MEE 57. Vándorgyűlés és Kiállítás Siófok 21. szeptember 15-17. 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 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
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 Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Hálózatkép az árameloszlás vizsgálathoz
A földelőrendszer elrendezése és összekötési módok 5
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 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
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. 227-232 8
9 Földelőrendszer szimulációs vizsgálat: Földelési ellenállás vizsgálat
Földelőrendszer szimulációs vizsgálata: A Wenner módszerrel mért talaj fajlagos ellenállás értékek Az elektródok közötti távolság [m] Mért fajlagos ellenállás [Ωm] 1 381,5 2 532,82 5 654,26 1 45,13 2 231,99 4 8,41 Siemens által figyelembe vett egyenértékű fajlagos talajellenállás érték (Tagg módszerrel): ρe = 14 Ωm 1
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*,7,9 483,9-13,4 43 13,4-1 2 3 4 talaj Thikness depth Vastagság (m) Megjegyzés:*csak a MAVIR hálónál alkalmazva 11
Földelőrendszer szimulációs vizsgálata: Az egyenértékű földelési és csatoló ellenállások meghatározására végzett szimulációs számítások áraminjektálási módjai 12
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 1,8 1 232 4 1 35,7 1 18 212-176 Összekötő réz 1 sodronyon 2 (4x95 mm ) 1 179 14 138-1 138-1 1 167 11 8 62 1 18 64,6-116 Csak talajon % 6% 9% (61%) 77% 83% (81%) 13
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 Árameloszlás a hálórészek közötti összekötésekben és földpotenciál-emelkedés (EPR)
Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Hálózatkép az árameloszlás vizsgálathoz 16
Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Az összekötő kábel két nyomvonal változata (2x24 mm2 Cu kábel, kábelek közötti távolság:,5 m, névleges feszültség 1 kv) 17
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
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 --- --- 179 235.96 8945 292,92 7241 289,12 útnál 3466 211,35 14 244,4 974 31,41 7239 287,12 távvezeték alatt 5174 256,65 85 241,41 5594 316,48 7272 286,69 nincs --- --- 292 188,28 1341 32,47 7157 286,46 útnál 3446 223,33 1689 19,67 9596 314,63 723 285,6 távvezeték alatt 5615 258,11 1313 198,6 6153 322,89 7244 285,26 nincs --- --- 21 17,15 7623 93,36 8129 282,5 út mentén 3639 41,2 172 129,2 6397 114,87 865 284,32 távvezeték alatt 3631 39,31 223 124,49 614 115,98 8226 283,85 nincs --- 362 53,37 6171 11,1 7822 284,18 útnál 2483 48,18 251 67,35 5216 123,25 7761 284,7 távvezeték alatt 2968 56,43 2954 69,64 4246 13,94 787 284,84 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 --- --- 179 235.96 8945 292,92 7241 289,12 útnál 3466 211,35 14 244,4 974 31,41 7239 287,12 távvezeték alatt 5174 256,65 85 241,41 5594 316,48 7272 286,69 nincs --- --- 292 188,28 1341 32,47 7157 286,46 útnál 3446 223,33 1689 19,67 9596 314,63 723 285,6 távvezeték alatt 5615 258,11 1313 198,6 6153 322,89 7244 285,26 nincs --- --- 21 17,15 7623 93,36 8129 282,5 út mentén 3639 41,2 172 129,2 6397 114,87 865 284,32 távvezeték alatt 3631 39,31 223 124,49 614 115,98 8226 283,85 nincs --- 362 53,37 6171 11,1 7822 284,18 útnál 2483 48,18 251 67,35 5216 123,25 7761 284,7 távvezeték alatt 2968 56,43 2954 69,64 4246 13,94 787 284,84 2
Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés A passzív vezetőkben folyó áram Udvartér FN zárlat esetén 21
Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés A passzív vezetőkben folyó áram MAVIR FN zárlat esetén 22
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
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 1278 744 Az út mentém 1174 818 NAF vezeték alatt 1138 856 Nincs 124 81 Az út mentém 1143 885 NAF vezeték alatt 1116 91 Nincs 597 1488 Az út mentém 72 1365 NAF vezeték alatt 614 1483 Nincs 791 1224 Az út mentém 865 1164 NAF vezeték alatt 846 1185 24
Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Az alállomási földelőhálók potenciál-emelkedése (EPR) FN zárlat a MAVIR állomásban 25
Árameloszlás és földpotenciál-emelkedés Az alállomási földelőhálók potenciál-emelkedése (EPR) FN zárlat a UDVARTÉR állomásban 26
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 Potenciál eloszlás vizsgálatok a javasolt összekötési (referencia) esetre: a) Földfelszíni potenciál b) Lépésfeszültség c) Kerítés érintési feszültség
Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Áraminjektálások: FN zárlati hely Transzformátor csillagpont hálócsatlakozási helye Védővezetők csatlakozási helyei Összekötő Cu sodrony csatlakozási helyei 29
Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Az injektált áramok értékei Háló potenciálok értékek: Potenciál-emelkedés számításból Injektálási helyeken 3
Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Az injektált áramok értékei Háló potenciálok értékek: Potenciál-emelkedés számításból Injektálási helyeken 31
Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Földfelszíni potenciál: FN zárlat Udvartér állámásban 32
Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Földfelszíni potenciál: FN zárlat MAVIR állámásban 33
Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Lépésfeszültség eloszlása: FN zárlat Udvartér állomásban 34
Potenciál eloszlás vizsgálat a referencia esetre: Lépésfeszültség eloszlása: FN zárlat MAVIR állomásban 35
36 Kerítés feszültség és érintési feszültség vizsgálat a referencia esetre MAVIR állomás körüli kerítésre
Kerítés feszültség és érintési feszültség vizsgálat MAVIR állomás körüli vizsgált kerítés nyomvonal profiljai 37
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
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 12 1 1 8 8 6 6 4 4 2 2 16 4 1 5 1 12 5 1 5 16 4 1 1 5 1 12 5 1 5 [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
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 16 116 14 114 12 112 Feszültég típusa: kerítés földfelszín érintési 1 [fok] 8 18 6 16 4 14 2 16 4 1 5 1 12 5 1 5 16 4 1 1 5 1 12 5 1 12 5 1 [V] 11 [m] 4
Kerítés feszültség és érintési feszültség vizsgálat Kerítés érintési feszültség profil nagysága és szöge 41
42 Összehasonlítás a megengedett határértékekkel, értékelés
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 2364-442 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
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 2364-442:1998 szabvány 9.2.4.1 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
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
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 61-6-5 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
Köszönöm a figyelmet!? E-mail: