MEE 57. Vándorgyűlés és Kiállítás Siófok szeptember

Átírás

1 MEE 57. Vándorgyűlés és Kiállítás Siófok 21. szeptember Gönyű MAVIR 4 kv-os kapcsolóállomás és Gönyű erőmű udvartér 4 kv-os kapcsolóberendezés területén létesített földelő-hálózatok összekötéseinek vizsgálata Szerzők: Dr. Varjú György (BME) - Ladányi József (BME) Szilágyi Ferenc (ETV 1

2 2 Témakörök: A vizsgálandó helyzet és feladat ismertetése A földelőrendszer szimulációs vizsgálata Földelési ellenállás vizsgálat Árameloszlás és potenciálemelkedés számítás különböző összekötési esetekre Potenciál eloszlás vizsgálat az elhatározott összekötési esetre Összehasonlítás a megengedett határértékekkel, értékelés

3 A vizsgált állomások elrendezés A Gönyűben létesítendő KCE a 4 kv-os átviteli hálózatra csatlakozik. A csatlakozás megvalósíthatóságához két 4 kv-os kapcsolóberendezés létesül, amelyek kb. 6 m hosszúságú távvezetékkel vannak összekötve. Az állomások földelőhálói kb. 38 m távolságra vannak egymástól a következő elrendezés szerint: Az erőmű területén, közvetlenül a blokktranszformátor mellett az un. Udvartér kapcsolóberendezés. Az erőműtől délre egy másfél-megszakítós kialakítású MAVIR tulajdonú kapcsolóállomás 3

4 4 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Hálózatkép az árameloszlás vizsgálathoz

5 A földelőrendszer elrendezése és összekötési módok 5

6 A tervezési folyamat: 1. ETV- ERŐTERV Zrt.: A kapcsolóberendezések építési engedélyezési, építési kiviteli és villamos primer diszpozíciós kiviteli terveit; 2. Siemens E D SE PTI (Energy Sector Power Distribution, Service Power Technology International Network Consulting): jelentést készített a földelési rendszer tervezésére és a talaj fajlagos ellenállására vonatkozó előzetes vizsgálatáról.; Földelőháló tervezés a megengedett érintési feszültségre és A talaj fajlagos ellenállás analizálása ETV-ERŐTERV Zrt: vállalta az egymás potenciálterében lévő kapcsolóállomási földelő hálózatok összekötésével kapcsolatos kérdések tisztázását; A fő kérdés: Kell-e összekötő kábel is? Dr. Varjú György vezetésével végzett, számítógépes földelőrendszer szimuláció képezte a kérdések megválaszolásának alapját 6

7 7 Földelőrendszer szimulációs vizsgálat témakörei: Földelési ellenállás vizsgálat Árameloszlás és potenciálemelkedés számítás különböző összekötési esetekre Potenciál eloszlás vizsgálat a javasolt összekötési esetre Összehasonlítás a megengedett határértékekkel, értékelés

8 Földelőrendszer szimulációs vizsgálat : Alkalmazott szoftverek CDEGS Árameloszlás, elektromágneses terek, földelés és talajszerkezet analizálása Current Distribution, Electromagnetic Fields, Grounding and Soil Structure Analysis (CDEGS) Software package manuals, Safe Engineering Services & Technologies Ltd., Montreal, Quebec, Canada. Application Version 13 MULTC F. Jonas and Gy. Varjú: Általános modell és numerikus eljárás többvezetékes rendszerek vizsgálatára a frekvencia tartományban A general model and numerical method for multiconductor systems in frequency domain. Proceedings of the IEEE/KTH Stockholm Power Tech Conference, Stockholm, Sweden, June 18-22, 1995, pp

9 9 Földelőrendszer szimulációs vizsgálat: Földelési ellenállás vizsgálat

10 Földelőrendszer szimulációs vizsgálata: A Wenner módszerrel mért talaj fajlagos ellenállás értékek Az elektródok közötti távolság [m] Mért fajlagos ellenállás [Ωm] 1 381, , , , ,99 4 8,41 Siemens által figyelembe vett egyenértékű fajlagos talajellenállás érték (Tagg módszerrel): ρe = 14 Ωm 1

11 Földelőrendszer szimulációs vizsgálata: A CDEGS programmal meghatározott 4 rétegű talajmodell fajlagos talajellenállás értékei: 4 rétegű talaj Rétegek No. neve Resistivity Ellenállás (Ωm) levegő 483,7 6*,7,9 483,9-13, , talaj Thikness depth Vastagság (m) Megjegyzés:*csak a MAVIR hálónál alkalmazva 11

12 Földelőrendszer szimulációs vizsgálata: Az egyenértékű földelési és csatoló ellenállások meghatározására végzett szimulációs számítások áraminjektálási módjai 12

13 Földelőrendszer szimulációs vizsgálata: Az egyenértékű helyettesítésre számított feszültségek és áramok 1 1 A injektált áram esetén Gönyű-MAVIR No. 1 2 I1 Csatolás Udvartér-Erőmű U1 I2 Transfer feszültség U2 [A] [º] [V] [º] [A] [º] [V] [º] 1 37,6 2,7 2,1 2,8 1, , Összekötő réz 1 sodronyon 2 (4x95 mm ) ,6-116 Csak talajon % 6% 9% (61%) 77% 83% (81%) 13

14 Földelőrendszer szimulációs vizsgálata: Egyenértékű impedancia a MAVIR és az Udvartér állomásokra csak természetes csatolás és összekötés esetén 1 Gönyű-MAVIR No. Csatolás módja ZfM UdvartérErőmű ZfU Csatoló impedancia, Zf(U-M)=Z12 Ω fok Ω fok Ω fok 1. Csak a talajon,43,4,244 4,1 4,275 3,2 2. Összekötő réz sodronyokon is (4x95 mm2),338,4,276 3,2,159 76, 14

15 15 Árameloszlás a hálórészek közötti összekötésekben és földpotenciál-emelkedés (EPR)

16 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Hálózatkép az árameloszlás vizsgálathoz 16

17 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Az összekötő kábel két nyomvonal változata (2x24 mm2 Cu kábel, kábelek közötti távolság:,5 m, névleges feszültség 1 kv) 17

18 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Földzárlati (FN) hibahelyi és betáplálási áramok Fault location Udvartér 4 kv MAVIR 4 kv Current injection IFN,A IFN,B IFN,C [ka] [º] [ka] [º] [ka] [º] FN fault current 19,32 99,75 Erőmű generátor transzf. 3,25 13,34 1,64 8,73,71 65,27 MAVIR-Bicske HV line 3,34 98,47,42-14,8,13-154,8 MAVIR- Győr HV line 12,74 99,17 1,22-97,4,62-17, FN fault current 19,58-8,25 Erőmű generátor transzf. 3,23 13,42 1,63 8,72,7 65,11 MAVIR-Bicske HV line 3,4 98,5,41-14,9,13-155,6 MAVIR- Győr HV line 12,95 99,16 1,22-97,37,61-17,1 18

19 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés A passzív vezetőkben folyó áram az Udvartér vagy MAVIR alállomásokban fellépő FN zárlat esetén 1 Passzív áramút (vezető) megnevezése Alállomások közötti FN zárlat helye Összekötő fémes összekötések kábelek rézsodrony Nincs Udvartér Van Nincs MAVIR Van Rézsodrony és földcsatolás Távvezetéki védővezető alállomások között becsatlakozó kábel [A] [fok] [A] [fok] [A] [fok] [A] [fok] nincs , ,12 útnál , , , ,12 távvezeték alatt , , , ,69 nincs , , ,46 útnál , , , ,6 távvezeték alatt , , , ,26 nincs , , ,5 út mentén , , , ,32 távvezeték alatt , , , ,85 nincs , , ,18 útnál , , , ,7 távvezeték alatt , , , ,84 19

20 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés A passzív vezetőkben folyó áram az Udvartér vagy MAVIR alállomásokban fellépő FN zárlat esetén 1 Passzív áramút (vezető) megnevezése Alállomások közötti FN zárlat helye Összekötő fémes összekötések kábelek rézsodrony Nincs Udvartér Van Nincs MAVIR Van Rézsodrony és földcsatolás Távvezetéki védővezető alállomások között becsatlakozó kábel [A] [fok] [A] [fok] [A] [fok] [A] [fok] nincs , ,12 útnál , , , ,12 távvezeték alatt , , , ,69 nincs , , ,46 útnál , , , ,6 távvezeték alatt , , , ,26 nincs , , ,5 út mentén , , , ,32 távvezeték alatt , , , ,85 nincs , , ,18 útnál , , , ,7 távvezeték alatt , , , ,84 2

21 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés A passzív vezetőkben folyó áram Udvartér FN zárlat esetén 21

22 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés A passzív vezetőkben folyó áram MAVIR FN zárlat esetén 22

23 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés A védővezetőben folyó áram az Udvartér állomástól mért távolság függvényében (a véghatás szemléltetése) Cu összekötő sodronyok vannak. Összekötő kábel nincs. 23

24 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Az alállomási földelőhálók potenciál-emelkedése (EPR) FN helye Földelő összekötés típusa Cu sodrony Nincs Udvartér Van Nincs MAVIR Van EPR nagysága [V] Összekötő kábel Udvartér MAVIR Nincs Az út mentém NAF vezeték alatt Nincs Az út mentém NAF vezeték alatt Nincs Az út mentém NAF vezeték alatt Nincs Az út mentém NAF vezeték alatt

25 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Az alállomási földelőhálók potenciál-emelkedése (EPR) FN zárlat a MAVIR állomásban 25

26 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Az alállomási földelőhálók potenciál-emelkedése (EPR) FN zárlat a UDVARTÉR állomásban 26

27 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Javaslat a hálórészek közötti összekötésre: (1) A 4x95 mm2 Cu összekötő sodrony legyen beépítve. (2) A 2x24 mm2 Cu összekötő kábel elhagyható. 27

28 28 Potenciál eloszlás vizsgálatok a javasolt összekötési (referencia) esetre: a) Földfelszíni potenciál b) Lépésfeszültség c) Kerítés érintési feszültség

29 Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Áraminjektálások: FN zárlati hely Transzformátor csillagpont hálócsatlakozási helye Védővezetők csatlakozási helyei Összekötő Cu sodrony csatlakozási helyei 29

30 Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Az injektált áramok értékei Háló potenciálok értékek: Potenciál-emelkedés számításból Injektálási helyeken 3

31 Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Az injektált áramok értékei Háló potenciálok értékek: Potenciál-emelkedés számításból Injektálási helyeken 31

32 Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Földfelszíni potenciál: FN zárlat Udvartér állámásban 32

33 Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Földfelszíni potenciál: FN zárlat MAVIR állámásban 33

34 Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Lépésfeszültség eloszlása: FN zárlat Udvartér állomásban 34

35 Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Lépésfeszültség eloszlása: FN zárlat MAVIR állomásban 35

36 36 Kerítés feszültség és érintési feszültség vizsgálat a referencia esetre MAVIR állomás körüli kerítésre

37 Kerítés feszültség és érintési feszültség vizsgálat MAVIR állomás körüli vizsgált kerítés nyomvonal profiljai 37

38 Kerítés feszültség és érintési feszültség vizsgálat Kerítés érintési feszültség értelmezése: A kerítés érintési feszültség a következő két feszültség különbsége fence ( ): A földelőhálóval a hálóvezetékek (rácspontok) helyén összekötött kerítés feszültség (profil ) ( ) A kerítés külső oldalán attól 1 m távolságban lévő felszíni talajpotenciál (profil) ( ) 38

39 Kerítés feszültség és érintési feszültség vizsgálat Kerítés érintési feszültség és összetevői; Udvarhely zárlat earth potential Abs(V) touch voltage Abs(V) fence potential Deg.(V) earth potential Deg.(V) touch voltage Deg(º) Feszültég típusa: kerítés földfelszín érintési [fok] Pr of il 4 Pr of il 3 Pr of il 2 fence potential Abs(V) 12 1 [V] Pr of il 1 Gönyű-Udvartér zárlat [m] 39

40 Kerítés feszültség és érintési feszültség vizsgálat Kerítés érintési feszültség és összetevői; MAVIR zárlat earth potential Abs(V) touch voltage Abs(V) fence potential Deg.(V) earth potential Deg.(V) touch voltage Deg(º) Pr of il 3 Pr of il 4 fence potential Abs(V) Pr of il 2 Pr of il 1 Gönyű-Mavir zárlat Feszültég típusa: kerítés földfelszín érintési 1 [fok] [V] 11 [m] 4

41 Kerítés feszültség és érintési feszültség vizsgálat Kerítés érintési feszültség profil nagysága és szöge 41

42 42 Összehasonlítás a megengedett határértékekkel, értékelés

43 Összehasonlítás a megengedett határértékekkel, értékelés Potenciálemelkedés: A fellépő EPR ha a 4 összekötő Cu sodronyt alkalmazásakor: Udvartér FN zárlat esetén: 124 V MAVIR FN zárlat esetén: 1224 V Megengedett értékek érintési és transzfer feszültségekre, UT : Az MSZ szabvány Z2 határgörbéje és a szokásos x = 2 szorzó esetén: 1 ms alapvédelmi időre: 2x675= 135 V 2 ms tartalékvédelmi időre: 2x575= 115 V. Távközlő rendszerekre megengedett közös módusú feszültség 2 ms-nál rövidebb védelmi hárítási időre: a személyek veszélyeztetésére: 15 V a létesítmény feszültségállóságára: 13 V. Értékelés: személyek biztonságára vonatkozó határértékek teljesülnek távközlő létesítmények védelmére k=,83 védőtényező szükséges 43

44 Összehasonlítás a megengedett határértékekkel, értékelés Lépésfeszültség: A fellépő legnagyobb lépésfeszültség: kisebb mint 12 V az Udvartér kisebb mint 13 V a MAVIR állomásban fellépő FN zárlatra Megengedett érték: IEC lépésfeszültség határérték = érintési feszültség határértékkel MSZ :1998 szabvány szakasza kimondja azt, hogy a lépésfeszültségekre nem szükséges megengedhető értékek meghatározása. Ehhez azt a megjegyzést fűzi, hogy a lépésfeszültségek megengedhető értékei valamivel nagyobbak a megengedhető érintési feszültségek értékeinél. IEEE alapesetben 25 V, de eseti számítás esetén lehet nagyobb. Értékelés: A fellépő érték biztonsággal kisebb még a 25 V alapeset határértéknél is. 44

45 Összehasonlítás a megengedett határértékekkel, értékelés Kerítés érintési feszültség: Fellépő kerítés érintési feszültség a profil alapján: Udvartér alállomosi FN zárlat esetén: MAVIR alállomosi FN zárlat esetén: 3-36 V 5-6 V Megengedett határérték: 2 ms időtartamra: 115 V Értékelés: A fellépő érték biztonsággal kisebb még a 25 V alapeset határértéknél is. 45

46 Összehasonlítás a megengedett határértékekkel, értékelés Hosszanti feszültség (JM kábelekben) Fellépő hosszanti feszültség: Állomásrészek között, de kritikus viszonylatoknál állomáson belül is: max. 6V Megengedett határérték: MSZ IEC TS szerint 1 s időtartamra: 3 V Értékelés: Kritikus irányokban kétszeresen meghaladhatja a határértéket. Védelmi intézkedés: Megfelelő védőtényezőjű kábel (kábel-irány). Megjegyzés: Elvileg lehetne hálósűrítés is lehetséges védelmi módszer, azonban ez nem gazdaságos megoldás. 46

47 Köszönöm a figyelmet!?