ANALIZA ZAKŁÓCEŃ W SIECIACH ELEKTROENERGETYCZNYCH WYWOŁANYCH WYŁADOWANIAMI PIORUNOWYMI

This paper deals with analyzing specific transient states of voltages in electric power systems of high voltages. The paper presents the results of the analysis of operational disturbances caused by lightning discharges in 110 kV power system. Furthermore, the analysis results of lightning surges as well as the optimization results of a surge protection system installed in a 110 kV substation are presented. A model of an electric power system (overhead lines and substation) and all simulations were performed using computer software Electromagnetic Transients Program-Alternative Transients Program (EMTP-ATP). This model is based on a set of appropriately connected elements (distributed and lumped parameter elements) taking wave effects and nonlinear effects into consideration.W artykule przedstawiono złożoność problematyki analizy stanów nieustalonych napięć pojawiających się w układzie elektroenergetycznym wskutek bezpośrednich wyładowań piorunowych do elementów konstrukcyjnych linii napowietrznej. Analiza zakłóceń eksploatacyjnych wywołanych wyładowaniami piorunowymi dotyczy układu elektroenergetycznego o napięciu znamionowym 110 kV. Przedstawione wyniki stanowią przykład analizy narażeń napięciowych układów izolacyjnych aparatów stacyjnych z uwzględnieniem rożnych wariantów zastosowanej ochrony przepięciowej w analizowanej stacji. Symulacje opisywanego zakłócenia zostały dokonane przy pomocy programu The Electromagnetic Transients Program - Alternative Transients Program (EMTP-ATP)

Reduction of the Environmental Impact of Electric Field Generated by High Voltage Power Transmission Lines

The growing interest in the negative environmental impact of overhead power lines of high and extra-high voltage stems from the increasing ecological awareness of societies. Consequently, a number of respective legal restrictions have been issued and actions have been undertaken to reduce this impact, especially in the electric field of the power frequency. The aim of this paper is to analyze the possibilities of reducing the width of electric field influence zones by changing the design parameters of power lines and defining the spatial distribution of its conductors. This analysis was carried out using the developed and experimentally verified models for determining the electric field and audible noise in the power line environment. The computational models were used to analyze the width of the electric field influence zones of 400 kV lines and the noise levels at the borders of these zones. The research focused on single and double circuit 400 kV power lines. It was revealed that a reduction in electric field emissions is accompanied by an increase in noise emission. However, the analyses confirmed that the width of the electric field influence zones can be significantly reduced if the most important design and construction parameters of the line are properly selected. The obtained conclusions are valid not only for 400 kV lines, but also set directions to follow when changing the parameters of high voltage transmission lines of other rated voltages (above 100 kV)

Modelowanie ulotu elektrycznego dla analizy warunków eksploatacyjnych wysokonapięciowych układów elektroenergetycznych rozprawa doktorska /

Tyt. z ekranu tytułowego.Praca doktorska. Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica (Kraków), 2007.Bibliogr.Dostępna także w wersji drukowanej.Tryb dostępu: Internet.Warunki projektowania, eksploatacji wysokonapięciowych układów elektroenergetycznych, narażenia eksploatacyjne, wytrzymałość elektryczna układów izolacyjnych, koordynacja izolacji, zjawisko ulotu elektrycznego w koordynacji izolacji, teoretyczne aspekty ulotu elektrycznego, warunki występowania, efekt biegunowości, wpływ ładunku przestrzennego, kryteria projektowe wynikające ze zjawiska ulotu elektrycznego, ulotowe straty mocy czynnej, hałas jako efekt ulotu elektrycznego, zakłócenia radioelektryczne, analiza pola elektrycznego w liniach przesyłowych wysokiego napięcia, model matematyczny pola elektrycznego, obrazy pola elektrycznego w wybranych konstrukcjach linii przesyłowych, wpływ konstrukcji przewodów fazowych na rozkład pola elektrycznego, modelowanie układów elektroenergetycznych dla analizy wpływu ulotu na warunki propagacji przepięć atmosferycznych, piorunowe zaburzenia elektromagnetycznego, model matematyczny linii elektroenergetycznych w warunkach ulotu, istota modelu linii elektroenergetycznych, modele linii długich, implementacja modeli ulotu elektrycznego w modelach linii elektroenergetycznych, modele konstrukcji wsporczych, uziomów w warunkach oddziaływania przepięć atmosferycznych, modele stacji elektroenergetycznej, analiza narażeń napięciowych układów elektroenergetycznych z uwzględnieniem odkształcenia, tłumienie fal przepięciowych, estymacja parametrów σG i σC modelu ulotu elektrycznego, programowa forma realizacji modelu ulotu elektrycznego w programie EMTP-ATP, analiza porównawcza efektywności, analiza propagacji fal przepięciowych w liniach elektroenergetycznych, jednotorowa linia przesyłowa o napięciu 400 kV, dwutorowa linia rozdzielcza o napięciu 110 kV, analiza narażeń przepięciowych rozdzielni elektroenergetycznyc

Electricity Distribution Effectiveness

This paper discusses the basic concepts of cost accounting in the power industry and selected ways of assessing the effectiveness of electricity distribution. The results of effectiveness analysis of MV/LV distribution transformer replacement are presented, and unit costs of energy transmission through various medium-voltage line types are compared. The calculation results confirm the viability of replacing transformers manufactured before 1975. Replacing transformers manufactured after 1975 – only to reduce energy losses – is not economically justified. Increasing use of a PAS type line for energy transmission in local distribution networks is reasonable. Cabling these networks under the current calculation rules of discounts for excessive power outages is not viable, even in areas particularly exposed to catastrophic wire icing

Analysis of Possibilities to Reduce the Voltages Induced in Multi-circuit and Multi-voltage Overhead Lines

This paper presents the issues of electromagnetic interactions in a four-circuit and dual-voltage power line. Such solutions are increasingly used in practice due to difficulties in land acquisition for the construction of new power lines. Lines of this type, however, have some disadvantages, incl. the electromagnetic interactions between the circuits and voltages induced as their consequence. These issues are considered in relation to an existing four-circuit, 110 kV and 15 kV line. Results of the studies of the interaction effects in a real system, and an analysis of selected ways to reduce the voltage induced in 15 kV line circuits are presented

Study of the Lightning Overvoltage Protection Effectiveness of High Voltage Mixed Overhead Cable Power Lines

In this paper, the effectiveness of lightning overvoltage protection of cables in high voltage overhead cable lines has been analyzed. Because of the high overvoltage level, the cables are protected by surge arresters and by metallic sheath earthing. However, in practice, quite a lot of cases of electricity-evoked damage to the cable outer sheaths are observed, proving that the effectiveness of the protection used is insufficient. As a result, the cables are exposed to environmental factors, especially moisture penetration, which contributes to cable degradation. To explain the causes of this situation, simulation studies were carried out to determine the relevant factors affecting the level of expected overvoltages. The circuit-field model of the overhead cable line in EMTP-ATP, COMSOL and MATLAB software was used for determining overvoltages on the main cable insulation and the outer protective sheath. The studies reveal that the efficiency of the cable insulation overvoltage protection is ensured regardless of the lightning strike location and the crest value of its current. However, the obtained results confirm that no matter the applied protection, the cable outer sheaths may be exposed to overvoltages with higher values than those of the main insulation. Although the analysis was performed for 110 kV lines, the conclusions are general and are also applicable to power lines with higher rated voltages

Statistical Assessment of Electric Shock Hazard in MV Electrical Power Substations Supplied from Networks with Non-Effectively Earthed Neutral Point

This paper focuses on the evaluation of the electric shock hazard accompanying earth faults in a non-effectively earthed medium-voltage (MV) electrical power network. This hazard depends on the duration and value of the fault current. While the fault current depends on several factors, the most important is the neutral point earthing method. The value of the fault current affects the earthing-electrode voltage value, being the basis for the assessment of electric shock hazard in MV/LV substations. The earthing-electrode voltage is also influenced by the resistance of the substation earthing, which in practice is random. Therefore, an original statistical evaluation method for assessing the electric shock hazard has been developed and presented in this paper. It is based on a statistical model of the MV/LV substation earthing resistance, worked out on the basis of experiments and measurements in real electrical power networks. This method can be used for the determination of statistical distributions of earthing-conductor voltages in real electrical power networks, and on this basis, the MV/LV substations with rates of electric shock hazard that are too high can be indicated. This also makes it possible to determine the longest permissible fault current interruption times or the highest permissible earthing resistances for specific substations. This method is also applicable when selecting the neutral point earthing method. The developed method was used in all of the above proposed areas by performing calculations on a model of a real 15 kV network with the neutral point earthed by a resistor. This analysis proves the practicability of the method both at the stage of designing power networks, and when a change in the neutral point earthing method in existing networks is being considered. Particularly valuable is also the statistical model of an earthing electrode resistance, developed on the basis of measurements in 2408 MV/LV substations, which may also be applicable in the future studies

Tests and analysis of earth faults in the medium voltage network of Innogy Stoen Operator for selection of earthing resistor

Przedmiotem artykułu jest analiza doboru parametrów zespołów uziemiających, którą przeprowadzono dla wybranych obszarów sieci 15 kV eksploatowanej przez innogy Stoen Operator. W artykule omówiono wybrane zagadnienia problematyki ziemnozwarciowej w sieciach z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor, takie jak zagrożenie porażeniowe, warunki działania zabezpieczeń ziemnozwarciowych oraz przepięcia. Przedstawiono wyniki obliczeń uzyskanych przy pomocy opracowanych modeli komputerowych, których celem była analiza zagrożenia porażeniowego, działania ziemnozwarciowej automatyki zabezpieczeniowej oraz przepięć ziemnozwarciowych. Przeprowadzone pomiary i symulacje pozwoliły na sformułowanie wniosków i rekomendacji odnośnie wymaganych parametrów zespołów uziemiających oraz nastaw automatyki zabezpieczeniowej w stacjach zasilających.The article discusses the analysis aimed to select proper parameters of earthing sets. It was carried out for selected areas of the 15 kV network operated by the innogy Stoen Operator. The article discusses selected issues of earth fault problems in networks with a neutral point grounded by a resistor, such as shock hazard, operating conditions of earth fault protections and overvoltages. Results of calculations obtained with use of computer models developed for analysis of shock hazard and earth fault overvoltages as well as operation of earth fault protection are presented. The measurements and simulations made it possible to formulate conclusions and recommendations regarding the required parameters of earthing units and settings of protection automatics in power substations. Among other things, high efficiency of the applied earth fault protection automatics for all considered values of earthing resistors has been confirmed. In the analyzed pure cable networks, the determined values of ground voltages confirmed effective protection against electric shock. This condition is fulfilled with all analyzed earthing resistors and assuming that the earth resistance of the MV/LV substations is equal to 10 Ω. However, in overhead line sections, the ground voltages can reach high values. Improvement of this state can be achieved by low earth resistance of MV/LV substations and reduction of protection operation times

Analysis of constructional possibilities of limiting the width of the electromagnetic interaction zone of transmission lines

Strefa oddziaływania linii elektroenergetycznej rozumiana jest jako powierzchnia części nieruchomości, na której prawo własności doznaje uszczerbku z uwagi na ograniczenia w zagospodarowaniu terenu oraz konieczność zapewnienia bezpieczeństwa osób i mienia. Szerokość tej strefy determinuje wiele czynników, wśród których podstawowe znaczenie ma składowa elektryczna pola elektromagnetycznego (pole elektryczne) o częstotliwości sieciowej. Na wartości natężenia pola elektrycznego, oprócz napięcia linii wpływa rozmieszczenie przestrzenne przewodów roboczych. Przedmiotem artykułu jest analiza wpływu parametrów projektowych określających przestrzenne rozmieszczenie przewodów na szerokości strefy oddziaływania linii. Ma ona na celu określenie możliwości redukcji szerokości strefy oddziaływania linii elektroenergetycznych o napięciu 400 kV.The zone affected by the power line is understood as the area of the part of the land on which the right of ownership is adversely affected due to restrictions in land development and the need to ensure the safety of persons and property. The width of this zone is determined by many factors, among which the electric field with a frequency of 50 Hz has a basic importance. The value of the electric field strength is determined by the line voltages and the arrangement of the wires. The subject of this paper is the analysis of the influence of construction parameters determining the arrangement of wires. The aim of the analysis is to determine the possibility of reducing the width of the impact zone of 400 kV power lines. Minimising the environmental impact of power lines requires a comprehensive approach to the problem of electromagnetic and acoustic effects. Reducing the width of the electromagnetic interaction zone generally increases the intensity of the electric field on the surface of the wires and, as a result, the corona effect