TOKOVNE OBREMENITVE V NENORMALNIH OBRATOVALNIH STANJIH

Transcript

1 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH 3. TOKOVNE OBREMENTVE 3. Toovne obremenitve v normalnih obratovalnih stanjih Pri dimenzioniranju in izbiri eletroenergetsih elementov in naprav je potrebno z upoštevanjem predpisov upoštevati nazivne toovne obremenitve. Termične obremenitve, i pri tem nastopajo nesmejo biti preoračene. Predpisi opredeljujejo tudi dopustne padce napetosti in drugo. To obširno tematio v nadaljevanju ne bomo obravnavali. 3. Toovne obremenitve v nenormalnih obratovalnih stanjih Pri dimenzioniranju in izbiri eletričnih obratovalnih elementov in naprav je potrebno z upoštevanjem predpisov poleg nazivne toovne obremenitve upoštevati tudi obremenitve, i se pojavljajo v oblii ratih stiov. Kratostični toovi se pojavljajo ot mnogoratni nazivnega toa. Pri tem se pojavijo velie dinamične in termične obremenitve. Kratostični toovi, i se zaljučujejo preo zemlje laho povzročajo nedopustne napetosti dotia in druge vplive. Če veliost ratostičnih toov pri projetiranju ni upoštevana, laho privede do uničenja naprav in do nevarnih posledic za ljudi. Pomembni so tudi najmanjši ratostični toovi, na osnovi aterih se izbirajo in dimenzionirajo naprave za zaščito eletričnega omrežja. 3.. Vrste ratih stiov Krati stii povzročajo v eletričnih omrežjih spremembo stanja eletričnih veličin. Prehod v novo stanje je povezan z eletromagnetnimi in eletromehansimi prehodnimi pojavi od aterih je odvisen časovni pote in veliost ratostičnih toov. Prehodni pojavi bodo poleg vrste ratega stia odvisni od trenuta nastopa ratega stia, prisotnega ratostičnega toovnega izvora, od stanja obremenitve pred nastopom ratega stia, trajanjem ratega stia, araterističnih vrednosti in od vedenja prisotnih obratovalnih elementov. Čas nastana ratega stia je pomemben za dimenzioniranje obratovalnih elementov ter v odnosu na pote napetosti odločilno vpliva na največjo amplitudno vrednost ratostičnega toa. Kratostične toovne izvore predstavljajo zlasti sinhronsi stroji različnih izvedb (n.pr. turbogenerator, stroji z izraženimi poli). Prav tao predstavljajo toovne izvore asinhronsi generatorji, pa tudi sinhronsi in asinhronsi motorji ter usmerniše in razsmerniše naprave. (Na pote prehodnega pojava bistveno vplivajo specifične lastnosti omenjenih strojev - pri dalj časa trajajočem ratem stiu velja to tudi za regulacijse naprave, ot so napetostni regulator in regulator moč - frevenca.) Veliorat nastopa ot ratostični toovni izvor ratostična moč tujega vira n.pr. pri regionalni osrbi z eletrično energijo ali pri industrijsih obratih. ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb.

2 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH Obremenitveno stanje eletričnega omrežja pred nastopom ratega stia (velia ali majhna obremenitev) ne določa samo število in moč paralelno delujočih proizvodnih enot in porabniov, ampa tudi veliost napetosti ratostičnih toovnih izvorov. Lega ratostičnega mesta v omrežju odloča o tem, ali sinhronsi stroj bolj ali manj vpliva na pote ratostičnega toa - v smislu VDE predpisov govorimo o ratem stiu blizu generatorja oziroma daleč od generatorja. Lega ratostičnega mesta je odločujoča tudi za obseg motenj v omrežju (n.pr. napaa na zbiralah). Trajanje ratostičnega toa je pretežno odvisno od stialnih elementov in zaščitnih naprav, i so sestavni del omrežja. Oblia omrežja (n.pr. žarasto ali zazanano omrežje) nudi ratostičnemu tou in njegovim delnim ratostičnim toovom določene toovne poti. mpedanca omrežja je odvisna od vrste prenosnih elementov (n.pr. nadzemni vod, abel, transformator i.dr.) in od obsega, i ga omrežje zajema. V bistvu se v trifaznih omrežjih pojavljajo vrste ratih stiov, i so naazane na slii.. Pri trifaznem ratem stiu so na ratostičnem mestu vse tri napetosti enae nič. Kratostični toovi, i so med seboj premanjeni za stopinj, simetrično obremenjujejo vse tri faze in to neglede ali je ratostično mesto povezano z zemljo ali ne. zračun ratostičnih toov je zaradi tega tao ot pri simetričnih obremenitvenih razmerah izveden samo za en fazni vodni. Pri ostalih štirih vrstah ratih stiov je govora o nesimetričnih ratih stiih. Če nastopa dodatni doti z zemljo je postope izračuna bistveno zahtevnejši. V teh primerih niso vse napetosti na ratostičnem mestu enae nič. aradi nesimetričnih obratovalnih pogojev obstaja medsebojna povezava med zunanjimi vodnii aor tudi med zunanjimi vodnii in eventuelno obstoječim vodniom, i nadomešča zemljo. Pri dvopolnem ratem stiu brez dotia z zemljo se pojavlja začetni izmenični ratostični to, i je manjši ot pri tripolnem ratem stiu. Če nastopa ratostično mesto v bližini sinhronsega ali asinhronsega stroja odgovarjajoče moči, je laho ratostični to v njegovem nadaljnem poteu večji, ot pri tripolnem ratem stiu. Podobne razmere nastopajo pri dvopolnem ratem stiu z dotiom z zemljo. ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb.

3 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH R T 3 R T a) b) c) EE E delni ratostični d) e) EE EE toovi v vodih in zemlji a) tripolni rati sti b) dvopolni rati sti brez dotia z zemljo c) dvopolni rati sti z dotiom z zemljo d) enopolni zemeljsi sti e) dvojni zemeljsi sti Opomba: delni ratostični toovi laho tečejo tudi v vodniih, i niso v ovari. Dane smeri toov so poljubno izbrane. lia. Označba vrste ratega stia in ratostičnih toov Enopolni zemeljsi sti se pojavlja pogosteje, ot druge vrste ratih stiov. V omrežjih z nizo ohmso ozemljitvijo v zvezdišču laho toovi zemeljsega stia presegajo največje vrednosti tripolnih ratostičnih toov. Dvojni zemeljsi sti se pojavlja v omrežjih z neozemljenim zvezdiščem ali z zemeljsostično ompenzacijo. Dvojni zemeljsostični to ne more biti večji od toa pri dvopolnem ratem stiu z ali brez dotia z zemljo. Kratostični toovi pri enopolnem ratem stiu in pri dvojnem zemeljsem stiu morajo biti upoštevani pri ugotavljanju napetosti dotia, pri ugotavljanju vplivov in pri dimenzioniranju ozemljitvenih naprav. 3.. Krati sti na sponah generatorja v praznem teu ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 3

4 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH Enofazno omrežje lia. aže nadomestno vezavo neobremenjenega izmeničnega tooroga. Toorog sestavlja idealen napetostni izvor (notranja upornost je enaa nič) s sinusno napetostjo (temensa vrednost napetosti in rožna frevenca ω = πf sta onstantni). Ativni upor R in indutivna reatanca X = ω L sta onstantna in linearna. prilopom stiala v trenutu prehoda napetosti sozi nič (t=) nastopi rate sti. Kratostični to i (slia.) nastopi v času t= z vrednostjo i = in narašča do najvišje vrednosti - udarni to ratega stia s ter se nato izniha na stacionarno vrednost ratostičnega toa i ~. Ta to ima onstantno temenso vrednost. Njegovo efetivno vrednost označujemo s trajnim ratostičnim toom. Asimetrija in temensa vrednost ratostičnega toa je določena s trenutom nastopa ratega stia v odnosu na pote napetosti in ratostične impedance omrežja K = RK + jx K. Če ima impedanca K relativno velio indutivno omponento, ar je običaj za visoonapetostna omrežja, tarat mora ratostični izmenični to v času t= soovito narasti na trenutno vrednost ratostičnega izmeničnega toa. Ker indutivnost preprečuje soovito naraščanje toa, prične naraščanje ratostičnega toa dejanso z vrednostjo nič. R X i u= sin( ωt) lia. Nadomestna shema izmeničnega tooroga brez obremenitve ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 4

5 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH s A i g i ~ ϕ začetni izmenični ratostični to, udarni to ratega stia, začetna vrednost enosmerne omponente toa, enosmerna omponenta toa, izmenični ratostični to ot ratostične impedance omrežja trajni to ratega stia lia. Pote napetosti u in ratostičnega toa i aradi tega se pojavi izenačevalni to i g aterega začetna vrednost A odgovarja trenutni negativni vrednosti ratostičnega izmeničnega toa i ~. zenačevalni to je označen ot enosmerna omponenta toa in upada po esponencialni funciji z enosmerno časovno onstanto T g od začetne vrednosti na vrednost nič. Kratostični izmenični to je določen z napetostjo in impedanco omrežja. Efetivno vrednost toa v trenutu nastopa ratega stia imenujemo začetni ratostični izmenični to. Pri onstantnih vrednostih in je to v nasprotju z odnosom pri ratem stiu blizu generatorja (poglavje.3), jer je govora tudi o trajnem tou ratega stia, ena tou. Povezovalna rivulja daje pote temensih vrednosti ratostičnega toa. Presečišče zgornje ogrinjače z ordinato daje vrednost A +. Enosmerna omponenta odgovarja srednji rivulji med zgornjo in spodnjo ogrinjačo. Pote ratostičnega toa se laho poda z naslednjo enačbo: i = i + ~ ig (.a) in (.b) ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 5

6 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH [ ( t ) e tt s sin sin( ) ] s sin( ) sin( ) = ω + ψ ϕ ψ ϕ (.a) = ω t + ψ ϕ e tt ψ ϕ (.b) Oznae v enačbi imajo naslednji pomen: efetivna vrednost, [ ] ratostična impedanca omrežja ( = R + X ) w rožna frevenca ( = π f ) t čas y vlopni ot napetosti u pri nastopu ratega stia ϕ ot ratostične impedance omrežja = arctg X R X L T g enosmerna časovna onstanta = =, ω R R začetni izmenični ratostični to = Veliosti, ϕ in T g so dane s parametri tooroga R in X ratostične impedance omrežja. Vlopni ot y je odvisen od trenuta nastopa ratega stia t. z enačbe za i je razvidno, da je pri enaih impedancah veliost temense vrednosti ratostičnega izmeničnega toa odvisna od impedančnega ota ϕ., Največja začetna vrednost enosmerne omponente i g nastopi pri vlopnem otu ψ = ( ϕ ) 9 Višina prve toovne onice s ratostičnega toa i je odvisna od vlopnega ota ψ in impedančnega ota ϕ. Vedno je največja vrednost dosežena pri vlopnem otu ψ = (glej slio.5). Pri ψ = ϕ ne nastopi enosmerna omponenta; ratostični to i je identičen s ratostičnim izmeničnim toom i ~. Ta medsebojna odvisnost se pojasnjuje (slia.3a do.3d) s poteom ratostičnega toa za dva različna razmerja parametrov tooroga R X pri nespremenjeni ratostični impedanci. a R X =. 3 (n.pr. pri dušili, i omejuje ratostični to) je impedančni ot ϕ = (pratično 9 ). Razmerje R X = (ϕ = 45 ) laho nastopi v nizonapetostnih abelsih omrežjih. Na slii.3a (ϕ 9 ) imata začetna vrednost enosmerne omponente, ot tudi prva temensa vrednost ratostičnega toa pri ψ = soraj masimalno vrednost. Višina in pote ratostičnega toa je močno odvisna od počasnega upadanja enosmerne omponente. ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 6

7 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH ψ= ) ψ = ( ϕ 45º ) = ) ψ = ( ϕ 9º ) = 45 º ψ = ϕ ψ = ϕ R R = 3. ; Tg =. s = ; Tg =. 3s X X slia.3 Pote napetosti u in ratostičnega toa i pri različnih parametrih tooroga in vlopnih otov ψ. Na slii.3b (ϕ = 45 ) ima pri ψ = prva temensa vrednost ratostičnega toa ravno tao najvišjo vrednost, čeprav enosmerna omponenta ne natopa z največjo možno vrednostjo. Če je vlopni ot ψ = 45 (črtana rivulja) ima začetna vrednost enosmerne omponente!! ob nastopu ratega stia največjo možno vrednost. Prva temensa vrednost ratostičnega toa ne doseže tiste vrednosti ot pri ψ =, er je enosmerna omponenta že enaa nič. ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 7

8 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH Na slii.3c in d (ϕ 9 oziroma ϕ = 45 ) ne nastopi pri vlopnem otu ψ ϕ enosmerna omponenta toa. Kratostični to je ena izmeničnemu ratostičnemu tou. Odvisnost onstante T g od razmerja R X je priazana na slii.4a in b. Diagram b aže, da pri razmerju R X <. časovna onstanta T g močno narašča. a ratostične impedance omrežja laho teoretično opazujemo dvoje mejnih primerov: Če je = jx (indutivna reatanca) nastopi po nastanu ratega stia pri obratovalni frevenci 5 Hz največja amplituda toa v času.s. Pri tem je začetna vrednost enosmerne omponente toa enaa temensi vrednosti A izmenične omponente toa.enosmerna omponenta ne upada, er je enosmerna časovna onstanta enaa T g =. Če je = R (ativni ohmsi upor), ne nastopi enosmerna omponenta toa. Kratostični to i je ena ratostičnemu izmeničnemu tou. = Na slii.5 je priazan odnos med s in R X v odvisnosti od vlopnega ota!. T g /s.5.4 T g /s..8.6 b).3.4. a) b) R X R X lia.4 Časovna onstanta toa T g odvisna od razmeja R X ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 8

9 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH. / s ψ= R /X lia.5 Odvisnost s (vocient udarnega toa ratega stia in temense vrednosti začetnega ratostičnega izmeničnega toa), ot funcija razmerja R X in vlopnega ota y. ϕ 3.. Krati sti na sponah obremenjenega generatorja lia.6 priazuje nadomestno stialno shemo za enofazno obremenjeni izmenični toorog. Obremenitev je naazana s onstantno impedanco b = Rb + jx b ter s toom i b. a nastane ratega stia velja pogoj, da je i = i. Na slii.7 sta podana (s podati s slie.3) dva primera z različnimi parametri tooroga pri pogoju R X = Rb Xb: lia.7a velja za R X = Rb Xb =. 3, torej za ϕ = ϕ b. Obremenilni to i b potea s fazno premanitvijo 88.3 stopinj za obratovalno napetostjo. lia.7b odgovarja razmerju R X R X b b = =. Obremenilni to zaostaja za napetostjo u za fazni ot 45. b ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 9

10 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH R X i b i R b u= sin( ω t) X b lia.6 Nadomestna stialna shema izmeničnega tooroga z obremenitvijo. y= y= R Rb R = = 33. ; Tg =. s X X X b Rb = = ; Tg =. 3s X b lia.7 Pote napetosti u in ratostičnega toa i pri različnih parametrih tooroga ob upoštevanju obremenitve. V obeh primerih mora pričeti ratostični to i s trenutno vrednostjo obremenilnega toa i b. Da bo ta pogoj izpolnjen, mora bit začetna vrednost enosmerne omponente enaa negativni diferenci trenutne vrednosti (i - ~ ib). V primeru b je vpliv enosmerne omponente na veliost prve temense vrednosti ratostičnega toa zmanjšan zato, er zelo hitro upada s časom. Primerjava med slio.3 in.7 aže, da so si ratostični izmenični toovi identični, medtem o je začetna vrednost ratostičnega toa zmanjšana zaradi obremenilnega toa. V nasprotju s predstavljenimi toovnimi vrednostmi na omenjenih sliah, nastopajo v prasi, v primerjavi z obremenilnimi toovi, večji ratostični toovi. Razmerje RX med ratostično impedanco in obremenilno impedanco b močno odstopa. Časovni pote ratostičnega toa z obremenitvijo, laho opišemo s sledečo enačbo: i = i + i + i ~ b g = ( t + ) + ( ) ( ) e t / T g sin ω ψ ϕ sin ψ ϕ sin ψ ϕ (.a) = b ( t + ) + ( ) ( ) e / T g sin ω ψ ϕ sin ψ ϕ sin ψ ϕ (.b) ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb.

11 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH Oznae pomenijo: b vrednost obremenilne impedance vrednost celotne impedance tooroga ( = R + X ) R = R + Rb, X = X + Xb, ϕ ot celotne impedance tooroga (= arctg X R) Prvi člen enačbe odgovarja stacionarnemu ratostičnemu izmeničnemu tou. Drugi člen predstavlja trenutno vrednost obremenilnega toa (v času t= ob nastopu ratega stia), medtem o tretji člen predstavlja enosmerno omponento toa. adnja dva omenjena toa pojemata s časovno onstanto T g primerjava slia.4. Pri nastopu ratega stia ima vlopni ot ob upoštevanju predhodne obremenitve veli vpliv. Vlopni ot laho zapišemo z naslednjo enačbo: ψ = arctg b sin ( ϕ ϕ) cos ( ϕ ϕ) (.3) Trifazno omrežje a simetrično trifazno omrežje laho uporabimo nadomestno stialno shemo na slii.8. (Dana poenostavitev je primerna tudi za izračun časovnega potea ratostičnega toa za tripolni rati sti). Predstavimo tri idealne napetostne izvore: L = sin ω t L sin( ω t ) (.4) L3 = sin( ω t + ) Temensa vrednost in rožna frevenca sta onstantni; fazna premanitev je. mpedance = R + jx nadzemnih vodov faze L, L in L3 so po veliosti in po impedančnem otu enao velie, onstantne in linearne. Do trenuta nastopa ratega stia v času t= so toi il = il = il3 =. Nastop ratega stia v treh fazah je možno vzpostaviti istočasno preo stiala (upornost stiala ne upoštevamo) v času t=. Na slii.8 velja, da sta obe nični toči zvezde v vsaem trenutu enaega potenciala. aradi tega sta ti dve toči med seboj povezani, ne da bi se pri tem odražala sprememba v poteu toov. ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb.

12 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH R X i R u R T u R X i T i R X lia.8 Nadomestna stialna shema trifaznega omrežja brez obremenitve a predstavitev enačb treh ratostičnih toov, laho trifazno omrežje razstavimo v tri fitivne enofazne tooroge (povezovalne črtane linije na slii.8) a ratostične toe veljajo tri enačbe: g [ ( ω ψ ϕ) ( ψ ϕ ) ] i = sin t + e tt sin R t Tg [ sin( ωt + ψ + 4 ϕ ) e sin( ψ + ϕ )] t Tg sin( ωt + ψ + ϕ ) e sin( ψ + ϕ ) i (.5) = 4 i [ ] T = Na slii.9a je predstavljen časovni pote napetosti in ratostičnega toa za tripolni rati sti v trenutu prehoda napetosti R sozi nič, ar odgovarja vlopnemu otu ψ=. a vodni R veljajo iste vrednosti, ot so bile upoštevane na slii.3a. V primerjavi z izmeničnim toorogom na slii., je pri tem prisotna bistvena razlia, i se aže v povratnih toovih in T v vodniu. V navedenem primeru imajo impedance soraj povsem indutivni značaj tao, da je v času t= ratostični izmenični to i~ it ~. 5iR~. a začetne vrednosti enosmerne omponente toa velja enaa medsebojna odvisnost. aradi tega je tudi asimetrična premanitev ratostičnih toov i in i T v primerjavi z i R bistveno zmanjšana. Pri tripolnem ratem stiu je prisotna simetrična obremenitev tudi med prehodnim pojavom ratostičnega izmeničnega toa. V treh vodniih so ratostični toi in enosmerne ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb.

13 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH omponente toov različno velii in povzročijo različne časovno spremenljive efetivne vrednosti. lia.9b odgovarja primeru, o velja za vodni R v času t= pogoj ψ = ϕ. Kratostični to i R ne vsebuje enosmerne omponente toa in je ena ratostičnemu izmeničnemu tou. Ta ugotovitev je v sladu s slio.3b. V vodniu in T sta si v času t= izmenična omponenta ratostičnega toa (i~ = it ~ ) in enosmerna omponenta toa (ig = itg ) medseboj v protifazi. Asimetrični pote ratostičnega toa je nasproti nični vrednosti močnejši, ot je to primer na slii.9a; prva toovna temensa vrednost ne doseže največje možne vrednosti udarnega toa ratega stia. (Ker je v prasi najbolj pomembna estremna vrednost ratostičnega toa, zadostuje, da pri tripolnem ratem stiu opazujemo samo eno fazo). ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 3

14 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH R = 3. ; Tg =. s X t = ; ψ = v vodniu R t = ; ψ = ϕ lia.9 Pote napetosti in ratostičnih toov v vodniih R, in T. lia. velja za teoretičen primer čiste indutivne impedance = jx. Komplesni rotirajoči azalec napetosti u R leži v odvisnosti od stialnih pogojev v smeri realne osi. Napram azalcu u R zaostaja napetost u za, medtem o napetost u T prehiteva za. Komplesni rotirajoči azalci ratostičnega izmeničnega toa i R ~, i ~ in i R ~ zaostajajo za napetostmi za 9. To i R ~ leži v negativnem delu imaginarne osi in odgovarja trenutu ir =. Trenutne vrednosti toov i ~ in i T ~ dobimo s projecijo njihovih omplesnih vrednosti na imaginarno os i~ = it ~ =. 5. a začetno vrednost enosmerne omponente velja A = in A = A =, 5 R T, a) u A b) R T u T u T u T A R i T i i = i T 9 i T u R i A i 75º i T u R A = A T A T u u i R =i R u u i R i R R X =, = º, = ϕ 9 ψ R X =. 68, ϕ = 75 º, ψ = lia. Diagram omplesnih rotirajočih azalcev in trenutne vrednosti napetosti in toov pri različnih razmerjih R X (pri t=) je u R =, er morajo biti ratostični toovi (ot vsote enosmernih in izmeničnih omponent toa za čas t=) vedno enai vrednosti nič. lia.b velja za impedanco omrežja = R + jx in za impedančni ot ϕ = 75. Čeprav vsebuje impedanca relativno velio indutivno omponento je očitno, da je prisotna močna sprememba začetnega izmeničnega ratostičnega toa in s tem tudi enosmerne omponente. V primeru nastopa ratega stia imajo specifične lastnosti generatorjev bistven vpliv na pote ratostičnega toa. To je še posebno prisotno pri ratem stiu na sponah sinhronsega generatorja z dušilnim navitjem (turbogenerator). V praznem teu obratuje ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 4

15 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH generator tao, da nastopa pri nazivnih vrtljajih in pri onstantnem vzbujanju na sponah generatorja nazivna napetost. V primeru nastopa ratega stia na sponah generatorja v trenutu, o gre napetost u R sozi nič, nastopi pote ratostičnega toa i R,i in i T, ot aže slia.. Tao, ot pri oddaljenih ratih stiih od generatorja, tudi v tem primeru poraste ratostični to i R na temenso vrednost imenovano udarni ratostični to in se nato izniha na trajni to ratega stia. Kratostični toi ažejo asimetrični pote nasproti nični liniji in so odvisni od prisotnih izenačevalnih toov. (Pri sinhronsih generatorjih so izmenični toovi nizih frevenc, i nastopajo supno z upadajočo enosmerno omponento toa). Ker laho ratostične impedance generatorjev predstavljamo ar z indutivno reatanco, je ob ratostičnih pogojih začetna enosmerna omponenta A približno enaa temensi vrednosti začetnega izmeničnega ratostičnega toa. upni upadajoči pote ni torej le posledica samo enosmerne omponente ampa tudi posledica dušenja ratostičnega izmeničnega toa. Na slii. je povečano predstavljen za vodni R časovni pote ratostičnega toa i,i ~ in i g. lia. Pote ratostičnega toa pri ratem stiu na sponah turbogeneratorja v praznem teu, z nazivnim številom vrtljajev in nazivno napetostjo (pri t= in u g = ) ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 5

16 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH lia. Pote ratostičnega toa i in toovnih omponent i g in i ~ v vodniu R. Kratostični izmenični to laho doaj natančno razdelimo na trajni del, tranzientni del in subtranzientni del. Ta pote ratostičnega toa je vezan na nastopajoči eletromagnetni pojav v generatorju ter na posreden vpliv napetosti. a predstavitev in izračun ratostičnih razmerij, se v prasi izhaja iz onstantne napetosti in predpostave, da je iznihajoči pojav ratostičnega izmeničnega toa odvisen od naraščajoče generatorse reatance (poglavje.3.). Pripadajoče reatance označujemo enao ot toovna območja in sicer ot sinhronsa reatanca, tranzientna reatanca in subtranzientna reatanca. Trajni del (stacionarni ratostični izmenični to, trajni to ratega stia) ima onstantno temenso vrednost. Efetivna vrednost je vocient nazivne napetosti N in sinhronse reatance X d (delujoča reatanca v času nastopajočega trajnega ratostičnega toa - vpliv rotorja je upoštevan). = N X d (.6) tacionarnemu izmeničnemu tou se doda sorazmerno počasi iznihajoči tranzientni del. Ta pojav je bistveno povezan z reatanco stresanja statorsega in vzbujevalnega navitja zato, er se generator pri ratem stiu vede ot ratoslenjeni transformator. Reatanca v tranzientnem delu je bistveno manjša, ot pri trajnem ratostičnem tou. Efetivna vrednost tranzientnega ratostičnega izmeničnega toa je vocient med napetostjo N in tranzientno reatanco X d ' ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 6

17 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH '= N X' d (.7) Tranzientnemu pojavu se na območju ene periode dodaja subtranzientni pojav (slia.). Pri sinhronsih generatorjih z dušilnim navitjem se pojavi v toorogu izenačevalni pojav med dušilnim in izenačevalnim toorogom. Ta pojav, i je prisoten v toorogu statorja, deluje na subtranzientni del ratostičnega izmeničnega toa. Temu tou odgovarja začetna temensa vrednost začetnega ratostičnega izmeničnega toa. Efetivna vrednost subtranzientnega ratostičnega izmeničnega toa je vocient med napetostjo N in sutranzientno reatanco X d = N X d (.8) Pri sinhronsih strojih z lameliranimi poli brez dušilnega navitja ne nastopa subtranzientni ' =. pojav ( ) Časovni pote ratostičnega toa od trenuta nastana ratega stia do stacionarnega stanja, laho opišemo z naslednjo enačbo: ' ' [( ) ( ) ] sin( ) i e ttd e ttd ' t e ttd = + + ω ϕ + sin ϕ (.9a) Prvi člen enačbe predstavlja subtranzientni del ratostičnega izmeničnega toa, drugi člen tranzientni del, tretji člen trajni del in zadnji člen enosmerno omponento toa. Krožna frevenca ω je v praznem teu generatorja približno onstantna. poštevan je vlopni ot ψ = º. Časovni pote ratostičnega toa je bil doslej opazovan zaradi trajanja izravnalnega pojava od nastopa ratega stia do dosežene stacionarne vrednosti trajnega ratostičnega toa. V prasi izvajamo hiter izlop ratostičnega toa z odlopnii ali z ostalimi stialnimi elementi. Trenute izlopa je odvisen od najmanjše stialne zaasnitve odlopnia. Glede na zaščito in vrsto stiala znaša v visoonapetostnih omrežjih ta čas med.6 in.s, v posebnih primerih pod.6s. V nizonapetostnih omrežjih se giblje ta najmanjša časovna zaasnitev najpogosteje v območju od. do.3s. Omenjeno je bilo, da je generatorsa napetost upoštevana ot onstantna vrednost, in da je iznihalni pojav ratostičnega izmeničnega toa oarateriziran z naraščajočo impedanco generatorja. a izračun trenutnih vrednosti so potrebne subtranzientna reatanca X d tranzientna reatanca X d ' sinhronsa reatanca X d (Pripadajoče časovne onstante glej poglavje.3.5) ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 7

18 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH ndes d pomeni, da je reatanca reducirana na mesto rotorja, pri čemer se os navitja rotorja poriva z osjo statorja (slia.5). Označujemo jo - vzdolžna os (direct axis). Poleg te reatance se v generatorju pojavijo tudi reatance v odgovarjajoči prečni osi (quadrature axis), i morajo biti ravnotao znane za natančno simulacijo generatorsih stanj. zračun ratostičnih toov laho z zadostno natančnostjo izvedemo z vzdolžnimi reatancami. ubtranzientna reatanca X d obsega stresano reatanco statorsega in rotosega navitja, pri čemer so v stresanju rotorja zajeti vplivi dušilnega navitja ali vplivi palic v masivnem rotorsem delu. (ubtranzientna reatanca je znana tudi pod imenom udarna stresana reatanca ali začetna reatanca.). ' Tranzientno reatanco X d sestavljajo stresana reatanca statorja in vzbujevalnega navitja ' generatorja. Ta reatanca je večja ot subtranzienta reatanca ( Xd Xd. do. 6). Če ima rotor generatorja lamelirane pole in jarme brez dušilnega navitja, je tranzientna reatanca pratično enaa subtranzientni reatanci. (Tranzientna reatanca je označena tudi ot supna reatanca stresanja). inhronsa reatanca X d je sestavljena iz stresane statorse reatance in reatance rotorse povratne zveze (reatanca glavnega polja). E q-os E' X b d a) Turbogenerator ϕ b E X' b d X b d d-os b q-os E E' a E a Ed X d b ϕ b E X q b X' q b X q b X d b b) Generator z izraženimi poli d-os b lia.5 Napetostni diagrami obremenjenih sinhronsih generatorjev. ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 8

19 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH Omenjene reatance so združene pod pojmom sofazna reatanca. Ker so reatance odvisne od nasičenja, so vrednosti X d ' in X d vrednosti nasičenja, medtem o je za X d uporabljena delno nasičena vrednost. Protifazna reatanca X (inverzna reatanca) je tista reatanca generatorja, i se pojavi, če generetorju v sinhronem teu pritisnemo nasproti se vrteči napetostni sistem. Ta ima napram rotorja dvojno relativno hitrost, medtem o ima sofazni sistem napram rotorju relativno hitrost nič. a turbogeneratorje z dušilnim navitjem velja ot srednja vrednost X = X d + X q X d Pri statorju z izraženimi poli in dušilnim navijtem je protifazna reatanca največ ooli % večja od subtranzientne reatance X d. Nična reatanca je pri generatorjih odvisna le od stresanega polja zato, er nični toovni sistem ne proizvaja vrtilnega polja. Pri različnih izvedbah generatorjev je nična reatanca celo 3 manjša od subtranzientne reatance ( X do X d). Nična reatanca bo prisotna le v 6 4 primeru nastopa ratega stia med sponami generatorja in zvezdiščem generatorsega navitja, ali pri zemeljsem ratem stiu in posredni ali diretni ozemljitvi zvezdišča generatorja. Če generatorju pri njegovi nazivni napetosti odvzamemo na statorsih sponah nazivno obremenitev, se pojavijo notranje napetosti (zaradi napetostnih padcev na reatancah) generatorja, i so večje ot napetosti na sponah. (Vzbujevalno navitje generatorja je pri tem obremenjeno z vzbujevalnim toom). Glede na subtranzientno, tranzientno in sinhrono reatanco, govorimo tudi o subtranzientni napetosti E, tranzientni napetosti glavnega polja E ' in napetosti z izraženimi poli E. Med ratim stiom na sponah neobremenjenega generatorja so prisotne samo napetosti ' = E= E= E, medtem o pri obremenjenem generatorju moramo v tem primeru upoštevati obremenilno stanje. To razmerje je predstavljeno na slii.5. lia.5a velja za turbogenerator s popolnim dušilnim navitjem in z masivnim rotorjem (masivni valjasti stroj), slia.5b pa odgovarja generatorju z izraženimi poli. Pri strojih z izraženimi poli je sinhronsa reatanca X q v prečni osi, prav zaradi izraženih polov manjša od sinhronse reatance X d v diretni osi (v sredini je X. 6X, najpogosteje pa je razmerje X X > ). q d z omenjenega razloga imajo razlie v napetosti pri izračunu ratostičnih toov v začetnih periodah le neznaten vpliv, tao da laho izpeljane enačbe za turbogeneratorje z zadostno natančnostjo uporabljamo tudi za stroje z izraženimi poli. Med napetostmi turbogeneratorja in napetostmi na priljučnih sponah obstajajo naslednje zveze (statorso ohmso upornost ne upoštevamo) ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 9 q d

20 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH E= +jx d b E'= +jx' d b E= +jx d b (.3) (.4) (.5) Pri obremenjenem stroju z nazivnim toom in cos ϕ N =. 8 (indutivno) dobimo naslednje vrednosti E (.5 do.3) E' (.8 do.36) E (.9 do.8) E' (.3 do.4) N N N N pri turbogeneratorjih in pri generatorjih z izraženimi poli Napetosti rotorja z izraženimi poli so E (.97 do 3.) N E (.6 do.44) N pri turbogeneratorjih pri generatorjih z izraženimi poli Nižje vrednosti veljajo za generatorje, i imajo zračno hlajenje. Pri generatorjih z vodnim hlajenjem bodo dosežene zgornje vrednosti, zaradi veliega eletromagnetnega izorista. Na slii.6 je predstavljen primer časovnega potea ratostičnega toa i v vodniu faze R za tri obratovalna stanja. Obratovanje v praznem teu (slia.6a) je bilo obširneje opisano v poglavju.3.. Pri polni obremenitvi s onstantno vzbujevalno napetostjo (slia.6a) prične ratostični to s trenutno vrednostjo obremenilnega toa. Napram obratovanju v praznem teu je začetna ratostična vrednost toa višja iz razloga, er subtranzienta napetost E preseže vrednost napetosti na priljučnih sponah. ačetna vrednost enosmerne omponente ratostičnega toa bo sicer z obremenilnim toom zmanjšana, vendar je ljub temu prva toovna onica ratostičnega toa malenostno višja, ot v obratovanju v praznem teu. aradi višje onstantne napetosti vzbujanja je tudi trajni to ratega stia večji. Generator ne daje na njegovih priljučnih sponah niaršne moči v omrežje med trajanjem ratega stia. Pogonsa moč turbine ne more sooma preiti na vrednost v praznem teu. Tao nastopi pospeševanje rotacijsih mas celoupnega agregata (energetsa izravnava). Povečajo se vrtljaji s tem tudi frevenca. Pote vrtljajev je pri tem bistveno vezan na vedenje turbinsega regulatorja. ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb.

21 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH lia.6 Pote ratostičnega toa i R, za tri različne obratovalne primere turbogeneratorja z dušilnim navitjem. Na (slii.6b) naraste število vrtljajev najprej na ooli % nazivne vrednosti ter nato preide nazaj, soraj na nazivno vrednost. Predno je doseženo stacionarno stanje laho traja ta pojav več seund. V prasi je zaradi tega n.pr. z zaščitno napravo izvedena demagnetizacija generatorja, da bi se tao izognili termični preobremenitvi. Pri obratovanju s polno obremenitvijo z regulacijo napetosti (slia.6c) je po preteu ratostičnega časa ooli.5s iznihalni pojav ratostičnega toa manj izrazit, ot pri obratovanju s polno obremenitvijo s onstantno napetostjo vzbujanja. To je zato, er laho z avtomatso regulacijo vzbujevalna napetost naraste na zgornjo ončno vrednost. Trajni ratostični toovi so izpostavljeni različnim vplivnim veličinam. Poenostavljeni izračun potea ratostičnih toov daje, ne oziraje se na obremenilno stanje, vzbujevalno in turbinso regulacijo ter zaščitne naprave, zadostno natančne rezultate le v začetni periodi (do ooli.s). inhronsi generator in impedanca omrežja Na priljučnih sponah generatorja nastopa rati sti relativno poredoma. mpedanca omrežja V je najpogosteje prisotna med ratostičnim mestom in priljučnimi generatorsimi sponami; njen vpliv, na časovni pote ratostičnih toov, se povečuje z naraščanjem dela na taoimenovani ratostični impedanci omrežja. ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb.

22 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH V enačbah (.6) do (.8) so za ', in dodatno upoštevane poleg generatorsih impedanc tudi impedance omrežja. Pri tripolnem ratem stiu veljajo z zadostno natančnostjo naslednje relacije ' E = = ' E = = ' E E = = ( R + R ) + ( X + X ) G V d V ' E ' ( RG + RV ) + ( Xd + XV ) E ( R + R ) + ( X + X ) G V d V (.6) (.7) (.8) z tega sledi, da z večanjem impedance omrežja zmanjšujemo diferenco med zgoraj navedenimi toi. Pri ratih stiih, i so oddaljeni od generatorja se vrednosti toov približajo vrednosti stacionarnega ratostičnega toa. Časovne onstante a predstavitev časovnega potea ratostičnega toa, moramo poznati reatance in pripadajoče časovne onstante. Te so: subtranzientna časovna onstanta T d, tranzientna časovna onstanta T d ' in enosmerna časovna onstanta T g. ubtranzienta časovna onstanta T d je vezana na zelo hitro iznihani del ratostičnega toa. Odvisna je od dušilnih lastnosti eletričnega tooroga, posebno pa od dušilnega navitja. Velja odnos pri tem je T = d d d X + XV X X T ' + V d (.9) X V T d impedanca omrežja, subtranzientna časovna onstanta v praznem teu v vzdolžni osi generatorja ubtranzientni pojav je s tem omejen na manj polperiod. Vrsta ratega stia (tri, dvo ali enopolni rati sti) ima na veliost T d samo malenosten vpliv, i ga ni potrebno upoštevati. ' Tranzientna časovna onstanta T d se navezuje na bistveno počasnejši iznihalni del ratostičnega toa. Ta je odvisna od dušilnih lastnosti vzbujevalnega tooroga in bo vpliv nanjo, glede na vrsto ratega stia večji, ot na T d. Pri tri, dvo in enopolnem ratem stiu dobimo torej različne vrednosti. ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb.

23 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH Pri tripolnem ratem stiu velja za tranzientno časovno onstanto enačba T ' d = ' Xd + XV X + X T d V ' d (.) ' Tranzientna časovna onstanta v praznem teu T d (za vzdolžno os generatorja) je vezana na hitro spremembo vzbujevalne napetosti (časovna onstanta v praznem teu). Ker je sinhrona ' ' ' reatanca X d precej večja ot tranzientna reatanca X d laho T d doseže veliost T d šele pri višjem deležu impedance omrežja (rati sti oddaljen od generatorja). Pri ratem stiu na priljučnih sponah, torej X V =, pade pri turbogeneratorjih večjih ' moči T d na ooli s, medtem o pri strojih z izraženimi poli na s. Pri tem se izniha tranzientni pojav brez posredovanja vzbujevalne naprave najhitreje v 3 do 6s. Pri ' turbogeneratorjih majhnih moči je laho T d <., Če impedanca omrežja ni pretežno indutivna, ampa ima relativno velio ohmso upornost R V, potem velja za tranzientno onstanto razširjen odnos T = ' R + ( X + XV )( Xd + XV ) R + ( X + X ) ' v d d V d V T ' d (.) Enosmerna toovna onstanta T g je odvisna od dušilnih lastnosti statorsega tooroga (od razmerja reatance in ohmse upornosti statorsega navitja) in od impedance omrežja. T g je pri posameznih vrstah ratih stiov pratično enao velia in se izračuna po enačbi: T g = X + XV Xd + XV ω( R + R ) ω( R + R ) G V G V (.) jer je R G ohmsa upornost statorsega navitja (rotorsega navitja) generatorja. a rati sti na priljučnih sponah visoonapetostnega generatorja se giblje T g v območju.7 do. s ( R = X = ). V V Pri ratih stiih v omrežju bo enosmerna toovna časovna onstanta tolio manjša, olior manjše bo razmerje X V RV napram X RG oziroma Xd RG. Enosmerni člen toa se izniha v nasprotju z izmeničnim členom hitreje, če je ratostično mesto v omrežju, in če vsebuje impedanca omrežja večji del ohmse upornosti. (Časovne onstante za primer nastopa ratega stia na priljučnih sponah generatorja dobimo iz enačb (.9) do (.) tao, da vstavimo za X V in R V nične vrednosti). Krati stii v povezanem obratovanju V splošnem napaja omrežje več generatorjev različnih izvedb z različnimi nazivnimi močmi in zaščitnimi napravami. (Obratovanje enega samega sinhronsega generatorja na omrežje ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 3

24 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH ot je bilo to dosedaj obravnavano - v prasi, razen v posebnih primerih - n. pr. nujno napajanje omrežja - ni priporočljivo). Na pote ratostičnega toa vplivajo eletromehanične lastnosti paralelnega obratovanja generatorjev ter porabnii. lia.7 aže stialno shemo V zbiral prenosnega omrežja 38/ V, v aterem paralelno obratuje sinhronsih generatorjev (napajanje iz prenosnega omrežja). birale so PRENONO OMREŽJE 38/V i v V, 5Hz - odlopni i i i i Tr G 3~ G 3~ 78MVA lia.7 tialna shema V stiališča priljučenega na 38/ V prenosno omrežje lia.8 Pote ratostičnih toov i R, i, i T in delnih ratostičnih toov i R pri tripolnem ratem stiu v V stiališču prenosnega omrežja. ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 4

25 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH posebej dodatno napajanje s strani generatorjev G in G, preo posameznih transformatorjev. Na naazanem V odcepu od zbiral predvidevamo nastop tripolnega ratega stia v toči F v trenutu prehoda napetosti u R sozi nič. Na slii.8 je za primer ratega stia na V odvodu priazan pote supnih ratostičnih toov i R, i in i T in delnih ratostičnih toov i RV, i R,, i R in i R z največjo enosmerno omponento r.st. toa. upni ratostični to dopušča ooli.5s trajajoči iznihalni pojav. V nadaljnem poteu pride do različnih eletromehansih izenačevalnih pojavov na strani proizvodnih enot, ot tudi porabniov, ar ima za posledico nestabilnost (asinhronsi pote). aradi tega poaže vsota vseh delnih ratostičnih toov velie modulacije. Ker generatorja G in G napajata preo transformatorjev neposredno mesto napae, ne bo njihov prispeve supnemu ratostičnemu tou, zaradi ostalih proizvodnih enot v omrežju, v ničemer drugačen. Delni ratostični to ir, = ir + ir aže tudi na to, da se oba generatorja vedeta med seboj asinhrono. a vsao poljubno ratostično mesto v prenosnem omrežju dobimo drugačen časovni pote ratostičnega toa. Če nastopi v času ratostičnega pojava med proizvodnimi enotami nestabilen pojav, se ne more pojaviti stacionarni trajni to ratega stia. Na slii.8 je predstavljen pote ratostičnih toov brez upoštevanja zaščitnih naprav z namenom, da se ugotovi dalj časa trajajoči rati sti. Tae razisave izvedemo laho le na osnovi uporabe odgovarjajočih modelnih naprav ali primernih računalniših programov. 3.3 poraba lasičnih metod za izračun ratih stiov mpedance obratovalnih elementov V nasprotju z nadzemnimi vodi in abli na splošno ne izražamo impedance in reatance za generatorje, transformatorje in dušile v absolutnih vrednostih ohm/fazo, ampa, ot relativne vrednosti (v per unit ali v %). Podate na fazo pomeni, da gre za vrednost impedance ene faze, i je vezana v zvezdo oziroma triot in preračunana na impedanco zvezde. Med absolutno vrednostjo v ohmih in relativno vrednostjo, velja naslednja zveza ali N = zn = 3 N z N N zn N zn = = % 3 % N N ( z N v per unit) (5.) N N. ( z N v %) (5.) Pri tem pomeni absolutna ratostična impedanca v ohm/fazo, z N relativna vrednost ratostične impedance, reducirane na nazivno napetost, i mora biti pri ratoslenjenem navitju prisotna, da steče nazivni to (ratostična napetost), ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 5

26 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH nazivna napetost N N N nazivni to nazivna moč. Napajanje iz omrežja Pri omrežnem napajanju (slia 5.) je za veliost ratostičnega toa pomembno, ašna je prisotna ratostična moč na ratostičnem mestu Q. Ta je. NQ Q = 3 NQ Q ; Q = 3 in tao dobimo ratostično impedanco Q = RQ + jx Q Q jer pomeni Q NQ =. (5.3) Q NQ nazivna napetost omrežja na priljučnem mestu Q; fator. odgovarja fatorju c. Fator c definira povišanje napetosti ob nastopu ratega stia. Q začetna ratostična izmenična moč v Q, začetni ratostični izmenični to v Q. Q V olior nam podati niso znani, laho za upornost upoštevamo vrednosti R X = Q Q Q Q =. X in Q a) _ Q b) _ c NQ 3 a) Obratovalni element b) Nadomestna stialna shema lia 5. Napajanje z omrežja Q ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 6

27 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH inhronsi stroji ačetna reatanca X d (nasičena subtranzientna reatanca) sinhronsega stroja (slia 5.) določa veliost začetnega ratostičnega impedančnega toa. mpedanca generatorja je: oznae imajo naslednji pomen: G ( R + G jx ) d xd NG X d = % NG (5.4) NG NG x d generatorsa nazivna moč, generatorsa nazivna napetost, relativna začetna reatanca (reducirana udarna reatanca ali subtranzientna vzdolžna reatanca), v %. a R G laho z zadostno natančnostjo upoštevamo: R R R G = 5. x pri generatorjih z d = 7. pri generatorjih z G x d G = 5. x d NG NG NG NG pri generatorjih z NG < V > V in MVA > V in aor tudi < MVA Generatorje, i obratujejo paralelno, z enao začetno reatanco, laho nadomestimo z enim generatorjem, aterega moč je vsota vseh moči. inhronsi motorji in sinhronsi stroji za jalovo moč, se pri traem stiu vedejo, ot generatorji. G a) _ G E b) a) Obratovalni element b) Nadomestna shema lia 5. Generator G ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 7

28 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH Asinhronsi motorji Ativno impedanco potrebno za izračun začetnega ratostičnega izmeničnega toa (slia 5.3) določimo iz zagonsega toa motorja pri motorsi napetosti. Ta je = R + jx in M M M pri tem pomenijo: NM nazivna napetost motorja, z zagonsi to motorja, NM nazivni to motorja, NM nazivna moč motorja. M NM = = 3 / an an NM NM NM. (5.5) a R M laho z zadostno natančnostjo vstavljamo: RM XM =. z XM =. 995 M pri visoonapetostnih motorjih (moč/polov par > MW), RM X =. 5z X M M =. 989 M pri visoonapetostnih motorjih (moč/polov par < MW) in RM XM =. 3z XM =. 958 M pri nizonapetostnih motorjih. usmernišimi pogoni moramo ravnati tao, ot z asinhronsimi motorji. a te pogone vstavljamo: NM NM nazivno napetost na strani omrežja usmernia oziroma usmernišega transformatorja, nazivni to na strani omrežja in z = 3 in R X NM M =. M z XM =. 995 M. M a) _ M c _ N 3 b) a) Obratovalni element b) Nadomestna stialna shema lia 5.3 Motor M ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 8

29 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH Transformatorji Nadomestna stialna shema sofaznega, protifaznega in ničnega sistema, je dobljena na osnovi števila in vezave navitij transformatorjev. Protifazna impedanca je po iznosu identična sofazni impedanci. ofazna impedanca ofazna impedanca regulacijsega transformatorja, je enaa ratostični impedanci. Laho jo izmerimo ali izračunamo s ratostično napetostjo in nazivno močjo, reducirano na zgornji ali spodnji napetostni nivo. Da bomo laho razliovali indese za simetrične omponente,,, bodo uporabljene alfabetne oznae za transformatorsa navitja in sicer p (primar), s (seundar) in t (terciar). Transformator z dvema navitjema lia 5.4 priazuje enopolno stialno shemo trifaznega transformatorja. = ps = T = RT + jx T ofazno impedanco v glavnem določa stresani flus med primarnim in seundarnim navitjem. mpedanco T izračunano iz ratostične napetosti u transformatorja un NT T = = RT + XT % NT (5.6) pri čemer je ohmsa upornost in indutivna upornost jer pomeni: X T R T urn NT PCuN = = (5.7) % 3 uxn NT NT = = un + u % % NT nazivna napetost transformatorja, NT nazivna moč transformatorja, u N nazivna ratostična napetost v %, u RN ohmsi nazivni padec napetosti (ratostične izgube) v %, u xn nazivna napetost stresanja v % P CuN izgube v baru pri nazivni moči, nazivni to transformatorja NT NT NT NT NT RN (5.8) ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 9

30 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH T p s a) b) p _ T s a) Obratovalni element b) Nadomestna stialna shema lia 5.4 Dvonavitni transformator Transformator s tremi navitji Transformator s tremi navitji bo v sofaznem in protifaznem sistemu predstavljen z nadomestno shemo, v ateri so tri razpoložljive impedance združene v evivalentno impedančno zvezdo (slia 5.5). mpedance bodo izračunane iz ratostičnih napetosti in pripadajočih moči, reduciranih na eno od treh nazivnih napetosti transformatorja. aradi negativnega člena laho postane ena od treh impedanc nič ali negativna. Tao je p s t ups utp u = + ps tp u u u st ps = + st ps utp u u st = + tp st st st tp tp ps ps N % N % N % (5.9) pri tem predstavljajo: u u u ps st tp N ratostična napetost v % reducirana napetost (ena od treh nazivnih napetosti) s s s ps st tp nazivna prehodna moč (ratostične napetosti in nazivne prehodne moči med posameznimi navitji) ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 3

31 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH T s a) p t _ s s p b) _ p _ t t lia 5.5 Tronavitni transformator a)obratovalni elemen b) Nadomestna stialna shema Nična impedanca Nična impedanca trifaznih transformatorjev, je odvisna od vezave navitij in od zgradbe jedra - trojedrni, pet jedrni, enofazni transformator. V omrežju laho nični sistem obstaja le tarat, adar je najmanj eno navitje vezano v zvezdi, in je zvezdiščna toča vezana z zemljo diretno ali preo indutivne ali ohmse upornosti. zjema je autotransformator, jer nična impedanca obstaja tudi, če ni izvedena ozemljitev z zvezdiščem. Dodatna impedanca zvezdiščne toče bo upoštevana pri enopolni nadomestni shemi s triratno vrednostjo, to je 3 E. Na slii 5.6 je za primer dana vezava za merjenje nične impedance transformatorja zvezda - zvezda s triotnim izenačevalnim navitjem. Meritev impedance praznega tea L in ratostične impedance laho izvajamo na višjem napetostnem nivoju p (meritev a) in nižjem napetostnem nivoju s (meritev b). a enopolno nadomestno shemo ničnega sistema (slia 5.6c) laho izračunamo zahtevane nične impedance s pomočjo izmerjenih ničnih impedanc praznega tea in ničnih ratostičnih impedanc, na osnovi relacij v nadaljevanju. Pri tem so vse vrednosti za predstavljen primer reducirane na enotno napetost primarne strani označene s p. Tao velja: iz tega sledi p p pl = p + t sl = sl ( p / s) p p p = + ( ) = ( p / s) p p s p p p sl s t t p = + = ( p / s) p s t s t p = pl t p p p = (5.) s sl t p = ( ) ot p pl p sl ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 3

32 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH p s t 3 a) Meritev na primarni strani p, nična impedanca praznega tea pl (seundarno navitje je odprto), ratostična nična impedanca p (primarno navitje p je rato slenjeno) p s t 3 b) Meritev na seundarni strani s, nična impedanca praznega tea sl (primarno navitje p je odprto) ratostična nična impedanca s (primarno navitje p je rato slenjeno) p E p s E s t t c) Nadomestna shema ničnega sistema (E je povezava zvezdiščne toče z zemljo) lia 5.6 Meritev nične impedance na transformatorju s tremi navitji YNyn(d) ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 3

33 TOKOVNE OBREMENTVE V NENORMALNH OBRATOVALNH TANJH Na slii 5.7 so za najpogostejše vezave transformatorjev z dvema in tremi navitji priazane enopolne nadomestne sheme za sofazni in nični sistem. Pri transformatorjih z dvojnim navitjem z vezavo zvezda-triot in ozemljenim zvezdiščem, bo preto flusa zaradi ničnih toov ompenziran s protiampernimi ovoji v triotnem navitju in stresanim flusom v jarmu. Nična impedanca je neolio manjša, ot ratostična impedanca (. 8T ). Pri transformatorjih z dvema navitjema v vezavi zvezda - zvezda z ozemljenim zvezdiščem primarja, laho teče nični flus, zaradi manjajočih ampernih ovojev, samo preo zraa, otla in razpoložljivih železnih delov. Pri petstebernem jedru (prerez jarma je manjši, ot pri tristebernem jedru) se zaljučuje nični flis preo dodatnih stebrov. Pri enofaznih transformatorjih in trifaznih olopljenih transformatorjih, je ničnemu flusu na razpolago celotni prerez jedra tao, da nična impedanca (er na seundarni strani ne obstajajo protiamperni ovoji) ustreza impedanci praznega tea ( = L ). Pri petstebernem transformatorju, je nična impedanca zaradi zmanjšanega prereza jarma manjša, ot impedanca praznega tea ( < L ). Pri tristebernem transformatorju je zaradi manjajoče povratne povezave preo železa znatno manjša, ot impedanca praznega tea ( << L ) in je laho dobljena le na osnovi meritev. Transformator z dvema navitjema, v vezavi zvezda-ci ca, z ozemljenim zvezdiščem navitja v zvezdi, se vede z ozirom na nično impedanco, ot transformator v vezavi, zvezda - zvezda. Če je ci ca navitje ozemljeno, bo v nasprotju s prejšnjim primerom, nični flus ompenziran preo protiampersih ovojev delnih navitij, i so na istih stebrih. Nična impedanca je potem (. do.5) T. Pri transformatorju s tremi navitji v vezavi zvezda-zvezda-triot in primarno ozemljeno zvezdiščno točo, dobimo za nično impedanco enae razmere, ot pri transformatorjih z dvojnim navitjem v vezavi zvezda-triot. Če bo seundarna stran zvezdišča ozemljena, bo nična impedanca transformatorja znova reducirana seveda ob pogoju, da je hrati zvezdišče seundarnega omrežja ozemljeno. Nični sistem se laho izobliuje tudi pri avtotransformatorjih v vezavi zvezda-zvezda z neozemljeno zvezdiščno točo. aljučuje se preo zaporednega navitja avtotransformatorja. Dodatno triotno izenačevalno navitje zmanjšuje nično impedanco. Pri ozemljenem zvezdišču avtotransformatorja in neozemljeni zvezdiščni toči seundarnega omrežja, veljajo za nični sistem podobni pogoji, ot za transformator v vezavi zvezda-zvezda (z in brez triotnega navitja). V olior je zvezdišče vendarle ozemljeno, je razdelitev ničnih toov odvisna od obstoječega triotnega izenačevalnega navitja. Pri dodatni ozemljitvi zvezdiščne toče primarnega omrežja, se bodo v seundarnem omrežju nastali nični toovi v avtotransformatorju transformirali na primarno stran; tao se torej nični toovi, i tečejo preo zaporednega navitja, razdelijo na paralelno navitje in na seundarno omrežje. Triotno izenačevalno navitje zmanjšuje veliost rezultirajoče nične impedance tao dolgo, doler je nična impedanca avtotransformatorja ativna. ato poglavja poneod ne sovpadajo z označevanjem enačb. 33