Metode de limitare a curentilor de scurtcircuit in centrale si statii

Metode de limitare a curentilor de scurtcircuit in centrale si statii

Oricare metoda presupune:

efort de investitii

pierderi suplimentare de putere si energie

Cresterea tensiunilor nominale de functionare

Daca S_b dat, Z_*e dat T cu cat creste U_n T I_scc

Este o masura care necesita investitii ridicate. Se adopta in situatii in care doresc cresterea capacitatii de transport si miscarea i_Icc.

Marirea impedantei

Limitarea trebuie facuta astfel incat sa rezulte cat mai putine dezavantaje. De ex.: nu marim rezistenta ( R ) deoarece ar creste pierderile de putere si energie. Nu se mareste reactanta capacitiva, deoarece instalatiile noastre sunt inductive si ar conduce la scaderea impedantei.

T se mareste reactanta inductiva X_L = w L

Metode de crestere a reactantei inductive X_L :

Metoda sectionarii unor noduri (micsorarea gradului de functionare in paralel);

Marirea reactantei transformatoarelor (de obicei, se asociaza cu metoda 1.);

Intercalarea in schema a unor inductante suplimentare (bobine limitatoare a unor curenti de scurtcircuit).

1. Metoda sectionarii unor noduri

Cazul de referinta, pentru care nu sunt limitati curentii de scurcircuit:

Ex. statie coboratoare 110 kV/MT.

Fie un scurtcircuit in secundarul trafo. (in punctul k).

Schema echivalenta este:

Reactanta echivalenta X_e* este:

(1.)

0 - caz de referinta

Pierderile de putere in cele 2 trafo.:

(2.)

Sectionarea unui nod se poate face, de exemplu tinand deschisa o cupla longitudinala sau o cupla transversala:

Prin sectionarea la MT schema de referinta devine:

Schema echivalenta devine:

Reactanta echivalenta:

(3.)

(4.)

Obs.: Daca sistemul este de putere (X_*S = 0) se obtine eficienta maxima prin sectionare si anume:

	Xe*1 = 2Xe*0

Pierderile de putere: presupunem ca printr-un trafo. se tranziteaza f S_ST si prin celalalt (1-f S_ST:

(5.)

Obs.: sa vedem cand sunt pierderile minime

T pierderile in bobinaje sunt minime pentru o incarcare uniforma a celor 2 trafo.

Cresterea procentuala a pierderilor avand ca referinta incarcarea uniforma :

T nesimetria incarcarii trafo. conduce la cresterea pierderilor in bobinaje ( > 104%).

Rolul AAR (anclasarea automata a rezervei)

AAR simte lipsa tensiunii pe o bara de MT si comanda inchiderea cuplei (informatia o primeste de la un TT).

Atentie: Daca tensiunea pe o sectie de bare scade ca urmare a unui scurtcircuit in T₁ (T₂) comanda de inchidere a CL se transmite dupa ce I_T1 (I_T2) s-a deschis (sa nu se alimenteze prin CL defectul).

In aceasta situatie trofo. ramas in functiune este bine sa poata tranzita intreaga sarcina S_ST.

Avantajele metodei sectionarii:

Investitii suplimentare mici (in CL + AAR)

Pierderi de putere mici la incarcarea simetrica a celor doua trafo.

Dezavantaje: uneori reducerea la jumatate a I_scc (pentru cazul sistemului de putere , X_*S=0) nu este suficienta T de obicei, se asociaza metoda sectionarii cu metoda folosirii trafo. cu infasurare divizata.

Metode care se asociaza cu sectionarea barelor:

a) Utilizarea trafo. cu infasurare divizata (TID)

Trafo. cu 2 infasurari

Infasurarile de tensiune inferioara este divizata in doua. Sunt infasurari distincte, intre ele existand doar cuplaj magnetic.

Tensiunile infasurarii secundare pot fi identice sau diferite (de ex. 6 si 10 kV)

TID este astfel construit incat sa aiba aceleasi pierderi de mers in gol DP_Fe ca si unitatea corespunzatoare cu infasurarea nedivizata.

De, asemenea, in cazul probei de scurtcircuit intre infasurarile de tensiune superioara (sup) si cele doua infasurari de tensiune inferioara conectate in paralel (I - I) se inregistreaza aceleasi pierderi DP_k si aceeasi tensiune de scurtcircuit ca la trafo. cu infasurari nedivizate:

T se urmareste mentinerea in regim nominal a acelorasi pierderi de energie activa si reactiva.

Intre cele doua infasurari de tensiune inferioara se realizeaza o reactanta ridicata in vederea reducerii curentului de scurtcircuit. In cazul probei de scurtcircuit intre cele doua infasurari inferioara tensiunea superioara in gol dorim ca:

Pentru multiplul M_k, constructorii de trafo. incearca sa obtina valori apropiate de m_k = 4

Schema echivalenta in stea a TID:

Schema statiei folosind sectionarea asociata cu 2 x TID pentru reducerea curentilor de scurtcircuit:

Schema echivalenta in cazul unui scurcircuit in punctul k este:

Obs.:

Pentru a avea pierderi minime trebuie echilibrata gruparea consumatorilor pe sectii

Pentru sistemul de putere eficienta limitarii este maxima X_*S = 0 T reducerea de 4 ori a curentilor de scc. fata de cazul de referinta

Dezavantajele folosirii TID:

Cresterea cu 10 15% a investitiei in trafo.

Aparitia unor calcule suplimentare la MT (2.+2 CL + AAR)

b) Fractionarea intr-un numar mai mare de unitati a puterii instalate in trafo.

In loc de 2 TID-uri (sau 2 T) cu 2 S_nT se instaleaza 4 trafo. :

Toate trafo. cu tensiune superioara 110 kV se construiesc cu u_sc = 10% 12%, indiferent de puterea nominala.

Consideram S_b = S_nT (ca si in situatiile anterioare adica, puterea unui trafo. din cazul de referinta) reactanta unuia dintre cele 4 trafo. este:

u_sc = X_*T ca in cazurile precedente

Schema echivalenta pentru un scc. in punctul (k):

Obs.:

Din punctul de vedere al micsorarii i_scc rezultatul este acelasi ca la folosirea TID:

In aceasta solutie apare o investitie suplimentara in 2 cel. la 110 kV;

In general, 4 trafo. de putere mai mica costa mai mult decat 2 trafo. mai mari;

Pierderile in solutia cu 4 trafo, sunt mai mari decat in solutia cu 2 trafo.(TID);

Se apeleaza la solutia fractionarii in 4 unitati pentru a nu achizitiona TID din import.

2. Marirea reactantei transformatoarelor

Se asociaza cu metoda sectionarii.

Fabricile constructoare realizeaza trafo. ce au aceeasi tensiune superioara (de ex. seria trafo. de 110 kV) cam cu aceeasi tensiune de scc. (u_sc):

U_sup = 110 kV u_sc = 10

U_sup = 220 kV u_sc = 11

Pe langa seriile obisnuite, unele fabrici (de ex. Electroputere) produc si o serie de transformatoare cu u_sc marita, in vederea limitarii I_sc.

U_{sc. marita} u_{sc normala} = 1,5 1,7 X_*T

Ex., pentru seria de trafo. de 110 kV cu reactanta marita: u_{sc marita} = 17

Daca se asociaza aceasta metoda cu metoda sectionarii si fractionarea puterii trafo. se pot obtine reduceri de circa 6 ori a I_sc fata de varianta de referinta:

T pentru sistemul de putere infinita (X_*S = 0):

Dezavantajele metodei:

Cresterea u_sc inseamna cresterea numarului de spire la ambele infasurari T creste lungimea infasurarii T se mareste volumul cuvei T se mareste volumul de ulei T creste costul trafo.

Caderi de tensiune mai mari in regim normal

Creste lungimea spirei T creste T cresc pierderile de putere (activa P_B = Psc si reactiva Q_B = u_sc S_nT) in bobinaje

T datorita acestor dezavantaje metoda se foloseste rar.

3. Intercalarea in scheme a unor inductante suplimentare (bobine limitatoare a curentilor de scc.)

Bobina limitatoare simbol

Vom aborda 2 solutii:

Bobina cu doua borne pe faza:

Bobina cu priza mediana.

3.1. Bobina cu doua borne pe faza

Date caracteristice:

a bobina in aer, realizarea constructiva a unei faze:

Un cablu izolat se bobineaza pe un stelaj de beton nearmat cu Fe. Fe ar putea aduce 2 dezavantaje:

In regim normal, caderi mari de tensiune

In regim de scc., curentii cresc si se ajunge in zona de saturatie a curbei de magnetizare a Fe, in care L scade.

Coloanele din beton se armeaza cu fibra de sticla.

Dezavantajele utilizarii bobinei cu 2 prize pe faza:

Bobina este o investitie suplimentara

Necesita spatiu suplimentar de cladire

Pierderi de putere si energie activa:

Ex.: Bobina cu U_n = 6kV si I_n = 200A

T apar incalziri ale izolatiei, care imbatraneste.

Pierderile de putere si energie reactiva:

Caderi suplimentare de tensiune datorita DQ_n:

Efectul limitator al bobinelor

, Legea lui Ohm in unitati relative nominale

Drept marimi de baza s-au luat marimile nominale ale bobinei

Gradul de limitare a curentului de scc.:

Pentru o reactanta data, I_sc = f (I_Bn) T I_Bn mic pentru a avea I_sc mic

Dar trebuie ca I_Bn I_{max consumatori} T se impart consumatorii

Daca curentul pe circuitul protejat prin bobina este mare T I_Bn mare T pentru a obtine efectul de limitare trebuie luata o bobina cu X_*Bn mare (10

Daca se poate, nu folosim bobina daca este posibil sa limitam curentul de scc. prin metodele anterioare.

Solutii de intercalare in scheme a bobinelor limitatoare:

In serie pe circuit cu curenti mari

Pe CL

In serie pe linii.

a)      bobine intercalate in serie pe circuite cu curenti mari (T I_Bn mare)

efectul de limitare este slab T se mareste X_B*n T pierderi mari in regim normal (ani de zile)

se evita asemenea utilizari

b)      bobine intercalate pe cuple longitudinale:

limiteaza contributia lui G₁ la scc. in k

se grupeaza consumatorii pentru a avea tranzit redus prin cupla T putem alege bobina cu I_Bn mai mic: I_Bn 0,6 I_nG

c)      bobine intercalate in serie cu o linie sau cu un grup de cateva linii:

liniile sunt circuite de curente mai mici T putem alege bobina cu I_Bn mai mic T limitare mai buna chiar si cu bobinele cu X_*Bn mici (4

Diferentele de intercalare constau in:

Numarul de etaje al cladirii in care se introduc bobinele

Pozitia relativa a intreruptorului fata de bobina.

Astfel de bobine se intercaleaza pe circuite de    LEC de 6 10kV:

T I_scc periculos de mari la LEC

Obs.: bobina se dispune la nivelul inferior al cladirii (se usureaza dimensionarea cladirii).

Solutia C₁:

Bobina se dispune dupa I

Scurcircuit in k₂ T bobina limiteaza I_sc iar intreruptorul I este dimensionat pentru aceasta situatie

Scc. in k₁ (foarte rar) T bobina nu limiteaza I_sc debitat de sistem T I poate exploda. Se preia acest risc. Acest interval de 3 4m se executa foarte ingrijit, din punctul de vedere al montajului.

Solutiile C₂:

Alimentarea se face numai dinspre bara colectoare

Ordinea de dispunere fata de barele colectoare este bobina I. Dispare riscul unui efect dezastros la un scurcircuit intre bobina si I.

Se preia riscul unui scc. in bobina, care este echivalent cu un defect pe bare.

I deconecteaza numai defectele de dupa el.

Solutia C₂₂:

Se leaga o bobina in serie cu 2 3 LEC T se reduce numarul de bobine la jumatate

Sunt necesare bobine cu I_nB mare T limitare mai slaba a I_sc.

Solutiile C₂ sunt foarte utilizate si la noi in tara.

3.2. Intercalarea bobinelor limitatoare cu priza mediana si ramurile ingemanate

Moduri de intercalare a BPM in schemele de conexiuni:

In serie cu circuite de linii

In statii coboratoare

Generatoare racordate la BMP

Schema se foloseste la statii de centrala, la statii la care se racordeaza consumatori (2 3 LEC pe o bobina), la servicii proprii in centrale.

Se foloseste in statii coboratoare. In loc de TID folosim 2T + 2 BPM. Cuplele longitudinale sunt normal deschise T se asociaza cu sectionarea BC.