Θερμική Συμπεριφορά Γραμμών Κορμού Διανομής Μέσης Τάσης κατά το Βραχυκύκλωμα στον Αέρα

Transcript

1 Θερμική Συμπεριφορά Γραμμών Κορμού Διανομής Μέσης Τάσης κατά το Βραχυκύκλωμα στον Αέρα Δυναμική και Θερμική Καταπόνηση Εγκαταστάσεων Γεώργιος Α. Βίλλιας1, Αθανάσιος Χ. Μέρμιγκας, Ελευθερία X. Πυργιώτη3, Περικλής Δ. Μπούρκας4 1, 4, 3 Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Τεχνολογίας Υπολογιστών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστήμιου Πατρών 1george.villias@gmail.com acmermigkas@gmail.com Περίληψη Η εργασία αυτή αφορά τη θερμική συμπεριφορά των αγωγών του εναέριου δικτύου διανομής μέσης τάσης υπό τριφασικό και διφασικό βραχυκύκλωμα στον αέρα. Εξετάζονται οι αγωγοί τύπου ACSR, ισοδύναμης διατομής χαλκού 95mm, mm, και 35mm για μήκος γραμμής μέχρι εκατό χιλιόμετρα. Επίσης εξετάζεται η περίπτωση επαναληπτικής διακοπής (από διακόπτη ισχύος ή διακόπτη αυτόματης επαναφοράς) και η επίδραση αυτής στην αύξηση της θερμοκρασίας των αγωγών. Τα αποτελέσματα των υπολογισμών δείχνουν ότι για σφάλματα που συμβαίνουν μετά το πρώτο χιλιόμετρο γραμμής δεν υφίσταται πρόβλημα υπερθέρμανσης των αγωγών άνω των επιτρεπτών ορίων, ενώ κρίνεται σκόπιμη η χρήση αγωγών διατομής 95mm προ του δευτέρου χιλιομέτρου. Λέξεις κλειδιά: βραχυκύκλωμα, θερμική καταπόνηση, μέση τάση, γυμνοί αγωγοί, διακόπτης αυτόματης επαναφοράς. διακλαδώσεις των γραμμών κορμού κατασκευάζονται με αγωγούς μικρότερης διατομής και καταλήγουν σε υποσταθμούς (Υ/Σ) υποβιβασμού της μέσης τάσης σε χαμηλή τάση (ΧΤ) [1, ]. 1. Εισαγωγή Τα εναέρια δίκτυα μέσης τάσης (ΜΤ) του συστήματος διανομής ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούνται από μεγάλο πλήθος στοιχείων και έχουν κατά κανόνα δενδροειδή μορφή. Στο σχήμα 1 δίνεται απλοποιημένα ένα παράδειγμα δικτύου διανομής. Σύμφωνα με αυτό από τους ζυγούς μέσης τάσης του μετασχηματιστή 1/kV στο κέντρου υψηλής τάσης (ΚΥΤ) αναχωρούν, μέσω αυτόματων διακοπτών ελαίου (ΑΔΕ), γραμμές μέσης τάσης (kv), που η καθεμία αφορά τη διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μία ευρύτερη περιοχή. Οι γραμμές αυτές ονομάζονται γραμμές κορμού και κατασκευάζονται με αγωγούς μεγάλης διατομής, συνήθως 95mm ισοδύναμου χαλκού. Κατά μήκος των γραμμών κορμού, συνήθως στην αρχή των μεγάλων κλάδων (σχήμα 1), εγκαθίστανται διακόπτες αυτόματης επαναφοράς (ΔΑΕ/ Reclosers). Οι περεταίρω Σχήμα 1. Απλοποιημένο παράδειγμα διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας Η παροχή χαμηλής τάσης γίνεται μέσω γραμμών χαμηλής τάσης που ξεκινούν από τον πίνακα χαμηλής τάσης (ασφαλειοκιβώτιο) του υποσταθμού. Η παροχή μέσης τάσης σε καταναλωτές αφορά απορροφημένες εντάσεις ρεύματος άνω των Α ανά φάση, όπως

2 συμβαίνει συνήθως σε βιομηχανίες, νοσοκομεία άνω των εκατό κλινών, μεγάλα ξενοδοχεία, κτίρια μεγάλων εκπαιδευτικών ιδρυμάτων (ΕΜΠ), κ.λ.π. [, 3] Δεδομένου ότι τα δίκτυα διανομής λειτουργούν ακτινικά η προστασία τους είναι δυνατή με απλές διατάξεις διαβαθμισμένες κατάλληλα. Κατά μήκος του δικτύου διανομής μέσης τάσης εγκαθίστανται μέσα ζεύξεως όπως αποζεύκτες και διακόπτες φορτίου και μέσα προστασίας όπως διακόπτες ισχύος (ΑΔΕ), διακόπτες απομονώσεως (Sectionalizers) και ασφάλειες. Τα μέσα ζεύξεως χρησιμοποιούνται για την διασύνδεση ή απομόνωση των τμημάτων του δικτύου (π.χ. σε περιπτώσεις πυρκαγιών, εργασιών συντήρησης και αποκατάστασης βλαβών). Τα μέσα προστασίας χρησιμοποιούνται για την αυτόματη απομόνωση τμημάτων του δικτύου σε περίπτωση σφάλματος. Λόγω του ότι τα εναέρια δίκτυα μέσης τάσης είναι εκτεθειμένα, η συχνότητα εμφάνισης σφαλμάτων είναι αυξημένη. Αξιοσημείωτο είναι ότι σε ποσοστό που υπερβαίνει το 8% του συνόλου, τα σφάλματα είναι παροδικά [1, 4]. Όταν συμβεί ένα σφάλμα σε μία γραμμή κορμού, τότε ο διακόπτης προστασίας (ΑΔΕ ή ΔΑΕ) θα διακόψει αυτομάτως την ηλεκτροδότηση της συγκεκριμένης γραμμής και θα τεθεί αμέσως αυτομάτως στη θέση εντός για να ηλεκτροδοτηθεί η γραμμή. Καθόσον υπάρχει το σφάλμα ο διακόπτης συνεχίζει την αυτόματη "διακοπή - εκ νέου ηλεκτροδότηση". Συνήθως οι επαναληπτικοί διακόπτες αυτοί σχεδιάζονται έτσι ώστε αν και κατά την τρίτη αυτόματη προσπάθεια εξακολουθεί να υπάρχει το σφάλμα, να συμβαίνει πλέον οριστική διακοπή ρεύματος της εν λόγω γραμμής κορμού. Είναι προφανές ότι η προαναφερθείσα σε "τρεις κύκλους λειτουργία" των ΑΔΕ και των ΔΑΕ αποσκοπεί, σε περιπτώσεις εμφάνισης παροδικών σφαλμάτων, τόσο στην προσπάθεια για απρόσκοπτη ηλεκτροδότηση μίας μεγάλης περιοχής, όσο και στην αποφυγή άσκοπων μετακινήσεων συνεργείων. Σημειώνεται ότι η διακοπή της ηλεκτροδότησης σε κάθε κύκλο λειτουργίας των ΑΔΕ και των ΔΑΕ συμβαίνει πάντοτε σε κλάσμα του δευτερολέπτου (σχεδόν ακαριαία διακοπή, π.χ.:,15sec,,35sec, κ.λ.π.), που στην πράξη σημαίνει πως δεν υπάρχει αρκετός διαθέσιμος χρόνος για την εκδήλωση αξιόλογων θερμικών φαινομένων (δεν προκαλείται υπερθέρμανση της γραμμής πάνω από τα ανεκτά όρια, πολύ δε περισσότερο δεν δημιουργούνται τήγματα μετάλλου από τους αγωγούς) [1, 4] Από τα παραπάνω που πολύ περιληπτικά επεξηγήθηκαν διακρίνονται οι ακόλουθες ζώνες προστασίας: Των γραμμών μέσης τάσης Των υποσταθμών μέσης τάσης (Δικτύου διανομής ή Ιδιωτικών) Των γραμμών χαμηλής τάσης Των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων των καταναλωτών Στην αρχή κάθε ζώνης υπάρχει ένα μέσο προστασίας ώστε να απομονώνει το προστατευόμενο τμήμα του δικτύου σε περίπτωση σφάλματος. Με κατάλληλη ρύθμιση (π.χ. ο χρόνος διακοπής t) επιτυγχάνεται η ιεράρχηση των προστασιών του δικτύου [1,, 4]. Τα σφάλματα του δικτύου διανομής οδηγούν στην μη κανονική λειτουργία του και οφείλονται κατά κύριο λόγο στην απώλεια μόνωσης, η οποία οδηγεί σε βραχυκύκλωμα. Το βραχυκύκλωμα, λόγω των υπερεντάσεων που δημιουργεί, καταπονεί δυναμικά και θερμικά τα στοιχεία του δικτύου και γενικότερα τις ηλεκτροτεχνικές κατασκευές, με αποτέλεσμα να προκαλούνται ακόμα και μόνιμες βλάβες του υλικού. Η δυσμενέστερη κατάσταση λειτουργίας θεωρείται ότι είναι το τριφασικό βραχυκύκλωμα λόγω των μεγάλων ρευμάτων βραχυκυκλώσεως που δημιουργούνται. [, 3, 5] Η εργασία αυτή εξετάζει τη θερμική καταπόνηση των αγωγών του εναέριου δικτύου διανομής μέσης τάσης κατά το τριφασικό και το διφασικό βραχυκύκλωμα χωρίς επαφή γης. Η οργάνωση της εργασίας έχει ως εξής: Αρχικά στην παράγραφο δίνονται η διαδικασία υπολογισμού, οι υποθέσεις και οι παράμετροι της μελέτης. Έπειτα στην παράγραφο 3 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τους υπολογισμούς. Τέλος στην παράγραφο 4 διεξάγονται συμπεράσματα και σχόλια επί των αποτελεσμάτων.. Η διαδικασία υπολογισμού.1. Υποθέσεις και παράμετροι Στο σχήμα δίνεται απλοποιημένα το κύκλωμα με βάση το οποίο έγιναν οι υπολογισμοί. Στο ελληνικό εναέριο δίκτυο διανομής μέσης τάσης χρησιμοποιούνται συνήθως αγωγοί αλουμινίου με πυρήνα από χάλυβα (Aluminum Conductor Steel Reinforced - ACSR). Εξετάζονται οι περιπτώσεις αγωγών με διατομές ισοδύναμου χαλκού 95mm, mm και 35mm σε γραμμή διανομής μέσης τάσης kv και μήκους μέχρι εκατό χιλιόμετρα. Ο μετασχηματιστής μεταφοράς (Μ/Σ) 1/ kv στο δίκτυο που μελετάται είναι ονομαστικής ισχύος MVA με σχετική τάση βραχυκύκλωσης u k =% και ωμική συνιστώσα της σχετικής τάσης βραχυκύκλωσης u r =,6%. Στους υπολογισμούς λαμβάνονται μόνο υπόψη οι αντιστάσεις από ΚΥΤ μέχρι το σημείο βραχυκύκλωσης. Δεν λαμβάνονται δηλαδή υπόψη οι αντιστάσεις της γεννήτριας και του μετασχηματιστή ανύψωσης τάσης καθώς το σύστημα προς τα ανάντη του ζυγού υψηλής τάσης του μετασχηματιστή 1/kV θεωρείται άπειρο. Αυτό έχει ως επακόλουθο οι υπολογιζόμενες τιμές των ρευμάτων βραχυκύκλωσης και συνεπώς των θερμοκρασιών που προκαλούνται να είναι μεγαλύτερες

3 από τις πραγματικές με ικανοποιητική όμως προσέγγιση προς αυτές [6]. X ΜΣ = 1, 6Ω (4) Οι τιμές των αντιστάσεων των αγωγών υπολογίζονται ανάλογα με το μήκος της γραμμής. Οι τιμές τους ανά χιλιόμετρο γραμμής δίνονται στον πίνακα 1 []: Αγωγοί ACSR γραμμής ΜΤ R γ (Ω/km) Χ γ (Ω/km) 3x35mm,576,397 3xmm,44,386 Σχήμα. Το δίκτυο μέσης τάσης που εξετάζεται στην εργασία Η θερμική καταπόνηση των αγωγών αυτών μελετάται για τριφασικό και διφασικό βραχυκύκλωμα στον αέρα για χρόνο διακοπής t=,4sec, δηλαδή το χρονικό διάστημα από την εκδήλωση του βραχυκυκλώματος μέχρι την λειτουργία του μέσου προστασίας. Οι υπολογισμοί έγιναν για θερμοκρασία περιβάλλοντος Θ περ =4 ο C δηλαδή συνθήκες καύσωνα. Η ανάλυση της επίδρασης των μεταβατικών φαινομένων όπου λαμβάνουν χώρα π.χ. κατά το βραχυκύκλωμα ή την καταπόνηση υπό κεραυνικό ρεύμα είναι σύνθετη και γίνεται από πολύπλοκα μαθηματικά μοντέλα. Παρόλα αυτά είναι γνωστό ότι η επίδραση του μεταβατικού επιδερμικού φαινομένου στην αύξηση της θερμοκρασίας των αγωγών από υπερεντάσεις, για διατομές όμοιας τάξεως όπως αυτές που εξετάζονται, θεωρείται αμελητέα [11]. Επομένως οι αντιστάσεις των αγωγών καθ όλη την διάρκεια του βραχυκυκλώματος θεωρείται σταθερή... Η διαδικασία 3x95mm,15,334 Πίνακας 1. Ωμικές (R γ ) και επαγωγικές (Χ γ ) αντιστάσεις των αγωγών ΑCSR. Οι διατομές αναφέρονται σε ισοδύναμες Cu. Η συνολική αντίσταση μέχρι τη θέση του βραχυκυκλώματος δίνεται, για τριφασικό βραχυκύκλωμα, από την σχέση [, 3, 5]: ( + γ ) ( + ) Z = R R l + X X l (5) γ ολ ΜΣ ΜΣ Ζ ολ σε Ω και l το μήκος της γραμμής μέχρι την θέση του σφάλματος σε km. Το ρεύμα βραχυκύκλωσης εμφανίζεται αρχικά κατά την υπομεταβατική και μεταβατική περίοδο ως ασύμμετρο και κατόπιν κατά την περίοδο μόνιμης κατάστασης ως συμμετρικό (Σχήμα 3). Το ασύμμετρο τμήμα περιλαμβάνει το εναλλασσόμενο ή αρχικό ρεύμα βραχυκύκλωσης (I SW ή I k ") και το συνεχές ρεύμα βραχυκύκλωσης (I g ). Το συμμετρικό τμήμα αποτελείται από το διαρκές ή μόνιμο ρεύμα βραχυκύκλωσης (I d ή I k ) [- 6]. Ο υπολογισμός των αντιστάσεων του μετασχηματιστή (Μ/Σ) υψηλής προς μέση τάση γίνεται με εφαρμογή των παρακάτω σχέσεων [, 3, 5]: U R = u ΜΣ r P (1) U X = u u ΜΣ k r P () Σχήμα 3. Μορφή του ρεύματος κατά το βραχυκύκλωμα Για την τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος R ΜΣ ωμική αντίσταση σε Ω του Μ/Σ, Χ ΜΣ επαγωγική βραχυκύκλωσης (I SW ) στις περιπτώσεις τριφασικού και αντίσταση σε Ω του Μ/Σ, u r =,6%, η ωμική συνιστώσα διφασικού σφάλματος στον αέρα ισχύουν οι παρακάτω της σχετικής τάσης βραχυκύκλωσης, u k =%, η σχετική σχέσεις [5, 6]: τάση βραχυκύκλωσης, U η ονομαστική τάση σε kv του cu δευτερεύοντος του Μ/Σ (kv) και P η ονομαστική I = (6) SW,3φ ισχύς σε MVA του Μ/Σ (ΜVA) 3 Zολ Με αριθμητική αντικατάσταση προκύπτουν οι τιμές: cu R ΜΣ =, 48Ω (3) I = (7) SW,φ Z ολ

4 I SW,3φ το εναλλασσόμενο ρεύμα βραχυκύκλωσης σε ka κατά το τριφασικό βραχυκύκλωμα, I SW,φ το εναλλασσόμενο ρεύμα βραχυκύκλωσης σε ka κατά το διφασικό βραχυκύκλωμα στον αέρα, U Ν η ονομαστική τάση σε kv στη θέση του σφάλματος, Ζ ολ η ολική αντίσταση σε Ω μέχρι το σημείο του σφάλματος, c συντελεστής για την διακύμανση της τάσεως. Για τον υπολογισμό των μέγιστων ρευμάτων βραχυκυκλώσεως λαμβάνεται c=1,1. Είναι γνωστό ότι η μέγιστη δυνατή τιμή του διαρκούς ρεύματος βραχυκύκλωσης (I d ) είναι ίση με το % του εναλλασσόμενου ρεύματος βραχυκύκλωσης (I SW ) ενώ η ελάχιστη είναι ίση με το 35% αυτού. Αυτές οι οριακές τιμές θα χρησιμοποιηθούν για να υπολογιστεί η μέγιστη και οι ελάχιστη αύξηση της θερμοκρασίας []. Η αύξηση της θερμοκρασίας σε αγωγούς κατά το βραχυκύκλωμα υπολογίζεται αναλυτικά από τα γραφήματα κατά το πρότυπο IEC και - (Shortcircuit currents - Calculation of effects - Part 1 and ). Στην πράξη όμως για το υπολογισμό της θερμοκρασίας στους αγωγούς που καταπονούνται από τα ρεύματα βραχυκύκλωσης, χρησιμοποιούνται εμπειρικές σχέσεις Μια τέτοια εμπειρική σχέση που δίνει την αύξηση της θερμοκρασίας σε αγωγούς συναρτήσει του διαρκούς ρεύματος βραχυκύκλωσης (I d ) και του χρόνου μέχρι την διακοπή του βραχυκυκλώματος t είναι η ακόλουθη [, 7, 8, 9, 1, 11]: I I d sw ΔΘ = κ t+ T (8) A Id ΔΘ η αύξηση της θερμοκρασίας σε o C, I SW και I d σε Α, κ σταθερά του υλικού: για χαλκό κ=,58 για αλουμίνιο κ=,135 Α η διατομή του αγωγού σε mm, t ο χρόνος σε sec από την εμφάνιση μέχρι τη διακοπή του βραχυκυκλώματος, Τ ο συντελεστής χρόνου η τιμή του οποίου είναι: για τριφασικό βραχυκύκλωμα Τ=,3,15 sec για διφασικό βραχυκύκλωμα Τ=,6,5 sec Η τιμή του Τ μειώνεται με την απόσταση από την θέση βραχυκύκλωσης Στην παρούσα εργασία γίνεται χρήση των μέγιστων τιμών του συντελεστή Τ έτσι ώστε να μελετηθεί η μέγιστη δυνατή καταπόνηση. Ως οριακή θερμοκρασία για γυμνούς αγωγούς αλουμινίου θεωρείται αυτή των 18 ο C ενώ για τους γυμνούς αγωγούς χαλκού αυτή των ο C [, 9]. Οι διατομές των αγωγών που εξετάζονται μετατρέπονται σε ισοδύναμου αλουμινίου έτσι ώστε να εφαρμοστεί η σχέση 8. Για το σκοπό αυτό γίνεται χρήση της σχέσης: A A ρ ρ St Al Al = St (9) Α St η διατομή του χαλύβδινου πυρήνα του αγωγού ACSR, ρ Al =,3 Ωmm /m η ειδική αντίσταση του αλουμινίου ρ St =,15 Ωmm /m η ειδική αντίσταση του χάλυβα []. Στον πίνακα παρουσιάζονται τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά των αγωγών που εξετάζονται []. ACSR ισοδύναμου με Cu: αριθμός κλώνων Al/St D κλώνου Al/St mm Α διατομή mm 35mm 6/1 3,44/3,44 57,6 mm 6/1 4,11/4,11 8,3 95mm 6/7,7/,1 156 Πίνακας. Διατομή των αγωγών ACSR Στην περίπτωση ύπαρξης επαναληπτικού διακόπτη προστασίας (ΑΔΕ ή ΔΑΕ) συμβαίνει μια πρώτη ταχεία διακοπή του σφάλματος σε χρόνο t=,4sec (1 ο OFF), όπως υποτέθηκε στα προηγούμενα, ενώ τίθεται σε εφαρμογή η σε "τρεις κύκλους λειτουργία" του, όπως αναλύθηκε στην εισαγωγή. Σχήμα 4. Λειτουργία του διακόπτη αυτόματης επαναφοράς [4]. Κατά τις προσπάθειες του διακόπτη για ηλεκτροδότηση της γραμμής διακόπτεται και πάλι το σφάλμα, όμως με χρονική καθυστέρηση αυτή την φορά (Σχήμα 4). Ο χρόνος διακοπής κατά τον επόμενο κύκλο λειτουργίας του διακόπτη δίνεται από την σχέση [8]: t = t (1) 3. Τα αποτελέσματα Τα αποτελέσματα των υπολογισμών δείχνουν ότι η μέγιστη θερμική καταπόνηση των αγωγών παρουσιάζεται κατά το τριφασικό βραχυκύκλωμα. Το γεγονός αυτό ήταν αναμενόμενο αφού στο τριφασικό βραχυκύκλωμα εμφανίζονται αρκετά πιο αυξημένα ρεύματα βραχυκύκλωσης από ότι στην περίπτωση του διφασικού.

5 Στο σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν η θερμοκρασία των αγωγών μειώνεται ραγδαία σε συνάρτηση με το μήκος της γραμμής. Όσο πιο κοντά στους ακροδέκτες του μετασχηματιστή εκδηλώνεται το βραχυκύκλωμα τόσο μεγαλύτερη είναι η αύξηση της θερμοκρασίας. Αξιοσημείωτο είναι ότι μετά από το έκτο χιλιόμετρο γραμμής η αύξηση αυτή είναι μικρή έως αμελητέα, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση του τριφασικού βραχυκυκλώματος που φαίνεται στο σχήμα ACSR- 1 ACSR Σχήμα 6. Θερμοκρασία των αγωγών ACSR κατά το τριφασικό βραχυκύκλωμα, αρχικής διάρκειας t=,4sec για Ι SW =Ι d. Ταχεία διακοπή - 1 ο OFF (λεπτομέρεια του σχήματος 4) Σχήμα 5. Θερμοκρασία των αγωγών ACSR κατά το τριφασικό βραχυκύκλωμα αρχικής διάρκειας t=,4sec για Ι SW =Ι d. Ταχεία διακοπή του σφάλματος - 1 ο OFF. 3 1 ACSR- Στο σχήμα 6 φαίνεται η θερμοκρασία που προκαλείται στους αγωγούς κατά το τριφασικό βραχυκύκλωμα για την μέγιστη τιμή του διαρκούς ρεύματος βραχυκύκλωσης (I d =I SW ). Την μεγαλύτερη καταπόνηση υφίσταται ο αγωγός ACSR 35mm, στον οποίο αναπτύσσεται υψηλή θερμοκρασία, που υπερβαίνει το όριο των 18 ο C, για σφάλματα κοντά στους ακροδέκτες του μετασχηματιστή., ενώ οι θερμοκρασίες των αγωγών mm και 95mm είναι εντός του ορίου αυτού. Παρατηρείται ότι όσο πιο μικρή είναι η διατομή του αγωγού τόσο μεγαλύτερη είναι η αύξηση της θερμοκρασίας του κατά το βραχυκύκλωμα. Η παρατήρηση αυτή είναι δικαιολογημένη αφού η τιμή της διατομής (Α) του αγωγού στην σχέση 8 βρίσκεται στο παρονομαστή. Στην περίπτωση της λειτουργίας του επαναληπτικού διακόπτη προστασίας με χρονική καθυστέρηση, τόσο κατά το τριφασικό όσο και κατά το διφασικό βραχυκύκλωμα η θερμική καταπόνηση που υφίστανται οι αγωγοί είναι αυξημένη (σχήμα 7 και σχήμα 8) σε σχέση με την περίπτωση της ταχείας διακοπής (σχήμα 6). Αυτό συμβαίνει λόγω του παρατεταμένου χρόνου διακοπής, ο οποίος προκαλεί την έκθεση των αγωγών στα ρεύματα βραχυκύκλωσης για μεγαλύτερη χρονική διάρκεια Σχήμα 7. Θερμοκρασία των αγωγών ACSR κατά το τριφασικό βραχυκύκλωμα, αρχικής διάρκειας t=,4sec για Ι SW =Ι d. Λειτουργία με χρονική καθυστέρηση - ο OFF ACSR- Σχήμα 8. Θερμοκρασία των αγωγών ACSR κατά το τριφασικό βραχυκύκλωμα αρχικής διάρκειας t=,4sec για Ι SW =Ι d. Λειτουργία με χρονική καθυστέρηση - 3 ο OFF. 6 6

6 4. Συμπεράσματα επί των αποτελεσμάτων Από τους υπολογισμούς που έγιναν προέκυψε ότι τα σφάλματα που εκδηλώνονται κοντά στους ακροδέκτες του μετασχηματιστή (l=) προκαλούν σημαντικές θερμικές καταπονήσεις στους αγωγούς. Αντίθετα, τα βραχυκυκλώματα μετά το πρώτο χιλιόμετρο της γραμμής δεν προκαλούν αύξηση της θερμοκρασίας των αγωγών πέραν των επιτρεπόμενων ορίων. Σε όλες τις περιπτώσεις των αγωγών που εξετάστηκαν η θερμοκρασία που αναπτύσσεται κατά το βραχυκύκλωμα είναι πολύ μικρότερη από 66 ο C, η οποία είναι η θερμοκρασία τήξης του αλουμινίου. Επίσης και ο χαλύβδινος πυρήνας του αγωγού ACSR δεν διατρέχει κίνδυνο τήξης καθώς η θερμοκρασία τήξης του χάλυβα είναι 153 ο C. Επομένως δεν προκαλούνται τήγματα μετάλλου. Παρόλα αυτά ο αγωγός ACSR 35mm παρουσιάζει αυξημένη θερμοκρασία, τόσο κατά την λειτουργία του ΔΑΕ (ή ΑΔΕ) με χρονική καθυστέρηση όσο και για την λειτουργία ταχείας διακοπής του σφάλματος. Συγκεκριμένα δεν ενδείκνυται η χρήση του μέχρι το πρώτο χιλιόμετρο γραμμής κορμού. Οι αγωγοί ΑCSR mm και 95mm δείχνουν μια ικανοποιητική συμπεριφορά εντός των ορίων που προσδιορίζουν οι προδιαγραφές (18 C για το αλουμίνιο) που σημαίνει ότι στους αγωγούς αυτούς δεν δημιουργούνται προβλήματα υπερθέρμανσης κατά το βραχυκύκλωμα πολύ δε περισσότερο τήγματα αλουμινίου ή χαλκού (στους συνδέσμους χαλκού). Η θερμική αυτή συμπεριφορά των αγωγών αυτών, τους καθιστά κατάλληλους για χρήση στον κορμό του δικτύου διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Παρόλα αυτά, προ του δευτέρου χιλιομέτρου της γραμμής κρίνεται σκόπιμη η χρήση αγωγών διατομής 95mm λόγω της θερμικής αντοχής τους στο αυξημένο ρεύμα βραχυκύκλωσης. Όπως φαίνεται από τα αποτελέσματα αυτά η επαναληπτική αυτόματη προσπάθεια ηλεκτροδότησης του μέσου προστασίας (ΔΑΕ, ΑΔΕ) και ακολούθως οι ακούσιες χειροκίνητες επαναληπτικές ηλεκτροδοτήσεις από το συνεργείο προς εντοπισμό της θέσης του σφάλματος, σημαίνουν αύξηση της θερμοκρασίας των αγωγών σε πολλαπλάσια τιμή από την θερμοκρασία τους έναντι του ενός και μοναδικού βραχυκυκλώματος. Σε τέτοιες θερμοκρασίες προκαλείται σημαντική μείωση της μηχανικής αντοχής του αγωγού καθώς και χαλάρωση των κλώνων αλουμινίου, λόγω διαστολής, και συνεπώς ευνοείται η διάβρωση του αγωγού (ηλεκτρική διάβρωση) []. Η θερμική συμπεριφορά των αγωγών κατά το βραχυκύκλωμα μπορεί να μελετηθεί περεταίρω. Υπάρχουν πληθώρα συνιστωσών και παραμέτρων οι οποίες στην παρούσα εργασία δεν εξετάστηκαν πλήρως. Μερικές από αυτές είναι το είδος των αγωγών, το είδος του βραχυκυκλώματος (μονοφασικό σφάλμα, σφάλμα με επαφή γης κ.τ.λ.), τα μεταβατικά φαινόμενα κατά την διάρκεια του βραχυκυκλώματος, ο χρόνος διακοπής κ.α. 5. Βιβλιογραφία [1] Παπαδόπουλος Μ.Π., Δίκτυα Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας, Τόμος Ι, Εκδόσεις ΕΜΠ, Αθήνα 1994 [] Μπούρκας Π.Δ., Κ.Γ. Καραγιαννόπυλος, Βιομηχανικές Ηλεκτρικές Διατάξεις και Υλικά, Εκδόσεις ΕΜΠ, Αθήνα 3. [3] Μπούρκας Π.Δ., Εφαρμογές Κτιριακών και Βιομηχανικών Εγκαταστάσεων, Εκδόσεις ΕΜΠ, Αθήνα 1998 [4] Gers J.M., Holmes E.J., Protection of Electricity Distribution etworks, nd Edition, IEE Power & Energy Series 47 [5] Τσανάκας Κ.Δ., Συμμετρικές Συνιστώσες και Ανάλυση Σφαλμάτων στα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας, Ξάνθη 1985 [6] Παπαδίας Β.Κ., Ανάλυση Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας, Τόμος ΙΙ, Εκδόσεις ΕΜΠ, Αθήνα 1985 [7] AEG, Hilfsbuch für elektrische Licht und Kraft-Anlagen, 6. Auflage, Verlag W. Girardet Essen [8] Walter M., Kurtzschlußtröme in Drehstromnetzeu, Oldenburg Verlag, München. [9] Πολυκράτη Α.Δ., Συμπεριφορά Στατικών Ηλεκτρικών Συνδέσμων υπό Ταχέως Μεταβαλλόμενες Ηλεκτρικές Καταπονήσεις, PhD thesis, Ε.Μ.Π., Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχ. & Μηχ. Υπ., 5 [1] Φιλιππάκου Μ.Π., Ανάπτυξη μαθηματικών μοντέλων και πειραματική διερεύνηση θερμικών και ηλεκτρικοί φαινομένων καταπόνησης σε επαφές διακοπτών, PhD thesis, Ε.Μ.Π., Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχ. & Μηχ. Υπ., 1999 [11] Παΐσιος Μ.Π., Θερμική Συμπεριφορά Στατικών Ηλεκτρικών Επαφών υπό Συνεχές ή Κεραυνικό Ρεύμα, PhD thesis, Ε.Μ.Π., Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχ. & Μηχ. Υπ., 7