Cap 5 PROCEDEE DE TRATARE AN EUTRULUI RETELELOR ELECTRICE by 03UzMgq

VIEWS: 349 PAGES: 13

									            TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

                                PROCEDEE DE TRATARE
                      A NEUTRULUI RETELELOR ELECTRICE
                                       Studii de caz

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

    Reţea cu neutrul izolat = o reţea al cărei neutru nu are nici o legătură special făcută cu
    pământul.
    Reţea compensată prin bobină de stingere = o reţea al cărei neutru este legat la pământ
    printr-o bobină a cărei reactanţă are o astfel de valoare încât, la o punere la pământ,
    curentul inductiv de frecvenţă industrială care circulă între punctul de defect şi
    bobină, neutralizează practic componenta capacitivă la frecvenţa reţelei a curentului
    de defect.
    Reţea cu neutrul legat la pământ = o reţea al cărui neutru este legat direct la pământ (sau
    printr-o impedanţă de valoare mică, care reduce oscilaţiile tranzitorii şi permite
    trecerea unui curent suficient de mare pentru a asigura selectivitatea protecţiei).
                                                Tabelul 2.1. Modul de tratare a neutrului
                                                                           Neutrul pus la
                                          Neutrul
                         Neutrul                            Neutrul pus    pământ      prin
   Caracteristici                       compensat cu
                          izolat                          direct la pământ rezistenţa    de
                                           bobină
                                                                           valoare mică
Arcul provocat de
                                Se autostinge                   Se lichidează prin RAR
punerea la pământ
  Arc intermitent        Posibil                           Nu este posibil
Punere la pământ       Reţeaua poate fi exploatată cu       Protecţia deconectează automat
     de durată              punerea la pământ                          faza defectă
Lichidarea punerii       Este necesară o protecţie         Se realizează cu sisteme uzuale de
     la pământ              selectivă complexă                           protecţie
   Supratensiuni                                                1,8Uf         (1,8-2,5)Uf
   tranzitorii de                   2,5U f                 în punctul de     în punctul de
punere la pământ                                                defect        defect
 Supratensiuni de
       durată                       3U f                       0,8Uf        (0,8-1,1)Uf
 Influenţa asupra
     liniilor de                Neînsemnată                 Foarte mare      Redusă
  telecomunicaţii
                       Deosebit de
 Întinderea reţelei                       Limitată               Practic fără restricţie
                        limitată

Tratarea neutrului poate fi apreciată şi prin valoarea curenţilor de punere la pământ
                                                                        (1)
exprimată prin raportul dintre curentul monofazat de punere la pământ I sc şi curentul trifazat
                  (3)
de scurtcircuit I sc :




                                                1
                TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

       (1
      Isc)
              0,25      reţele cu curenţi mici de punere la pământ;
       (3
      Isc)
        (1
      I sc)
              (0,25; 1) reţele cu curenţi mari de punere la pământ;
        (3
      I sc)
          I (1)
   şi la sc  1 reţele cu curenţi foarte mari de punere la pământ.
           (3
         I sc)
Modul de tratare a neutrului generatoarelor se rezolvă în funcţie de schema de conexiune a
generatoarelor:
 generatoare bloc cu transformatoare ridicătoare;
 generatoare cu sisteme de bare la tensiunea de producere;
 generatoare debitând direct pe reţele la consumatori.

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

        2.1. Sisteme electrice cu neutrul izolat
a) Funcţionarea normală a unei reţele cu neutrul izolat ca şi diagrama fazorială
     corespunzătoare unei funcţionări cu sarcini simetrice este indicată în fig. 2.4.
În regim de avarie, când una din faze este este pusă la pământ (fig. 4.5):
-     tensiunea dintre faze şi curenţii de sarcină nu sunt afectaţi;
-     tensiunea fazelor sănătoase creşte cu 3 ;
-     tensiunea pe faza avariată devine zero (s-a presupus rezistenţa arcului R = 0).

Curenţii capacitivi nu mai sunt simetrici, curentul capacitiv rezultant diferă de zero,
închizându-se prin arcul punerii la pământ. Curentul de punere la pământ este:
       I p  I c  3 jU f C p [A]                                              (2.2)

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

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

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

                        
U f  U max  U f  Vn k1 (1  d )                                                     (2.7)
unde:
k1- complementul coeficientului de cuplaj;




                                                  2
               TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

          Cp
k1 
        Cp  Cm
Cp – capacitatea faţă de pământ a fazelor, F;
Cm – capacitatea dintre faze, F;

Vn- tensiunea de deplasare a neutrului;
                    2
                1  k1 (1  d)
Vn  a  U f       3
                   2
               1  k1  (1  d)
                   3
a = 0,9 factorul de reducere;
e t  1  d reprezintă atenuarea (dată de pierderile în reţea) şi are valoarea maximă de:
     0,96 pentru reţelele în cablu;
     0,7-0,75 pentru linii electrice aeriene.

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

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

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

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

               1  1  k12 sin 2 2
        U2                                                                               (2.11)
                  2k12  cos 2 
unde:
                    q
         k1  1 
                    Q
               1
        q        - puterea capacitivă a schemei de secvenţă homopolară pentru Un=1;
               x0
                          1
                     Q       - puterea reactivă a secvenţei pasive, privită din punctul de
                         x1
                     defect când se aplică tensiune Un = 1;
        -          unghiul între tensiunea electromotoare şi tensiunea în punctul unde s-a
                    produs defectul.

        Analiza expresiei (2.11) conduce la următoarele concluzii:



                                                 3
            TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

    Amplitudinea supratensiunii prelungite creşte, dacă consumul de energie
     reactivă a sarcinii scade.
    Creşterea puterii sursei duce la reducerea supratensiunilor prelungite,
     deoarece Q scade.
    Extindeea reţelei are ca efect creşterea supratensiunilor, deoarece q se
     măreşte iar k1 scade.
    Supratensiunile sunt cu atât mai mari cu cât tensiunea nominală a reţelei este
     mai mare.

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

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

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

       2.2. Sisteme electrice cu neutrul tratat
a) Bobinele de stingere (compensare) au rolul de a compensa curentul capacitiv de punere la
pământ, astfel încât curentul produs la locul de punere la pământ să fie cât mai mic.
Reactanţa bobinei este reglabilă.
Curentul la locul de punere la pământ I p :
                                      1 
       I p  I L  I C  jU f  3C      [A]
                                     L 
Compensarea se face de regulă cu un dezacord de (10-15) în sensul supracompensării (IL
 IC).


Gradul de dezacord “” al bobinei de compensare se exprimă prin valoarea
curentului capacitiv al reţelei:
          I I
         C L  (1  k )
            IC
Gradul de acord “k” bobinei de compensare se exprimă prin valoarea curentului de
compensare al bobinei de stingere:
    I
k L
    IC
b) Prezenţa bobinei de compensare favorizează stingerea arcului electric şi reduce
supratensiunile provocate de eventuala pulsare a arcului.
c) d) Tensiunea de deplasare a neutrului şi curentul ce trece în acest caz prin locul de defect
se determină pe cale analitică pentru sistemele cu neutrul compensat când punerea la
pământ are loc printr-un arc de rezistenţă, Rarc  0 şi respectiv dacă punerea la pământ
este netă: Rarc = 0 coeficientul suplimentar de amortizare dp   .


                                              4
            TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

e) Conform normativelor tratarea neutrului prin bobine de stingere se face cu o
supracompensare de până la 10, astfel încât curenţii de punere la pământ să
nu depăşească valorile de 10 A.
f) Bobinele de compensare asigură stingerea arcului electric prin:
 reducerea curentului de punere la pământ Ip;
 reducerea vitezei de creştere a tensiunii de restabilire, după trecerea curentului
  prin zero.
Sub acest aspect este indicat ca, gradul de dezacordare ”v” să nu depăşească (5-
10).
g) Bobinele de stingere în stare de funcţionare reprezintă o sarcină inductivă pentru
transformatorul la neutrul căruia urmează să fie conectate. Pentru alegerea punctului
neutru la care urmează să se conecteze bobina de compensare trebuie să se ţină seama de o
serie de aspecte legate de conexiunile transformatoarelor.

h) Tratarea neutrului reţelelor electrice prin impedanţe de valori reduse se face:
       1. Prin montare de bobine de reactanţă în neutrul tansformatoarelor, în cazul
                                                     I (1)   
curenţilor foarte mari de punere la pământ  sc )  1 când se urmăreşte în special
                                                     I (3 
                                                     sc   
reducerea acestora;
       2. Prin montarea de rezistenţe active în neutrul transformatorului, în vederea
reducerii sensibile a supratensiunilor de pe fazele sănătoase.

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

c) Influenţele reţelelor de energie electrică asupra reţelelor de telecomunicaţie pot fi:
        - influenţe electrice, numite şi influenţe prin cuplaj capacitiv, specifice funcţionării
normale a liniilor electrice cu nulul izolat (sunt de regulă neglijabile);
      - influenţe magnetice, numite influenţe prin cuplaj inductiv caracteristice
regimurilor nesimetrice create de scurtcircuite monofazate şi bifazate (cele mai
importante);
      - influenţe cauzate de apariţia unor legături conductive prin sol, cunoscute
sub denumirea de influenţe prin cuplaj rezistiv.
d) În cazul scurgerii curenţilor prin pământ se pune problema limitării tensiunii de
atingere şi a tensiunii de pas prin dimensionarea corectă a rezistenţei de punere
la pământ.




                                               5
          TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

                   SISTEME ELECTRICE CU NEUTRUL IZOLAT
                                  3.1 STUDII DE CAZ

3.1.1.
Date iniţiale:
     linie de 35 kV, cu lungimea de L=30 km;
     funcţionare într-un sistem cu neutrul izolat;
     punere la pământ a fazei C;
     linia este confecţionată din conductor de OL-Al-120 mm2,                 s  120mm2 ;
     faze dispuse orizontal d12=d23=d31=4320 mm;
     linia funcţionează fără fir de gardă.
Mărimi calculate:
       curentul de punere la pământ;
       tensiunea maximă a neutrului;
       supratensiunea fazelor sănătoase.

REGIM DE AVARIE (Faza C este pusă la pământ)

                                                                                      A




                                                                        B

                                               I 'CB      I 'CA

                                                                                      C
                         IC
                                               CC         CB           CA=Cp




                                              a)


                                      IC      UA

                                               I 'CB

                              I 'CA                 ICB

                                      ICA
                                            U 'C
                                                   ICC
                        UC                                        UB

                                              b)
                                              6
                      TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

                   Reţele cu neutrul izolat în regim de avarie (faza C pusă la pământ)
                                a) schema reţelei; b) diagrama fazorială.
                '
              I CB  I CB  I CC
                '
              I CA  I CA  I CC
                '       '
      I C  I CB  I CA
unde: U AB , U BC , U CA
      I SA , I SB , I SC                    nu sunt afectate: tensiunile de linie şi curenţii de sarcină

                              UA
faze sănătoase: U B
                               UC  0
             R=0 (rezistenţa arcului electric)
              Curentul capacitiv de punere la pământ

I   p    I c  3 j C p  L  U f  3 j  2    f  C p  L  U f 
                                               35 10 3
 3 j  2    50  0,00551210 6  30                  3,15 A
                                                    3
unde:
Uf [V]= tensiunea pe fază a reţelei;
Cp[F] = capacitatea faţă de pământ a unei faze a reţelei (dintre fază şi pământ);

C p  C A  C B  CC  (0,6....0,7)  C s  0,65  0,00848  10 6  0,005512  10 6 F/km
Cs= capacitatea de serviciu a liniei:
      2 0  2  8,84  10 6
Cs                                             0,00848  10  6 F/km
              d                    4320
            ln m              ln
               r0                   6,2
dm= distanţa medie geometrică a distanţelor între faze:
d m  3 d12  d 23  d 31  3 4320  4320  4320  4320 mm


                                                            3000             3000


                                                          4243                 4243



                                                             3000            3000
r0= raza exterioară a conductorului liniei:
           d 12,36
r0                6,2 mm
           2   2
d= diametrul conductorului liniei:

                                                                         7
                  TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

d 2                          4s         4  120
         s d                                      12,36 mm
  4                         
          Tensiunea maximă a neutrului sau tensiunea de deplasare a neutrului

                  2                               2
                1  k1 (1  d )               1   0,85  0,75
                  3                               3                                     35  103
Vn  a  U f                     0,9  U f                          2,07  U f  2.07           41,83 kV
                2                               2                                            3
             1  k1  a(1  d )             1   0,85  0,9  0,75
                3                               3
unde:

a=0,9 - factor de reducere;
k1= complementul coeficientului de cuplaj:
          Cp                      0,00551210 6
k1                                                            0,85
       C p  Cm       0,00551210 6  0,000975210 6
Cm= capacitatea mutuală dintre faze:
Cm  (0,10...0,13)  Cs  0,115  0,00848  106  0,0009752 106 F/km
1-d= factor de amortizare (atenuare) a oscilaţiilor, datorită pierderilor în reţea
(1-d= 0,7...0,75 pentru LEA (linii electrice aeriene))
       Supratensiunea fazelor sănătoase
Varianta I
                                                                35
U max  U f  Vn  U f  2,07 U f  3,07  U f  3,07                62,04 kV
                                                                  3
Varianta II
Conform Fig. 3.4 a) Variaţia raportului dintre amplitudinea supratensiunii pe fazele
                                                                          Cp
sănătoase şi tensiunea pe fază, funcţie de                                        (1  d ) după   W. Petersen
                                                                      C p  Cm

                             Cp
         k1  (1  d )               (1  d )
                           C p  Cm                      0,3          0,4        0,5       0,6       0,7    0,8    0,9   1
                      U s max
                        Uf                                -       2,67             3       3,5       4,17   4,83   6     7,5



                                  U max
               k1(1-d)
                                   Uf
   y1 =              0,6             3,5          = x1
   y2 =              0,7            4,17          = x2

                                                 U s max
Prin interpolare liniară                                 k1 (1  d )  0,85  0,75  0,6375 .
                                                  Uf
            ( y  y1 )( x2  x1 )
x  x1 
                  y 2  y1
U smax                                                  35
        3,5  0,25  3,75  U sma  3,75 U f  3,75      75,77 kV
 Uf                                                      3


                                                                      8
                  TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

Concluzii
Calculul s-a efectuat conform formulelor lui W. Petersen care dau valori
acoperitoare (mai mari decât cele obţinute conform lui N.N. Beliakov şi decât cele
care apar în realitate).
3.1.2.
Date iniţiale:
    Schema sistemului electric din figură.
Mărimi calculate:
   Tensiunile ce apar pe fazele sănătoase la un scurtcircuit monofazat pe barele
         staţiei B.


                                       A                             B

                                                                                                                a)
     Sg=100 MVA           ST=100 MVA           x1=0,42 /km
                          usc=12%              l=100 km               ST=40 MVA
        '
     x 'd  0,2                                x0=2x1                 usc=10%
     x2=0,15                                   UL=230 kV

                                                 Schema reală

                                                                                               b)             x1  0,4
       1                      2                         3
      0, 2                  0,12                      0,08                              Schema de calcul de
                                                                                          secvenţă directă


Metoda de calcul utilizată: metoda unităţilor relative
   foloseşte exprimarea impedanţelor (reactanţelor) schemei de calcul în unităţi relative
    o Se aleg mărimile de bază:
Sb=100 MVA (puterea de bază pe o fază)
Ub=230 kV (tensiunea de bază – tensiunea medie de linie la locul scurtcircuitului)
    o Calculul impedanţelor (reactanţelor) în unităţi relative:
               '
             x d' [%] S b         100
x1  X g 
       *
                          0,2       0,2
              100 S g             100

   '
x 'd  reactanţa supratranzitorie longitudinală;

                                                                 x d'  19,5%
                                                                   '
(pentru turbogeneratoare               100 MVA  S  300 MVA                                               );
                                                                 t.e.m.supratranzitorie E " [u.r.]  1,08



                                                       9
               TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

                          u sc [%] S b   12 100
       x2  X T 
              *
                                              0,12
                            100 S nT 100 100

                                Sb                     100
       x3  X l*  x1  l      2
                                      0,42 100               0,79  0,08
                               Ub                     2302

   o Reactanţa totală se obţine pe baza unor transformări şi transfigurări serie-
       paralel succesive:
        x1  0,2  0,12  0,08  0,4

                                                                                                       c)        x 2  0,35
             4                           2                                       3
                                                                                                            Schema de calcul de
           0,15                        0,12                                    0,08                           secvenţă inversă
               x 2 [%] S b   15 100
       Xg 
        *
                                  0,15
                100 S g 100 100


        x 2  0,15  0,12  0,08  0,35

                                                                                                  d)           x 0  0,13
                       2                                          5                          6
                                                                                                         Schema de calcul de
                     0,12                                       0,16                       0,25
                                                                                                        secvenţă homopolară


                          Sb                  Sb                       100
       X l*  x 0  l     2
                                2 x1  l     2
                                                    2  0,42 100            0,158  0,16
                          Ub                  Ub                       2302

               x sc [%] S b   10 100
       XT 
        *
                                   0,25
                 100 S nT 100 40

                                         0,12                     0,16



                                                       0,25

                   (0,12  0,16 )  0,25
        x0                              0,13
                   0,12  0,16  0,25

Conform schemelor de calcul din fig. b, c şi d au rezultat reactanţele raportate la puterea
nominală a sursei, reduse faţă de locul de scurtcircuit.
Considerând rezistenţa arcului zero (R=0), la un scurtcircuit monofazat                                                 

supratensiunile pe fazele sănătoase:




                                                                         10
             TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE

                          2                2
                         x0  x0  x 2  x 2          230       0,13 2  0,13  0,35  0,35 2
 U A  U B  3 U f                             3                                           0,845  U f  112 ,34 kV
                          x0  x2  x1                 3            0,13  0,35  0,4
 Valoarea obţinută se încadrează în datele din tabelul 3.1.

                          MODUL DE TRATARE A NEUTRULUI
           CARACTERISTICI                             NEUTRUL IZOLAT
Arcul provocat de punerea la pământ    Se autostinge
Arc intermitent                        Posibil
Punerea la pământ de durată            Reţeaua poate fi exploatată cu punerea la pământ
Lichidarea punerii la pământ           Este necesară o protecţie selectivă complexă
Supratensiuni tranzitorii de punere la                        2,5 Uf
pământ
Supratensiuni de durată                                      3  Uf
Influenţa      asupra     liniilor  de                    Neînsemnată
telecomunicaţii
Intinderea reţelei                                    Deosebit de limitată

 Tensiunea dintre fazele sănătoase:
                    x0  2 x 2       230 0,13  2  0,35
 U AB  3  U f                  3                       1,63  U f  216 ,7 kV
                  x0  x 2  x1        3 0,13  0,35  0,4

        ALGORITM ŞI PROGRAM DE CALCUL ÎN LIMBAJUL VISUAL BASIC PENTRU
                                           STUDII DE CAZ


                                                                                            Denumirea
                                                                                            problemei

                                                                                             zone pentru
                                                                                             introducerea datelor
                                                                                             initiale



                                                                                              buton pentru
                                                                                             calcul

                                                                                           Datele
                                                                                           calculate




                                                      11
TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE




                  12
TRATAREA NEUTRULUI REŢELELOR ELECTRICE




                  13

								
To top