ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET U SARAJEVU PRENAPONI I KOORDINACIJA IZOLACIJE - ETF EEO PIK 4865

LABORATORIJSKA VJEŽBA 5ATMOSVERSKI PRENAPONI

Modeli atmosferskih prenapona i njihova primjena na konkretnom primjeru

PRIMJER

STUDENTI:RAMO SIVRORAMIZ TUTIĆ

BROJ INDEXA:296/14627312/15033

Sarajevo, 2011-05-24

Na slici 01. prikazan je model razmatranog primjera. Analizira se atmosfersko pražnjenje u prihvatni vodič za različite konfiguracije uzemljivača, a pritom se mjere prenaponi na mjestu spajanja uzemljivača i spusnog vodiča. Ovaj zadatak se riješava kroz nekoliko koraka:

1. Određivanje visine hp da bi objekat bio zastićen prihvatnim vodičem od direktnog atmosferskog pražnjenja. Visina prihvatnog užeta određuje se na osnovu izraza (1).

2. Model atmosferskog pražnjenja, tj. struje atmosferskog pažnjenja i zamenska shema atmosverskog praznjenja dati su u podnaslovu 2.

3. Model prihvatnog vodiča i njegova valna impedansa izračunavaju se pomoću izraza (3).

4. Model spusnog vodiča i njegova valna impedansa izračunavaju se pomoću izraza (3). 5. Model spusnog vodiča u zemlju i njegova valna impedansa izračunavaju se pomoću

izraza (3). 6. Geometriski i električni parametri uzemljivača definisani su u okviru podnaslova 4, a

formule i procedura proračuna istog se nalazi u SV.m file MatLab.

Slika 1. Shema razmatranog primjera

1. ODREĐIVANJE VISINE PRIHVATNOG VODIČA hp

Postoji niz formula koje se koriste za određivanje visine prihvatnog vodiča, postavljenog na vrhu štićenog objekta. Za naš razmatrani primjer koristit ćemo slijedeću formulu:

r x=hp1,6

1+ hH

p (1 )

hp=H−h (2)

2

za H≤30 slijedi p=1 i H>30 slijedi p=5,5√H

pri čemu je:

h – visnina objekta (m)

hp – visina prihvatnog vodiča mjerena od vrha štićenog objekta (m)

H – ukupna visina objekta i prihvatnog vodiča (m)

rx – poluprečnik kružnice na visini h, za visinu prihvatnog vodiča hp (m)

p – korekcioni koeficijent

Slika 2. Prikaz zone štićenja objekta od atmosferskog pražnjenja

2. MODEL ATMOSFERSKOG PRAŽNJENJA

Valne oblike struje atosverskog praznjenja prograirati u MatLab/M-file, te iste koristiti u dalji analizama. Razotriti slijedeče oblike struje atmosverskog praznjenja:

talas linarno celo i konstantno zacelje [model_1_LC_KZ.m] talas linarno celo linarno zacelje [model_1_LC_LZ.m] talas eksponencijalno celo i konstantno zacelja [model_2_EC_KZ.m] talas beskonacnog porasta cela i eksponencijalno zacelje [model_2_BC_EZ.m] dvostruko eksponencijalna funkcija [model_3_DvoEX.m] I CIGRE model atmosverskog praznjenja [model_4_CIGRE.m]

Zamjenska shema je data na slici 3. Zamjenska shema je predstavljena paralelnom kombinacijom impedanse atmosverskog praznjenja i struje atmosverskog praznjenja.

3

Slika 3. Zamjenska shema atmosferskog pražnjenja

3. MODEL PRIHVATNOG VODIČA I SPUSNOG VODIČA

Z=60 ln( hr )+90 rh−60(3)pri čemu je:

Z – valna impedansa (Ω)

r – poluprečnik vodiča (m)

h – visina vodiča (m)

Brzina prostiranja vala duž prihvatnog i spusnog vodiča je priblizno jednaka brzini svjetlosti (3×108(m/s)). Za naš primjer usvojit ćemo brzinu prostiranja vala duž prihavatnog i spusnog vodiča 2,99×108 m/s. Ako je poznata valna impedansa vodiča i brzina prostiranja vala duž vodiča, tada se može odrediti podužni induktivitet vodiča L i podužni kapacitet vodiča C.

L=103 zv(4)

C=103 1z∗v

(5)

L – podužni induktivitet (H/km)

C – podužni kapacitet (F/km).

4

4. OTPOR UZEMLJENJA

Otpor uzemljenja se modeluje sa π elementor (R,L serija i G,C otočne grane) konstantnih parametara. Treba napomenuti da se ovjdje ovodi odredjeno pojednostavljenje jer se uzemljivač treba modelirati frekventno ovisnim parametrima. Jedan π element odgovara odredjenoj dužine, koja se odredjuje tokom proračuna parametara uzemljivača. Podaci o uzemljivaču su:

ruz = 6,077 ·10-3(m); luz = 1(m); huz = 0,6(m);

ρv = 65(Ωm); ρv=1,673·10-8(Ωm);

fuz=100(kHz)

pri čemu je:

ruz – poluprečnik vodiča (m)

luz – dužina segmenta (m)

huz – dubina ukopavanja (m)

ρz – specifočni otpor zemlje (Ωm)

ρv – specifični otpor vodića (Ωm)

fuz – frekvenca za koju se proračunavaju parametri uzemljivača (Hz)

Na osnovu predhodnih podataka odrede se parametri uzemljivača Ruz, Luz, Cuz, Guz za zamjensku shemu (slika 4).

Slika 4. Zamjenska shema jednog segmenta uzemljivača

5

PRORAČUNI I ANALIZA REZULTATA

1. Odabrati i pokrenuti jedan od oblika struje atmosverskog prežnjenja (MatLab *.m file). Napraviti komentar razmatranog koda programa.

2. Pokrenuti proračun „Proracun_gromobrana.m“ i napraviti komentar razmatranog koda programa.

3. Napraviti simulaciju razmatranog primjera u okviru koje figurišu parametri iz predhodno napravljenih proračuna.

4. Napraviti slijedeče analize

Razmotriti slučaj horizontalnog uzemljivača dužine 1m (jedan segment). Mjeriti napon na kraju uzemljivača u odnosu na beskonačno udaljenu referentnu tačku.Mjeriti napon na mjestu spajanja spusnog voda i spusnog voda u zemlju u odnosu na kraj uzemljivača (reprezent napona dodira).

Razmotriti slučaj kada je uzemljivač dužine 6m,te napraviti mjerenja kao u predhodnoj analizi. Napraviti mjerenja napona na jednom segmentu uzemljivača (reprezent napona koraka).

Ramotritim konfiguraciju uzemljivača kao na slici 05, te napraviti mjerenja koja su reprezenti napona koraka i napona dodira.

Razmotriti slučaj kada nije ostvarena dobra uslovljenost izmelju pojedinih segmenata uzemljivača. Ovu analizu provesti na primjeru pod c varijantom.

Slika 5. Razmatrana konfiguracija uzemljivača

6

1. MODELOVANJE UZEMLJIVAČA I ODREĐIVANJE NAPONA KORAKA I DODIRA ZA RAZLIČITE MODELE

Na slici 6 dat je prikaz glavnog modela koji u sebi sadrži sub sisteme i koji poziva sve podprograme za iscrtavanja napona koraka i napona dodira.

Slika 6. Model za proračun uzemljivača

U daljnjoj analizi koristit će se I CIGRE model za proračun uzemljivača i određivanje napona koraka i dodira, za različite vrste uzemljivača.

Na sljedećim slikama dati su prikazi uzemljivača te napona koraka i napona dodira kada je uzemljivač izveden na različite načine.

7

Slika 7. Model uzemljivača sa jednim elementom

Slika 8. Prikaz napona dodira i koraka za model sa jednim elementom ( I CIGRE MODEL)

8

Slika 9. Model uzemljivača sa tri elementa u seriji

Slika 10. Prikaz napona dodira i koraka za model sa tri elementa u seriji ( I CIGRE MODEL)

9

Slika 11. Model uzemljivača sa šest elemenata u seriji

Slika 12. Prikaz napona dodira i koraka za model sa šest elemenata u seriji ( I CIGRE MODEL)

10

Slika 13. Model uzemljivača sa dva elementa u sredini

Slika 14. Prikaz napona dodira i koraka za model sa dva elementa u sredini ( I CIGRE MODEL)

11

Slika 15. Model uzemljivača sa tri elementa u sredini

Slika 16. Prikaz napona dodira i koraka za model sa tri elementa u sredini ( I CIGRE MODEL)

12

Slika 17. Model uzemljivača sa 3x3 izvedbom elemenata

Slika 18. Prikaz napona dodira i koraka za model sa 3X3 elementima ( I CIGRE MODEL)

13