Συστημάτα Ηλεκτρικής Ενέργειας Ι Έλεγχος Τάσης & Αντιστάθμιση Υπεύθυνος μαθήματος thpapad@ee.duth.gr Τομέας Ενεργειακών Συστημάτων Εργαστήριο ΣΗΕ
Περιεχόμενα Μαθήματος Έλεγχος τάσης Αντιστάθμιση 2
Έλεγχος Τάσης
όρια 5%: ΧΤ, Αστικά φορτία, καταναλωτές διανομής όρια 7.5%: βραχυχρόνιες διακυμάνσεις όρια 10%: Μη αστικά φορτία, καταναλωτές μεταφοράς Μείωση αντίστασης γραμμής (R ) Γραμμή μεγαλύτερης διατομής Ισορροπία στο οικονομικό όριο Έλεγχος της τάσης Μείωση αντίδρασης γραμμής (X ) Δεν μπορούμε φυσικά να μειώσουμε την απόσταση μεταξύ των αγωγών, λόγω κινδύνου διάσπασης, επαφής αγωγών Λύση: Κύκλωμα πολλαπλών αγωγών/φάση (π.χ. 2 αγωγοί/φάση 20% μείωση της αυτεπαγωγής L) 4
Πυκνότητα φορτίου Αυξημένη πυκνότητα φορτίου συνεπάγεται γραμμές διανομής μικρού μήκους και άρα μειωμένη πτώση τάσης Είδος και μήκος δικτύου διανομής Π.χ. το πρόβλημα της πτώσης τάσης είναι σημαντικότερο σε εναέρια δίκτυα από ότι σε υπόγεια Δομή του δικτύου διανομής Διαμόρφωση τάσης Τα βρογχοειδή δίκτυα λόγω καλύτερης κατανομής φορτίου παρουσιάζουν μικρότερες πτώσεις τάσεις 5
Καταναλωτές αέργου ισχύος Μεγάλο μέρος (60% - 70%) της ηλεκτρικής ενεργής ισχύος στο δίκτυο απορροφάται από τη βιομηχανία Η χρήση της ενεργής ισχύος συνοδεύεται από μεγάλη κατανάλωση άεργης ισχύος Καταναλωτές άεργης ισχύος είναι: 1. Ασύγχρονοι κινητήρες 2. Ηλεκτρονικά ισχύος 3. Ηλεκτρικές υψικάμινοι τήξης μετάλλων (flicker) 4. Ηλεκτρικές συγκολλήσεις 5. Γραμμές Μεταφοράς (ΓΜ) Πυκνωτές: σε υπερφορτιζόμενες εναέριες ΓΜ Πηνία: σε καλώδια και σε μακριές εναέριες ΓΜ που λειτουργούν με μικρό φορτίο
Μετασχηματιστές με ενδιάμεσες λήψεις A. Σε μικρούς ΜΣ διανομής και για μακροπρόθεσμες μεταβολές, η αλλαγή γίνεται χειροκίνητα χωρίς φορτίο. Περιοχής αλλαγής ±5%. B. Μεγαλύτεροι ΜΣ και για συχνές αλλαγές χρησιμοποιούνται διακόπτες υπό φορτίο (On Load Tap Changers OLTC). Περιοχής αλλαγής ±10%. Γίνεται με ηλεκτρονόμους ανίχνευσης τάσης και ηλεκτροκινητήρες Συγκρίνεται η τάση εξόδου του ΜΣ με μια προκαθορισμένη τάση Βήματα αλλαγής: ±1.25%, ±2.5% 7
Μετασχηματιστές ρύθμισης τάσης Μετασχηματιστές ρύθμισης τάσης ή ρυθμιστές τάσης Αποκλειστικά στο επίπεδο Μεταφοράς Μικρή μεταβολή ΔV στο επίπεδο τάσης της ΓΜ ΔΕΝ μετασχηματίζουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας, άρα είναι μικρής ισχύος Έλεγχος ροής αέργου ισχύος με ρύθμιση του μέτρου της τάσης Έλεγχος ροής ενεργού ισχύος με ρύθμιση της φασικής γωνίας της τάσης V+ΔV V ΔV V ΔV 8 V+ΔV
Ρύθμιση τάσης με εγκάρσια στοιχεία /1 Ρυθμίζεται η άεργος ισχύος στο άκρο άφιξης Q R Σύγχρονες γεννήτριες: Δίκτυο μεταφοράς Σε υπερδιέγερση αποδίδουν άεργο ισχύ, ενώ σε υποδιέγερση απορροφούν άεργη ισχύ Επιδρούν θετικά στην ευστάθεια του συστήματος Μπορούν να υπερφορτιστούν σημαντικά για μικρά χρονικά διαστήματα STATCOM (static synchronous compensator) Χρησιμοποιεί VSC και ανήκει στην οικογένεια των Flexible AC Transmission (FACTS) Μπορεί να παράγει και να απορροφά άεργο ισχύ
Ρύθμιση τάσης με εγκάρσια στοιχεία /2 Στατές συστοιχίες: Κατά κύριο λόγο στο δίκτυο διανομής L ή C παράλληλα στο φορτίο διόρθωση cosφ Μεταβολές αέργου ισχύος κατά βήματα (μειονέκτημα) Δεν επιτρέπεται να υπερφορτιστούν (μειονέκτημα) Η ζεύξη/απόζευξή τους προκαλεί σημαντικά μεταβατικά φαινόμενα (μειονέκτημα) Είναι διατάξεις φθηνές, με χαμηλές απώλειες, εύκολα μετακινούμενες και προσαρμοζόμενες (πλεονέκτημα) Αποζεύξιμοι πυκνωτές: μπορούν να συνδέονται και να αποσυνδέονται Είδη αντιστάθμισης Τοπική Ομαδική Γενική Π.χ. σε κάθε ασύγχρονο κινητήρα (<30 kw) και σε ΜΣ ΜΤ/ΧΤ Π.χ. σε πολλούς κινητήρες μαζί (γενικά σε ομάδες όμοιων συσκευών) Στον υποσταθμό του καταναλωτή
Αντιστάθμιση
Αποτελέσματα μεταβολής της άεργης ισχύος Q σε ΓΜ /1 Μεταβολή του ρεύματος φορτίου I Μεταβολή των απωλειών της ΓΜ Από την P 3VI cosφ συμπεραίνουμε ότι για cosφ θα είναι: I 2 2 P Από την Ploss 3I R R συμπεραίνουμε ότι για θα είναι: V 2 2 cosφ P cos φ loss Ειδικά για cosφ 1 θα είναι: Ploss min
Αποτελέσματα μεταβολής της άεργης ισχύος Q σε ΓΜ /2 Μεταβολή της πτώσης τάσης Όπως έχουμε ήδη δείξει, σε ΓΜ του συστήματος μεταφοράς ΥΤ (150 kv 400 kv) ισχύει με καλή προσέγγιση η σχέση R 0 Οπότε η πτώση τάσης (δηλαδή η διαφορά μεταξύ των μέτρων της τάσης V S του άκρου αποστολής S και της τάσης V R του άκρου παραλαβής R της ισχύος) είναι: QX R VS VR V R
Αποτελέσματα μεταβολής της άεργης ισχύος Q σε ΓΜ /3 Μεταβολή της κυματικής αντίστασης Z 0 μακριάς ομοιογενούς ΓΜ χωρίς απώλειες Με τα μέσα αντιστάθμισης μπορούμε να αλλάξουμε τα χαρακτηριστικά των ΓΜ, δηλαδή την διαμήκη αυτεπαγωγή L και την εγκάρσια χωρητικότητα C ανά μονάδα μήκους, οπότε αλλάζουμε: τη φυσική ισχύ το όριο ευστάθειας του συστήματος μεταφοράς Φυσικής ισχύος: όπου Z 0 L C P N V Z για 2 R 0 R 0
Ονομαστικό κύκλωμα Π μακριάς ΓΜ S'R' /1 A
Ονομαστικό κύκλωμα Π μακριάς ΓΜ S'R' /2 Γνωστά: P ΚΑΤ, cosφ Q KAT = P KAT tanφ V R (Τάση Αναφοράς, Ονομαστική Τάση) Άγνωστα: Επιθυμητή πτώση τάσης V S Στοιχείο Αντιστάθμισης Α, που παρέχει άγνωστη άεργη ισχύ Q A στο άκρο παραλαβής R
Ονομαστικό κύκλωμα Π μακριάς ΓΜ S'R' /3 1 ο βήμα: ΓΜ με απώλειες: ΓΜ χωρίς απώλειες: 2 VV R S VR PR cos y θ cosy θ Z Z VV R S R 0 y 90 PR sinθ X
Ονομαστικό κύκλωμα Π μακριάς ΓΜ S'R' /4 2 ο βήμα: ΓΜ με απώλειες: ΓΜ χωρίς απώλειες: 2 VV R S VR QR sin y θ siny Q Z Z R 2 VV R S VR R 0 y 90 QR cosθ Q X X R
Ονομαστικό κύκλωμα Π μακριάς ΓΜ S'R' /5 3 ο βήμα: Ισολογισμός άεργης ισχύος στο άκρο παραλαβής R Q R R Q KAT R' Q C/2 A Q A Q Q Q Q Q ΚΑΤ R C 2 A A
Υπολογισμός στοιχείου αντιστάθμισης /1 Αν Q A > 0 Πυκνωτής C Σε συνδεσμολογία αστέρα: Σε συνδεσμολογία τριγώνου: 2 2 VR VR 2 QA QA VR CYω CY 2 X 1 VR ω C ω Y CΔ C Y 3
Υπολογισμός στοιχείου αντιστάθμισης /2 Αν Q A < 0 Πηνίο L Σε συνδεσμολογία αστέρα: Q A V V V X L ω Q ω 2 2 2 R R R LY Y A Σε συνδεσμολογία τριγώνου: L Δ 3L Y
Πηγές - Αναφορές Δ. Λαμπρίδης, Γ. Ανδρέου, Παρουσιάσεις στο μάθημα ΣΗΕ ΙΙ, ΤΗΜΜΥ, ΑΠΘ Α. Σαφιγιάννη, Σημειώσεις ΣΗΕ, ΔΠΘ Β. Παπαδιά, Γραμμές Μεταφοράς ΗΕ, Εκδόσεις Συμμετρία 22