Energi og miljø - masterstudium (5-årig)

TET4115 Elektriske Kraftsystemer

– Faglærer Kjetil Uhlen

Emnet TET4115 Elektriske kraftsystemer tar for seg to viktige forhold.

1) Det første er å kunne beskrive og simulere hvordan kraftsystemet oppfører ved feil slik som kortslutninger og fasebrudd. Dette gir grunnlaget for å innstille vern som skal forhindre og begrense alvorlige konsekvenser av slike feil.

2) Det gis en innføring i optimal lastflyt. Hovedvekten legges på forståelse og formulering av problemstillingen og hvordan dette kan ses som en videreføring av ordinær lastflyt som undervises i emnet TET4155 Energisystemer.

Vi kan ikke unngå at det fra tid til annen og av ulike årsaker skjer feil i kraftsystemet. Men vi kan ved hjelp av vern søke å unngå at virkningen av slike feil blir uakseptable. Da må vi være i stand til å kunne forutsi hva som kan skje, det vil si simulere og beregne de strømmer og spenninger som kan opptre under feil i systemet.

Dette gir oss noen utfordringer. Vi må kunne beskrive hvordan komponentene i systemet: generatorer, transformatorer, linjer og kabler oppfører seg under feil. Videre må vi kunne behandle systemer med et stort antall komponenter knyttet sammen i vilkårlig topologi og under usymmetriske forhold. I praksis benytter man datamaskinprogrammer til analyse av slike problemer.

I dette emnet ønsker vi å gi det teoretiske grunnlaget for slike programmer, med vekt på fysikalske, analytiske og matematiske prinsipper. Det sikrer kvalifisert bruk i konkrete analyseoppgaver, herunder det meget viktige punkt som gjelder data som mates inn i programmene.

Emnet kvalifiserer dessuten for å kunne vurdere innhold og bruksområder for programmer som er i bruk i undervisning og forskning og ikke minst kommersielle programmer som benyttes i nettvirksomheten.

Optimal lastflyt gir oss mulighet til å utnytte en viss fleksibilitet, blant annet når det gjelder akseptable grenser for spenningene i nettet, til å kunne finne smartere løsninger i driften av nettet. Det kan typisk være å minimalisere tap eller kostnader. I dette emnet legger vi hovedvekten på forståelse og formulering av problemstillingen, slik at man har grunnlag for å kunne forstå og å benytte aktuelle optimaliseringsprogrammer.

Emnet TET4115 Elektriske kraftsystemer vil være meget nyttig, for ikke å si nødvendig for de som kommer til å arbeide i nettselskaper eller i konsulentbransjen med feilanalyser av kraftnett.

Emnet legger stor vekt på å kombinere fysisk forståelse med matematisk formulering, slik at kraftsystemet kan beskrives ved modeller som kan implementeres i beregningsprogrammer. For å kunne håndtere usymmetriske feil introduseres såkalte "symmetriske komponenter".

Læringsmål
Emnet skal gi grunnlag for å kunne analysere kraftsystemets oppførsel ved kortslutninger og fasebrudd, herunder grunnlag for å innstille vern mot slike feil. Emnet skal også gi forståelse for formulering og bruk av optimal lastflyt.

Forutsetning
Faget forutsetter TET4100 Kretsanalyse og TET4155 Energisystemer (elkraftdel) eller tilsvarende forkunnskaper.

Innhold
Beskrivelse og analyse av kraftsystemet ved symmetriske og usymmetriske feil. Bruk av symmetriske komponenter. Modeller av transformatorer, linjer og kabler i positivt-, negativt- og nullsystem. Etablering og bruk av knutepunktsimpedansmatrise. Betydning av ulike former for driftsjording. Grunnleggende prinsipper for linjevern. Formulering og bruk av optimal lastflyt.

Undervisningsform
Forelesninger, regneøvinger, prosjektoppgave, bruk av dataprogrammer, laboratorieoppgave. Emnet undervises på engelsk.

Forelesningsplan I store trekk:

  • Bruk av per unit: kort repetisjon og tilbakeblikk.
  • Systembeskrivelser: knutepunktsadmittans (repetisjon) og knutepunktsimpedans.
  • Generator og lastmodellering ved feilberegninger.
  • Systembeskrivelse ved modellering av symmetriske feil. Bruk av Thevenins teorem.
  • Usymmetriske feil: Symmetriske komponenter.
  • Ekvivalentskjema for toviklingstransformator (kort repetisjon).
  • Trekant-stjerne transformator (faseskift).
  • Modellering av transformator i negativt- og i nullsystem.
  • Modellering av linje/kabel i nullsystemet.
  • Eksempel på feilanalyse i system med isolert nullpunkt, direkte jordet nullpunkt og spolejordet nullpunkt.
  • Spennings- og strømtransformatorer.
  • Jording: Oversikt og sammenfatning.
  • Vern i kraftsystemet: Oversikt og generelle prinsipper.
  • Radielle nett: Overstrømsvern og sikringer.
  • Impedansvern.
  • Optimal lastflyt: Oversikt og problemstilling, formulering og klassifisering av variable, kriteriefunksjon og optimalisering, eksempler.

Pensum

  • Eget kompendium
  • Forelesningsnotater
  • Øvingsoppgaver
  • Prosjektoppgave