STŘEDNÍ ŠKOLA, HAVÍŘOV-ŠUMBARK, SÝKOROVA 1/613, příspěvková organizace ELEKTROENERGETIKA PŘENOS A ROZVOD ELEKTRICKÉ ENERGIE. Ing.

Transkript

1 STŘEDNÍ ŠOLA, HAVÍŘOV-ŠUMBAR, SÝOROVA 1/613, přípěvková organizace ELETROENERGETIA PŘENOS A ROZVOD ELETRICÉ ENERGIE Ing. Tomáš otka Havířov 01 aktualizováno 01/014

2 OBSAH Elektrizační outava ČR Denní diagram zatížení Dimenzování vodičů Parametry vedení Dovolený úbytek napětí, fázorový diagram vedení Vliv kapacity na přeno, Ferrantiův jev oróna Svazkové vodiče Řízení napětí a frekvence v elektrizační outavě Přeno elektrické energie tejnoměrným napětím Poruchové tavy vedení a ochrany HDO Mechanika venkovního vedení Přeno elektrické energie - 1

3 ELETRIZAČNÍ SOUSTAVA ČR Základní pojmy Elektrizační outava oubor zařízení určených pro výrobu, přeno a potřebu elektrické energie Elektrická íť ouhrn vedení a tanic téhož napětí galvanicky propojených, loužících pro přeno a rozvod el. energie Přenoová íť čát ES, tvořící přenoovou cetu pro napájení velkých tanic nebo uzlů (v ČR především vedení 400 kv, 0 kv a výjimečně 110 kv Dětmarovice) Ditribuční íť čát ES, loužící pro dodávku el. energie odběratelům (v ČR 110 kv a níž) Intalovaný příkon oučet všech jmenovitých příkonů připojených nebo připojitelných potřebičů Intalovaný výkon oučet všech jmenovitých výkonů výrobních jednotek připojených nebo připojitelných do ES Denní diagram zatížení znázorňuje průběh výkonu (příkonu) v záviloti na čae. Hladiny napětí v elektrizační outavě nadřazená outava nižší outava outava vn zvn vvn vn 400 kv 0 kv 110 kv 35 kv kv 10 kv 6 kv provoz přímo uzemněným uzlem provoz nepřímo uzemněným uzlem (izolované, připojené pře tlumivku, odpor) nn 0,4 kv provoz přímo uzemněným uzlem V oučané době (po odpojení od MIRU) jme připojeni na outavu UCTE. Frekvence Frekvence je celoytémový parametr; tzn. že v propojené utálené outavě je v každém okamžiku frekvence tejná (protože zdroje pracují ynchronně). Pro Evropu je frekvence dána 50Hz ± 00 mhz. Frekvence je primárně daná otáčkami generátoru; ekundárně závií na výkonové bilanci. výkon vyráběný v elektrárnách odebíraný příkon potřebičů výkon vyráběný v elektrárnách > odebíraný příkon potřebičů výkon vyráběný v elektrárnách < odebíraný příkon potřebičů frekvence "drží" frekvence rote frekvence kleá Z uvedeného vyplývá nutnot dodržet "rovnici": výroba potřeba + ztráty Přeno elektrické energie -

4 Denní diagram zatížení a zdroje v ČR pracující do jednotlivých oblatí P [MW] špičkové zatížení pološpičkové zatížení základní zatížení 0 4 t [hod] Diagram zatížení znázorňuje průběh výkonu (příkonu) v záviloti na čae (roční, půlroční, měíční, týdenní, víkendový, denní a půldenní). Množtví potřebované energie je úměrné ploše diagramu. Tvar křivky závií na dnu v týdnu, na vátcích, ročním období, pořadech v televizi, apod. Denní diagram zatížení lze rozdělit na tři oblati: základní zatížení pološpičkové zatížení špičkové zatížení Základní zatížení je oblat vymezená nulou a minimálním výkonem (příkonem). Je to takové zatížení, jehož hodnota e během dne nemění. Do této oblati pracují elektrárny, které jedou "nontop", tedy takové, které nelze rychle najíždět a odtavovat a mají špatnou (tedy malou nebo pomalou) regulaci výkonu. Z uvedených důvodů pracují do této oblati elektrárny jaderné (JE Dukovany a JE Temelín), vodní průtočné a některé uhelné. Pološpičkové zatížení je oblat mezi základním a špičkovým zatížením. Do této oblati pracují především klaické (uhelné, paroplynové a palovací) elektrárny a vodní průtočné Špičkové zatížení je oblat omezená maximálním výkonem (příkonem). Do této oblati pracují především elektrárny, které e dají velmi rychle regulovat. Především jde o vodní přečerpávací elektrárny (Dalešice, Dlouhé tráně, aj.) Přeno elektrické energie - 3

5 DIMENZOVÁNÍ VODIČŮ Průřez vodiče elektrického vedení muí být takový, aby vyhovoval: proudovému zatížení ohledem na oteplení zkratovým proudům požadavkům na dovolený úbytek napětí z mechanického hledika hopodárnému a bezpečnému provozu Proudové zatížení vodičů ohledem na příputné oteplení Při projektování elektrických rozvodů v jakémkoli objektu muí být určen maximální odběr, na který muí být dimenzováno vedení. Dimenzování elektrického rozvodu na protý oučet příkonů všech potřebičů intalovaných v objektu by bylo nehopodárné, protože je malá pravděpodobnot oučaného provozu všech potřebičů a jejich zatížení na plný výkon. Soudobý příkon n P i i 1 P P β. Výpočtové proudy jednotlivých potřebičů tejnoměrný potřebič jednofázový potřebič Pp I U I U f P p coϕ trojfázový potřebič β... oudobot ( ) P p... oudobý příkon (W) U f... fázové napětí (V) U... družené napětí (V) coϕ... účiník ítě ( ) I 3 U P p coϕ Známe-li proud, počet zatížených vodičů a způob uložení vodičů navrhujeme průřez dle ČSN Elektrická intalace budov Výběr a tavba elektrických zařízení Dovolené proudy v elektrických rozvodech. Přeno elektrické energie - 4

6 Způob uložení (zjednodušeno) Dovolené zatěžovací proudy měděných vodičů PVC izolací při okolní teplotě vzduchu 30 C Přeno elektrické energie - 5

7 Dovolený úbytek napětí Vodiče a kabely muí být dimenzovány tak, aby při předpokládaném zatížení (proudu) nezpůobily nedovolený pokle napětí. Hodnota úbytku napětí je rovna rozdílu hodnoty napětí na začátku vedení a hodnoty napětí na konci vedení. U N U 0 U U 0... ± odchylka napětí U... + úbytek napětí U U 1 U l tejnoměrné ítě (dvouvodičové vedení) l U ρ I R l I S S třídavé jednofázové ítě (dvouvodičové vedení) U f (R I ± X I j) (1) Č trojfázové ítě (úbytek jen na fázovém vodiči, nulovým vodičem proud neprotéká) U f R R I Č ± X I l I coϕ ± X j l I inϕ () Ve vtahu (1) a () chybí komplexní čát úbytku. Předpokládáme induktivní zátěž. V případě kapacitní zátěže by e proud předbíhal před napětím. Ve vztahu (1) a () by e znaménko (+) změnilo na (-). Pro hodnoty druženého úbytku je nutno fázovou hodnotu vynáobit 3. vvn ± 10 % vn ± 5 %; +10 % nn ± 5 % Přeno elektrické energie - 6

8 Odolnot vůči zkratovým proudům Vedení muí odolat jak dynamickým, tak i tepelným účinkům zkratových proudů, které v daném mítě připadají v úvahu. Dynamické íly vznikají elektromagnetickým půobením proudů v ouedních vodičích. Největší ilový ráz způobuje nárazový zkratový proud (I M ). Je to v podtatě první amplituda zkratového proudu po vzniku zkratu za předpokladu maximální tejnoměrné ložky. Síla mezi vodiči vztažená na jeden metr vodiče je dána F I M 7 k1 k 10 (N.m -1 ) a kde k 1, k... koeficient tvaru vodiče a koeficient repektující upořádaní vodičů a fázový pouv proudu Tepelné účinky zkratového proudu mohou půobit nepříznivě hlavně na izolaci vodičů. Zkratový proud půobí velké oteplení. Tepelné účinky zkratového proudu e pouzují podle ekvivalentního oteplovacího proudu (I ke ), což je fiktivní hodnota třídavého proudu tálé velikoti, která za dobu půobení zkratu má tejné tepelné účinky jako kutečný zkratový proud. Pro minimální průřez kabelu platí ohledem na tepelné účinky zkratového proudu vztah S min I ke t k (mm ) Bezpečnot provozu Jedná e o právné půobení ochrany před nebezpečným dotykem. Impedance poruchové myčky muí plňovat vztah Z S. I A U f Z S... impedance poruchové myčky (zdroj, fázový vodič, ochranný vodič) I A... proud zajišťující amovolné půobení odpojovacího prvku v době tanovené normou Přeno elektrické energie - 7

9 Parametry vedení Parametry vedení Vedení v obě zahrnuje čtyři parametry: činný odpor, indukčnot, kapacitu a vod R odpor uvažujeme vždy [Ω.km -1 ] L indukčnot uvažujeme jen u vedení [mh.km -1 ] C kapacita uvažujeme jen u vedení vvn, zvn [µf.km -1 ] G vod uvažujeme jen u vedení zvn [.km -1 ] I 1 I R L U 1 C G U Ohmický odpor odpor teplotní závilot l 1 1 R ρ ; ρ Cu ; ρal Ω.mm.m -1 S R υ R 0 (1+α (0-υ)) třídavý odpor (kinefekt) R k. R k Al 1+ 1,04.f.S odpor lana R R.l odpor země na 1 km R Z π.f.10-4 pro 50 Hz je R Z 0,05 Ω.km -1 Je-li lano AlFe 4 pak platí S S Al Fe 4 1 Přeno elektrické energie - 8

10 Indukčnot a indukčnot L C 0,46 log + 0,05 (mh.km -1 ) r třední vzdálenot a 3 a a a (m) ekvivalentní poloměr r e n r d1 d13 L d 1n a třední vzdálenot vodičů a 1 vzdálenot vodiče 1 a r... poloměr vodiče r e ekvivalentní poloměr d... vzdálenot vodičů ve vazku n... počet vodičů ve vazku Indukčnot kabelu tanovuje přímo výrobce. Indukčnot kabelu je ai 3x menší než indukčnot venkovního vedení, protože a kab < a ved. Tranpozice vedení Aby vlivem rozdílných indukčnotí vodičů nedošlo k neymetrii napětí na konci vedení, provádí e na vedení vvn a zvn tzv. zákrut. V mítě zákrutu e provede vytřídání pozice vodičů v hlavě tožáru. Zákrutem e doáhne toho, že indukčnot každé fáze je přibližně tejná. Jeden zákrut e provádí do 00 km délky vedení, na 300 km vedení je pak proveden plný zákrut. Svazkové vodiče U vedení vvn a zvn e zpravidla používa tzv. vazkových vodičů. Znamená to, že každá fáze není tvořena jedním vodičem, ale vazkem několika vodičů, které mají od ebe vzdálenot d. Počet vodičů n ve vazku je různý (dvojvátek n, trojvazek n3, čtyřvazek n4). Ekvivalentní poloměr vazku: r e n r d1 d13 L d1n (m) Výhody použití vazkových vodičů: zlepšení mechanických vlatnotí vedení menší indukčnot a tím i induktivní reaktance zmenšení ztrát korónou Indukčnot vazkových vodičů je menší, protože r e > r. Přeno elektrické energie - 9

11 apacita kapacitu venkovního vedení ovlivňují všechny elektrody bez vlivu země C 1 0,04 (µf.km -1 ) a a 18 ln log r r tř vlivem země C tř 1 0,04 a h a h (µf.km -1 ) 18 ln log r A r A třední vzdálenot vodičů a 3 a a a (m) třední vzdálenot zrcadlových obrazu A 3 A1 A13 A 3 (m) třední výška nad zemí h 3 h h h (m) 1 3 apacita uvažováním vlivu země je vyšší. apacitu kabelů udává výrobce (pokud ne, lze ji určit měřením). apacita kabelu je větší než kapacita venkovního vedení. apacita vedení e vazkovými vodiči Svazkové vodiče (viz. otázka č. 9). Pro kapacitu vedení e vazkovými vodiči platí tejné vztahy, které byly uvedeny tím rozdílem, že míto poloměru vodiče r e doazuje hodnota ekvivalentního poloměru vazku r e. Ekvivalentní poloměr vazku: r e n r d1 d13 L d1n (m) apacita kabelu apacita kabelů je 0-30x větší než kapacita venkovního vedení o tejných přenoových chopnotech. Pokud kapacitu kabelů neudává výrobce, je vhodné ji určit měřením. Přeno elektrické energie - 10

12 Měření kapacity apacita e určuje z měření tzv. nabíjecího proudu. Nabíjecí proud I NAB je proud, který teče do vedení nebo kabelu při tavu naprázdno. C I NAB (µf.km -1 ; A, km, V) 6 π f l U f 10 Svodová vodivot Svod G S je způoben vodivotí izolátorů. Svod tedy závií na kvalitě izolátorů (I S vodový proud izolátoru), ale také na provozních a atmoférických podmínkách. Svod způobuje činné ztráty na vedení a obvykle e vyjadřuje v hodnotách vodových ztrát na kilometr vedení. P U G (W.km -1 ; V, S.km -1 ) druz G S IS (S; A, V) U Svodový proud nebo taky tzv. plazivý proud není proud, který by protékal keramickým materiálem izolátoru, ale jde o proud povrchový. Povrch izolátoru je zvláště v průmylových oblatech značně znečištěn a při nepříznivých atmoférických podmínkách e tává vodivý. Tvar izolátoru je tedy takový, aby velmi obtížně protékal případný plazivý proud. Rozlišujeme čtyři druhy znečištění izolátorů, podle délky plazivého proudu lehké znečištění - pecifická délka plazivých proudů 16 mm/kv třední znečištění - pecifická délka plazivých proudů 0 mm/kv těžké znečištění - pecifická délka plazivých proudů 5 mm/kv kritické znečištění - pecifická délka plazivých proudů 31 mm/kv Odtranění znečištění izolátoru e provádí buď mechanickým čištěním (bez napětí) nebo čištěním pod tlakem vody (30 min; tzv. umělý déšť). Přeno elektrické energie - 11

13 Dovolený úbytek napětí, fázorový diagram vedení Hodnota úbytku napětí je rovna rozdílu hodnoty napětí na začátku vedení a hodnoty napětí na konci vedení. U N U 0 U U 0... ± odchylka napětí U... + úbytek napětí U U 1 U l tejnoměrné ítě dvojvodičové vedení úbytek vzniká na (+) i (-) vodiči dvojka ve vzorci třídavé jednofázové ítě dvouvodičové vedení úbytek vzniká na (L) i (N) vodiči dvojka ve vzorci Reaktanci X můžeme zanedbat, je-li ve vzorci: L a 0,46log r + poměr a /r malý. Pak: U R f I Č 0,05 Střídavé trojfázové ítě úbytek jen na fázovém vodiči, nulovým vodičem proud neprotéká dvojka e ve vzorci nenachází U R I l U ρ I R l I S U f (R I Č ± X I U f R I coϕ ± X I inϕ) P I R R. l U coϕ U f R P l U f U U f u 100 U P l coϕ + X U coϕ j ( R + X tgϕ ) ) 00 P l U P l inϕ U coϕ ( R + X tgϕ ) % U f R I Č ± X I U f R I coϕ ± X I inϕ) P I R R. l 3 U coϕ j porovedeme doazení tejně jako v předchozím U U f P l 3 U P l U ( R + X tgϕ ) ( R + X tgϕ ) Přeno elektrické energie - 1

14 Dovolené hodnoty úbytku napětí vvn ± 10 % vn ± 5 %; +10 % nn ± 5 % Fázorový diagram vedení U 1 X.I I ϕ U R.I U Výpočet úbytku napětí na vedení Vzorce uvedené v tabulce používáme při výpočtu otevřeného vedení jedním odběrem na konci. U, co ϕ délka l, materiál vedení a rozměry vedení R, X P, U V případě otevřeného vedení více odběry e do vzorce doazuje P.l, kterou je nutné určit metodou adice nebo uperpozice. P l U P l R U pro 1f. vedení U ( R + X tgϕ ) f pro 3f. vedení U ( + X tgϕ ) Přeno elektrické energie - 13

15 Vliv kapacity na přeno, Ferrantiův jev Vliv kapacity na přeno Při vyokých napětích e ilně projevuje kapacita vedení, která vyvolá velké nabíjecí proudy a výkony, které mají vliv na přeno. Nabíjecí proud třífázového vedení: I -6 NAB IC f C l U f 10 π [A; Hz, mh.km -1, km, V] Nabíjecí výkon celého trojfázového vedení: Q 3U I 3U I [Var var; V, A] f NAB NAB apacitní nabíjecí proud, který je k induktivní ložce v protifázi půobí příznivě a tuto ložku kompenzuje. Vedení vvn a zvn je tedy velký kondenzátor, který kompenzuje jalový induktivní výkon. Při chodu naprázdno však kapacitní proud půobí škodlivě, neboť způobuje přepětí Ferrantiův jev. Ferrantiův jev Ferrantův jev [čti ferantyho] vzniká u dlouhých vedení (vvn, zvn), která jou provozována naprázdno, nebo velmi malým zatížením. Vedením protéká ryze kapacitní nabíjecí proud. Důledkem je, že napětí na konci vedení je vyšší než napětí na začátku vedení (v extrémních případech může jít až o dvojnáobek). Pro chod naprázdno platí fázorový diagram: X.l.I NABp I NABp U 1 X.l.I NABp U U Nabíjecí proud I NAB kleá rovnoměrně z plné hodnoty v napájecím bodě až na nulu na konci vedení. Uvažujeme tedy průměrnou hodnotu proudu tj. právě polovinu nabíjecího proudu. Pro průměrnou hodnotu platí: I 1-6 NAB p π f C l U f 10 Ferrantiův jev způobuje na vedení přepětí, využití tohoto jevu ke zvětšování napětí není možné - v žádném případě e nejedná o perpetum mobile, zatížíme-li jen trochu vedení Ferrantiův jev kleá až e ztratí. Přeno elektrické energie - 14

16 oróna Intenzita elektrického pole v okolí vodičů vn a vvn může za jitých předpokladů překročit elektrickou pevnot vzduchu, přičemž určitá čát elektrického náboje vytoupí z vodiče do okolí. Tento jev (koróna) způobuje zvýšení ztrát elektrické energie a dále vyokofrekvenční rušení. oróna je doutnavý výboj bledě fialové až narůžovělé barvy, který e objeví, překročí-li intenzita elektrického pole pevnot vzduchu (cca 30 kv.cm -1 ). oróna způobuje značné ztráty na vedení: 0,5 kw/km pro vedení 110 kv 1,3-,5 kw/km pro vedení 400 kv dvojvazek Vzhledem ke ztrátám korónou je nutné volit vodič dotatečným průřezem (vyplývá ze vzorce pro U R ). Např. pro vedení 100 kv je nutné ohledem na korónu volit lano o průměru cca 1 mm, což odpovídá průřezu 95 mm u mědi. Tak velký průřez v mnoha případech není nutný. V praxi e velký průměr vodiče nahrazuje dutými lany nebo vazkovými vodiči. Svazkové vodiče e dielektricky jeví jako jednoduchý vodič o podtatně větším ekvivalentním poloměru r e. Fázové napětí, při kterém e začne objevovat koróna e nazývá kritické napětí koróny: U R a S 48,6 m1 m δ r log [kv, cm] r kde: m 1 oučinitel hladkoti vodiče (0,84 0,95) [-] m oučinitel počaí (1 kráné počaí, 0,8 špatné počaí) [-] r poloměr vodiče [cm] a S třední vzdálenot vodičů [cm] δ vlivy počaí; poměrná hutota vzduchu závilá na nadmořké výšce, tlaku a teplotě vzduchu 0,385 b δ [torr, C] 73 +ϑ b atmoférický tlak [torr] ϑ teplota vzduchu [ C] Pro vedení e vazkovými vodiči je kritické napětí: U R 3 48,6 m1 m r δ log [kv, cm] r re n 1+ β a a kde: n počet vodičů ve vazku [ ] β činitel záviející na počtu vodičů [ ] β pro dvojvazek β 3,48 pro trojvazek β 4,4 pro čtyřvazek a vzdálenot vodičů [cm] r e vodič ekvivalentní poloměrem [cm] Přeno elektrické energie - 15

17 Při dešti a jinovatce e může nížit původní kritická hodnota napětí až o 30 %. Vedení je nutno navrhovat tak, aby kritické napětí za uchého počaí bylo alepoň o 1 % až 15 % vyšší než třífázové napětí. Ztráty korónou na 1 km jednoho vodiče při janém počaí jou: P 0,183 δ r a S ( U U ) f R [kw/km] Svazkové vodiče U vedení vvn a zvn e zpravidla používa tzv. vazkových vodičů. Znamená to, že každá fáze není tvořena jedním vodičem, ale vazkem několika vodičů, které mají od ebe vzdálenot d. Počet vodičů n ve vazku je různý (dvojvazek n, trojvazek n3, čtyřvazek n4). Ekvivalentní poloměr vazku: r e n r d1 d13 L d1n (m) Výhody použití vazkových vodičů: zlepšení mechanických vlatnotí vedení menší indukčnot a tím i induktivní reaktance zmenšení ztrát korónou Nevýhody použití vazkových vodičů: nutno použít mohutnější a dražší tožáry + rozpěrky nebezpečí motání vodičů větší zatížení námrazou Přirozený výkon Při průchodu třídavého proudu vedením vzniká kolem vodičů třídavé magnetické a elektrické pole. vytvoření mag. pole je třeba jalový indukční proud, k vytvoření elektrotatického pole jalový kapacitní proud. Prochází li vedením, které má činný odpor R, indukčnot L a kapacitu C proud vzniká: činný výkon RI jalový indukční výkon jalový kapacitní výkon 1 LI 1 CU Přeno elektrické energie - 16

18 Za určitých podmínek e oba jalové výkony ruší a vedením protéká jen užitečný činný výkon 1 U I LI L C 1 CU Z V kde Z V vlnová impedance [Ω] Vlnové impedance venkovního vedení vvn bývá Ω; u kabelového vedení Ω. Je-li vedení zatíženo vlnovou impedancí, přenáší tzv. přirozený výkon, pro který platí vztah: S P US 3 U f [MW, kv, Ω] Z Z V V U S družená hodnota napětí na konci vedení [kv] Z V vlnová impedance vedení [Ω] Vlnová impedance vedení charakterizuje přenoovou chopnot vedení. Je-li vedení provozováno pod přirozeným výkonem, má kapacitní charakter, je-li provozováno nad přirozeným výkonem, má induktivní charakter. U pod S P U > ZV I U N S P nad S P U ZV I U < ZV I l [km] Je-li vedení pod přirozeným výkonem, má kapacitní charakter a vzniká přepětí (Ferrantiův jev); je-li provozováno přirozeným výkonem vzniká úbytek napětí pouze na činném odporu; je-li provozováno pod přirozeným výkonem, má induktivní charakter a úbytek napětí vzniká ještě navíc na reaktanci. Přeno elektrické energie - 17

19 Řízení napětí a frekvence v elektrizační outavě Frekvence je celoytémový parametr; tzn. že v propojené utálené outavě je v každém okamžiku frekvence tejná (protože zdroje pracují ynchronně). Pro Evropu je frekvence dána 50Hz ± 00 mhz. Frekvence je primárně daná otáčkami generátorů; ekundárně závilí na výkonové bilanci. výkon vyráběný v elektrárnách odebíraný příkon potřebičů výkon vyráběný v elektrárnách > odebíraný příkon potřebičů výkon vyráběný v elektrárnách < odebíraný příkon potřebičů frekvence "drží" frekvence rote frekvence kleá Z uvedeného vyplývá nutnot dodržet "rovnici": výroba potřeba + ztráty řízení napětí máme v podtatě jen dva protředky: říditelné tranformátory odbočkou řízení jalových proudů pomocí kompenzace Z uvedeného vyplývá, že ekundárně v ES platí: f P a U Q Přeno elektrické energie tejnoměrným napětím Důvodem použití napětí je problematika zkratových poměrů a otázka tatické tability ES. Při obrovkých výkonech a velkých vzdálenotech je výhodnější přeno realizovat tejnoměrně. Použití přenou při velkých výkonech (P > 100 MW) při velkých vzdálenotech (l > 500 km) u dlouhých kabelových vedení (napájení otrovů) při pojení dvou ES, které mají různou frekvenci (v ČR za minulého režimu tejnoměrné pojky) při nutnoti zvýšení výkonu outavy, jme-li na hranici tatické tability Výhody přenou nižší pořizovací náklady na tožáry, vodiče a izolátory nedochází k oteplování vodičů vlivem kapacitních proudů kabelové vedení nemá dielektrické ztráty neuplatňuje e kinefekt nevznikají ztráty hyterezí a vířivými proudy Nevýhody přenou koncové tanice: velmi nákladné, nižší účinnot než trafotanice, rušení telekomunikačních ignálů na traně potřebičů je nutno dodávat jalový výkon (ten e ítí nepřenáší) Přeno elektrické energie - 18

20 Schéma tejnoměrného přenou a) jedním vodičem (málo používané) ~ ~ b) dvěma vodiči ~ ~ ~ ~ ~ ~ Polední varianta má největší polehlivot. V případě poruchy (např. přetržení jednoho vodiče, lze vedení provozovat polovičním výkonem proti zemi). Přeno elektrické energie - 19

21 Poruchové tavy vedení a ochrany Zkrat, omezení zkratového proudu a ochrana před zkratem Zkrat Nejrozšířenějšími poruchami v ES jou zkraty. Zkrat vznikne pojením fází navzájem nebo e zemí v outavě uzemněným uzlem. Zkrat vzniká bezodporovým pojením dvou mít různým potenciálem. Ve kutečnoti e etkáváme e zkraty bezoporovými (např. pojení dvou fází) a odporovými (např. padlá vlhká větev). Účinky zkratových proudů - tepelné (oblouk) - větelné (oblouk) - ilové - přepětí Zkrat způobuje el. poškození dielektrik (izolant) a izolátorů, tepelné poškození vodičů (tavení) a nakonec i mechanické poškození vlivem il zkratových proudů. Druhy zkratu L1 L L3 zkraty zleva: trojfázový zemní, dvojfázový zemní, jednofázový, trojfázový, x dvojfázový Uvedená klaifikace zkratů platí pro ítě provozované uzemněným uzlem (tj. nn, vvn, zvn). V ítích vn (6, 10,, 35 kv), které e provozují izolovaným uzlem neklaifikujeme při pojení fáze a země poruchu jako zkrat, ale jako zemní pojení (neteče zkratový proud, obvod není uzavřen). Přeno elektrické energie - 0

22 Průběh a velikot zkratového proudu Zkratový proud může mít např. takovýto průběh pounutý o tejnoměrnou ložku: I M nárazový (maximální) zkratový proud I (ka) t () Zkratový proud není nekonečný; jeho velikot je omezena činným odporem a reaktancí generátorů, tranformátorů, vedení a mítem zkratu. I U U Z R + X Uveďme konkrétní příklad. Na obrázku je vidět zkrat na vedení, který je napájen ze dvou elektráren. Pokud napájecí body (U A a U B ) pojíme, bude velikot zkratového proudu dána erioparalelním řazením. Impedance Z 1 a Z jou řazeny paralelně. I U Z U Z Z Z Z + Z 3 kde Z Z Z 1 3 X G1 + X T1 ( X + X + X ) R V1 + G T V1 ( R + R + R ) + ( X + X ) V V3 Z V V3 X T1, X T X G1, X G R V1, R V R V3 X V1, X V1, X V1 R Z reaktance tranformátoru reaktance generátoru odpor vedení reaktance vedení odpor míta zkratu Z uvedeného vyplývá, že čím dál je zkrat od zdroje, tím větší je zkratová impedance a tím menší je zkratový proud. Přeno elektrické energie - 1

23 G U A X G1 T1 Z 1 X T1 R V1 R V X V1 X V T M Z Z 3 X T R V3 G zkrat X G X V3 U B R Z Omezení zkratových proudů 1. zamezení vzniku zkratu - použití zapouzdřených rozvoden (jednofázové zapouzdření). omezení zkratových proudů zvětšením zkratové impedance - použitím tranformátorů větší impedancí - použitím reaktorů zmenšením výkonu zdrojů - podélné dělení přípojnic - příčné dělení přípojnic Omezení zkratového proudu reaktorem Je-li hodnota předpokládaného zkratu v nějakém mítě tak velká, že energetické zařízení na něj není dimenzováno je nutné zkratovou impedanci zvětšit. Používáme k tomu cívky, které nazýváme tlumivky nebo čatěji reaktory. Zařazením reaktoru vzrote zkratová impedance. Na obrázku A vlevo by byl případný zkratový proud omezen jen reaktancí generátoru a tranformátoru. Na obrázku B vpravo je navíc omezen ještě reaktancí reaktoru. Podélné a příčné dělení přípojnic Tento způob omezení zkratového proudu e používá v případě napájení zkratu z více zdrojů. Na obrázku C je zkratový proud největší, na obrázku D a E je poloviční. Přeno elektrické energie -

24 G G T1 T1 obr. A obr. B. G G G G G G G G obr. C do zkratu připívají všechny čtyři generátory. obr. D příčné dělení přípojnic, do zkratu připívají jen dva generátory. G G G G Podmět k vypnutí dá vypínači nadproudová ochrana (>I) ta neutále leduje velikot proudu pomocí PTP a v případě nadproudu nebo zkratu dá pokyn výkonovému vypínači. Nadproudová ochrana čato polupracuje automatikou OZ. obr. E podélné dělení přípojnic, do zkratu připívají jen dva generátory. Přeno elektrické energie - 3

25 W >I PTP porucha Zemní pojení V ítích provozovaných izolovaným uzlem nazýváme vodivé pojení jedné fáze e zemí zemním pojením. Záadní rozdíl mezi zkratem a zemním pojení je v tom, že zkratový proud je několikanáobně větší než proud provozní a má indukční charakter. V mítě zemního pojení prochází pouze malý proud kapacitního charakteru, který je nezávilý na vzdálenoti od zdroje. L1 L L3 C I C Natane-li zemní pojení, je možno vedení dočaně provozovat dále do doby, než bude zemní pojení nalezeno a odtraněno. Při zemním pojení toupne napětí na nepotižených fázích z fázové hodnoty na hodnotu druženou a napětí tředu tranformátoru (S) toupne při zemním pojení z nuly na hodnotu fázového napětí. L1 L1 U f U S L3 U f S U f L L3 S U S U f L Znázornění napětí v outavě uzemněným uzlem. Znázornění napětí v outavě izolovaným uzlem při zemním pojení na fázi L Přeno elektrické energie - 4

26 Zemnímu pojení e bráníme kompenzováním kapacitního proudu proudem induktivním. L1 L L3 C I L I C Přepětí Přepětí je napětí, které je vyšší než jmenovité napětí. Je-li však napětí v povelené toleranci (± 5% nn a ± 10% vn) hovoříme o úbytku napětí a podpětí (-) nebo o nadpětí (+). O přepětí hovoříme tedy tehdy platí-li U > 1,1 U N Přepětí rozdělujeme na - atmoférické (blek, indukovaný náboj, komické luneční bouře) - provozní (např. Ferrantiův jev, zemní pojení) - zotavené napětí (na el. přítrojích při přerušení proudu) Vznik přepětí Atmoférické přepětí na vedení Atmoférické přepětí vzniká při úderu bleku do vedení nebo v jeho blízkoti. Tato přepětí ohrožují hlavně venkovní vedení. Na Zemi udeří každou ekundu přibližně 100 bleků. V ČR bylo změřeno, že do 100 km vedení udeří ročně 30 bleků. Provozní přepětí Provozní přepětí vzniká při provozování ES. Přepětí vzniká při zemních pojeních, zkratech, při zapínání a vypínání vypínačů a odpojovačů a při provozování vedení vvn naprázdno (Ferrantiův jev). Zotavené napětí Zotaveným napětím nazýváme takové napětí, které e objeví mezi vypínačem a ítí bezprotředně po přerušení proudu mezi kontakty vypínače. Přepětí vzniká vždy když výkonový vypínač nebo odpojovač přetrhne (odpojovač jen malý kapacitní) oblouk v jiném okamžiku, než v nule proudu. Přeno elektrické energie - 5

27 Ochrana proti přepětí Na ochranu před přepětím používáme náledující protředky - tyčové hromovody - zemnící a výběhové lana - ochranná jikřiště - blekojitky e tálým odporem - blekojitky pro tejnoměrné obvody - ventilové blekojitky Ochranná jikřiště, blekojitky - viz kriptum Elektrotechnika II Elektrické přítroje Ventilové blekojitky Blekojitky umožňují nejúčinnější ochranu před atmoférickým přepětím, a to zejména automatickým zhášením náledného proudu. Ve vé činnoti to jou v podtatě jikřiště, která zhanou ama. Ventilové blekojitky jou nejčatěji používanou ochranou proti přepětí. laické blekojitky jou na bázi ilicium-karbid. Skládají e z mnohonáobného ériového jikřiště e chopnotí okamžitého půobení a z napěťově závilých odporových bloků. Dne e tále čatěji používají blekojitky na bázi ZnO, většinou bez ériového jikřiště. Ochranná jikřiště Nejjednodušším vodičem přepětí je ochranné jikřiště, které je čato oučátí izolátorů a vyokonapěťových přítrojů. Jejich význam počívá zejména v tom, že průrazná dráha vzduchu e poune od povrchu izolátoru, takže e zabrání zničení povrchu izolátoru tepelným účinkem oblouku. Předtavují jen hrubou přepěťovou ochranu, mají velký rozptyl zapalovacího napětí (±13 %). Zemnicí lano Zemnicí lano (také zemní, uzemňovací, tínící, overhead earth wire, ZL) je uzemněný nebo labě izolovaný vodič, umítěný obvykle nad fázovými vodiči vedení nebo elektrickou tanicí. Hlavním úkolem je tínit fázové vodiče před přímými údery bleku a nížit indukované přepětí. Na venkovních vedeních e zemnicí lano upevňuje obvykle na nejvyšším mítě tožárů tak, aby vodiče chráněného vedení byly v protoru vymezeném ochranným úhlem lana (ČSN ) a pojuje e přímo nebo pře jikřiště na více mítech e zemí. Použití zemnicího lana pro různé napěťové hladiny upřeňuje tabulka: 0,4 kv 6 kv kv 35 kv 110 kv 0 kv 400 kv 750 kv bez zemnicího lana e zemnicím lanem vedení vn 35 kv užívá výběhového lana ve vzdálenoti 600 až 1000 m před rozvodnami Dne e čatěji než ZL používají ZL (kombinované zemnicí lano), které má v jádře uložené optické vlákna, která e používají pro přeno informace. ombinované zemnicí lano - viz kriptum Elektrotechnika III Optoelektrotechnika Přeno elektrické energie - 6

28 OZ - opětné zapínání Automatika OZ OZ je zkratka pro automatiku opětného zapínání. Používá e jen u venkovního vedení, kde můžou natat přechodné poruchy. OZ provádí automatika ve polupráci otatníma ochranami. W OZ >I PTP porucha Rozlišujeme automatiku OZ jedním cyklem vyp. zap. definitivní vyp. vícenáobným cyklem vyp. zap. vyp. definitivní vyp. jednopólové vyp. zap. jen potiženou fázi tříkolové vyp. zap všechny tři fáze Rozdělení poruch Poruchy můžeme rozdělit na: přechodné - náhodné přiblížení vodičů vlivem větru nebo přepětí při bouřce (blekojitka způobí přechodný krátkodobý zkrat) používáme OZ emipermanentní zkraty - padlé větve na vedení, větve položené na vedení pod tíhou něhu, ptáci používáme vícenáobné OZ trvalé zkraty - OZ nepoužíváme, nepomáhá Doba beznapěťové pauzy (doba vypnutí) muí být dotatečně dlouhá, aby deionizovaná dráha oblouku přechodného zkratu zanikla. Doba však muí být natolik krátká, aby odběratel nepoznal přerušení dodávky el. energie. Ča vypnutí OZ: jedním cyklem 1 pauza 0,4-0,6 vícenáobným cyklem další pauzy řádově ekundy Přeno elektrické energie - 7

29 HDO HDO hromadné dálkové ovládání Obecná charakteritika Hromadné dálkové ovládání znamená, že pomocí vyílače povelových kódů, který je připojen do ditribuční ítě, hromadně ovládáme přijímače, které jou oučátí některých potřebičů. Přeno informace od vyílače HDO k přijímači e provádí pomocí kódovaných impulů na vyšší frekvenci, které jou uperponovány na nonou íťovou frekvenci 50 Hz. Přenoovou cetu ignálu tvoří běžná ditribuční íť nn, vn i vvn. V everomoravké oblati e používají dvě hodnoty ovládací frekvence: 750 a 16⅔ Hz. Sytém HDO e vyznačuje těmito typickými znaky: přeno informace e provádí z jednoho centrálního bodu oučaně do mnoha obvykle geograficky rozptýlených přijímacích mít provoz je bez zpětné ignalizace, předpokládá e právné provedení povelu u převážné většiny přijímacích mít provoz poměrně malým tupněm zabezpečenoti právného přijetí kódu užívá e přenoových cet nepříznivými přenoovými vlatnotmi Přijímače HDO e používají k regulaci odběru elektrické energie zejména u maloodběratelů. Dále blokují akumulační potřebiče, přepínají víceazbové elektroměry, mohou e použít i pro pínání veřejného ovětlení, reklam, atd. Použití může být i mimo oblat elektroenergetiky (např. ignální účely: civilní obrana, řízení poplachových irén). Vyílací frekvence používané v ČR: 1060; 760; 45; 83,3; 16⅔; 183 Hz Přeno elektrické energie - 8

30 Povelové kódy A.) paralelní (impul-mezera) povelový kód Pro ovládací frekvenci 750 a 45 Hz e používá tzv. paralelní impulní povelový kód. Čaový led telegramu je náledující: dělí e na zabezpečovací a povelovou čát telegramu. S ZM ZI PI 1 PI PI , S tartovací impul ZM zabezpečovací mezera ZI zabezpečovací impul PI povelový impul Tento kód dovoluje vylat 40 dvojpovelů (4 dvojpovely jou rezervovány pro jednoúčelové přijímače). B.) ériový (impul-impul) povelový kód Pro ovládací frekvence 16⅔ Hz e používá tzv. ériový impulní povelový kód. Čaový led telegramu je náledující. S ZM A1 A4 B1 B8 Z1 V1 Z16 V16, S tartovací impul ZM zabezpečovací mezera A první předvolba B druhá předvolba Z zapínací impul V vypínací impul Tento kód dovoluje vylat až 51 dvojpovelů a je odolnější proti rušení. ódování přijímačů na přílušný dvojpól e provádí v cejchovně pomocí nátrčných vorek na předním panelu přijímače. Přeno elektrické energie - 9

31 Připojení vyílačů HDO na íť Připojení vyílačů HDO do elektrizační outavy je možné - paralelní vazbou - ériovou vazbou - ériovou vazbou do tředního vodiče outavy (nepoužívá e) Připojení paralelní vazbou vvn výkonový tranformátor vn odbočky G vyílač HDO Připojení ériovou vazbou vvn výkonový tranformátor vn vyílač HDO odbočky G Přeno elektrické energie - 30

32 Mechanika venkovních vedení Elektrické vedení Elektrické ítě: - kabelové - venkovní Potup návrh elektrických ítí: - nejdříve elektricky (U, I, P, U, kompenzace, atd.) - potom mechanický Venkovní vedení: - vodiče - izolátory - tožáry - základy Výchozím podkladem pro mechanický návrh elektrického vedení je výpočet zavěšeného vodiče, který určuje rozmítění tožárů podél tray i dimenzování otatních prvků elektrického venkovního vedení. Maximální rozpětí (vzdálenot mezi tožáry) je 600 m. Elektrická vedení e navrhují a taví zhruba padeátiletou životnotí (životnot tožárů je let, životnot vedení 5-50 let). limatické poměry limatické poměry: - maximální a minimální teplota - vítr - námraza - bouřky - kombinace: a) 5 o C, bezvětří, námrazek b) 5 o C, vítr na neomrzlý vodič c) +40 o C a bezvětří d) 30 o C, bezvětří, bez námrazku Teplota Na teplotu vodiče má vliv: - teplota vzduchu - luneční záření (neuvažuje e) - proudové zatížení teplota vzduchu v ČR -30 C +40 C maximální příputná teplota vodičů +80 C (u venkovního vedení vždy plněno, problém u kabelů) proudové zatížení e uvažuje od 80% I N Přeno elektrické energie - 31

33 Vítr Tlak větru způobuje přídavné zatížení vodičů i noné kontrukce. Vlivem větru dochází k vychylování vodičů ze vilé polohy a ke kmitání vodičů. Předpokládáme vodorovný měr větru a uvažujeme jen jeho tatickou ložku zatížení. Rychlot větru je nejnižší při zemi, e toupající výškou e zvětšuje. Nebezpečná je vibrace lan (tzv. tancování lan) a rezonance mezi mechanickou frekvencí větru a mechanickou frekvencí lana (7-60 Hz). Vedení proto opatřujeme na konci a na začátku závažím. VODIČ ZÁVAŽÍ PRUŽNÝ DRÁT Námraza Za určitých podmínek e vytváří na vodiči ledová vrtva, která způobuje přídavné zatížení vodiče. Velikot námrazku je závilá na mítních klimatických podmínkách - ve větě naměřeno 8 až 80 kg na 1 m délky vodiče. Dle ČSN je ČR rozdělena na námrazové oblati (lehké (L), třední (S), těžké (T)). Námrazová kalamita potihla napoledy ČR v roce Jen JME, a.. hláila zničení 51 tožárů a 33 km padlého vedení. 457 obcí zůtalo bez dodávky elektrické energie. d t Likvidace námrazku: amovolně, oklepem, vyhřátím pomocí zvýšeného třídavého nebo tejnoměrného proudu, umělým zkratem D Přeno elektrické energie - 3

34 Bouřky Na Zemi je ai 100 úderů bleku za ekundu. Podle tatitik udeří blek v ČR průměrně 30 krát do 100 km elektrického vedení za rok - blek tedy přímo ohrožuje provoz venkovního vedení. Vedení e proto chrání před přímým záahem bleku zemnicím lanem, před zpětným překokem dotatečnou izolací a malým odporem uzemnění tožárů a před indukovaným přepětím dotatečnou izolací a vodiči přepětí. - u ná nížiny 0-30 bouřkových dní za rok vyšší polohy bouřkových dní za rok Otravko 4 bouřkových dní za rok - ve větě tropy 0 bouřkových dní za rok ampala (Afrika) 4 bouřkových dní za rok západní anada 0,5 bouřkových dní za rok bleky - přímo do vedení - indukce při blízkém úderu Při tavbě vedení e vychází z tzv. izokeraumické mapy, která udává počet bouřkových dní za rok v jednotlivých oblatech Materiály vodičů Vodiče měď Cu hliník Al litiny hliníku ocel pro peciální účely: bronz, litiny Cu, Sn, atd. Dráty do 1 kv měď, hliník, železo Lana protá Al, Cu, Fe, bronz Lana kombinovaná AlFe X (poměr průřezu Al:Fe), CuFe ZL (kombinované zemnící lano) Svazkové vodiče Závěné kabely (obr.) PVC Ocelové láno DRÁT PLÁŠTĚ jádro PVC DRÁT DUŠE pryž Přeno elektrické energie - 33

35 Venkovní vedení Výzbroj vodičů pojování vodičů: kroucením vazy pojky trubkové, vrubové a šroubové k výzbroji patří: rozpěrky vazkových vodičů tlumiče izolátory: podpěrné (do 35 kv). závěné (od kv) tyčové talířové materiál izolátorů: tvrdý porcelán, klo, plat + klo, gumové povrchy upevnění vodiče: vazem vorkou způob uchycení vodiče výhody závěných izolátorů: vyrovnávají tahy ouedních polí při přetržení vodiče odlehčují tožár větší bezpečnot proti průrazům nadnější montáž a kladování Přeno elektrické energie - 34

36 Stožáry rozdělení podle účelu: N (noný), R (rohový), V (výztužný), RV, O (odbočný), OV, o (koncový), Rz, N, V, RV Jenom je křižovatkový výztužné tožáry: materiál: min. co 3 km jednoduchý vodič. 5 km vazkový vodič. dřevo, ocel, beton, železobeton. při výpočtu e uvažuje: normální tav tlak větru na vodiče a tožár tahy ve vodičích námraza vlatní hmotnot tožáru, vodičů a armatur výlednice il při zalomení a odbočení momenty il při přetržení vodiče Dřevěné tožáry matriál: kupina I (mrk, jedle, borovice) čep kupina II (modřín, buk, dub) typy: jednoduchý (J) I ložené: dvojloup (D) II kozlík Λ (úzký U, štíhlý Š, široký A) typ H H přírůtek průměru: 0,7 cm / 1 m délky pata základ: hniloba: do země obvykle 1/5-1/6 délky (min. 150 cm) vnější, vnitřní ochrana proti hnilobě: užití loupu z modřínu, dubu, kaštanu, atp. u měkkého dřeva impregnací impregnace: ublimátem HgCl (pod tlakem ). 3% roztokem thioíranu vápenatého černouhelným dehet. olejem (za tlaku 0,4-0,8 MPa) Přeno elektrické energie - 35

37 Ocelové tožáry: ocelové tožáry: příhradové trubkové čatí tožáru: dřík hlava konzoly držák zemnícího lana držák zemnícího lana konzola izolátor vodič hlava dřík základy typy tožárů: SOUDE STROME DONAU PORTÁL TROJÚH. NORM TROJÚH. HFT jedle oudek portály: jednoduchý-dvojitý delta kočka donau ochrana proti korozi: nátěr barvou pozinkování atmofix Na tožárech e může vykytovat další zařízení, např. úekové vypínače, pojitky, blekojitky, tranformátory, kondenzátory, rozváděče, apod. značení vedení zpravidla: po levé traně liché čílo (vedení e čílují, např. 637, 638) a bílá barva. po pravé traně udé čílo a červená barva. odbočky jinak ( např. modrou barvou ) značení barvou ai m od země a u vedení vvn a zvn i pod konzolou čílování e provádí zpravidla ve měru toku energie Učební materiál určený tudentům SŠ Havířov louží pouze pro vnitřní potřebu školy. Neprodejné. zpracoval: Ing. Tomáš otka Přeno elektrické energie - 36