ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΗΣ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Τοµέας Ηλεκτρικής Ισχύος Προστασία Σ.Η.Ε., 9 ο Εξάµηνο ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΗΣ Γ. Κορρές, Αναπλ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. ΑΘΗΝΑ, 2005

2 ιαβάθµιση ηλεκτρονόµων υπερέντασης µε βάση το ρεύµα Παράδειγµα 1 Θεωρούµε το ακτινικό σύστηµα του σχήµατος. Να υπολογιστούν τα ρεύµατα βραχυκύκλωσης στα σηµεία F A, F B, F C, F D και F E και οι ρυθµίσεις των ηλεκτρονόµων R 1 και R 2 µε διαβάθµιση ρεύµατος, θεωρώντας ένα περιθώριο σφάλµατος 30% σε κάθε ηλεκτρονόµο. R 2 R 1 Με (πολική) τάση συστήµατος (πηγής) ίση µε 11kV, το ρεύµα βραχυκύκλωσης σε κάποιο σηµείο του δικτύου δίνεται ως ακολούθως: όπου V I = = X X 3 F X F είναι η επαγωγική αντίσταση από την πηγή µέχρι το σηµείο του σφάλµατος. Για το σφάλµα F A έχουµε: Για το σφάλµα F B έχουµε: X FA=0,5+0,25+0,05+2,1=2,9Ω IFA = = 2189,95A 2,9 3 F Για το σφάλµα F C έχουµε: X FB=0,5+0,25+0,05=0,8Ω I FB = = 7938,57 A 0,8 3 I X FC=0,5+0,25=0,75Ω FC = = 847,8 A 0,75 3 Επειδή το σηµείο F D είναι πολύ κοντά στο F C, προκύπτει ότι: Για το σφάλµα F E έχουµε: I = I = 847,8 A FD FC X FE=0,5Ω ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΗΣ, Γ. Κορρές, Αναπλ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. 2

3 IFE = = 12701,71A 0,5 3 Ο ηλεκτρονόµος R 1 πρέπει να αντιδρά στα σφάλµατα 130% του ρεύµατος βραχυκύκλωσης στο F A. Έτσι: I =1,3 I = 284,93 A S1 FA F B και Ο ηλεκτρονόµος στο ζυγό R 2 πρέπει να αντιδρά στα σφάλµατα ρυθµίζεται ως εξής: I =1,3 I = 108,14 A S2 FC F C και ρυθµίζεται στο F E και F D και Ας σηµειωθεί ότι ο ηλεκτρονόµος R 2 δεν αντιδρά σε σφάλµα στα σηµεία F A, F B και F C και εποµένως δε µπορεί να παράσχει εφεδρική προστασία στον ηλεκτρονόµος R 1. Πάντως, µόνο όταν υπάρχει σηµαντική διαφορά στις σύνθετες αντιστάσεις µεταξύ των διακοπτών, έχει πρακτική αξία η διαβάθµιση των Η/Ν ως προς το ρεύµα. ιαβάθµιση ηλεκτρονόµων υπερέντασης αντιστρόφου χρόνου Στο παρακάτω σχήµα φαίνεται ο τρόπος µε τον οποίο γίνεται η διαβάθµιση των Η/Ν υπερέντασης αντιστρόφου χρόνου σε ένα ακτινικό δίκτυο, όπου S είναι η χρονική καθυστέρηση µεταξύ δύο διαδοχικών ηλεκτρονόµων. Παράδειγµα 2 Θεωρoύµε το ακτινικό δίκτυο του σχήµατος, το οποίο τροφοδοτείται από πηγή τάσεως 11kV. Υποθέτουµε ότι όλα τα φορτία έχουν τον ίδιο συντελεστή ισχύος. Να καθοριστούν οι ρυθµίσεις των ηλεκτρονόµων υπερέντασης αντιστρόφου χρόνου για την προστασία του συστήµατος. Θεωρείστε Η/Ν τύπου CO-7, µε χαρακτηριστική η οποία δίνεται σε επόµενο διάγραµµα. ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΗΣ, Γ. Κορρές, Αναπλ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. 3

4 I S R3 R 2 R 1 I 3 I 2 I 1 Tα ονοµαστικά ρεύµατα των φορτίων υπολογίζονται ως ακολούθως: I = 4 =209,95A 3(11 ) 1 3 I = 2,5 =131,22A 3(11 ) 2 3 I =,75 =354,28A 3(11 ) 3 3 Τα ονοµαστικά ρεύµατα (φόρτισης) σε κάθε κλάδο, υπολογίζονται ως εξής: I 21=I 1=209,95A I 32=I 21+I 2=341,1A I S=I 32+I 3=95,44A Mε βάση τους λόγους µετασχηµατισµού των Μ/Ε, τα ονοµαστικά ρεύµατα που βλέπουν οι ηλεκτρονόµοι θα είναι: 209,95 i 21 = =5,25A 341,1 i 32 = =8,53A 95,44 i S = =8,9A 400 Υπολογίζουµε τώρα τις εντάσεις ρύθµισης (current tap settings-c.t.s.) των Η/Ν έτσι ώστε να µην ενεργοποιούνται υπό ονοµαστική φόρτιση. Για αυτόν τον τύπο ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΗΣ, Γ. Κορρές, Αναπλ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. 4

5 ηλεκτρονόµου οι διαθέσιµες ρυθµίσεις είναι 4, 5,, 7, 8, και 12 amperes. Το ονοµαστικό ρεύµα στον Η/Ν 1 είναι 5,25Α. Έτσι επιλέγουµε: ( C.T.S.) 1= A Το ονοµαστικό ρεύµα στον Η/Ν 2 είναι 8,53Α και εποµένως επιλέγουµε: Οµοια για τον Η/Ν 3 επιλέγουµε: ( C.T.S.) 2= A ( C.T.S.) 3= A Παρατηρούµε ότι επιλέγεται ως ρεύµα ρύθµισης κάθε Η/Ν το αµέσως µεγαλύτερο από το ονοµαστικό του ρεύµα. Υπολογίζουµε τώρα τη χαρακτηριστική σταθερά (T.D.S.) κάθε ηλεκτρονόµου. Το ρεύµα που βλέπει ο Η/Ν 1 για βραχυκύκλωµα στο ζυγό 1 είναι: 2500 i SC1 = =2,5A το οποίο εκφραζόµενο ως πολλαπλάσιο της έντασης διέγερσης (ή C.T.S.) προκύπτει ως: isc1 2,5 = =,42 (C.T.S.) 1 Επιλέγουµε την χαµηλότερη τιµή (Τ.D.S.) για τον Η/Ν 1 ώστε να έχουµε την ταχύτερη αντίδραση: 1 (T.D.S.)= 1 2 Ο χρόνος λειτουργίας του Η/Ν 1 για σφάλµα στο ζυγό 1 προκύπτει ως: t 11=0,15 sec Επειδή ο Η/Ν 2 πρέπει να αντιδρά και για σφάλµα στο 1 (εφεδρικός του Η/Ν 1), θεωρώντας t =0,4 sec, λαµβάνουµε: C t 21=t 11+t C=0,15+0,4=0,55 sec ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΗΣ, Γ. Κορρές, Αναπλ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. 5

6 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΗΣ, Γ. Κορρές, Αναπλ. Καθηγητής Ε.Μ.Π.

7 Το ρεύµα που βλέπει ο Η/Ν 2 για βραχυκύκλωµα στο ζυγό 1 εκφραζόµενο ως πολλαπλάσιο της έντασης διέγερσής του προκύπτει ως: isc1 2,5 = =,25 (C.T.S.) 2 Από τις χαρακτηριστικές καµπύλες για χρόνο λειτουργίας 0,55 sec και λόγο ρευµάτων,25 λαµβάνουµε: Για σφάλµα στο ζυγό 2 λαµβάνουµε: (T.D.S.) 2=2 isc = = 7,5 (C.T.S.) 2 Εποµένως, για (T.D.S.) 2=2 και λόγο ρευµάτων 7,5, ο χρόνος αντίδρασης του Η/Ν 2 προκύπτει από την χαρακτηριστική του ως: t 22=0,5 sec Επειδή ο Η/Ν 3 πρέπει να αντιδρά και για σφάλµα στο 2 (εφεδρικός του Η/Ν 2), λαµβάνουµε: t 32=t 22+t C=0,5+0,4=0,9 sec Το ρεύµα που βλέπει ο Η/Ν 3 για βραχυκύκλωµα στο ζυγό 2 εκφραζόµενο ως πολλαπλάσιο της έντασης διέγερσής του προκύπτει ως: isc = =3,75 (C.T.S.) Από τις χαρακτηριστικές καµπύλες για χρόνο λειτουργίας 0,90 sec και λόγο ρευµάτων 3,75 λαµβάνουµε: Παράδειγµα 3 (T.D.S.) 3=2,5 Για το παρακάτω σύστηµα µε τάση πηγής 13,8kV, να προσδιοριστούν οι ρυθµίσεις των ηλεκτρονόµων (τύπου CO-8) και οι λόγοι µετασχηµατισµού των Μ/Ε για την προστασία του. R 1 R 2 2 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΗΣ, Γ. Κορρές, Αναπλ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. 7

8 Θεωρείστε τα παρακάτω δεδοµένα: L 1 = 9 MVA L 2 = 4 MVA PF 1 = 0,90 επαγωγικό PF 2 = 0,85 επαγωγικό Τα µέγιστα ρεύµατα σφάλµατος είναι: Ι SCmax1 = 3200A Ι Scmax2 = 2800A Τα ονοµαστικά ρεύµατα φορτίων υπολογίζονται ως εξής: 9 1 I 1= cos (0,9 )=37,53-25,84 A 3 3(13,8 ) 4 1 I 2= cos (0,85 )=17,35-31,79 A 3 3(13,8 ) Το ονοµαστικό ρεύµα της πηγής είναι εποµένως: I =I +I =543,2-27,7 A S 1 2 Το ονοµαστικό ρεύµα της γραµµής είναι 17,35 Α, και έτσι µπορούµε να επιλέξουµε λόγο µετασχηµατισµού του Μ/Ε: 200 (C.T.R.) 2= 5 Το ονοµαστικό ρεύµα της πηγής είναι 543,2 Α, και έτσι µπορούµε να επιλέξουµε λόγο µετασχηµατισµού του Μ/Ε: 400 (C.T.R.)= 1 5 Εποµένως, τα ονοµαστικά ρεύµατα στους ηλεκτρονόµους είναι: Εποµένως επιλέγουµε: 17,35 i 2 = =4,18 A 543,2 i S = =,79 A 400 (C.T.S.) 2=5 A ( C.T.S.) 1=7 A Για βραχυκύκλωµα στο ζυγό 2, το ρεύµα που βλέπει ο ηλεκτρονόµος 2 είναι: ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΗΣ, Γ. Κορρές, Αναπλ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. 8

9 2800 i SC 2 = =70 A το οποίο εκφραζόµενο ως πολλαπλάσιο της έντασης διέγερσής του προκύπτει ως: isc2 70 = =14 (C.T.S.) 5 Επιλέγουµε το µικρότερο T.D.S. από τις χαρακτηριστικές καµπύλες λειτουργίας: 2 1 (T.D.S.) 2= 2 Από τις χαρακτηριστικές καµπύλες λειτουργίας παίρνουµε: t 22=0,05 sec Επειδή ο Η/Ν 1 πρέπει να αντιδρά και για σφάλµα στο 2 (εφεδρικός του Η/Ν 2), θεωρώντας t =0,4 sec, λαµβάνουµε: C t 12=t 22+t C=0,05+0,4=0,45 sec Το ρεύµα που βλέπει ο Η/Ν 1 για βραχυκύκλωµα στο ζυγό 2 προκύπτει ως: 2800 i SC 12 = =35 A 400 το οποίο εκφραζόµενο ως πολλαπλάσιο της έντασης διέγερσής του προκύπτει ως: isc = =5 (C.T.S.) 7 1 Από τις χαρακτηριστικές καµπύλες για χρόνο λειτουργίας 0,45 sec και λόγο ρευµάτων 5 λαµβάνουµε: (T.D.S.)=1,2 1 Αυτό ολοκληρώνει τις ρυθµίσεις του ηλεκτρονόµου. Ο ηλεκτρονόµος 1 θα αντιδράσει σε βραχυκύκλωµα στο ζυγό 1 ως ακολούθως: isc = =5,71 A (C.T.S.) Έτσι από τις χαρακτηριστικές του Η/Ν λαµβάνουµε: t 11=0,4 sec Αυτή η τιµή είναι φυσιολογικά χαµηλότερη από τη t 12. ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΗΣ, Γ. Κορρές, Αναπλ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. 9