Electrical Systems Fault Current Analysis (Neplan)

ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟ΢ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΛΩ΢Η΢ KATA IEC 60909 - ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΢ΣΟ NEPLAN

Περιεχόμενα

- P02G16

1

Στο τέλος βρισκεται και παρουσίαση ερώτησης 8 Στο πρώτο μέρος δεν έχω διορθώσει τιμές αντιδράσεων & αντιστάσεων "pu->%" κ έτσι βγαίνουν μεγάλα Ικ (προσοχή στο neplan παντού βάζεται pu αλλά σε γεννήτριες σε %)

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

2. ΕΡΩΣΗ΢Η 1 …………………………………………………………………………………….…………………………..….3

3. ΕΡΩΣΗ΢Η 2 …………………………………………………………………………………….………………………………5

4. ΕΡΩΣΗ΢Η 3…………………………………………………………………………………………………………………..…7

5. ΕΡΩΣΗ΢Η 8…………………………………………………………………………….………….8

ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟ΢ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΛΩ΢Η΢ KATA IEC 60909 - ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΢ΣΟ NEPLAN

- P02G16

1. ΓΕΝΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΟΤ ΢Τ΢ΣΗΜΑΣΟ΢ ΢τθ παροφςα εργαςία γίνεται υπολογιςμόσ βραχυκυκλωμάτων κατά IEC 60909 ςε ζνα δίκτυο διανεμθμζνθσ παραγωγισ. Γίνεται μελζτθ μονοφαςικϊν και τριφαςικϊν ςφαλμάτων τα οποία προςδιορίηουν και τα μζςα προςταςίασ. ΢το παρακάτω ςχιμα φαίνεται θ τοπολογία και τα ςτοιχεία του δικτφου. Αναλυτικά τα χαρακτθριςτικά των θλεκτρικϊν ςτοιχείων του δικτφου και θ μοντελοποίθςθ ςτο Neplan φαίνονται ςτο neplan project file που επιςυνάπτεται.

2

ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟ΢ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΛΩ΢Η΢ KATA IEC 60909 - ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΢ΣΟ NEPLAN

- P02G16

2. ΕΡΩΣΗ΢Η 1 Να υπολογιςτεί θ ροι φορτίου για το κφκλωμα με όλουσ τουσ διακόπτεσ κλειςτοφσ κεωρώντασ ότι όλεσ οι ςφγχρονεσ γεννιτριεσ και οι αςφγχρονοι κινθτιρεσ λειτουργοφν ςτα ονομαςτικά τουσ ςτοιχεία. Να εξθγθκοφν τα αποτελζςματα.

-ΓΡΑΦΙΚΟ΢ Ο ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟ΢ ΡΟΗ΢ ΦΟΡΣΙΟΤ ΢ΣΟ NEPLAN

΢θμείωςθ: -΢το Neplan ακολουκείται ςφμβαςθ καταναλωτι που ςθμαίνει κάκε ςτοιχείο με αρνθτικι τιμι P,Q προςφζρει ιςχφ και αντίςτοιχα αυτά με κετικι καταναλϊνουν. Η αντιςτοίχθςθ των τιμϊν ςτα βζλθ του διαγράμματοσ ροισ είναι αρνθτικά P(προςφορά) ςε όποιο ςτοιχείο βγαίνει βζλοσ και κετικά(κατανάλωςθ) ςε όποιο μπαίνει.

-Για πιο ευκρινι γραφικι παρουςίαςθ δεν χρθςιμοποιικθκαν ςτθν μοντελοποίθςθ διακόπτεσ(couplers) που είναι κλειςτοί λαμβάνοντασ υπόψθ ότι οι απϊλειεσ που ςυνειςφζρουν και θ επιδραςθ τουσ ςτθ ροι φορτίου είναι αμελθτζα ςε ςχζςθ με το δίκτυο που μελετάται. *Ploss=0.0001kV, βάςθ προκακοριςμζνων και τυπικϊν τιμϊν τιμϊν αντίςταςθσ coupler ςτα 1mΩ

Παρατθριςεισ: -Από τα βζλθ ροισ φαίνεται ότι οι ηυγοί Β1(feeder) και Β4,Β5(motor,loads) ηθτοφν ιςχφ που τουσ προςφζρεται από τουσ ηυγοφσ Β2,Β3(διανεμθμζνθ παραγωγι).

-Ο ηυγοί Β2,Β3 παρουςιάηουν ανφψωςθ τάςθσ κάτι που είναι αναμενόμενο αφοφ ςυνδζονται άμεςα μόνο χωρθτικά ςτοιχεία ςε αυτοφσ (γεννιτριεσ), όπωσ επίςθσ για τον ίδιο λόγο ζχουμε ανυψϊςεισ τάςθσ ςε κόμβουσ Ν1,Ν2,Ν5,Ν6,Ν7. Αντίςτοιχα οι ηυγοί Β4,Β5 που ζχουν κυρίωσ επαγωγικά ςτοιχεία(loads,motors) ςυνδεδεμζνα παρουςιάηουν πτϊςθ τάςθσ και ανάλογθ ςυμπεριφορά ζχουμε ςτουσ κόμβουσ Ν3,Ν4(cables). Ανυψϊςεισ/πτϊςεισ τάςθσ είναι μζςα ςτα επιτρεπτά όρια +-10%.

-Οι ΜΣ ζχουν διαφορετικι ειςοδο/ζξοδο ιςχφων λόγω απωλειϊν που ζχουν που φαίνονται αναλυτικά ςε πίνακα παρακάτω

3

ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟ΢ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΛΩ΢Η΢ KATA IEC 60909 - ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΢ΣΟ NEPLAN

- P02G16

-ΑΝΑΛΤΣΙΚΑ ΑΠΟΣΕΛΕ΢ΜΑΣΑ ΡΟΗ΢ ΦΟΡΣΙΟΤ ΢ΣΟ EXCEL

B5 (0.39kV)

B4 (5.85kV)

B3 (20.25kV)

B2 (20.25kV)

B1 (150kv)

Bus

Element

P(MW)

Q(MVar)

Ploss(MW)

Qloss(MVar)

TF1

0.219

10.842

TF2

0.277

24.829

TF3

0.100

1.456

TF4

0.100

1.456

CABLE1

0.002

-3.297

CABLE2

0.002

-3.297

GT

-153.000 -94.821

ST

-85.000

-52.678

Feeder

304.535

145.486

MT1

-45.000

-21.794

HYDRO1

-22.500

-10.897

TF9

0.001

0.019

TF5

0.007

0.082

TF6

0.007

0.082

TF7

0.007

0.082

TF8

0.023

0.502

WG1

-2.090

-0.687

WG2

-2.090

-0.687

WG3

-2.090

-0.687

HYDRO2

-2.700

-1.308

MOTOR1

1.300

0.702

MOTOR2

1.300

0.702

MOTOR3

1.300

0.702

LOAD1

5.000

3.000

MT2

-0.090

-0.044

MOTOR4

0.100

0.067

MOTOR5

0.100

0.067

MOTOR6

0.100

0.067

Ptot(MW)

Qtot(MVar)

67.234

29.975

-67.499

-32.672

-6.227

-1.314

6.200

3.798

0.210

0.157

Ο πίνακασ προζκυψε από εξαγωγι αποτελεςμάτων ροισ φορτίου Neplan (rlf αρχείο) ςτο Excel. Κατθγοροποιικθκαν ανα ηυγό που ςυνδζονται τα ςτοιχεία του ΢ΗΕ και ζχουν χρθςιμοποιθκεί διαφορετικά χρϊματα για τθν παραςταςθ ςτοιχείων/κόμβων που προςφζρουν, καταναλϊνουν ι εμφανίηουν απϊλειεσ (ενεργου,άεργθσ) ιςχφοσ.

Οι αναλυτικοί υπολογιςμοί επιβεβαιϊνουν τισ παρατθριςεισ που γίνανε ςτον γραφικό υπολογιςμό

4

ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟ΢ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΛΩ΢Η΢ KATA IEC 60909 - ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΢ΣΟ NEPLAN

- P02G16

3. ΕΡΩΣΗ΢Η 2 Να Θεωρείςτε ότι όλοι οι διακόπεσ ςφνδεςθσ είναι κλειςτοί. Να υπολογιςτοφν τα μζγιςτα και ελάχιςτα τριφαςικά ρεφματα βραχυκφκλωςθσ(rms) ςτουσ ηυγοφσ Β1,Β2,Β3,Β4,Β5. Σι παρατθρείται;

Feeder

-Ρυκμίςεισ Feeder για τριφαςικό ςφάλμα 3ph fault Ikmax(kA)

Ikmin(kA)

Skmax(MVA)

Skmin(MVA)

10.1949

7.4649

2648.71

1939.44

*όπου S k

3Vn I k

-΢ΤΝΟΠΣΙΚΟΙ ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟΙ ΣΡΙΦΑ΢ΙΚΩΝ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΚΛΩ΢Η΢ Ikmax(kA)

Ikmin(kA)

B1

27.513

23.115

B2

2100.046

1907.17

B3

2021.196

1835.531

B4

287.138

258.548

B5

139.98

117.483

faulted BUS

3ph fault

Ikmax, Ikmin: μζγιςτο και ελάχιςτο ςυμμετρικό ρεφμα 3Φ ςφάλματοσ που αφοροφν κριτιρια ςχεδιαςμοφ για διαςταςιολόγθςθ των ςτοιχείων (αντοχι ςε κερμικι καταπόνθςθ) και ςυντονιςμό μζςων προςταςίασ αντίςτοιχα. Οι υπολογιςμοί των Ικ ζγιναν με αυτόματθ επιλογι του ςυντελεςτι c και προκακοριςμζνεσ ρυκμίςεισ παραμζτρων μοντζλου βραχυκφκλωςθσ ςτο Neplan βάςθ μεκοδολογίασ προτφπου IEC 60909 2001. Οι υπολογιςμοί του ερωτιματοσ κακϊσ και των επόμενων που αφορφν ρεφματα βραχυκφκλωςθσ ζγιναν με όλουσ τουσ κλειςτοφσ διακόπτεσ ςτο κφκλωμα κακϊσ ακόμθ και θ μικρι αντίςταςθ τουσ(1mΩ) επθρεάηει τα αποτελζςματα

-ΑΝΑΛΤΣΙΚΟΙ ΓΡΑΦΙΚΟΙ ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟΙ ΣΡΙΦΑ΢ΙΚΩΝ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΚΛΩ΢Η΢

Μεγιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β1)

Ελάχιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β1)

-Ζυγός Β1: ζχει χαμθλά ρεφματα βραχυκφκλωςθσ λόγω τθσ ζμμεςθσ ςφνδεςθσ(με Μ/΢) των γεννθτριϊν. Κφρια θ ςυμβολι του Feeder και υπολογίςιμθ του κόμβου Β3 (που ζχει άμεςα ςυνδεδεμζνεσ γεννιτριεσ). Εδϊ πρζπει να δωκεί ιδιαίτερθ προςοχι ςτθν επιλογι ςωςτϊν μζςων προςταςίασ με υψθλι ευαιςκθςία για τθν αποκοπθ ςφαλμάτων μικρισ τάξθσ(23.115κΑ) μιασ και ςτον Β1 μπαίνει ρεφμα (ςτάςιμθσ καταςταςθσ) μεγαλφτερο των 12kA* (ευαιςκθςία περίπου ςε 2pu)

5

ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟ΢ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΛΩ΢Η΢ KATA IEC 60909 - ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΢ΣΟ NEPLAN

Μεγιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β2)

- P02G16

Ελάχιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β2)

-Ζυγος Β2: παρουςιάηει τα μεγαλφτερα ρεφματα βραχυκφκλωςθσ επειδι ζχει άμεςα ςυνδεδεμζνεσ γεννιτριεσ (χωρίσ Μ/΢ ανφψωςθσ). Εκει πρζπει να δωκεί ιδιαίτερθ προςοχι ςτθ διαςταςιολόγθςθ ςτοιχείων για αντοχι ςε πολφ υψθλζσ κερμικζσ καταπονιςεισ

Μεγιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β3)

Ελάχιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β3)

-Ζυγος Β3: παρουςιάηει τα υψθλά ρεφματα βραχυκφκλωςθσ επειδι ςυνδζεται άμεςα με τον ηυγό Β3 (που ζχει άμεςα ςυνδεδεμζνεσ γεννιτριεσ). Εκει πρζπει να δωκεί ιδιαίτερθ προςοχι ςτθ διαςταςιολόγθςθ ςτοιχείων για αντοχι ςε πολφ υψθλζσ κερμικζσ καταπονιςεισ, ιδίωσ ςτα ςτοιχεία ςφνδεςθσ των ηυγϊν Β2,Β3

Μεγιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β4)

Ελάχιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β4)

-Ζυγος Β4: θ άμεςα ςυνδεδεμζνθ γεννιτρια κακορίηει κφρια το επίπεδο ρευμάτων βραχυκφκλωςθσ, μικρότερθ αλλα υπολογίςιςθ ςυμβολι Β3 που είναι άμεςα ςυνδεμζνοσ με Β2 και αμελθτζα επθρεάηουν κινθτιρεσ ΧΣ 1,2,3 που ζχουν ονομαςτικό ρεφμα* 0.146Χ3=0,438kA<5% Ikmax, Ikmin)

6

ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟ΢ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΛΩ΢Η΢ KATA IEC 60909 - ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΢ΣΟ NEPLAN

Μεγιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β5)

- P02G16

Ελάχιςτα ρεφματα βραχυκυκφκλωςθσ (3Φ ςφάλμα Β5)

-Ζυγος Β5: θ άμεςα ςυνδεδεμζνθ γεννιτρια κακορίηει κφρια το επίπεδο ρευμάτων βραχυκφκλωςθσ, μικρότερθ αλλα υπολογίςιςθ ςυμβολι Β2(=άμεςα ςυνδεδεμζνεσ γεννιτριεσ) και αμελθτζα επθρεάηουν κινθτιρεσ ΧΣ 4,5,6 που ζχουν ονομαςτικό ρεφμα* 0.177Χ3=0,531kA<5% Ikmax, Ikmin) *ονομαςτικά ρεφματα(ςταςιμθσ κατάςταςθσ) κινθτιρων και Β1 βαςθ επεξεργαςίασ υπολογιςμϊν από loadflow ςτο excel

4. ΕΡΩΣΗ΢Η 3 Θεωρείςτε ότι όλοι οι διακόπεσ ςφνδεςθσ είναι κλειςτοί. Να υπολογιςτοφν τα μζγιςτα και ελάχιςτα μονοφαςικά ρεφματα βραχυκφκλωςθσ(rms) ςτουσ ηυγοφσ Β1,Β2,Β3,Β4,Β5. Σι παρατθρείται;

Feeder

-Ρυκμίςεισ Feeder για μονοφαςικό ςφάλμα 1ph to ground fault I''max(kA)

I''min(kA)

Skmax(MVA)

Skmin(MVA)

12.478

9.277

3241.88

2410.24

-΢ΤΝΟΠΣΙΚΟΙ ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟΙ ΜΟΝΟΦΑ΢ΙΚΩΝ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΚΛΩ΢Η΢

Ikmax(kA)

Ikmin(kA)

B1

31.211

26.081

B2

209.581

186.462

B3

209.465

186.355

B4

32.334

29.377

B5

30.433

26.17

faulted BUS

1ph to ground fault

Παρατθριςεισ: -Παραμζνει κφριοσ παράγοντασ κακοριςμοφ επιπζδου ρεφματοσ βραχυκφκλωςθσ για το δίκτυο που μελετάται θ φπαρξθ άμεςα ςυνδεδεμζνων γεννθτριϊν όπωσ και ςτο 3Φ -Σο μονοφαςικό ςφάλμα είναι μικρότερο από το τριφαςικό για τουσ όλουσ τουσ ηυγοφσ εκτόσ του Β1 όπου μεγαλϊνει λόγω πολφ μεγαλφτερθσ ςυμβολισ του Feeder(περίπου 50%). Ο λόγοσ ςυνκετων αντιςτάςεων Ζ1/Ζ0(ορκοφ/ομοπολικοφ) αποτελεί το γενικό κριτιριο ςυγκριςθσ επικινδυνότθτασ 1Φ ςε ςχζςθ 3Φ ςφάλμα.

7

ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟ΢ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΛΩ΢Η΢ KATA IEC 60909 - ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΢ΣΟ NEPLAN

- P02G16

-΢υνίςταται θ επιλογι μζςων προςταςίασ να γίνεται με βάςθ Ikmin μονοφαςικοφ βραχυκυκλϊματοσ όπου ζχουμε και τισ μικρότερεσ τιμζσ (ενϊ διαςταςιολόγθςθ για αντοχθ ςε κερμικζσ καταπονιςεισ από 3Φ Ikmax αντίςτοιχα)

5. ΕΡΩΣΗ΢Η 8 8Α)Για

το ηυγό Β5 να υπολογιςτεί θ ςυμβολι τθσ γεννιτριασ ΜΣ1 κακώσ και του άμεςα

ςυνδεδεμζνου ηυγοφ Β2 ςτα μζγιςτα και ελάχιςτα τριφαςικά και μονοφαςικά ρεφματα βραχυκυκλώματοσ, κερμικά και μθχανικισ καταπόνθςθσ.

Μζγιςτα (κερμικά), μθχ. καταπόνθςθσ ρεφματα 1Φ βραχυκυκφκλωςθσ Β5

Μζγιςτα (κερμικά), μθχ. καταπόνθςθσ ρεφματα 3φ βραχυκυκφκλωςθσ Β5

Ελάχιςτα ρεφματα 1Φ βραχυκυκφκλωςθσ Β5

Ελάχιςτα ρεφματα 3Φ βραχυκυκφκλωςθσ Β5

8

B5

B2

MT1

B2

MT1

38.78

27.50

38.78

27.06

30.433

11.801

8.37

Ip(kA)

51.405

19.933

13.91

Ikmin(kA)

26.17

10.192

7.28

38.95

27.82

B2

MT1

B2

MT1

8.43

5.72

8.43

5.71

8.67

5.87

B5 Ikmax(kA)

139.98

11.8

8

Ip(kA)

236.445

19.932

13.5

Ikmin(kA)

117.483

10.191

6.9

%B5

Ikmax(kA)

%B5

3ph fault

1ph to ground fault

ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟ΢ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΛΩ΢Η΢ KATA IEC 60909 - ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΢ΣΟ NEPLAN

- P02G16

΢θμείωςθ: ΢τουσ δφο παραπάνω πίνακεσ εγινε αναγωγι ρευμάτων βραχυκφκλωςθσ Β2,ΜΣ1 με βάςθ τον αντίςτοιχο λόγο μεταςχθματιςμοφ που προζκυπτε ςε κάκε περίπτωςθ υπολογιηόμενου ρεφματοσ ςε είςοδο/ζξοδο TF9 από το Neplan για τον υπολογιςμό ποςοςτοφ ςυμβολισ

Ip: μζγιςτο ρεφμα για κακοριςμό μθχανικισ καταπόνθςθσ, Ikmax, Ikmin: μζγιςτο και ελάχιςτο ςυμμετρικό ρεφμα 3Φ ςφάλματοσ που αφοροφν κριτιρια ςχεδιαςμοφ για διαςταςιολόγθςθ των ςτοιχείων (αντοχι ςε κερμικι καταπόνθςθ) και ςυντονιςμό μζςων προςταςίασ αντίςτοιχα.

Χωρίσ αναγωγι ρευματα βραχυκφκλωςθσ:

B2

Παρατθριςεισ: -Η μζκοδοσ τθσ αναγωγισ ρευμάτων εφαρμόηεται δοκιμαςτικά αφοφ ιδίωσ ςτο 1Φ ςφάλμα οι αςςυμετρίεσ που ειςάγονται δθμιουργοφν ερωτιματα για το πόςο ακριβι αποτελζςματα μπορεί να μασ δϊςει ο λόγοσ μεταςχθματιςμοφ ακόμθ και όπωσ ζχει λθφκεί ανα ρεφμα βραχυκφκλωςθσ. Με τθν αναγωγι θ ςυνολικι ςυμβολι του Β2 όπωσ φαίνεται από το δευτερεφων του TF9 δεν μεταβάλλεται ςε απόλυτεσ τιμζσ αλλά ςαν ποςοςτό ςτο 1Φ αυξάνεται πολφ. Παρόλο που τα ςυνολικά 3Φ ρευματα είναι μεγαλφτερα απ’ότι τα 1Φ θ γεννιτρια ΜΣ1 εμφανίηει μεγαλφτερο 1Φ ρεφμα βραχυκφκλωςθσ με αναγωγι και ζτςι μεγαλφτερθ ςυμβολι ςε αυτι τθ περίπτωςθ τθ ςτιγμι που το κακαρό (χωρισ αναγωγθ) ρευμα βραχυκφκλωςισ τθσ μειϊνεται. Σα παραπάνω οδθγοφν ςτο ςυμπζραςμα ότι ο TF9 και πιο ςυγκεκριμζνα θ ςυνδεςμολογία του ςε Dy5 επθρεάηει τον τρόπο που δείχνει ςτο δίκτυο μπροςτά του, το βραχυκφκλωμα που ςυμβαίνει πίςω του. Όπωσ φαίνεται ςτο πάνω δεξιά ςχιμα που είναι ςαν αναφορα όλεσ οι φάςεισ (για τθν περίπτωςθ ευρεςθσ Ikmax ςε 1Φ ςφάλμα ςτον Β5) υπο τθν επιρροι των ςτοιχείων που είναι

3ph fault MT1

1ph to ground fault B2 MT1

Ikmax(kA)

0.236

0.16

0.031

0.022

Ip(kA)

0.399

0.27

0.053

0.037

Ikmin(kA)

0.204

0.138

0.028

0.02

9

ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΟ΢ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΛΩ΢Η΢ KATA IEC 60909 - ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΢ΣΟ NEPLAN

- P02G16

ςυνδεδεμζνα ςτον Β5 βλζπει το L1-to-ground fault ςαν αςφμμετρθ φόρτιςθ των φάςεων του δευτερεφοντοσ. Αυτό είναι πιο εμφανζσ και ςτο πιο πάνω ςχιμα όπου ρυκμιςτθκαν λοιπά ςτοιχεια Β5 με logical switch off. ΢ε αυτό το δεφτερο ςχιμα φαίνεται επίςθσ πωσ μεταςχθματίηει ο Μ/΢ Dy5 ζνα κακαρό L1-to-ground fault(αν το βλεπε ζτςι ςτο δευτερεφων) όπου δείχνει ςτο πρωτεφον και επομζνωσ ςτον Β2 ζνα ίδιο επίπεδο φόρτιςθσ ςε L1,L2 και μθδεν όπωσ και ςτο πρωτεφων τθν L3. Η καλφτερθ μελζτθ του Μ/΢ οδθγεί ςε αμφιςβιτθςθ τθν μζκοδο αναγωγισ που ακολουκικθκε ςτο 1Φ ςφάλμα. ΢ε προθγοφμενα ερωτιματα είδαμε ότι γενικά ο ηυγόσ Β2 ςυμβάλει ςε μεγαλφτερο βακμό ςε ςχζςθ με λοιποφσ ηυγοφσ, για περιπτϊςεισ γειτονικϊν ςφάλματων (λόγω των άμεςα ςυνδεδεμζνων γεννθτριϊν ςε αυτόν). Παρατθρϊντασ καλφτερα ότι ζχουμε ςχεδόν ίδια 3Φ και 1Φ ρεφματα βραχυκφκλωςθσ ςτο δευτερεφων του TF9 που καταλιγουν και ςυμβάλλουν άμεςα ςτον Β5 εν τζλει καταλιγουμε ςτο ςυμπζραςμα ότι οι ΜΤ1,Β2 συμβάλλουν πολφ λίγο(3Φ σφαλμα) ζως σχεδόν καθόλου(1Φ σφάλμα) στον Β5, κάτι που οφείλεται ον ςτθν υπαρξθ Μ/΢ Dy. Αυτι θ «ιδιότθτα» Μ/΢ Dy να μειϊνει επίδραςθ ςτο 1 (τριγωνο), βραχυκυκλϊματοσ ον που ςυμβαίνει ςτο 2 (αςτζρασ) φαίνεται και ςτθν περιπτωςθ «κακαροφ L1-to-ground fault»(=ζντονθ ον αςυμμετρία φάςεων) ςτο προθγοφμενο ςχιμα και είναι πιο ζντονθ ςε περίπτωςθ που ςυνδεζται το 2 του ςε κόμβο με χωρθτικά,επαγωγικά ςτοιχεία.

8Β)Με δεδομζνο ότι ο ηυγόσ Β2 είναι κάποιεσ φορζσ είναι ςυνδεδεμζνοσ ςτο ηυγό Β5 και κάποιεσ όχι, με βάςθ ποια τιμι ρεφματοσ κα υπολογιςτεί θ μζγιςτθ κερμικι καταπόνθςθ, θ μζγιςτθ μθχανικι καταπόνθςθ και ο ςυντονιςμόσ των μζςων προςταςίασ ςτο ςθμείο αυτό. Να αιτιολογιςετε τισ απαντιςεισ ςασ. Να προςτεκοφν διακόπτεσ όπου κεωρείται απαραίτθτο.

B2 OUT

B2 IN

Από γραφιματα βραχυκφκλωςθσ προθγοφμενου ερωτιματοσ(8.A1,Α2) και προςκθκθ κ ανοιγμα διακόπτθ μεταξφ Β2 και TF9 για να βγάλουμε τον Β2 εκτόσ και να κάνουμε αντίςτοιχουσ υπολογιςμοφσ προκφπτουν τα παρακάτω ρεφματα ΒΚ ςτον Β5:

1ph fault

3ph fault

Ikmax(kA)

30.433

139.98

Ip(kA)

51.405

236.445

Ikmin(kA)

26.17

117.483

Ikmax(kA)

30.169

Ip(kA)

47.791

Ikmin(kA)

25.93

130.309 206.426 109.172

Παρατθριςεισ: -Βάςθ του πίνακα παραπάνω για μελζτθ αντοχθσ ςτοιχείων ςε κερμικι καταπόνθςθ το Ikmax=139,92kA με τον Β2 εντόσ είναι που κα λθφκεί υπόψθ. Για μθχανικι καταπονθςθ το Ip=236.445 kA με τον Β2 εντοσ και το Ikmin=25.93 kA με τον Β2 εκτόσ για τθν επιλογι μζςων προςταςίασ.

-Παρατθροφμε ότι θ ςφνδεςθ ι όχι του Β2 δεν επθρεάηει ςχεδόν κακόλου το βραχυκφκλωμα ςτον Β5, λόγω τθσ παρεμβολισ του Μ/΢ Dy5 όπωσ ςθμειϊκθκε και ςε προθγοφμενο ερϊτθμα.

-΢το 3Φ όπου υπάρχει ςυμμετρία φάςεων θ παρεμβολι του Μ/΢ Dy5 δεν μειϊνει εντονα τθ ςυμβολι του Β2 όταν είναι εντόσ και ζτςι ζχουν υπολογίςιμθ διαφορά τα ρεφματα βραχυκφκλωςθσ.

10

ΠΑΡΟΤ΢ΙΑ΢Η ΤΠΟΛΟΓΙ΢ΜΩΝ ΡΕΤΜΑΣΩΝ ΒΡΑΧΤΚΤΚΛΩ΢Η΢ (IEC 60909) ΜΕ ΠΡΟ΢ΟΜΟΙΩ΢Η ΢ΣΟ ΛΟΓΙ΢ΜΙΚΟ NEPLAN(P02Q8)

GROUP 16 Δθμιτριοσ Σηικασ (4545) Ανδρζασ Σενεκετηόγλου (5250) Κωνςταντίνοσ Κατςαβοφνθσ (5657)

Βραχυκφκλωμα Με τον όρο βραχυκφκλωμα (short circuit) χαρακτθρίηεται μια μθ ομαλι κατάςταςθ ςε ζνα ςφςτθμα θλεκτρικισ ενζργειασ, που ςυχνά οφείλεται ςε απώλεια τθσ κανονικισ μόνωςθσ ανάμεςα ςε ενεργζσ φάςεισ ι και ςτθ γθ. Μόνωςθ ςτισ εναζριεσ γραμμζσ είναι ο αζρασ, ενώ ςε καλώδια το ςυνκετικό μονωτικό υλικό τουσ.

Ειδικά ςφμφωνα με το IEC 60909, βραχυκφκλωμα είναι θ τυχαία ι ςκόπιμθ αγώγιμθ ςφνδεςθ μζςω χαμθλισ αντίςταςθσ ανάμεςα ςε 2 ι περιςςότερα ςθμεία ενόσ θλεκτρικοφ κυκλώματοσ, τα οποία ζχουν κανονικά διαφορετικό δυναμικό.

-Χαρακτηριστικά •1. Διάπκεια: Αςηοζβενύμενα, Παποδικά, Μόνιμα •2 . Πποέλεςζη:Μησανική, Εζωηεπική – Εξωηεπική Υπέπηαζη, Εκθςλιζμόρ μόνωζηρ •3. Θέζη : Εζωηεπικό, Εξωηεπικό

-Είδη

3- θάζικο

2 θάζεων

1-θαζικό

Ειςαγωγι Ik’’: Αρχικό ςυμμετρικό ρεφμα βραχυκφκλωςθσ Ο υπολογιςμόσ ρευμάτων βραχυκφκλωςησ είναι αναγκαίοσ για την ςωςτή ςχεδίαςη ενόσ ςυςτήματοσ ηλεκτρικήσ ενζργειασ.

Ip: Μζγιςτο ρεφμα βραχυκφκλωςθσ Σα ρεφματα βραχυκφκλωςθσ που υπολογίηουμε γι’αυτό το ςκοπό είναι:

1)Ικmax: rms τιμή του αρχικοφ ςυμμετρικοφ ρεφματοσ ςφάλματοσ (=προςδιοριςμόσ κερμικισ καταπόνθςθσ) 2)Ικ: rms τιμή του ελάχιςτου ςυμμετρικοφ ρεφματοσ ςφάλματοσ (=ςυντονιςμόσ μζςων προςταςίασ) 3)Ip: μζγιςτο ρεφμα βραχυκφκλωςησ (=προςδιοριςμόσ μθχανικισ καταπόνθςθσ) Ik: Ρεφμα βραχυκφκλωςθσ ςτάςιμθσ κατάςταςθσ

Μεκοδολογία Η μθ γραμμικότθτα που παρουςιάηουν ΗΜ φαινόμενα, που είναι ακόμθ πιο ζντονθ ςτθ μελζτθ μεταβατικών φαινομζνων κακιςτά κεωρθτικζσ(=εξιδανικευμζνεσ) προςεγγίςεισ αναξιόπιςτεσ και τθν χριςθ λογιςμικών προςομοίωςθσ με δυνατότθτα πολφπλοκων υπολογιςμών αναγκαία για τθν μελζτθ τουσ ςε εφλογο χρόνο. Χρθςιμοποιικθκε το λογιςμικό Neplan για υπολογιςμοφσ ρευμάτων ςφάλματοσ βάςθ προτφπου IEC 60909 2001. Η κατανόθςθ τοων ςεναρίων που εξετάηονται κακώσ και θ τεκμθρίωςθ τουσ ςτθρίχκθκε ςε πειραμα-παρατιρθςθ προςομοίωςεων ςτο Neplan

Μονογραμμικό ςχζδιο, ροι φορτίου & ςιμανςθ τμιματοσ ΢ΗΕ που μελετάται

Παρουςίαςθ ΢εναρίων

Εξετάηουμε τον ηυγό ΧΣ(400V), Β5 που: -Σροφοδοτεί ζνα φορτίο και 3 κινθτιρεσ.

-Σροφοδοτείται από μια μικροτουρμπίνα άμεςα και από το δίκτυο MT (μζςω Μ/΢ διανομισ Dy5) με γειτονικό ηυγό ΜΣ(20kV) τον Β2

Case 1(C1): Τπολογιςμόσ ρευμάτων ςφάλματοσ για 3Φ & 1Φ βραχυκφκλωςθ ηυγοφ Β5 & εξζταςθ ςυμβολισ γειτονικοφ ηυγοφ Β2 και μικροτουρμπίνασ ΜΣ1 Case 2(C2): Τπολογιςμόσ ρευμάτων ςφάλματοσ για 3Φ & 1Φ βραχυκφκλωςθ ηυγοφ Β5 με και χωρίσ ςφνδεςθ ςτον Β2. Επιλογι των κατάλλθλων ρευμάτων για τθ ςχεδίαςθ του ςυγκεκριμζνου τμιματοσ ΢ΗΕ

Ονομαςτικι λειτουργία ςυςτθματοσ LOADFLOW

B5 (0.39kV)

B2 (20.25kV)

Bus

Element MT1 HYDRO1 TF9 MT2 MOTOR4 MOTOR5 MOTOR6 LOAD2

P(MW) Q(MVar) Ploss(MW) Qloss(MVar) Ptot(MW) Qtot(MVar) -45.000 -21.794 -22.500 -10.897 -67.499 -32.672 0.001 -0.090 0.100 0.100 0.100 0.082

-0.044 0.067 0.067 0.067 0.057

0.019

+0.292

+0.214

In(kA)

-1.425 -0.713 -0.011 -0.147 +0.177 +0.177 +0.177 +0.147

+0.531

΢τον πίνακα φαίνεται θ ροι φορτίου των ηυγών Β2 και Β5 όπωσ υπολογίςτθκε ςτον Neplan(ςυμβαςθ καταναλωτι). Οι τιμζσ για τον Β2 είναι ςυνολικζσ για όλο το ΢ΗΕ που εξεταςτθκε ςτθν 2θ εργαςία. Παρατθροφμε ότι ο ηυγόσ Β5 ηθτάει επιπλζον 0.292MW, 0.531kA που του δίνονται από τον TF9 που προςεγγιςτικά κα λζγαμε ότι τον βλζπει ςαν «τοπικι γεννιτρια» άμεςα ςυνδεδεμζνθ πάνω του

Τπολογιςμόσ ρευμάτων ςφάλματοσ ςτο Neplan ΢το παρακάτω βίντεο φαίνεται ο τρόποσ υπολογιςμοφ ηθτοφμενων ρευμάτων ςφάλματοσ για τα δφο ςεναρια που εξετάηονται

Ροή

Παρουςίαςθ αποτελεςμάτων (C1) Type of fault 3ph

L1-to-GND

3ph

L1-to-GND

3ph

L1-to-GND

3ph

L1-to-GND

Ikmax(kA)

17.258

14.849

11.738

11.754

0.235

0.118

0.051

0.022

Ip(kA)

41.404

35.626

28.161

28.2

0.563

0.283

0.121

0.052

Ikmin(kA)

11.555

10.945

10.148

0.203

0.112

0.046

0.022

10.136

B5 - faulted bus

TF9 - LV side

TF9- MV side

MT1- MV side

In(kA)

0.531

0.11

1.425

΢τον πίνακα παρατίκενται τα αποτελζςμα υπολογιςμών ρευμάτων βραχυκφκλωςθσ. Η εξζταςθ τθσ ςυμβολισ Β2,ΜΣ1 ςτο ςφάλμα ςτον Β5 δεν είναι απλι λόγω τθσ παρεμβολισ του TF9.

Σχόλια -3ph/1ph fault: Σο 3ph ςφάλμα προκαλεί μεγαλφτερα ρεφματα ςφάλματοσ με εξαίρεςθ τθν ΧΣ του Μ/΢ που εκεί ζχουμε ίδιασ τάξθσ και ςτο 1Φ. Η ςθμαντικότερθ αιτία γι αυτό είναι θ άμεςθ γείωςθ του Μ/΢ που «κλείνει το κφκλωμα ςφάλματοσ L1-to-GND» που χωρίσ αυτι (για isolated TF9 - LV side ) κα είχαμε μθδενικό ρεφμα ςφάλματοσ ςτον Β5. Σο ςυνολικό 3Φ ςφάλμα είναι μεγαλφτερο γιατί τότε ζχουμε μεγαλφτερθ ςυμβολι τθσ γεννιτριασ και των επαγωγικών ςτοιχείων που ςυνδζονται άμεςα ςτον Β5.

- TF9 - MV side: Η άμεςθ ςυμβολι του Β2 όπωσ φαίνεται ςτθν ΜΣ είναι πολφ μικρι λόγω παρεμβολισ του Μ/΢. ΢το 1Φ to (D) μειώνει τθν καταπόνθςθ τθσ L1 -TF9 - LV side: Η πιο ςθμαντικι ςυμβολι ςτο ρεφμα ςφάλματοσ. Ο ηυγόσ Β5 βλζπει τον TF9 ςαν «γεννιτρια» αφοφ είναι ο κφριοσ τροφοδότθσ του (από ροι φορτίου ηθτάει επιπλζον 0,292ΜW, 0.531kA που του δίνεται από ΧΣ του Μ/΢). Ζτςι ζμμεςα (μζςω του TF9) θ ςυμβολι του Β2 είναι πολφ ςθμαντικι -MT1 - MV side: Η ςυμβολι είναι πολφ μικρι λόγω παρεμβολισ Μ/΢.

Η άμεςθ ςυμβολι του Β2,ΜΣ1 ςε ςφάλμα ςτον Β5 είναι αμελθτζα λόγω παρεμβολισ του TF9

B2 OUT

B2 IN

Παρουςίαςθ αποτελεςμάτων (C2) L1-to-GND

3ph

Ikmax(kA)

14.849

17.258

Ip(kA)

35.626

41.404

Ikmin(kA) Ikmax(kA) Ip(kA) Ikmin(kA)

10.945 6.66 13.264 1.732

11.555

5.648 11.248 1.423

Τα ρεφματα ςφάλματοσ που θα ζχουμε ςαν αναφορά για ςχεδιαςμό του τμήματοσ ΣΗΕ είναι:

Θερμικι καταπόνθςθ: MAX (Ikmax)=17.258kA με B2 IN Μθχανικι καταπόνθςθ: MAX (Ip)=41.404kA με B2 IN ΢υντονιςμόσ μεςων Προςταςίασ: MIN (Ikmin)=1.423kA με B2 OUT

Σχόλια -Όταν ο Β2 είναι δεν ςυνδζεται βλζπουμε ότι ζχουμε πολφ μικρά ρεφματα ςφάλματοσ. Αυτό ςυμβαίνει γιατί με τον Β2 OUT, ςθμαίνει ότι ο Β5 δεν ςυνδζεται ςτο δίκτυο και εμφανίηει ρεφματα ςφάλματοσ που οφείλονται μόνο ςτα άμεςα ςυνδεδεμζνα ςτοιχεία πάνω του ΜΣ2,Load2,M1,2,3, που ςυνολικά είναι πολφ πιο μικρά από αυτό που κα τραβοφςε από το δίκτυο μζςω του Μ/΢ TF9 που είναι ο κφριοσ τροφοδότθσ του για ονομαςτικι λειτουργία. Ο ςυντονιςμόσ μζςων πρςοταςίασ και πιο ςυγκεκριμζνα θ «ευαιςκθςία» μζςων προςταςίασ ςτον ηυγό Β5 πρζπει να είναι το πολφ 1,423kA όπωσ υπολογίςτθκε.

-Διαςταςιολόγθςθ καλωδίων ςτον ηυγό Β5 πρζπει να γίνεται με αντοχι τουλάχιςτον ςε 17,258kA κερμικό ρεφμα -Διαςταςιολόγθςθ ςτοιχείων του ηυγοφ Β5 πρζπει να γίνεται με αντοχι τουλάχιςτον ςε 41.404kA ρεφμα μθχανικισ καταπόνθςθσ -Για τθν απομόνωςθ του ηυγοφ Β5 από το δίκτυο(Β2 OUT) ανοίγαμε το διακόπτθ από πλευρά δικτφου ΜΣ (1ον Μ/΢) γιατί ιδίωσ ςτο 1Φ αν ανοίξουμε και CB από πλευρά Β5 δεν κα μποροφςαμε να μετριςουμε ρεφματα ςφάλματοσ αφοφ όπωσ αναφζρκθκε και ςε παραπάνω διαφάνεια χρειαηόμαςτε τθν άμεςθ γείωςθ του 2ον του Μ/΢ για να «κλεινει το κφκλωμα» βραχυκφκλωςθσ L1-to-GND

Ευχαριςτοφμε για τθν προςοχι ςασ!!!