proraœun magnetne indukcije u blizini...

Download PRORAŒUN MAGNETNE INDUKCIJE U BLIZINI enef.etfbl.net/2015/resources/Zbornik_radova_ENEF_2015/8_Rad_ENEF... 

Post on 22-Jul-2018

217 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Nauno-struni simpozijum Energetska efikasnost | ENEF 2015, Banja Luka, 25-26. septembar 2015. godine

    Rad po pozivu

    PRORAUN MAGNETNE INDUKCIJE U BLIZINI SREDNJENAPONSKIH NADZEMNIH

    VODOVA ZA POTREBE DETEKCIJE STRUJE KVARA

    ore Leki, edomir Zeljkovi, Predrag Mri, Elektrotehniki fakultet, Univerzitet u Banjoj Luci

    Sadraj U radu su istraene mogunosti detekcije kratkih spojeva mjerenjem efektivne vrijednosti vektora

    magnetne indukcije u blizini srednjenaponskih distributivnih

    nadzemnih vodova. Predloen je potpun matematiki model

    srednjenaponskog nadzemnog voda sa proizvoljnom

    geometrijom stubova, pogodan za proraun struja kratkih

    spojeva pojedinih faza i odgovarajueg magnetnog polja. Na

    osnovu predloenog modela izvren je proraun efektivne

    vrijednosti vektora magnetne indukcije du ose stuba za

    razliite kvarove na konkretnom distributivnom nadzemnom

    vodu nazivnog napona 20 kV na podruju optine Banja

    Luka.

    1. UVOD

    Kvarovi u radijalnim distributivnim mreama obino se

    iskljuuju prekidaima koji su ugraeni u napojne

    transformatorske stanice, jer u takvim mreama, sa izuzetkom

    reklozera, rijetko postoje drugi ureaji za prekidanje struje

    kvara [1]. Ukoliko kvar nije prolaznog karaktera i ne moe se

    otkloniti primjenom tehnike automatskog ponovnog

    ukljuenja (APU) ili u sluaju da mrea nije automatizovana,

    dolazi do prekida napajanja elektrinom energijom krajnjih

    potroaa. Trajanje prekida utie na pokazatelje pouzdanosti

    sistema kao to su SAIDI (eng. System Average Interruption

    Duration Index) ili CAIDI (eng. Costumer Average

    Interruption Duration Index) i u velikoj mjeri zavisi od

    vremena koje je potrebno da se kvar lokalizuje. Stoga se u

    savremene distributivne mree ugrauju tzv. lokatori ili

    indikatori kvara (eng. FPI Fault Passage Indicators), iji je

    zadatak da detektuju prolazak struje kvara kroz dionicu voda

    na kojoj su postavljeni [2]. Postavljanjem ovih ureaja na

    pogodne lokacije u radijalnoj distributivnoj mrei mogue je

    znatno ubrzati proces nalaenja mjesta kvara, koje se u tom

    sluaju nalazi izmeu posljednjeg indikatora koji je

    detektovao prolazak struje kvara i prvog narednog koji nije

    detektovao prolazak struje kvara.

    Struja kvara u srednjenaponskim distributivnim mreama,

    u zavisnosti od tipa uzemljenja, moe dostii vrijednosti i do

    20 kA, tako da je direktno mjerenje ove struje

    nepraktino [1]. Iz navedenog razloga svi indikatori kvara

    indirektno mjere struju kvara posredstvom njenog magnetnog

    polja. Konvencionalni naini mjerenja podrazumijevaju

    upotrebu strujnih mjernih transformatora (SMT), u vidu

    obuhvatnih SMT-a za detekciju zemljospoja i/ili u vidu vie

    SMT-a od kojih svaki obuhvata jedan fazni provodnik za

    detekciju meufaznih kvarova. Dok je postavljanje SMT-a

    pogodno za kablovske vodove, ono je izuzetno nepraktino

    za nadzemne vodove. Zbog toga se za detekciju kvara na

    srednjenaponskim distributivnim nadzemnim vodovima

    koriste indikatori koji mjere pokazatelje magnetnog polja u

    blizini faznih provodnika.

    U praksi se sreu dvije varijante ovakvih indikatora:

    indikatori koji se postavljaju na same fazne provodnike i

    indikatori koji se postavljaju na stub dalekovoda na

    udaljenosti do 3 m ispod faznih provodnika [1]. U obje

    varijante lokalna indikacija prolaska struje kvara je u vidu

    svjetlosne signalizacije na samom indikatoru. Daljinska

    indikacija kvara podrazumijeva povezanost indikatora sa

    jedinicom udaljenih terminala (eng. RTU Remote Terminal

    Unit) i sistemom za daljinsku komunikaciju koji su

    postavljeni na isti ili susjedni stub ili ak u isto kuite sa

    indikatorom [1].

    Efektivna vrijednost vektora magnetne indukcije na

    mjestu postavljanja indikatora kvara e, zbog nesimetrinog

    rasporeda pojedinih faznih provodnika u odnosu na sam

    indikator, biti razliita od nule ak i u sluaju normalnog,

    uravnoteenog reima rada. To pokazuju mnogobrojna

    istraivanja koja se uglavnom odnose na mjerenje i

    ispitivanje uticaja elektrinog i magnetnog polja u blizini

    nadzemnih vodova na zdravlje ljudi [3], [4]. IEEE (eng.

    Institute of Electrical and Electronics Engineers) daje upute

    za mjerenje elektrinog i magnetnog polja u blizini

    nadzemnih vodova [5] dok ICNRP (eng. International

    Commission on Non-ionizing Radiation Protection) propisuje

    graninu vrijednost od 100 T na visini 1 m iznad zemlje,

    ispod dalekovoda u sluaju normalnog, uravnoteenog reima

    rada [6]. Sprovedena istraivanja, standardi i upute ukazuju

    na injenicu da je vrijednost magnetne indukcije u blizini

    normalno optereenog i uravnoteenog dalekovoda reda

    desetina mikrotesli i da izuzetno brzo opada sa porastom

    rastojanja. Meutim, malobrojna istraivanja se odnose na

    proraun magnetnog polja u blizini nadzemnih vodova za

    sluaj razliitih tipova kratkih spojeva [7]. Opravdano se

    postavlja pitanje mogunosti detekcije razlika u vrijednosti

    magnetne indukcije za sluaj normalnog pogona i za sluaj

    kvara, a sa ciljem otkrivanja struje kvara pomou senzora

    magnetnog polja postavljenog u blizini nadzemnog voda.

    U ovom radu ispitana je mogunost detekcije struje kvara

    mjerenjem efektivne vrijednosti vektora magnetne indukcije

    pomou indikatora koji bi bio postavljen na stub ispod faznih

    provodnika srednjenaponskog nadzemnog voda. U poglavlju

    2 predloen je potpun matematiki model srednjenaponskog

    nadzemnog voda sa proizvoljnom geometrijom stubova,

    pogodan za proraun struja kratkih spojeva pojedinih faza i

    odgovarajueg magnetnog polja. U poglavlju 3 dati su

    rezultati prorauna efektivne vrijednosti vektora magnetne

    indukcije du ose stuba za razliite kvarove na konkretnom

    distributivnom nadzemnom vodu nazivnog napona 20 kV na

    podruju optine Banja Luka. U poglavlju 4 su navedeni

    zakljuci i date su napomene koje se odnose na visinu

    postavljanja indikatora na stub, kao i na eventualne algoritme

    za detekciju kvara.

    58

  • 2. MATEMATIKI MODEL

    Matematiki model obuhvata izraze za proraun

    parametara nadzemnog voda, zatim faznih struja za razliite

    tipove kratkih spojeva i, konano, efektivne vrijednosti

    vektora magnetne indukcije koji potie od tih struja. U ovom

    modelu bie zanemareni otoni parametri nadzemnog voda, s

    obzirom na to da oni ne utiu bitno na proraun struja kratkih

    spojeva. Uticaj ugiba faznih provodnika na vrijednosti

    podunih parametara nadzemnog voda, kao i na efektivnu

    vrijednost magnetne indukcije u njegovoj neposrednoj

    blizini, e, takoe, biti zanemaren. Korekcija vrijednosti

    podunih parametara nadzemnog voda se moe izvriti tako

    to se umjesto visine yi vjeanja i-tog provodnika na stub

    usvoji njegova srednja visina vjeanja, data sljedeim

    izrazom [8]:

    2

    3 sri iy y s , (1)

    u kome je sa s oznaen ugib provodnika. Alternativno,

    mogue je uzeti u obzir da se visina provodnika iznad zemlje,

    du jednog raspona, mijenja po jednaini lananice [8], [9].

    Kako se visine stubova za srednjenaponske nadzemne vodove

    kreu od 10 m do 15 m, dok su rasponi relativno kratki i

    iznose oko 100 m, dobijaju se ugibi od svega par metara i

    njihov uticaj na vrijednosti podunih parametara nadzemnog

    voda se moe zanemariti [8]. U [9] je pokazano da ugib

    provodnika ima uticaj na magnetno polje samo u neposrednoj

    blizini faznih provodnika, dok se njegov uticaj na veim

    udaljenostima moe zanemariti. Zato emo u svim

    proraunima smatrati da su fazni provodnici nadzemnog voda

    pravolinijski provodnici beskonane duine, postavljeni

    paralelno sa povrinom zemlje. Sa udaljavanjem od faznih

    provodnika nadzemnog voda, sve vei uticaj na vrijednost

    magentnog polja imaju indukovane struje u zemlji, kao

    geolokom provodniku, to je u proraunu uzeto u obzir

    uvoenjem fiktivnih povratnih provodnika, koji su

    postavljeni na odreenim kompleksnim dubinama ispod

    povrine zemlje, prema teoriji Carson-a [10].

    2.1. Model nadzemnog voda

    Model nadzemnog voda podrazumijeva izraze za

    proraun podunih parametara nadzemnog voda za datu

    geometriju stuba, te formiranje matrice podunih

    kompleksnih impedansi. Na Sl. 1 prikazan je raspored faznih

    provodnika i njihovih fiktivnih likova iznad i ispod povrine

    zemlje, respektivno.

    Meusobno rastojanje izmeu provodnika i-te i j-te faze

    je, prema Sl. 1, dato sljedeim izrazom:

    2 2

    ij i j i jD x x y y , (2)

    gdje je i, j = a,b,c.

    Fazni provodnici srednjenaponskih nadzemnih vodova su

    obino tako rasporeeni da meusobna rastojanja data

    izrazom (2) nisu jednaka za svaka dva fazna provodnika.

    Osim toga, za ovakve vodove se ne vri transpozicija faznih

    provodnika, tako da e se u odreenoj mjeri razlikovati i

    poduni parametri pojedinih faza, dok matrica podunih

    kompleksnih impedansi nee biti ciklino simetrina [8].

    a

    b

    c

    a'

    b'

    c'

    ( , )x ya a

    ( , )x yb b

    ( , )x yc c

    ( , - )x -ya a

    ( , - )x -yb b

    ( , - )x -yc c

    Dab

    Dbc

    Dca

    Daa' Dab' Dac'

    x

    y

    z ,0

    R

    R

    R

    Sl. 1. Raspored faznih provodnika nadzemnog voda i njihovih

    fiktivnih likova u odnosu na povrinu zemlje

    Komp

View more