BL20A0500 Sähkönjakelutekniikka

Transkriptio

1

2 BL0A0500 Sähkönjakelutekniikka Jakeluverkkojen tekninen laskenta

3 Sähköjohdot - sähkönjakelujohtojen ominaisarvoja Johto r [ohm/km] x [ohm/km] Jännite [kv] Oikosulkukestoisuus Kuormitettavuus [A] Jäähtymisaikavakio Amka 3x16+5,0 0,11 0, ka Amka 3x ,5 0,10 0, , ka Swan (4/6) 1,5 0,4 0,4 155,0 ka Sparrow (34/6) 0,85 0, ,7 ka 4 min Raven (54/9) 0,54 0, ,8 ka 6 min Al13 0, 0, ,6 ka 10 min Duck 0,05 0, ,5 ka AHXAMK-W 3x10 0,6 0, ,3 ka 47 min 3

4 Sähköjohdot Sähkönjakelujohdon häviöt kuormitushäviöt Ph 3 I R P U R Q U R tyhjäkäyntihäviöt v P0 3GU GU v Q0 3 BU BU (G 0 jakeluverkoissa) (merkitys vähäinen) 4

5 Sähköjohdot ja muuntajat Muuntajan häviöt kuormitushäviöt P h S S tyhjäkäyntihäviöt P n U P kn 0 P0n U n 5

6 Sähköjohdot ja muuntajat Häviöt 1-vaihejohdoissa Vertaillaan 3-vaihe- ja 1-vaihejohtoa, joilla on sama poikkipinta 3-vaihejohto P h3 3 I R 1-vaihejohto P h1 (3I ) R 6 P h3 6

7 Jännitteenalenema jakelujohdoissa Jännitteen itseisarvo kiinnostaa! U h IR cos IX sin (itseisarvojen erotus vaihejännitetasolla) Myös muuntajissa syntyy vastaavalla tavalla jännitteenalenemaa 7

8 Säteittäisen sähkönjakelujohdon jännitteenaleneman laskeminen R, X U1 U=? P, cos Energia W ensin tehoksi P ja tehokertoimeksi cos. Teho sitten virraksi I P 3 U cos Jännitteenalenema U h IR cos IX sin (tulos vaihejännitetasolla) Ongelma: Jännitettä U ei tiedetä virtaa laskettaessa. Ratkaisu: Oletetaan jännitteeksi alkupään jännite U 1 ja lasketaan virta sitä käyttäen. Virhe jännitteenaleneman laskennassa on pieni. Tarvittaessa iteroidaan ts. lasketaan uudestaan edellä saatua jännitettä käyttäen. 8

9 Muuntajan jännitteenalenema Muuntajan kilpiarvot ovat 0000/400 V, S n = 100 kva, P o = 00 W, P k = 1750 W, Z k = 4,0 %. Muuntajan kuorma on 100 kva, cos = 0,9. Mikä on muuntajan toisiojännite, kun ensiöjännite on V? 9

10 Muuntajan jännitteenalenema Muuntajan käämin suhteellinen oikosulkuresistanssi r k S P k n 1,75% Suhteellinen oikosulkureaktanssi x k z k r k 3,60% Muuntajan resistanssi toisiosta katsottuna Muuntajan reaktanssi toisiosta katsottuna R X k k U rk 0, 08 Sn U xk 0, 058 S n Muuntajan kuormitusvirta Muuntajassa syntyvä jännitteenalenema I S 3 U 144A Toisiojännite U h (1440,9 0, ,4360,058) V 400 U 0300 V - 3 7,V 393,5V 0000 (3,6 3,6) V 7,V 10

11 Jännitejäykkyys Jännitteen muutos kuormituksen muuttuessa. Jännitejousto (%/MW) pätötehon suhteen Jännitejousto (%/MVar) loistehon suhteen R U 100 X U 100 R ja X ovat syöttöreitin kokonaisresistanssi ja reaktanssi Esim. 0 km pitkä Al13-johto (r = 0,19 /km, x = 0,35 /km) U p = 1.1 %/MW U q = 1.8 %/MVar 11

12 Sähköjohdot ja muuntajat Häviöteho ja häviöenergia Häviöteho johdolle P h 3 I R Muuntajan häviöteho Häviöenergia t h = häviöiden huipunkäyttöaika P h W P 0 S S n P kn t hph tdtphth 0 tk 0,17tk 0, t k = kuormituksen huipunkäyttöaika = W/P max Häviökustannukset tehohäviöt tai energiahäviöt Kh P P h Kh W W h ( /a) ( /a) Tyypillisiä th arvoja: pj-verkko h kj-verkko 000 h sähköasema 3000 h muuntajan tyhjäkäyntihäviöt 8760 h 1

13 Jännite- ja häviölaskennan virhelähteet Epävarma tieto kuormituksesta suuruus tehokerroin ajallinen käyttäytyminen (häviölaskelmat) Virheet johtojen sähköteknisessä arvoissa lähes merkityksettömiä. 13

14 Käyttövarmuus ja luotettavuus Verkon käyttövarmuutta voidaan kuvata kokonaiskeskeytysaika/asiakas,a keskimääräinen keskeytysaika/vika,a vikojen lukumäärä/asiakas,a toimittamatta jääneen energian arvo/asiakas,a - keskeytyskustannus Kustannuslaskennassa voidaan keskeytyskustannukset ottaa huomioon yhtenä kustannuskomponenttina. Keskeytyskustannukset lasketaan asiakkaan näkökulmasta (>10 /kwh). Verkkoyhtiölle keskeytyskustannukset muotoutuvat todelliseksi rahaksi taloudellisen valvonnan kautta. Jokainen keskeytys vaikuttaa yhtiölle sallittavaan voittoon ja yhtiön tehokkuuslukuun. 14

15 Käyttövarmuuden tunnuslukuja Vikojen keskimääräinen määrä/asiakas,a (SAIFI, System Average Interruption Frequency Index) Vikojen keskimääräinen kesto/asiakas/vika (CAIDI, Customer Average Interruption Duration Index) Vikojen kokonaiskestoaika/asiakas,a (SAIDI, System Average Interruption Duration Index) SAIDI = SAIFI * CAIDI Jälleenkytkentöjen keskimääräinen määrä/asiakas,a (MAIFI, Momentary Average Interruption Frequency Index) 15

16 Käyttövarmuus ja luotettavuus Käyttövarmuus(luotettavuus)laskennan kohteita: kauko-ohjattujen erotinasemien paikat vianilmaisimien paikat uuden sähköaseman vaikutukset käyttövarmuuteen uuden kj-lähdön vaikutukset käyttövarmuuteen 16

17 Luotettavuuslaskenta VERKON KÄYTTÖVARMUUDEN MÄÄRITTÄMINEN Tarvittavia lähtötietoja: verkkotiedot komponenttien vikataajuudet komponenttien korjausajat toimittamatta jääneen sähkön arvo Tuloksia: sähkönkäyttäjien keskimääräiset vikataajuudet kpl/a vikojen kestoajat h/vika, h/a toimittamatta jäänyt energia ja sen arvo 17

18 Säteittäisen jakeluverkon luotettavuusindeksien laskenta f ii f i keskeytystaajuus U = ii f i * t ij vuotuinen keskeytysaika t = U f keskeytyksen keskipituus E f * t * P toimittamatta jäänyt energia C ii f i a j b j ( t ij ) t ij P 18

19 Vikapaikan vaikutus keskeytysaikaan Kuinka pitkä keskeytys M1:lle aiheutuu eri komponenttien vioista? K E3 E6 E15 (kauko-ohjaus) T1 E1 K1 E K3 M4 E4 E7 E10 M1 E1 E11 E13 E14 M3 M K4 E9 (kauko-ohjaus) E5 E8 Korjausaika: T1, E1, K1, E, E3, E4, E5, Z1, E10,E11,E10-E11,M1 Kytkentäaika (nopea): K3,E9,E1,E13,E14,E15,E14-E9,E1-E15,E13-M3,M,M3 Kytkentäaika (hidas): E7,E7-E10, M4 Kauko-ohjaus 19

20 KAH-hinnat keskeytyskustannusten laskennassa Vikakeskeytys Työkeskeytys PJK AJK Asiakasryhmä /kw /kwh /kw /kwh /kw /kw Kotitalous 0,36 4,9 0,19,1 0,11 0,48 Maatalous 0,45 9,38 0,3 4,8 0, 0,6 Julkinen 1,89 15,08 1,33 7,35 1,49,34 Palvelu,65 9,89 0,,8 1,31,44 Teollisuus 3,5 4,45 1,38 11,47,19,87 Painotettu keskiarvo 1,1 11 0,5 6,8 0,55 1,1 Esimerkki: 1 tunnin vika keskijännitejohdolla, jossa 500 asiakasta, teho 1500 kw keskeytyskustannus 1,1* *1500 = , josta 50 % vaikuttaa verkkoyhtiölle sallittuun voittoon 0

21 KAH-hinnat keskeytyskustannusten laskennassa Asiakasmäärä Energia [MWh] Ryhmän keskiteho [kw] Keskiteho [kw/as] Kotitalous 5,9 1,43 Maatalous 5 5,9,97 Teollisuus ,1 9,13 Julkinen ,3 1,6 Palvelu ,6 1,60 Keskeytykset/asiakas, a Kustannus Asiakasmäärä Keskiteho Keskeytysaika KAH Keskeytyskustannukset: TAI Kustannus Asiakasryhmän keskiteho Keskeytysaika KAH kpl h kpl h kpl kpl Yht Kotitalous 5,1 4,9 0,5 6,3 3,1, % Maatalous 13,4 194,9 1,4 8,5 11,9 7, % Teollisuus 160,7 781,5 1,6 104,7 00,0 5, % Julkinen 11,9 66,3 1,7 9, 18,7 5, % Palvelu 1, 167, 0,4 36,5 0,9 7, % /a 11 % 63 % 1 % 9 % 13 % 4 % Keskeytysaika, vika 3,5h Keskeytysaika, suunniteltu 1h Keskeytysmäärä, vika 5 kpl Keskeytysmäärä, suunniteltu 1 kpl PJK 10 kpl AJK kpl KAH-arvot Vika Työ PJK AJK /kw /kwh /kw /kwh /kw /kw Kotitalous 0,36 4,9 0,19,1 0,11 0,48 Maatalous 0,45 9,38 0,3 4,8 0, 0,6 Teollisuus 3,5 4,45 1,38 11,47,19,87 Julkinen 1,89 15,08 1,33 7,35 1,49,34 Palvelu,65 9,89 0,,8 1,31,44 1

22 Käyttövarmuuden parantaminen Vikojen ehkäisy (SAIFI) rakenteiden ja laitteiden valinta johtojen sijoittelu johtokatujen leveys huollot ja tarkastustoiminta sähköteknisen tilan seuranta mekaanisen kunnon seuranta suojausjärjestelyt (sammutuksen käyttö)

23 Käyttövarmuuden parantaminen Vikojen vähentäminen/asiakas (SAIFI) verkoston kehittäminen (vikataajuus/katkaisija) uudet sähköasemat uudet lähdöt välikytkinasemat Vikojen vaikutusten vähentäminen (keskeytysaika,caidi) kauko-ohjatut erotinasemat vianilmaisimet vian laskennallinen paikantaminen organisaation 'viritys' 3