ד'/כסלו/תשע"ט מצגת בייצור וחלוקת החשמל תחנת כוח 1

ד'/כסלו/תשע"ט שרשרת חשמל ייצור הולכה והשנאה חלוקה 1

מבנה מערכת החשמל כדי להעביר אנרגיה חשמלית באופן כלכלי מתחנות הכוח עד למתקנו של הצרכן חייבים להקטין את הפסדי ההעברה למינימום. היות וההפסדים משתנים ביחס לריבוע של הזרם (p=I^2*r ), משתדלים להקטין את עוצמת הזרם ע"י העלאת רמת המתח. בהתחשב בגורמים כגון כמות האנרגיה, המרחק ומחירו של בנית קו במתח יותר גבוה. לכן מועברות האנרגיות מתחנות הכוח לתחנות מיתוג ואחרי כן לתחנות משנה ותחנות ההשנאה לשם קביעת המתח האופטימאלי המתאים למקום.

מערכת הייצור – כוללת את תחנות הכוח לסוגיהן הממירות אנרגיה מכאנית לאנרגיה חשמלית. מערכת המסירה – כוללת את הקווים במתח על ובמתח עליון, המחברים בין תחנות הכוח, תחנות המיתוג ותחנות המשנה. מערכת ההשנאה – כוללת את תחנות המשנה, המשנות את המתח ממתח עליון למתח גבוה

מערכת החלוקה – כוללת את קווי המתח הגבוה, המחלקים את האנרגיה מתחנות המשנה דרך תחנות ההשנאה (טרנספורמציה) ודרך קווי המתח הנמוך אל כ – 1.7 מיליון לקוחות החשמל במדינת ישראל. מערכת הבקרה וההשגחה – כוללת את הפיקוח הארצי על העומס, את פיקוחי המשנה צפון ודרום.

הגדרות מושגים ומילות מפתח חשמל – אמצעי להעברה של אנרגיות שונות . מתח - מתח השורר בין מוליכים מתח שזה נקרא גם מתח שלוב. ק"ו - קילו וולט. מתח נמוך - מתח אפקטיבי העולה על 50 וולט ואינו עולה על 1000 וולט. מתח גבוה - מתח אפקטיבי העולה על 1000 וולט ואינו עולה על 54 ק"ו. מתח עליון - מתח אפקטיבי העולה על 54 ק"ו ואינו עולה על 245 ק"ו. מתח על - מתח אפקטיבי העולה על 245 ק"ו. קו חלוקה - קו חשמל למתח גבוה בין תחנות משנה וצרכנים. מעגל - מערכת מוליכים תלת או חד מופעית המותקנים יחד, והמיועדים להעברת חשמל.

קו מתח על, עליון או מתח גבוה - מעגל אחד או יותר המורכבים על אותה שורה של עמודים ומשמשים להעברה של אנרגיה חשמלית במתח על, עליון או במתח גבוה. שדה - חלק של מסדר בו מותקן ציוד חשמלי המאפשר תפעול מעגלי מתח גבוה, עליון ועל. מסדר - צירוף של שדות או תאים המיועדים למטרה מוגדרת בתוך מערכת ייצור אנרגיה חשמלית, מסירתה או חלוקתה. במתח נמוך (DC או AC) מכונה מסדר, "חלוקה". תא - חלק סגור של מסדר בו מותקן ציוד חשמלי למתרה מוגדרת. תחנת כוח - מתקן בו מיוצרת אנרגיה חשמלית והכוללת את כל המבנים והמערכות המשמשים למטרה זו. תחנת טרנספורמציה, תחנת השנאה - ריכוז מכשירי מיתוג ושנאים למתח נמוך אשר מתחברים לקווי מתח גבוה וקווי מתח נמוך ומותקנים בתוך מבנה , בשטח פתוח מוגדר או על עמוד. תחנת משנה (תחמ"ש) - ריכוז מכשירי מיתוג ושנאים ולעיתים גם מתקני שיפור מקדם הספק המתחברים לקווי מתח עליון וגבוה ומותקנים בתוך מבנה , בשטח פתוח מוגדר.

ניעול – מניעת הפעלה של מערכת או מכשיר באמצעות פיקוד חיצוני. פס צבירה (פ"צ) - מערכת תלת פאזית של מוליכים באמצעותם מחוברים שדות מתח גבוה, עליון ועל. מפסק – התקן אשר נועד להעביר, לחבר או להפסיק זרם במעגל בתנאי עבודה רגילים וכן לחבר ולהפסיק זרם קצר. פעולת מפסק הזרם נקראות חיבור והפסקה. מנתק - התקן המיועד לנתק מעגל חשמלי ממקור מתח שאינו מתאים להפסקת זרם במעגל או לחיבורו. מצב המנתק (סגור או פתוח) חייב להיות גלוי לעין. במסדרים של 6SF כאשר לא ניתן לראות את מצב המנתק ניתן להסתמך על חיווי מכני אמין של מצב המנתק. פעולות המנתק נקראות פתיחה וסגירה.

מקצר - אביזר המיועד לחבר במתכוון להארקה מוליך של מעגל המנותק מכל מקורות ההזנה. המקצר משמש למניעת היווצרותם של מתחים העלולים לסכן את בני האדם או הציוד. החיבור מבוצע על ידי מוליך מתכת אשר התנגדותו נמוכה, וביכולתו לשאת זרם קצר. קיימים מספר סוגי מקצרים חלקם מטלטלים חלקם ממותקנים על גבי עגלה – במסדרים משוריינים. מקשר - מפסק זרם ו/או מנתקים המיועדים לחבר בין שתי פסי צבירה. משנה זרם – מכשיר שפעולתו החשמלית דומה לפעולת השנאי ותפקידו לשקף את הזרמים האמיתיים העוברים במעגל תחת מתח גבוה, לצורך מדידה והגנה על הרשת. משנה מתח – מכשיר שפעולתו החשמלית דומה לפעולת השנאי ותפקידו לשקף את המתחים האמיתיים העוברים במעגל תחת מתח גבוה, לצורך מדידה והגנה על הרשת. ממסר Inverse Time - ממסר המשולב במערכת הגנה בפני זרם יתר ואופיין זמן ההפעלה שלו נמצא ביחס הפוך לאופיין התפתחות זרם היתר.

צב"ד – ציוד בדיקה – מכשירים מדויקים המשמשים למדידה של פרמטרים הנמדדים במערכי הבדיקה השונים. פקמ"ק - פקודת מיתוג וקיצור - מגדירה את המורשים לביצוע ואת סדר הפעולות שיש לבצע בציוד לצורך אחזקה, תפעול או תיקון בד"כ בתחנות משנה. TRIP - הפסקה של זרם בקו כתוצאה מהפרעה.

חלוקה לצרכנים תחנת כוח תחנת משנה חיבור טבעתי חיבור רדיאלי

לקוח מתח עליון לקוח מתח גבוה לקוח מתח נמוך/חל”ב ד'/כסלו/תשע"ט תחנת כוח תחנת מיתוג לקוח מתח עליון תחנת משנה לקוח מתח גבוה לקוח מתח נמוך/חל”ב שנאים 1

מתח גבוה ביצוע רשת תת קרקעית

מתח גבוה תכנון תחנות טרנספורמציה תחנת טרנספורמציה פנימית משולבת בבניין על עמוד תכנון תחנות טרנספורמציה תחנת טרנספורמציה פנימית משולבת בבניין תחנת טרנספורמציה פנימית בשטח ציבורי

מתח על ועליון קו מתח עליון קו מתח על 400 KV

למה הגנות להקטין נזקים כדי להציל חיי אדם המשך אספקה סדירה של מערכת החשמל תוך שמירה על איכותו וללא קשר למצב המערכת

תפקידה של מערכת הגנה לאבחן חריגה בפרמטרים (מתחים, זרמים, עכבות תדירויות והפרשי מופע) מהתחום התפעולי התקין לאתר באופן אמין את הקטע הפגוע לסלק את הקטע הפגוע ו/או לפעול להחזרת הפרמטרים למצבם התקין בתנאים המאפשרים המשך הפעלה תקינה של שאר המערכת.

מודל סיכמתי של מערכת החשמל הארצית ומיקום השנאים במערכת צרכני מתח עליון צרכני מתח גבוה 400 161 110 33 22 13 KV KV 13.2-22 KV 0.4 KV ~ מערכת מתח נמוך 5 מערכת מתח על ועליון מערכת מתח גבוה גנרטור תחנת כח, טורבינת גז שנאי ראשי שנאי בתחנת משנה שנאי חלוקה בתחנת טרנספורמציה צרכני מתח נמוך 60-650 MVA 10 15 20 25 30 45 50 שנאי בית 100 250 400 630 1000 MVA KVA 6.9 KV

הגנות שנאי מערך הגנת שנאי הגנה דיפרנציאלית. 2. הגנת יתרת זרם. 2. הגנת יתרת זרם. 3. מערכת פיקוח תרמי (Trafo-Guard). .4הגנת בוכוהולץ. .5הגנת לחץ–Pressure relief device . .6ממסר ניעול – LOR.

תקלות אופייניות הקשורות לשנאי חיצוניות פנימיות קצרים שונים העמסת יתר של השנאי קצרים חד - פאזיים קצרים בין פאזות כשלי בידוד פנימי של הליבה קצרים בין ליפופים

TRANSFORMEOVERCURRENT PROTECTION PRESSURE RELIEF DEVICE DIFFERENTIAL PROTECTION BUCHOLTZ PRESSURE RELIEF DEVICE TEMPERATURE MONITOR AUX. RELAY LOR 1 OVERCURRENT PROTECTION LOR 2 סכמה סטנדרטית להגנת שנאי הגנה דיפרנציאלית הגנת יתרת זרם מערכת פיקוח תרמי הגנת בוכוהולץ הגנת לחץ LOR

דרישות בסיסיות ממערך ההגנה סלקטיביות מהירות תגובה אמינות

הגנת מרחק D A B C 1K דרגה 2 דרגה 1 דרגה 1 דרגה 2 D2 A1 A2 B1 B2 C1

D A B C 2K דרגה 2 דרגה 1 דרגה 1 דרגה 2 D2 A1 A2 B1 B2 C1

תפקיד התקשורת בהגנות למרחק D A B C 3K דרגה 2 דרגה 1 דרגה 1 דרגה 2 D2 A1 A2 B1 B2 C1

הגנה דיפרנציאלית במעגל מתח עליון ועל עקרון פעולה: השוואת שני זרמים בכל פאזה, אשר נעשה בשני הקצוות |I1 + I2|=0 יתרונות של ההגנה הדיפרנציאלית: I1 I2 סלקטיביות גבוה מאוד מהירות תגובה גבוהה מינות חסרון: לא יכולה לעבוד ללא תקשורת

BFPהגנת - הגנת כשל המפסק הגנת פסי צבירה BFPהגנת - הגנת כשל המפסק מיועדת להפסיק את המתקן המוגן מכל צדדיו במקרה של תקלה במעגל יציאה, כאשר ההגנה פעלה אך המפסק כשל. כשל במפסק Central Unit Bay Units

הגנת פסי צבירה הגנת צומת הגנת צומת מופיעה במערכת במסדרי "מפסק וחצי". בזמן קצר בנקודת צומת, הקצר יוזן גם מהיציאה, ולכן הגנת צומת שולחת אות Transfer Trip כמו .BFPבהגנת תפקיד התקשורת למסור אות להפסקה לכל המפסקים של מקורות ההזנה לצומת.

ערוצי תקשורת בין הגנות מיושמת על-ידי שני חוטי טלפון Pilot Wireתילי ניהוג - מיושמת על-ידי שני חוטי טלפון מותקנת בקווים קצרים ובקווי גנרציה תחמ"ש א' תחמ"ש ב' RX TX חוטי טלפון ממסר הגנה א' ממסר הגנה ב' TX RX

ערוצי תקשורת בין הגנות (המשך) PLC - Power Line Carrier העברת נתונים דרך תייל של מעגלי מתח עליון ועל *תקשורת לפיקוד ובקרה מרחוק *תקשורת בין הגנות שלוחות טלפון SOS* ציוד הצמדה - משמש לצורך הפרדה בין מתח בתדר תפעולי לבין מתח בתדרים גבוהים (תקשורת נתונים) הכולל: משנק (סליל) קבל מסנן

משנה מתח שנאי המאפשר הזנת מכשירי מדידה וממסרי הגנה בערכים נמוכים ויחסיים למתח במעגל. משנה המתח מתחבר במקביל למעגל (בין המעגל לאדמה) ומתרגם את המתח הנמדד במעגל הראשוני למתח של עד 110 וולט במעגל המשני. משנה המתח חייב להיות מוארק למקרה של פריצת מתח מליפוף ראשוני למשני. כמו כן הוא מוגן ע"י נתיכים במעגל המשני.

משנה מתח R S T A N a n T1 T2 רשת נמדדת מקרא: יציאה למערכת המדידה/הגנה

השימוש בחיבור משולש פתוח R S T T1 משנה מתח OUT 1 A N da dn OUT 2 הרשת הנמדדת השימוש בחיבור משולש פתוח לצורך זיהוי חוסר בפאזה כתוצאה מקיום קצר ישיר לאדמה של פאזה אחת ברשת ההולכה, מוזנת תת-היחידה הכיוונית במערכת ההגנה מיחידת משנה מתח שבה הסלילים המשניים מחוברים בתצורת משולש פתוח כמתואר באיור שלהלן:

משנה זרם שנאי המאפשר הזנת מכשירי מדידה וממסרי הגנה בערכים נמוכים ויחסיים לזרם במעגל. משנה הזרם מתחבר בטור למעגל ומודד את הזרם במעגל הראשוני (מ"ע או מ"ג) והוא מתורגם במעגל המשני לזרם של עד 5 אמפר. לפני פירוק ממסר או מכשיר מדידה, יש לוודא שהמעגל המשני מקוצר, אחרת יהפוך הזרם הראשוני לזרם מגנוט וכך יושרה מתח גבוה במשני עקב יחס הליפופים. מסיבה זו אסור להתקין נתיכים במעגל המשני של משנה זרם. α2 α1 P1 P2 S11 S21 S31 S12 S22 S32 משנה זרם חד פאזי

יציאה למערכת המדידה/הגנה קווי הרשת הנמדדת מקרא: יציאה למערכת המדידה/הגנה R S T קווי הרשת הנמדדת T1 P1 P2 S1 S2 T2 T3 A

מערכת הגנת פחת - בנויה משילוב שני תתי-יחידות המחוברות ביניהן מערכת הגנת פחת - בנויה משילוב שני תתי-יחידות המחוברות ביניהן. יחידה ראשונה מזהה את כיוון התרחשות התקלה ואילו יחידה שנייה מופעלת כאשר מתקיים התנאי בו התרחש זרם קצר. קיום שני תנאים אלו יחד גורם להופעת אות Trip במוצא המערכת וגורם להפסקת ההזנה לקווים בהם אירע הקצר. באיור שלהלן מתואר אופן חיבור תתי-היחידות בהגנה. +V הגנת פחת כיווני תת-יחידה כיוונית פחת I U Trip En I=4A T=2 Sec I=25A T=0.5 Sec ממסר מגע יבש V

תחמ"ש פ"צ קו מ"ע Trip מערכת הגנת פחת הגנת כיוונית מרחק משנה מתח V V’ I 0I’ משנה מתח מערכת הגנת פחת כיוונית הגנת מרחק I’ Trip Ext. En פ"צ תחמ"ש פיקוד וחיווי חיצוניים משנה זרם מפסק זרם קו מ"ע

מסקנות וסיכום כאשר במערכת ההגנות אנו מבצעים מהירות תגובה שיפור אמינות ד'/כסלו/תשע"ט מסקנות וסיכום שיפור סלקטיביות מהירות תגובה שיפור אמינות כאשר במערכת ההגנות אנו מבצעים אנו עוזרים לשפר את איכות החשמל ושמירה על יציבות המערכת 1