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