AMPACITA VENKOVNÍCH VEDENÍ Ampacita (Ampere Capacity) = proudová zatížitelnost omezení maximální dovolená provozní teplota vodiče; ta dána typem

Transkript

1 AMPACITA VENKOVNÍCH VEDENÍ Ampacita (Ampere Capacity) = proudová zatížitelnost omezení maximální dovolená provozní teplota vodiče; ta dána typem vodiče a provozním stavem vlivy klimatické (teplota okolí, vítr, Slunce) další limity: mechanika (průhyb), magnetické pole, stabilita Provozní teplota AlFe lan (ACSR Aluminium Conductor Steel Reinforced) dle ČSN EN normální zatížení: 80 C krátkodobé zvýšení při zvláštním zatížení (až 150 C) při zkratu: 200 C x předpisy výrobce, zhoršení optických a mechanických vlastností, průhyb

2 Tepelné modely venkovního vedení Tepelná vodivost vodiče λ vysoká teplota vodiče uvažována konstantní po průřezu: T AV ( C) Diferenciální rovnice pro teplotu vodiče M c P dt dt AV P J P S P M P R P M... poměrná hmotnost vodiče (kg/m) c P... měrná tepelná kapacita (Jkg -1 K -1 ) P J... Joulovy ztráty (W/m) P S... výkon dodaný slunečním zářením (W/m) P M... ohřev magnetickým polem (W/m) P R... výkon odvedený sáláním (W/m) P C... výkon odvedený konvekcí (W/m) C (W / m)

3 Střídavý odpor zohledňuje el. i mag. vlivy 2 P P P R I (W / Z J M ac m ; / m, A) Ustálený stav rovnice algebraická Parametry AlFe lan M S S c P c Al Al Al Al Al S S Al Al Fe c Fe Fe Fe S 3 Al 2703 kg m, Fe 1 1 cal 897 J kg K, c dt AV dt (kg / m ; kg / m Fe Fe S Fe (J kg 7780 kg m Fe 477 J kg , 0 m K K 2 1 ) 1 )

4 Joulovy ztráty 1 bt T (W / m) 2 PZ IP R dc0 k ac AV 0 R dco... měrný DC odpor (Ω/m) při teplotě T 0 T 0... referenční teplota, obvykle 20 C b... teplotní součinitel odporu (K -1 ) 3 1 b 410 K k ac... poměr mezi AC a DC odporem k R R 1 ac Výkon dodaný slunečním zářením ac dc P S a D I př sin (W / m) a... koeficient pohltivosti (absorpce) slunečního záření (-), a 0,5 1 D... průměr vodiče (m)

5 I př... přímé sluneční záření (W/m 2 ) 2 sluneční konstanta I W / m ω... úhel mezi slunečními paprsky a osou vodiče ( ) Výkon odvedený sáláním 4 4 T 273,15 T 273,15 (W / m) PR D AV a T a... teplota okolí ( C) σ... Stefanova-Boltzmannova konstanta ,67 10 W m K ε... emisivita tepelného záření (-), 0, 5

6 Výkon odvedený konvekcí P C D T T (W / m) AV a α... součinitel přestupu tepla konvekcí Nu k w (W m D 2 K 1 ) 1 1 λ... tepelná vodivost vzduchu (W m K ) Nu... Nusseltovo číslo (-) volná konvekce Nu V f (Gr, Pr) nucená konvekce Nu N f (Re) k w... koeficient vlivu směru větru (-) k w 1,194 sin 0,194 cos 2 0,364 sin 2 ψ...úhel mezi směrem větru a normálou k vodiči

7 Vliv trojsvazku P Z každý vodič 1/3 celkového proudu (ztrát) P S beze změn, stínění proměnlivé P C beze změn, mezní vrstva x cm P R menší, částečné sálání na stejnou teplotu D 2 Arctg 2l k 1 rad l... rozteč svazku (m) menší ochlazování, nižší zatížitelnost (cca o 0,5%) Ampacita pro danou teplotu vodiče Ustálené stavy I PR k ac PC P R dc S (A)

8 Ustálená teplota algebraická rovnice 4. řádu Vliv klimatických veličin na ampacitu

9 Dynamické stavy - Změny v konfiguraci soustavy, výrobě, zatížení, 10x minut, akumulace tep. energie. - Rychlost dějů závisí na tepelné časové konstantě: např. pro 434-AL1/59- ST1A 16,5 vod min. - Př.: AlFe 680/83 přetěžováno 20 min do 100 C dynamická ampacita 2292A.

10 - Bleskové, zkratové proudy. - Adiabatické podmínky (P S = 0, P R = 0, P C = 0). dtav 2 cp PZ IZ R dt Př.: AlFe 680/83, zkrat 50kA po 1s Přechodné děje 1 bt T (W / m) M ac0 AV 0

11 Limitní faktory zatížení průhyb zařízení v rozvodně (MTP, ODP) lano Zatížitelnost linek Měření teploty kontaktní termovize průhyb laserem T fázorové měření průměrná teplota mechanické vlastní kmity průhyb T průběžná teplota odrazem v optických vláknech

12 Zatěžování statické konstantní limity, někdy léto x zima (nastavení ochran) dynamické o online měření teploty vodičů data do dispečinku omezování zatížení o online měření teploty vodičů + meteorologická data tepelné modely pro rozhodování o offline jen meteodata do modelů o predikční systémy založené na síti meteostanic (USA) normální x mimořádné stavy rozhodovací čas pro dispečera Řízení zatížení rekonfigurace redispečink zdrojů FACTS mimořádné stavy (omezování odběrů)

13 Kritická místa a stavy vývody z elektráren mezinárodní propojení dlouhá paralelní vedení tranzit x vnitřní zatížení OZE

14 Dimenzování vodičů Přístupy stanovení hraničních podmínek Rozsah pracovních Hraniční hodnoty Klimatická veličina podmínek pod-kritické kritické mezní T a (ºC) -30 až w S (m/s) 0,6 až 30 1,34 0,6 0 I gm (W/m 2 ) 0 až Podmínky dle ČSN EN pro stanovení nejvyšší návrhové teploty vodičů: teplota okolí 35 C rychlost větru 0,5 m/s pod úhlem náběhu 45 na vodič globální intenzita slunečního záření 1000 W/m 2 součinitel absorpce 0,5 součinitel emisivity 0,5

15 Vodiče pro venkovní vedení Obvykle více materiálů, pevnost + vodivost. ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced) AAAC (All-Aluminium Alloy Conductor) ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced) AACSR (Aluminium Alloy Conductor Steel Reinforced) AAC (All Aluminium Conductor) Kompaktní vodiče bez vzduchových mezer, vodivější x těžší Vysokoteplotní vodiče - slitiny hliníku a zirkonu s pevností do vyšších teplot (TAl, ZTAl, XTAl) např. TACSR Dovolená ustálená teplota TAl: 150 C, ZTAl: 210 C, XTAl: 230 C

16 - pevnost dána oběma materiály až do přechodového bodu (knee-point), pak jen jádro, T kn 100 C - nízká roztažnost jádra: Invar (Fe + Ni), 1/3 oproti oceli, cca K -1, malý průhyb x nižší pevnost např. TACIR

17 - vodiče s mezerou mezi Fe a Al: GZTACSR (Gap-type ZT-Aluminium Conductor Steel Reinforced) tahem namáháno pouze jádro, tj. roztažnost jádra (11,510-6 K -1 pro Fe x K -1 u AlFe) - kompozitní materiály: ACFR (Aluminium Conductor Carbon Fibre Reinforced), ACCC (Aluminium Conductor Composite Core) malá roztažnost, lehký, více Al, do 150 C

18 - kompaktní profily: ACSR/TW, AERO-Z stačí menší průměr, vyšší odolnost větru

19 - optická vlákna: OPGW (Optical Ground Wire) nejčastěji v zemnicích lanech, komunikace

20