Podstawy elektroenergetyki

Wydawnictwo Naukowe PWN ma zaszczyt zaprezentować Państwu wyjątkowe kompendium wiedzy dotyczące PODSTAW ELEKTROENERGETYKI. Napisana przez dwóch specjalistów w tej dziedzinie – prof. dr. hab. inż. Piotra Kacejko oraz dr. hab. inż. Pawła Pijarskiego – obejmuje całokształt zagadnień z zakresu elektroenergetyki. Co ważne, w skondensowanej i kładącej nacisk na praktykę formie i treści. W publikacji PODSTAWY ELEKTROENERGETYKI będziecie Państwo mogli m.in. przeczytać na temat: - sytuacji energetycznej na świecie oraz w Polsce, -budowy i modelowania elementów systemu elektroenergetycznego, - podstaw automatyki zabezpieczeniowej, - jakości energii elektrycznej, - podstaw sterowania i kierowania pracą systemu elektroenergetycznego oraz - przykładów oprogramowania komputerowego stosowanego w elektroenergetyce. Ta wyjątkowa publikacja kierowana jest przede wszystkim do studentów uczelni technicznych studiujących na kierunkach: elektrotechnika, energetyka, inżynieria środowiska (przykładowe przedmioty: Podstawy elektroenergetyki / Elektroenergetyka / Podstawy projektowania instalacji OZE / Inżynieria odnawialnych źródeł energii). Inną grupą Czytelników, której opublikowana książka przyda się w pracy zawodowej będą inżynierowie elektrycy, energetycy, specjaliści z zakresu inżynierii środowiska, przedstawiciele firm energetycznych i sektora OZE.

Wstęp 9 Oznaczenia 12 1. Elektroenergetyka – początki odległe, ale terminologia znajoma 17 2. System elektroenergetyczny – podstawowe elementy, właściwości, terminologia 20 2.1. Energetyka i elektroenergetyka – historia i teraźniejszość w ujęciu statystycznym 20 2.2. Meandry jednostek fizycznych stosowanych w energetyce 38 2.3. Elektrownie cieplne 42 2.3.1. Wprowadzenie 42 2.3.2. Elektrownie parowe konwencjonalne 42 2.3.3. Elektrownie z turbinami i silnikami gazowymi 47 2.3.4. Elektrownie jądrowe 57 2.4. Odnawialne źródła energii 62 2.4.1. Wprowadzenie 62 2.4.2. Elektrownie wodne 64 2.4.3. Elektrownie wiatrowe 70 2.4.4. Elektrownie fotowoltaiczne 77 2.5. Wytwarzanie energii elektrycznej w Polsce – trendy i polityka 83 2.5.1. Struktura wytwarzania energii elektrycznej w Polsce 83 2.5.2. Transformacja energetyczna – plany i oczekiwania 86 2.6. Hierarchiczna struktura systemu elektroenergetycznego 92 2.6.1. Informacje podstawowe, statystyka 92 2.6.2. Sieć przesyłowa 94 2.6.3. Sieci dystrybucyjne 98 3. Budowa i modelowanie elementów systemu elektroenergetycznego 105 3.1. Wiadomości podstawowe 105 3.2. Jednostki względne 107 3.3. Składowe symetryczne 112 3.4. Urządzenia wytwórcze – źródła 122 3.4.1. Generatory synchroniczne 123 3.4.2. Generatory asynchroniczne (indukcyjne) 127 3.4.3. Źródła współpracujące z inwerterami 131 3.5. Linie elektroenergetyczne 132 3.5.1. Linie napowietrzne – wiadomości podstawowe 132 3.5.2. Modelowanie linii dla stanów symetrycznych 139 3.5.3. Modelowanie linii napowietrznych dla stanów niesymetrycznych 154 3.5.4. Parametry typowych linii napowietrznych SN, WN i NN spotykanych w elektroenergetyce krajowej 176 3.5.5. Linie kablowe 180 3.5.6. Pomiarowe wyznaczanie impedancji linii 191 3.6. Transformatory i autotransformatory 193 3.6.1. Wiadomości podstawowe 193 3.6.2. Transformatory dwuuzwojeniowe 197 3.6.3. Transformatory trójuzwojeniowe 203 3.6.4. Transformatory czterouzwojeniowe 207 3.6.5. Autotransformatory 211 3.6.6. Modelowanie transformatorów w niesymetrycznych stanach pracy 213 3.6.7. Przesuwniki fazowe 222 3.7. Obciążalność linii i transformatorów 225 3.7.1. Obciążalność przewodów linii elektroenergetycznych 225 3.7.2. Obciążalność transformatorów energetycznych 246 3.8. Odbiory 249 3.9. Dławiki i baterie kondensatorów 252 3.10. System zastępczy (ekwiwalentny) 254 3.11. Linie prądu stałego 254 3.12. Magazyny energii 257 3.13. Stacje i rozdzielnie 264 3.13.1. Wiadomości podstawowe 264 3.13.2. Układy połączeń stacji 266 3.13.3. Pola rozdzielcze 273 4. Problemy napięciowe w systemie elektroenergetycznym 277 4.1. Spadki, straty i odchylenia napięcia 278 4.2. Regulacja napięcia 294 4.2.1. Regulacja napięcia za pomocą napięć dodawczych 295 4.2.2. Regulacja napięcia za pomocą zmiany impedancji sieci 301 4.2.3. Regulacja napięcia za pomocą zmiany rozpływów mocy biernej 302 4.3. Ograniczenia napięciowe energetyki odnawialnej 305 5. Straty mocy i energii w sieciach elektroenergetycznych 307 5.1. Straty mocy 307 5.1.1. Straty mocy w liniach elektroenergetycznych 307 5.1.2. Straty mocy w transformatorach elektroenergetycznych 309 5.1.3. Energetyczny równoważnik mocy biernej 313 5.2. Straty energii 315 5.3. Bilans strat energii spółki dystrybucyjnej 319 5.4. Straty wynikające z asymetrii obciążenia w sieciach niskich napięć 321 5.5. Kompensacja mocy biernej – aspekty techniczne i ekonomiczne 322 5.5.1. Zależności podstawowe 322 5.5.2. Dobór układu i pojemności kondensatorów 326 5.5.3. Sposób naliczania opłat karnych za ponadumowny pobór mocy biernej 327 6. Rozpływy mocy w systemie elektroenergetycznym 329 6.1. Wiadomości podstawowe 329 6.2. Zależności podstawowe 330 6.3. Metody służące do wyznaczania rozpływów mocy 337 6.3.1. Metoda Newtona–Raphsona 338 6.3.2. Metoda stałoprądowa 358 7. Optymalizacja stanów pracy SEE 366 7.1. Wiadomości podstawowe 366 7.2. Ogólna postać zadania optymalizacji 372 8. Zakłócenia w systemach elektroenergetycznych 379 8.1. Wprowadzenie 379 8.2. Podstawowe informacje o zakłóceniach zwarciowych 379 8.3. Teoretyczne podstawy wyznaczenia prądów zwarć symetrycznych i niesymetrycznych 395 8.3.1. Zwarcie trójfazowe 395 8.3.2. Zwarcia niesymetryczne 399 8.3.3. Maksymalne wartości prądów zwarcia 405 8.3.4. Warunek skuteczności uziemienia punktu neutralnego sieci 407 8.4. Obliczanie wielkości zwarciowych wg PN-EN- 60909-0 409 8.5. Problematyka zwarć z ziemią w sieciach średniego napięcia 418 8.6. Przerwy w fazach 425 8.7. Zakłócenia wielokrotne 428 8.7.1. Podwójne zwarcie jednofazowe 428 8.7.2. Zwarcie wraz z przerwą w jednej fazie 431 8.8. Ograniczanie prądów zwarcia 432 8.9. Metody numeryczne obliczania prądów zwarcia 435 8.9.1. Wprowadzenie 435 8.9.2. Macierzowe równania sieci 436 8.9.3. Bifaktoryzacja – podstawowa metoda wyznaczania elementów macierzy impedancyjnej 444 9. Problematyka przyłączeniowa 447 9.1. Identyfikacja problemów związanych z przyłączaniem do sieci instalacji OZE 447 9.2. Ograniczenia sieciowe 451 9.2.1. Sieć przesyłowa i 110 kV 451 9.2.2. Sieć średniego napięcia 458 9.2.3. Sieć niskiego napięcia – prosumenci 462 9.3. Problemy bilansowania SEE z dużym udziałem generacji odnawialnej 467 9.3.1. Redysponowanie nierynkowe – nowa rzeczywistość w skali masowej 467 9.3.2. Ocena ryzyka ograniczenia generacji z OZE 468 9.4. NC RfG – podstawowe wymagania dla otrzymania FON 480 9.5. Przyszły system elektroenergetyczny – kluczowa rola inwerterów GFM 482 10. Stabilność systemu elektroenergetycznego 487 10.1. Wiadomości podstawowe 487 10.2. Stabilność kątowa 488 10.3. Stabilność napięciowa 496 10.4. Stabilność częstotliwościowa 503 10.5. Blackout, obrona przed awarią katastrofalną, restytucja poawaryjna 507 10.5.1. Wiadomości podstawowe 507 10.5.2. Obrona przed awarią katastrofalną 509 10.5.3. Odbudowa zdolności wytwórczych źródeł po wystąpieniu awarii katastrofalnej 511 11. Podstawy elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej 513 11.1. Wiadomości podstawowe 513 11.2. Zabezpieczenia linii 514 11.3. Zabezpieczenia transformatorów 522 11.4. Zabezpieczenia generatorów synchronicznych 528 11.5. Zabezpieczenia silników elektrycznych 532 11.6. Zabezpieczenia źródeł generacji rozproszonej 535 12. Jakość energii elektrycznej 539 12.1. Problemy ogólne 539 12.2. Szczegółowe wymagania w zakresie jakości energii 541 12.3. Przykłady oceny jakości energii 548 13. Przykłady oprogramowania komputerowego stosowanego w elektroenergetyce 555 Bibliografia 559