Download - Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

Transcript
Page 1: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

PROCEDEE DE TRATARE

A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

Studii de caz

Din punct de vedere al tratării neutrului reţelele electrice pot fi cu: 1. neutrul izolat; 2. neutrul tratat (pus la pământ prin intermediul unei bobine de stingere);3. neutrul legat direct la pământ.

Reţea cu neutrul izolat = o reţea al cărei neutru nu are nici o legătură special făcută cu pământul.Reţea compensată prin bobină de stingere = o reţea al cărei neutru este legat la pământ printr-o bobină a cărei reactanţă are o astfel de valoare încât, la o punere la pământ, curentul inductiv de frecvenţă industrială care circulă între punctul de defect şi bobină, neutralizează practic componenta capacitivă la frecvenţa reţelei a curentului de defect.Reţea cu neutrul legat la pământ = o reţea al cărui neutru este legat direct la pământ (sau printr-o impedanţă de valoare mică, care reduce oscilaţiile tranzitorii şi permite trecerea unui curent suficient de mare pentru a asigura selectivitatea protecţiei).

Tabelul 2.1. Modul de tratare a neutrului

CaracteristiciNeutrul izolat

Neutrul compensat cu

bobină

Neutrul pus direct la pământ

Neutrul pus la pământ prin rezistenţa de valoare mică

Arcul provocat de punerea la pământ

Se autostinge Se lichidează prin RAR

Arc intermitent Posibil Nu este posibilPunere la pământ

de duratăReţeaua poate fi exploatată cu

punerea la pământProtecţia deconectează automat

faza defectăLichidarea punerii

la pământEste necesară o protecţie

selectivă complexăSe realizează cu sisteme uzuale de

protecţieSupratensiuni tranzitorii de

punere la pământ

1,8Uf

în punctul de defect

(1,8-2,5)Uf

în punctul de defect

Supratensiuni de durată

0,8Uf (0,8-1,1)Uf

Influenţa asupra liniilor de

telecomunicaţiiNeînsemnată Foarte mare Redusă

Întinderea reţeleiDeosebit de

limitatăLimitată Practic fără restricţie

Tratarea neutrului poate fi apreciată şi prin valoarea curenţilor de punere la pământ exprimată prin raportul dintre curentul monofazat de punere la pământ şi curentul trifazat

de scurtcircuit :

reţele cu curenţi mici de punere la pământ;

1

Page 2: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

reţele cu curenţi mari de punere la pământ;

şi la reţele cu curenţi foarte mari de punere la pământ.

Modul de tratare a neutrului generatoarelor se rezolvă în funcţie de schema de conexiune a generatoarelor: generatoare bloc cu transformatoare ridicătoare; generatoare cu sisteme de bare la tensiunea de producere; generatoare debitând direct pe reţele la consumatori.

Obiectivul principal al tratării neutrului generatoarelor este obţinerea unei protecţii satisfăcătoare în cazul punerii la pământ:- să se limiteze curenţii de punere la pământ; - să se limiteze şi eventualele supatensiuni.

2.1. Sisteme electrice cu neutrul izolata) Funcţionarea normală a unei reţele cu neutrul izolat ca şi diagrama fazorială

corespunzătoare unei funcţionări cu sarcini simetrice este indicată în fig. 2.4.În regim de avarie, când una din faze este este pusă la pământ (fig. 4.5):- tensiunea dintre faze şi curenţii de sarcină nu sunt afectaţi;- tensiunea fazelor sănătoase creşte cu ; - tensiunea pe faza avariată devine zero (s-a presupus rezistenţa arcului R = 0).

Curenţii capacitivi nu mai sunt simetrici, curentul capacitiv rezultant diferă de zero, închizându-se prin arcul punerii la pământ. Curentul de punere la pământ este:

(2.2)

În cazul când arcul electric de punere la pământ al reţelei este instabil pot apare supratensiuni maxime de ordinul (3,2-3,5)Uf.

Expresiile analitice ale tensiunilor pe cele trei faze, (faza C pusă la pământ) când în sistem a apărut un scurtcircuit monofazat, sunt calculate pentru: Rezistenţa arcului ; R1 = R2 = R0 = 0 şi rezistenţa arcului R = 0.

b) Din cauza pulsaţiei arcului electric în punctul de defect al unei faze pusă la pământ (faza C) apar supratensiuni tranzitorii atât asupra fazelor sănătoase cât şi în faza defectă.

(2.7)unde:k1- complementul coeficientului de cuplaj;

Cp – capacitatea faţă de pământ a fazelor, F;Cm – capacitatea dintre faze, F;

Vn- tensiunea de deplasare a neutrului;

2

Page 3: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

a = 0,9 factorul de reducere; reprezintă atenuarea (dată de pierderile în reţea) şi are valoarea maximă de:

0,96 pentru reţelele în cablu; 0,7-0,75 pentru linii electrice aeriene.

Supratensiunea pe faza defectă atinge valoarea maximă de 2,2Uf.

c) Pot apărea supratensiuni pe fazele sănătoase, în cazul scurtcircuitelor nesimetrice (monofazat sau bifazat cu punere la pământ) ca urmare a rezonanţei dintre circuitele reactanţelor de secvenţă directă, inversă şi homopolară.

d) Supratensiunile prelungite ce apar în sistemele cu neutrul izolat în momentul punerii unei faze la pământ sunt cauzate de fenomenele de rezonanţă ce apar în circuitul echivalent (fig. 2.10) care este format din circuitul de secvenţă directă în serie cu circuitul de secvenţă inversă şi cel homopolar.

Valoarea componentei directe a tensiunii în punctul de defect, exprimată în valori relative raportate la tensiunea nominală, se determină cu relaţia:

(2.11)unde:

- puterea capacitivă a schemei de secvenţă homopolară pentru Un=1;

- puterea reactivă a secvenţei pasive, privită din punctul de defect când se aplică tensiune Un = 1;

- unghiul între tensiunea electromotoare şi tensiunea în punctul unde s-a produs defectul.

Analiza expresiei (2.11) conduce la următoarele concluzii: Amplitudinea supratensiunii prelungite creşte, dacă consumul de energie

reactivă a sarcinii scade. Creşterea puterii sursei duce la reducerea supratensiunilor prelungite,

deoarece Q scade. Extindeea reţelei are ca efect creşterea supratensiunilor, deoarece q se

măreşte iar k1 scade. Supratensiunile sunt cu atât mai mari cu cât tensiunea nominală a reţelei este

mai mare.

Amplitudinea supratensiunilor prelungite este de (2-3,5) Uf.

3

Page 4: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

e) În timpul operaţiilor de conectare a transformatoarelor cu neutrul nelegat direct la pământ, în punctul neutru apar supratensiuni de comutaţie şi temporare.

Supratensiunile temporare apar în cazul scurtcircuitelor nesimetrice (monofazate) şi în cazul conectării nesimultane a fazelor; amplitudinea acestor supratensiuni nesimultane este sub Uf.

2.2. Sisteme electrice cu neutrul tratata) Bobinele de stingere (compensare) au rolul de a compensa curentul capacitiv de punere la pământ, astfel încât curentul produs la locul de punere la pământ să fie cât mai mic.Reactanţa bobinei este reglabilă.Curentul la locul de punere la pământ :

Compensarea se face de regulă cu un dezacord de (10-15) în sensul supracompensării (IL

IC).

Gradul de dezacord “” al bobinei de compensare se exprimă prin valoarea curentului capacitiv al reţelei:

Gradul de acord “k” bobinei de compensare se exprimă prin valoarea curentului de compensare al bobinei de stingere:

b) Prezenţa bobinei de compensare favorizează stingerea arcului electric şi reduce supratensiunile provocate de eventuala pulsare a arcului.

c) d) Tensiunea de deplasare a neutrului şi curentul ce trece în acest caz prin locul de defect se determină pe cale analitică pentru sistemele cu neutrul compensat când punerea la pământ are loc printr-un arc de rezistenţă, Rarc 0 şi respectiv dacă punerea la pământ este netă: Rarc = 0 coeficientul suplimentar de amortizare dp .

e) Conform normativelor tratarea neutrului prin bobine de stingere se face cu o supracompensare de până la 10, astfel încât curenţii de punere la pământ să nu depăşească valorile de 10 A.

f) Bobinele de compensare asigură stingerea arcului electric prin:

reducerea curentului de punere la pământ Ip;

reducerea vitezei de creştere a tensiunii de restabilire, după trecerea curentului prin zero.

Sub acest aspect este indicat ca, gradul de dezacordare ”v” să nu depăşească (5-10).

4

Page 5: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

g) Bobinele de stingere în stare de funcţionare reprezintă o sarcină inductivă pentru transformatorul la neutrul căruia urmează să fie conectate. Pentru alegerea punctului neutru la care urmează să se conecteze bobina de compensare trebuie să se ţină seama de o serie de aspecte legate de conexiunile transformatoarelor.

h) Tratarea neutrului reţelelor electrice prin impedanţe de valori reduse se face:1. Prin montare de bobine de reactanţă în neutrul tansformatoarelor, în cazul

curenţilor foarte mari de punere la pământ când se urmăreşte în special

reducerea acestora;2. Prin montarea de rezistenţe active în neutrul transformatorului, în vederea

reducerii sensibile a supratensiunilor de pe fazele sănătoase.

2.3. Sisteme electrice cu neutrul legat direct la pământa) În sistemul energetic al României pentru reţelele cu tensiuni superioare tensiunii de 110 kV, neutrul se leagă direct la pământ (fig. 2.18). În acest caz orice punere la pământ devine un scurtcircuit monofazat şi protecţia deconectează automat circuitul, defectul înlăturându-se astfel automat.

c) Influenţele reţelelor de energie electrică asupra reţelelor de telecomunicaţie pot fi:- influenţe electrice, numite şi influenţe prin cuplaj capacitiv, specifice funcţionării

normale a liniilor electrice cu nulul izolat (sunt de regulă neglijabile);- influenţe magnetice, numite influenţe prin cuplaj inductiv caracteristice

regimurilor nesimetrice create de scurtcircuite monofazate şi bifazate (cele mai importante);

- influenţe cauzate de apariţia unor legături conductive prin sol, cunoscute sub denumirea de influenţe prin cuplaj rezistiv.

d) În cazul scurgerii curenţilor prin pământ se pune problema limitării tensiunii de atingere şi a tensiunii de pas prin dimensionarea corectă a rezistenţei de punere la pământ.

SISTEME ELECTRICE CU NEUTRUL IZOLAT3.1 STUDII DE CAZ

3.1.1. Date iniţiale:

linie de 35 kV, cu lungimea de L=30 km; funcţionare într-un sistem cu neutrul izolat; punere la pământ a fazei C; linia este confecţionată din conductor de OL-Al-120 mm2, ; faze dispuse orizontal d12=d23=d31=4320 mm; linia funcţionează fără fir de gardă.

Mărimi calculate:

5

Page 6: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

curentul de punere la pământ;tensiunea maximă a neutrului;supratensiunea fazelor sănătoase.

REGIM DE AVARIE (Faza C este pusă la pământ)

a)

b)Reţele cu neutrul izolat în regim de avarie (faza C pusă la pământ)

a) schema reţelei; b) diagrama fazorială.

unde:

faze sănătoase:

6

B

A

C

CC CB CA=CpCI

'CBI '

CAI

'CBI

'CU

UC UB

UA

ICC

ICA

IC

ICB'CAI

nu sunt afectate: tensiunile de linie şi curenţii de sarcină

Page 7: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

R=0 (rezistenţa arcului electric)

Curentul capacitiv de punere la pământ

unde:

Uf [V]= tensiunea pe fază a reţelei;

Cp[F] = capacitatea faţă de pământ a unei faze a reţelei (dintre fază şi pământ);

Cs= capacitatea de serviciu a liniei:

dm= distanţa medie geometrică a distanţelor între faze:

r0= raza exterioară a conductorului liniei:

d= diametrul conductorului liniei:

Tensiunea maximă a neutrului sau tensiunea de deplasare a neutrului

unde:

a=0,9 - factor de reducere;k1= complementul coeficientului de cuplaj:

Cm= capacitatea mutuală dintre faze:

7

3000 3000

42434243

3000 3000

Page 8: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

1-d= factor de amortizare (atenuare) a oscilaţiilor, datorită pierderilor în reţea (1-d= 0,7...0,75 pentru LEA (linii electrice aeriene))

Supratensiunea fazelor sănătoaseVarianta I

Varianta II

Conform Fig. 3.4 a) Variaţia raportului dintre amplitudinea supratensiunii pe fazele

sănătoase şi tensiunea pe fază, funcţie de după W. Petersen

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

- 2,67 3 3,5 4,17 4,83 6 7,5

k1(1-d)

y1= 0,6 3,5 = x1

y2= 0,7 4,17 = x2

Prin interpolare liniară .

ConcluziiCalculul s-a efectuat conform formulelor lui W. Petersen care dau valori

acoperitoare (mai mari decât cele obţinute conform lui N.N. Beliakov şi decât cele

care apar în realitate).

3.1.2.

Date iniţiale: Schema sistemului electric din figură.

Mărimi calculate: Tensiunile ce apar pe fazele sănătoase la un scurtcircuit monofazat pe barele

staţiei B.

8

a)

BA

Sg=100 MVA

x2=0,15

ST=100 MVAusc=12%

x1=0,42 /kml=100 kmx0=2x1

UL=230 kV

ST=40 MVAusc=10%

BA

Page 9: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

Schema reală

Metoda de calcul utilizată: metoda unităţilor relative

foloseşte exprimarea impedanţelor (reactanţelor) schemei de calcul în unităţi relative

o Se aleg mărimile de bază:

Sb=100 MVA (puterea de bază pe o fază)

Ub=230 kV (tensiunea de bază – tensiunea medie de linie la locul scurtcircuitului)

o Calculul impedanţelor (reactanţelor) în unităţi relative:

reactanţa supratranzitorie longitudinală;

(pentru turbogeneratoare

);

o Reactanţa totală se obţine pe baza unor transformări şi transfigurări serie-

paralel succesive:

9

c) 35,0x2 Schema de calcul de

secvenţă inversă

4,0x1 b)

Schema de calcul de secvenţă directă

Page 10: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

Conform schemelor de calcul din fig. b, c şi d au rezultat reactanţele raportate la puterea nominală a sursei, reduse faţă de locul de scurtcircuit.

Considerând rezistenţa arcului zero (R=0), la un scurtcircuit monofazat

supratensiunile pe fazele sănătoase:

Valoarea obţinută se încadrează în datele din tabelul 3.1.

MODUL DE TRATARE A NEUTRULUI

CARACTERISTICI NEUTRUL IZOLATArcul provocat de punerea la pământ Se autostingeArc intermitent PosibilPunerea la pământ de durată Reţeaua poate fi exploatată cu punerea la pământLichidarea punerii la pământ Este necesară o protecţie selectivă complexăSupratensiuni tranzitorii de punere la pământ

2,5 Uf

Supratensiuni de durată

10

0,25

0,12 0,16

d) 13,0x0 Schema de calcul de secvenţă homopolară

Page 11: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

Influenţa asupra liniilor de telecomunicaţii

Neînsemnată

Intinderea reţelei Deosebit de limitată

Tensiunea dintre fazele sănătoase:

ALGORITM ŞI PROGRAM DE CALCUL ÎN LIMBAJUL VISUAL BASIC PENTRU

STUDII DE CAZ 

11

zone pentru introducerea datelor initiale

Datele calculate

buton pentru calcul

Denumirea problemei

Page 12: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

12

Page 13: Cap. 5_PROCEDEE DE TRATARE A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE

TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

13