Hálózati elemek egyfázisú helyettesítő vázlata

Szinkrongenerátor helyettesítő vázlata 3F zárlatszámításhoz

A szinkrongenerátort hálózati zárlatot tápláló üzemviszonyának vizsgálatához egy valóságos feszültségforrással helyettesítjük, azaz egy ideális feszültségforrással sorba kapcsolt reaktanciával képezzük le (3.1.2.1. ábra).

(Nagy szinkrongenerátoroknál a soros reaktancia mellett az állórész ellenállása elhanyagolható.)

3.1.2.1. ábra

A szinkrongépek adatai között azonban nem a reaktancia, hanem annak százalékos értéke, d’szerepel.

A reaktancia százalékos értékéből az ohmos értéke az:

összefüggésből számítható. Az – elnevezhető a villamos gép névleges impedanciájának (Zn). A Zn

– fiktív mennyiség, nem mérhető. A Zn – értéket tekintjük az adott hálózati elem 100-os impedanciájának.

Teljesen hasonlóan történik a transzformátor és a zárlatkorlátozó fojtótekercs reaktanciájának meghatározása.

Utóbbi estében a , mivel a fojtótekercsek esetében a névleges átvihető teljesítményt nem szokás megadni.

Rövidzárlati áramok számításához ismerni kell a generátor viselkedését, ha kapcsain zárlat lép fel. Ha a szimmetrikus háromfázisú zárlat a feszültség értékének maximumánál lép fel, azaz tisztán induktív áramkört feltételezve – az áram 90°-kal késik a feszültséghez képest – az áram „nulla átmeneténél” keletkezik, akkor az LR kör differenciál egyenletének megoldásában egyenáramú összetevő nem lép fel. Az elmondottakat figyelembe véve – a fázisáram időbeli lefolyását tekintve – csak váltakozó áramú összetevő lesz, azaz az áram az időtengelyre nézve szimmetrikus. Ha egy szinkrongép ilyen oszcilloszkóp képét megvizsgáljuk, az a feltűnő, hogy a szinuszosan váltakozó áram amplitúdója időben csökken, és csak egy átmeneti szakasz után áll be az állandósult értékre (3.1.2.2. ábra). A burkológörbét tekintve az első, kezdeti szakasz a szubtranziens (a leggyorsabb csökkenésű), a szubtranziens szakaszt követő exponenciális csökkenésű szakasz neve tranziens, míg a harmadik szakasz az állandósult zárlati állapot. A jelenség oka az állórésszel mágneses kapcsolatban lévő egyéb rövidrezárt tekercsek (gerjesztőtekercs, csillapító rudazatok) jelenléte. Ugyanis a fluxusállandóság elve alapján, ezen tekercsekbe a zárlati áram keltette fluxus a zárlat felléptekor egyáltalán nem tud behatolni, azaz a végső fluxuskép kialakulásához idő kell. Kezdetben a fluxus kiszorul a légutakra, nagyobb mágneses ellenállású utakon záródik, a helyettesítő vázlatokba kisebb reaktancia (szubtranziens reaktancia Xd”, tranziens reaktancia Xd’

kerül. Látható, hogy zárlatszámításkor nem lehet a generátort egyetlen feszültségforrással és egyetlen reaktanciával leképezni.

3.1.2.2. ábra

A szimmetrikus háromfázisú hálózati zárlatok számítása során a szinkrongépet a tranziens reaktanciával (Xd’) vesszük figyelembe. Ezt azért tehetjük meg, mert a szinkrongenerátorok önműködő gerjesztésszabályozóval vannak ellátva, és a zárlat következtében letört Uk kapocsfeszültséget a gyorsszabályzó igyekszik helyreállítani.

Ha a zárlat villamos értelemben nagyobb távolságra van (külső reaktancia van a generátorkapocs és a zárlati hely között), a hálózati zárlatok pedig zömmel ilyenek, a gyorsszabályozók helyre tudják állítani a kapocsfeszültség eredeti értékét. A zárlatok ekkor úgy számíthatók, mintha állandó feszültségű feszültségforrásról lennének táplálva. A helyettesítő vázlatba így az ideális feszültségforrás feszültsége névleges fázisfeszültség (3.1.2.1. ábra)

Transzformátorok helyettesítő vázlata 3F zárlatszámításhoz

Kéttekercselésű transzformátorok . A szimmetrikus háromfázisú transzformátort a primer feszültségre, mint közös feszültségalapra redukálás után egyetlen galvanikusan összefüggő hálózatrésznek tekinthetjük (3.1.2.4.

ábra). Az ábrában az átszámított mennyiségeket külön nem jelöltük.

3.1.2.3. ábra

3.1.2.4. ábra

A gyakorlati számításokhoz azonban sokkal egyszerűbb helyettesítés is kellő pontosságot szolgáltat.

A jelenleg alkalmazott transzformátorok között nagyfeszültségen csak a 120/6-10 kV-os csillag-delta kapcsolású transzformátorok kéttekercselésűek. A 120/20 kV-os transzformátorok ún. 6 órás kapcsolási csoportba vannak kapcsolva, ami csak csillag-csillag kapcsolással realizálható. Viszont a megfelelő hálózati feszültségminőség eléréséhez tartalmaz ki nem vezetett deltatekercset.

Az átviteli hálózaton autótranszformátorokat alkalmaznak harmadik – tercier – tekerccsel.

3.1.2.5. ábra

Az elmondottakat érzékeltesse néhány adat: X1 és X2 értéke, feszültségszinttől és teljesítménytől függően 2...5 %.

R1/Xl, ill. R2/X2 viszony 0,3-0,1. Miután az eredő impedanciát négyzetes összegzéssel számítjuk, így a szórási reaktanciák mellett a rézveszteséget reprezentáló soros ellenállások az esetek többségében elhagyhatók. A mágnesező reaktancia Xm 1500...500 %, míg a vele párhuzamos, vasveszteséget képviselő Rv még egy nagyságrenddel nagyobb. Elmondhatjuk tehát, hogy párhuzamos impedanciák elhagyása százalékosan szintén csak kis hibát okoz. Zárlatszámításkor elegendő a nagyfeszültségű transzformátort a primer és szekunder szórási reaktancia összegével, mint soros reaktanciával helyettesíteni (3.1.2.6. ábra).

3.1.2.6. ábra

Háromtekercselésű transzformátorok . A korszerű energiaátviteli hálózatokban egyre gyakrabban alkalmaznak háromtekercselésű transzformátorokat (3.1.2.7.a. ábra). Az „a” ábrán látható elvi jelölésben az l, 2, 3 kivezetés pl. 120/35/20 kV-os lehet. Az ilyen transzformátorok adattáblája a feszültségadaton kívül három teljesítményadatot és három rövidzárási feszültséget (ε12, ε13, ε23) tartalmaz. A rövidzárási feszültségek úgy értendők, hogy értéküket két tekercs között mérték a harmadik kapocs nyitott állapotában. Pl. ε12 az 1 és 2 jelű tekercs által alkotott normális kéttekercsű transzformátor százalékos rövidzárási feszültsége, amelyre a 3 jelű tekercs nincs hatással, hiszen árammentes. A három tekercs teljesítménye rendszerint különböző és az egyes gombolyításokon maximálisan áthaladó teljesítményt mutatják. A három rövidzárási feszültség külön-külön mindig a két érintett tekercs közül a kisebbik teljesítményűre vonatkozik.

Legyen pl. S3 < S2 < S1, akkor: S12 = S2, S13 = S3, S23 < S3

3.1.2.7. ábra

Első lépésként vegyük fel a helyettesítő, öninduktivitásokból álló csillagkapcsolást a 3.1.2.7.b. ábra szerint! A helyettesítő reaktanciák értékét az üresjárási mérésponti impedanciák segítségével könnyű meghatározni, mert a kapocstábla adatai ezt szolgáltatják. (A harmadik kivezetés nyitott.) Az egyszerűség kedvéért most rögtön a közös feszültségalapra redukált reaktanciaértékeket számítjuk ki.

(Usz a számítási feszültségszint, vonali feszültség. Sxy az érintett két tekercs névleges teljesítménye közül a kisebbik.):

A 3.1.2.7.b ábrán látható egyenértékű reaktanciacsillag üresjárási mérésponti impedanciái:

Így a háromtekercselésű transzformátor egyszerűsített helyettesítő vázlatának reaktanciái:

Ismételten megjegyzendő, hogy az egyenértékű impedanciacsillag egyik ága negatív is lehet!

A számítások során ezt az ágat a hálózat sémájában hozzá sorosan csatlakozó ág pozitív impedanciájával előjel helyesen kell összegezni (le kell vonni)!

Távvezetékek helyettesítő vázlata 3F zárlatszámításhoz

A szabadvezetékeknek és a kábeleknek soros ohmos ellenállásuk (R) és soros induktivív reaktanciájuk (XL), párhuzamos kapacitív reaktanciájuk (XC) és viszonylag igen nagy párhuzamos ellenállásuk (R’) van. Általános esetben a párhuzamos tagokat a vezeték elején és végén vesszük kétszeres értékkel figyelembe. A távvezeték helyettesítő pontos és közelítő vázlata a 3.1.2.8.a és b ábrán látható, míg a 3.1.2.9. ábra nagyfeszültségű átvitelre mutat példákat.

3.1.2.8. ábra

3.1.2.9. ábra

A keresztirányú ellenállás, amely szabadvezetékeknél a levezetést és a sugárzást, míg kábeleknél a szigetelésben fellépő veszteségeket (szivárgási, dielektromos, ionizációs veszteség) veszi figyelembe, normális üzemi körülmények között igen nagy, ezért gyakorlati számításoknál elhanyagolható. Rövid, közép- (U<120kV), valamint kisfeszültségű (U<1kV) szabadvezetékek kapacitása is elhanyagolható a szokásos feszültségszabályozási és rövidzárlati számításoknál. A kábeleknek nagyobb a kapacitásuk, így a kapacitás elhanyagolása csak lényegesen kisebb távolságoknál lehetséges.

A szabadvezetékek vezetőinek távolsága általában a feszültséggel nő, és így nő a vezetők távolságának a sugarához való viszonya, amivel növekszik a vezeték induktivitása.

Nagyobb feszültségen a vezető felületén, ha annak sugara kicsi, fellép a koronajelenség. Ezért a nagyobb feszültségű vezetékeken nagyobb keresztmetszetet alkalmaznak, és így növekvő feszültséggel csökken a soros ellenállás. Jó közelítéssel az R/X viszonyról elmondható, hogy:

• nagyfeszültségen: < 1,

• középfeszültségen: 1,

• kisfeszültségen: > 1 .

A hálózati zárlatoknál a távvezetéket a legegyszerűbb közelítő helyettesítő vázlattal vesszük figyelembe, aminek helyességét az elmondottak igazolják. A háromfázisú vezetékrendszer egy vezetőjének hosszegységnyi reaktanciáját a gyakorlati számításokban 0,4 Ω/km közelítő értékkel számíthatjuk