TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICE

PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICEStudii de cazDin punct de vedere al trat rii neutrului re elele electrice pot fi cu: 1. neutrul izolat; 2. neutrul tratat (pus la p mnt prin intermediul unei bobine de stingere); 3. neutrul legat direct la p mnt. Re ea cu neutrul izolat = o re ea al c rei neutru nu are nici o leg tur special f cut cu p mntul. Re ea compensat prin bobin de stingere = o re ea al c rei neutru este legat la p mnt printr-o bobin a c rei reactan are o astfel de valoare nct, la o punere la p mnt, curentul inductiv de frecven industrial care circul ntre punctul de defect i bobin , neutralizeaz practic componenta capacitiv la frecven a re elei a curentului de defect. Re ea cu neutrul legat la p mnt = o re ea al c rui neutru este legat direct la p mnt (sau printr-o impedan de valoare mic , care reduce oscila iile tranzitorii i permite trecerea unui curent suficient de mare pentru a asigura selectivitatea protec iei).

Tabelul 2.1. Modul de tratare a neutruluiCaracteristici Arcul provocat de punerea la p mnt Arc intermitent Punere la p mnt de durat Lichidarea punerii la p mnt Supratensiuni tranzitorii de punere la p mnt Supratensiuni de durat Influen a asupra liniilor de telecomunica ii ntinderea re elei Neutrul izolat Neutrul compensat cu bobin Neutrul pus la Neutrul pus p mnt prin direct la p mnt rezisten a de valoare mic Se lichideaz prin RAR Nu este posibil Protec ia deconecteaz automat faza defect Se realizeaz cu sisteme uzuale de protec ie 1,8Uf (1,8-2,5)Uf n punctul de n punctul de defect defect 0,8Uf Foarte mare (0,8-1,1)Uf Redus

Se autostinge Posibil Re eaua poate fi exploatat cu punerea la p mnt Este necesar o protec ie selectiv complex

e 2,5U f

e 3U fNensemnat Deosebit de limitat Limitat

Practic f r restric ie

Tratarea neutrului poate fi apreciat

i prin valoarea curen ilor de punere la p mnt (1) exprimat prin raportul dintre curentul monofazat de punere la p mnt I sc i curentul trifazat (3) de scurtcircuit I sc :

1

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICE(1 I sc) (3 I sc)

e 0,25

re ele cu curen i mici de punere la p mnt;

I (1) sc I (3) sci la

(0,25; 1) re ele cu curen i mari de punere la p mnt;I (1) sc(3 I sc)

" 1 re ele cu curen i foarte mari de punere la p mnt.

Modul de tratare a neutrului generatoarelor se rezolv n func ie de schema de conexiune a generatoarelor: y generatoare bloc cu transformatoare ridic toare; y generatoare cu sisteme de bare la tensiunea de producere; y generatoare debitnd direct pe re ele la consumatori. Obiectivul principal al trat rii neutrului generatoarelor este ob inerea unei protec ii satisf c toare n cazul punerii la p mnt: s se limiteze curen ii de punere la p mnt; s se limiteze i eventualele supatensiuni.

2.1. Sisteme electrice cu neutrul izolata) Func ionarea normal a unei re ele cu neutrul izolat ca i diagrama fazorial corespunz toare unei func ion ri cu sarcini simetrice este indicat n fig. 2.4. n regim de avarie, cnd una din faze este este pus la p mnt (fig. 4.5): tensiunea dintre faze i curen ii de sarcin nu sunt afecta i; tensiunea fazelor s n toase cre te cu 3 ; tensiunea pe faza avariat devine zero (s-a presupus rezisten a arcului R = 0). de zero, (2.2)

Curen ii capacitivi nu mai sunt simetrici, curentul capacitiv rezultant difer nchizndu-se prin arcul punerii la p mnt. Curentul de punere la p mnt este:Ip

! I c ! 3 jU f [C p [A]

n cazul cnd arcul electric de punere la p mnt al re elei este instabil pot apare supratensiuni maxime de ordinul (3,2-3,5)Uf. Expresiile analitice ale tensiunilor pe cele trei faze, (faza C pus la p mnt) cnd n sistem a ap rut un scurtcircuit monofazat, sunt calculate pentru: y Rezisten a arcului R { 0 ; y R1 = R2 = R0 = 0 i rezisten a arcului R = 0. b) Din cauza pulsa iei arcului electric n punctul de defect al unei faze pus la p mnt (faza C) apar supratensiuni tranzitorii att asupra fazelor s n toase ct i n faza defect .(U f ! U max ! U f V n k1 (1 d )

?

A

(2.7)

unde: k1 - complementul coeficientului de cuplaj;

2

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICE k1 ! Cp Cp C m

Cp capacitatea fa de p mnt a fazelor, ?FA; Cm capacitatea dintre faze, ?FA; Vn- tensiunea de deplasare a neutrului;

2 1 k1 (1 d ) 3 Vn ! a U f 2 1 k1 (1 d ) 3a = 0,9 factorul de reducere; e E t ! 1 d reprezint atenuarea (dat de pierderile n re ea) i are valoarea maxim de: y 0,96 pentru re elele n cablu; y 0,7-0,75 pentru linii electrice aeriene. Supratensiunea pe faza defect atinge valoarea maxim de 2,2Uf. c) Pot ap rea supratensiuni pe fazele s n toase, n cazul scurtcircuitelor nesimetrice (monofazat sau bifazat cu punere la p mnt) ca urmare a rezonan ei dintre circuitele reactan elor de secven direct , invers i homopolar . d) Supratensiunile prelungite ce apar n sistemele cu neutrul izolat n momentul punerii unei faze la p mnt sunt cauzate de fenomenele de rezonan ce apar n circuitul echivalent (fig. 2.10) care este format din circuitul de secven direct n serie cu circuitul de secven invers i cel homopolar. Valoarea componentei directe a tensiunii n punctul de defect, exprimat n valori relative raportate la tensiunea nominal , se determin cu rela ia:U2 ! 1 1 k12 sin 2 2H 2k12 cos 2 H

(2.11)

unde:

k1 ! 1 q!

q Q

1 - puterea capacitiv a schemei de secven homopolar pentru Un=1; x0 1 - puterea reactiv a secven ei pasive, privit din punctul de Q! x1defect cnd se aplic tensiune Un = 1; unghiul ntre tensiunea electromotoare i tensiunea n punctul unde s -a produs defectul.

H-

Analiza expresiei (2.11) conduce la urm toarele concluzii:

3

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICE

Amplitudinea supratensiunii prelungite cre te, dac consumul de energie reactiv a sarcinii scade. Cre terea puterii sursei duce la reducerea supratensiunilor prelungite, deoarece Q scade. Extindeea re elei are ca efect cre terea supratensiunilor, deoarece q se m re te iar k1 scade. Supratensiunile sunt cu att mai mari cu ct tensiunea nominal a re elei e ste mai mare. Amplitudinea supratensiunilor prelungite este de (2 -3,5) Uf.e) n timpul opera iilor de conectare a transformatoarelor cu neutrul nelegat direct la p mnt, n punctul neutru apar supratensiuni de comuta ie i temporare .

Supratensiunile temporare apar n cazul scurtcircuitelor nesimetrice (monofazate) i n cazul conect rii nesimultane a fazelor; amplitudinea acestor supratensiuni nesimultane este sub U f. 2.2. Sisteme electrice cu neutrul tratata) Bobinele de stingere (compensare) au rolul de a compensa curentul capacitiv de punere la p mnt, astfel nct curentul produs la locul de punere la p mnt s fie ct mai mic. Reactan a bobinei este reglabil . Curentul la locul de punere la p mnt I p :

1 I p ! I L I C ! jU f 3[C [A] [L Compensarea se face de regul cu un dezacord de (10-15) n sensul supracompens rii (IL " IC).

Gradul de dezacord Y al bobinei de compensare se exprim prin valoarea curentului capacitiv al re elei: I IL Y! C ! (1 k ) ICGradul de acord k bobinei de compensare se exprim compensare al bobinei de stingere: prin valoarea curentului de

I k! L IC b) Prezen a bobinei de compensare favorizeaz stingerea arcului electric i reduce supratensiunile provocate de eventuala pulsare a arculu i.c) d) Tensiunea de deplasare a neutrului i curentul ce trece n acest caz prin locul de defect se determin pe cale analitic pentru sistemele cu neutrul compensat cnd punerea la p mnt are loc printr-un arc de rezisten , Rarc { 0 i respectiv dac punerea la p mnt este net : Rarc = 0 coeficientul suplimentar de amortizare dp p g .

4

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICE e) Conform normativelor tratarea neutrului prin bobine de stingere se face cu o supracompensare de pn la 10 , astfel nct curen ii de punere la p mnt s nu dep easc valorile de 10 A. f) Bobinele de compensare asigur stingerea arcului electric prin:

reducerea curentului de punere la p mnt I p; reducerea vitezei de cre tere a tensiunii de restabilire, dup trecerea curentului prin zero. Sub acest aspect este indicat ca, gradul de dezacordare v s nu dep easc (510).g) Bobinele de stingere n stare de func ionare reprezint o sarcin inductiv pentru transformatorul la neutrul c ruia urmeaz s fie conectate. Pentru alegerea punctului neutru la care urmeaz s se conecteze bobina de compensare trebuie s se in seama de o serie de aspecte legate de conexiunile transformatoarelor. h) Tratarea neutrului re elelor electrice prin impedan e de valori reduse se face: 1. Prin montare de bobine de reactan n neutrul tansformatoarelor, n cazul curen ilor foarte mari de punere la p mnt sc ) " 1 cnd se urm re te n special I (3 sc reducerea acestora; 2. Prin montarea de rezisten e active n neutrul transformatorului, n vederea reducerii sensibile a supratensiunilor de pe fazele s n toase. I (1)

2.3. Sisteme electrice cu neutrul legat direct la p mnta) n sistemul energetic al Romniei pentru re elele cu tensiuni superioare tensiunii de 110 kV, neutrul se leag direct la p mnt (fig. 2.18). n acest caz orice punere la p mnt devine un scurtcircuit monofazat i protec ia deconecteaz automat circuitul, defectul nl turndu-se astfel automat. c) Influen ele re elelor de energie electric asupra re elelor de telecomunica ie pot fi: - influen e electrice, numite i influen e prin cuplaj capacitiv, specifice func ion rii normale a liniilor electrice cu nulul izolat (sunt de regul neglijabile);

- influen e magnetice , numite influen e prin cuplaj inductiv caracteristice regimurilor nesimetrice create de scurtcircuite monofazate i bifazate (cele mai importante); - influen e cauzate de apari ia unor leg turi conductive prin sol , cunoscute sub denumirea de influen e prin cuplaj rezistiv.d) n cazul scurgerii curen ilor prin p mnt se pune problema limit rii tensiunii de atingere i a tensiunii de pas prin dimensionarea corect a rezisten ei de punere la p mnt.

5

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICESISTEME ELECTRICE CU NEUTRUL IZOLAT

3.1 STUDII DE CAZ 3.1.1. Date ini iale: y linie de 35 kV, cu lungimea de L=30 km; y func ionare ntr-un sistem cu neutrul izolat; y punere la p mnt a fazei C; y linia este confec ionat din conductor de OL-Al-120 mm 2, y faze dispuse orizontal d12=d23=d31=4320 mm; y linia func ioneaz f r fir de gard . M rimi calculate: curentul de punere la p mnt; tensiunea maxim a neutrului; supratensiunea fazelor s n toase. REGIM DE AVARIE (Faza C este pus la p mnt)A

s ! 120 mm 2 ;

B I'CBIC I 'CA

C CC CB CA=Cp

a)IC UA I'CBI 'CA

ICB ICA

U 'CICC UB

UC

b)6

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICERe ele cu neutrul izolat n regim de avarie (faza C pus la p mnt) a) schema re elei; b) diagrama fazorial .' I CB ! I CB I CC

I 'CA ! I CA I CCI C ! I 'CB I 'CA

unde: U AB , U BC , U CAI SA , I SB , I SC UA

nu sunt afectate: tensiunile de linie i curen ii de sarcin

faze s n toase: U BUC ! 0

R=0 (rezisten a arcului electric) Curentul capacitiv de punere la p mntIp

! I c ! 3 j[ C p L U f ! 3 j 2 T f C p L U f ! 35 10 3 3 ! 3,15 A

! 3 j 2 T 50 0,005512 10 6 30

unde: Uf [V]= tensiunea pe faz a re elei; Cp[F] = capacitatea fa de p mnt a unei faze a re elei (dintre faz i p mnt);

C p ! C A ! C B ! CC ! (0,6....0,7) C s ! 0,65 0,00848 10 6 ! 0,005512 10 6 F/km

Cs= capacitatea de serviciu a liniei:

dm= distan a medie geometric a distan elor ntre faze:d m ! 3 d12 d 23 d 31 ! 3 4320 4320 4320 ! 4320 mm 3000 3000 4243

r0= raza exterioar a conductorului liniei:r0 !

d= diametrul conductorului liniei:7

d 12,36 ! $ 6,2 mm 2 2

Cs !

2TI 0 2T 8,84 10 6 ! ! 0,00848 10 6 F/km 4320 d ln ln 6,2 r0

4243

3000

3000

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICETd 2 ! s d ! 4 4s ! T 4 120 ! 12,36 mm T

Tensiunea maxim a neutrului sau tensiunea de deplasare a neutrului2 2 1 0,85 0,75 k1 (1 d ) 35 10 3 3 3 Vn ! a U f ! 0,9 U f ! 2,07 U f ! 2.07 ! 41,83 kV 2 2 3 1 0,85 0,9 0,75 1 k1 a (1 d ) 3 3 1

unde: a=0,9 - factor de reducere; k1= complementul coeficientului de cuplaj:k1 ! Cp C p Cm ! 0,005512 10 6 0,005512 10 6 0,0009752 10 6 $ 0,85

Cm= capacitatea mutual dintre faze:C m ! (0,10...0,13) C s ! 0,115 0,00848 10 6 ! 0,0009752 10 6 F/km

1-d= factor de amortizare (atenuare) a oscila iilor, datorit pierderilor n re ea (1-d= 0,7...0,75 pentru LEA (linii electrice aeriene)) Supratensiunea fazelor s n toase Varianta IU max ! Uf

Vn ! U

f

2,07 U

f

! 3,07 U

f

! 3,07

35 3

$ 62,04 kV

Varianta II Conform Fig. 3.4 a) Varia ia raportului dintre amplitudinea supratensiunii pe fazele s n toase i tensiunea pe faz , func ie dek1 (1 d ) ! Cp C p Cm (1 d ) Cp C p Cm (1 d ) dup

W. Petersen 0,7 4,17 0,8 4,83 0,9 6 1 7,5

0,3 -

0,4 2,67

0,5 3

0,6 3,5

U s max Uf

k1(1-d) y1 = y2 = 0,6 0,7

U max Uf

3,5 4,17

= x1 = x2U s max k1 (1 d ) ! 0,85 0,75 ! 0,6375 . Uf

Prin interpolare liniarx ! x1 U smax Uf

( y y1 )( x 2 x1 ) y 2 y135 3 ! 75,77 kV

! 3,5 0, 25 ! 3,75 U sma ! 3,75 U f ! 3,75

8

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICEConcluzii Calculul s-a efectuat conform formulelor lui W. Petersen care dau valori acoperitoare (mai mari dect cele ob inute conform lui N.N. Beliakov i dect cele care apar n realitate). 3.1.2. Date ini iale: Schema sistemului electric din figur . M rimi calculate: Tensiunile ce apar pe fazele s n toase la un scurtcircuit monofazat pe barele sta iei B.

AbSg=100 MVA'' x d ! 0,2 x2=0,15

Ba)

ST=100 MVA usc=12%

x1=0,42 ;/km l=100 km x0=2x1 UL=230 kV Schema real

ST=40 MVA usc=10%

b)

x1 ! 0,4

1 0,2

2 0,12

3 0,08

Schema de calcul de secven direct

Metoda de calcul utilizat : metoda unit ilor relative folose

te exprimarea impedan elor (reactan elor) schemei de calcul n unit i relative

o Se aleg m rimile de baz :

Sb=100 MVA (puterea de baz pe o faz ) Ub=230 kV (tensiunea de baz tensiunea medie de linie la locul scurtcircuitului)o Calculul impedan elor (reactan elor) n unit i relative:* x1 ! X g ! ' x d' [%] S b 100 ! 0,2 ! 0,2 100 100 S g

'' x d ! reactan a supratranzitorie longitudinal ;

(pentru turbogeneratoare

100 MVA e S e 300 MVA

' x d' ! 19,5%

t.e.m. supratranzitorie E " [u.r.] ! 1,08

);

9

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICE* x2 ! X T !

u sc [%] S b 12 100 ! ! 0,12 100 S nT 100 100 Sb2 Ub

x 3 ! X l* ! x1 l

! 0,42 100

100 230 2

! 0,79 $ 0,08

o Reactan a total se ob ine pe baza unor transform ri i transfigur ri serie-

paralel succesive:

x1 ! 0,2 0,12 0,08 ! 0,4c)

x 2 ! 0,35Schema de calcul de secven invers

4 0,15* Xg !

2 0,12

3 0,08

x 2 [%] S b 15 100 ! ! 0,15 100 S g 100 100

x 2 ! 0,15 0,12 0,08 ! 0,35d)

x 0 ! 0,13Schema de calcul de secven homopolar

2 0,12

5 0,16

6 0,25

X l* ! x 0 l

Sb2 Ub

! 2 x1 l

Sb2 Ub

! 2 0, 42 100

100 230 2

! 0,158 $ 0,16

* XT !

x sc [%] S b 10 100 ! ! 0,25 100 S nT 100 40

0,12

0,16

0,25 (0,12 0,16) 0,25 $ 0,13 0,12 0,16 0,25

x0 !

Conform schemelor de calcul din fig. b, c i d au rezultat reactan ele raportate la puterea nominal a sursei, reduse fa de locul de scurtcircuit. Considernd rezisten a arcului zero (R=0), la un scurtcircuit monofazat supratensiunile pe fazele s n toase:

10

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICE2 2 x0 x0 x 2 x2

U A ! U B ! 3 U f

! 3

230 3

x0 x2 x1

0,13 2 0,13 0,35 0,35 2 ! 0,845 U f ! 112,34 kV 0,13 0,35 0,4

Valoarea ob inut se ncadreaz n datele din tabelul 3.1.MODUL DE TRATARE A NEUTRULUI

CARACTERISTICI Arcul provocat de punerea la p mnt Arc intermitent Punerea la p mnt de durat Lichidarea punerii la p mnt Supratensiuni tranzitorii de punere la p mnt Supratensiuni de durat Influen a asupra telecomunica ii Intinderea re elei liniilor de

NEUTRUL IZOLAT Se autostinge Posibil Re eaua poate fi exploatat cu punerea la p mnt Este necesar o protec ie selectiv complex e 2,5 Ufe 3 Uf Nensemnat

Deosebit de limitat

Tensiunea dintre fazele s n toase:U AB ! 3 U f x0 2 x 2 230 0,13 2 0,35 ! 3 ! 1,63 U f ! 216,7 kV x0 x 2 x1 3 0,13 0,35 0,4

ALGORITM I PROGRAM DE CALCUL N LIMBAJUL VISUAL BASIC PENTRU STUDII DE CAZ

Denumirea problemei zone pentru introducerea datelor initiale

buton pentru calcul Datele calculate

11

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICE

12

TRATAREA NEUTRULUI RE ELELOR ELECTRICE

13