ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εργαστήριο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Ακαδημαϊκό έτος 2013-2014 26 Μαΐου 2014 Θέμα προς Παράδοση ΜΕΛΕΤΗ ΔΙΚΤΥΟΥ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Για το Μάθημα: Δίκτυα Διανομής Ηλεκτρικής Ενέργειας του 8 ου Εξαμήνου Διδάσκοντες: Ε. Διαλυνάς, Π. Γεωργιλάκης Eρώτημα Α Για το δίκτυο διανομής του σχήματος να υπολογιστούν τα παρακάτω (για το έτος 0): 1. Οι 24-ωρες καμπύλες φορτίου στις αναχωρήσεις των γραμμών 6,6 kv και 20 kv, ο συντελεστής φορτίου (ΣΦ) για το συνολικό φορτίο κάθε αναχώρησης, καθώς και ο αντίστοιχος συντελεστής απωλειών (ΣΑ). 2. Η τάση σε όλους τους κόμβους κατά τη διάρκεια του 24-ώρου, η μέση τιμή της τάσης κάθε κόμβου και η διακύμανση περί τη μέση τιμή. Ο ζυγός Α0 να θεωρηθεί άπειρος. 3. Οι μέγιστες απώλειες ισχύος και οι ετήσιες απώλειες ενέργειας επί της γραμμής Α1-Α2 και επί των Μ/Σ 150/20 kv και 20/6,6 kv χρησιμοποιώντας τις τιμές του ΣΦ και ΣΑ του Ερωτήματος 1. Να επαναληφθεί ο υπολογισμός των ετήσιων απωλειών ενέργειας χρησιμοποιώντας την 24- ωρη καμπύλη φορτίου του Ερωτήματος 1. Eρώτημα Β Για να επιτευχθεί η λειτουργία του δικτύου χωρίς να παραβιάζονται τα όρια των τάσεων, προσδιορίζονται κατάλληλες ρυθμίσεις για τα ΣΑΤΦ των Μ/Σ. 1. Να προσδιοριστεί η κατάλληλη ρύθμιση και η ημερήσια μεταβολή των λήψεων του ΣΑΤΦ του Μ/Σ 150/20 kv ώστε η τάση του ζυγού Α2 να διατηρείται πλησίον της ονομαστικής τιμής των 20 kv, για τα έτη 0 και 10 αντίστοιχα. Για την επιλεγείσα ρύθμιση, να υπολογιστούν η μέση τιμή της τάσης κάθε κόμβου και η διακύμανση περί τη μέση τιμή, για τα δύο παραπάνω έτη. 2. Με δεδομένη την ημερήσια μεταβολή των λήψεων του ΣΑΤΦ του Μ/Σ 150/20 kv, να προσδιοριστεί η κατάλληλη ρύθμιση και η ημερήσια μεταβολή των λήψεων του ΣΑΤΦ του Μ/Σ 20/6,6 kv ώστε να εξασφαλιστεί αποδεκτή διακύμανση των τάσεων των κόμβων του δικτύου το έτος 10. Για την επιλεγείσα ρύθμιση, να υπολογιστούν η μέση τιμή της τάσης κάθε κόμβου και η διακύμανση περί τη μέση τιμή. 3. Να προσδιοριστούν οι κατάλληλες ρυθμίσεις για τις λήψεις των Μ/Σ 20/0,4 kv και για τις λήψεις των Μ/Σ 6,6/0,4 kv του δικτύου για τις επιλεγείσες ρυθμίσεις του ΣΑΤΦ. Σελίδα 1 από 5
Eρώτημα Γ Για τη μείωση των απωλειών του δικτύου 20 kv, στο τμήμα του A0-A2, εξετάζονται τα ακόλουθα μέτρα, με χρόνο υλοποίησης το έτος 0: Α. Εγκατάσταση στον κόμβο Α2 συστοιχίας πυκνωτών κατάλληλου μεγέθους (0,6 ή 1 ή 2 ή 3 ή 4 MVAr). Β. Κατασκευή δεύτερης γραμμής 20 kv, παράλληλης προς την υπάρχουσα Α1-Α2. Γ. Συνδυασμός των παραπάνω μέτρων Α και Β. Δ. Λειτουργία του δικτύου χωρίς τη λήψη κάποιου από τα παραπάνω μέτρα. Αξιολογήστε οικονομικά τις παραπάνω λύσεις και επιλέξτε την πλέον συμφέρουσα για περίοδο εξέτασης 10 ετών. Eρώτημα Δ α) Να υπολογιστούν οι πέντε δείκτες αξιοπιστίας (ρυθμός βλαβών λ, μέσος χρόνος μη τροφοδότησης r, ετήσιος χρόνος μη τροφοδότησης U, ετήσια μη τροφοδοτούμενη ενέργεια E, μέσο μη τροφοδοτούμενο φορτίο L) των κόμβων Β7, C17 και D22, θεωρώντας τις μόνιμες βλάβες των στοιχείων του δικτύου διανομής (βασική περίπτωση ανάλυσης). β) Να υπολογιστούν οι νέες τιμές των πέντε δεικτών αξιοπιστίας του κόμβου C17 εάν δεν υπάρχει ο ΔΑΕ της γραμμής διανομής C. γ) Να υπολογιστούν οι νέες τιμές των πέντε δεικτών αξιοπιστίας του κόμβου D22 εάν οι ασφαλειοαποζεύκτες της γραμμής διανομής D αντικατασταθούν με αποζεύκτες. δ) Να υπολογιστούν οι νέες τιμές των πέντε δεικτών αξιοπιστίας των κόμβων C17 και D22 για τη βασική περίπτωση ανάλυσης, (α), υποθέτοντας ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντίστοιχα οι αποζεύκτες των κλάδων C11-D18 και D19-E25 που βρίσκονται σε κατάσταση ανοικτής λειτουργίας υπό τάση. Σελίδα 2 από 5
ΔΕΔΟΜΕΝΑ 1. Φορτία Δικτύου Κόμβος Μέγιστο Φορτίο (kva) Χαρακτηρισμός Φορτίου Β5 260 Οικιακό Β6 200 Eμπορικό Β7 200 Οικιακό Β8 250 Εμπορικό Β9 250 Οικιακό C11 470 Βιομηχανικό C14 350 Οικιακό C15 350 Εμπορικό C16 350 Οικιακό C17 250 Βιομηχανικό D20 150 Βιομηχανικό D22 110 Εμπορικό D23 75 Εμπορικό E24 70 Οικιακό E26 250 Βιομηχανικό E27 150 Οικιακό Ετήσιος ρυθμός αύξησης των φορτίων: 7% 2. Καμπύλες Φορτίου σε ανά μονάδα των μέγιστων kva (αμετάβλητες σε όλη τη διάρκεια του έτους) Δίωρο Οικιακό Βιομηχανικό Εμπορικό 0-2 0,35 0,20 0,40 2-4 0,20 0,20 0,30 4-6 0,20 0,30 0,20 6-8 0,40 0,60 0,50 8-10 0,45 0,95 0,75 10-12 0,50 1,00 1,00 12-14 0,50 0,90 0,85 14-16 0,60 0,90 0,55 16-18 0,80 0,60 0,45 18-20 1,00 0,50 0,60 20-22 0,85 0,35 0,70 22-24 0,65 0,30 0,50 3. Συντελεστές Ισχύος των Φορτίων Οικιακό Βιομηχανικό Εμπορικό 0,97 0,82 0,86 4. Σύνθετες Αντιστάσεις Μέγιστες Φορτίσεις Κλάδων Δικτύου Εναέριες γραμμές 95Cu: 0,28+j0,36 Ω/km, I max =352 A Εναέριες γραμμές 35Cu: 0,59+j0,45 Ω/km, I max =185 A Υπόγειο καλώδιο ΝAΗΕΚΒΑ 240: 0,17+j0,12 Ω/km, I max =310 A Μ/Σ 150/20 kv: U k =19%, X/R=22, P Fe =50 kw, S=50 MVA Μ/Σ 20/6,6 kv: U k =8%, X/R=7, P Fe =8 kw, S=5 MVA 5. Συστήματα Αλλαγής Τάσης υπό Φορτίο (ΣΑΤΦ) Μετασχηματιστών Μ/Σ 150/20 kv: Όρια ρύθμισης -12,5% έως +12,5% Βήμα 1,25% Μ/Σ 20/6,6 kv: Όρια ρύθμισης -10% έως +10% Βήμα 1% 6. Λήψεις Μ/Σ 20/0,4 kv και λήψεις Μ/Σ 6,6/0,4 kv 0%, ±2,5%, ±5% Σελίδα 3 από 5
7. Όρια μεταβολής της τάσης των κόμβων ΜΤ Μέση τιμή: Διακύμανση: ±5% περί την ονομαστική τιμή ±3% περί τη μέση τιμή 8. Παράμετροι Αξιοπιστίας των στοιχείων του δικτύου διανομής Να ληφθούν υπόψη οι ακόλουθες τιμές των παραμέτρων αξιοπιστίας των στοιχείων του δικτύου. Να υποτεθεί ότι υπάρχει δυνατότητα απομόνωσης κάθε κλάδου του δικτύου μετά από συμβάντα βλαβών των στοιχείων τους και ότι η πιθανότητα αποτυχίας των μέσων προστασίας είναι ίση με μηδέν εκτός από τους ασφαλειοαποζεύκτες για τους οποίους η πιθανότητα αποτυχίας είναι ίση με 0,03. Στοιχεία Δικτύου Ρυθμός Βλαβών λ (βλ./έτος) Χρόνος Επισκευής r (ώρες) Χρόνος Απομόνωσης s (ώρες) Εναέρια Γραμμή 0,06 (βλ./έτος km) 15 3 Υπόγεια Γραμμή 0,14 (βλ./έτος km) 22 2 Μ/Σ 150/20 kv 0,05 45 1 Μ/Σ 20/6,6 kv 0,07 48 1 Μ/Σ 6,6/0,4 kv 0,04 50 1 Ζυγός (150 kv, 20 kv, 6,6 kv) 0,03 18 1 Κόμβος 0,4 kv 0,02 14 1 Διακόπτης (Ισχύος, Φορτίου, ΔΑΕ) 0,09 22 2 Ασφαλειοαποζεύκτης (20 kv, 6,6 kv) 0,04 14 3 Ασφάλεια (20 kv, 6,6 kv) 0,03 17 1 Αποζεύκτης (20 kv, 6,6 kv) 0,05 10 2 Σημειώνεται ότι στο σχήμα δεν παρουσιάζονται οι υποσταθμοί 20/0,4 kv (6,6/0,4 kv). Κάθε ένας από αυτούς αποτελείται από ένα ζυγό 20 kv (6,6 kv), έναν κόμβο 0,4 kv, ένα Μ/Σ 20/0,4 kv (6,6/0,4 kv) με το κατάλληλο μέγεθος ισχύος και μια ασφάλεια στην πλευρά ΜΤ. 9. Παράμετροι Κόστους Δικτύου Κόστος απωλειών ισχύος: 200 /kw-έτος Κόστος απωλειών ενέργειας: 0,07 /kwh Επιτόκιο αναγωγής: 10% Διάρκεια ζωής υλικών: 30 έτη Πυκνωτές (μη αποζεύξιμοι): 3Φ συστοιχία 20kV, 600 CKVA: 7 k 3Φ συστοιχία 20kV, 1000 CKVA: 13 k 3Φ συστοιχία 20kV, 2000 CKVA: 19 k 3Φ συστοιχία 20kV, 3000 CKVA: 24 k 3Φ συστοιχία 20kV, 4000 CKVA: 28 k Γραμμή 95Cu 20 kv: 15 k /km Σελίδα 4 από 5
Γραμμές 20 kv Εναέρια, κορμός, 95 Cu Εναέρια, διακλαδώσεις, 35 Cu Γραμμές 6,6 kv Υπόγεια (NAHEKBA 240) Εναέρια 95 Cu B6 0.5 km 0.5 km B7 B5 B8 B4 B9 C15 6,6 kv 20 kv 5 km B3 C13 C10 3 km 16 km C14 5 km 9 km A2 ΔΑΕ C11 6 km C16 10 km E24 D18 C12 C17 E25 D19 D21 D20 E26 D22 D23 20 km 95 Cu E27 20 kv A1 150 kv A0 Μέσα Προστασίας-Ζεύξης Διακόπτης ισχύος - ΔΑΕ Ασφαλειοαποζεύκτης Ασφάλειες Αποζεύκτης ανοικτός υπό τάση Αποζεύκτης κλειστός Διακόπτης Φορτίου Σελίδα 5 από 5