Nesymetria vonkajších elektrických vedení

Príklad na stiahnutie

Vonkajšie elektrické vedenie Elektrické vedenie je zariadenie určené na prenos a distribúciu elektrickej energie, elektrické vedenia spájajú uzly elektrizačnej sústavy (elektrárne, elektrické stanice) na jednej napäťovej hladine elektrárne, elektrické stanice.

Základné typy elektrických vedení:
- káblové vedenia – majú pevnú izoláciu, využívajú sa najmä na distribúciu elektriny na napäťových hladinách NN a VN.
- vonkajšie (vzdušné) – izolácie je vzduch, využívajú sa najmä na distribúciu a prenos elektriny na napäťových hladinách VNN a ZVN.

Základné časti vonkajšieho elektrického vedenia:
- vodiče – zvyčajne z lana typu AlFe,
- stožiare – nosná konštrukcia vedenia, ktorá slúži na mechanické uchytenie a vedenie elektrických vodičov vo vzduchu; zabezpečujú, aby boli vodiče v bezpečnej výške nad zemou a v správnej vzdialenosti od seba,
- izolátory – slúži na mechanické uchytenie vodičov na stožiari a zároveň izolujú vodič od konštrukcie stožiara,
- zemné (uzemňovacie) lano – chráni vedenie pred bleskom, na stožiar je upevnený priamo (bez izolátorov)
- kombinované zemné lano (KZL) – špeciálny typ vodiča, ktorý plní ochrannú (pred bleskom) a komunikačnú funkciu. je prirodzene nesymetrické trojfázové zariadenie, pretože jeho elektrické parametre závisia od vzájomných vzdialeností medzi vodičmi (fázovými, ako aj zemnými lanami) a vzdialenosti vodičov od zeme.

Nesymetria vedenia je hodnotená na základe výpočtu ustálených stavov na vedení, pričom sa analyzujú stavové veličiny – napätie, prúd a výkon – Tie sa vyjadrujú v symetrických zložkových sústavách Sústavu symetrických zložkových sústav definoval v 1918 Charles Legeyt Fortescue.

- Metóda symetrických zložiek je matematický nástroj používaný v elektroenergetike na riešenie nesymetrických stavov (najčastejšie skratov) v trojfázovej symetrickej sústave.
- Táto metóda umožňuje rozložiť nesymetrický stav v trojfázovej sústave na tri trojfázové sústavy, ktoré sú symetrické. Na riešenie sa tak využívajú jednofázové modely.
- Symetrické zložkové sústavy nie sú len matematickou interpretáciou trojfázovej sústavy, ale je ich možné v elektrickej sieti identifikovať. Ich vznik v elektrickej sieti sa využíva pre hodnotenie kvality elektriny (spätná zložka) alebo v elektrických ochranách ako kritérium chránenia (napr. vznik netočivej zložky identifikuje jednofázovú poruchu).

Symetrické zložkové sústavy sú:
- súsledná (v EN positive sequence) – označovaná indexmi "1", "+"
- spätná (v EN negative sequence) – označovaná indexmi "2", "-"
- netočivá (nulová) (v EN zero sequence) – označovaná indexmi "0" : súslednej, spätnej a nulovej (netočivej).

Výpočty ustálených stavov v tomto príklade sa realizujú v prostredí Matlab Simulink (verzia 2019b). ​

Simulačný model pozostáva z týchto hlavných častí:​

  • Vedenie – blok s rozloženými parametrami, ktorý umožňuje modelovať vedenie ako trojfázový objekt.​
  • Zdroj – reprezentuje rozvodňu, z ktorej je vedenie napájané, odkiaľ tečie výkon cez vedenie.​
  • Záťaž – reprezentuje rozvodňu, do ktorej výkon cez vedenie smeruje.​
  • Meracie bloky – slúžia na sledovanie a vyhodnocovanie elektrických veličín.​

Vstupné údaje

  • 400 kV vedenie
  • typ stožiaru Portál  a Mačka
  • fázový vodič:
    • 450 AlFe 6, d=29.76 mm, RAC=0.0673 Wkm-1, x=0.8123
    • zväzkový vodič (3-zväzok), zväzkový krok a=0.4 m
    • max. priehyb 4 m
  • zemné lano:
    • 185 AlFe 6, d=20.39 mm, RAC=0.164 Wkm-1, x=0.826
    • max. priehyb 4 m
  • rezistivita zeme: r=100 Wm

Súradnice vodičov na stožiari

 
Typ stožiara X cor L1 [m] X cor L2 [m] X cor L3 [m] Y cor L1 [m] Y cor L2 [m] Y cor L3 [m] X cor ZL1 [m] X cor ZL2 [m] Y cor ZL1 [m] Y cor ZL2 [m] počet zemné laná počet systém
PORTÁL, kotevný -12.0 0 12.0 18.8 18.8 18.8 -6.0 6.0 31.8 31.8 2 1
MAČKA, nosný -6.8 0 6.8 18.0 18.0 26.7 -3.5 3.5 32.3 32.3 2 1

Popis prvkov modelu

Zdroj – je modelovaný ideálnym napäťovým zdrojom (Ideálnou tvrdou sieťou), pretože cieľom simulácií je analýza vlastností vedenia.

Napäťová hladina Napätie je dané napäťovou hladinou vedenia. Konkrétna hodnota je v rozsahu dovolených hodnôt napätia. Ideálny napäťový zdroj má nulovú vnútornú impedanciu

Typ uzla v modeli elektrickej siete - swing

Vedenie – je modelované s rozloženými parametrami, pretože tento blok umožňuje modelovať vedenie ako nesymetrické trojfázové zariadenie.

Parametre vedenie sú vypočítané v Matlabe (Vypočítané elektrické parametre) na základe geometrie vedenia (Portál / Mačka).

Nesymetrické vedenie parametre sú zadané maticami 3x3, vypočítané z geometrie vedenia na stožiari Symetrické vedenie parametre sú zadané v zložkových sústavách – v súslednej a spätnej

Záťaž – je modelovaná ako symetrická záťaž a čisto činného charakteru, pretože sú analyzované len vlastnosti vedenia.

Výber modelu záťaže napäťovo závislej alebo napäťovo nezávislej

Meranie – vyhodnocujú sa fázové napätia a prúdy na začiatku a konci vedenia

Powergui je špeciálny blok v Simulinku pre SimPowerSystems / Simscape Electrical, ktorý slúži na konfiguráciu a analýzu elektrických systémov v časovej aj frekvenčnej doméne.