Word Pro - 01 HAF 2013 Das 420kV System und der Generator · Institut EASI Dortmund 01_HAF_2013_Das 420kV_System_und_der_Generator Page No. 1 von 29 Läufer einer Synchronmaschine

Literatur „ENT_Folien_Kap4 bilder.pdf”

22 März 2013Prof. Dr.-Ing. Karl-Josef DiederichUniversity of Applied Sciences and ArtsPage No. 1 von 2901_HAF_2013_Das 420kV_System_und_der_GeneratorInstitut EASI Dortmund

Läufer einer Synchronmaschine


Ersatzschaltbild und Zeigerdiagramm der VollpolsynchronmaschineEZS Erzeuger Zählpfeil SystemLiteratur „energiewandler_ersatzschaltbild.pdf”


3 Phasengenerator ohne Innenimpedanz

Netznennspannung Un = 380 kV maximale Netzdauerspannung Um = 420 kV

Komplexe Grössen U1E

420kV3 ej0o U2E

420kV3 ej120o U3E

420kV3 ej120o

Spannung im Zeitbereich u1Et 420kV 2

3 sin2ft u2Et 420kV 23 sin2ft 2

3 u3Et 420kV 23 sin2ft 2

3


Bild 5: Dreiphasiges Drehstrom-System, Spannung Leiter-Erde , gelb uLE1(t) , grün uLE2(t) , violett uLE3(t)


Spannungswerte

RMS Effektivwert,Um 420kVverkettete Spannung

RMS, Leiter gegen ErdeULE 420kV3 242, 4871kV

Amplitude, Leiter gegen ErdeuLE Um 23 342, 9286kV

Effektivwert, T = 20 msUrms 1T

t0

tT

ut2 dt


Folgender Ausdruck gibt korrekt den momentanen Effektivwert als Zeitfunktion im Drehstromsystem an:

RMS als Funktion von tUrmst uRt2uSt2uTt2

3

sqrt((v(E1)^2+v(E2)^2+v(E3)^2)/3) RMS als Funktion von t, Syntax in MicrCap

In Micro-Cap kann der Effektivwert auch mit dem folgenden Integral berechnet werden,welches von 0s bis zur laufenden Zeit tL geht

RMS in MC, nur bei konstanten Werten brauchbarUrms 1T

t0

ttLut2 dt

Es wird dann aber die Vorgeschichte bewertet. Dadurch gibt der Ausdruck in MC „rms(v(E1))” in MC nie den richtigenWert des aktuellen Effektivwertes an.


Bild 8: Dreiphasiges Drehstrom-System mit Urms (t) = 242,5 kV , schwarzer gerader Verlauf ist der Effektivwert über der Zeit


Spannungswerte

In der Hochspannung nimmt man die Amplitude der Spannung Leiter gegen Erdeals Bezugswert für Prüfspannungen ULI , USI und Uw1min

Amplitude, Leiter gegen ErdeuLE Um 23 342, 9286kV

Hier in HAF benutzen wir als Bezugswerte

RMS Effektivwert, verkettete SpannungUm 420kV

RMS Effektivwert, Leiter - ErdeULE 420kV3 242, 4871kV

Der bezogene Wert der Spannung Ux wird berechnet mit

bezogene Spannung, Einheit pu = per unitux UxvUm

UxLEULE

1 pu = 1 = 100% von Um


Synchronmaschine im stationären BetriebBild Drehstromturbogenerator Bild 5.3 Seite 78 Happoldt Oeding Elektrische Krafterke und Netze

Fotos von Synchronmaschinen Energiewelten Ordner 132

Zeigerdiagramm der Synchronmaschine nach Schwab Seite 229 Bild 6.9

Für das Zeigerdiagramm wird hier das Erzeuger Zählpfeil System EZS angewendetDie berechnete Leistung ist dann die abgegebene Leistung des Generators. P > 0 heisst, der Generator gibt Leistung ab.


Synchronmaschine, Werte auf die Hochspannungsseite 420 kV bezogen

Nennscheinleistung SN 1GVA 1000MVA

Nennwirkleistung PN 800MW

Klemmenspannung gegen Erde UK 242, 487kV

Nennstrom, Betrag IN 1375A

Leistungsfaktor PF cosN 0, 8

Winkel, Strom I eilt nach ; ; N U I 36, 87o U 0o I 36,87o

Synchrone Impedanz Xd 352, 8

Nennstrom, komplex I N 1100A j 824, 786A

Lastimpedanz, Serienschaltung ZLs 141, 12 j105, 84

Lastimpedanz, Parallelschaltung , RLp 220, 5 XLp 294


Synchronmaschine, Werte auf die Hochspannungsseite 420 kV bezogen

Polradspannung, komplex UP UK I N jXd 533, 5kV j388kV

Polradspannung, Betrag UP 659, 6kV

Polradwinkel, grad 36, 027o

Scheinleistung, komplex SN 3 UK I N 800MW j600Mvar

Wirkleistung PN re3 UK I N SN cosN 800MW

Blindleistung QN im3 UK I N SN sinN 600Mvar

Mechanische Leistung Pm 3 UKUPXd sin 800MW

Drehmoment M Pm2f 3 UKUP2fXd sin 2, 546MJ


Ziegerdiagramm Synchronmaschine

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

re(U)/kV ; re(I)/A/10

im(U

)/kV

; im

(I)/A

/10

UKUPIK*jXdIN

Klemmenspannung UK , Polradspannung UP , Spannungsfall IK*jXd , Strom IN


01_HAF_2012_Aufgabe_01_Synchron_Generator

Aufgabe 01: Gegeben: Klemmenspannung UK = 242,5 kV , Belastung in Sternschaltung, RL = 299,1 , im InselbetriebBerechnen Sie I , Up , U Xd = I*jXd , S , P , M !Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm mit U und I !


Gleichungen für die Lösung der Übungsaufgabe 01

Laststrom I L UKRL

Polradspannung, komplex UP UK I L jXd

Polradwinkel argUP

Spannung an Xd UXd I L jXd

Scheinleistung, komplex SL 3 UK I L

Wirkleistung PL re3 UK I N

Blindleistung QL im3 UK I N

Mechanische Leistung Pm 3 UKUPXd sin

Drehmoment M Pm2f 3 UKUP2fXd sin

Lösung: I = 810,723 A ; UP = 242,5 kV + j 286 kV = 375 kV *exp(j0,868) ; U Xd = j 286 kV S = P = 589,8 MW ; M = 1,877 MJ = 1,877 MNm (Mega*Newton*Meter)


01_HAF_2012_Aufgabe_02_Synchron_Generator

Aufgabe 02:

Polradspannung wie in Aufgabe 01Up = 242,5 kV + j 286 kV = 375 kV *exp(j0,868) Belastung in Sternschaltung RL = 600

Berechnen Sie I , UK , U Xd = I*jXd , S , P , M !

Bestimmen Sie Up so, dass UK = 242,5 kV und rechnen Sie neu I , U Xd = I*jXd , S , P , M

2011_SS_HAF_01_Aufgabe_03_Synchron_Generator

Aufgabe 03:

Klemmenspannung UK = 242,5 kV , Lastimpedanz, Parallelschaltung , RLp 220, 5 XLp 294

Berechnen Sie I , Up , U Xd = I*jXd , S , P , Q , M !


Dreiphasen-Synchrongenerator im Inselbetrieb zu 2011_SS_HAF_01_Aufgabe_01_Synchron_Generator

mit Synchron-Induktivität Ld = 1,123H (Xd = 352,8 Ohm) und RL = 299,1 Ohm Last


zu 2011_SS_HAF_01_Aufgabe_01_Synchron_Generator


Synchrongenerator am starren Netz

UP PolradspannungUnetz Spannung des starren Netzes


Gleichungen zur Berechnung von Strom und Spannung der Synchronmaschine am starren NetzBerechnung des Stromes, wenn UP und UK gegeben sind:

I EPUKjXd

I EpcosjEpsinUKjXd

EpcosUKjEpsinjXd

I jEpsinjXd

EpcosUKjXd

I EpsinXd

EpcosUKjXd

S UK I P jQ UK I cos jUK I sin

S UK I UK

EpsinXd

EpcosUKjXd

S UKEpsinXd j UK

EpcosUKXd

P UKEpXd sin Q

UKEpcosUK2

Xd

Wirkleistung pro 1 Phase Blindleistung pro 1 Phase


2011_SS_HAF_01_Aufgabe_04_Synchron_Generator_am_Netz

Aufgabe 04:

Synchrongenerator am starren Netz, siehe Bild obenUP = 264,7 kV + j 272,6 kV = 380 kV *exp(j0,8)

UK = 242,5 kV ; UNetz = 242,5 kV ; RL = 400 ; Xd = 352,8

Berechnen Sie: ILd , IRL ,IRNetz , U Xd = U P - UK , S , P

Zählpfeil: Der Strom I fließt aus dem Generator raus.Wo fließt der Strom ILd hin ?Welcher Strom fließt durch LNetz ?Erstellen Sie eine Leistungsbilanz !


2011_SS_HAF_01_Aufgabe_05_SG_Netz_CB1_CB2Aufgabe 05:

1. Fall CB2 closed , CB1 open2. Fall CB2 open , CB1 closed3. Fall CB2 closed , CB1 closed

RN = 220,5 ; LN = 0,936 H , Ld = 1,123 H , Lnetz = 0HUP = 533,4 kV + j 388,1 kV = 659,6 kV *exp(j0,629)

Berechnen Sie alle Ströme, Spannungen und Leistungen !Diskutieren Sie den Einschaltvorgang des Synchrongenerators !Einschaltzeitpunkt des Synchrongenerators TON(CB1) = 100 ms .



Aufgabe_06_SS2010_Synchron_Generator_Beispiel

Für den Synchronisierungsvorgang wird der Verlauf der Polradspannung so eingestellt,das zur Zeit t = 100ms die Spannungen UKs = UP1 beträgt. Dann wird zu geschaltet.Die Zeitfunktion lautet in MathCad

Upvonz UKs 2 sin 2 fN tsyn 1 exptsyn 100ms( )

150ms

USynb 2 sin 2 fN tsyn USyn

in MicroCap lautet die SyntaxUpvonz = 242.5k*sqrt(2)*sin(2*PI*50*t)+(1-exp(-(t-100m)/150m)*485k*sqrt(2)*sin (2*PI*50*t+0.927)

Der Synchronisierungs- und Einschaltvorgang ist auf der nächsten Seite dargestellt.


Synchronisierungsvorgang bei t = 100 ms


Aufgabe_07_SS2010_Synchron_Generator_Umrechnung auf 27 kV

Magnetisierung des Polrades und Erzeugeung der Leerlaufspannung UP

Zahlenwerte hier ähnlich wie in Datei „SS09_EA_Aufgabe_10.pdf” Uni Stuttgart

Leistungsfaktor PF cosN 0, 8Winkel, Strom I eilt nach U N U I 36, 87oPolradspannung, komplex UPN UK I N jXd 533, 5kV j388kVPolradspannung, Betrag auf der 420kV-SeiteUPN 659, 6kVPolradwinkel, grad N 36, 027o

Primäre Systemspannung Ump 27kVErreger-Gleichstrom Leerlauf dabei Ie0 4kA UKp

Ump3

Berechnen Sie die auf 27 kV bezogenen WerteSynchron-Impedanz des Generators Xdp

Polradspannung bei Nennbetrieb UPpN

Erregergleichspannung IeN


Aufgabe_08_SS2010_Synchron_Generator_Betriebszustaende

Berechnen Sie die folgenden Werte auf der 27 kV-Seite für 5 Betriebszustände der Synchronmaschine- Ständerstrom I- Scheinleistung S- Drehmoment M

; Imax = IN = 21380 A primärseitiger Nennstrom auf der 27 kV EbeneUK 27kV3

8.1 Up = UPN , N 36, 027o8.2 Up = UPN , N 36, 027o8.3 Up = UPN , max 70o8.4 Up = UPN ; 0o8.5 Up = 0,5*UK ; 0o


zu 8.3

Zeigerdiagramm zu Aufgabe 08_03 mit reduzierter Polradspannung, P = 990 MW ist zu gross ist UP muss weiter reduziert werden , bis P = 800 MW beträgt.Bedingung also Iw = 1100A


zu 8.3

Gesucht: UP I

Bedingung diese Polradspannung soll einen Winkel von +70° haben.UP UK I jXd

UP UK IwN jIb jXd UK IbXd jIwNXd

tan IwNXdUKIbXd

tan70o 1100A352,8242,487kVIb352,8

Ib = 4464 A


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