Alajaamade konspekt (2)

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL
Elektroenergeetika instituut
ALAJAAMAD AEK3025
5,0 AP 6 4-1-1 E K
(eeldusaine AES3045 "Elektrivõrgud")
TALLINN
2008 Loengukursus AEK 3025 ii Rein Oidram _____________________________________________________________________
SISUKORD
1. Sissejuhatus
2. Alajaama struktuur ja side elektrivõrguga
2.1. Alajaama põhitüübid
2.2. Alajaamade talitlustingimused
2.3. Elektrijaamade sidumine elektrivõrguga.
3. Alajaama põhiseadmed
3.1. Trafo ja autotrafo
3.1.1. Trafode ja autotrafode kasutamine elektrisüsteemis 3.1.2. Trafo soojuslik talitlus
3.1.3. Trafo isolatsiooni kulumine ja koormusvõime
3.1.4. Trafole lubatavad ülekoormused
3.1.5. Elektrivõrgu neutraali ühendamine maaga
3.1.5.1. Isoleeritud neutraaliga elektrivõrk
3.1.5.2. Resonantsmaandatud elektrivõrk
3.1.5.3. Jäikmaandatud neutraaliga elektrivõrk
3.2. Sünkroonkompensaator
3.3. Kondensaatorpatarei
4. Alajaama kommutatsiooniseadmed
4.1. Võimsuslüliti
4.1.1. Elektrikaar ja elektrikaare kustutamine
4.1.2. Võimsuslülitite põhitüübid
4.1.3. Võimsuslülitite valik
4.2. Koormuslüliti
4.3. Kaarekustutuskambrita kommutatsiooniaparaadid
4.4. Sulavkaitse
4.4.1. Sulavkaitsme tööpõhimõte
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 iii Rein Oidram _____________________________________________________________________ 4.4.2. Sulavkaitsmete tüübid
4.4.3. Radiaalvõrgu selektiivne kaitse sulavkaitsmetega
5. Alajaama elektriskeemid
5.1. Jaotlate elektriskeemi koostamise üldpõhimõtted
5.1.1. Üldist
5.1.2. Ühekordsete ja kahekordsete kogumislattidega skeemid
5.1.3. Rõngasskeemid
5.2. Alampinge- ja ülempingejaotlate elektriskeemid
5.3. Ülempingejaotlate lihtsustatud elektriskeemid
5.4. Sõlmalajaamade elektriskeemid 5.5. Elektrijaamade jaotlate elektriskeemid
6. Voolujuhtivate osade arvutus
6.1. Voolujuht kestval voolul
6.1.1. Voolujuhi kuumenemine kestval voolul
6.1.2. Voolujuhi valik kestva voolu järgi
6.2. Voolujuht lühisel
6.2.1. Voolujuhi temperatuuri tõus lühisel
6.2.2. Lühisvoolu Joule'i integraal
6.2.2.1. Joule'i integraali definitsioon
6.2.2.2. Lühisvoolu perioodilise komponendi Joule'i integraal
6.2.2.3. Lühisvoolu aperioodilise komponendi Joule'i integraal
6.2.2.4. Lühisvoolu Joule'i integraali lihtsustatud arvutus
6.2.2.5. Aparaatide termilise taluvuse kontroll
6.3. Lühisvoolu elektrodünaamiline toime
6.3.1. Elektrodünaamilised jõud voolujuhtivate osade vahel
6.3.2. Elektrodünaamilised jõud kolmefaasilises voolujuhtide süsteemis
6.3.3. Lattide elektrodünaamilise taluvuse kontroll
6.3.4. Isolaatorite elektrodünaamilise taluvuse kontroll
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 iv Rein Oidram _____________________________________________________________________ 7. Lühisvoolu piiramine
7.1. Lühisvoolu piiramine võtetega elektriskeemi koostamisel
7.2. Voolupiiravate reaktorite konstruktsioon ja kasutamine
7.3. Voolupiiravate reaktorite valik
8. Elektriseadmete maandamine
8.1. Maandustakistus
8.2. Puute- ja sammupinge
8.3. Potentsiaali ühtlustamine
8.4. Maandusseadme konstruktsioon ja arvutus
9. Jaotlate konstruktsioon 9.1. Elektriohutust ja talitluskindlust tagavad nõuded
9.2. Ohutusvahemikud
9.3. Lahtised ja kinnised jaotlad
9.4. Kohapeal koostatavad ja komplektjaotlad
9.5. Lahtiste jaotlate konstruktiivsed iseärasused
9.6. Alajaamade piksekaitse
10. Alajaamade omatarve
11. Elektrimõõtmised. Juhtimine, kontroll ja signalisatsioon
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 1 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 1. Sissejuhatus
2. Alajaama struktuur ja side elektrivõrguga 2.1. Alajaama põhitüübid
Alajaam on:
1. Ülekande- või jaotusvõrgu suletud elektrikäiduala koos jaotlate ja/või trafodega (EVS-HD 637 S1:2002 järgi).
2. Elektrivõrgu osa, mis paikneb piiretega ümbritsetud territooriumil ja sisaldab põhiliselt ülekande- või jaotusliini otsi, lülitus- ja juhtimisseadmestikku, trafosid või ka muid muundusseadmeid ning hooneid. Alajaamas asub tavaliselt ka kaitse- ja juhtimisaparatuur.
3. Mõnikord võivad jaotlad ja trafod paikneda väljaspool suletud elektrikäiduala.
Alajaamade liigitus vastavalt ülempingevõrguga ühendamise iseloomule :
Ülempingevõrgu sõlm Ülempingeliin
Sõlmalajaam Läbivalajaam
Alampinge tarbijad Alampinge tarbijad
Joonis 2.1a Alajaamade klassifitseerimine ülempingepoole elektrivõrguga ühendamisviisi alusel.
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 2 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Ülempingeliin(id) Ülempingeliin(id)
Väljavõttel alajaam Lõppalajaam
Alampinge tarbijad Alampinge tarbijad Joonis 2.1b Alajaamade klassifitseerimine ülempingepoole elektrivõrguga ühendamisviisi alusel.
2.2. Alajaamade talitlustingimused
Alajaamad on ette nähtud elektrienergia muundamiseks ja edastamiseks. Käidus on alajaamade seadmed allutatud mitmesugustele mõjutustele: o elektrilised mõjutused, o mehaanilised mõjutused, o klimaatilised mõjutused, o alajaama ümbrusest tulenevad keskkonnamõjud, o päikesekiirgus. Elektrilistest mõjudest on esikohal nii püsitalitluses kui ka siirdeprotsesside käigus mõjuvad pinged . o Nimipinge UN, see on pinge, millele võrk või seadmed on ette nähtud. o Võrgu suurim ja vähim talitluspinge Umax ja Umin, milleks on mistahes ajahetkel võrgu mistahes punktis normaalse talitluse korral esineva pinge suurim ja vähim väärtus. Tavaliselt suurim ja vähim talitluspinge ei erine võrgu nimipingest rohkem kui ligikaudu ±10 %. o Seadme suurim lubatav kestevpinge USL, milleks on suurim kestvalt mõjuv pinge, millele seade on ette nähtud. Seadme suurim lubatav kestevpinge on võrgu suurima talitluspinge selline väärtus, millel seadet veel lubatakse kasutada.
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 3 Rein Oidram _____________________________________________________________________
Joonis 2.2. U U Elektrivõrgus
Impulsspinged mõjuvad pinged Väga kiire tõusuga pingeimpulsid
Liigpinged Kiire tõusuga pingeimpulsid
Aeglase tõusuga pingeimpulsid
Ajutised liigpinged
lähedase sagedusega Pinged 50 Hz või Seadme suurim lubatav Talitluspinged
kestevpinge Suurim talitluspinge Nimipinge Vähim talitluspinge
0 0
Näiteid normidest. Pinge Võrgu Seadme Normitud faas- Vähim Normitud Vähim piir- nimi- suurim maa-lülitus- faas-maa- faas-faas- faas-faas- kond pinge* lubatav impulss - õhkvahemik lülitus- õhkvahemik Un kestev- impulss- pinge* taluvuspinge juht ­ varras ­ taluvuspinge juht ­ varras ­ Um 250/2500 µs tarind tarind 250/2500 µs rööpjuht juht (N) kV kV kV mm mm kV mm mm 750 1600 1900 1125 2300 2600 275 300 850 1800 2400 1275 2600 3100 950 2200 2900 1425 3100 3600 380 420 C 1050 2600 3400 1575 3600 4200 1050 2600 3400 1680 3900 4600 480 525 1175 3100 4100 1763 4200 5000 1425 4200 5600 2423 7200 9000 700 765 1550 4900 6400 2480 7600 9400 * Efektiivväärtus. 850 1900 2400 1300 2700 3200 362 950 2200 2900 1425 3100 3600
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 4 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Näiteid normidest.
35 40,5 * 75 185 400 * Võrgu suurim talitluspinge ei tohiks ületada 38,5 kV.
Muud elektrilised mõjud: o normaaltalitlusvool, o lühisvool.
Mehaanilised mõjutused: o tõmbekoormus, o paigaldamiskoormus, o jäitekoormus, o tuulekoormus, o lülitusjõud, o lühisvoolu tõttu tekkivad jõud, o vibratsioon, o jms.
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 5 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Klimaatilised ja keskkonnamõjud: o temperatuur, o kõrgus ja õhurõhk, o niiskus, o sademed, o saastatus .
Päikesekiirgus o loetakse 1000 W/m2.
Alajaamaseadmete tingmärke Võimsuslüliti x Circuit -breaker Katkaisija
Lahklüliti Disconnector / Isolator Erotin
Koormuslüliti Switch -disconnector - Kuormaerotin
Lühisti (Earthing switch) (Maadoituserotin)
Sulavkaitse Fuse Varoke
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 6 Rein Oidram _____________________________________________________________________
Voolutrafo Current transformer Virtamuuntaja
Pingetrafo Voltage transformer Jännitemuuntaja
Liigpingepiirik Surge arrester Ylijännitesuoja
2.3. Elektrijaamade sidumine elektrivõrguga.
Elektrijaamade sidumisel elektrivõrguga tuleb tagada jaamale võrgutoide plokkide käivitamise ajaks. Selleks võib kasutada käivitus-reservtrafosid. Elektrijaama töökindluse tagamiseks kasutatakse sageli plokitrafo, generaatori ja omatarbetrafo omavaheliseks ühendamiseks nn vooluviiku, mis kujutab endast metalltorudesse paigutatud ja töökindlalt isoleeritud suure voolu läbilaskevõimega latte . Kuna võimsuslülitid on suurte lühisvoolude lülitamisel olnud vanemat tüüpi võimsuslülitite kasutamisel väiksema töökindlusega, siis vanemates lülitusskeemides neid vooluviikudes ei kasutatud (vt jn 2.3).
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 7 Rein Oidram _____________________________________________________________________
Joonis 2.3 Elektrijaama plokkide sidumine ülempinge elektrivõrgu jaotlaga juhul, kui puudub lülitusseade generaatoriahelas.
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 8 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 3. Alajaama põhiseadmed 3.1. Trafo ja autotrafo
3.1.1. Trafode ja autotrafode kasutamine elektrisüsteemis
3.1.1.1. Trafode jahutussüsteemid A. Õlijahutuse ning ­isolatsiooniga trafod
Loomulik õli- ja õhkjahutus ONAN ­ oil natural, air natural ­ Loomulik õlijahutus ja forsseeritud õhkjahutus ONAF ­ oil natural, air forced ­ Forsseeritud õli- ja õhkjahutus OFAF ­ oil forced, air forced - Forsseeritud õlijahutus ja vesijahutus OFW ­ oil forced, water ­
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 9 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 3.1.1.2. Trafo mähiste ühendusgrupid
Kolm näidet
Tüüpiline jaotusvõrgu Kolmemähiseline Autotrafo kolmnurk/tähtlülituses trafo trafo
Joonis 2.4 Trafomähiste ühendusgrupid
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 10 Rein Oidram _____________________________________________________________________
Mähiste levinenumad ühendusgrupid:
Joonis 2.5 Rahvusvahelise Elektrotehnikakomisjoni poolt soovitatavad trafode ühendusgrupid
3.1.1.4. Trafode manused
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 11 Rein Oidram _____________________________________________________________________
3.1.1.3. Autotrafod elektrisüsteemis
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 12 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 3.1.2. Trafo soojuslik talitlus 3.1.2.1. Trafo kuumenemine püsikoormusel Trafo kuumeneb peamiselt kahel põhjusel: · rauaskadudest Pr, mis tekivad magnetmaterjalist südamiku ja muude magnetmaterjalist konstruktsioonielementide ümbermagneetimisel ja · vaseskadudest Pv, mis tekivad mähiseid läbiva voolu mõjul. Kui trafo on piisavalt kaua talitlenud püsikoormusel, siis kujuneb selle igas punktis välja püsitemperatuur, mille jaotust vertikaallõikes kujutab lihtsustatult jn 3.1. Mähise ülaosas selle sees on trafo kõige kuumem punkt, kus temperatuur on 2 - 3 °C võrra kõrgem temperatuurist mähise välispinnal. l KKP
õ m Mähise ülaosa
Kõige kuumem punkt
Mähise keskjoon
Trafoõli Mähis
Mähise alaosa
0 °C 0 Joonis 3.1 Temperatuuri vertikaaljaotus trafos
Joonisel tähistab l mõõdet trafo vertikaalsuunas ja horisontaalteljel trafo osade temperatuuri ning 0 jahutuskeskkonna temperatuuri. õ on õli ülekuumendustemperatuur jahutuskeskkonna suhtes kõige kuumemale punktile vastavas lõikes, m - mähise kõige kuumema punkti ülekuumendustemperatuur õli suhtes ning KKP mähise kõige kuumema punkti ülekuumendustemperatuur jahutuskeskkonna suhtes. Mähise (ja seega ka trafo) kõige kuumema punkti temperatuuri saame leida avaldisest
KKP = 0 + õ + m . (3.1)
Ülekuumendustemperatuure, mis tekivad trafo koormamisel nimivõimsusega SN võrdse koormusega S = SN , nimetatakse nimi-ülekuumendustemperatuurideks ja nende suurused on vastavates standardites normeeritud. Tabelis 3.1 on toodud õli nimi- ülekuumendustemperatuur õN jahutuskeskkonna suhtes ja mähise kõige kuumema punkti nimi-ülekuumendustemperatuur õli suhtes mN. Jahutuskeskkonna nimitemperatuuriks loetakse 0 N =20 °C. TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 13 Rein Oidram _____________________________________________________________________
Tabel 3.1. Trafo nimi-ülekuumendustemperatuurid
Trafo jahutussüsteem
ONAN ja ONAF OFAF ja OFW õN, °C 55 40
mN, °C 23 38
Seega on mõlema jahutussüsteemi puhul trafo kõige kuumema punkti nimitemperatuur N = +98 °C (vt. valem (3.1)). Trafo püsitemperatuuri arvutamiseks koormusel S SN võime lähtuda suhtelisest koormusest K = S SN . (3.2)
Trafo kuumenemist põhjustavad vases- ja rauaskaod. Kuna nendest kaokomponentidest on koormusest sõltuvad praktiliselt ainult vaseskaod (sõltuvad koormuse ruudust ), siis võime kirjutada
P = Pv + Pr = Pr (1 + b K 2) , (3.3)
kus b = Pv / Pr . Nimikoormusel K = 1 valem (3.3) lihtsustub ja nimikoormusele vastavad kaod Pn avalduvad seosest
Pn = Pr (1 + b) . Kaod suhtelistes ühikutes on seega
P 1 + b K2 P= = . (3.4) * Pn 1 + b Vases- ja rauaskadude tõttu tekkiv soojusvoog läbib teel väliskeskkonda trafoõli. Katsete alusel õli ülekuumendustemperatuuri seos kadudega on m õ = const1 P , (3.5)
kus const1 on empiiriline konstant ja astmenäitaja m sõltub trafo jahutussüsteemist. Valemitest (3.4) ja (3.5) saame leida õli püsi-ülekuumendustemperatuuri nimikoormusest erineval koormusel m 1 +bK 2 õ =õN . (3.6) 1 +b
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 14 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Mähiste temperatuuri tõus õli suhtes on põhjustatud vaseskadudest, mis sõltuvad koormuse ruudust. Seega võime kirjutada
Pv = K2, (3.7) Pvn kus Pvn on vaseskaod trafo nimikoormusel. Katseliselt on leitud, et mähiste ülekuumendustemperatuur õli suhtes sõltub vaseskadudest järgmiselt: m = const 2 Pvn , (3.8) kus const2 on empiiriline konstant ja astmenäitaja n sõltub trafo jahutussüsteemist. Valemitest (3.7) ja (3.8) saame leida mähiste püsi-ülekuumendustemperatuuri õli suhtes nimikoormusest erineval koormusel:
m = mN K 2 n . (3.9)
Tabelis 3.2 on toodud valemites (3.6) ja (3.9) olevad astmenäitajad erineva jahutussüsteemiga trafodele. Tabel 3.2 Valemite (3.6) ja (3.9) astmenäitajad Trafo jahutussüsteem
ONAN ja ONAF OFAF ja OFW m 0,9 1,0 n 0,8 0,9 Jn 3.2 on toodud valemite (3.6) ja (3.9) alusel arvutatud õli püsi- ülekuumendustemperatuur jahutuskeskkonna suhtes õ ja mähiste kõige kuumema punkti püsi-ülekuumendustemperatuur õli suhtes m funktsioonina trafo suhtelisest koormusest K. 3.1.2.2. Trafo temperatuur muutuval koormusel Koormuse muutumisel muutub ka trafo temperatuur. Temperatuurimuutuse arvutamisel asendatakse südamikust, mähis-test, K trafoõlist ja kestast koosnev trafo K4 ekvivalentse massiga tahke kehaga ja kasutatakse homogeense tahke K2 keha kuumenemise võrrandeid. Seejuures eeldatakse, et soojus K3 eraldub ühtlaselt üle kogu massi. K1 K5 Juhul, kui koormus suureneb hüppeliselt väärtuselt K1 väärtuseni t1 t2 t3 t4 t5 K2, tõuseb trafoõli püsiülekuumendustemperatuur 0 t1 t2 t3 t4 t 5 väärtuselt õ1 väärtuseni õ2 vastavalt avaldisele Joonis 3.3. Trafo astmeline koormusgraafik TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 15 Rein Oidram _____________________________________________________________________
- t õ = õ1 + ( õ 2 - õ1 )( 1 - e T ), (3.10)
kus t on aeg koormuse muutumise hetkest ja T - õli kuumenemise ajakonstant.
160 140 Õli jahutuskeskkonna Õli jahutuskeskkonna 140 suhtes 120 suhtes Mähis õli suhtes
C Mähis õli suhtes
o C o
120 100
Ülekuumendustemperatuur, Ülekuumendustemperatuur,
100 80 80 60 60 40 40 20 20
0 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Trafo suhteline koormus K Trafo suhteline koormus K
a) b) Joonis 3.2 Trafo püsi-ülekuumendustemperatuur sõltuvalt suhtelisest koormusest a) ONAN ja ONAF jahutussüsteem b) OFAF ja OFW jahutussüsteem
Ajakonstant T on leitav avaldisest cG T = , (3.11) F kus c on trafo erisoojus, G - trafo ekvivalentne mass, - soojusülekandetegur ja F - trafo jahutuspind. Avaldisele (3.10) analoogselt võib leida mähiste ülekuumendustemperatuuri muutumise õli suhtes. Siis kehtib t m = m1 + ( m 2 - m1 )1-e-T m , (3.12) kus Tm on mähiste õli suhtes kuumenemise ajakonstant. Suuremate elektrisüsteemi trafode ajakonstant T on vahemikus 2,5 - 3,5 tundi; mähiste ajakonstant Tm on tavaliselt 3 - 10 minutit. Seega toimub mähiste kuumenemine õli suhteliselt aeglase kuumenemise taustal praktiliselt hüppeliselt. Kui trafo talitleb mitmeastmelisel koormusgraafikul (vt. jn. 3.3), siis selle temperatuur peab muutuma vastavalt avaldistele (3.10) ja (3.12). Ööpäevase koormusgraafiku astmed on tavaliselt väiksema kestusega kui 3T, st. on lühemad kui 7 kuni 11 tundi, ning trafos
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 16 Rein Oidram _____________________________________________________________________ olev õli ei saavuta praktiliselt mitte kunagi püsitemperatuuri. Sellises olukorras tuleb kõigepealt leida õli ülekuumendustemperatuur 0, 1', 2', 3',..., i',..., n-1', n'*) ajahetkedel 0, t1, t2, t3, ..., ti, ..., tn-1, tn vaadeldava koormustsükli (nt ööpäev) algusest, kus n on koormusgraafiku astmete arv. Korduva koormustsükli korral peab olema täidetud tingimus 0 =n'. Temperatuuri arvutamiseks saab avaldise (3.10) alusel koostada n võrrandiga võrrandisüsteemi, asendades avaldises aja ti vastava koormusastme kestusega ti.
t1 =0 +( ' 1- 1 0 )( 1 -e - T ) t2 =+( ' 2 - 2 ' 1 ' 1 )( 1 - - e T ) ............................................ tn = ' n ' n- 1 +( n - ' 1 )( 1 - n- e T - ) (3.13) kus 1, 2,..., n-1, n on õli püsi-ülekuumendustemperatuurid koormusastmetel K1, K2, ..., Kn-1, Kn. Võrrandisüsteemi lahendamiseks tuleb ette anda 0 väärtus ja leida 1', 2', ...,n'. Kui n'0, siis tuleb võtta 0 uus väärtus. Arvutusi tuleb korrata seni, kuni etteantud täpsuse piires saavutatakse 0=n'. Juhul kui arvutatakse OFAF ja OFW jahutussüsteemiga trafode temperatuuri, st. siis kui õli ülekuumendustemperatuur sõltub suhtelistest kadudest lineaarselt (astmenäitaja m=1), on võrrandisüsteemi (3.13) lahendeid võimalik leida alljärgnevalt. Alg- ülekuumendustemperatuur 0 ajahetkel t=0 leitakse avaldisest
1 n 0 = - 1 i ( Ai - Ai -1 ) , (3.14) An i =1 ti kus = Ai e T , i on koormusastme number, n on koormusastmete koguarv ja ti on aeg
hetkest t=0. Ülekuumendustemperatuur j-nda koormusastme Kj lõpul j' leitakse avaldisest
' 1 j j = 0 i ( Ai - Ai -1 ) . + (3.15) Aj i =1 Ülekuumendustemperatuur vahepealsetel ajahetkedel leitakse avaldisest
*) Edaspidi on lihtsuse mõttes õli ülekuumendustemperatuuri tähistuses loobutud indeksist õ. TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 17 Rein Oidram _____________________________________________________________________ t - i t i i i -1 e T , = ' + ( - ' ) 1 - (3.16)
kus t i = t i - t i-1 . Avaldisi (3.14)...(3.16) võib kasutada ka ONAN ja ONAF jahutussüsteemiga trafode temperatuuri arvutamiseks, kuid tulemus on ebatäpne, kuna õli ülekuumendustemperatuuri seos kadudega on ebalineaarne (m=0,9). Täpsem tulemus saadakse, kui valemites i-ndal koormusastmel ajakonstant T asendatakse "parandatud" ajakonstandiga Ti
i - i-1 õN õN , Ti = T (3.17) Pi - Pi - 1 Pn Pn kus i / õN on õli suhteline püsi-ülekuumendustemperatuur ja Pi / P n suhtelised
kaod koormusastmel i, ning vastavalt i -1 / õN ja Pi -1 / P n koormusastmel i-1.
Temperatuuri leidmiseks trafo kõige kuumemas punktis lisatakse õli ülekuumendus- temperatuuridele seejärel valemi (3.9) abil leitud mähise ülekuumendustemperatuurid vastavatel koormusastmetel ja jahutuskeskkonna temperatuur 0. Kuna OFAF ja OFW jahutussüsteemiga trafode mähiste ülekuumendustemperatuur õli suhtes on enam sõltuv koormusest kui ONAN ja ONAF süsteemiga trafodel (astmenäitaja n on suurem, vrdl. samuti jn 3.2 a) ja 3.2 b)), siis nende temperatuur ülekoormustel kujuneb kõrgemaks.
3.1.3. Trafo isolatsiooni kulumine ja koormusvõime Trafo nimivõimsuseks SN nimetatakse näivvõimsust, millega võrdsel püsikoormusel tehase poolt garanteeritakse trafo suutlikkus tõrgeteta talitleda nimipingel, nimisagedusel ja jahutuskeskkonna nimitemperatuuril ettenähtud talitlusea ( eluea ) jooksul. Tegelikus käidus trafo talitleb siiski väga harva püsikoormusel ja tekib küsimus, millise nimivõimsusega trafot valida mingi etteantud koormusgraafiku puhul. Kui valida Smax=SN (vt. jn 3.4), siis trafo temperatuur ei saavuta kunagi nimiväärtust ning see tähendab trafo materjalide ebamajanduslikku kasutamist. Majanduslikust seisukohast on seega parem valida SN Smax. Milliseks kujuneb otstarbekas SN ja Smax suhe, sõltub trafo koormusvõimest.
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 18 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Trafo koormusvõimeks nimetatakse S nimitingimustest erinevatel tingimustel Smax lubatavat ala- ja ülekoormuste SN1 kogumit. Koormusvõime pole väljendatav näivvõimsusena, vaid sõltub koormusgraafikust, jahutuskeskkonna tingimustest jms. SN2 Trafo koormusvõime määramisel on aluseks isolatsiooni S soojusvananemine.
t
Joonis 3.4 Koormusgraafik S(t) ja trafo nimivõimsus SN
Temperatuuri tõusul üle 80 °C trafo A-klassi isolatsioonis intensiivistuvad mitmed keemilised protsessid. Neist olulisemad on õli hapendumine selles lahustunud hapniku juuresolekul ning tselluloosi lagunemine hapendumis-produktide, õlis oleva niiskuse ja kõrge temperatuuri mõjul. Kuna osa õli hapendumisprodukte moodustavad tahke isolatsiooni pinnal sültja sademe, siis halveneb isolatsiooni soojusjuhtivus ning tõuseb mähiste temperatuur, mis omakorda kiirendab keemilisi protsesse. Lõpptulemusena muutub tahke isolatsioon rabedaks ja võib voolutõugete tagajärjel mureneda - tekib isolatsiooni läbilöök. Isolatsiooni läbilöök võib olla tingitud ka dielektrikuskadude tunduvast kasvust. Aega, mis kulub trafo kasutuselevõtust läbilöögini, nimetatakse trafo talitluseaks ja keemiliste protsesside mõjul tekkivaid muutusi isolatsioonis vananemiseks - trafol on olemas teatav isolatsiooniressurss. Majanduslikult otstarbekas isolatsiooniressurss valitakse nii, et trafo nimitingimustel talitlemise iga oleks 20 - 30 aastat. Muutuva koormuse puhul tuleb trafo nimivõimsus ala- ja ülekoormuste suhtes valida nii, et talitlusiga oleks samuti 20 -30 aastat. Vananemisprotsesside intensiivsust isolatsioonis saab kirjeldada keemiliste reaktsioonide kiirust kirjeldava Arrheniuse võrrandiga. Selle kohaselt trafo A-klassi isolatsiooni talitlusiga temperatuurivahemikus 80 - 140 °C on leitav avaldisest
V = A e- , (3.18)
kus A ja on empiirilised konstandid ning - temperatuur kõige kuumemas punktis. Kõige kuumema punkti nimitemperatuuril N = +98 °C on isolatsiooni talitlusiga V N = Ae- N . (3.19)
Isolatsiooni suhteline talitlusiga
V = V / V N = e- ( - N ) . (3.20) TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 19 Rein Oidram _____________________________________________________________________
1000
100 Suhteline kulumine L*
10
1
0,1 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 Kõige kuumema punkti temperatuur, °C
Joonis 3.5 Trafo suhtelise kulumise sõltuvus kõige kuumema punkti temperatuurist Suhtelise talitlusea pöördväärtust nimetatakse isolatsiooni suhteliseks kulumiseks
L = e ( - N ) . (3.21) Suhtelise kulumise arvutamisel tavaliselt alus e asendatakse valemis (3.21) alusega 2 ja saadakse ( - N ) L=e = 2 ( - N ) 0 ,693 = 2( - N ) , (3.22) kus 1/0,693 = ln e/ln 2 ning = 0,693/. Konstandi väärtuseks võetakse tavaliselt 6 °C ja avaldist (3.22) nimetatakse kuue kraadi reegliks ­ temperatuuri muutus 6 °C võrra muudab isolatsiooni suhtelist kulumist kaks korda. Avaldise (3.22) alusel arvutatud suhtelise kulumise sõltuvus temperatuurist on toodud
joonisel 3.5. Püsitalitlusel nimitemperatuuril, st. suhtelisel kulumisel L = 1 , kulutab trafo oma ressursi ära 20 - 30 aasta jooksul. Kui trafo on käidus lühema aja jooksul, jääb osa ressurssi kasutamata. Trafo ajaühikutes mõõdetav kulumine on leitav avaldisest
L = Lt , (3.23) *
kus t on tegeliku käidu kestus. Näiteks, kui L = 2 , siis t = 15 aasta jooksul on kulumine L = 2*15 = 30 aastat ning trafo ressurss on kasutatud lõpuni. Kuna trafo tavaliselt töötab muutuval koormusel ning temperatuuril, siis isolatsiooni suhteline kulumine muutub ajas. Isolatsiooni kulumist on võimalik arvutada avaldisest
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 20 Rein Oidram _____________________________________________________________________ t t L = L ( t )dt = 2( ( t )-N ) dt . (3.24) 0 0
Trafo astmelisel koormusel võib kulumise leida avaldisest n L = L i t i , (3.25) i =1
kus n on koormusgraafiku astmete arv, Li - keskmine suhteline kulumine koormusastmel i ja ti - i-nda koormusastme kestus.
3.1.4. Trafole lubatavad ülekoormused
Eelmises punktis kirjeldatud metoodika võimaldab piisavalt täpselt arvutada trafo isolatsiooni kulumist ja määrata jääkressurssi (aega rikkeni), kuid eeldab info olemasolu trafo koormuste ja jahutuskeskkonna temperatuuri kohta. Vajalikku teavet on võimalik saada ainult trafo talitluse pidevseire abil. Selleks tuleks trafole paigaldada elektrisüsteemi üldise infovõrguga ühendatud koormusseire seadmed ning jahutuskeskkonna (välisõhk, jahutusvesi) temperatuuriandurid, mis praegu puuduvad. Samuti tuleks pidevseiret võimaldavad temperatuuriandurid paigaldada trafosse, et oleks võimalik arvesse võtta mitmesuguseid lisategureid - päikesekiirgust, isolatsiooni vananemisest tingitud soojusjuhtivuse muutusi jms. Seireseadmete paigaldamine kõikidele trafodele pole ka majanduslikult otstarbekas. Tänapäeval on pidevseire asemel levinud trafole lubatavate ülekoormuste määramine eesmärgiga leida selline koormuste ja väliskeskkonnatingimuste piirolukord, mille juures isolatsiooni vananemise kiirus ei muutuks ülemäära suureks. Lubatud ülekoormusi jagatakse süstemaatilisteks ja avariilisteks. Süstemaatilisteks nimetatakse selliseid ülekoormusi, mis esinevad talitluse kestel regulaarselt ning seejuures on täidetud tingimus, et trafo nimivõimsust ületavale koormusele järgneb alakoormus. Tingimuseks on, et isolatsiooni kulumise kiirus ei ületaks nimikiirust ühtlasel temperatuuril N = +98 °C. Ülekoormuse lubatavusele seatakse lisatingimusi. Näiteks ei tohi temperatuur trafo kõige kuumemas punktis tõusta üle +140 °C. Õli temperatuur ülemistes kihtides ei tohi olla suurem kui +95 °C (mis nimikoormusel olenevalt jahutussüsteemist on kas +40 või +55 °C ( vt tabel 3.1)). Avariilisteks nimetatakse erandlikke lühiajalisi suhteliselt suuri ülekoormusi, mis tekivad rikete ajal elektrisüsteemis, kui trafosid ei tohi kas süsteemi stabiilsuse või tarbijate toite tagamiseks võrgust välja lülitada. Avariiliste ülekoormuste ajal võib isolatsiooni kulumise kiirus tunduvalt ületada nimikiirust. Piiratakse ainult õlile lubatud temperatuuri (mitte üle +115 °C), kuna vastasel juhul tekib plahvatusoht . Alla 110 kV trafodel võib mähiste temperatuur lühiajaliselt olla ka suurem kui +140 °C.
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 21 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Süstemaatiliste ülekoormuste arvutus Süstemaatiliste ülekoormuste lubatavuse leidmiseks teisendatakse trafo koormusgraafik ekvivalentseks kaheastmeliseks ööpäevaseks koormusgraafikuks (jn 3.6, T = 24 h). Sellel koormusgraafikul ei või K1 olla suurem kui 1,0 ja peab olema täidetud tingimus K1 = Km.
K2 K1 K1=Km
h T Joonis 3.6. Ekvivalentne kaheastmeline koormusgraafik
Teisendamine toimub jn 3.7 kohaselt. Tegelikule koormusgraafikule kantakse trafo nimivõimsuse SN alusel horisontaaljoon K = S/SN = 1. Horisontaaljoone koormusgraafikuga lõikepunktide abil leitakse trafo nimivõimsust ületava koormuse kestus h'. Allesjäänud ajalõik T - h' jagatakse intervallideks ti arvestusega, et oleks võimalik hõlpsalt määrata iga intervalli keskmist koormust Si.
Leitud Si ja ti suuruste alusel arvutatakse esimese koormusastme K1 suurus
2 2 2 1 S1 t1 + S 2 t 2 + ... + S m t m . K1 = (3.26) SN t1 + t 2 + ... + t m Edasi jagatakse trafo ülekoormusele vastav aeg h' analoogselt eeltooduga lõikudeks hi ning leitakse nende lõikude keskmine koormus S'i ja teise koormusastme esialgne suurus
' = 1 ( ) ( ) ' 2 h + ' 2 h + ... + S ' h S1 1 S 2 2 p p.( ) 2 (3.27) K2 h1 + h2 + ... + h p SN Juhul, kui leitud K'2 0,9 Kmaks, võetakse K2 = K'2 ja teise koormusastme kestuseks h=h'. Kui aga K'2 TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 22 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Kmaks K=S/SN K'2
K=1 (S=SN)
S1 S2 S3 S4 S'1 S'2 S'p Sm
t1 t2 t3 t4 tm h11 h2 hp h' T Joonis 3.7 Trafo koormusgraafiku teisendamine kaheastmeliseks
2 ' h= K2h (3.28) ( 0,9 K maks) 2 Ekvivalentset kaheastmelist koormusgraafikut kasutades arvutatakse etteantud K1 ning h suurustele ja trafo nimikulumisele vastavad K2 suurused. Arvutustulemused esitatakse kas tabelite kujul või graafiliselt. Joonisel 3.8 on toodud ONAN ja ONAF jahutussüsteemiga trafodele arvutatud kõverad väliskeskkonna temperatuuril 0 = + 20 ° C .
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 23 Rein Oidram _____________________________________________________________________
Väliskeskkonna temperatuur +20oC 2
1,9 h = 0,5 tundi 1,0 tundi 1,8 2,0 tundi 6,0 tundi Teine koormusaste K2
1,7 8,0 tundi 12,0 tundi 1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1 0,25 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Esimene koormusaste K1
Joonis 3.8 Lubatud süstemaatiliste ülekoormuste graafikud ONAN ja ONAF jahutussüsteemiga trafodele
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 24 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 3.1.5. Elektrivõrgu neutraali ühendamine maaga 3.1.5.1. Isoleeritud neutraaliga elektrivõrk Kui mitmefaasilise elektriseadme faaside elemendid (trafode ja generaatorite mähised, kondensaatorid, koormus jms) on tähtühenduses, siis elementide ühenduspunkti nimetatakse elektriseadme neutraaliks e. nullpunktiks. Kuna ühes elektrivõrgus on tavaliselt mitmeid elektriseadmete neutraale (elektrivõrgus on nt mitu trafot), siis sellist kogumit nimetatakse elektrivõrgu neutraaliks. Elektrivõrgu talitlusomadused ja isolatsioonile mõjuvad pinged sõltuvad sellest, kas neutraal on ühendatud maaga ja kui, siis milliseid lisaseadmeid kasutades on see ühendus tehtud, või on neutraal jäetud hoopis maast isoleerituks. Alljärgnevas vaadeldakse kõigepealt viimase, s.o isoleeritud neutraaliga elektrivõrgu talitlust.
U A IA
U B IB
U IC Ir C
IG C IG B IG A C C C B C A
UNt G G G U C -m U B -m U A -m R IC C IB C IA C
I = 0 Joonis 3.9 Isoleeritud neutraaliga elektrivõrk R tähistab rikkekoha takistust ühefaasilisel maalühisel Jn 3.9 on toodud isoleeritud neutraaliga elektrivõrgu lihtsustatud skeem, millel on kujutatud trafo faasimähised ja elektrivõrk. Elektrivõrku ainsateks maaga "ühendavateks" elementideks on faaside mahtuvused maa suhtes CA, CB ja CC (ülekandeliinide mahtuvus maa suhtes, trafode mähiste ja läbiviikisolaatorite mahtuvus jms) ja isolatsiooni juhtivus G. Elektrivõrgule rakenduvad trafo faasipinged UA, UB ja UC, ning tekivad voolud I A, IB ja IC, kusjuures kehtib I A + I B + IC = 0. (3.29)
Juhtivuse mõju elektrivõrgu pingetele on tavaliselt tühine ja sellega ei arvestata ( I G 0 ). Mahtuvuslike voolude tõttu kujuneb faasidel pinge maa suhtes UA-m, UB-m ja UC-m ja trafo neutraalis pinge maa suhtes UN, mida nimetatakse neutraali nihke(pinge)ks (vt jn 3.10). Elektrivõrgu normaaltalitluses võivad ka trafo sümmeetriliste faasipingete korral tänu
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 25 Rein Oidram _____________________________________________________________________ mahtuvuste erinevusele faaside pinged maa suhtes olla tugevalt ebasümmeetrilised. Faasidevaheliste pingete U AB , U BC ja U CA suurus ei muutu ja seega tarbijad neutraali nihet ei tunneta.
U A
U CA
U A B
U C
U B
U B A
Joonis 3-10 Isoleeritud neutraaliga elektrivõrgu pingete vektordiagramm Normaaltalitluse neutraali nihe UNt on leitav võrranditest
I A = I CA = j C A ( U A + U Nt ) I B = I CB = j C B ( U B + U Nt ) , (3.30)
I C = I CC = j CC ( U C + U Nt ) kus - nurksagedus . Avaldistest (3.29) ja (3.30) saab pärast teisendusi kirjutada [3.1]
U A j C A + U B j C B + U C j CC C A + a2 C B + aCC U Nt = - = -U f , (3.31) j ( C A + C B + C C ) C A + C B + CC kus U A = U f , U B = a 2U f , U C = a U f , a =ej 2 3 ja a 2 = e - j 2 3 .
Suhet
C A + a2 C B + aCC =- (3.32) C A + C B + CC nimetatakse elektrivõrgu mahtuvusliku ebasümmeetria teguriks ja aktiivjuhtivuste summa suhet mahtuvuslike juhtivuste summasse
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 26 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 3G d= (3.33) ( C A + C B + C C ) elektrivõrgu sumbumisteguriks. Õhuliinidega elektrivõrgu mahtuvuslik ebasümmeetria on piirides 0,5...2 % ja sumbumistegur 2...6 %. Kaabelliinidega võrkudes ebasümmeetria puudub, sumbumistegur on 2...4 % [3.1]. Ideaaljuhul, kui elektrivõrk on maa suhtes sümmeetriline, s.t C A = C B = CC = C , on = 0 , U A- m = U A , U B - m = U B ja U C-m = U C . Siis vastab normaaltalitluse pingete ja mahtuvuslike voolude vektordiagramm jn. 3.11 toodule. Mahtuvuslikud voolud edestavad faasipingeid ja faaside pingeid maa suhtes 900 ja moodustavad sümmeetrilise tähe.
UA = UA-m
ICB
ICA
ICC
UC = UC-m UB = UB-m Joonis 3.11 Ideaalselt sümmeetrilise isoleeritud neutraaliga elektrivõrgu pingete ja mahtuvuslike voolude vektordiagramm Kui elektrivõrgus tekib ühefaasiline lühis (nt faasis A), siis lühistunud faasis vool läbi mahtuvuse kas väheneb oluliselt või lakkab hoopis ja tekib vool Ir läbi rikkekoha takistusega R (vt jn 3.9). Metalse lühise korral, kui õhuliini juhe on näiteks kukkunud nõuetekohaselt maandatud raudbetoonposti traaversile, võib ligikaudselt võtta R 0 . Postide halva maandamise, liiniisolaatorite ülelöögikaare, puitpostide või näiteks tormiga liinijuhtmele vajunud märja puuoksa korral võib takistus ulatuda mõnekümnest kuni mitmetuhande oomini. Pingete UA-m, UB-m ja UC-m ebasümmeetria on lühise korral tavaliselt suur ja võrgu mahtuvusliku ebasümmeetriaga ei ole vaja arvestada ( = 0 ). Kui trafo faasipinged moodustavad sümmeetrilise tähe, siis võib avaldise (3.31) ümber kirjutada kujul
U A ( 1 R r + j C ) + U B j C + U C j C 1 UN = - = -U f 1 Rr + j3 C 1 + jR3 C . (3.34) Faaside pinged maa suhtes avalduvad pärast teisendusi:
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 27 Rein Oidram _____________________________________________________________________ jR3C U A-m = U A + U N = U f 1 + jR3C 2 , (3.35) a ( 1 + jR3C ) -1 U B -m = U B + U N = U f 1 + jR3C a( 1 + jR3C ) -1 U C -m = U C +U N = U f 1 + jR3C Võrranditest (3.34) ja (3.35) selgub , et nii neutraali nihe kui ka faaside pinged maa suhtes sõltuvad korrutisest R3 C . Jn 3.12 on kujutatud võrrandite (3.34) ja (3.35) alusel koostatud pingete vektordiagramm ühefaasilise maalühise korral faasis A. Kui lühis on metalne (R = 0), siis U A- m = 0 ja U N = - U A . Pingete U B-m ja U C- m absoluutväärtus on 3 U f . ja nende vektorid moodustavad omavahel nurga 600. Rikkekoha takistuse suurenemisel libiseb neutraali nihkepinge vektori ots piki poolringi, kuni lõpmatu suure takistuse korral saabub normaaltalitlusele vastav seisund.
U N U A
U A -m
U C U B
U N U C -m
U N U N U B -m
Joonis 3.12 Pingete vektordiagramm ühefaasilise maalühise korral faasis A Alajaama seadmetele mõjuvate pingete hindamiseks on otstarbekas leida pingete absoluutväärtused, mis on allpool avaldatud suhtelistes ühikutes faasipingesse:
U = UN = 1 (3.36) *N U f 1 + ( R3 C ) 2 ja TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 28 Rein Oidram _____________________________________________________________________ U A-m R3C U = = * A-m Uf 1 + ( R3C ) 2
U = U B -m = 1 (3 - 3 R3C )2 + (R3C + 3 )2 (3.37) * B -m Uf 2 1 + ( R3C ) 2
U = U C -m = 1 (3 + 3 R3C )2 + (R3C - 3 )2 * C -m Uf 2 1 + ( R3C ) 2
Jn 3.13 on toodud valemite (3.36) ja (3.37) alusel arvutatud pingete sõltuvus korrutisest R3 C . Jooniselt selgub, et rikkekoha takistuse suurenemisel rikkefaasi A pinge maa suhtes suureneb ja võrdub lõpuks faasipingega. Tervete faaside pinge maa suhtes sõltub rikkekoha takistusest erinevalt. C-faasi pinge maa suhtes esialgu suureneb ja alles seejärel väheneb faasipingeni. Suurim on pinge sellise takistuse korral, mis vastab korrutisele R3 C 0 ,37 ja on umbes 5 % suurem faasidevahelisest pingest. Taolise pingetõusu võimalusega peab arvestama nii seadmete isolatsiooni konstrueerimisel kui ka liigpingepiirikute valikul.
Näide: Keskpingevõrgus nimipingega 10 kV on 50 km õhuliinidele 3C sagedusel 50Hz ligikaudu 2,5.10-4 F/s. Seega vastab tingimus R3 C 0 ,37 takistuse suurusele ~ 1490 . Suurema ulatusega elektrivõrgus suurimale faasi pingele maa suhtes vastava takistuse suurus väheneb.
U* =U / Uf 2 1,9 1,8 1,7 1,6 UC-m 1,5 1,4 1,3 UB-m 1,2 1,1 1 0,9 UN 0,8 0,7 0,6 0,5 UA-m 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 R3C
Joonis 3.13 Neutraali nihkepinge ja faaside pinged maa suhtes sõltuvalt argumendist R3 C
Lühisvool rikkekohas I r on arvutatav jn. 3.9 alusel. Võttes arvesse voolud läbi isolatsioonijuhtivuste G, on tulemuseks:
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 29 Rein Oidram _____________________________________________________________________ I r = -[( U A + U N ) jC A + ( U B + U N ) jC B + ( U C + U N ) jCC + + ( U A + U N )G + ( U B + U N )G + ( U C + U N )G ] = (3.38) = -U f j( C A + a 2 C B + aC c ) - U N j( C A + C B + CC ) - 3U N G = = I me + I C + I G
Esimese voolukomponendi (mahtuvusliku) tekitab faasipinge , ning see on seotud elektrivõrgu mahtuvusliku ebasümmeetriaga. Voolukomponendi võib leida ka avaldisest (3.31): I me = -U f j( C A + a 2 C B + aC C ) = U Nt j( C A + C B + CC ) . (3.39) Selle voolu osatähtsus rikkekoha lühisvoolus ei ületa paari protsenti. Teine mahtuvusliku voolu komponent läbi rikkekoha tekib neutraali nihkepinge U N mõjul: I C = -U N j( C A + C B + CC ) . (3.40) See vool koosneb omakorda kolmest komponendist , mis omavahel faasis olles läbivad elektrivõrgu kõigi faaside mahtuvusi. Lühisvoolu komponent I C moodustab põhilise osa mahtuvuslikust nulljärgnevusvoolust 3I 0 . Kolmas voolukomponent I G = -3U N G on isolatsiooni juhtivusvool. Ka see voolukomponent kujutab endast nulljärgnevusvoolu. IC IG Kahe viimase voolukomponendi iseloomustamiseks saab kasutada jn 3.14 toodud aseskeemi. U N C A+ C B+ C 3G Juhtivusvool on tavaliselt mitte C üle 5 % lühisvoolust ja seega võib enamikel juhtudel ühefaasilist maalühisvoolu arvutada lihtsustatult avaldise (3.40) abil. Joonis 3.14 Metalse maalühise puhul kehtib Elektrivõrgu aseskeem ühefaasilisel maalühisel pinge absoluutväärtustele U N = U f . Kui elektrivõrk on sümmeetriline, s.o kõigi faaside mahtuvus on C, saab avaldise (3.39) alusel leida lühisvoolu absoluutväärtuse lihtsamalt I C = 3U f C = 3UC , (3.41) kus U ­ faasidevaheline pinge. Avaldisest (3.40) ei selgu otseselt rikkekoha takistuse R mõju ühefaasilisele maalühisvoolule, kuna see avaldub neutraali nihkepinge U N kaudu. Takistuse mõju selgitamiseks tuleb avaldises (3.40) neutraali nihkepinge U N asendada avaldisega (3.34). Pärast teisendusi avaldub ühefaasiline maalühisvool I C' takistuse väärtusel R võrreldes lühisvooluga I C takistuse väärtusel R = 0 IC I 'C = (3.42) 1 + jR3( C A + C B + CC )
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 30 Rein Oidram _____________________________________________________________________ ja voolu absoluutväärtus (vt [3.2] ja [3.3]) IC I C' = 2 I . (3.43) 1+ C R U f Faaside mahtuvuse täpsem arvutus nõuab liinide konstruktsiooni täpset teadmist ja on lisaks arvutuslikult tülikas. Seetõttu kasutatakse sageli lihtsustatud valemeid, mis tagavad piisava arvutustäpsuse:
Õhuliinidega elektrivõrgus Ul Ul IC = või I C = , A, (3.44) 300 350 kus esimene avaldis vastab Euroopa riikides kasutatavale õhuliinide konstruktsioonile ja teine Eestis varasemate normide järgi ehitatud õhuliinidele.
Kaablivõrgus Ul IC = , A. (3.45) 10 Mõlemas valemis on U faasidevaheline pinge, kV ja l liinide kogupikkus, km. Liinide kogupikkuse l leidmiseks tuleb liita kõikide trafo mähisega galvaaniliselt ühendatud liinide pikkused. Näide: Keskpingevõrgu 110/10 kV toitealajaama trafo alampingemähisele on ühendatud õhuliinidega elektrivõrk, mis koosneb kuuest liinist pikkusega 12, 8, 8, 10, 7 ja 3 km. Liinide kogupikkus on 12+8+8+10+7+3=50 km. Maalühisvool vastavalt valemile (3.44) on 10*50/350 = 1,43 A. Sama kogupikkusega kaablivõrgus on lühisvool 10*50/10 = 50 A. Metalse maalühise puhul vastab pingete ja voolude vektordiagramm jn 3.15 toodule (vt. ka jn 3.12).
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 31 Rein Oidram _____________________________________________________________________
U A
ICB IC
U ICC C U B
U N
U N U N
U C -m U B -m
Joonis 3.15 Pingete ja voolude vektordiagramm metalse maalühise korral
Isoleeritud neutraali rakenduspiirkond Isoleeritud neutraaliga elektrivõrke kasutatakse Eestis nimipingetel 6...35 kV. Ülaltoodud näitest selgub, et isegi üsna ulatuslikus keskpingevõrgus on ühefaasilised maalühisvoolud suhteliselt väikesed. Liinide rikete statistika kohaselt on suurem osa lühistest ühefaasilised (70 kuni 90 % kõigist lühistest) ja enamik neist on põhjustatud kas äikeseliigpingete tagajärjel tekkinud ülelöökidest või muudest ajutise iseloomuga isolatsiooni ülelöökidest. Paljasjuhtmetega keskpingevõrkudes on lühiste põhjustajateks sageli veel liinidele kukkunud puud. Kui lühisvoolud ei ole suured, siis ülelöögil tekkiv elektrikaar on ebastabiilne ja suure tõenäosusega voolu nullist läbiminekul kustub iseenesest. Seega taastub kiiresti elektrivõrgu normaaltalitlus, lühiste väljalülitamine võimsuslülititega ei ole vajalik ning tarbijate elektrivarustus ei katke hetkekski. Ka metalne lühis, mis ei võimalda võrku normaaltalitlusele taastuda , ei ole elektrivarustuse seisukohalt ohtlik, võrk võib sellises seisundis talitleda pikemat aega (aeg on mõõdetav tundides). Isoleeritud neutraali kasutamisel peab siiski silmas pidama järgmisi asjaolusid. Esiteks, kui rikkekoha takistus Rr rike võib olla mööduva iseloomuga. Teiseks, kui rike on püsiv ja Rr > 500 , tuleb vältida pikemaajalist rikkega võrgu talitlust, kuna isegi mõneampriste voolude mõjul pinnas õhuliini posti ümber kuivab kuni poole meetri paksuses kihis ja muutub dielektrikuks. Kui rike ei kao, siis "ühendatakse" post faasijuhtmega ja posti ning kuivanud tsooni ümbritseva niiske pinnase vahele ilmub
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 32 Rein Oidram _____________________________________________________________________ faasipinge! Umbes 1 m kauguselt või isegi lähemalt posti puudutav elusolend sattub surmava puutepinge alla. Kolmandaks tuleb arvestada kuni 5% võrra faasidevahelist pinget ületavate võrgusagedusega pingete ilmumisega seadmete faasiisolatsioonile ja kaasnevate kõrgete liigpingetega, mis tekitab isolatsiooni läbilöögiohu ja teeb selle suhteliselt kalliks. Elektrikaare iseeneslik kustumine on võimalik suhteliselt väikestel vooludel. Suurematel vooludel tekib nn vahelduv e vilkuv elektrikaar, mis juhuslike lühikeste ajavahemike tagant kustub ja sütib uuesti. Iga selline süttimine ja kustumine on vaadeldav kommutatsioonina, millega kaasnevad liigpinged kuni (3...4)Ufm . Siit järeldub, et vahelduva elektrikaare tekkimine ei ole lubatav. Kuna vahelduvat elektrikaart tekitava voolu tugevus sõltub elektrivõrgu nimipingest, esitatakse isoleeritud neutraaliga võrgu kasutamiseks alljärgnevad soovitatavad suurimad ühefaasilised maalühisvoolud.
Tabel 3.3 Soovituslikud suurimad ühefaasilised maalühisvoolud Nimipinge, kV 3...6 10 15...20 35 Soovituslik vool, A 30 20 15 10 Kui maalühisvoolud ületavad tabelis 3.3 toodud väärtusi, kasutatakse resonantsmaandatud neutraali.
3.1.5.2. Resonantsmaandatud elektrivõrk
3.1.5.3. Jäikmaandatud neutraaliga elektrivõrk
4. Alajaama kommutatsiooniseadmed 4.1. Võimsuslüliti
4.1.1. Elektrikaar ja elektrikaare kustutamine
4.1.2. Võimsuslülitite põhitüübid
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 33 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 4.1.3. Võimsuslülitite valik
4.2. Koormuslüliti
4.3. Kaarekustutuskambrita kommutatsiooniaparaadid
4.4. Sulavkaitse
4.4.1. Sulavkaitsme tööpõhimõte
4.4.2. Sulavkaitsmete tüübid
4.4.3. Radiaalvõrgu selektiivne kaitse sulavkaitsmetega
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 34 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 5. Alajaama elektriskeemid 5.1. Jaotlate elektriskeemi koostamise üldpõhimõtted
5.1.1. Üldist Elektrijaamade ja ­alajaamade primaar - e jõuahelate kommutatsiooniaparaadid, mõõtetrafod, liigpingete piiramisseadmed, kõrgsagedusside vahendid ja kogumislatid koondatakse kompaktsetesse tervikutesse ­ jaotusseadmetesse e jaotlatesse. Jaotlas võetakse elektrienergia vastu toitefiidri(te)lt, milleks võivad olla õhu- ja kaabelliinide ning jõutrafode kesk- ja alampingemähiste ühendused, ning suunatakse edasi väljuvatesse liinidesse. Jaotlad koos alajaama põhiseadmetega (trafod, reaktorid jms) moodustavad nn primaarkommutatsiooniskeemi. Kõige levinumat tüüpi alajaamas on kaks jaotlat (kõrge- ja keskpingele, või siis kesk- ja madalpingele), kuid elektrivõrgu sõlmedes ja suuremate tarbimispiirkondade toitmiseks kasutatakse ühes alajaamas isegi kuni viit eripingelist jaotlat. Suuremate elektrijaamade juures võib jaama sidumiseks ülekandevõrguga kasutada ka ühepingelist alajaama. Jaotlaid eristatakse peamiselt kogumislattide arvu, möödaviiklattide olemasolu ja kommutatsiooniseadmete arvu ning kasutusviisi alusel. Enamikel juhtudel kasutatakse kas ühe- või kahekordseid kogumislatte), kusjuures peetakse silmas, et latt kujutab endast kolmefaasilist konstruktsiooni, mida lihtsuse mõttes kujutatakse primaarkommutasiooniskeemidel ühejoonelistena. Millist skeemi igal konkreetselt juhtumil kasutada, sõltub nõuetest elektriedastuse töökindlusele, see aga omakorda alajaama tähtsusest elektrisüsteemis, vajadusest elektrivõrku teatud olukordades sektsioneerida ja lühisvoolude suurusest . Silmas tuleb pidada personali ohutust, seadmete hoolduse ja isolatsiooni puhastamise võimalusi ning võimalusi laiendusteks elektrisüsteemi arengu jooksul. Kõrgepingejaotlad on seotuse tõttu ülekandevõrguga üldjuhul keerukama primaarskeemiga, keskpingejaotlatele esitatavad nõuded on nõrgemad, eriti kui on tegemist piiratud ulatusega tarbijarühmade toitmisega keskpinge /madalpinge (ingl. MV/LV) alajaamadest. Elektrisüsteemis tuleb alati arvestada seadmete tõrkevõimalustega. Elektrijaamades, elektriliinidel ja jaotlates võivad tekkida lühised, kommutatsiooniseadmete ajamid võivad olla riknenud, võimsuslülitite kaarekustutuskeskond on hävinud jne. Kuna suurimate voolude tekitajaks on lühised ja nende kaotamiseks peab võrgu riknenud elemendi võimsuslüliti(te)ga välja lülitama, siis eriti suurt töökindlust nõudvates ahelates arvestatakse olukorraga, kus võimsuslüliti hoolduse ajal oleks seda vaja lülitamiseks. Taolises olukorras saab lahenduseks olla vaid mingi fiidri ühendamine jaotlaga läbi kahe rööbitise võimsuslüliti. Selline võimalus tekib nn rõngasskeemide kasutamisega. Lihtsamatel juhtudel piisab ahela kaitseks ühest võimsuslülitist. Kasutada võib ühe- ja kahekordseid kogumislatte.
) Harvem kasutatakse mõistet üks või kaks kogumislatti. TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 35 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 5.1.2. Ühekordsete ja kahekordsete kogumislattidega skeemid Lihtsaim ja ühtlasi odavaim on ühekordsete kogumislattidega jaotla , milles iga ühendus seotakse kogumislattidega võimsuslüliti, latilahklüliti ja liinilahklüliti abil (vt jn 5.1).
Joonis 5.1. Ühekordsete kogumislattidega jaotla skeem Skeemi puuduseks on jaotla väljalülitumine lühise korral kogumislattidel ja latilahklülitis. Lühis võimsuslülitis põhjustab sama olukorra. Mõnevõrra saab ühekordsete kogumislattidega jaotla töökindlust tõsta lattide sektsioneerimisega. (vt jn 5.2).
Joonis 5.2. Ühekordsete kogumislattidega sektsioneeritud jaotla skeem Sektsioonide arv valitakse võrdseks trafode või väiksemates elektrijaamades elektrivõrgu nimipingega võrdse nimipingega generaatorite arvuga. Sektsioneerimiseks kasutatakse võimsuslülitit või lahklüliteid. Esimesel juhul tekib ühelt latisektsioonilt toite kadumisel reservi automaatse lülitamise (RLA) võimalus, teisel juhul see võimalus puudub. Kaht jadamisi lahklülitit kasutatakse siis, kui on vaja tagada nende isolatsiooni puhastamist latisektsiooni hoolduse ja remondi ajal. Sektsioonide arv jaotlas võib olla suurem kui kaks, kuid nelja või enama sektsiooni korral kasvab oht elektrivõrgu jagunemiseks kahte teineteisest sõltumatusse ossa .
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 36 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Kõige mahukamateks töödeks jaotlas on tavaliselt võimsuslülitite hooldus ja remont. Ühekordsete kogumislattidega jaotla korral on sel ajal toiteta ka vastav fiider. Toitekatkestuse vältimiseks kasutatakse mõnikord möödaviiklatte (vt jn 5.3). Is
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
MVL
Joonis 5.3. Ühekordsete kogumislattidega ja möödaviiklattidega jaotla skeem Möödaviiklatid MVL koos möödaviiklülitiga Q5 ja möödaviik-lahklülititega võimaldavad toidet katkestamata ükshaaval remontida võimsuslüliteid Q1 kuni Q4, või puhastada nende isolatsiooni. Mõeldav on nii kogumislattide kui mõõdaviiklattide sektsioneerimine. Joonisel 5.4 on kujutatud üks selline võimalus.
Joonis 5.4. Ühekordsete sektsioneeritud kogumislattidega ja möödaviiklattidega jaotla skeem
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 37 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Seoses võimsuslülitite töökindluse kasvuga ja hooldusvälpade pikenemisega on ühekordsete kogumislattidega ning möödaviiklattidega jaotla skeem oma tähtsust kaotamas.
Is
Q5
II s Q1 Q2 Q3 Q4
Joonis 5.5. Kahekordsete kogumislattidega jaotla skeem Suuremates jaotlates leiab kasutamist kahekordsete kogumislattidega jaotla skeem (vt jn 5.5). Selles jaotlas on võimalikud erinevad kasutusvariandid: Kõik fiidrid on ühendatud ühele kogumislattide süsteemile ­ I s või II s. Lattidevaheline võimsuslüliti Q5 võib olla sisse lülitatud ja koormust mitte kandev latisüsteem on pingestatud ning toimub pidev isolatsiooni kontroll. Koormatud latisüsteemi lühise korral on võimalik fiidrid üle viia teisele latisüsteemile. Fiidrid on latilahklülitite abil jaotatud võimalikult võrdse koormuse alusel süsteemide vahel nii, et lülitit Q5 läbiv vool oleks minimaalne. Seda kasutusviisi nimetatakse fikseeritud ühendustega skeemiks. Skeem meenutab ühekordsete sektsioneeritud kogumislattidega jaotla skeemi, milles sektsioonilüliti rolli täidab Q5. Vajadusel võib fiidrid üle viia ühele latisüsteemile ja remontida tarbijatele elektrikatkestust tekitamata teist latisüsteemi ja puhastada selle isolatsiooni (NB! Latilahklülitite remont on keelatud. Eluohtlik!). Kahekordsete kogumislattidega jaotla puuduseks on ümberlülituste keerukus , sest lahklülititega koormatud ahelaid kommuteerida ei tohi, tekib avatud elektrikaar. Samuti ei ole võimalik remontida võimsuslüliteid fiidreid välja lülitamata. Viimasest olukorrast aitab välja pääseda möödaviiklattide süsteem.
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 38 Rein Oidram _____________________________________________________________________
5.1.3. Rõngasskeemid
5.2. Alampinge- ja ülempingejaotlate elektriskeemid
5.3. Ülempingejaotlate lihtsustatud elektriskeemid
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 39 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 6. Voolujuhtivate osade arvutus 6.1. Voolujuht kestval voolul
6.1.1. Voolujuhi kuumenemine kestval voolul
6.1.2. Voolujuhi valik kestva voolu järgi
6.2. Voolujuht lühisel
6.2.1. Voolujuhi temperatuuri tõus lühisel
6.2.2. Lühisvoolu Joule'i integraal 6.2.2.1. Joule'i integraali definitsioon
6.2.2.2. Lühisvoolu perioodilise komponendi Joule'i integraal
6.2.2.3. Lühisvoolu aperioodilise komponendi Joule'i integraal
6.2.2.4. Lühisvoolu Joule'i integraali lihtsustatud arvutus
6.2.2.5. Aparaatide termilise taluvuse kontroll
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 40 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 6.3. Lühisvoolu elektrodünaamiline toime
6.3.1. Elektrodünaamilised jõud voolujuhtivate osade vahel
Kui lähestikku asuvad kaks vooluga juhti, siis võivad nende vahel tekkida jõud, mis on võimelised elektrivõrgus esinevate lühiste korral purustama elektriseadmeid.
B 2
d l1 dF 1 dF 2 d l2
i1 i2 B 1
1 2
6.3.2. Elektrodünaamilised jõud kolmefaasilises voolujuhtide süsteemis
6.3.3. Lattide elektrodünaamilise taluvuse kontroll
6.3.4. Isolaatorite elektrodünaamilise taluvuse kontroll
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 41 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 7. Lühisvoolu piiramine 7.1. Lühisvoolu piiramine võtetega elektriskeemi koostamisel
7.2. Voolupiiravate reaktorite konstruktsioon ja kasutamine
7.3. Voolupiiravate reaktorite valik
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 42 Rein Oidram _____________________________________________________________________
8. Elektriseadmete maandamine 8.1. Maandustakistus
Pinnase eritakistus võrgusagedusel (mõõtmistel sageli saadud väärtusvahemikud) Pinnase liik Eritakistus E m Soopinnas 5 ... 40 Liivsavi, savi, mustmuld 20 ... 200 Liiv 200 ... 2500 Kruus 2000 ... 3000 Murenenud kivim Enamasti alla 1000 Liivakivi 2000 ... 3000 Graniit kuni 50000 Moreen kuni 30000
Niiskusesisalduse muutumine võib põhjustada pinnase eritakistuse ajalisi muutusi kuni mõne meetri sügavuseni. Lisaks sellele tuleb arvesse võtta, et pinnase eritakistus võib tunduvalt muutuda koos sügavuse suurenemisega, kuna tavaliselt koosneb pinnas selgesti eristatavatest eri omadustega pinnasekihtidest.
Võrkmaanduri valgumistakistus on ligikaudu E RE = , 2D
milles D on sellise ringjoone läbimõõt, mille pindala võrdub võrkmaanduri pindalaga.
Riba- või ümarmaterjalist või kiudjuhtmest rõhtsate sirg- ja rõngasmaandurite valgumistakistus homogeenses pinnases on arvutatav järgmiste valemitega : E 2L sirgmaandur REB = ln L d
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 43 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 2 D rõngasmaandur RER = 2 E ln D d L L sirgmaanduri pikkus m, D = rõngasmaanduri läbimõõt m, d ümarelektroodi või kiudjuhtme läbimõõt või ribaelektroodi pool laiust m (joonis kehtib d = 0,015 m puhul), E pinnase eritakistus m
Homogeensesse pinnasesse süvistatud püstmaanduri valgumistakistus on arvutatav valemiga
E 4L RE = ln 2 L d
L maandusvarda pikkus m, d maandusvarda läbimõõt m (joonis kehtib d = 0,02 m puhul), E pinnase eritakistus m
8.2. Puute- ja sammupinge
8.3. Potentsiaali ühtlustamine
8.4. Maandusseadme konstruktsioon ja arvutus
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 44 Rein Oidram _____________________________________________________________________ 9. Jaotlate konstruktsioon 9.1. Elektriohutust ja talitluskindlust tagavad nõuded
9.2. Ohutusvahemikud
Ohutusvahemike määramisel on aluseks isolatsiooni läbilöögipinged.
Vähimad õhkvahemikud EVS-HD 637 S1:2002 järgi Juht- Varras- Juht- Varras- Juht- Varras- Juht- Varras- Tarind Tarind Rööpjuht Juht Tarind Tarind Rööpjuht Juht F-M 1 F-M 1 F-F 1 F-F 1 F-M 2 F-M 2 F-F 2 F-F 2 Nimipinge, kV 275 1600 1900 2300 2600 1800 2400 2600 3100 380 2200 2900 3100 3600 2600 3400 3600 4200 480 2600 3400 3900 4600 3100 4100 4200 5000 700 4200 5600 7200 9000 4900 6400 7600 9400 330 1900 2400 2700 3200 2200 2900 3100 3600 F-M faas-maa F-F faas-faas 1 - madalamad taluvuspinged 2 - kõrgemad taluvuspinged
Nõrgem isolatsioon (väiksemad liigpinged)
10000 Varras-juht (Faas-Faas) 9000 Juht-rööpjuht (Faas-Faas) Varras-tarind (Faas-Maa) 8000 Juht-tarind (Faas-Maa) Vähim õhkvahemik, mm
7000 Norm pingele 330 kV Norm pingele 330 kV 6000 Norm pingele 330 kV 5000 Norm pingele 330 kV
4000
3000
2000
1000
0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 Nimipinge, kV
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 45 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Tugevam isolatsioon (suuremad liigpinged)
10000 Varras-juht (Faas-Faas) 9000 Juht-rööpjuht (Faas-Faas) Varras-tarind (Faas-Maa) 8000 Juht-tarind (Faas-Maa) Vähim õhkvahemik, mm
7000 Norm pingele 330 kV Norm pingele 330 kV 6000 Norm pingele 330 kV
5000 Norm pingele 330 kV
4000
3000
2000
1000
0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 Nimipinge, kV
9.3. Lahtised ja kinnised jaotlad
9.4. Kohapeal koostatavad ja komplektjaotlad
9.5. Lahtiste jaotlate konstruktiivsed iseärasused
9.6. Alajaamade piksekaitse
Kaitse välgu otselöökide eest
Modelleerimine, mõõtmised, vaatlused ja paljude aastate kogemused näitavad, et välgu otselööke seadmeisse saab suure tõenäosusega vältida, kui kasutada alljärgnevat piksevarraste või -trosside paigutusviisi. Joonistel 9.6.1 kuni 9.6.4 kujutatud kaitsetsoonid kehtivad paigaldiste puhul, mille kõrgus H on kuni 25 m (kasutusel 420 kV elektrivõrgus). Kõrgemate paigaldiste korral on kaitsetsoonid suhteliselt väiksemad.
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 46 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Alljärgnev on esitatud kui meetod, mis tagab piisava kaitsetaseme ilma isolatsiooni- koordinatsiooni lähema käsitlemiseta.
Üksik piksetross loob piki trossi telgikujulise kaitsetsooni, mille moodustajaks (ristlõike piirjooneks) on trossist algav kaar raadiusega 2H (vt joonis 9.6.1).
Kaks piksetrossi, mille omavaheline kaugus on väiksem kui 2H, loovad kaitsetsooni, mille piiri piksetrosside vahel moodustab kõrguse 2H keskpunktist MR läbi trosside (raadiusega R) tõmmatud kaar (vt joonis 9.6.2). Kaitsetsoon on trosside kogu ulatuses pidev.
M2H M2H
2H 2H
2H
H
Joonis 9.6.1 ­ Üksiku piksetrossi kaitsetsoon
M2H MR M2 H
2H R 2H
2H
H
Joonis H.2 ­ Kahe piksetrossi kaitsetsoon
Piksevardad
Ülespoole suunatud välgukanalis (striimeris) arenevad lahendused piksevarraste korral varem kui piksetrosside puhul.
Piksevarda kaitsetsoon on üldjuhul laiem kui samasuguse kõrgusega piksetrossi puhul.
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 47 Rein Oidram _____________________________________________________________________ Üksik piksevarras loob nõguskoonuse kujulise kaitsetsooni, mille moodustaja on piksevarda tippu läbiv kaar raadiusega 3H (vt joonis 9.6.3).
Kahe teineteisest vähem kui 3H kaugusel asuva piksevarda vaheline kaitsetsoon moodustub varraste tippusid läbiva kaarega, mille raadius on R ja mille keskpunkt MR on kõrgusel 3H (vt joonis 9.6.4).
M 3H M 3H
3H 3H
3H
H
Joonis 9.6.3 ­ Üksiku piksevarda kaitsetsoon
Joonis M 3H MR M 3H
3H R 3H 3H
H
9.6.4 ­ Kahe piksevarda kaitsetsoon
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool Loengukursus AEK 3025 48 Rein Oidram _____________________________________________________________________
Kirjandus 1. / . ... , 1990. 2. M. Lehtonen, T. Hakola. Neutral earthing and power system protection . Earthing solutions and protective relaying in medium voltage distribution networks. ABB Transmit Oy, Relays and Network Control, Vaasa , Finland. 3. Teknisiä tietoja ja taulukoita. ABB Strömberg, Vaasa, 1990. 4. Switchgear Manual . 10th edition . Edited by Henning Gremmel for ABB Calor Emag Schaltanlagen AG Mannheim. Cornelsen Verlag, Berlin . 2001. 5. Ü. Treufeldt . Lühised elektrisüsteemides. TTÜ. Tallinn, 2002. 160 lk. 6. Kõik kättesaadavad Eestis ja mujal ilmuvad elektroenergeetikaalased ajakirjad ja Interneti leheküljed (www.abb.com, www. siemens .com, www.merlingerin.com/MG/en/index.htm, www.areva-td.com, www.vatech-td.com, jms.).
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool