přednáška č. 2 Elektrárny A1M15ENY Ing. Jan Špetlík, Ph.D. Schéma vlastní spotřeby Příklady provedení schémat VS Výpočet velikosti zdrojů pro VS

Elektrárny A1M15ENY

přednáška č. 2 Schéma vlastní spotřeby Příklady provedení schémat VS Výpočet velikosti zdrojů pro VS

Ing. Jan Špetlík, Ph.D. ČVUT FEL Katedra elektroenergetiky E-mail: [email protected]

Příklad I: Spočítejte počáteční rázový zkratový proud I”k3 v odbočce bloku Příspěvek motorické zátěže zanedbejte, soustavu vvn uvažujte jako soustavu neomezeného zkratového výkonu

U s  117 kV

I k3T I k3G

S nG  63 MVA U G  10,5 kV xd  15%

S nT  63 MVA 10,5 /121 kV xT  10% I k3

SV 63 IV    3, 46 kA UV . 3 10,5. 3

Us 1 I k3T  . p. .IV  UV xT

117 10,5 1 . . .3, 46 kA 10,5 121 0,1 =33, 4 kA 1 1 .3, 46 kA =23,1 kA I k3G  .IV  0,15 xd 

I k3  I k3T  I k3G  33, 4  23,1  56,5 kA

Rázový zkratový proud 56,5 kA v odbočce vzhledem k běžným provozním Proudům odbočky, které by v tomto případě dosahovaly řádově jen několik stovek ampér!

Příklad II: Spočítejte proud zemního spojení v rozvodech VS, je-li celková délka její kabelové sítě 20 km a je tvořena kabely 1 x 3 x 6-AYKCY 70/16 VS je provozována na síti IT(r) 6,3 kV (podélné impedance zanedbejte) Protože se jedná o jednopólovou poruchu, platí rovnost složkových proudů

Iˆ1  Iˆ2  Iˆ0 Zanedbáme-li podélné parametry, uplatní se jen kapacitní susceptance

Iˆ1 

Uˆ1 Uˆ A   j..C/ l .l.Uˆ A j j   .C/ l .l .C/ l .l

Velikost poruchového proudu bude tedy pro

IˆA  Iˆ1  Iˆ2  Iˆ0  3.Iˆ1 C/ l  0,85.106 F.km -1

I A  3..C/ l .l.U A  3..C/ l .l.U  3.100. .0,85.106.20.6,3.103 A

I A  58,3 A Takový proud při zemním spojení na statoru dokáže již poškodit generátor neboť se jedná o typický proud z trafosvářečky! Obecně výrobci uvádějí bezpečný proud zemního spojení cca 10 A

Schéma vlastní spotřeby Elektrárna s více bloky – základní principielní schéma napájení - Vlastní spotřeba bloku (VSB) blokový transformátor - Společná vlastní spotřeba (SVS)

záskokový transformátor

odbočkový transformátor

Příklady schémat VS Konvenční elektrárna 200 + 4x110 MW

Příklady schémat VS Konvenční elektrárna, dvojblok 2x200 MW

Příklady schémat VS Konvenční elektrárna, dvojblok 2x200 MW, SVS + dieselsekce

Příklady schémat VS Konvenční elektrárna, 2x300 MW

Příklady schémat VS Schéma typické pro teplárny s vývody pro odběratele na straně vn

Příklady schémat VS Alternativní schéma typické pro teplárny s vývody pro odběratele na straně vn, větší teplárna, potlačení zkratového proudu - reaktory

Příklady schémat VS 6x60 MW + teplárenský provoz, Elektrárna Opatovice

Příklady schémat VS VS jaderné elektrárny Dukovany

Příklady schémat VS VS jaderné elektrárny Temelín

Příklady schémat VS VS PVE Dalešice 4x105MW

reaktor pro asynchronní rozběh motorgenerátoru

MVE Mohelno jako najížděcí a doběhový zdroj

Schéma vlastní spotřeby Principielně: Najížděcí zdroje

Pracovní zdroje

Schéma vlastní spotřeby Záložní zdroje

Nouzové zdroje (zdroje zajištěného a bezvýpadkového napětí) Baterie, ale i alternativní technologie – např. flywheel

Výpočet velikosti zdrojů VS Výkon pracovních, najížděcích resp. záložních zdrojů se stanovuje na základě součtového výkonu všech spotřebičů tj.

 SP 

P

ni

i

cos  n

.

s koeficientem náročnosti

kV .kS  m . S Koeficient současnosti

P  P

Koeficient využití

Si

kS

i

ni

i

P  P

m

i

kV

i

Si

i

S

Střední účinnost spotřebičů při daném využití Účinnost napájecí soustavy od místa napojení VS

Pozn. Místo středních hodnot jsou někdy tyto koeficienty uvedeny pro každý spotřebič zvlášť

Výpočet velikosti zdrojů VS Jmenovitý výkon napájecího zdroje musí být potom:

SZ   SP Dále musí být splněno: - napětí na svorkách elektromotorů musí být podle ČSN 38 1120 v rozmezí Un ± 5% - min. pokles napětí při spouštění největšího spotřebiče nemá klesnout pod 0,85 Un, nesmí však klesnout pod 0,8 Un - min. pokles napětí spouštění skupiny spotřebičů nesmí klesnout pod 0,65 Un, Pro záložní zdroje navíc: - jeden záskok. transformátor pro dva bloky, dva pro více bloků - Každý záskok. trf. musí zajistit současně běžný provoz jednoho bloku + chod druhého bloku naprázdno + 50% SVS + u JE navíc odstavení druhého bloku

Výpočet velikosti zdrojů VS Kontrola velikosti zdrojů pro VS: Kontrolují se napěťové poměry + volba převodu trf.: - při běžném provozu - při spouštění největšího spotřebiče - při spouštění skupiny (resp. skupin) spotřebičů Současně je nutné zkontrolovat nastavení ochran pro mimořádné provozní stavy!

Volba převodu transformátoru uS

xS xT

Platí:

uˆS  j.( xS  xT ).iˆVS  uˆVS Zanedbáme-li činný úbytek:

uS  ( xS  xT ).iVSj  uVS

uVS iVS 2   US SV  U S  1   .  . 2  xT  .iVSj  uVS p.UV  S ks  UV  p  

0   xT .iVSj

2

U S SV  U S  .  uVS  . p  p.   .iVSj UV S ks  UV  2

Volba převodu transformátoru Řešíme tedy kvadratickou rovnici pro neznámou p:

0   xT .iVSj

2

U S SV  U S  .  uVS  . p  p.   .iVSj UV S ks  UV  2

Za předpokladu známých: iVSj , U S , S ks , xT A zvoleného napětí: uVS Tak je možné zvolit vhodnou odbočku (+ provést její kontrolu) trf. pro příslušný stav (bez zátěže, provoz, největší spotřebič, samonajíždění atd.)

Spouštění největšího spotřebiče Zdroj musí být dostatečně tvrdý a vyhovět i potřebným zkratovým výkonem: Celková zátěž bude:

uS

xVS .xM xZ  xVS  xM

S ks

kde xM je náhradní reaktance motoru při rozběhu

xT

zvolíme-li jako vztažný jmenovitý výkon trf. S nT :

uM xVS

xM

xM 

1 izM

S nT . S nM

rozběhový (záběrný) proud motoru

iVS

iM

Náhradní reaktance předběž. zatížení VS:

xVS 

S 1 . nT sin VS SVS

Spouštění největšího spotřebiče Proud do trf. bude:

 1  SVS .sin VS S nM  1    izM . iT  uM .    uM .   x x S S M  nT nT   VS  Odpovídající poměrná hodnota zkratového výkonu:

skM

uS uS uS .uM   .iT  xT uS  uM uS  uM

 SVS .sin VS S nM   izM . .  S nT S nT  

V pojmenovaných hodnotách bude skutečný potřebný zkr. výkon:

S kM 

uS .uM uS .  SVS .sin VS  izM .S nM   .  SVS .sin VS  izM .S nM  uS uS  uM 1 uM

Samonajíždění skupiny spotřebičů Obdobně pro k-spotřebičů (zbylou VS neuvažujeme):

 1 1  xZ    ...   x x Mk   M1

1

Odpovídající poměrná hodnota zkratového výkonu:

skM

uS uS uS .uM 1 k .iT  . . izMi .S nMi   xT uS  uM uS  uM S nT i 1

V pojmenovaných hodnotách bude skutečný potřebný zkr. výkon:

S kM

uS .uM k . izMi .S nMi  uS  uM i 1

Specifika pro dimenzování nouzového zdroje Jako nouzový zdroj většinou slouží dieselgenerátor (DG, „genset“) napájející část VS zajišťující nouzový doběh a dobíjí všechny zdroje nepřetržitého napájení – UPS. Základní kritérium pro návrh je stejné jako pro transformátory:

S DGn   S P Na dimenzování mají vliv a kontrolují se: • napěťové poměry -

•

poklesy frekvence -

• •

při běžném provozu při spouštění největšího spotřebiče při spouštění skupiny (resp. skupin) spotřebičů při spouštění největšího spotřebiče při spouštění skupiny (resp. skupin) spotřebičů

stabilita příkon spotřebičů, které jsou zdroji vyšších harmonických

Specifika pro dimenzování nouzového zdroje Napěťové poměry: Postupujeme principiálně stejně a je třeba dodržet stejné limity poklesu napětí jako u napájení ze sítě. Je při tom ale nutné zohlednit typ regulátoru napětí: - konstantní napětí

uw  f   uwn

-

žádaná hodnota napětí je korigována poklesem frekvence

uw  f   uwn  k .f Někteří výrobci uvádějí přímo hodnotu jmenovitého zdánlivého výkonu pro rozběh k a potom:

S DGstart   izMi .S nMi i 1

pokles napětí se odvodí od daného typu regulátoru (je třeba znát pokles frekvence)

Frekvence: Pokles frekvence závisí na vlastní konstrukci DG a typu regulátoru. Odvozuje se od skokového nárůstu zátěže při spouštění. k

Pstart   izMi .S nMi .cos  startMi i 1

Specifika pro dimenzování nouzového zdroje Frekvenčně závislý regulátor napětí odlehčí tento výkonový skok přibližně na:

Pstart

2 uw2  f  k uwn  uw2  f  . izMi .S nMi .cos  startMi  .SVS .cos VS  2 2 uwn uwn i 1

Vlastní pokles frekvence závisí na době rozběhu

BMEP – Brake Mean Effective Pressure – tlak ve válcích nutný pro dosažení požadovaného momentu a výkonu

Specifika pro dimenzování nouzového zdroje Vyšší harmonické: Díky obsahu vyšších harmonických dochází k dodatečnému oteplování stroje. Problém se vyskytuje zejména u napájení usměrňovačů pro UPS: - stanovení příkonu UPS*

PvstUPS  -

UPS

podmínka pro jmenovitý výkon DG*, u usměrňovačů

S DGn  1, 6.PvstUPS -

PvýstUPS  Pdobíjení

6-pusních

S DGn  1, 4.PvstUPS

12-pusních

pro kombinaci zátěží*, u usměrňovačů

S DGn  1,15.PvstUPS 



SP

6-pusních



SP

12-pusních

ostatní

S DGn  1,1.PvstUPS 

ostatní

* Zdroj: Catterpillar: Electric Power Applications, Engine and Generator Sizing

Glosa k 2. přednášce Volba vhodné odbočky u trojvinuťového trf.:

U s  116 kV

S ks  1515 MVA

Určete převod trf. a) pro plné zatížení obou sekcí

QL  QP  23 MVAr b) pro VS bez zatížení

QL  QP  0 MVAr

tak, aby napětí na přípojnicích VS bylo v obou případech 6,3 kV

S nT  63 / 31,5 / 31,5 MVA 110  8 x 2% / 6,3 / 6,3 kV uk12  9%, uk13  9%, uk 23  18% QL

L

P

QP