1Wiadomośći ogólne

Ele obejmuje zagadnienia związane z procesami przemiany, wytwarzania i przesyłu energii. zagadnienia te są rozwiązywane w powiązaniu z problematyką ekonomiczną i ochroną sirodowiska.Przemiany energii są koniecznym warunkiem funkcjonowania urządzeń technicznych.

Zasady niezniszczalności energii wynika zasada bilansowania różnych postaci w procesach przetwarzania, akumulacji i wymiany.Energia dostarczana jest odbiornikom za pośrednictwem nośnika energii, a odbiornik jest przetwornikiem.Nośniki energii uzyskuje się najczęściej z paliw pierwotnych w mniejszym stopniu korzysta się z innych źródeł.

Paliwa pierwotne są używane jako nośniki energii w stanie naturalnym lub po uzdatnieniu, lub są przerabiane na paliwa wtórne jak gazy koks itp. paliwa te mogą być użyte jako nośniki energii lub przerobione na inne nośniki.

2Wytwarzanie energii elektrycznej

2.1Szczegulnym rodzajem przetworników są przetworniki różnych rodzajów energii w energie elektryczna tzw. generatory

Rozróżnia się generatory:Proste i złożone.

Energia może być wytwarzana z energii:mechanicznej-prądnice napędzane turbinami parowymi, wodnymi, gazowymi

-cieplne-termoelemety generatory termoemisyjne TEM, generatory magnetohydrodynamiczne MHD

-świetlne-fotoogniwa

-chemiczne-ogniwa galwaniczne i paliwowe

Elektrownie nz. zakład wytwarzający energie elektryczną na podstawie zbioru przetworników energii.Przy czym generator występuje jako ostatni w łańcuchu przemian energii.

Elektrociepłownią jest zakład wytwarzający jednocześnie energie elektryczną i cieplna w postaci użytecznej oddawanej na zewnątrz w ilości większej od 10%

Wśród wykorzystywanych nośników energii wyróżnia się dwie podstawowe grupy:-Paliwa kopalne tj. węgiel ropa gaz paliwa rozszczepialne ich cecha jest ograniczoność zasobów

-Naturalne siły przyrody-elektrownie wodne wiatrowe energia geotermiczna, promieniowanie słoneczne ich cecha jest odnawialność zasobów.

W zależności od przynależności administracyjnej elektrownie dzieli się na:-Systemowe- stanowią główne źródła energii w systemie ee (występują jako samodzielne przedsiębiorstwa)

-Przemysłowe-związane są z danym zakładem przemysłowym, mogą pokrywać potrzeby zakładu wymieniają energie z systemem ee.

Podział elektrownii ze względu na charakter pracy w systemie ee (SEE) wynika ze zmienności obciążenia systemu w ciągu doby:-podstawowe,-podszczytowe, -szczytowe

2*2 Problemy rozwoju techniki energetycznej

Problemy energetyczne szacuje się ilością energii zużywanej rocznie.Od lat 70 rozpoczął się proces szacowania zasobów energetycznych świata. W okresie 20 lat zaobserwowano prawie liniowy wzrost energii szacowany na ok. 4%

Wzrost zużycia energii elektrycznej zmusił do znalezienia koncepcji poszukiwań niekonwencjonalnych technologii pozyskiwania energii. Wytwarzanie konwencjonalne po roku 2100 okazałoby się nie realne ze względu na program wydobycia paliw, koszty inwestycyjne i ekologiczne. Jako rozwiązanie przyszłościowe rozważane są :-Kontrolowana-reakcja termojądrowa

-Wykorzystanie promieniowania słońca

Kolejny etap rozwoju energetyki jądrowej ma być oparty na budowie reaktorów powielających, w których obok łańcuchowych reakcji rozszczepiania występuje proces powstawania atomów innego pierwiastka rozszczepialnego w ilościach większych od tej która uległa rozszczepianiu.Zysk energetyczny tego procesu jest 60-cio krotny. Perspektywa wynalezienia dużych ilości energii w postaci ciepła w reaktorach powielających zwraca uwagę na możliwość wykorzystania wodoru jako podstawowego nośnika energii. Wodór byłby wytwarzany elektrolitycznie lub termicznie magazynowany i transportowany bezpośrednio do odbiorców w celach technologicznych. Oprócz zalet użytkowych za zastosowanie wodoru przemawiają względy ekologiczne, ale występują problemy natury technicznej( wybuchowość źródła, łatwość dyfuzji). Koncepcja bliższa realizacji wykorzystania promieniowania słonecznego polega na umieszczeniu ogniw i reflektorów słonecznych na orbicie geostacionarnej. Przekształceniu w kosmosie prądu stałego ogniw na mikrofale o częstotliwości 3 GHz i przesłaniu ich wiązek na ziemie i ponownym przekształceniu na prąd przemienny. Przyjmując gęstość powierzchniową promieniowania słonecznego p=1,4 KW/m(kw), to całkowita moc przy uwzględnieniu powierzchni ziemi P=p*S=174*10(6)GW

Wykorzystanie innych źródeł energii jak wiatru, geotermiczna, czy marenomotoryczna i nieodgrywaja jeszcze istotnej roli i w przyszłości będą miały znaczenie marginalne jako pokrywanie zapotrzebowania szczytowego rozwoju elektrowni decydują głównie czynniki :-dotyczące potrzeb energetycznych jak rozwój przemysłu ,rozwój komunalny ,-ekonomiczne ,-ograniczenia ekologiczne .Moc zainstalowanie elektrowni krajowych oraz elektrociepłowni w dowolnym roku określa zależność:Pi=Ps+Pmm Pi-moc zainstalowana Ps-moc szczytowa Pmm-margines mocy czyli nadwyżka mocy niezbędna do utrzymania rezerwy mocy .Ta wielkość Pi=Ps+Pmm=Pio+ΔPi-Pwy ,Pio-jest mocą zainstalowaną na początku okresu rozpatrywanego ,ΔPi-jest nadwyżką lub przyrostem mocy zainstalowanej ,Pwy-jest mocą wycofaną z eksploatacji ze względu na warunki techniczne i inne.Pmm=(0,2 do 0,3)PS

Moc szczytową szacuje się z wymaganej produkcji energii brutto określonej przez użytkowania mocy szczytowej Ts

Ps=Es/Ts Ts=6000 h

W energetyce krajowej dominują elektrownie klasyczne na węgiel kamienny,brunatny.Natomiast inne elektrownie przemysłowe i wodne mają znacznie mniejszy udział w mocy zainstalowanej

Ocenę problemu wytwarzania energii elektrycznej przeprowadza się na podstawie optymalnej struktury mocy zainstalowanej oraz charakterystyk rocznych kosztów wytwarzania energii.

3 Roczne koszty wytwarzania możemy podzielić na dwie grupy :

K=Ki+Kz Ki-koszt inwestycyjny Kz-koszt zmienny

Koszt inwestycyjny Ki jest to koszt instalacji energetycznej podzielony na ilość lat przewidywanej eksploatacji .

Zwykle są to koszty ilość zł na rok

Różne elektrownie posiadają różne charakterystyki kosztów

Jeżeli sporządzimy uporządkowany wykres zapotrzebowania na energie elektryczną np. w ciągu roku i oznaczymy koszty wytwarzania energii w różnych rodzajach elektrownii to można opracować optymalny ekonomiczno techniczny proces wytwarzania i użytkowania energii elektrycznej.

Uporządkowany wykres mocy zapotrzebowania- gdybyśmy dodali zapotrzebowanie dobowe w ciągu roku

4 Wielkości charakteryzujące elektrownie

• moc zainstalowana Pi- jest sumą mocy generatorów zainstalowanych w elektrowni lub w przypadku mocy cieplnej Qi- jest to suma wszystkich źródeł mocy cieplnej zainstalowanej w elektrociepłowni

• moc dyspozycyjna Pd., lub ilość ciepła dyspozycyjnego Qd- jest mocą brutto pomniejszoną o ubytki mocy lub remontu lub ubytki poawaryjne urządzeń podstawowych

• moc netto Pn- to moc brutto pomniejszoną o moc własną Pn= P-Ppw

5 Klasyczne elektrownie kondensacyjne nz elektrownie cieplną, parowa w której energia elektryczna wytwarzana jest w generatorach z turbina parową , gdzie obieg cieplny jest obiegiem termodynamicznym zamkniętym a w cyklu pracy następuje kondensacja pary wytworzonej w kotle parowym.

Praca wykonywana przez silnik cieplny

6 Podstawowe zespoły elektrowni kondensacyjnych

• kocioł parowy- pierwszy przemiennik energii w którym występuje wytwarzanie pary z paliwa energetycznego na wyjściu osiągana jest temp. Tg. W obszarze kotła zamontowane jest przegrzewacz pary w którym następuje podwyższenie temp. pary do To i sprężenie do ciśnienia Po. Para transportowana jest rurociągami wysokociśnieniowymi do turbiny parowej wielostopniowej.Po wyjściu z turbiny para jest rozprężana do ciśnienia Ps o znacznie niższej temp. od To i wprowadzona do skraplacza, gdzie po skropleniu jest transportowana przez pompę z powrotem do kotła.Skraplacz jako wymiennik ciepła wymaga odrębnego obiegu wodnego zamkniętego lub otwartego. Chłodzenie wody chłodzącej odbywa się w chłodni kominowej,

sprawność cyklu cieplnego elektrowni

ηc = io-is/io-iwz

7 Podstawowe elementy schematów cieplnych i procesów technologicznych elektrowni parowych:

-układ nawęglania

-obszar cieplny który obejmuje kanał parowy układ przegrzewania pary układ kotła lub układ turbiny oraz elementów pośrednich np. spustów par

-układ elektryczny(wytwarzanie energii i wprowadzanie energii do sieci łącznie z blokiem potrzeb własnych

-układ chłodzący zawiera skraplacz wody chłodzącej i chłodnie kominowe

-obieg paliwowo-powietrzno-spalinowy

-układ odpopielania

8 Wymiary podstawowych zespołów elektrowni

-długość turbozespołów 50-60m

-wysokość kotłów dużych bloków o wydajności 600 do 1000 ton na godz. około 60m

-kominy w elektrowniach 200-300m.

Istnieje ekonomiczność do budowy zespołów o dużych mocach bowiem maleje wtedy koszt jednostkowy. W Polsce najczęściej występują bloki 60MW,125MW,200 i 360MW chociaż są jeszcze 500 i 1000MW.Sprawność elektrowni w blokach 360MW,temperatura To=813K,ciśnienie pary Po=18,3MPa

ηb (brutto)=0,35 do 0,38

ηn (netto)=0,33 do 0,36

9 Elektrociepłownie-jest to skojarzony układ cieplny do wytwarzania energii elektrycznej.Energię cieplną uzyskuje się z pary niskoprężnej lub z gorącej wody.Parę niskoprężną można uzyskać z turbiny parowej z jej stopnia pośredniego lub z pary wysokoprężnej dostarczanej do stacji.Ze względu na sposób poboru ciepła do części cieplnej i rodzaju turbin parowych dokonuje się podziału na elektrociepłownie:

-upustowo-kondensacyjne

• przeciwpręrzne

Elektrociepłownie upustowo-kondensacyjne moda pracować w systemie

- wyłącznie w produkcji energii elektrycznej wyłącznie gdy człon upustowy jest wyłączony z exploatacii

-wytwarzania wyłącznie energii cieplnej poprzez stację redukcyjną

praca turbinowa z wytwarzaniem energii elektrycznej i cieplnej z pary niskoprężnej dostarczanej do wymiennika ciepła

Cykl pracy Para wysokoprężna wytwarzana w kotle jest dostarczana do magistrali wysokoprężnej i jest rozdzielona między turbiną i stacją redukcyjną . W turbinie po rozprężeniu w członie wysokoprężnym turbiny powstaje upust pary która może być wprowadzona w ilości ciepła Qp. Jest wprowadzona do wymiennika ciepła i po jej skropleniu dostarczana do zbiornika skroplin, a następnie pompą do kotła. Pozostała część turbiny zasilana jest z wylotu przeciwpręrznego i wprowadzona do stopnia niskoprężnego turbiny i po rozprężeniu dostarczana do skraplacza i dalej w postaci skroplin do części wodnej obiegu. Elektrownie przeciwpręrzne nie posiadają gałęzi skraplacza a skroplenie następuje w wymienniku ciepła.

10 Elektrownie jądrowe Przemiany energetyczne występujące w elektrowni jądrowej obejmuje :

• przemianę części energii wiązania jąder atomowych w energię cieplną uzyskiwaną przez sterowaną reakcję łańcuchową rozszczepiania uranu lub plutonu w reaktorze jądrowym ( nośnik ciepła przepływa przez rdzeń reaktorowy)

• przemiana energii cieplnej w energie mechaniczna w turbinie parowej ( lub gazowej)

• przemianę energii mechanicznej w elektryczną w generatorze

11 Reaktory energetyczne klasyfikuje się w zależności :

• energie elektronów powodujących rozszczepienie jąder atomowych, wyróżniamy reaktory prędkie i termiczne

• ze względu na paliwo jądrowe: uran lub pluton

• ze względu na moderator : do spowalniania neutronów(dot. termicznych) moderatorem może być lekka woda H2O ciężka woda D2O lub grafit

• w zależności od chłodziwa przejmującego energie cieplną wytwarzaną w rdzeniu reaktora ( chłodziwa ciepłe H2O D2O oraz sód N2 lub gazowe CO2 wodór hel 4-tlenek azotu N2O4)

Wyróżnia się kilka typów reaktorów do których zaliczamy:

-reaktory lekko wodne LWR- moderatorem jest H2O

-reaktory ciężko wodne HWR--------jest D2O

-reaktory gazowe GCR--------jest grafit chłodziwem jest gaz

-reaktory wysokotemperaturowe HTR- chłodziwem jest gaz

Schematy cieplne elektrowni jądrowych różnią się od klasycznych parowych częścią wytwarzającą energię cieplną

Wyróżnia się następujące rodzaje obiegów czynnika roboczego:

-układ 1-obiegowy

1- reaktor 6- pompa zasilająca lub sprężarka 7- turbina

8- generator 9- skraplacz

-układ 2-obiegowy

2- główna pompa cyrkulacyjna lub sprężarka 5- wytwornica pary

6- pompa zasilająca lub sprężarka

-układ 3- obiegowy

3- wymiennik sodowy 4- pompa sodowa

Ze względu na obiegi wtórne następuje ogólne obniżenie sprawności elektrowni, która wynosi od 28-35%. Charakteryzuje się następującymi zaletami:

-istnieje duża swoboda w lokalizacji

-możliwość stosowania dużych mocy w blokach

-mniejsze zapotrzebowanie na teren elektrowni

-mniejszy ilościowo transport paliwa

-brak oddziaływania na atmosferę w warunkach pracy

Do głównych wad zaliczamy:

-duże koszty inwestycyjne

-problemy ze składowaniem odpadów radioaktywnych

-sprawności tych elektrowni są nieco niższe niż klasycznych

Udział elektrowni jądrowych w wytwarzaniu energii:

Francja 75,7% Belgia 66,9% Szwecja 51% Bułgaria 47,5%

Niemcy 28,6% USA 11%

/ 1 elektrownia jądrowa 1954 Rosja 5 MW, 1956 USA 90 MW, 1956 W.Brytania 198 MW, największa elektrownia 4000 MW, największy generator 1000MVA/

12 Elektrownie wodne- wykorzystuje się energie potencjalną cieków wodnych spiętrzonych do odpowiedniej wysokości aby wytworzyć różnice poziomów między zbiornikiem górnym a dolnym. Przepływ wody następuje przez turbiny wodne sprzężone z generatorem. Moc hydrauliczną wytworzoną w turbinie wodnej wyznacza się z zależności Ph=g*ς*Ht*Qt*η_h

g- przyśpieszenie ziemskie 9,81 ς- gęstość wody Ht- użyteczny spad wody Qt- natężenie przepływu wody przez turbinę

Pe=c*Ht*Qt c- stała

13 Podział elektrowni H2O- ze względu na:

1. wysokość spadu wody: -niskospadowe Ht≤15 m

-średniospadowe 15≤ Ht< 80 m

- wysokospadowe Ht≥80 m

2-czas napełniania zbiornika górnego:

-el. przepływowe ( brak możliwości magazynowania wody)

-el. Z małym zbiornikiem- czas napełniania jest mniejszy od 150 h

-el. Zbiornikowe- gdy napełnianie jest sezonowe lub dłuższe

2. ze względu na sposób uzyskiwania spadu:

• el. Przyzaporowe - gdy el. Jest zbudowana przy zaporze zbiornika górnego

• el. Derywacyjne- gdy el jest zbudowana znacznie niżej niż zapora , a woda doprowadzona jest rurociągami lub sztolniami do turbin wodnych

14 Podział turbin :

-akcyjne- wykorzystuje się energie kinetyczna wody np. turbina Peltona o niskiej szybkobieżności przy wysokich spadach wody

-reakcyjne - w których wodę dostarcza się pod ciśnieniem wyższym niż atmosferyczne i wykorzystuje się energie potencjalną np. Francissa

Caplanna

15 Rodzaje el.:

-podstawowe - pracują w sposób ciągły np. na rzekach

• podszczytowe- sezonowy czas napełnienia zbiornika( zbiornikowe)

• szczytowe- el. Pompowe

El. Wodne buduje się o różnej mocy od bardzo małych 10-50 MW od bardzo dużych 9000-12000 MW Największą na rzece Jenisiej4900MW

16 Sieci elektroenergetyczne

Przesył energii elektrycznej od źródeł wytwarzania do miejsc lub obszarów zapotrzebowania odbywa się za pomocą sieci elektrycznej. Jest to zbiór połączonych urządzeń takich jak linie, transformatory, dławiki, łączniki, kondensatory i inne urządzenia pomocnicze przeznaczone do realizacji zadania jakim jest przesył energii. Sieć elektroenergetyczna musi spełniać wymagania techniczne i ekonomiczne takie jak:

• zasada jakości energii niezawodność zasilania, niski koszt przesyłu, elastyczność i bezpieczeństwo. O jakości energii elektrycznej decydują:

• odpowiedni poziom napięcia i częstotliwości, symetria napięć oraz kształt przebiegu czasowego.

Podstawowe znaczenie techniczne przesyłania energii ma prąd przemienny o częstotliwości 50Hz, prąd stały stosowany jest w trakcji elektrycznej, do zasilania niektórych odbiorników przesyłowych, do elektrolizy oraz do przesyłu energii o dużej mocy przy wysokim napięciu

W Polsce eksploatuje się sieci prądu przemiennego o następujących napięciach znamionowych:

• napięcie bezpieczne (50VAC lub 100VDC)

• sieci niskiego napięcia do 1kV do nich należą napięcia znamionowe sieciowe 220V, 220/380V,500V,380/660V

• sieci średniego napięcia SN napięcia znamionowe od 1kV do 110kV

Szereg napięć znamionowych jest następująca: 5, 6, 10, 15, 20, 30, 40, 60kV.W likwidacji są napięcia 5, 30, 40, 60kV natomiast napięcia 6kV lub 10kV stosowane są w przemyśle do zasilania silników WN.

• Sieci wysokiego napięcia WN: 110kV

• Sieci napięcia najwyższego NN: 220 i 400kV

• Sieci ultra wysokiego napięcia UVN: 750kV i wyższe.

Obecnie w Polsce krajową sieć elektroenergetyczną (KSE) tworzą linie napowietrzne lub kablowe o napięciach 750, 220, 400kV zaliczane do sieci elektroenergetycznych przesyłowych.

-112km lini 750kV -4231km lini 400kV

-8182km lini 220kV -36325km lini 110kV

Eksploatacje KSE prowadzą polskie sieci elektroenergetyczne SA które zakupują energię od samodzielnych jednostek gospodarczych i sprzedają zakładom energetycznym które rozprowadzają energię do odbiorców.

Sieci elektroenergetyczne rozdzielcze. Celem jest rozdział energii pomiędzy odbiorców i dzielą się na: miejskie sieci elektroenergetyczne MSE do których zaliczamy linie nn., SN i 110kV

Rejonowe sieci elektroenergetyczne, które zasilają małe miasta, wsie, w strukturze sieci występują nn., SN, i 110kV

Przemysłowe sieci elektroenergetyczne. Sieci zainstalowane w zakładach przemysłowych, wysokość napięcia zależy od zapotrzebowania energii, występują sieci nn., SN i 110kV.

17 Konfiguracja i struktura sieci. Konfiguracja jest to określony układ sieci wraz z parametrami poszczególnych urządzeń tak połączonych a żeby zapewnić odbiorcom energię elektryczną określonej jakości. Konfiguracja jest to określony układ danej struktury otrzymany przez przyłączenie jego elementów. Struktura jest to co zostało zbudowane ale nie załączone do obwodu.

Podstawowe układy sieci to:

1. Otwarte rozróżnia się następujące typy:

• Promieniowe i magistralne

-układ promieniowy

Jest to najprostszy układ promieniowy z linią pojedynczą

-układ dwupromieniowy

Układ promieniowy typu drzewo: gałęzie nie mogą być ze sobą powiązane.

-układy magistralne są budowane jako rezerwowe lub jako nierezerwowane

2. Sieci zamknięte. Zasadniczą cechą układu zamkniętego jest możliwość zasilania każdego z odbiorców conajmniej z dwóch niezależnych źródeł zasilania. Sieci zamknięte są to sieci odcinkowe zaopatrzone w wyłączniki na obu końcach z możliwością wyłączenia odcinka uszkodzonego. Sieci tego typu stosuje się w sieciach miejskich nn i SN, w sieciach przemysłowych i WN.

1. układ dwustronnie zasilany

Jest możliwość zasilania ciągłego z wyjątkiem krótkiej przerwy związanej z wyłączeniem uszkodzonej linii. Źródło zasilania musi być przygotowane na działanie w pracy normalnej i awaryjnej.

2. układ pętlowy

Istnieje możliwość zasilania odbiornika z jednej i drugiej strony. W sieciach niskich napięć układy pętlowe nie są chętnie stosowane.

3. układy pętlowe dwuliniowe

Każdy z odbiorców jest zasilany z dwóch niezależnych źródeł. Układy zezwalają na dużą elastyczność zasilania odbiorców. Przy czym występują 4 źródła zasilania które mogą być w dowolnej kombinacji załączane. Cechą tych układów jest duża niezawodność zasilania i możliwość utrzymania pracy systemu w stanach awaryjnych.

d)sieci wielokrotnie zamknięte - stosowane są w zakładach przemysłowych jako sieci niskiego napięcia.

5. sieci kratowe - są to wielokrotnie powiązane ze sobą węzły i rozpływ energii zależy od aktualnego stanu obciążeń sieciowych. Sieci kratowe to typowy przykład sieci miejskich nn. Jeżeli nastąpi zwarcie należy wyciąć odpowiedni odcinek sieci.

18 Charakterystyka lini ee Linie te budowane są jako linie napowietrzne lub kablowe tworzące połączenia sieci pomiędzy źródłami energii a odbiorcami. Punktami węzłowymi lub rozgałęźnymi są stacje ee. Wybór rodzaju lini zależy od:

• wysokości napięcia znamionowego

• odległości

• warunków terenowych

• środowiska

• względów ekonomicznych /kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych/

19 Linie napowietrzne są budowane na wszystkie rodzaje napięć stosownych w sieciach 0,4- 750 kV. Stanowią ok. 84% wszystkich rodzajów lini ich łącznej długości i dominują na terenach otwartych. Izolacją między przewodami oraz doziemną jest powietrze i odstępy są dobierane ze względu na wytrzymałość dielektryczną powietrza.

20 Elementy sieci : przewody fazowe , konstrukcje wsporcze/ słupy/, izolatory, osprzęt sieciowy, przewody odgromowe / od napięcia 110kV/.W liniach nn. podstawowym przewodem jest goła linka aluminiowa o przekrojach znamionowych s=16,25,35,50,70 mm kw .W ostatnich latach wprowadzono przewody izolowane nn. / w systemie 4-przewodowym w celu uproszczenia budowy i zmniejszenia awaryjności/. W liniach powyżej 1 kV są stosowane linki stalowo-aluminiowe AFL w których rdzeń stalowy przenosi obciążeni mechaniczne natomiast zewnętrzna warstwa przewodu to drut Al, których zadaniem jest zapewnienie niskiej rezystywności lini. Stosunek przewodów aluminiowych do stalowych jest jak 1:6 lub 1:8. Zalecanymi przekrojami linek AFL są : dla AFL-6 / 35,70,120,240 mm kw/ dla AFL 8 / 350,525 mm kw/.Dla lini najwyższych napięć powyżej 400 kV stosowane są przewody wiązkowe. Przewody robocze zawieszane są na konstrukcjach wsporczych przy pomocy izolatorów. Izolatory liniowe wykonuje się jako : -stojące, -wiszące- produkowane w wersjach jako kołpakowe w wielu odmianach, są budowane też jako pniowe. 21Konstrukcja elementów nośnych- jako konstrukcje wsporcze stosowane są słupy : - w liniach nn strunowo- betonowe lub żelbetonowe w postaci żerdzi pojedynczych lub układów 2 lub więcej żerdzi - w sieciach WN stosowane są słupy stalowe wykonane jako konstrukcje kratowe lub jako słupy rurowe .

22 Linie kablowe- wykonuje się kablami wielożyłowymi lub wiązką kabli jednożyłowych, w układach 3-fazowych względnie kilkoma kablami równoległymi ułożonymi na wspólnej trasie. Linie kablowe stanowią 14% lini ee i są to głównie linie nn i SN przy niewielkim udziale lini 110 kV. Kable umożliwiają prowadzenie lini w ziemi , w kanałach kablowych , w tunelach. Podstawowa zaletą lini kablowych jest brak narażeń na wyładowania atmosferyczne, wpływ warunków atmosferycznych zewnętrznych na prace kabli. Kabel składa się :

-żyły przewodzące robocze wykonywane ze skręconych drutów Al lub Cu, o przekrojach żył do 630 mm kw

• izolacja żyły - wykonywana jest w postaci papieru nasyconego olejem , z polietylenu i polwinitu. Kable papierowo olejowe konstruowane są jako 1i wielożyłowe. Kable nn budowane są jako 4-żyłowe i izolowane polwinitem

• ekrany mają wyrównywać potencjały i sterować rozkładem pola elektrycznego

• powłoki i ochrony osłony- zadaniem powłoki jest ochrona kabla przed wnikaniem wilgoci i uszczelnienie kabla w celu zachowania właściwości dielektrycznych, osłony zewnętrzne chronią kabel przed uszkodzeniami mechanicznymi

23 Stacje ee są elementami systemu ee w których odbywa się rozdział i transformacja energii elektrycznej. Jeżeli w stacji odbywa się rozdział energii elektrycznej z obwodów zasilających do obwodów odbiorczych przy tym samym napięciu znamionowym to nosi nazwę stacji rozdzielczej lub rozdzielnicy.

Jeżeli następuje rozdział energii przy innych napięciach znamionowych niż napięcia zasilające to taki układ nz. Stacją transformatorowo-rozdzielczą. Centralnym elementem stacji są szyny zbiorcze.

Rozdzielnicą nz. Zespół urządzeń złożonych z aparatów łączeniowych , szyn zbiorczych, urządzeń zabezpieczających, ochrony przeciwprzepięciowej oraz urządzeń pomiarowych sterowniczych i sygnalizacyjnych. W rozdzielnicy wyróżniamy : -obwody główne/ pierwotne w których odbywa się przetwarzanie i rozdział energii/

• obwody pomocnicze wtórne- zapewniają prawidłową prace układu pierwotnego i służą do zabezpieczania sterowania i sygnalizacji .

24 Rozdzielnia - zespół urządzeń podstawowych rozdzielnicy lub zespołu rozdzielnic oraz urządzeń pomocniczych np. prostowniczych układu sprężonego powietrza , zainstalowane w jednym budynku lub zlokalizowane na jednym wyodrębnionym obszarze. Jeśli w stacji odbywa się przetwarzanie energii np. z prądu przemiennego na stały to nosi nazwę stacji prostownikowej.

Jeżeli następuje przetwarzanie energii z prądu stałego na przemienny, to mówimy o stacji przekształtnikowej.

Rozdzielnica składa się z pól rozdzielczych których liczba określona jest schematem głównym stacji.Ze względu na spełnianą funkcję w przesyle i rozdziale energii pola rozdzielcze dzielimy na :

-pola zasilające w których następuje doprowadzenie energii do pola głównego

-pola odbiorcze- /pola odpływowe /

-pola sprzęgłowe / sprzęgające fragmęty obwodu głównego szyn zbiorczych ze sobą /

25 Stacje ee są klasyfikowane ze względu na :

-napięcie znamionowe :niskich , średnich, wysokich , najwyższych napięć

-rodzaju wykonania: napowietrzne i wnętrzowe

-sposób izolowania: z izolacją powietrzną , gazową SF6,N2 , ciśnieniową, stałą

-sposób powiązania z systemem ee i zasilania : przelotowe, końcowe, odczepowe itp.

• podstawową funkcje i umiejscowienie w SEE:

• elekrowniane, sieciowe , przemysłowe , miejskie, i wiejskie

Ze względu na transport energii i jej rozpływ w SEE od źródeł wytwarzania do odbiorców przyjmuje się następującą klasyfikację :

1. stacje elekrowniane SE lub elektrociepłowniane EC

W stacjach tych energia jest wytwarzana przy napięciu generatorowym lub transformowana na napięcie przesyłowe 110,220,400,750 kV

U_ng-=6,6-25 kV-nap. znamion. generatora

2. stacje sieciowe- stanowią węzły sieci przesyłowej przy napięciu przesyłowym oraz stacje będące głównym punktem zasilania sieci

3. główne punkty zasilające GPZ- są to duże stacje transfor. Zasilane z sieci 110 kV , które poprzez punkty transformacji transformują napięcie na napięcie średnie

4. rozdzielnie sieciowe miejskie- są to stacje zasilane z sieci miejskiej SN w której następuje transformacja do sieci odbiorczej nn

5. odbiorcze stacje transformatorowe są to punkty zasilające miejską sieć rozdzielcza niskiego napięcia .

26 EE stacje przesyłowe dzielą się na :

a)główne stacje zasilające GSZ łączące sieć 110 kV energetyki zawodowej z GPZ lub stacje SE z odbiorczą siecią przemysłową SN lub nn. Rodzaj stacji GSZ i jej konfiguracja układów szyn zbiorczych zależy od mocy zapotrzebowanej , wymagań dotyczących pewności zasilania, sposobu powiązań i technicznych możliwości realizacji stacji

b)stacje pośrednie SP - stosowane są w dużych zakładach przemysłowych i przeznaczone do zasilania odbiorników SN

c)stacje oddziałowe SO - są zasilane z głównych stacji GSZ lub stacji pośrednich na napięciu średnim w którym następuje transformacja na napięcie niskie

4. rozdzielnice odbiorcze RO- służą do rozdziału energii przy nn.

Ze względu na sposób wykonania wartość napięcia znamionowego i miejsca zainstalowania rozróżnia się; - stacje wnętrzowe- instalowane w budynkach, budowane zazwyczaj na napięcia średnie i niskie. Obecnie jako stacje wnętrzowe budowane są również stacje na wysokie napięcia ale izolowane sprężonym gazem, wyjątek stanowią stacje jednotransformatorowe prefabrykowane miejskie lub przewoźne spełniające określone wymagania ochrony, które mogą być instalowane jako stacje napowietrzne. -stacje napowietrzne w których elementy rozdzielni i transformatory są zainstalowane na powietrzu na terenie specjalnie do tego wyznaczonym i chronionym przed możliwością porażenia elektrycznego.

Podstawowym układem każdego układu rozdzielczego są szyny zbiorcze, które zależnie od konfiguracji układu, przeznaczenia, liczby transformatorów i lini zasilających, rodzaju i kategorii użytkowania przyjmują różne formy wykonań, pod tym względem wyróżniamy: - rozdzielnice szynowe budowane są z pojedynczym, podwójnym lub wielokrotnym układem szyn zbiorczych. O wyborze rozwiązania decyduje moc zapotrzebowana liczba odpływów, pewność zasilania

• rozdzielnice bezszynowe - stosowane są przy napięciu wysokim i najwyższym tam gdzie liczba lini zasilających i odpływowych jest mała(łączna ilość pól nie przekracza 4 lub 6)

27 Obliczanie stanów pracy sieci:

W układach ee przeprowadza się obliczenia dla 2 stanów pracy:

-Stan pracy ustalonej - jest to normalny stan pracy obwodu elektrycznego przewidziany w planie pracy systemu , którego celem jest wybranie dogodnej struktury konfiguracji sieci takiej aby wartości napięć w węzłach prądów , mocy czynnych i biernych oraz częstotliwości były zawarte w granicach dopuszczalnych, a ekonomiczna praca systemu była optymalna.

• Stan pracy nieustalony - jest to stan wywołany czynnikami zewnętrznymi lub wewnętrznymi. Przy zaburzeniach zewnętrznych bada się odpowiedź systemu na to zaburzenie (przepięcia atmosferyczne) Przy zaburzeniach wewnętrznych bada się odpowiedź źródła mocy lub działania wymuszające odbiorców na zaburzenia.

Odwzorowanie elementów sieci w schemacie zastępczym. Elementami sieci ee najczęściej uwzględnianymi w schematach są: linie ee, transformatory, dławiki i kondensatory. Odwzorowanie tych elementów przeprowadza się w odniesieniu do jednej fazy /jeśli układ jest symetryczny/ i tylko dla składowej symetrycznej zgodnej.

28 Linie ee - w ogólnym przypadku reprezentuje się czwórnikiem typu ∏

Admitancja wewnętrzna wynika z pojemności doziemnej oraz strat mocy czynnej związanych z ulotem. Wielkościami charakterystycznymi impedancji wzdłużnej Z_l są jednostkowe rezystancje lini oraz reaktancje zapisywane odpowiednio Rj[Ω/km], Xj[Ω/km]. Zatem Rl=Rj*l, Xl=Xj*l

l= długość linii Xl i Rl-reaktancja i rezystancja wzdłużna lini przypadająca na jedną fazę

jeżeli straty poprzeczne ograniczyć tylko do pojemności doziemnych to susceptancja lini BL=Bj*l

Rj=ς*1m/s ς=ς0(1+α*υ) ς0=reztstywność przewodu w temp. 0

α- temperaturowy współczynnik rezystancji s-przekrój przewodu

Rj=1m/γ*s γ=1/ς

Reaktancję jednostkową wyznacza się z zależności Xj=ω*L0 ω=2πf

Xj=0,37-0,42[Ω/km] - linie napowietrzne

Xj=0,1[Ω/km] - linie kablowe

Susceptancja pojemnościowa Bl Bl=ω*c0*l

C0-popojemność doziemna lini

C0=C0'+3*C₁₂

Dla lini napowietrznych jako wartości C0 można przyjąć:

C0=(8-10)[nano F/km] linie napowietrzne

C0=200-800[n F/km] linie kablowe

W niektórych obliczeniach np. obliczenia zwarć trójfazowych i w zależności od wysokości napięcia schematy zastępcze lini można sprowadzić do dwójników Rl, Xl i tak:

a)W liniach niskiego napięcia

linie pierwszego rodzaju

b)Linie średniego napięcia

Zl=Rl+jXl linie drugiego rodzaju

c) linie wysokiego napięcia (powyżej 30kV) lecz krótsze od 400km

linie trzeciego rodzaju

29 Transformator dwuuzwojeniowy odwzorowuje się w schemacie jako czwórnik typu T lub jako Γ-gama

Impedancja Z1- uzwojeń strony pierwotnej

Z”2-uzwojeń strony wtórnej przemnożony przez kwadrat przekładni znamionowej na stronę pierwotną. Z”2=Z2*υ² υ=U1/U2

Rμ- reprezentuje straty mocy czynnej w żelazie trans.

Xμ-reaktancja związana z obwodem magnesowania

Rt=R1+R”2 Xt=X1+X”2 typ Γ Gt=1/Rμ Bt=1/Xμ

Gt-konduktancja poprzeczna trans. Bt-susceptancja indukcyjna trans.

Schematy tego typu stosowane są w trans. WN i NN oraz dużych mocy.

Rt=ΔPcu%/100*(U² n/Sn) Rt-rezys. wzdłużna trans.

ΔPcu%=ΔPcu*100/Sn Rt=ΔPcu*(U²n/S²n)

Reaktancja transformatora Xt=ΔUx%*U²n/Sn*100 ............................

ΔUx%=√ΔU²t%-ΔU²_R% ΔU_R%=ΔPcu% ΔUx%=√ΔU²z%-ΔP²cu%

Napięcie zwarcia na kondensatorze

Uz=√3*In*Zt ΔUz%=ΔUz*100/Un ΔUz=Uz

ΔUz%=√3In*Zt*100/Um Zt=ΔUz%*Um/Im*100*√3

Zt=ΔUzt%*U²n/Sn*100

Dla dużych trans. Możemy przyjąć w przybliżeniu, że wartość ΔUz%=ΔUx%

Kondunktancje trans. Gt wyznacza się z zależności

Gt=. Pfe.*Sn/Kn²100 Gt=. Pfe/U² u

.Pfe%=.Pfe100/Sn Bt=Iμ%*Sn/U²n

Jeżeli Iμ~Iμx to w przybliżeniu prąd biegu jałowego Io~Iμ Iμr=1.5%Io

Transformator 3- uzowjeniowy

Z12=.Uz12%/100=U²u/Sn=. U12%*U²u/Sn100

Z23=. U23%*U²n/Sn100

Z31=. U31%*U²n/Sn100

Jeśli trans. 3- uzowjeniowy zasilany jest z dwóch uzwojeń wtedy równania Δ impedancji zastąpimy równoważną impedancją gwiazdową

Z1=0.5( Z12+Z13-Z23)

Z2=0.5(Z12-Z13+Z23)

Z3=0.5(Z13+Z23-Z12)

Transf. 3- uzwojeniowe z zasady są badane w postaci jednostek o dużej mocy znamionowej i z tego powodu straty mocy czynnej na rezystancjach podłużnych schematu są możliwe do pominięcia Zt=Xt

Zt~Xt=Δuz%*U²n/Sn100

Jeżeli transf. jest w postaci gwiazdy to Yt=Gt-jBt

Obliczanie odbywa się podobnie jak do transf. 2 -uzwojeniowego

30 Dławiki zwarciowe przedstawione są w postaci dwójników

Xdł=ΔUz%*Un/√3*In100

Un- nap. znamionowe izolacji dławika In- prąd znamionowy ciągły dławika

Dławiki nie posiadają rdzenia magnetycznego. Produkowane są na napięcie znamionowe Un= 6 - 104 V napięcia znamionowego sieci.Zadaniem dławika jest ograniczenie prądów zwarciowych.Rezystancie dławika są możliwe do pominięcia

31 Obliczanie strat i spadków napięcia w sieci

Wynikają jako skutek przepływu prądu w sieci danej gałęzi lub w systemie wybranych punktów sieciowych.

Strata napięcia- w gałęzi sieci jest to różnica geometryczna napięć w 2 punktach sieci np na początku i końcu lini.

Jeżeli prąd płynący w lini będzie = I to straty napięcia ΔU=√3IZc

I=Iczynne +j I bierne np dla obwodów indukcyjnych I= Iczynne - j I bierne np dla pojemnościowych I= Icz+ Ib

√3 - określa stratę napięcia odniesioną do napięcia międzyprzewodowego w układzie 3 -fazowym symetrycznym

ΔU=√3[( Icz + jIb)( Rl + jXl)]

ΔU=√3[( Icz*Rl - Ib* Xl)+j( Icz*Xl+ Ib* Rl)]

Jest to ogólna forma straty napięcia między 2 punktami lini

I=S/√3*U ΔU=√3(S/!√3*U)*Zl= S*Zl/U

S=P+jQ ΔU=( P+jQ)*(R+jX)/U

ΔU=(P*R- Q*X)+j( P*X+Q*R)/U

ΔU=P*R-Q*X/U + j(P*X+Q*R)/U -Wyrażenie określające straty napięcia w odniesieniu wartości mocy transportowanej w układzie.

Spadek napięcia na odcinku lini jest to różnica algebraiczna napięć w węzłach sieci na początku i na końcu lini.W obliczeniach przyjmuje się że spadek napięcia jest równy podłużnej straty napięcia ΔU'

ΔU'=√3(Icz*R-Ib*X) - definicja spadku napięcia

ΔU'=(P*R-Q*X)/U - zapis ogólny

W obwodach 1 fazowych oblicza się straty i spadki napięcia uwzględniając gałęzie powrotne.

ΔU=Z[(P*R-Q*X)/U+ j(P*X + Q*R)/U]

Wartość spadku napięcia często określa się jako wartość względną odnosząc spadek napięci do napięcia znamionowego sieci

ΔU'%= ΔU'*100/Un Un- napięcie na początku lini

W sieciach rozdzielczych oblicza się najczęściej tylko spadki napięcia.

32 Układy jednostronnie zasilane

W sieciach rozdzielczych gdy linie zastępujemy schematem w postaci dwójnika straty lub spadki napięcia oblicza się przyjmując napięcie sieci w punkcie odbioru

Zasady obliczeń są zgodne ze wzorami z punktu 31

Stratę napięcia jako sumę geometryczną strat ΔU_R i ΔUx zapisując w postaci modułu ΔU=√ΔU_R² +ΔUx²

Spadek napięcia jako różnica algebraiczna między napięciem U1 i napięciem Uo ΔU'=U1-Uo

W sieciach wysokiego napięcia reprezentowanych schematem zastępczym typu II uwzględnia się gałęzie poprzeczne (prądy pojemnościowe doziemne i prądy upłynnościowe - uloty). Najczęściej jednak prądy ulotu mogą być pominięte z uwagi na ich małą wartość w stosunku do składowej pojemnościowej.

Wartość zespolona napięcia U1 określa się dodając do napięcia U2 całkowitą stratę napięcia między punktami 1, 2 gdzie ΔU=ΔU12

U1=U2+(ΔU12'+jΔu12')

U1=U1*e^jβ

33 Praca linii wielokrotnie obciążonej

Rozpatrywana jest linia n.n. z wieloma odbiorami zasilane w punkcie 0

Prąd w dowolnym odcinku linii jednostronnie zasilanej jest sumą prądów odbiorów zasilanych przez odcinek (tzw. prąd odcinkowy)

I_(h-1)h=Σ_h=1^h=mIi

Z obliczeń spadku napięcia wyznacza się spadki napięć stosując metodę:

1. odcinkowa, b- metodę momentów

Metoda odcinkowa - polega na sumowaniu spadków napięć występujących w poszczególnych odcinkach wywołanych prądem odcinkowym na impedancji odcinka. Z zależności na spadek napięcia przy obciążeniu indukcyjnym.

ΔU'=√3(Icz*R+Ib*X)

Spadek napięcia w punkcie ΔU_(h-1)h=√3(I_cz(h-1)h*R_(k-1)k+I_b(k-1)k*X_(k-1)k.

Spadek napięcia na danym odcinku

Maksymalny spadek napięcia

ΔUmax=√3Σ^k=n_k=1(I_k(k-1)k*R_k(k-1)+I_b(k-1)k*X_(k-1)k)

Spadek napięcia metodą odcinkową .

W metodzie tej odbywa się algebraiczne dodawanie podłużnych strat napięcia dla poszczególnych odcinków.

34 Metoda momentów - względem punktu zasilania polega na sumowaniu spadków napięcia pochodzących od poszczególnych prądów odpływowych płynących na drodze od danego punktu do punktu 0.

Sumujemy wartość drogi przez którą prąd przepływa

ΔU_on=√3Σ_k=1ⁿ(I_ozk*R_on+I_bn*X_on)

Np:

ΔU_oz=√3(I_oz2*R_o2+I_b2*R_o2+I_oz1*R_o1+I_b1*x_o1)

W praktyce wygodne jest często posługiwanie się wartościami mocy pobieranych przez poszczególnych odbiorców

S=P+jQ - indukcyjne

S=P-jQ - pojemnościowe

ΔUon=1/U[Σ_k=1ⁿ(P_(k-1)k*R_(k-1)k+Q_(k-1)k*X_(k-1)k)] - obliczenia dla metody odcinkowej.

ΔUon=1/U[Σ(Pk*Ron+Qk*Xon)] - metoda momentów

W tym przypadku wprowadzamy napięcia międzyprzewodowe znamionowe.

Techniki obliczania spadku w napięciach zaś zasilanych jednostronnie. Linia dwustronnie zasilana

Analizę poprzedzamy na przykładzie lini SN

Linia dwustronnie zasilana i gdy znane są wartości obciążenia w poszczególnych punktach odpływowych.

W metodzie obliczeń muszą być znane wartości prądów odbiorów od I1do Im-1. Wartość napięć w punktach zasilających U0 i Um oraz parametry impedancji odcinka Z₀₁...Z_(m-1)m. W celu wyznaczenia rozpływu prądu należy wyznaczyć prądy w punktach zasilania Io i Im. W tym celu wykorzystujemy metodę spadków napięć które wzgl. punktu m będą następujące

√3[I_oZ_om-(I₁Z_1m+I₂Z_2m+...I_kZ_km+...I_m-1*Z_(m-1)m)I=U_O-U_n

Spadek napięcia na całym odcinku

√3*I_O*Z_Om-√3*Σ_U=1^m-1In*Zum=Uo-Um

Io=(Σ_U=1^m-1Ik*Zum)/Zom+(Uo-Um)/(√3*Zom)

Prąd który jest pobierany przez źródło Io

Im=(Σ_k=m-1¹Ik*Zko)/Zom+(Uo-Um)/(√3*Zom)

Pierwszy człon to człon reprezentujący spadki napięć pochodzące od prądów składowych, które płyną w wyniku prądu odbioru przy założeniu równych napięć zasilających (Uo=Um). Drugi człon stanowi tzw. prąd wyrównawczy powstały w wyniku istnienia różnych napięć w punktach zasilających. Przy wyznaczaniu rozpływów prądów przyjmuje się kierunek prądu odcinkowego zgodny z kierunkiem prądu czynnego. Zamieniając plus lub minus charakter prądu biernego (indukcyjny lub pojemnościowy). Punkt do którego prąd dopływa z dwóch stron nazywa się punktem spływu prądów czynnych. Do tego punktu następuje max wartość spadku napięcia. W niektórych przypadkach (linie WN) o obciążeniach indukcyjnych punkt spływu prądów czynnych nie zawsze pokrywa się z punktem spływu prądów biernych i wtedy max spadek napięcia najczęściej występuje w punkcie spływu prądów biernych. W sieciach wielokrotnie zamkniętych (np. sieci kratowe) układa są symetrycznie obciążenia węzłów, wyznacza się napięcie węzłowe, a prądy gałęziowe wyznacza się z różnic napięcia na początku i na końcu linii.

35 Obliczanie strat mocy i energii.

W wyniku strat musi być wyprodukowana dodatkowa ilość energii w elektrowniach, straty powodują dodatkowe obciążenie urządzeń (linii, transformatorów). W obliczaniu najczęściej wyznacza się max straty mocy czynnej i biernej odpowiadające szczytowemu obciążeniu sieci oraz roczne straty energii czynnej. W bilansach mocy czynnych straty mocy stanowią kilkanaście % przy czym duży udział w stratach mają sieci rozdzielcze. W bilansie mocy biernych straty sięgają prawie połowę wartości. Stąd uzasadnione jest działanie ograniczające ich występowanie. Straty dzielimy na:

• straty obciążeniowe zależne są od obciążenia i występują na impedancjach podłużnych

• straty jałowe praktycznie są niezależne od obciążenia i występują na impedancjach poprzecznych schematu i nazywane są stratami poprzecznymi.

Straty obciążeniowe zależne są od kwadratu prądu, straty jałowe od kwadratu napięcia w miejscu ich powstawania.

Straty mocy czynnej obciążeniowe (podłużne) straty mocy czynnej występują na rezystancji podłużnej i wyznacza się z prawa Joula

ΔPo=3*I²R

ΔPo=3(S/(√3U))²R=S²/U²R=(P²+Q²)/U²*R

Ogólna postać strat występujących w wyniku strat mocy czynnej i biernej pobieranej przez odbiornik

1. wartość skuteczna prądu

U- napięcie międzyprzewodowe

18. rezystancja podłużna elementu

Sp funkcji obciążenia , zatem mając wartość zmienną w czasie należy uwzględniać w liniach napowietrznych kablowych i transformatorach. Jałowe ( poprzeczne) straty mocy czynnej dla i-tej gałęzi są równe

ΔPj=U²i*Gi

Wartość strat przy ΔPi przy niewielkich zmianach napięcia sieci zmienia się nieznacznie i w obliczeniach uwzględnia się tylko wtedy gdy w schematach zastępczych występuje konduktancja. W liniach napowietrznych związane są z ulotem, w liniach kablowych z upływnością izolacji, w transf. są stratami w żelazie ΔPfe

Straty mocy jałowe ΔPj w liniach są na ogół pomijalne , natomiast w transf. odgrywają równorzędną role w porównaniu ze stratami obciążeniowymi. Dla transf. straty mocy czynnej wyznacza się bezpośrednio z danych znamionowych korzystając ze wzoru na całkowite straty

ΔPt=ΔPfe+ k²*ΔPcu k=Sobc/Sn ΔPfe%=ΔPfe/Sn*100

ΔPcu%=ΔPcu/Sn*100 ΔPfe=ΔPfe%*Sn/100

ΔPcu=ΔPcu%*Sn/100 ΔPt=Sn/100*( ΔPfe%+ k²*ΔPcu%)

36 Straty mocy biernej Obciążeniowe podłużne straty mocy biernej występują na reaktancji gałęzi podłużnej i mają być zapisane jako ΔQ

ΔQo=3*I²*X=3 ( S/√3*U )²*X

ΔQo=S²/U²*X=( P² + Q²)/U²*X

Wartość strat jest również zmienna w czasie ponieważ przy stałej wartości X są funkcją obciążenia. Dla transf. lini i dławików mają charakter indukcyjny. Straty jałowe /poprzeczne/ mocy biernej ΔQj dla i-tej gałęzi ΔQji=U²i*B²i

Dla transf. mają charakter indukcyjny / magnesowanie rdzenia/ natomiast dla linii mają charakter pojemnościowy, gdzie Rμ - rezystancja

ulotu C- pojemność doziemna lub między poszczególnymi przewodami

W liniach mają charakter pojemnościowy a dla kondensatorów równoległych przyjmuje się poprzeczne straty mocy biernej poiemnośćowej równe mocy znamionowej kondensatorów.

Dla kondensatorów całkowite straty mocy biernej oblicza się z danych znamionowych i mają postać: ΔQt=(ΔUx%*S²)/(100*S²n)+(Iμ%*Sn)/100

Pierwszy człon reprezętuje straty mocy biernej w gałęzi podłużnej

Iμ- prąd magnesujący transf w gałęzi poprzecznej

ΔQt=(ΔUz%*S²)/(100*S²n)+(Io%*Sn)/100

Dla dławików szeregowych wyznacza się wyłącznie podłużne straty mocy biernej ΔQo=ΔUz%/100*(S/Sn)²

37 Straty energii: wyznacza się poprzez całkowanie strat mocy w rozpatrywanym elemencie lub systemie w rozpatrywanym przedziale czasowym ΔA=ΔP*t

Na podstawie wykresów dobowych konstruuje się uporządkowany roczny wykres obciążeń począwszy od największej mocy występującej w czasie roku tzn mocy szczytowej do mocy najmniejszej.

Wykres możemy skonstruować i zastąpić równoważnym prostokątem zbudowanym dla wartości mocy szczytowej w określonym czasie.

Czas zastępczy użytkowania mocy szczytowej w ciągu roku Tsz=Ar/Psz (czas Tsz ma duże znaczenie praktyczne ponieważ określa stopień wykorzystania urządzeń sieciowych). Przy zmieniającej się mocy systemu powstają zmienne w czasie straty mocy i podobnie jak dla wykresu uporządkowanego tworzy się uporządkowany wykres strat mocy.

Całkowite straty roczne ΔAr=ΔPmax*τ τ =2/3*Tsz ΔA=ΔPr+ΔQj

38 Zwarcie jest to nieprawidłowe w warunkach eksploatacji połączenie bezpośrednie lub przez małą rezystancje dwóch punktów obwodu o różnych potencjałach jednego lub więcej przewodów z ziemią.

Przyczyny zwarć:- elektryczne,- nieelektryczne;

Do przyczyn elektrycznych zaliczamy:- przepięcia atmosferyczne(bezpośrednie lub pośrednie), - przepięcia łączeniowe,- długotrwałe przeciążenia torów prądowych,

Przyczynami nieelektrycznymi są:- utrata własności izolacyjnych izolatorów (zanieczyszczenia, zawilgocenie, wyładowania niezupełne)

• uszkodzenia mechaniczne izolacji lub urządzeń,- zerwanie linii,- zwierzęta,- błędy łączeniowe,- błędy obsługi,

Skutkami zwarć przy dużych prądach zwarciowych są siły elektrodynamiczne oraz znaczne efekty cieplne powodujące przekroczenie temperatury dopuszczalnej. Ze względu na liczbę faz rozróżnia się : a) zwarcia trójfazowe z ziemią

b) zwarcia dwufazowe lub dwufazowe z ziemią

c)zwarcia jednofazowe

Zwarcia jedno i dwufazowe są zwarciami niesymetrycznymi. Ze względu na chwilę występowania rozróżnia się :a) zwarcia jednoczesne, b)zwarcia niejednoczesne. Ze względu na liczbę i położenie miejsca zwarcia: a) zwarcia jednomiejscowe - występuje w jednym miejscu , b) zwarcia wielomiejscowe, c)zwarcia wewnętrzne - występują w uzwojeniach maszyn i transformatorów, d) zewnętrzne - występują w kablach ,sieciach ,liniach napowietrznych

Ze względu na zjawiska występujące w łącznikach przy wył. prądu zwarciowego wyróżniamy: a) zwarcia na zaciskach łącznika- bezp. , b)pobliskie, c)zwarcia rozwijające się, W celu opisania przebiegu prądu zwarciowego według danych statystycznych częstość występowania zwarć jest następujące a) 1-fazowe śr.65% (∞ do 0,7%) b)2-fazowe z ziemią śr.20% (0 do 45%) c) dwufazowe śr.10% (0 do 55%) d) trójfazowe śr.5% (0 do 35%)

Największe prądy zwarciowe występują w zwarciach trójfazowych.

39 Do obliczeń prądów zwarciowych przy zwarciach symetrycznych można przyjąć schemat jednej fazy wliczając w to rezystancje i reaktancje generatora oraz parametry linii, parametry wzdłużne R_L i X_L i założymy że w chwili t=0 zastaje zamknięty wyłącznik trójbiegunowy tworzący zwarcie trójfazowe tzn. zwarta będzie impedancja odbiornika.

R_x = R_g + R_l , X = X_g + X_l

Ψ- kąt przesunięcia fazowego SEM generatora w chwili t=0

e(t)= E_msin(ωt + Ψ) ; e(t)= i(t)*R+L di\dt ; L*R+L di\dt-E_msin(ωt+Ψ)=0; - ogólne równanie różniczkowe obwodu zwarciowego.

Rozwiązaniem tego równania jest ogólna postać:

i(t) = I_m*sin(ωt+Ψ-Φ)+i_o-I_msin(Ψ-Φ)e^-R\L*t , I_m- amplituda prądu zwarciowego składowej symetrycznej.

I_m = E_m\√R²+X² = E_m\√R²+(ωl)² ; Φ = arctg L\R

I_okresowe=I_msin(ωt+Ψ-Φ) ; I_nieokresowe=I_msin(Ψ-Φ)e^-R\L*t

Przebieg prądu zwarciowego będzie zależał od kąta Φ i Ψ ogólnie można przyjąć dwa przypadki: a) Ψ₁=Π\2 , Ψ₂=0; b) Φ =Π\2 , ωl>>R

Obliczanie prądu zwarciowego: Przypadek 1; Ψ₁=Π\2 , Φ=Π\2

e(t) = e(0)=E_msin(ω₀+Π\2)=E_m , i(t)=I_msin(ωt+Π\2-Π\2)-I_msin(Π\2- Π\2)e^-R\L*t , i(t)= I_msinωt

Przypadek 2: Ψ₂=0 , Φ=Π\2

e(t)=e(0)=E_msin(ω₀+0)=0 , i(t)=I_msin(ωt+0-Π\2)-I_msin(0-Π\2)e^-R\L*t

i(t)=-I_mcosωt+I_me^-R\L*t

Ogólna postać prądu zwarciowego gdy Ψ=0 i mamy obciążenie indukcyjne.

Okres jest określony przebiegiem składowej zmiennej.

40 Metoda obliczania prądów zwarciowych według Polskiej Normy

PN- \5002.1 urządzenia elektroenergetyczne W.N (Dobór aparatów i urządzeń w zależności od rodzaju zwarć. obliczanie prądów zwarciowych w sieciach trójfazowych prądu przemiennego). Będąca tłumaczeniem międzynarodowej normy IEC-909 dotyczy obliczania prądów zwarciowych: - w sieciach trójfazowych prądu przemiennego N.N , - w sieciach trójfazowych prądu przemiennego W.N do 230kV

Norma ta przewiduje obliczanie prądów zwarciowych dla 2 przypadków w których wyznacza się : 1) prąd zwarciowy max. - określający wymagane parametry urządzeń elektrycznych. 2) prąd zwarciowy minimalny - stanowiący podstawę doboru bezpieczników, sprawdzanie warunków rozruchu silników.

Sposób obliczania prądów opiera się na metodzie składowych symetrycznych co umożliwia obliczanie zwarć sym. i niesym.

Obliczania parametrów zwarciowych dokonuje się zakładając najgorsze warunki zwarciowe tj. należy przyjąć taką konfiguracje syst. która prowadzi do największych prądów zwarciowych.Za źródła prądu zwarciowego należy przyjąć:- generatory, kompensatory, silniki synchroniczne i asynchroniczne.

Wybór rodzaju zwarcia uzależniony jest od charakteru oddziaływania prądu zwarciowego na dobierane urządzenie oraz od wartości współczynnika zwarcia doziemnego w sieci w której urządzenie jest zainstalowane. Przy zwarciach 1-fazowych w sieciach S.N istotny wpływ ma sposób połączenia punktu zerowego z ziemią. W obliczeniach wyróżnia się 3 rodzaje sieci.

a)sieci z izolowanym punktem zerowym

b)sieci skompensowane.(prądy pojemnościowe kompensujemy pr- ądem indukcyjnym)

c)z uziemionym punktem zerowym

Sieci z uziemionym punktem zerowym umożliwiają selektywne działanie zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Takie sieci noszą nazwę sieci ze skutecznie uziemionym punktem zerowym gdy spełnione są warunki : X₀<3X₁ , R₀<X₁

X₀- reaktancja dla składowej symetrycznej zerowej

X₁- reaktancja dla składowej symetrycznej zgodnej

41 Schemat zastępczy obwodu zwarciowego

Na podstawie schematu ideowego sporządza się schemat zastępczy w którym wyróżnia się:

a)źródło napięciowe zastępcze e_z(t) jako jedyne źródło aktywne

e_z(t)= C*U_N\√3 , U_N- napięcie znamionowe układu sieciowego

C- współczynnik napięciowy

b)odwzorowanie wszystkich elementów sieci ich impedancjami wew.(zastępczymi) wzdłużnymi. Pomija się wszystkie pojemności linii i admitancje włączone równolegle do obciążenia niewirójącego z wyjątkiem pojemności i admitancji w układzie zerowym. Należy sporządzać tylko te schematy systemu które są konieczne do wyznaczenia składowych symetrycznych prądu zwarciowego. a) schematy zastępcze dla składowej sym. zgodnej dla wszystkich rodzajów zwarć

b)schemat zastępczy dla składowej symetrycznej przeciwnej przy zwarciach 2- fazowych i 2- fazowych doziemnych.

Z₂≠Z₁- tylko dla elementów wirujących dla wszystkich innych elementów przyjmujemy Z₂=Z₁

c)schematy zastępcze dla składowej symetrycznej zerowej przy zwarciach 2- fazowych doziemnych oraz jednofazowych.

42 Impedancje zwarciowe elementów systemu elektroenergetycznego

a)Sieci zasilające(system elektroenergetyczny) . Jeśli zwarcie jest zasilane z sieci dla której są znane, moc zwarciowa początkowa S_k^” , lub prąd zwarciowy początkowy I_k^” , to można obliczyć zastępczą impedancje zwarciową sieci dla składowej symetrycznej zgodnej Z_s odniesione do napięcia znamionowego w miejscu zwarcia.

Z_s= C*U_N²\S_N² = C*U_N²\√3*I_N²

Jeśli zwarcie zasilane przez transformator to impedancje podaje się uwzględniając przekładnie transformatora

Z_s= C*U_N²\S_N^“*γ_tr² , γ_tr=U₁\U₂

Dla sieci zasilających o napięciach znamionowych wyższych od 35kV

(złożonych z linii napowietrznych) można impedancje zwarciową zastąpić reaktancją zastępczą. Z_s= 0+jX_s

W pozostałych przypadkach jeśli nie jest znana rezystancja R_s sieci zasilającej to można przyjąć że rezystancja R_s= 0,1*X_s

Impedancje zwarciową dla składowej sym. zerowej zwykle pomija się.

b)Transformatory- impedancja transformatorów , Z_t=ΔU_Z%\100*U_N²\S_N

Dla obliczeń zwarciowych pomijamy obliczenia dla gałęzi poprzecznych. Rezystancja dużych transformatorów może być pominięta z wyjątkiem obliczeń prądu udarowego i_p lub składowej nieokresowej i_DC .

c)Linie napowietrzne i kablowe - Impedancja dla składowej symetrycznej zerowej zależy od budowy i rodzaju linii:

- dla linii napowietrznych; R₀= (2 do 4)*R₁ ; 4- dla linii najwyższych napięć ; 2- dla niższych ; X₀= (2,7 do 3,6)*X₁

• dla linii kablowej ; R₀= (1 do 3)*R₁ ; X₀=(3 do 5)*X₁

d) dławiki - w schemacie uwzględnia się wyłącznie reaktancję dławika

które dla składowych symetrycznych są sobie równe ; X_D1=X_D2=XD0

e)generatory - maszyna elektryczna jest odwzorowana w obwodzie zamkniętym przez źródło SEM oraz reaktancję i rezystancję wzdłużną (reaktancje podprzejściową X_D^” , przejściową X_d', oraz synchroniczną X_d)

t=0 ; t - kilkanaście stałych czasowych generatora T_g

W obliczeniach zwarciowych najczęściej uwzględnia się impedancje dla prądów zwarciowych początkowych to znaczy przyjmuje się reaktancję podprzejściową wzdłużną ; X_g= X_d^”*k_g ; k_g= U_N\U_ng*C_max\1+X_d^”*sinΨ_N

C_max - współczynnik korekcyjny , X_d^”=X_dw^”*U_ng²\S_N

X^”_dw - względna wartość reaktancji dla składowej symetrycznej zgodnej

Dla turbogeneratorów; X_dw^”= 0,12 do 0,30 ; X_dw^'=0,15 do 0,35

Reaktancja dla składowej symetrycznej przeciwnej ; reaktancja generatora = reaktancja nadprzejściowa X_Z=X_d^” ; reaktancja dla składowej zerowej X₀= (0,15 do 0,5)X_d^”

Wartość rezystancji generatorów można przyjąć w przybliżeniu; R_g=0,05*X_d^” ; R_g=0,07*X_d^” ; R_g=0,15*X_d^” ;

43 Wyznaczanie wielkości charakterystycznych przebiegu przebiegu prądu zwarciowego

Zgodnie z normą PN/E - 500Z rozróżnia się

a)zwarcia odległe generatorów - są to zwarcia w czasie których nie występuje zmiana napięcia oraz nie występują znaczne zmiany impedancji obwodu . Nie uwzględnia się wpływu silników. Prąd zwarciowy składa się z dwóch składowych : - składowej zmiennej o stałej amplitudzie w czasie trwania zwarcia, - składowej nieokresowej o amplitudzie malejącej do zera .Zwarcie przez jeden transformator może być przyjmowane jako zwarcie odległe.

b)zwarcia w pobliżu generatorów . Prąd zwarciowy może być przyjmowany jako suma dwóch składowych ; - składowej przemiennej o amplitudzie malejącej w czasie zwarcia ; - składowej nieokresowej o amplitudzie A malejącej do 0

Zwarcia trójfazowe

1. prąd zwarciowy początkowy (I_k^”)- wartość skuteczna składowej okresowej prądu zwarciowego obliczanego w chwili powstania zwarcia tj. t=0

I_k^”= AA'\2*√2 - Wartość skuteczna występująca w chwili t=0

I_k^”= C*U_N\√3*√R_k²+X_k² ; R_k i X_k - reaktancja i rezystancja zastępcza obwodu zwarciowego.

X_k= X_d^”+X_t+X_l

X_k- wartość zastępcza obwodu zwarciowego

C*U_N\√3 - napięcie źródła zastępczego o współczynniku napięciowym C

Prąd udarowy - jest to max wartość chwilowa prądu zwarciowego obliczeniowego. I_p= æ*√2*I_k^”

---