SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA [jzgść 2, rozdział 1, podrozdział 1, sir. 1 |

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2 1 Wprowadzenie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I cześć2,stM ~1

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2. Spis treści

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

•i

<

2.1. WPROWADZENIE

2.1.1. POJĘCIA I DEFINICJE

Sieć elektroenergetyczna jest to zespół urządzeń służących do przesyłania, przetwarzania i rozdzie­lania energii elektrycznej wytworzonej w elektrow­niach i zużywanej w odbiornikach u odbiorców komunalnych, bytowych oraz przemysłowych roz­mieszczonych na danym terenie.

W skład sieci elektroenergetycznych wchodzą:

• linie elektroenergetyczne,

• stacje elektroenergetyczne,

• instalacje elektroenergetyczne.

Linia elektroenergetyczna jest to zespół przewo­dów (żył) służących do przesyłania energii elek­trycznej, odpowiednio izolowanych względem siebie i w stosunku do ziemi, należących do tego samego obwodu elektrycznego.

Linie elektroenergetyczne mogą być zrealizowane jako:

• linie napowietrzne (z przewodami gołymi lub
izolowanymi),

kwiecień 2006

2. SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.1. Wprowadzenie

1. Pojęcia i definicje

2. Wymagania i przepisy dotyczące sieci elektroenergetycznych

3. Klasyfikacja sieci

4. Sposoby pracy punktu neutralnego sieci wysokiego napięcia

5. Układy sieci elektroenergetycznych

6. Charakterystyka elektroenergetyki krajowej

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

1. Wprowadzenie

2. Obliczanie elementów schematów zastępczych

3. Obliczanie strat i spadków napięcia oraz dobór przekroju przewodów i kabli

4. Obliczanie strat mocy i energii

5. Obliczenia niezawodności układów sieciowych

1. Pojęcia i definicje

1. Obliczanie współczynnika zawodności układów sieciowych

2.2.6. Obliczenia zwarciowe

1. Rodzaje, przyczyny i skutki zwarć

2. Ogólne wytyczne obliczeń zwarciowych

1. Przebieg prądu zwarciowego i jego wielkości charakterystyczne

2. Obliczanie charakterystycznych wielkości zwarciowych

3. Zasady uwzględniania wpływu silników

kwiecień 2007

Część 2, rozdział 1, podrozdział 1, str. 2

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.1 Wprowadzenie SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

• linie kablowe,

• linie wykonane przewodami szynowymi.

Stacja elektroenergetyczna jest to zespól urzą­dzeń składających się z aparatów łączeniowych, szyn zbiorczych, transformatorów, urządzeń zabez­pieczających, pomiarowych, sterowniczych i sygna­lizacyjnych, których zadaniem jest transformacja ( i/lub rozdział energii elektrycznej.

Instalacją elektroenergetyczną lub elektryczną

nazywamy zespoły współpracujących ze sobą urzą­dzeń i elementów elektrycznych, których zadaniem jest rozprowadzanie energii elektrycznej z sieci roz­dzielczej do odbiorników.

Sieci elektroenergetyczne łącznie z urządzeniami służącymi do wytwarzania energii elektrycznej oraz odbiornikami przetwarzającymi energię elektryczną w użytkowe formy energii tworzą razem układ elek­troenergetyczny, zwany też niekiedy systemem elektroenergetycznym.

Odbiornikami energii elektrycznej nazywa się przy­łączone do sieci elektroenergetycznej urządzenia, ( maszyny i aparaty przetwarzające pobraną z sieci energię elektryczną w taką energię, jaka jest po­trzebna odbiorcy.

Odbiorcą nazywamy każdego, kto otrzymuje lub pobiera energię elektryczną z sieci elektroenerge­tycznej na podstawie umowy z przedsiębiorstwem energetycznym.

Cz9*ć2.sto2 ] SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2. Spis treści SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

2.2.6.6. Obliczanie impedancji zwarciowych elementów układu

7. Obliczenia ekonomiczne

8. Optymalizacja struktur elektroenergetycznych układów sieciowych

Materiały źródłowe

kwiecień 2006

kwiecień 2007

Część 2, rozdział 1, podrozdział 2, str. 1

2.1. Wprowadzenie

zadania sieci elek­troenergetycznych

wymagania

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I Część 2, rozdziali, podrozdział 2, str. 3

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.1. Wprowadzenie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

inwestycyjnych i eksploatacyjnych oraz minimali­zacja negatywnego wpływu na otoczenie, co ma istotne znaczenie zwłaszcza w odniesieniu do sieci wysokich i najwyższych napięć. Sieci elektroener­getyczne powinny być zaprojektowane, zabudo­wane i eksploatowane w sposób zapewniający bez­pieczeństwo pracy ludzi i mienia, a więc niestwa-rzający zagrożenia dla obsługi i osób postronnych oraz dla siebie i innych urządzeń.

ILU

Podstawowe wymagania formalne dotyczące sieci elektroenergetycznych określają Ustawy: Prawo Budowlane z dnia 7 lipca 1994 r. i Prawo Energe­tyczne z 10 kwietnia 1997 r. oraz wprowadzone z ich mocy rozporządzenia wykonawcze, w tym głównie Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 20 grudnia 2004 r. określające warunki przy­łączenia podmiotów do sieci elektroenergetycznych, ruchu sieciowego i eksploatacji sieci oraz standar­dów jakościowych obsługi odbiorców.

Istotne znaczenie odnośnie do sieci elektroenerge­tycznych mają również:

1. Ustawa z dnia 24 sierpnia 1991 r. o ochronie przeciwpożarowej,

2. Ustawa z dnia 3 kwietnia 1993 r. o badaniach i certyfikacji,

3. Ustawa z dnia 12 września 2002 r. o normalizacji.

Podstawowe wymagania odnośnie do budowy sieci elektroenergetycznych określają normy:

N

• PN-E-05100-1:1998 - Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi.

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

2.1.2. WYMAGANIA I PRZEPISY DOTYCZĄCE SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH

Podstawowym zadaniem sieci elektroenergetycz­nych jest niezawodne przesyłanie, przetwarzanie i rozdzielanie energii elektrycznej o odpowiednich parametrach ilościowych i jakościowych.

Aby sieci realizowały powyższe zadania, muszą spełniać szereg wymagań o charakterze technicz­nym i ekonomicznym.

Wymagania te są zależne od wielkości i rodzaju zasi­lanych odbiorników oraz rodzaju i wielkości sieci.

Do podstawowych wymagań stawianych sieciom elektroenergetycznym należą:

• niezawodność zasilania odbiorców (pewność dostawy),

• odpowiednia jakość energii,

• elastyczność sieci,

• niskie koszty,

• minimalny wpływ na otoczenie,

• bezpieczeństwo pracy ludzi i urządzeń.

kwiecień 2006

kwiecień 2006

Część 2, rozdział 1, podrozdział 2, str. 4^ SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.1. Wprowadzenie SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

• PN-EN 50341-1:2005 - Elektroenergetyczne linie napowietrzne prądu przemiennego powyżej 45 kV. Część I: Wymagania ogólne. Specyfikacje wspólne.

• N SEP-E-003:2003 - Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa. Linie prądu przemiennego z przewodami pcłnoizolowanymi oraz z przewodami niepełnoizolowanymi.

• N SEP-E-004:2003 - Elektroenergetyczne i syg­nalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i bu­dowa.

• PN-E 05115:2002 - Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV.

Ogólne zasady eksploatacji sieci elektroenergetycz­nych określa Ustawa - Prawo Energetyczne z dnia 10 kwietnia 1997 r. Z kolei Rozporządzenie MGiP z dnia 20 grudnia 2004 r. zobowiązuje prowadzą­cych eksploatację do opracowania instrukcji eksploa­tacji i prowadzenia ruchu sieci zgodnie z tą instrukcją.

Wymagania kwalifikacyjne odnośnie do osób zaj­mujących się eksploatacją sieci elektroenergetycz­nych określa Rozporządzenie MGPiPS z dnia 28 marca 2003 r. zmienione częściowo Rozporzą­dzeniem MGiP z dnia 20 lipca 2005 r., natomiast zasady bezpieczeństwa i higieny pracy przy urzą­dzeniach sieci elektroenergetycznych - Rozporzą­dzenie MG z dnia 17 września 1999 r.

1 Część 2, rozdziali, podrozdział 2, str. 2 [ SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.1. Wprowadzenie SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

kategorie Niezawodność zasilania odbiorców, czyli pewność

dostawy energii, jest ściśle związana z kategorią odbiorników, która uwzględnia skutki przerw w do­stawie energii elektrycznej. Rozróżnia się odbior­niki 1,11 i 111 kategorii, przy czym największe wyma­gania w zakresie niezawodności zasilania stawiają odbiorniki I kategorii, dla których przerwa w dosta­wie energii stwarza warunki do wystąpienia zagro­żenia utraty życia i duże straty materialne. Odbior­niki zaliczone do tej kategorii wymagają co najmniej 100% rezerwy zasilania. Odbiorniki II kategorii są to urządzenia, dla których przerwa w dostawie energii stwarza warunki do wystąpienia znacznych strat ekonomicznych, odbiorniki tej kategorii wymagają 50-70% rezerwy zasilania. Najmniejsze wymaga­nia w zakresie pewności mają odbiorniki III kate­gorii ze względu na niewielkie straty, jakie powo­duje brak ich zasilania.

Sieci elektroenergetyczne muszą być tak projekto­wane i budowane, aby zapewnić odpowiednią jakość energii dostarczanej odbiorcom, o której decyduje poziom napięcia, poziom częstotliwości, symetria trójfazowego układu napięć zasilających oraz odkształcenie sinusoidalnego przebiegu napięcia (zawartość wyższych harmonicznych). W ostatnich latach wobec rosnących wymagań odbiorców za­gadnienia związane z zapewnieniem odpowiedniej jakości energii nabierają szczególnego znaczenia.

Sieć elektroenergetyczna powinna być zaprojekto­wana w sposób elastyczny, a więc powinna stwa­rzać możliwości łatwego przystosowania do rozbu­dowy odbiorców i wzrostu obciążeń. Ważnym wyma­ganiem stawianym sieciom jest minimum kosztów

kwiecień 2006

kwiecień 2006

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Część 2, rozdział 1, podrozdział 4, str. 1

2.1. Wprowadzenie

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I ^Cz&^{ć 2}- rozdział 1, podrozdział 3, str 1 |

SIECI, INSTALACJE i URZĄDZENIA 2.1. Wprowadzenie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

sieci wysokiego

i najwyższego

napięcia

2.1.4. SPOSOBY PRACY PUNKTU NEUTRALNEGO SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

Stosuje się trzy podstawowe sposoby pracy punktu neutralnego sieci, związane ze sposobem połączenia punktu neutralnego (dawniej: zerowego lub gwiaz­dowego):

• sieci izolowane (z izolowanym punktem gwiaz­dowym),

• sieci kompensowane,

• sieci uziemione, w tym z trwale uziemionym punktem neutralnym przez rezystor.

Zastosowany sposób połączenia punktu neutral­nego z ziemią zależy od szeregu czynników, w tym głównie od wysokości napięcia znamionowego sieci, wymagań dotyczących ciągłości dostawy energii, poziomu przepięć i zastosowanych zabezpieczeń.

Sieci wysokiego i najwyższego napięcia (110-^750 kV) pracują ze skutecznie uziemionym punktem neu­tralnym, przy czym:

• dla sieci 220 kV i 400 kV obowiązują warunki:

1 «s <,2

0,5 (2.1.4/1)

2.1.3. KLASYFIKACJA SIECI

Ze względu na wysokość napięcia sieci elektroener­getyczne dzieli się na sieci:

• niskiego napięcia (nn), na napięcie do 1 kV,

• średniego napięcia (ŚN), powyżej 1 kV do 60 kV,

• wysokiego napięcia (WN), 110 i 220 kV,

• najwyższego napięcia (NN), 400 i 750 kV,

• ultrawysokiego napięcia (UWN), powyżej 750 kV.

Ze względu na funkcję w procesie dostawy energii elektrycznej sieci elektroenergetyczne dzieli się na przesyłowe i rozdzielcze.

Sieci przesyłowe najwyższych napięć służą do prze­syłu energii elektrycznej z elektrowni do dużych węzłów rozdzielczych. Stanowią one szkielet kra­jowego systemu elektroenergetycznego i pewność pracy tych sieci bezpośrednio wpływa na pewność dostawy energii elektrycznej do odbiorców. Sieci rozdzielcze pracujące głównie na średnim napięciu oraz na napięciu 110 kV pełnią podrzędną rolę w stosunku do sieci przesyłowych. Ich podstawowym zadaniem jest rozdział energii elektrycznej na danym, zwykle ograniczonym terytorialnie obszarze.

klasyfikacja sieci

ze względu na

wysokość napięcia

klasyfikacja sieci ze względu na funkcję

kwiecień 2006

kwiecień 2006

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Część 2, rozdział 1, podrozdział 4, str. 2

2.1. Wprowadzenie

dla sieci 110 kV:

<;3

^ 1 (2.1.4/2)

przy czym:

Xq i /?o - reaktancja i rezystancja zerowa,

X\ - reaktancja zgodna.

Warunki te powinny być spełnione we wszystkich zmieniających się układach pracy sieci. W prak­tyce stosuje się bezpośrednie uziemienie punktów neutralnych wszystkich autotransformatorów 400/220 kV i 220/110 kV, uzwojeń 400 kV trans­formatorów blokowych, obu stron transformatorów 400/110 kV, uzwojeń 220 kV niektórych transfor­matorów blokowych i ok. 50% uzwojeń 110 kV transformatorów elcktrownianych i sieciowych.

sieci średniego Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze średnich

napięcia napięć mogą pracować jako sieci:

• z izolowanym punktem gwiazdowym,

• z kompensacją doziemnych prądów pojemnoś­ciowych,

• z kompensacją doziemnych prądów pojemnoś­ciowych i chwilowym uziemieniem przez rezys­tor, tzw. kompensacja z wymuszeniem,

• z kompensacją doziemnych prądów pojemnoś­ciowych i chwilowym odłączeniem urządzeń kompensacyjnych, tzw. dekompensacja,

• z punktem gwiazdowym trwale uziemionym przez rezystor.

| Część 2, rozdział 1, podrozdział 3, sto 2 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.1. Wprowadzenie SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

W skład sieci przesyłowych w kraju wchodzą linie i stacje o górnych napięciach: 220 kV, 400 kV i 750 kV, a w skład sieci rozdzielczych wchodzą linie o napięciu do 110 kV oraz stacje 110/ŚN, ŚN/ŚN oraz ŚN/nn.

W zależności od miejsca występowania sieci elek­troenergetyczne dzieli się na sieci: rejonowe, miejs­kie, osiedlowe, przemysłowe i wiejskie.

kwiecień 2006

kwiecień 2006

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I ^Cz?^{śc 2}- rozdział i, podrozdział 5, sir. 1^

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.1. Wprowadzenie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

2.1.5. UKŁADY SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH

Ze względu na konfigurację miejsc zasilania i odbioru rozróżnia się układy sieci otwarte i zamknięte.

Rozróżnia się sieci otwarte (rys. 2.1.5/1): promieniowe, sieci otwarte

promieniowo-szeregowc (magistralne) i rozgałę­zione (układ promieniowy typu drzewo).

a) 1				b)
o ,/"" *					0			i
w^y ^2					A -			-L_
°v								' \~			-r
>•			l 4		d)	0 A-	1	2	4
1 \			1					/	i
						6

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I Część2, rozdział 1, podrozdział 4, str. 3

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.1. Wprowadzenie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Wybór systemu pracy sieci musi uwzględniać sze­reg czynników natury technicznej i ekonomicznej, przy czym jednym z najważniejszych jest pewność pracy sieci.

W krajowych sieciach ŚN w elektroenergetyce zawo­dowej struktura stosowanych sposobów pracy punk­tów neutralnych jest następująca:

• ok. 21 % sieci posiada izolowany punkt neutralny,

• ok. 76% sieci posiada punkt neutralny uziemiony przez dławik kompensacyjny,

• ok. 3% sieci posiada punkt neutralny uziemiony przez rezystor.

W samej tylko sieci 15 kV kompensacja prądów doziemnych stosowana jest w ok. 91% przypadków, przy czym w ok. 65% w nich stosuje się chwilowe wymuszenie przepływu składowej czynnej doziem­nego prądu zwarciowego.

Rys. 2.1.5/1. Układy sieci otwartych: a) uktad promieniowy, b) układ promie­niowy podwójny (dwupromieniowy), c) układ magistralny, d) układ rozgałęźny; O - punkt zasilający, 1*6 - punkty odbiorcze

kwiecień 2006

kwiecień 2006

[ Część 2, rozdział?, podrozdział 5, str. 2 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.1. Wprowadzenie SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Ogólnie sieci otwarte są układami niezapewniają-cymi zbyt dużej pewności zasilania, ponieważ do każ­dego węzła odbiorczego energia może dopływać tylko jedną drogą. W celu zwiększenia pewności zasilania w układzie sieci promieniowych zalecany jest układ promieniowy podwójny, pokazany na rys. 2.1.5/lb.

sieci zamknięte W grupie sieci zamkniętych (rys. 2.1.5/2) rozróżnia

się sieci:

• dwustronnie zasilane,

• okrężne,

• pętlicowe (pierścieniowe),

• łańcuchowe (dwuliniowe),

• węzłowe (oczkowe),

• kratowe.

Sieci zamknięte zapewniają większą pewność zasi­lania dla odbiorów, gdyż do każdego z nich energia może dopływać co najmniej dwoma drogami. Naj­częściej w praktyce sieci te, po wprowadzeniu roz­cięć, pracują jako sieci otwarte.

Przy wyborze układu sieci elektroenergetycznej należy brać pod uwagę rozmieszczenie odbiorni­ków i ich moc, wymaganą pewność zasilania, prze­widywany rozwój oraz względy ekonomiczne.

| Część 2, rozdział 1, podrozdział 4, str. 4~| SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.1. Wprowadzenie SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

kwiecień 2006

kwiecień 2006

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I C*** 2, rozdział 1, podrozdział 5, strTl

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.1. Wprowadzenie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

2.1.5. UKŁADY SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH

Ze względu na konfigurację miejsc zasilania i odbioru rozróżnia się układy sieci otwarte i zamknięte.

Rozróżnia się sieci otwarte (rys. 2.1.5/1): promieniowe, sieci otwarte

promieniowo-szeregowe (magistralne) i rozgałę­zione (układ promieniowy typu drzewo).

oe—i n h

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I ^Cz?^{ść 2}- rozdział 1, podrozdział 4, str. 3 |

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.1. Wprowadzenie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Wybór systemu pracy sieci musi uwzględniać sze­reg czynników natury technicznej i ekonomicznej, przy czym jednym z najważniejszych jest pewność pracy sieci.

W krajowych sieciach ŚN w elektroenergetyce zawo­dowej struktura stosowanych sposobów pracy punk­tów neutralnych jest następująca:

• ok. 21 % sieci posiada izolowany punkt neutralny,

• ok. 76% sieci posiada punkt neutralny uziemiony przez dławik kompensacyjny,

• ok. 3% sieci posiada punkt neutralny uziemiony przez rezystor.

W samej tylko sieci 15-kV kompensacja prądów doziemnych stosowana jest w ok. 91% przypadków, przy czym w ok. 65% w nich stosuje się chwilowe wymuszenie przepływu składowej czynnej doziem­nego prądu zwarciowego.

Rys. 2.1.5/1. Układy sieci otwartych: a) układ promieniowy, b) układ promie­niowy podwójny (dwupromieniowy), c) układ magistralny d) układ rozgałęźny; O - punkt zasilający, 1+6 - punkty odbiorcze

kwiecień 2006

kwiecień 2006

1 Część 2, rozdział 1, podrozdział 5, str. 2 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.1. Wprowadzenie SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Ogólnie sieci otwarte są układami niezapewniają-cymi zbyt dużej pewności zasilania, ponieważ do każ­dego węzła odbiorczego energia może dopływać tylko jedną drogą. W celu zwiększenia pewności zasilania w układzie sieci promieniowych zalecany jest układ promieniowy podwójny, pokazany na rys. 2.1.5/lb.

sieci zamknięte W grupie sieci zamkniętych (rys. 2.1.5/2) rozróżnia

się sieci:

• dwustronnie zasilane,

• okrężne,

• pętlicowe (pierścieniowe),

• łańcuchowe (dwuliniowe),

• węzłowe (oczkowe),

• kratowe.

Sieci zamknięte zapewniają większą pewność zasi­lania dla odbiorów, gdyż do każdego z nich energia może dopływać co najmniej dwoma drogami. Naj­częściej w praktyce sieci te, po wprowadzeniu roz­cięć, pracują jako sieci otwarte.

Przy wyborze układu sieci elektroenergetycznej należy brać pod uwagę rozmieszczenie odbiorni­ków i ich moc, wymaganą pewność zasilania, prze­widywany rozwój oraz względy ekonomiczne.

Część 2, rozdział 1, podrozdział 4, sir. 4 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2 1. Wprowadzenie SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

->

<

1?

f

kwiecień 2006

kwiecień 2006

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA [ Część 2, rozdział 1, podrozdział 6, str. 1 |

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.1. Wprowadzenie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Część 2, rozdział 1, podrozdział 5, str. 3

2.1. Wprowadzenie

a)

* . 2 ₃

b) 4

I v- Ą>

2.1.6. CHARAKTERYSTYKA ELEKTROENERGETYKI KRAJOWEJ

0'.

rr^rr

d)

Podstawowe dane statystyczne charakteryzujące elektroenergetykę krajową podano w tabelach

2.1.6/1-4.

Z tabeli 2.1.6/1 wynika, że moc zainstalowana w elektrowniach krajowych w 2004 r. osiągnęła ponad 34,7 GW, przy czym zdecydowanie prze­ważają elektrownie na węgiel kamienny i brunatny.

Roczna produkcja energii elektrycznej osiągnęła poziom ponad 153 TWh, przy czym 52% zużycia dotyczy odbiorców zasilanych na ŚN i WN.

(

-\JU~T~

0" e)

ĆL

K"^ HSh

^ .^ S*

o

2L JL

\

0 A

I 1

~%

8 9 UJ 11

Rys. 2.1.5/2. Przykłady uktadów sieci zamkniętych: a) układ dwustronnie zasi­lany, b) układ okrężny, c) układ pętlicowy (pierścieniowy), d) układ kratowy; O, O', O" - punkty zasilającej *11 - punkty odbiorcze (odbiorniki lub rozdzielnice)

kwiecień 2006

kwiecień 2006

r Część 2, rozdział 1, podrozdział 6, sto2| SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.1. Wprowadzenie SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

| Część 2, rozdział 1, podrozdział 5, sto 4 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.1. Wprowadzenie SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Tabela 2.1.6/1. Moc zainstalowana w elektrowniach krajowych i produkcja energii elektrycznej w 2004 r.

Lp.	Rodzaj elektrowni	Moc zainstalowana	Produkcja energii elektrycznej
				MW	GWh
1	Elektrownie zawodowe na węgiel kamienny	21138	89160
2	Elektrownie zawodowe na węgiel brunatny	8856	52136
3	Elektrownie zawodowe wodne	2168	3525
4	Elektrownie przemystowe	2553	8541
Łącznie		34715	153362

Tabela 2.1.6/2. Struktura odbiorców w Polsce w 2004 r.

Lp.	Rodzaj odbiorców	Liczba odbiorców	Sprzedaż energii
				Szt.	GWh
1	Odbiorcy na WN	276	18435
2	Odbiorcy na ŚN	26914	32388
3	Odbiorcy na nn w tym: lokale mieszkalne	15634532 14122370	46937 27533
Ogółem		15661718	97760

kwiecień 2006

kwiecień 2006

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

| Część 2, rozdział 2, podrozdział 1, str. 1 |

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA |Część 2, rozdział 1, podrozdział 6, str. 3

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.1. Wprowadzenie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Tabela 2.1.6/3. Dane charakteryzujące transformatory energetyki krajowej za 2004 r.

2.2. ZASADY OBLICZEŃ SIECIOWYCH

2.2.1. WPROWADZENIE

Aby sieci elektroenergetyczne spełniały swoje zadanie, jakim jest niezawodny przesył energii elek­trycznej o odpowiednich parametrach ilościowych i jakościowych, muszą być odpowiednio obliczone. Przeprowadzone obliczenia stanowią podstawę doboru poszczególnych elementów sieci elektro­energetycznych.

Sieci elektroenergetyczne oblicza się pod względem: rodzaje obliczeń

• elektrycznym,

• termicznym (cieplnym),

• mechanicznym,

• ekonomicznym.

Najważniejsze znaczenie mają obliczenia elektryczne, które sprowadzają się do obliczeń rozpływu prądów, obliczeń spadków, odchyleń i wahań napięcia, obli­czeń strat mocy i energii oraz obliczeń niezawod­ności układów sieciowych.

Obliczenia cieplne elementów sieciowych i torów prądowych najczęściej sprowadzają się do wyzna-

Lp.	Przekładnia transformatorów	Liczba transformatorów	Łączna moc znamionowa
				Szt.	MVA
1	NN/NN + WN	164	36962
2	WN/ŚN	2473	45636
3	ŚN/ŚN	239	1150
4	ŚN/nN	227520	38968
Ogółem		230396	122716

Tabela 2.1.6/4. Zestawienie danych dotyczących długości linii napowietrznych i kablowych w elektroenergetyce krajowej w poszczególnych gru­pach napięciowych w 2003 r.

Lp.	Napięcie znamionowe linii	Długość w km w przeliczeniu na jeden tor dla linii
				napowietrznych	kablowych
1	Linie 750 kV	114	0
2	Linie 400 kV	4830	0
3	Linie 220 kV	8119	0
4	Linie 110 kV	32227	69
5	Linie ŚN	224242	57048
6	Linie nN	285665	114170
7	Przyłącza nN	120339	21193
Łącznie		675536	192480

kwiecień 2006

kwiecień 2006

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA |c^ęść 2, rozdział 2, podrozdział 1, sir. 1 I

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I Część 2, rozdział 1, podrozdział 6, str. 3 1

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2,1. Wprowadzenie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Tabela 2.1.6/3. Dane charakteryzujące transformatory energetyki krajowej za 2004 r.

2.2. ZASADY OBLICZEŃ SIECIOWYCH

2.2.1. WPROWADZENIE

Aby sieci elektroenergetyczne spełniały swoje zadanie, jakim jest niezawodny przesył energii elek­trycznej o odpowiednich parametrach ilościowych i jakościowych, muszą być odpowiednio obliczone. Przeprowadzone obliczenia stanowią podstawę doboru poszczególnych elementów sieci elektro­energetycznych.

Sieci elektroenergetyczne oblicza się pod względem: rodzaje obliczeń

• elektrycznym,

• termicznym (cieplnym),

• mechanicznym,

• ekonomicznym.

Najważniejsze znaczenie mają obliczenia elektryczne, które sprowadzają się do obliczeń rozpływu prądów, obliczeń spadków, odchyleń i wahań napięcia, obli­czeń strat mocy i energii oraz obliczeń niezawod­ności układów sieciowych.

Obliczenia cieplne elementów sieciowych i torów prądowych najczęściej sprowadzają się do wyzna-

Lp-	Przekładnia transformatorów	Liczba transformatorów	Łączna moc znamionowa
				Szt.	MVA
1	NN/NN + WN	164	36962
2	WN/ŚN	2473	45636
3	ŚN/ŚN	239	1150
4	ŚN/nN	227520	38968
Ogófem		230396	122716

Tabela 2.1.6/4. Zestawienie danych dotyczących długości linii napowietrznych i kablowych w elektroenergetyce krajowej w poszczególnych gru­pach napięciowych w 2003 r.

Lp.	Napięcie znamionowe linii	Długość w km w przeliczeniu na jeden tor dla linii
				napowietrznych	kablowych
1	Linie 750 kV	114	0
2	Linie 400 kV	4830	0
3	Linie 220 kV	8119	0
4	Linie 110 kV	32227	69
5	Linie ŚN	224242	57048
6	Linie nN	285665	114170
7	Przytacza nN	120339	21193
Łącznie		675536	192480

kwiecień 2006

kwiecień 2006

*

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA | Część 2, rozdział 2, podrozdziat 2, str. 3 |

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Transformatory dwuuzwojeniowe odwzorowuje się transformatory

jako czwórniki typu T lub T. dwuuzwojeniowe

Parametry transformatora wyznacza się z następu­jących zależności:

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I ^ęść 2, rozdział 2, podrozdział 2, sir. 1 |

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

rezystancję

A/-V,|%l7 m

• reaktancję

przy czym:

Af/_X% =Va^z%-AP²_Cu% (2.2.2/6) • konduktancję

AP_Fc
G_T = ^—10"³[S] (2.2.2/7)

U¹^

• suceptancję

B_T « _mJL [_S] (2.2.2/8)

100CĄ*

W powyższych wzorach:

S_N - moc znamionowa, MVA;

C/n ^_ napięcie znamionowe, kV;

A^Cu% ^_ znamionowe straty obciążeniowe,%;

2.2.2. OBLICZANIE ELEMENTÓW SCHEMATÓW ZASTĘPCZYCH

Elementami sieci elektroenergetycznych najczęś­ciej uwzględnianymi w obliczeniach są linie elek­troenergetyczne napowietrzne i kablowe, transfor­matory oraz dławiki przeciwzwarciowe. Obliczenia elektryczne sieci elektroenergetycznych prowadzi się w oparciu o schematy zastępcze, zawierające w odpowiednim układzie połączeń immitancje (impedancje i admitancje) danego elementu sieci.

Linie elektroenergetyczne na ogół odwzorowuje się linie

jako czwórnik II, którego gałąź wzdłużną stanowi elektroenergetyczne impedancja (rezystancja i reaktancja), natomiast gałęzie poprzeczne zwykle susceptancja pojemnoś­ciowa. Wielkościami charakterystycznymi linii są immitancje jednostkowe, odniesione do 1 km dłu­gości linii, które oznacza się przez Rq, Xq, Bo i Go i oblicza się lub odczytuje z odpowiednich tablic lub wykresów. Immitancje całkowite wyznacza się, mnożąc wielkości jednostkowe przez długości linii.

Rezystancję linii oblicza się ze wzoru: rezystencja linii

tf_L = -I-, (2.2.2/1)

y-S

kwiecień 2006

kwiecień 2006

Część 2, rozdział 2, podrozdział 2, sir. 4

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

transformatory trójzwojeniowe i z uzwojeniami dzielonymi

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

AUz% - napięcie zwarcia, %; Al7_x% - reaktancja rozproszenia, %; Afp_c - straty jałowe w rdzeniu, kW; ^o% ~~ Pⁿłd biegu jałowego, %.

Transformatory trój uzwój en i owe oraz transforma­tory z uzwojeniami dzielonymi odwzorowuje się jako gwiazdę z gałęzią poprzeczną. Wzory do wyz­naczenia parametrów schematu zastępczego tych transformatorów podawane są w literaturze specja­listycznej.

Dławiki przeciwzwarciowe odwzorowuje się jako dwójniki o reaktancji:

Al7_x%l7_n
Xd = ~t= [QL (2-2.2/9)

N

3 • 1007,

gdzie:

Ac^x% - napięcie zwarcia dławika,%;

l7_n - napięcie znamionowe dławika, kV;

7_N - prąd znamionowy dławika, kA.

1 Część 2, rozdział 2, podrozdział 2, str. 2 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

gdzie:

l - długość linii w m,

y - konduktywność materiału przewodowego

w ~ ^m - (54 —' — dla Cu, i 33 dla AL), Ł2 • mm" Q • mm

5" - przekrój przewodów w mm².

Reaktancję linii można wyznaczyć ze wzoru uproszczonego:

X_L = X₀-l, (2.2.2/2)

gdzie:

Xq - reaktancja jednostkowa w Q/km,

1 - długość linii w km.

W obliczeniach przybliżonych można przyjmować:

Xq = 0,1 Q/km dla linii kablowych,

Xq = 0,4 Q/km dla linii napowietrznych SN,

W dokładnych obliczeniach reaktancję jednostkową Xo wyznacza się ze wzoru:

X₀ = (O- L₀, (2.2.2/3)

gdzie:

co - pulsacja w l/s,

Lq - indukcyjność robocza linii w H/km.

Wzory do obliczenia indukcyjności roboczej poda­wane są w literaturze specjalistycznej.

W niektórych obliczeniach wystarczającą dokład­ność uzyskuje się przy uwzględnieniu R i X lub tylko X linii.

kwiecień 2006

kwiecień 2006

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I Część 2, rozdział 2, podrozdział 3, str. 3

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

W liniach kablowych średnich napięć przekroje
kabli dobiera się więc głównie w oparciu o kryterium
a) i b), natomiast przekroje przewodów przezna­
czonych do pracy w liniach napowietrznych SN
dobiera się głównie na podstawie kryterium a) i c).
Te ostatnie dwa kryteria mają też znaczenie przy
doborze przekroju przewodów dla linii napowietrz-
i nych WN.

Dobór przekroju według kryterium obciążalności prądowej polega na sprawdzeniu warunku:

r_dó > /,, (2.2.3/4)

gdzie:

7_dd - dopuszczalny prąd obciążenia długotrwałego

(obciążalność długotrwała), /_r - prąd roboczy linii.

Przy ustalaniu obciążalności długotrwałej należy wziąć pod uwagę współczynniki poprawkowe, uwzględniające odstępstwa występujących w prak­tyce warunków ułożenia przewodów od warunków obliczeniowych.

(

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA f ^Czi?^{ść 2}- rozdział 2, podrozdział 3, str. 1 I

SIECI, INSTALACJE i urządzenia 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

2.2.3. OBLICZANIE STRAT I SPADKÓW NAPIĘCIA ORAZ DOBÓR PRZEKROJU PRZEWODÓW I KABLI

Stratą napięcia nazywa się geometryczną różnicę strata napięcia

napięć na początku i na końcu rozpatrywanej gałęzi

sieci.

W przypadku linii lub transformatora stratę napię­cia można wyznaczyć ze wzoru:

Ml = V3Z • Z = V3 (J_c -y/_b) • (R +jX) [V], (2.2.3/1)

gdzie:

4> h ~ P^r^d czynny i bierny, w A,

R,X- rezystancja i reaktancja, w Q.

Spadkiem napięcia nazywa się algebraiczną różnicę spadek napięcia

na początku i na końcu gałęzi. Przybliżone war­tości spadku napięcia można dla elementu trójfa­zowego wyznaczyć ze wzoru:

AU^^/TilcR-ItZ) [V] (2.2.3/2) lub

/

kwiecień 2006

kwiecień 2006

Część 2, rozdział 2, podrozdział 3, str. 4 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

(

(

l Część 2, rozdział 2, podrozdział 3, sir. 2 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

PR-QX

AL7 m - ~ [V]. (2.2.3/3)

l/_n

dobór przekroju Przy doborze przekroju przewodów i kabli w sieciach

przewodów i kabli elektroenergetycznych należy się kierować nastę­pującymi kryteriami:

1. obciążalnością prądową w warunkach nagrze­wania prądem roboczym,

2. wytrzymałością na nagrzewanie prądem zwar­ciowym,

3. nieprzekraczalnością dopuszczalnego spadku napięcia,

1. zapewnieniem wytrzymałości mechanicznej,

4. zapewnieniem skuteczności ochrony przeciwpo­rażeniowej,

5. zapewnieniem selektywności zabezpieczeń przetężeniowych.

Najbardziej uniwersalne znaczenie ma kryterium obciążalności prądowej długotrwałej, które często decyduje o doborze przekroju przewodów linii na­powietrznych i kabli zarówno w sieciach do 1 kV, jak i w sieciach wyższych napięć. Oprócz tego w sieciach SN o doborze przekroju w liniach kablowych może decydować wytrzymałość zwarciowa, a w liniach napowietrznych dodatkowo kryterium wytrzyma­łości mechanicznej. Podane wyżej w punkcie c) kry­terium dopuszczalnego spadku napięcia odgrywa podstawowe znaczenie w instalacjach i sieciach na napięcie do 1 kV, natomiast kryteria e) i f) bierze się pod uwagę przy doborze przekroju przewodów i kabli w instalacjach elektrycznych do 1 kV.

I

kwiecień 2006

kwiecień 2006

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.2, str. 1

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.1, str. 1

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

2.2.6.2. Ogólne wytyczne obliczeń zwarciowych

Obliczenia zwarciowe są wykonywane najczęściej w celu doboru przyrządów i urządzeń rozdzielczych oraz w celu doboru zabezpieczeń nadprądowych.

Schemat obliczeniowy układu elektroenergetycz­nego powinien uwzględniać warunki mogące wystą­pić w ruchu, które prowadzą do wyznaczenia:

1. prądów zwarciowych maksymalnych - w przy­padku doboru aparatury,

2. prądów zwarciowych minimalnych - w przy­padku dobom zabezpieczeń.

Przy wyborze schematu obliczeniowego należy uwzględnić istniejący stan sieci oraz przewidywaną rozbudowę układu. Nie uwzględnia się natomiast w obliczeniach tych elementów układu, które są prze­widziane jako rezerwowe.

Podstawą do obliczeń zwarciowych jest plan sieci obejmujący źródła prądu oraz urządzenia przesy­łające i rozdzielające energię elektryczną.

Plan sieci, dla której wykonuje się obliczenia prądu zwarciowego, powinien zawierać dane techniczne poszczególnych elementów sieci. W oparciu o te

schemat obliczeniowy

plan sieci

2.2.6. OBLICZENIA ZWARCIOWE

2.2.6.1. Rodzaje, przyczyny i skutki zwarć

Zwarcie jest to połączenie między sobą punktów obwodu elektrycznego należących do różnych faz albo połączenie jednego lub większej liczby takich punktów z ziemią - bezpośrednio, przez łuk elek­tryczny lub przez przedmiot o bardzo małej impe-dancji.

Zwarcia można podzielić na symetryczne i niesy­metryczne. Zwarciami symetrycznymi są zwarcia trójfazowe i trójfazowe z ziemią.

Do zwarć niesymetrycznych należą zwarcia dwufa­zowe, dwufazowe z ziemią i jednofazowe z ziemią.

W praktyce występują również zwarcia, będące kombinacjami podobnych przypadków zwarć, tzw. zwarcia wielokrotne, czyli występujące w kilku miejs­cach sieci.

Przyczyny zwarć można podzielić na elektryczne i nieelektryczne. Wśród przyczyn elektrycznych można wymienić: przepięcia atmosferyczne i łącze­niowe oraz uszkodzenia izolacji skutkiem przecią­żeń. Jako przyczyny nieelektryczne można wymienić:

rodzaje zwarć

zwarcia wielokrotne

przyczyny zwarć

kwiecień 2007

kwiecień 2007

i Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.2, sir. 2 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I urządzenia

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

dane oblicza się impedancje zastępcze poszczegól­nych elementów sieci i buduje się schemat zastęp­czy obwodu zwarciowego. Impedancje poszczegól­nych elementów należy sprowadzić do jednego poziomu napięcia, najczęściej napięcia znamiono­wego w miejscu zwarcia. Przy obliczaniu dopusz­cza się przyjęcie założenia, że przekładnie transfor­matorów są równe stosunkowi napięć znamiono­wych sieci sprzęgniętych przez transformator.

Przy sporządzaniu schematów zastępczych uwzględ­nia się tylko impedancje wzdłużne elementów sieci.

obliczanie prądów zwarciowych

W celu obliczenia prądów zwarciowych w danym punkcie układu elektroenergetycznego należy:

a) sporządzić schematy zastępcze obwodu zwarcio­
wego, zależnie od rodzaju zwarcia:

1. dla zwarcia trójfazowego - schemat obwodu zwarciowego dla składowej zgodnej,

2. dla zwarcia dwufazowego - schematy obwodu zwarciowego dla składowej zgodnej i dla skła­dowej przeciwnej,

3. dla zwarcia jednofazowego i dwufazowego z ziemią - schematy obwodu zwarciowego dla składowych: zgodnej, przeciwnej i zerowej;

2. obliczyć impedancje zastępcze elementów układu, wchodzących w skład obwodu zwarciowego dla poszczególnych składowych symetrycznych;

3. wykonać odpowiednie przekształcenie i uprosz­czenie schematu zastępczego do postaci pozwa­lającej na wyznaczenie impedancji zastępczej dla poszczególnych składowych symetrycznych Z], Z₂, Zq;

j Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.1, str. 2 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I urządzenia

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

uszkodzenia mechaniczne, wady fabryczne, zanie­czyszczenia lub zawilgocenia itp.

Zwarcie w sieci związane jest z nagłą zmianą para­metrów obwodu, polegającą przede wszystkim na zmniejszeniu się impedancji obwodu zewnętrznego względem źródeł prądu. Wynikiem tego jest powsta­nie stanu nieustalonego w obwodzie zwarciowym. Na skutek zwarć przez sieć i wszystkie jej elementy płyną prądy znacznie przewyższające prądy robo­cze. Prądy te są przyczyną szkodliwych cieplnych i dynamicznych skutków w pracy sieci.

Niektóre zwarcia nie powodują powstania wielkich prądów, jednak stanowią ważny problem ze względu na niebezpieczeństwo powstania przepięć. Przykła­dem może być jednofazowe zwarcie z ziemią (tzw. doziemienie) w sieci z izolowanym punktem neu­tralnym.

kwiecień 2007

kwiecień 2007

f

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.3, sir. 2

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

| Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.2, str. 4 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Rys. 2.2.6.3/1. Przebieg prądu zwarciowego przy zwarciu odlegfym od generatora: /"_k - prąd zwarciowy początkowy, L - prąd udarowy, /_k - ustalony prąd zwarciowy, /_DC - składowa nieokresowa zanikająca prądu zwarciowego, A - wartość początkowa składowej nieokresowej; 1 - obwiednią górna, 2 - obwiednią dolna

zwarcia w pobliżu generatora

Zwarcia w pobliżu generatora charakteryzują się przepływem prądu zwarciowego, który można roz­patrywać jako sumę dwóch składników:

1. składowej przemiennej o amplitudzie malejącej w czasie trwania zwarcia;

2. składowej nieokresowej o amplitudzie początko­wej A malejącej do zera.

Charakterystyczny przebieg prądu zwarciowego przy zwarciu w pobliżu generatora pokazano na rys. 2.2.6.3/2.

kwiecień 2007

kwiecień 2007

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.3, sir. 1

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

2.2.6.3. Przebieg prądu zwarciowego i jego wielkości charakterystyczne

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.2, str. jf

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

d) obliczyć wielkości charakterystyczne prądu zwar­ciowego według zasad podanych w rozdziale 2.2.6.4;

W schemacie zastępczym obwodu zwarciowego nie uwzględnia się rezystancji, jeżeli R < 0,1 X, co ma zazwyczaj miejsce w sieciach wysokiego napięcia.

W obliczeniach przybliżonych można pomijać rezys­tancje, gdy R < 0,3 X.

Rozróżnia się dwa rodzaje zwarć, różniące się cha­rakterem przebiegu prądu zwarciowego:

1. zwarcia odległe od generatorów,

2. zwarcia w pobliżu generatorów.

Zwarcia odległe od generatora charakteryzują się przepływem prądu zwarciowego sinusoidalnego zmiennego symetrycznego o stałej amplitudzie (rys. 2.2.6/1). Są to zwarcia, w czasie których warunki napięciowe są quasi-stacjonarne i nie występuje zna­cząca zmiana impedancji. Prąd zwarciowy stanowi sumę dwóch składników:

1. składowej przemiennej o stałej amplitudzie w cza­sie trwania zwarcia;

2. składowej nieokresowej o wartości początkowej A malejącej do zera.

zwarcia

zwarcia odległe od generatora

kwiecień 2007

kwiecień 2007

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I C^ść 2, rozdział 2, podrozdział 6.4, sir. 1 |

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.3, sir. 3 |

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

2.2.6.4. Obliczanie charakterystycznych wielkości zwarciowych

Sposób obliczania prądów zwarciowych w sieciach trójfazowych prąciu przemiennego o napięciu do 230 kV podaje norma PN-EN 60909-0: 2002 (U) Prądy zwarciowe w sieciach trójfazowych prądu przemiennego. Część 0: Obliczenia prądów.

Podstawę do obliczenia charakterystycznych wiel- prąd początkowy

kości zwarciowych stanowi wyznaczenie prądu ^{w m}i^eJ^SCL> zwarcia początkowego w miejscu zwarcia wg wzoru:

m • c • L/m m ■ c ■ L/m

^/k -żrrrzT?T^siriFT77i^[kA1 (2.2.6.4/1)

■V3 • \Z\ + AZ| w 3 • \X[ + Aa |

gdzie:

L7_N - napięcie znamionowe sieci w miejscu

zwarcia, w kV;
c - współczynnik napięciowy (tab. 2.2.6.4/1);

m - współczynnik zależny od rodzaju zwarcia:

1. dla zwarcia trójfazowego m = 1,

2. dla zwarcia dwufazowego m =V~3,

c) dla zwarcia jednofazowego m = 3;
Z_h X\ - impedancja (reaktancja) obwodu zwarcio­
wego dla składowej zgodnej;

AZ, AAT- impedancja dodatkowa (reaktancja dodat­kowa) zależna od rodzaju zwarcia.

	i		I 1 i I*-V/1 1 li ii jo \j 1/TrrfłJ
1 Cm	J	^1
			« \2

Rys. 2.2.6.3/2. Przebieg prądu zwarciowego przy zwarciu w pobliżu generatora (oznaczenia jak na rys. 2.2.6.3/1)

Do najważniejszych i najczęściej wyznaczanych wielkości zwarciowych należą:

l)prąd zwarciowy początkowy 4" - wartość sku­teczna składowej okresowej prądu zwarciowego obliczeniowego w chwili powstania zwarcia, jeśli impedancja zachowuje wartość początkową;

2) moc zwarciowa obliczeniowa S\[' - wartość fik­cyjna, zdefiniowana jako iloczyn prądu zwarcio­wego początkowego 4", napięcia znamionowego sieci L7m i współczynnika t/3", czyli:

(2.2.6.3/1)

Ą" = V3/_k"^

3. prąd zwarciowy udarowy i_p - maksymalna war­tość chwilowa obliczeniowego prądu zwarciow­ego;

4. prąd wyłączeniowy symetryczny 4 - wartość sku­teczna jednego pełnego okresu składowej okreso-

kwiecień 2007

kwiecień 2007

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.4, str. 2 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE l URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Tabela 2.2.6.4/1. Współczynnik napięciowy c do obliczeń zwarciowych

Napięcie znamionowe L/N	Współczynnik napięciowy c do obliczania prądu zwarciowego
		maksymalnego *'max	minimalnego ^cmin
Niskie napięcia do 1000 V: a) 230/400 V b) inne napięcia Średnie napięcia od 1 kV do 35 kV Średnie i wysokie napięcia od 35 kV do 230 kV	1,00 1,05 1,10 1,10	0,95 1,00 1,00 1,00

Wartości reaktancji dodatkowej należy przyjmo­wać według tabeli 2.2.6.4/2.

Tabela 2.2.6.4/2. Wartości reaktancji dodatkowej dla róż­nych rodzajów zwarć

Rodzaj zwarcia	Reaktancja dodatkowa AX
Trójfazowe	AX=0
Dwufazowe	AX=X2
Dwufazowe z ziemią	AX = 2 ■ X0
Jednofazowe	AX = X2 + X0

[Cz^ść 2, rozdział 2, podrozdział 6.3, sir. 4 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

wej obliczeniowego prądu zwarciowego w chwili rozdzielenia styków bieguna łącznika (po czasie źr);

5. składowa nieokresowa prądu zwarciowego zdc po czasie t_T;

6. prąd wyłączeniowy niesymetryczny 4asym P° czasie /,.;

7. prąd zwarciowy ustalony 4 ~ wartość skuteczna prądu zwarciowego, występującego po wygaś­nięciu zjawisk przejściowych,

8. prąd zwarciowy cieplny I_t\_x - ustalona wartość skuteczna prądu zastępczego, który wydzieli w torze prądowym w czasie trwania zwarcia 7k taką samą ilość ciepła jak prąd zwarciowy i(t), zgodnie z zależnością:

fi

I<h²T_k=fi(t)²dt (2.2.6.3/2)

o

Reaktancje X₂ i Xq w tabeli są to reaktaneje zastęp­cze obwodu zwarciowego dla składowej przeciwnej i zerowej. Wartość obliczeniowego prądu począt­kowego w miejscu zwarcia 4" służy do wyznacza­nia pozostałych wielkości charakteryzujących zwarcie, wykorzystywanych do sprawdzenia wy­trzymałości zwarciowej i doboru aparatury oraz sprawdzenia zabezpieczeń.

kwiecień 2007

kwiecień 2007

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA 1 ^Cz<jść 2, rozdział 2, podrozdział 6.4, sir. 5 |

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

gdzie:

/"dc - składowa nieokresowa prądu zwarciowego po czasie t_T,

i_DC = -fi ■ /,/' exp(-7k/7), (2.2.6.4/6)

gdzie:

T = X/(aR - stała czasowa źródła i związanego

z nim obwodu,
7k - czas trwania zwarcia.

Czas t_r jest to czas od chwili wystąpienia zwarcia do chwili utraty styczności styków wyłącznika lub czas przedłukowy bezpiecznika.

Cieplny prąd zwarciowy 4, oblicza się według cieplny prąd

wzoru: zwarciowy /_th

w miejscu zwarcia

4 = VmT7T-4", (2.2.6.4/7)

w którym współczynniki m i n uwzględniają: m - wpływ składowej nieokresowej, n - wpływ składowej okresowej prądu zwarciowego.

Wartości tych współczynników odczytuje się z wy­kresów podanych na rysunku 2.2.6.4/3. Dla sieci rozdzielczej przyjmuje się zwykle n = 1.

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.4, str. 3

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

prąd zwarciowy

udarowy /_p

w miejscu zwarcia

Prąd zwarciowy udarowy L w miejscu zwarcia wyznacza się z zależności:

(2.2.6.4/2)

L =-[2 ■ K/_k",

gdzie:

k - współczynnik zależny od stosunku rezystancji

do reaktancj i obwodu zwarciowego -^-, podany

na rysunku 2.2.6.4/1.

Rys. 2.2.6.4/1. Zależność współczynnika prądu udarowego k od stosunku R/X (a) lub X/R (b)

W przypadku, obliczeń przybliżonych, można pomi­nąć w obliczeniach rezystancję R, co wiąże się z przyjęciem k = 1,8, a w przypadku zwarć wystę­pujących bezpośrednio za dławikami zwarciowymi k = 2. W sieciach do 1 kVKs 1,6.

Prąd wyłączeniowy symetryczny 4 dl^a zwarć odleg- prąd wyłączeniowy
łych od generatora wynosi: symetryczny /_b

w miejscu zwarcia

/h = Iv'

(2.2.6.4/3)

kwiecień 2007

kwiecień 2007

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.4, sir. 6

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.4, str. 4

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Rys. 2.2.6/3. Zależność współczynników m i n od czasu trwania zwarcia 7"_k: a) współ­czynnik m; b) współczynnik n; h - ustalony prąd zwarcia (/_k - /_b)

Gdy występuje samoczynne powtórne załączenie (SPZ) o krótkich przerwach bezprądowych, prąd /,|, należy obliczać ze wzoru:

4 = ^Ji⁷^ (2-2.6.4/8)

h V M

dla

M- 1,0 0,9 0,8 OJ 0,6 0,5

dla zwarć w pobliżu generatora:

(2.2.6.4/4)

przy czym u, zależy od czasu własnego minimalnego t_min (czas między momentem wystąpienia zwarcia a momentem rozdzielenia styków pierwszego bie­guna łącznika) oraz od stosunku 4"//_no. Wartości współczynnika można określić z rysunku 2.2.6.4/2.

0,05 s

0,1 s 0.25 s

0 12 3 4 5 6 7

(2.2.6.4/9)

7k = 2X

przy czym:

7k - czas trwania zwarcia,

7ki - czas trwania zwarcia w kolejnych cyklach SPZ.

Rys. 2.2.6.4/2. Zależność współczynnika \x od relacji I\gHng '^ud /WW Qdzie: /"_kG - prąd zwarciowy początkowy dopływający z generatora; /_NG - prąd znamionowy generatora; /"_kM - prąd zwarciowy począt­kowy dopływający z silnika; /_NM - prąd znamionowy silników

prąd wyłączeniowy Prąd wyłączeniowy niesymetryczny oblicza się,
niesymetryczny gdy t_r <; 0,1 s oraz R/X <s 0,3:

'basym w miejscu zwarcia

/basym = ^b + focW, (2.2.6.4/5)

kwiecień 2007

kwiecień 2007

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I C^ść 2, rozdział 2, podrozdział 6.5, sir. 3|

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

S£q - moc zwarciowa w miejscu zasilania, wyznaczona bez udziału silników.

Wzory do obliczenia prądów zwarciowych pocho­dzących od silników indukcyjnych zamieszczono w tabeli 2.2.6.5/1.

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.5, str. 1

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

Tabela 2.2.6.5/1. Obliczanie prądów zwarciowych przy zwarciu na zaciskach sil­nika indukcyjnego

2.2.6.5. Zasady uwzględniania wpływu silników

Prąd zwarciowy	Wzory do wyznaczania prądów zwarciowych
		zwarcie 3-fazowe symetryczne	zwarcie 2-fazowe
początkowy	^k3M~V3ZM	V3 'k2M ~ ~ ' k3M
udarowy	'p3M ^= ^KM"v2' k3M	, _V3.„ 'p2M ~ ~T ' p3M
wyłączeniowy symetryczny	'b3M ^= M^"k3M	_V3 „ 'b2M X" ' k3M
ustalony	'k3M ^= ^U	1 'k2M ^_ ~7T '"k3M

Z_M - impedancja silnika wyznaczana ze wzoru:

^{Zm =} t4 irh' (²-²-⁶'^5/4>

ⁱLR/-'NM v•> ' 'NM

k_m - współczynnik udarowy wynosi:

• przysilnikachwn-^^>lMW-K"_M=l,75;

• przy silnikach wn -^- < 1 MW - k_u = 1,65;

• przy silnikach nn z liniami kablowymi -Km= 1,3;

kwiecień 2007

W warunkach zwarciowych silniki synchroniczne i kompensatory, pracujące zazwyczaj jako prze-wzbudzone, stają się źródłem prądu, przetwarzają­cym energię pola magnetycznego i energię kine­tyczną wirnika w energię elektryczną rozpraszaną w obwodzie zwarciowym.

W obliczeniach zwarciowych silniki synchroniczne i kompensatory traktuje się jak generatory synchro­niczne.

Uwzględnianie silników indukcyjnych w oblicze­niach zwarciowych polega na modelowaniu ich w postaci źródeł siły elektromotorycznej, a następ­nie traktowaniu ich w sposób równoprawny z innymi źródłami istniejącymi w sieci. Dla uproszczenia obliczeń można zastąpić grupę silników wraz z ich liniami zasilającymi jednym silnikiem równoważ­nym. Dopuszczalne jest przyjmowanie zamiast mocy silników, mocy transformatorów zasilających te silniki.

Uwzględnia się wpływ silników na prąd zwarciowy początkowy, udarowy i wyłączeniowy. Ze względu na zanikanie składowej okresowej, w obliczeniach

kwiecień 2007

silniki

i kompensatory

synchroniczne

silniki indukcyjne

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.5, sir. 4| SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

p - liczba par biegunów silnika,

li - współczynnik z wykresu na rys. 2.2.6.4/2

(M- ⁼./UkW4iM> /min))-

Wartość współczynnika q potrzebnego do oblicze­nia prądu /fo3M (tabela 2.2.6.5/1) wyznacza się Z wykresu na rysunku 2.2.6.5/1 lub oblicza ze wzorów:

q = 1,03 i 0,12 In m dla t_min = 0,02 s, ą = 0,79 + 0,12 In m dla /_min = 0,05 s, n 2.6.5/5) q = 0,59 + 0,12 In m dla /_min = 0,10 s, ą = 0,26 + 0,12 In m dla ć_min ;> 0,25 s,

gdzie:

/?? - moc znamionowa czynna silników, przypa­dająca na jedna parę biegunów, w MW;

t_mm - czas własny minimalny (czas między chwilą wystąpienia zwarcia a chwilą pierwszego rozdzielenia styków jednego bieguna łącznika) w sekundach.

W obliczeniach zwarciowych nie uwzględnia się wpływu tych silników, których jednoczesna praca jest niedopuszczalna.

[ Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.5. sir. 2 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

ustalonego prądu zwarcia trójfazowego silniki nie są uwzględniane.

Wpływ silników indukcyjnych na prądy zwarciowe uwzględnia się, jeżeli:

1) sumaryczny prąd znamionowy silników przekra­cza 1% prądu zwarciowego wyznaczonego bez udziału tych silników:

0,01 -4"<2^m, (2.2.6.5/1)

gdzie:

/nm ~ prąd znamionowy silnika,

2) udział silników w prądzie zwarciowym przekra­
cza 5%, dotyczy zwarć w sieci SN, do której sil­
niki indukcyjne przyłączone są bezpośrednio:

/kM> 0,05 Ą", (2.2.6.5/2)

3) silniki SN i nn przyłączone do sieci ze zwarciem
za pośrednictwem transformatora dwuuzwoje-
niowego spełniają warunek:

2/^NM -*LR'-^NM 0,8

ss

(2.2.6.5/3)

NT

100 • c2S_NT

-—0,3

kQ

Svr

gdzie:

2^nm - suma mocy znamionowych silników, 2>Snt - suma mocy znamionowych transforma­torów bezpośrednio zasilających silniki, 4r/4im - krotność prądu rozruchowego,

kwiecień 2007

kwiecień 2007

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.5, str. 6 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

| Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.6, str. 2~| SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Reaktancja prądnicy dla składowej przeciwnej to:

X H?% l/m

X_2(i = 2£*. • _JI (2.2.6.6/2)

²⁰ 100 V

gdzie:

-^d2% ^_ reaktancja podprzejściowa dla składowej przeciwnej.

Reaktancja prądnicy dla składowej zerowej to:

Xa{W„ l/m

gdzie:

X%)% - reaktancja podprzejściowa dla składowej zerowej.

Dla prądnic o mocach znamionowych większych
niż kilka MVA można pomijać rezystancje. W obli­
czeniach przybliżonych, w przypadku braku danych,
można przyjmować następująco:
X₂~ X_x - dla maszyn z biegunami utajonymi

lub maszyn z biegunami jawnymi z uzwojeniami tłumiącymi, X₂ = 1,45 * X] - dla maszyn z biegunami jawnymi

bez uzwojenia tłumiącego, Xp«0,4-Xi.

Przy obliczaniu zwarć w pobliżu generatora (lub bloku transformator - generator) należy uwzględ­nić współczynnik korekcyjny Kq. Wówczas skory­gowana reaktancja generatora Xq& wynosi:

X_gk = Kg-Xq, (2.2.6.6/4)

kwiecień 2007

kwiecień 2007

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I Część ₂, rozdział 2, podrozdział 6.5, str. 5

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA [ Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.6, sir. T~]

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Rys. 2.2.6.5/1. Wykresy zależności współczynnika q od m

2.2.6.6. Obliczanie impedancji zwarciowych elementów układu

W celu obliczenia prądu zwarciowego w określo­nym punkcie układu elektroenergetycznego należy wyznaczyć wartości impedancji zastępczych wszyst­kich elementów wchodzących w skład obwodu zwar­ciowego. Impcdancje elementów dla składowej zgod­nej, sprowadzone do poziomu napięcia w miejscu zwarcia, oblicza się ze wzorów zawierających dane znamionowe tych urządzeń według poniższych zasad.

Reaktancję prądnicy dla składowej zgodnej wyra- prądnice

żoną w omach oblicza się według wzoru: synchroniczne

X rl% ' C/m

gdzie:

^xd% - reaktancjapodprzejściowa podłużna maszyny synchronicznej, w %,

C/n - napięcie znamionowe sieci w miejscu zwar­cia, w kV,

<Sn - moc znamionowa prądnicy, w MV-A,

kwiecień 2007

kwiecień 2007

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.6, str. 3

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

transformatory dwuuzwojeniowe

transformatory trójuzwojeniowe

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.6, str. 5|

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

x₀ = co • |4,6 • Ig £_-]• 10⁴ [Q/km], (2.2.6.6/8)

\ 0,76 • r/

w którym:

to - pulsacja prądu przemiennego, w l/s, &ś_r - średni geometryczny odstęp między przewo­dami, w cm, r - promień przekroju przewodu, w cm.

Reaktancję xq można również odczytać z odpo­wiednich tabel lub wykresów.

Średni odstęp między przewodami dla linii 3-fazo-wych jednotorowych to:

b_k =Hb_X2b_nb₂i [cm], (2.2.6.6/9)

gdzie:

&12> &13> ^23 -wzajemne odległości między prze­wodami fazy 1, 2 i 3.

W obliczeniach przybliżonych przyjmuje się prze­ciętnie:

• dla linii jednotorowej xq = 0,4 Q/km,

• dla linii dwutorowej x₀ ⁼ 0,2 Q/km.

Rezystancję linii dla składowej zgodnej i przeciw­nej oblicza się ze wzoru

1000-1 / U_N V
Rl = 5-' TT- ^[Q]' (2-2.6.6/10)

gdzie:

Y - konduktywność materiału przewodowego, w m/(Q-mm²),

kwiecień 2007

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

IA

przy czym:

Kr,=

-, (2.2.6.6/5)

U

NG

1 + x_tj'sincp_nG

gdzie:

l7ng - napięcie znamionowe generatora,

^ć'max - współczynnik napięciowy (tab. 2.2.6.4/1),

sincpNG - sincp w warunkach znamionowych.

Dla zwarć w pobliżu bloku generator - transforma­tor przy obliczaniu współczynnika korekcyjnego uwzględnia się również reaktancję transformatora blokowego.

Rezystancję i reaktancję zastępczą transformatora dla składowej zgodnej i przeciwnej wyznacza się ze wzorów (2.2.2/4) i (2.2.2/5) podanych w roz­dziale 2.2.2.

Dla transformatorów o mocy powyżej 2,5 MVA w miejsce AlV_x% można wstawić Ac/^%, ponieważ dla dużych transformatorów można pominąć ich rezys­tancję. Rezystancja powinna być uwzględniona przy obliczeniach prądu udarowego ż„ oraz składo­wej nieokresowej /dc-

Impedancja zwarciowa kolejności zerowej trans­formatora zależy od konstrukcji i układu połączeń uzwojeń transformatora, sposób wyznaczania tej impedancji podany jest w literaturze specjalistycz­nej, np. [11, 12].

W transformatorach trójuzwojeniowych pomija się w obliczeniach zwarciowych straty mocy czynnej, a zatem rezystancję uzwojeń.

kwiecień 2007

I Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.6, sir. 6 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I urządzenia

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

S - przekrój przewodów, w mm², / - długość linii, w km.

Przeciętne wartości reaktancji dla składowej zero­wej Xo linii napowietrznych jednotorowych można przyjmować według tabeli 2.2.6.6/1.

Dla linii napowietrznych dwutorowych zaleca się przyjmować wartości 1,5 raza większe od stosun­ków X0/X1 podanych w tabeli 2.2.6.6/1.

Tabela 2.2.6.6/1. Wartości stosunku X₀/X, dla linii napowietrznych

Napięcie linii w kV	Rodzaj linii	Stosunek X0/X1
60 110	bez przewodu odgromowego	3,6 3,4
60 110	z jednym przewodem odgromowym	3,4 3,2
60 110 220	z dwoma przewodami odgromowymi	3,2 3,0 2,8

linie kablowe Reaktancje linii kablowej dla składowej zgodnej

i przeciwnej należy wyznaczyć ze wzoru (2.2.6.6/7), przy czym reaktancje jednostkową kabli należy przyj­mować według danych wytwórcy lub w oblicze­niach przybliżonych przyjmować:

• dla kabli z izolacją rdzeniową Xq = 0,08 Q/km,

• dla kabli z izolacją o polu promieniowym

x₀ = 0,12Q/km.

Rezystancję linii kablowej oblicza się analogicznie, jak dla linii napowietrznej ze wzoru (2.2.6.6/10).

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.6, sir. 4 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Reaktancje poszczególnych uzwojeń transformatora dla składowej zgodnej i przeciwnej oblicza się ze wzorów:

X₁ = l/2-(X„_I+X_I._I1I-X_II._III)[Q]

X_n = 1/2 • (Xi__D + Xn.ru - X_wn) [Q] (2.2.6.6/6)

X_III=l/2-(X_I._1II + X_I._II1-X₁._I,)[Q]

W powyższych wzorach Xi_n, Xt-hi i Xu.ni ozna­czają reaktancje zastępcze par uzwojeń transforma­tora, które oblicza się ze wzorów analogicznych do wzoru (2.2.2/5).

Przy określaniu reaktancji dla składowej zerowej należy korzystać z literatury specjalistycznej, np. [11,12].

linie napowietrzne Reaktancje linii dla składowej zgodnej i przeciwnej oblicza się ze wzoru:

X₁^x₀-1'(~A [Q], (2.2.6.6/7)

WNL/

gdzie:

xq - reaktancja jednostkowa linii, w Q/km, / - długość linii, w km, C/nl ^- napięcie znamionowe linii, w kV, /7_N - napięcie znamionowe sieci w miejscu zwar­cia, w kV.

Reaktancje jednostkową linii wykonanej przewo­dami z materiału niemagnetycznego można określić ze wzoru:

kwiecień 2007

kwiecień 2007

Część 2, rozdział 2, podrozdział 6.6, str. 8 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2 2 Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

^{y y} ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

| Część 2, rozdział 2, podrozdział 7, str. 2 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

koszt inwestycyjny Koszt inwestycyjny, czyli koszt budowy obiektu, obejmuje:

1. nakłady na inwestycję podstawową (linię, stację),

2. nakłady na inwestycje towarzyszące (np. budy­nek stacyjny) oraz ochronę środowiska,

3. nakłady na zakup licencji oraz prace badawczo-rozwojowe i wdrożeniowe związane z inwestycją.

Nakłady inwestycyjne na budowę sieci są równe sumie nakładów inwestycyjnych na poszczególne urządzenia sieciowe.

Przykładowo dla linii elektroenergetycznych koszt inwestycyjny można określić wzorem:

K_iX = hyl, (2.2.7/1)

gdzie:

k_{\- koszt jednostkowy linii, w zł/km,

/ - długość linii w km.

W przypadku uwzględnienia kosztów pól na po­czątku i na końcu linii, jej koszt inwestycyjny można wyznaczyć ze wzoru:

K-_ń = kl + k™\+kw2, (2.2.7/2)

gdzie:

k_lVN - koszt inwestycyjny pola wyposażonego rozdzielni.

Przy obliczaniu kosztu inwestycyjnego stacji elek­troenergetycznych oprócz kosztów urządzeń wcho-dząych w skład stacji należy uwzględnić pewne

kwiecień 2007

kwiecień 2007

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA 1 gjJH 2, rozdział 2, podrozdział 6.6, str. 7 |

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Przy wyznaczaniu impedancji kabli dla składowej zerowej można przyjmować:

• dla kabli trójżyłowych z izolacją rdzeniową:
X₀ = (3+5) • X,

Ro = (l+3)-.R,

• dla kabli trójżyłowych z izolacją ekranowaną:

Reaktancję dławika przeciwzwarciowego dla składo- dławiki

wej zgodnej, przeciwnej i zerowej oblicza się ze wzoru: przeciwzwarciowe

At/% • U_m ( U,

*--£hrt;W ^{[Ql <2}-²-⁶-^6/11)

gdzie:

AUoą,- napięcie zwarcia dławika, w %, U^_D - napięcie znamionowe dławika, w kV, /_N - prąd znamionowy dławika, w kA, (7_N - napięcie znamionowe sieci w miejscu zwar­cia, w kV.

Reaktancją zastępczą układu elektroenergetycz- układ

elektroenergetyczny

nego dla składowej zgodnej i przeciwnej oblicza się następująco:

*UE1 =*UE2= U •4^-[^Q]> (²-²-⁶-^6/12>

Reaktancję zastępczą układu dla składowej zero­wej można oszacować, jeśli wiadomo, że układ ma skutecznie uziemione punkty neutralne. Wówczas spełniony jest warunek:

X₀<3 -X_x. (2.2.6.6/13)

kwiecień 2007

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA | Część 2, rozdział 2, podrozdział 7, sir. 1

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

2.2.7. OBLICZENIA EKONOMICZNE

Przy projektowaniu, modernizacji i eksploatacji sieci elektroenergetycznych istotną rolę odgrywają obli­czenia ekonomiczne.

Wysokie koszty urządzeń sieciowych oraz produkcji energii powodują, że o wyborze rozwiązania pro­jektowego (wybór struktury sieci) czy eksploatacyj­nego (wybór konfiguracji sieci) decydują kryteria ekonomiczne. Przy ocenie ekonomicznej rozwią­zań projektowych i eksploatacyjnych sieci elektro­energetycznych powszechnie stosuje się dwie me­tody rachunku ekonomicznego:

metody rachunku ekonomicznego

1. metodę kosztów rocznych,

2. metodę wskaźnika efektywności.

Podstawowymi elementami funkcji kosztów rocz­nych stosowanych w obydwu metodach są koszty kapitałowe (rozszerzonej reprodukcji), koszty eks­ploatacyjne stałe, koszty eksploatacyjne zmienne, czyli koszty strat mocy i energii, oraz koszty zawod­ności, które wynikają z ewentualnych zakłóceń w dostawie energii elektrycznej do odbiorców.

Podstawą do wyznaczenia pierwszych z dwóch skła­dowych kosztów są koszty inwestycyjne urządzeń.

kwiecień 2007

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA I Część 2, rozdział 2, podrozdział 7, str. 5 |

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Istotnym elementem analizy ekonomicznej porów­nywanych wariantów są koszty zmienne obejmu­jące koszty strat mocy i energii, które można wyzna­czyć ze wzoru:

K_2m = k_p ■ (AP_S + k_c ■ A<2_S) + k_A ■ M [zł/rok], (2.2.7/6)

gdzie:

kp -jednostkowy koszt mocy, w zł/(kW-rok),

^a -jednostkowy koszt energii elektrycznej, wzł/kWh,

k_e - energetyczny równoważnik mocy biernej, w kW/kVAr,

APs - straty mocy czynnej przy obciążeniu szczy­towym, w kW,

A(2s~ straty mocy biernej przy obciążeniu szczy­towym, kVAr,

AA - roczna strata energii, w kWh/rok.

Jednostkowe koszty strat mocy k_p i energii k_A są różne dla różnych punktów sieci i zależą od napię­cia, przy którym jest zasilany projektowany obiekt.

Wartość współczynników kosztów strat k_p i /c_A, w zależności od miejsca poboru energii w układzie elektroenergetycznym, powinny być aktualizowane na bieżąco.

Występującą we wzorze (2.2.7/6) wielkość strat mocy oblicza się według wzoru:

AP_S = APj + k_Q ■ AQ + AP_obcS + K ■ A£obcS, (2.2.7/7)

gdzie:

APj - straty mocy czynnej stanu jałowego,

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA | Część 2, rozdział 2, podrozdział 7, sir. 3\

sieci, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

koszty dodatkowe. Równanie kosztów inwestycyj­nych stacji przybiera wówczas postać:

^_st = 5Xi ⁺ KiT + K_in + K_id,

(2.2.7/3)

./•■I

przy czym
	&irj	j i /i,, ./"i £iT = 2>iTj. J l

We wzorach (2.2.7/3) wprowadzono oznaczenia: K_liit - całkowity koszt inwestycyjny stacji, K_nj - całkowity koszt inwestycyjny rozdzielnicy j, K[j - całkowity koszt inwestycyjny transforma­torów w stacji wraz z wyposażeniem, K_m - koszty inwestycyjne innych urządzeń (dła­wiki, baterie kondensatorów), K_l(i - koszty inwestycyjne urządzeń dodatkowych nie uwzględnionych w kosztach urządzeń produkcyjnych (budynek nastawni, urządze­nia sprężonego powietrza, urządzenia potrzeb własnych),

liczba pól wyposażonych w rozdzielnicy /', n_rx] - liczba pól rezerwowych w rozdzielnicy j, n_x - liczba rozdzielnic w stacji, nj - liczba transformatorów w stacji.

Jako pierwszy z elementów kosztów rocznych wcho­dzą koszty kapitałowe (rozszerzonej reprodukcji), które można określić ze wzoru:

K_n = Ki(r + s) [zł/rok], (2.2.7/4)

kwiecień 2007

kwiecień 2007

I Część 2, rozdział 2, podrozdział 7, str. 6 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

AjQj - straty mocy biernej stanu jałowego, A^obcS ~ szczytowe, obciążeniowe straty mocy

czynnej, A<2pbcS " szczytowe, obciążeniowe straty mocy

biernej.

Roczne straty energii elektrycznej wyznacza się ze wzoru:

AA = AA_} + AA_obc = = (APj + k_e ■ AQ_}) ■ T_T + (AP_obcS + k_c ■ A0_obcS) • t_s, ⁽²-²"^7/8)

gdzie:

AAj - straty jałowe, AA_obc - straty obciążeniowe, T_r - czas pracy urządzenia, w h/rok, Ts - czas trwania maksymalnych strat obcią­żeniowych, w h/rok.

Sposób wyznaczenia czasu maksymalnych strat obciążeniowych t_s podany jest w rozdziale 2.2.4.

Przy porównywaniu wariantów o różnej pewności zasilania (np. zasilanie jednostronne lub dwustronne) należy od obliczeń ekonomicznych wprowadzić nie­zawodność zasilania. Polega to na uwzględnieniu w analizie kosztów zawodności zasilania, czyli war­tości oczekiwanych strat, powstających u odbiorców w wyniku powstania zakłóceń w ruchu, spowodo­wanych przerwami w dostawie energii elektrycznej lub jej ograniczeniem.

koszt zawodności Prawdopodobny przybliżony koszt zawodności, czyli koszt roczny niedostarczonej energii elektrycz­nej, można obliczyć posługując się wzorem:

Część 2, rozdział 2, podrozdział 7, str. 4 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

gdzie:

K\ - koszt inwestycyjny w zł,

r - stopa dyskontowa, dla obiektów sieciowych

r = 0,08, s - średnia stawka amortyzacji.

Średnia stawka amortyzacji dla obiektów siecio­wych wynosi od 0,006 do 0,037 i zależy od długości okresu eksploatacji danego urządzenia. Drugim skład­nikiem kosztów rocznych jest koszt eksploatacyjny stały, na który składają się:

koszt eksploatacyjny 1) koszty robocizny,

2. koszty remontów,

3. koszty ogólne (administracyjne).

Koszty stałe można przedstawić jako sumę skład­ników proporcjonalnych do nakładów inwestycyj­nych K{.

K_cs = K_p + K_k + K₀- K_{(k_p + k_k + k₀) = K_{ ■ k_es, (2.2.7/5)

gdzie:

K_p = K\ • /c_p - koszt robocizny,

K_k = K\ ■ k_k - koszt utrzymania (remontów),

K₀ = K\- k_Q- koszty ogólne bieżące,

k_p - współczynnik kosztów robocizny,

k_k - współczynnik kosztów remontów,

k_Q - współczynnik kosztów ogólnych.

Dla obiektów sieciowych łączny współczynnik kosz­tów stałych k_cs zawiera się w przedziale od 0,053 do 0,085.

kwiecień 2007

kwiecień 2007

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA ] Część 2, rozdział 2, podrozdział 8, str. 1

sieci, INSTALACJE i urządzenia 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

2.2.8. OPTYMALIZACJA STRUKTUR

ELEKTROENERGETYCZNYCH UKŁADÓW SIECIOWYCH

Przy projektowaniu sieci elektroenergetycznych należy dążyć do wyboru optymalnych struktur ukła­dów sieciowych, uwzględniających zarówno naj­odpowiedniejsze konfiguracje sieci, jak i dobór podstawowych parametrów urządzeń stanowią­cych wyposażenie sieci.

Szczególnie przy projektowaniu złożonych zadań projektowych tradycyjny sposób projektowania, nawet przy dużym doświadczeniu projektanta, może prowadzić do pominięcia najlepszego rozwiązania.

Z tego powodu od wielu lat rozwija się metody optymalizacja sieci optymalizacji sieci oparte na modelach matema­tycznych, które przy uwzględnieniu techniki kom­puterowej prowadzą do uzyskania rozwiązań opty­malnych lub zbliżonych do optymalnych. Problem optymalizacji struktury sieci elektroenergetycznych przedstawia się jako zadanie minimalizacji funkcji celu:

min F(x) (2.2.8/1)

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA | Część 2, rozdział 2, podrozdział 7, str. 7

SIECI, INSTALACJE i URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

K_a = k_&-A_& = k_a-P_k-T_&, (2.2.7/9)

gdzie:

K -jednostkowy koszt niedostarczonej energii

elektrycznej, zł/(kW-h), A_a - ilość energii czynnej, która prawdopodobnie

nie zostanie dostarczona w ciągu roku, kW-h, P§_r - średnia moc roczna dostarczana przez układ

zasilania, kW, T._d - przewidywany czas przerw w dostawie energii

w ciągu roku, h/rok.

Wzór (2.2.7/9) odnosi się tylko do zakłóceń powo­dujących całkowite przerwanie dostawy energii. Zastosowanie wzoru w przypadku ograniczenia mocy daje zawyżenie kosztów.

Koszt jednostkowy niedostarczonej energii elek­trycznej ka jest rożny dla różnych branż przemysłu i rodzajów produkcji. Istotne znaczenie ma rów­nież zależność omawianego kosztu od czasu trwa­nia przerwy w zasilaniu.

Dotychczas nie zostały opracowane w kraju śred­nie wskaźniki kosztów strat produkcyjnych dla danego typu produkcji, dlatego należy szacować je indywidualnie dla poszczególnych przypadków.

Przewidywany czas przerw w dostawie energii przerwy w dostawie
w ciągu roku można określić ze wzoru: energii

T, = q_u-T_r, (2.2.7/10)

kwiecień 2007

kwiecień 2007

warunki ograniczające

I Część 2, rozdział 2, podrozdział 8."str. 2 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE i URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Przy spełnieniu pewnych warunków ograniczają­cych:

Gi(x) ^ a\ dla i = l, 2, m. (2.2.8/2)

W powyższym zapisie „x" jest wektorem zmien­nych decyzyjnych, czyli parametrów, które w kon­kretnym problemie projektowym mogą przyj­mować różne wartości. Z kolei F(x) jest optymali­zowaną funkcją odzwierciedlającą jakość projektu. Celem projektowania jest określenie wartości zmien­nych decyzyjnych, dających w efekcie najlepsze rozwiązanie struktury sieci.

Każda wartość wektora x spełniająca ograniczenia techniczne określone zależnością (2.2.8/2) jest rozwiązaniem dopuszczalnym. Zadanie optymali­zacji sprowadza się do wyboru - w zbiorze rozwią­zań dopuszczalnych - rozwiązania, dla którego F(x) osiąga minimum.

Jako warunki ograniczające w odniesieniu do obiek­tów sieciowych przyjmuje się:

1. zachowanie I prawa Kirchhoffa dla każdego węzła odbioru;

2. nieprzekroczenie dopuszczalnej obciążalności prądowej poszczególnych odcinków sieci;

3. nieprzekroczenie dopuszczalnych spadków napięcia;

4. dotrzymanie odpowiedniego przekroju odcinków sieci ze względów zwarciowych lub mechanicz­nych.

Część 2, rozdział 2, podrozdział 7, sir. 8 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

gdzie:

q_u - współczynnik awaryjności (zawodności) układu,

T_r - czas pracy urządzenia w ciągu roku.

Współczynnik awaryjności układu zależy od współ­czynników niezawodności poszczególnych elemen­tów układu oraz od ich wzajemnego powiązania. Sposób wyznaczenia współczynnika zawodności dla układów sieciowych o różnej strukturze podano w rozdz. 2.2.5.

W literaturze specjalistycznej do porównywania ekonomicznego różnych rozwiązań technicznych stosowane są metody statyczne i dynamiczne, wy­korzystujące rachunek dyskonta.

W metodach statycznych nie uwzględnia się wpływu czasu na wyniki ekonomiczne, w związku z czym metody te wykorzystywane są jedynie do wstęp­nego wyboru wariantów.

Znacznie bardziej przydatne w odniesieniu do elek­troenergetyki są metody dynamiczne, a spośród nich metoda równoważnego kosztu rocznego, pole­gająca na przyjęciu minimalnego kosztu rocznego, jako kryterium wyboru optymalnego pod wzglę­dem ekonomicznym rozwiązania technicznego.

kwiecień 2007

kwiecień 2007

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA [ Część 2, rozdział 2, podrozdział 8, str. 1

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

2.2.8. OPTYMALIZACJA STRUKTUR

ELEKTROENERGETYCZNYCH UKŁADÓW SIECIOWYCH

Przy projektowaniu sieci elektroenergetycznych należy dążyć do wyboru optymalnych struktur ukła­dów sieciowych, uwzględniających zarówno naj­odpowiedniejsze konfiguracje sieci, jak i dobór podstawowych parametrów urządzeń stanowią­cych wyposażenie sieci.

Szczególnie przy projektowaniu złożonych zadań projektowych tradycyjny sposób projektowania, nawet przy dużym doświadczeniu projektanta, może prowadzić do pominięcia najlepszego rozwiązania.

Z tego powodu od wielu lat rozwija się metody optymalizacja sieci optymalizacji sieci oparte na modelach matema­tycznych, które przy uwzględnieniu techniki kom­puterowej prowadzą do uzyskania rozwiązań opty­malnych lub zbliżonych do optymalnych. Problem optymalizacji struktury sieci elektroenergetycznych przedstawia się jako zadanie minimalizacji funkcji celu:

minF(x) (2.2.8/1)

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA [ Część 2, rozdział 2, podrozdział 7, str. 7 |

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 2.2. Zasady obliczeń sieciowych

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

K, = k,_x ■ A_a = k_a ■ P_k ■ T_a, (2.2.7/9)

gdzie:

k_& -jednostkowy koszt niedostarczonej energii

elektrycznej, zł/(kW-h), A_& — ilość energii czynnej, która prawdopodobnie

nie zostanie dostarczona w ciągu roku, kW-h, P§_r - średnia moc roczna dostarczana przez układ

zasilania, kW, T._d - przewidywany czas przerw w dostawie energii

w ciągu roku, h/rok.

Wzór (2.2.7/9) odnosi się tylko do zakłóceń powo­dujących całkowite przerwanie dostawy energii. Zastosowanie wzoru w przypadku ograniczenia mocy daje zawyżenie kosztów.

Koszt jednostkowy niedostarczonej energii elek­trycznej ka jest rożny dla różnych branż przemysłu i rodzajów produkcji. Istotne znaczenie ma rów­nież zależność omawianego kosztu od czasu trwa­nia przerwy w zasilaniu.

Dotychczas nie zostały opracowane w kraju śred­nie wskaźniki kosztów strat produkcyjnych dla danego typu produkcji, dlatego należy szacować je indywidualnie dla poszczególnych przypadków.

Przewidywany czas przerw w dostawie energii przerwy w dostawie
w ciągu roku można określić ze wzoru: energii

T_a = q_n-T_r, (2.2.7/10)

kwiecień 2007

kwiecień 2007

1 Część 2, rozdział 2, podrozdział 8, str. 4 | SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

2.2. Zasady obliczeń sieciowych SIECI, INSTALACJE i URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Nową klasę metod heurystycznych służących do optymalizacji struktur sieci elektroenergetycznych tworzy się w oparciu o metody sztucznej inteligencji. Do tej grupy należą metody:

1. termodynamiczna - symulowanego wyżarzania - SW (ang. Simulated Annealing - SA);

2. algorytmów genetycznych - AG (ang. Genetic Algorithm - GA);

3. sztucznych sieci neuronowych - SSN (ang. Arti-fical Neural Network - ANN);

4. systemów ekspertowych, (ang. Expert Systems).

Stosowanie tych metod do optymalizacji struktur sieci elektroenergetycznych umożliwia uzyskanie rozwiązania najlepszego dla przejętej funkcji celu.

Przykłady zastosowań metod programowania mate­matycznego oraz metod heurystycznych do projek­towania struktur różnych układów sieci elektroener­getycznych podane są w [5].

kwiecień 2007

SIECI WYSOKIEGO NAPIĘCIA

Część 2, rozdział 2, podrozdział 8, sir. 3

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

2.2. Zasady obliczeń sieciowych

Z reguły przy projektowaniu sieci elektroenerge­tycznych optymalizowaną funkcją celu są koszty sieci (roczne lub zdyskontowane), związane z bu­dową i eksploatacją danej sieci, na które składają się: koszty stałe, koszty eksploatacyjne zmienne i koszty strat gospodarczych, wynikające z zawodności sieci.

Do optymalizacji struktur sieci elektroenergetycz­nych zastosowanie mają metody programowania matematycznego i metody heurystyczne. Mniejsze znaczenie w praktyce odgrywają metody analityczne (służące do rozwiązywania zadań o małej liczbie elementów lub o niewielkim zróżnicowaniu) oraz metody statystyczne (mające zastosowanie głównie do obliczeń sieci modelowych).

Metody programowania matematycznego sprowa­dzają się w praktyce do przeglądu zbiorów rozwią­zań dopuszczalnych. Metody te charakteryzują się znaczną złożonością obliczeniową. W tej grupie metod do rozwiązania problemów optymalizacji sieci stosuje się metody programowania dynamicznego oraz metodę podziału i ograniczeń. Metody te poz­walają na wyznaczenie optimum globalnego bada­nego problemu.

metody

programowania

matematycznego

Metody henry styczne charakteryzują się mniejszą złożonością obliczeniową. Metody te pozwalają na otrzymanie wyników w krótszym czasie (w porów­naniu do czasu obliczeń z wykorzystaniem metod programowania matematycznego), ale rozwiązania otrzymane z ich pomocą stanowią minimum lokalne danego problemu.

metody heurystyczne

kwiecień 2007

DOKUMENTACJA TECHNICZNA fczęść 4, rozdział 4, podrozdział 4.2, str. 3

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 4.4. Projektowanie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

3) spełnienie wymagań w zakresie ochrony środo­wiska, określonych w odrębnych przepisach itd.

Projektant linii powinien, wspólnie z operatorem systemu przesyłowego odpowiedzialnego za bezpie­czeństwo dostarczania energii elektrycznej i pro­wadzenie ruchu sieciowego w sieci przesyłowej, uzgodnić w szczegółach zarówno projekt wstępny (podstawowy), jak i projekt techniczny stanowiący ostatnie stadium dokumentacji projektowej, opraco­wany na podstawie zatwierdzonego przez inwestora projektu wstępnego.

Projekt techniczny sporządza się w celu określenia wszystkich szczegółów budowy linii, uzupełnia wykazem koniecznej aparatury, urządzeń, wykona­nia prefabrykatów, prowadzenia robót budowlano--montażowych oraz prac pomiarowych koniecz­nych dla włączenia linii do wspólnej sieci.

Projekt techniczny powinien zawierać zbiór szcze­gółów organizacyjnych dla wykonawców inwestycji, ustalający jednoznacznie zakres, metody i sposób prawidłowego wykonania wszystkich robót, dostaw aparatów i elementów linii, sposób ich montowania. W projekcie technicznym należy jednoznacznie określić koszt budowy linii, uzupełniając koszty określone w projekcie wstępnym.

DOKUMENTACJA TECHNICZNA Ic^ęść 4, rozdział 4, podrozdział 4.2, str. 1 l

SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA 4.4. Projektowanie

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

4.4.4.2. Projektowanie linii elektroenergetycznych WN

Projektant linii WN powinien przewidywać:

1. maksymalne długotrwałe obciążenie linii w pracy normalnej i zakłóceniowej systemu. Obciążenie nie powinno przekraczać wartości dopuszczal­nych, które wynikają z aktualnych, podawanych przez jednostki naukowo-badawcze, warunków doboru przewodów i kabli do obciążeń prądem elektrycznym; warunki te mogą wynikać z obli­gatoryjnych norm, zgodnie z Ustawą o normali­zacji w Polsce normy są przeznaczone do dowol­nego stosowania, o ile nie są powołane w akcie prawnym, lub przepisów (obecnie brak szeregu danych);

2. dopuszczalne maksymalne napięcie robocze w stanach normalnych i zakłóceniowych nie może przekraczać dopuszczalnych wartości dla danego napięcia sieci np. dla sieci 220 kV dopuszczalna wartość nie powinna przekraczać 245 kV;

3. w koncepcji perspektywicznej i w założeniach programowych rozwoju sieci najwyższych napięć należy wykonać obliczenia mocy i prądów zwar­ciowych. Poziom dopuszczalnych wartości zwar­ciowych jest zawarty w instrukcjach eksploatacji lub instrukcjach fabrycznych.

kwiecień 2006

kwiecień 2006

1 Część 4, rozdział 4, podrozdział 4.2, s^4\ DOKUMENTACJA TECHNICZNA

4.4. Projektowanie sieci, instalacje i urządzenia

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

| Część 4, rozdział 4, podrozdział 4.2, str. 2~| DOKUMENTACJA TECHNICZNA

4 4 Projektowanie SIECI, INSTALACJE I URZĄDZENIA

ELEKTROENERGETYCZNE O NAPIĘCIU POWYŻEJ 1 kV

Sposoby obniżenia występujących mocy zwarcio­wych powinny być ustalone w instrukcjach eksploa­tacji linii najwyższych napięć. Jeżeli zachodzi ko­nieczność przekroczenia zadanych wartości poziomu mocy zwarciowych np. w linii 110 kV, to fakt ten musi być szczegółowo uzasadniony w projekcie technicznym przez dokonanie obliczeń prądu zwar­ciowego.

Obliczenia prądów zwarciowych należy przepro­wadzić dla układów pracującymi ze wszystkimi elementami przesyłowymi i prądotwórczymi. Jeżeli z obliczeń wynika konieczność wymiany aparatury istniejącej, należy przeprowadzić analizę różnych układów pracy sieci na złagodzenie warunków zwarciowych.

Pewność pracy układu, dobór podstawowych urzą­dzeń, poziomy napięć, warunki zwarciowe w pro­jekcie technicznym stanowią podstawowe kryteria oceny ważności zadań inwestycyjnych.

W przypadku braku dokładnych danych w wymie­nionym powyżej zakresie prac projektowych należy się spodziewać, że projektowana linia, jako fragment inwestycji sieciowych, nie dotrzyma wymagań uzasadnionych dla prawidłowej eksploatacji sieci.

Zgodnie z art. 7a ustawy [2] sieci muszą spełniać wy­magania techniczne i eksploatacyjne zapewniające:

1. bezpieczeństwo funkcjonowania systemu elek­troenergetycznego,

2. zabezpieczenie systemu energetycznego przed uszkodzeniami spowodowanymi niewłaściwą pracą sieci,

kwiecień 2006

kwiecień 2006

---