyczne", WNT, Warszawa 1986 [4] pod. red. Kujszczyk Sz.: "Elektroenergetyczne Sieci Rozdzielcze", WNT, Warszawa 1991 [5] Popczyk J.: "Elektroenergetyczne Układy Przesyłowe", Skrypty Uczelniane Politechniki Śląskiej, Gliwice 1984 [6] praca zbiorowa: "Praca i sterowanie systemów elektroenergetycznych - laboratorium", Wydawnictwa Uczelniane Politechniki Poznańskiej, Poznań 1986