Γραμμές Μεταφοράς: 1 η Εργασία στο μάθημα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας I

Transcript

1 Γραμμές Μεταφοράς: 1 η Εργασία στο μάθημα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας I Θεόφιλος Παπαδόπουλος, Επίκουρος Καθηγητής Εργαστήριο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών, ΔΠΘ Ξάνθη

2 Περιεχόμενα 1η Εργασία στο μάθημα ΣΗΕ I Μοντελοποίηση Γραμμής Μεταφοράς Γραμμή μεταφοράς Κύκλωμα Γ.Μ Πτώση τάσης Επίδραση του μήκους της γραμμής Επίδραση φορτίου Επίδραση ωμικού φορτίου Επίδραση επαγωγικού φορτίου Επίδραση χωρητικού φορτίου Επαγόμενες τάσεις Επίδραση του μήκους της ΓΜ Επίδραση φορτίου Επίδραση αντίστασης πυλώνα Αντιμετάθεση Γ.Μ Φαινόμενο Ferranti

3 1. Μοντελοποίηση Γραμμής Μεταφοράς 1.1 Γραμμή μεταφοράς Δημιουργήστε το ισοδύναμο κύκλωμα Π μιας Γραμμής Μεταφοράς (Γ.Μ.) 150 kv του Ελληνικού Συστήματος στο πρόγραμμα ATP-EMTP. Τα στοιχεία της Γ.Μ. δίνονται στους Πίνακες 1 και 2, ενώ η διάταξη της γραμμής παρουσιάζεται στο Σχήμα 1. Πίνακας 1: Διαστάσεις Γ.Μ. 150 kv Διαστάσεις a (m) b (m) c (m) d (m) e (m) Πίνακας 2: Χαρακτηριστικά αγωγών Εσωτερική ακτίνα Εξωτερική διάμετρος R dc Απόσταση βέλους από τη γη Αγωγός φάσης cm cm Ω/km m Αγωγός γης 0 cm cm Ω/km m Σχήμα 1: Διάταξη Γ.Μ. 150 kv 3

4 1.2 Κύκλωμα Γ.Μ. Κατασκευάστε το κύκλωμα του Σχήματος 2 στο ATP-EMTP θεωρώντας τα παρακάτω δεδομένα: Τάση τροφοδοσίας πηγής (rms): 150 kv Συχνότητα τροφοδοσίας πηγής (Hz): 50 Hz Ειδική αντίσταση γης (Ωm): 100 Μήκος Γ.Μ.: 100 km Μοντέλο Γ.Μ.: PI Αντίσταση πυλώνων στην αρχή και στο τέλος της Γ.Μ.: 2000 Ω S Γ.Μ. R 150 kv Σχήμα 2: Κύκλωμα Γ.Μ. 150 kv 4

5 2. Πτώση τάσης 2.1 Επίδραση του μήκους της γραμμής Μεταβάλλοντας το μήκος της εναέριας Γ.Μ., συμπληρώστε τον Πίνακα 3, θεωρώντας στην άκρη της Γ.Μ. τριφασικό φορτίο με τιμή 150 Ω/φάση. Πίνακας 3: rms τιμές επίδραση μήκους γραμμής Μήκος γραμμής σημείο S: Φάση Α (kv) σημείο R: Φάση Α (kv) Πτώση τάσης (kv) 100 km 200 km 300 km 400 km Ερώτηση 1: Πως μεταβάλλεται η πτώση τάσης; Ερώτηση 2: Είναι εντός των επιτρεπόμενων ορίων η πτώση τάσης; 5

6 2.2 Επίδραση φορτίου Επίδραση ωμικού φορτίου Μεταβάλλοντας το φορτίο στο άκρο της εναέριας Γ.Μ., συμπληρώστε τον Πίνακα 4. Καταγράψτε τις rms τιμές των μεγεθών, θεωρώντας το μήκος της Γ.Μ. ίσο με 100 km. Πίνακας 4: rms τιμές επίδραση ωμικού φορτίου Φορτίο σημείο S: Φάση Α (kv) σημείο R: Φάση Α (kv) Πτώση τάσης (kv) 50 Ω, cosφ = Ω, cosφ = Ω, cosφ = Ω, cosφ = 1.0 Ερώτηση 3: Πως μεταβάλλεται η πτώση τάσης; Επίδραση επαγωγικού φορτίου Μεταβάλλοντας το φορτίο στο άκρο της εναέριας Γ.Μ., συμπληρώστε τον Πίνακα 5. Καταγράψτε τις rms τιμές των μεγεθών, θεωρώντας το μήκος της Γ.Μ. ίσο με 100 km. Πίνακας 5: rms τιμές επίδραση επαγωγικού φορτίου Αντίσταση Φορτίου σημείο S: Φάση Α (kv) σημείο R: Φάση Α (kv) Πτώση τάσης (kv) 50 Ω, cosφ = 0.8 επ. 100 Ω, cosφ = 0.8 επ. 500 Ω, cosφ = 0.8 επ Ω, cosφ = 0.8 επ. 6

7 Ερώτηση 4: Πως μεταβάλλεται η πτώση τάσης; Ερώτηση 5: Συγκρίνετε τα αποτελέσματα των Πινάκων 4 και 5. Τι παρατηρείται; Επίδραση χωρητικού φορτίου Μεταβάλλοντας το φορτίο στο άκρο της εναέριας Γ.Μ., συμπληρώστε τον Πίνακα 6. Καταγράψτε τις rms τιμές των μεγεθών, θεωρώντας το μήκος της Γ.Μ. ίσο με 100 km. Πίνακας 6: rms τιμές επίδραση χωρητικού φορτίου Αντίσταση Φορτίου σημείο S: Φάση Α (kv) σημείο R: Φάση Α (kv) Πτώση τάσης (kv) 150 Ω, cosφ = 0.95 χωρ. 150 Ω, cosφ = 0.90 χωρ. 150 Ω, cosφ = 0.85 χωρ. 150 Ω, cosφ = 0.80 χωρ. Ερώτηση 6: Πως μεταβάλλεται η πτώση τάσης; 7

8 3. Επαγόμενες τάσεις 3.1 Επίδραση του μήκους της ΓΜ Μεταβάλλοντας το μήκος της εναέριας ΓΜ συμπληρώστε τον Πίνακα 7. Θεωρήστε στο άκρο R ωμικό τριφασικό φορτίο 150 Ω/φάση και αντίσταση πυλώνων 10 kω στα άκρα S και R. Πίνακας 7: rms τιμές επίδραση μήκους γραμμής Μήκος γραμμής Ρεύμα αγωγού στο άκρο S: Φάση Α (Α) Ρεύμα αγωγού στο άκρο R: Φάση Α (Α) Επαγόμενη φασική τάση στο άκρο S: Αγωγός γης 1 (V) Επαγόμενη φασική τάση στο άκρο R: Αγωγός γης 1 (V) 10 km 100 km 200 km Ερώτηση 7: Πως μεταβάλλεται η επαγόμενη τάση; 3.2 Επίδραση φορτίου Μεταβάλλοντας το φορτίο στο άκρο της εναέριας ΓΜ, συμπληρώστε τον Πίνακα 8. Καταγράψτε τις rms τιμές των μεγεθών, θεωρώντας το μήκος της ΓΜ ίσο με 100 km. Πίνακας 8: rms τιμές επίδραση φορτίου Αντίσταση Ωμικού Φορτίου Ρεύμα αγωγού στο άκρο S: Φάση Α (Α) Ρεύμα αγωγού στο άκρο R: Φάση Α (Α) Επαγόμενη φασική τάση στο άκρο S: Αγωγός γης 1 (V) 50 Ω 100 Ω 500 Ω Ερώτηση 8: Πως μεταβάλλεται η επαγόμενη τάση; 8

9 3.3 Επίδραση αντίστασης πυλώνα Μεταβάλλοντας την αντίσταση του πυλώνα συμπληρώστε τον Πίνακα 9. Θεωρήστε το μήκος της ΓΜ ίσο με 100 km και το φορτίο στο άκρο R ίσο με 150 Ω/φάση. Πίνακας 9: rms τιμές επίδραση μήκους γραμμής Αντίσταση Ωμικού Φορτίου 1000 Ω Ω Ω Επαγόμενη φασική τάση στο άκρο S: Αγωγός γης 1 (kv) Επαγόμενη φασική τάση στο άκρο R: Αγωγός γης 2 (kv) Ερώτηση 9: Πως μεταβάλλεται η επαγόμενη τάση; 9

10 4. Αντιμετάθεση Γ.Μ. Υλοποιήστε το κύκλωμα του Σχήματος 2, θεωρώντας: Γ.Μ. μήκους 300 km ωμικό τριφασικό φορτίο με τιμή 300 Ω / φάση Συμπληρώστε τους Πίνακες 10 και 11 για τις rms τιμές τάσης των τριών φάσεων για τις περιπτώσεις που εφαρμόζεται και δεν εφαρμόζεται η τεχνική της αντιμετάθεσης. Πίνακας 10: rms τιμές τάσης αντιμετάθεση σε εναέριες γραμμές μεταφοράς ΓΜ Τάση στο σημείο R - Φάση Α (kv) Τάση στο σημείο R - Φάση Β (kv) Τάση στο σημείο R - Φάση C (kv) Χωρίς αντιμετάθεση Με αντιμετάθεση Πίνακας 11: rms τιμές τάσης αντιμετάθεση σε εναέριες γραμμές μεταφοράς 1/3 του μήκους της ΓΜ (kv) 2/3 του μήκους της ΓΜ (kv) 3/3 του μήκους της ΓΜ (kv) ΓΜ Φάσεις A B C A B C A B C Χωρίς αντιμετάθεση Με αντιμετάθεση Ερώτηση 10: Πως μεταβάλλεται η τάση σε κάθε φάση με τη μέθοδο της αντιμετάθεσης; Ερώτηση 11: Πως μεταβάλλεται η τάση στα διάφορα σημεία αντιμετάθεσης κατά μήκος της Γ.Μ.; 10

11 5. Φαινόμενο Ferranti Υλοποιήστε το κύκλωμα του Σχήματος 2 θεωρώντας: ότι το άκρο της Γ.Μ. είναι ανοιχτό κύκλωμα Συμπληρώστε στον Πίνακα 12 τις rms τιμές τάσης για τις τρεις φάσεις. Πίνακας 12: rms τιμές τάσης στο άκρο ανοιχτής γραμμής Μήκος ΓΜ (km) σημείο S - Φάση Α (kv) σημείο R - Φάση A (kv) Πολική τάση στο σημείο R - Φάσεις Α-B (kv) Ερώτηση 12: Πως μεταβάλλεται η τάση στο άκρο της ΓΜ σε σχέση με το μήκος; 11