Power Generators Fault Current Simulation & Analysis

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16

Περιεχόμενα 1. ΓΕΝΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΟΤ ΢Τ΢ΣΗΜΑΣΟ΢……………………………………………………..................... 2

2. ΕΡΩΣΗΜΑ 3 (P03G16Q3)…………………………………………………………………………………….……………. 3

3. ΕΡΩΣΗΜΑ 4 (P03G16Q4)…………………………………………………………………………………………………… 6

4. ΕΡΩΣΗΜΑ 8 (P03G16Q8)…………………………………………………………………………………………………… 10

1

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16

1. ΓΕΝΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΟΤ ΢Τ΢ΣΗΜΑΣΟ΢ Δφο ςφγχρονεσ ςτροβιλογεννιτριεσ ςυνδζονται μεταξφ τουσ αλλά και με τον άπειρο ηυγό των 17 kV μζςω εναερίων γραμμών μεταφοράσ (ΓΜ) όπωσ φαίνεται ςτο Σχιμα 1. Η πρώτθ γεννιτρια (G1) τροφοδοτεί ςτθν ζξοδο τθσ επαγωγικό φορτίο ςε αςτζρα με R=16 Ω, L=1,15 H ςε ςειρά.

Οι ςυνδετιριεσ γραμμζσ μεταφοράσ ζχουν R’=0.0401 Ω/km, X’=0.316 Ω/km ςε ςειρά και μικθ 60 km για τθν 1θ ΓΜ, 30 km για τθ 2θ ΓΜ και 25 km για τθν 3θ ΓΜ. Οι γεννιτριεσ λειτουργοφν με ονομαςτικι τάςθ ςτουσ ακροδζκτεσ τουσ. Η τάςθ ακροδεκτών τουσ προθγείται τθσ αντίςτοιχθσ του άπειρου ηυγοφ (υπόλοιπο δίκτυο) κατά 18° για τθ γεννιτρια G1 και κατά 9° για τθ γεννιτρια G2.

ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟΙ ΓΙΑ ΜΟΝΣΕΛΟΠΟΙΗ΢Η ΢ΣΟ ATP R'(Ω/km)

X'(Ω/km)

0.0401

0.316

Length(km)

R(Ω)

L(mH)

L1

60

2.406

60.382

L2

30

1.203

L3

25

L2/2

15

Vrms(kV)

Vpeak(kV)/ph

G1

17.5

14.289

30.191

G2

18

14.697

1.003

25.159

Network

17

13.880

0.602

15.096

ΚΤΚΛΩΜΑΣΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ ΢ΣΟ ATP

2

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16

2. ΕΡΩΣΗΜΑ 3 (P03G16Q3.ACP) Θεωροφμε αρχικά ότι ςτο ςφςτθμα του ςχιματοσ 1 όλα τα ςτοιχεία ςυνδζονται κανονικά μεταξφ τουσ (όλοι οι διακόπτεσ κλειςτοί). Σθ ςτιγμθ t=1.2sec γίνεται τριφαςικό βραχυκφκλωμα μζςω αντίςταςθσ Rsc=1Ω, Lsc=2mH ςε ςειρά, ςτο μζςο τθσ 2θσ ΓΜ. Σο ςφάλμα διαρκεί 1.5sec. Να επιλζξετε κατάλλθλο χρόνο προςομοίωςθσ ϊςτε να δείξετε με κατάλλθλα διαγράμματα αν αποςυγχρονίηεται κάποια από τισ γεννιτριεσ. Να καταγραφοφν επίςθσ ςε ςυγκριτικό διάγραμμα οι κυματομορφζσ του ρεφματοσ τθσ 3θσ φάςθσ ςτουσ ακροδζκτεσ των 2 γεννθτριϊν ςτο χρονικό διάςτθμα 1-2.1sec.

-ΚΤΚΛΩΜΑΣΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ ΢ΣΟ ATP

-ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΓΙΑ ΣΑ ΡΕΤΜΑΣΑ ΔΙΕΓΕΡ΢Η΢ ΣΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ

3

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16

-ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΓΙΑ ΣΙ΢ ΜΑΓΝΗΣΕΓΕΡΣΙΚΕ΢ ΔΤΝΑΜΕΙ΢ ΣΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ

-ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΓΙΑ ΣΙ΢ ΗΛΕΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΕ΢ ΡΟΠΕ΢ ΣΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ

4

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΓΙΑ ΣΑ ΡΕΤΜΑΣΑ ΢ΣΗ ΦΑ΢Η C ΣΩΝ ΔΤΟ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ (ΓΙΑ ΣΟ ΔΙΑ΢ΣΗΜΑ 1-2.1 SEC)

Παρατθριςεισ: Οι ομοιότθτεσ ςτισ απόςταςεισ γεννθτριών από το ςφάλμα οδθγοφν ςε παρόμοια διαγράμματα για τισ δφο γεννιτριεσ. Το μεταβατικό φαινόμενο δεν οδθγεί ςε αποςυγχρονιςμό των γεννθτριών.

5

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16

3. ΕΡΩΣΗΜΑ 4 (P03G16Q4C1.ACP, P03G16Q4C2.ACP) C1)Θεωροφμε αρχικά ότι ςτο ςφςτθμα του ςχιματοσ 1 όλα τα ςτοιχεία ςυνδζονται κανονικά μεταξφ τουσ (όλοι οι διακόπτεσ κλειςτοί) εκτόσ από το φορτίο ςτθ γεννιτρια G1. Σθ χρονικι ςτιγμι t=1sec το φορτίο ςυνδζεται και παραμζνει ςυνδεδεμζνο.

C2)Θεωρείςτε επίςθσ μία δεφτερθ περίπτωςθ ςτθν οποία το φορτίο παραμζνει αςφνδετο και τθν χρονικι ςτιγμι t=1sec γίνεται μονοφαςικό βραχυκφκλωμα (2θ φάςθ, μζςω αντίςταςθσ Rsc=1Ω, Lsc=2mH ςε ςειρά) ςτουσ ακροδζκτεσ τθσ γεννιτριασ G1. Να καταγράψετε για κάκε γεννιτρια ςτο διάςτθμα ςτο διάςτθμα 1-15sec τισ μεταβολζσ ςτθν θλεκτρομαγνθτικι ροπι ςυγκριτικά για τισ δφο παραπάνω περιπτϊςεισ. Αποςυγχρονίηεται κάποια από τισ 2 γεννιτριεσ ςτισ παραπάνω περιπτϊςεισ; Να δικαιολογιςετε τθν απάντθςθ ςασ χρθςιμοποιϊντασ κατάλλθλα διαγράμματα -ΚΤΚΛΩΜΑΣΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ ΢ΣΟ ATP

ΓΕΝΝΗΣΡΙΑ 1 – ΜΕΣΑΒΟΛΗ ΗΛΕΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΗ΢ ΡΟΠΗ΢

6

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16

ΓΕΝΝΗΣΡΙΑ 2 – ΜΕΣΑΒΟΛΗ ΗΛΕΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΗ΢ ΡΟΠΗ΢

7

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16

ΓΕΝΝΗΣΡΙΑ 1 – ΓΩΝΙΑ Φ ΟΡΣΙ΢Η΢

ΓΕΝΝΗΣΡΙΑ 2 – ΓΩΝΙΑ Φ ΟΡΣΙ΢Η΢

Παρατθριςεισ: Από τα διαγράμματα των γωνιών φόρτιςθσ βλζπουμε ότι οι δφο γεννιτριεσ παρουςιάηουν μικρζσ ταλαντώςεισ με υποκρίςιμθ απόςβεςθ . Δεν παρατθρείται πρόβλθμα αποςυγχρονιςμοφ αφοφ θ γωνία φόρτιςθσ ςε κάκε ο περίπτωςθ για κάκε γεννιτρια ςτθ μόνιμθ κατάςταςθ είναι μικρότερθ των 70 .

8

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16 ΓΕΝΝΗΣΡΙΑ 1 – ΑΠΟΚΛΙ΢Η ΓΩΝΙΑΚΗ΢ ΣΑΧΤΣΗΣΑ΢ ΑΠΟ ΣΗ ΢ΤΓΧΡΟΝΗ

ΓΕΝΝΗΣΡΙΑ 2 – ΑΠΟΚΛΙ΢Η ΓΩΝΙΑΚΗ΢ ΣΑΧΤΣΗΣΑ΢ ΑΠΟ ΣΗ ΢ΤΓΧΡΟΝΗ

Σχόλια: Από τα διαγράμματα που δείχνουν τθν απόκλιςθ τθσ μθχανικισ ταχφτθτασ από τθ ςφγχρονθ , παρατθροφμε ότι αυτι θ απόκλιςθ εκτόσ του ότι είναι αρκετά μικρι ,παρουςιάηει επίςθσ και μια απόςβεςθ που μασ επιτρζπει να ποφμε ότι μετά από το πζρασ ακόμα μερικών δευτερολζπτων θ ταχφτθτα του ςυςτιματοσ κα είναι πάλι θ ςφγχρονθ (βζβαια για τθν πρώτθ περίπτωςθ τθσ κακυςτερθμζνθσ ςφνδεςθσ του φορτίου θ ταχφτθτα δε μεταβάλλεται κακόλου) .

9

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16

4. ΕΡΩΣΗΜΑ 8 (P03G16Q8C1.ACP, P03G16Q8C2.ACP) C1)Θεωροφμε αρχικά ότι ςτο ςφςτθμα του ςχιματοσ 1 όλα τα ςτοιχεία ςυνδζονται κανονικά μεταξφ τουσ (όλοι οι διακόπτεσ κλειςτοί) εκτόσ από το φορτίο ςτθ γεννιτρια G1. Σθ χρονικι ςτιγμι t=1sec ςυμβαίνει μονοφαςικό βραχυκφκλωμα ςτθν 2θ φάςθ ςτο μζςο τθσ 2θσ ΓΜ το οποίο διαρκεί 1sec.

C2)Αν αναπαραςτακεί θ γεννιτρια G2 με μια πθγι τάςθσ (άπειροσ ηυγόσ) με τθν ίδια τάςθ και φάςθ που είχε θ G2, ποιεσ διαφορζσ προκφπτουν για το ίδιο μεταβατικό φαινόμενο ςτθ γεννιτρια G1 ςτθ διακφμανςθ τθσ θλεκτρομαγνθτικισ ροπισ(ςτα πρϊτα 15sec) και του ρεφματοσ του ςτάτθ (2θ & 3θ φάςθ, t=1 ζωσ 3sec); ΢ε ποια από τισ δφο περιπτϊςεισ πιςτεφεται ότι καταπονείται περιςςότερο θ γεννιτρια μζχρι να επανζλκει ςτθ ςτάςιμθ λειτουργία; Να χρθςιμοποιιςετε που κρίνεται απαρραίτθτα για να διακαιολογιςετε τθν απάντθςθ ςασ.

C1) ΚΤΚΛΩΜΑΣΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ ΢ΣΟ ATP

C1)Δ ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΗΛΕΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΗ΢ ΡΟΠΗ΢ ΣΗ΢ G1

10

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16 C1)Δ ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΕΤΜΑΣΟ΢ ΢ΣΑΣΗ ΣΗ΢ G1 ΓΙΑ ΣΙ΢ ΦΑ΢ΕΙ΢ 2 ΚΑΙ 3

11

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16 C2) ΚΤΚΛΩΜΑΣΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ ΢ΣΟ ATP

C2)Δ ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΗΛΕΚΣΡΟΜΑΓΝΗΣΙΚΗ΢ ΡΟΠΗ΢ ΣΗ΢ G1

12

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16

C2)Δ ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΕΤΜΑΣΟ΢ ΢ΣΑΣΗ ΣΗ΢ G1 ΓΙΑ ΣΙ΢ ΦΑ΢ΕΙ΢ 2 ΚΑΙ 3

13

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16 ΢ΤΓΚΡΙΣΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΣΑ ΓΙΑ ΣΙ΢ ΔΤΟ ΠΕΡΙΠΣΩ΢ΕΙ΢

14

ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΜΕΣΑΒΑΣΙΚΩΝ Φ ΑΙΝΟΜΕΝΩΝ ΢ΤΓΧΡΟΝΩΝ ΓΕΝΝΗΣΡΙΩΝ ΢ΣΟ EMTP-ATP - P03G16 Για να μπορζςουμε να δικαιολογιςουμε ςε ποια περίπτωςθ καταπονείται περιςςότερο θ γεννιτρια μζχρι να επανζλκει ςτθ ςτάςιμθ κατάςταςθ λειτουργίασ κα παρακζςουμε και πάλι διαγράμματα για μεγζκθ τθσ γωνίασ φόρτιςθσ και τθσ απόκλιςθσ τθσ ταχφτθτασ από τθ ςφγχρονθ αφοφ οι ταλαντώςεισ αυτών των μεγεκών είναι αυτζσ που μποροφν να προξενιςουν ςθμαντικζσ βλάβεσ ςε διάφορεσ ςυνιςτώςεσ του ςυςτιματοσ (άρα και τθν καταπόνθςι του). Από τα διαγράμματα τθσ θλεκτρομαγνθτικισ ροπισ και ρευμάτων των δφο περιπτώςεων βλζπουμε πωσ θ G1 καταπονείται περιςςότερο όταν θ G2 αντικακίςταται με ηυγό(case2). ΢ΤΓΚΡΙΣΙΚO ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΓΩΝΙΑ΢ ΦΟΡΣΙ΢Η΢ ΓΙΑ ΣΙ΢ ΔΤΟ ΠΕΡΙΠΣΩ΢ΕΙ΢

΢ΤΓΚΡΙΣΙΚO ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΑΠΟΚΛΙ΢Η΢ ΣΑΧΤΣΗΣΑ΢ ΑΠΟ ΢ΤΓΧΡΟΝΗ ΓΙΑ ΣΙ΢ ΔΤΟ ΠΕΡΙΠΣΩ΢ΕΙ΢

Παρατθριςεισ: Από τα δφο παραπάνω διαγράμματα είναι φαίνεται πωσ θ G1 καταπονείται λιγότερο όταν θ G2 αντικακίςταται με ηυγό(πράςινθ γραμμι), αφοφ τόςο θ γωνία φόρτιςθσ όςο και θ απόκλιςθ από τθ ςφγχρονθ ταχφτθτα παρουςιάηουν μικρότερθ διακφμανςθ ςε ςχζςθ με τθν περίπτωςθ που θ G2 παραμζνει γεννιτρια(κόκκινθ γραμμι). Παρόλα αυτά οι διαφορζσ αυτά θ διαφορζσ αυτζσ είναι πολφ μικρότερεσ ςε ςχζςθ με αυτζσ που προκφπτουν από τα τα διαγράμματα τθσ θλεκτρομαγνθτικισ ροπισ και ρευμάτων των δφο περιπτώςεων. Ζτςι το τζλικο ςυμπζραςμα είναι ότι ςτθν περίπτωςθ μασ θ κατάπονθςθ είναι τθσ G1 είναι ιςχυρότερθ όταν θ G2 αντίκακίςταται με ηυγό.

15