Zwarcia w systemach elektroenergetycznych w. 4 uaktualnione i rozszerzone

Zwarcia w systemach elektroenergetycznych w.4 uaktualnione i rozszerzone

rok wydania: 2022, wydanie czwarte uaktualnione i uzupełnione
ISBN: 978-83-01-22074-7
ilość stron: 775
format: 16,5x23,5 cm
oprawa: miękka

Opis

Wydawnictwo PWN ma zaszczyt przedstawić najnowsze, czwarte uaktualnione i rozszerzone wydanie uznanej książki z dziedziny elektrotechniki: Zwarcia w systemach elektroenergetycznych.
Książka ta traktuje o zagrożeniach i przeciwdziałaniach zakłóceniom jakimi są zwarcia w sieciach elektroenergetycznych. Potrzeba przedstawienia Czytelnikom zupełnie nowego, zaktualizowanego i rozszerzonego wydania wynika z faktu coraz szerszego wprowadzania odnawialnych źródeł energii, zmiany międzynarodowej normy zwarciowej oraz rozwoju narzędzi obliczeniowych (programy komputerowe obliczeniowe i symulacyjne).

W książce Zwarcia w systemach elektroenergetycznych Czytelnik znajdzie informacje przykładowo na temat: charakterystyk przebiegów zwarciowych, zwarć w sieciach z uziemionym i nieuziemionym bezpośrednio punktem neutralnym, metod ograniczania prądów zwarcia, zmian w normie zwarciowej, uwzględniania w obliczeniach zwarciowych odnawialnych źródeł energii, przykładów obliczeń zwarciowych i komputerowych symulacji przebiegów zwarciowych.
Autorami książki "Zwarcia w systemach elektroenergetycznych" są wybitni przedstawiciele nauk technicznych, jednocześnie uznani wykładowcy akademiccy - prof. dr hab. inż. Piotr Kacejko, prof. dr hab. inż. Jan Machowski, dr hab. inż. Paweł Pijarski Prof. Uczelni oraz dr hab. inż. Adam Smolarczyk.
Publikację kierujemy do studentów studiów technicznych kierunków Elektrotechnika i Energetyka specjalizujących się w Elektroenergetyce. Książka będzie również pomocna w pracy specjalistom zajmującym się analizą zwarć w projektowaniu, rozwoju i eksploatacji sieci elektroenergetycznych wszystkich poziomów napięć, a także inżynierom i wszystkim zainteresowanym tą tematyką.

Spis treści

Oznaczenia / 11

1. Wiadomości ogólne / 17
1.1. Wprowadzenie / 17
1.2. Przyczyny i skutki zwarć / 17
1.3. Cele obliczeń zwarciowych / 22
1.4. Zagadnienia zwarciowe w statystyce / 24
1.5. Zwarcia a ekonomika / 30
1.6. Jednostki względne / 31

2. Przebiegi zwarciowe i charakteryzujące je wielkości / 36
2.1. Wprowadzenie / 36
2.2. Zwarcie trójfazowe generatora synchronicznego / 37
2.2.1. Wybrane prawa elektrotechniki / 37
2.2.2. Prądy zwarciowe przy pominięciu rezystancji uzwojeń / 41
2.2.3. Prądy zwarciowe przy uwzględnieniu rezystancji uzwojeń / 45
2.2.4. Obrazy strumieni i reaktancje zastępcze / 47
2.2.5. Wzory na prądy zwarciowe / 49
2.2.6. Wpływ asymetrii magnetycznej wirnika / 52
2.2.7. Wpływ regulacji napięcia / 55
2.2.8. Wpływ obciążenia wstępnego / 57
2.3. Wielkości charakteryzujące prądy zwarciowe / 58
2.4. Zwarcia dwufazowe / 60
2.4.1. Prądy zwarciowe / 60
2.4.2. Wpływ asymetrii magnetycznej wirnika / 65
2.5. Wpływ lokalizacji zwarcia / 67
2.6. Zwarcie zacisków silnika indukcyjnego / 70
2.7. Specyfika zwarć doziemnych / 73
2.7.1. Zwarcie i wyłączenie zwarcia w obwodzie z pojemnościami / 74
2.7.2. Zwarcie w sieci z izolowanym punktem neutralnym / 77
2.7.3. Zwarcie w sieci z punktem neutralnym uziemionym za pomocą dławika / 86
2.7.4. Zwarcie w sieci z punktem neutralnym uziemionym za pomocą rezystora / 91
2.7.5. Zwarcie w sieci z punktem neutralnym uziemionym bezpośrednio / 93
2.8. Rezystancja w miejscu zwarcia (rezystancja przejścia) / 94
2.9. Połączenia prądu stałego / 97
2.9.1. Układy połączeń prądu stałego i ich regulatory / 98
2.9.2. Zwarcie po stronie prądu stałego / 101
2.9.3. Zwarcie w systemie prądu przemiennego po stronie prostownika / 103
2.9.4. Zwarcie w systemie prądu przemiennego po stronie falownika / 104
2.10. Wpływ farm wiatrowych na zwarcia w sieci / 106
2.10.1. Zwarcia bliskie / 106
2.10.2. Zwarcia odległe / 117

3. Metoda składowych symetrycznych / 119
3.1. Wprowadzenie / 119
3.2. Trójfazowy element sieciowy / 120
3.3. Wartości i wektory własne macierzy / 122
3.4. Przekształcenie 0, 1, 2 / 124
3.5. Interpretacja elektryczna składowych symetrycznych / 127
3.6. Impedancje sieci składowych symetrycznych / 134
3.7. Moc pozorna w składowych fazowych i symetrycznych / 137
3.8. Inne przekształcenia / 137

4. Modele elementów systemu elektroenergetycznego / 139
4.1. Wprowadzenie / 139
4.2. Generatory synchroniczne / 139
4.2.1. Schematy zastępcze we współrzędnych d, q / 140
4.2.2. Schematy zastępcze dla składowych symetrycznych / 144
4.2.3. Schematy zastępcze przy pominięciu asymetrii wirnika / 147
4.3. Napowietrzne linie elektroenergetyczne / 148
4.3.1. Modele dla stanów ustalonych i nieustalonych wolnozmiennych / 148
4.3.2. Pojęcie obwodu ziemnopowrotnego / 153
4.3.4. Modelowanie wpływu przewodów odgromowych i wiązkowych / 163
4.3.5. Modelowanie linii dwutorowych i wielotorowych / 170
4.3.6. Specyfika linii niskiego napięcia / 177
4.3.7. Linie napowietrzne SN wykonane przewodami izolowanymi / 179
4.3.8. Wyznaczanie pojemności linii napowietrznych / 179
4.3.9. Fizyczny, trójfazowy model linii napowietrznej / 183
4.3.10. Parametry typowych linii napowietrznych WN i NN spotykanych w elektroenergetyce krajowej / 183
4.4. Linie kablowe / 187
4.4.1. Parametry podłużne linii kablowych / 189
4.4.2. Parametry poprzeczne linii kablowych / 200
4.5. Transformatory energetyczne 203
4.5.1. Dwa uzwojenia sprzęgnięte magnetycznie 203
4.5.2. Przykładowe parametry transformatorów 208
4.5.3. Modele transformatorów dwu- i trójuzwojeniowych dla składowej zgodnej / 211
4.5.4. Modele transformatorów dwu- i trójuzwojeniowych dla składowej zerowej / 221
4.5.5. Modele transformatorów wielouzwojeniowych / 233
4.5.6. Modele przesuwników fazowych / 245
4.5.7. Transformacja prądów zwarciowych / 272
4.6. Odbiory / 283
4.6.1. Odbiory kompleksowe / 283
4.6.2. Silniki indukcyjne / 283
4.6.3. Silniki synchroniczne 284
4.7. Modele OZE do analiz zwarciowych / 285
4.7.1. Modelowanie farm wiatrowych / 285
4.7.2. Modelowanie farm fotowoltaicznych / 287
4.8. Podsystemy zewnętrzne / 287
4.9. Rezystancja łuku zwarciowego / 292

5. Zwarcia w sieciach z bezpośrednio uziemionym punktem neutralnym / 299
5.1. Wprowadzenie / 299
5.2. Zwarcia pojedyncze / 299
5.2.1. Zwarcie trójfazowe / 300
5.2.2. Zwarcie jednofazowe / 304
5.2.3. Zwarcie dwufazowe 312
5.2.4. Zwarcie dwufazowe z ziemią / 315
5.2.5. Zestawienie wzorów / 322
5.2.6. Zwarcia w innych fazach / 322
5.2.7. Przykłady obliczeń / 325
5.3. Przerwy w fazach / 337
5.3.1. Przerwa w trzech fazach / 338
5.3.2. Przerwa w dwóch fazach / 339
5.3.3. Przerwa w jednej fazie / 341
5.4. Zakłócenia wielokrotne / 343
5.4.1. Zwarcia podwójne dwumiejscowe / 344
5.4.2. Podwójne zwarcie jednofazowe / 346
5.4.3. Inne zakłócenia wielokrotne / 351

6. Zwarcia doziemne w sieciach SN / 353
6.1. Wprowadzenie / 353
6.2. Sieci z izolowanym punktem neutralnym / 360
6.3. Sieci z punktem neutralnym uziemionym przez dławik / 368
6.4. Sieci z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor / 374

7. Zalecenia normatywne / 381
7.1. Wprowadzenie / 381
7.2. Standaryzacja obliczeń zwarciowych / 382
7.3. Obliczenia według normy PN-74/E-05002 / 383
7.4. Ogólna charakterystyka normy PN-EN 60909-0 / 384
7.4.1. Podstawowe definicje, symbole i założenia / 384
7.4.2. Modelowanie elementów sieci / 387
7.4.3. Specyfika obliczeń zwarć w pobliżu generatorów / 391
7.4.4. Uwzględnianie wpływu silników indukcyjnych na prąd zwarcia / 391
7.5. Obliczanie wielkości zwarciowych według zaleceń normy PN-EN 60909-0 / 392
7.5.1. Początkowy symetryczny prąd zwarcia / 392
7.5.2. Zwarcia dwufazowe / 397
7.5.3. Zwarcia dwufazowe z ziemią / 398
7.5.4. Zwarcie jednofazowe z ziemią / 399
7.5.5. Udarowy prąd zwarcia / 399
7.5.6. Prąd wyłączeniowy / 403
7.5.7. Ustalony prąd zwarcia / 407
7.6. Obliczanie cieplnego efektu prądu zwarcia / 409
7.7. Podstawy teoretyczne metody korygowania wartości impedancji elementów / 412

8. Metody ograniczania prądów zwarcia / 414
8.1. Wprowadzenie / 414
8.2. Metody związane z powiększaniem impedancji zwarciowej / 417
8.2.1. Dławiki zwarciowe / 417
8.2.2. Transformatory z uzwojeniami dzielonymi / 419
8.2.3. Kształtowanie struktury sieci / 421
8.3. Urządzenia ograniczające wartość prądu zwarcia / 423
8.3.1. Bezpieczniki i ograniczniki / 423
8.3.2. Sprzęgła rezonansowe / 424
8.3.3. Szybkie łączniki tyrystorowe / 424
8.3.4. Elementy nieliniowe wyzwalane temperaturowo / 425

9. Przykłady obliczeń zwarciowych / 433
9.1. Wprowadzenie / 433
9.2. Analiza zwarć trójfazowych w prostych układach sieciowych / 434
9.3. Wyznaczanie wielkości zwarciowych w prostych układach sieciowych / 436
9.4. Wyznaczanie wielkości zwarciowych dla zwarć niesymetrycznych / 442
9.5. Wymiana transformatora 110/SN na jednostkę o większej mocy – konsekwencje zwarciowe / 457
9.6. Analiza zwarć między generatorem a transformatorem blokowym / 460
9.7. Analiza zwarciowa z udziałem źródeł OZE / 462
9.8. Analiza zwarciowa w złożonych układach sieciowych / 473

10. Obliczenia komputerowe / 495
10.1. Wprowadzenie / 495
10.2. Macierzowe równia sieci / 496
10.2.1. Równania węzłowe / 496
10.2.2. Łączenie sieci / 499
10.2.3. Przekształcanie sieci przez eliminację węzłów / 501
10.2.4. Związki między macierzą admitancyjną i impedancyjną / 505
10.3. Modelowanie i analiza zwarć w sieci wielowęzłowej / 509
10.3.1. Zależności podstawowe / 509
10.3.2. Wyznaczanie prądów w miejscu zwarcia / 512
10.3.3. Rozpływ prądów zwarciowych / 515
10.3.4. Impedancja Thevenina widziana z dwóch węzłów sieci / 520
10.4. Wyznaczanie macierzy impedancyjnej metodą przyłączania gałęzi / 523
10.4.1. Metoda El-Abiada / 523
10.4.2. Dodanie nowego węzła w istniejącej gałęzi / 529
10.5. Zastosowanie faktoryzacji macierzy admitancyjnej węzłowej / 531
10.5.1. Podstawy metody faktoryzacji 532
10.5.2. Uwagi o realizacji numerycznej algorytmu faktoryzacji / 537
10.5.3. Technika macierzy rzadkich / 541
10.6. Obliczanie parametrów ekwiwalentów zwarciowych / 546
10.6.1. Zależności matematyczne / 546
10.6.2. Zastosowanie metody przyłączania gałęzi / 547
10.6.3. Zastosowanie metody faktoryzacji / 547
10.6.4. Problemy wymiany ekwiwalentów / 547
10.7. Przykład programu zwarciowego / 549
10.7.1. Program SCC – uwagi wstępne / 551
10.7.2. Program SCC – dane wejściowe / 552
10.7.3. Program SCC – obsługa / 565
10.7.4. Program SCC – obliczenia zwarciowe / 571

11. Symulacyjne wyznaczanie przebiegów zwarciowych / 579
11.1. Wprowadzenie / 579
11.2. Generatory synchroniczne i wzbudnice / 583
11.2.1. Generatory synchroniczne / 583
11.2.2. Wzbudnice i regulatory napięcia generatorów synchronicznych / 595
11.3. Silniki / 600
11.4. Linie elektroenergetyczne 607
11.4.1. Modele trójfazowe wykorzystujące elementy skupione / 607
11.4.2. Modele składowych symetrycznych wykorzystujące elementy skupione / 608
11.4.3. Modele łańcuchowe / 609
11.4.4. Modele falowe / 611
11.5. Transformatory / 615
11.5.1. Modele składowych symetrycznych wykorzystujące elementy skupione / 615
11.5.2. Modele trójfazowe wykorzystujące elementy skupione / 619
11.6. Łuk elektryczny / 621
11.6.1. Dynamiczny model łuku pierwotnego / 621
11.6.2. Statyczny model łuku pierwotnego / 626
11.6.3. Dynamiczny model łuku wtórnego / 628
11.7. Farmy wiatrowe / 632
11.7.1. Turbiny wiatrowe / 633
11.7.2. Elektrownia wiatrowa z prądnicą indukcyjną dwustronnie zasilaną / 634
11.7.3. Elektrownia wiatrowa z prądnicą synchroniczną / 646
11.8. Elektrownie fotowoltaiczne / 651
11.9. Numeryczne aplikacje modeli / 656
11.9.1. Numeryczne rozwiązywanie równań różniczkowych 656
11.9.2. Numeryczne rozwiązywanie równań różniczkowo-algebraicznych / 660
11.9.3. Różnicowe modele elementów sieci / 661
11.9.4. Różnicowe równania sieci / 667
11.10. Programy symulacyjne / 669
11.11. Przykłady symulacji / 690
11.11.1. Zwarcia w linii jednotorowej WN / 691
11.11.2. Zwarcia w linii dwutorowej WN / 700
11.11.3. Zwarcia doziemne w sieci SN / 703
11.11.4. Zwarcie w sieci z przesyłem prądem stałym (HVDC) / 708
11.11.5. Zwarcie wewnętrzne w transformatorze / 712
11.11.6. Zwarcie w układzie z generatorem synchronicznym / 713
11.11.7. Zwarcie w układzie z elektrownią wiatrową / 715
11.11.8. Zwarcie w układzie z farmą fotowoltaiczną / 719
11.12. Symulatory działające w czasie rzeczywistym / 725

Literatura / 741

D. Systemy testowe / 755
D.1. System testowy 3G / 755
D.2. System testowy 7G / 757
D.3. System testowy New England / 760
D.4. System testowy KZ / 767
D.5. System testowy EC / 768

O autorach / 773