21. laboratóriumi gyakorlat Rövid távvezeték állandósult üzemi viszonyainak vizsgálata váltakozóáramú kismintán 1 Elvi alapok Távvezetékek villamos számításához, üzemi viszonyainak vizsgálatához a következő villamos jellemzők szükségesek: - ohmos ellenállás, - induktivitás, - kapacitás, - levezetés, - sugárzás, - hullámellenállás, - természetes teljesítmény. Ezen jellemzők gyakorlati alkalmazása a vezeték fajtájától, hosszától és az átviteli feszültségszintjétől függ. További befolyásoló szempont, hogy állandósult (normál) üzemvitelről, vagy üzemzavari (zárlatos) állapotokról van szó. Ezen merésen belül egy rövid (max. 200 km hosszú) nagyfeszültségű szabadvezeték állandósult üzemviszonyait vizsgáljuk. Üzemviszonyok vizsgálata alatt a vezeték villamos-üzemi jellemzőinek (áram, feszültség, feszültségesés, teljesítmény, teljesítményveszteség), ill. ezek változásának vizsgálatát értjük. 1.1. Feszültségesés Mind a teljes vektoros feszültségkülönbség, mind a ténylegesen mérhető, ún. feszültségesés legáttekinthetőbben egy szabadvezeték egyszerűsített egyfázisú kapcsolási vázlata alapján szemléltethető.
A vektoros feszültségkülönbség: U12 = I • Z
Általában a fogyasztók induktív jellegűek, tehát az áram I = I w − jI m
ahol Iw az áram wattos összetevője, Im az áram meddő összetevője, amelynek előjele negatív az egyezményes áramirányoknak megfelelően. Ha a vektoros feszültségkülönbséget valós és képzetes részre bontjuk, az Uh = IwR .+ ImX ún. hosszúirányú összetevőt és az Uk = IwX – ImR keresztirányú összetevőt kapjuk. A tényleges feszültségesés alatt a távvezeték két végén lévő feszültségek különbségét értjük. e = U1 − U 2
A gyakorlati számításokban elegendő pontosságot szokott adni az e ≈ Uh közelítés. A távvezeték vektorábráját komplex síkon szokás ábrázolni. Célszerű a vezeték végi feszültséget a valós tengelyre felvenni, és ehhez viszonyítani a távvezeték áramát (I).
ahol ϕ a távvezeték árama és a végponti feszültség közötti szög. 1.2. Teljesítményveszteség és az átvitel hatásfoka A távvezetéken létrejövő teljesítményveszteség az áram négyzetével arányos: Pv = 3 • I2 • R egy adott távvezeték és teljesítmény-átvitel esetén a teljesítményveszteség csökkenthető feszültségszint emelésével, vagy a szállított meddőteljesítmény csökkentésével. Mivel általában I=
S 3 •Un
=
P2 + Q2 3 •Un
P2 + Q2 2 •R így Pv = 2 2 U 2n
Az átvitel hatásfoka
η = P2 P+2 Pv • 100%
1.3. Természetes teljesítmény Egy távvezeték üzeme akkor optimális; ha a távvezeték meddőteljesítmény fogyasztása - soros induktív meddőteljesítmény veszteség - megegyezik a távvezeték által termelt meddőteljesítménnyel (kapacitív töltőteljesítménnyel) azaz 1 1 • L • I 2 = • C •U 2 2 2
melyből U L = =Z I C
A Z érték a vezeték hullám impedanciája, amely meghatározza a távvezeték természetes teljesítményét: Pt =
U2 Z
Ha a távvezetéket a természetes teljesítménnyel terheljük, akkor azon tiszta wattos áram folyik, és így minimálisak a veszteségek. 120 kV-os és a középfeszültségű szabadvezetéket általában a természetes teljesítménynél nagyobb teljesítménnyel, míg a 220 kV és nagyobb feszültségű távvezetékeket a természetes teljesítménnyel vagy annál kisebb értékekkel terheljük. 2. Az egyfázisú szabadvezeték-kisminta jellemzői A mérést egy Un = 400 kV In = 500 A névleges adatokkal rendelkező nagyfeszültségű távvezeték 1:1000 léptékű egyfázisú kismintán végezzük. A kisminta 4 db 50 km-es szakaszból áll. Egy-egy szakasz leképzése π-taggal történik.
3. A mérési feladatok 3.1 A feszültségesés vizsgálata az átvitt teljesítmény függvényében: e = f /S 2 /
3.2 A teljesítményveszteségek mérése és az átvitel hatásfokának vizsgálata: Pv = f / S 2 / = f / S2 /
η
3.3 A természetes teljesítmény meghatározása. 3.4 A Ferranti-jelenség mérése. 4. A mérés tartozékai 1 db hálózati modell 1 db toroid transzformátor 2 db ~300 V-os voltmérő 2 db ~600 mA-es ampermérő 2 db wattmérő ~300 V; 1A 1 db változtatható impedanciájú terhelés 5. A mérés kapcsolása és menete Az 1.3.1. és 1.3.2. feladatpontok mérésénél a kondenzátorokat nem kötjük be.
A táplálás 400/ 3 V feszültséggel történik toroid transzformátorról. Végezzük el a következő mérési sorozatokat: 1.3.1 és 1.3.2. feladatokhoz: I2 0,2•In ....................………………… 1,2•In 0,0•In U2 Pv U1=const. cosϕ2=1 mellett cosϕ2 sinϕ2 U2 Pv
0,5
0,6
U2 = const.
....................………....... 1
I2 = const. mellett.
Az 1.3.3. pont méréséhez bekötjük a kondenzátorokat. A távvezeték terhelését addig változtatjuk, amíg a távvezeték elején a tiszta wattos teljesítményfelvételt elérjük. A távvezeték terhelése ohmos legyen. A Ferranti-jelenség mérésénél a távvezetéket nem terheljük. 6. A mérési jegyzőkönyv tartalmazza: -
A megvalósított kapcsolások rajzát A mérési eredményeket (táblázatos és grafikus formában) Egy terhelési pont vektorábráját A természetes teljesítményt és a Ferranti jelenség értékelését.
