VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING NÁVRH ROZVOJE A ŘEŠENÍ KONFIGURACE SÍTĚ 22 kv DISTRIBUTION NETWORK DEVELOPMENT AND CONFIGURATION DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. PETR POSPÍŠIL Ig. DAVID TOPOLÁNEK BRNO 2010

2 >>Vloţt zadáí práce<<

3 LICENČNÍ SMLOUVA POSKYTOVANÁ K VÝKONU PRÁVA UŢÍT ŠKOLNÍ DÍLO 1. Pa/paí Jméo a příjmeí: Bytem: Naroze/a (datum a místo): uzavřeá mez smluvím straam: Petr Pospíšl Felberova 677/11, 56802, Svtavy - Láy , Boskovce (dále je autor ) a 2. Vysoké učeí techcké v Brě Fakulta elektrotechky a komukačích techologí, se sídlem Údolí 244/53, Bro, jejímţ jméem jedá a základě písemého pověřeí děkaem fakulty: doc. Ig. Petr Toma, Ph.D. (dále je abyvatel ) Čl. 1 Specfkace školího díla 1. Předmětem této smlouvy je vysokoškolská kvalfkačí práce (VŠKP): dsertačí práce dplomová práce bakalářská práce já práce, jejíţ druh je specfková jako... (dále je VŠKP ebo dílo) Název VŠKP: Vedoucí/ školtel VŠKP: Ústav: Návrh rozvoj a řešeí kofgurace sítě 22 kv Ig. Davd Topoláek Datum obhajoby VŠKP: VŠKP odevzdal autor abyvatel v * : Ústav elektroeergetky tštěé formě počet exemplářŧ 1 elektrocké formě počet exemplářŧ 1 * hodící se zaškrtěte

4 2. Autor prohlašuje, ţe vytvořl samostatou vlastí tvŧrčí čostí dílo shora popsaé a specfkovaé. Autor dále prohlašuje, ţe př zpracováváí díla se sám edostal do rozporu s autorským zákoem a předpsy souvsejícím a ţe je dílo dílem pŧvodím. 3. Dílo je chráěo jako dílo dle autorského zákoa v platém zěí. 4. Autor potvrzuje, ţe lstá a elektrocká verze díla je detcká. Čláek 2 Uděleí lcečího oprávěí 1. Autor touto smlouvou poskytuje abyvatel oprávěí (lcec) k výkou práva uvedeé dílo evýdělečě uţít, archvovat a zpřístupt ke studjím, výukovým a výzkumým účelŧm včetě pořzovaí výpsŧ, opsŧ a rozmoţe. 2. Lcece je poskytováa celosvětově, pro celou dobu trváí autorských a majetkových práv k dílu. 3. Autor souhlasí se zveřejěím díla v databáz přístupé v mezárodí sít hed po uzavřeí této smlouvy 1 rok po uzavřeí této smlouvy 3 roky po uzavřeí této smlouvy 5 let po uzavřeí této smlouvy 10 let po uzavřeí této smlouvy (z dŧvodu utajeí v ěm obsaţeých formací) 4. Nevýdělečé zveřejňováí díla abyvatelem v souladu s ustaoveím 47b zákoa č. 111/ 1998 Sb., v platém zěí, evyţaduje lcec a abyvatel je k ěmu pove a oprávě ze zákoa. Čláek 3 Závěrečá ustaoveí 1. Smlouva je sepsáa ve třech vyhotoveích s platostí orgálu, přčemţ po jedom vyhotoveí obdrţí autor a abyvatel, další vyhotoveí je vloţeo do VŠKP. 2. Vztahy mez smluvím straam vzklé a eupraveé touto smlouvou se řídí autorským zákoem, občaským zákoíkem, vysokoškolským zákoem, zákoem o archvctví, v platém zěí a popř. dalším právím předpsy. 3. Lcečí smlouva byla uzavřea a základě svobodé a pravé vŧle smluvích stra, s plým porozuměím jejímu textu dŧsledkŧm, kolv v tís a za ápadě evýhodých podmíek. 4. Lcečí smlouva abývá platost a účost dem jejího podpsu oběma smluvím straam. V Brě de:... Nabyvatel Autor

5 Bblografcká ctace práce: POSPÍŠIL, P. Návrh rozvoje a řešeí kofgurace sítě 22 kv. Bro: Vysoké učeí techcké v Brě, Fakulta elektrotechky a komukačích techologí, stra. Vedoucí dplomové práce Ig. Davd Topoláek. Prohlašuj, ţe jsem svou bakalářskou prác vypracoval samostatě a pouţl jsem pouze podklady (lteraturu, projekty, SW atd.) uvedeé v přloţeém sezamu. Zároveň bych a tomto místě chtěl poděkovat vedoucímu dplomové práce pau Ig. Davdov Topolákov, dále pak pau Ig. Jaov Beešov za ceé rady a přpomíky k mé prác a svým rodčŧm za podporu během celé doby mého studa.

6 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechky a komukačích techologí Ústav elektroeergetky Dplomová práce Návrh rozvoje a řešeí kofgurace sítě 22 kv Bc. Petr Pospíšl vedoucí: Ig. Davd Topoláek Ústav elektroeergetky, FEKT VUT v Brě, 2010 Bro

7 BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Electrcal Egeerg ad Commucato Departmet of Electrcal Power Egeerg Master s Thess Dstrbuto Network Developmet ad Cofurato by Bc. Petr Pospíšl Supervsor: Ig. Davd Topoláek Bro Uversty of Techology, 2010 Bro

8 Abstrakt 8 ABSTRAKT Tématem této dplomové práce je ávrh a řešeí kofgurace sítě 22 kv v daé část města Bra. Přesě se jedá o městskou oblast Trtá, ve které se během ásledujících pět let očekávají vestčí záměry. Práce je rozdělea a dvě část. Pro lepší porozuměí problematce, se prví, teoretcká část zabývá popsem elektrzačí soustavy (děleí elektrzačí soustavy podle hlady apětí, druhy vedeí, druhy sítí a další část ES), řešeí ustáleého chodu sítí (výpočet ustáleého chodu jako leárí a eleárí úloha, elmace blačího uzlu, teračí metody) a charakterstka dstrbučí sítě města Bra. Druhá část této dplomové práce se zabývá samotým ávrhem rozvoje a řešeím kofgurace sítě v závslost a předpokládaém vývoj zatíţeí v oblast Trtá. Výsledkem je ávrh a zbudováí ové trafostace 110/22 kv Opuštěá vybaveé třem trasformátory, kaţdý o jmeovtém výkou S N = 40 MVA, a ávrh změ v kofgurac sítě 22 kv utých jak pro zajštěí apájeí ových odběrŧ, tak pro zachováí apájeí stávajících odběrŧ. KLÍČOVÁ SLOVA: dstrbučí síť, ízké apětí, vysoké apětí, kabelové vedeí, rozvoj a řešeí kofgurace sítě 22 kv

9 Abstract 9 ABSTRACT The theme of ths master s thess s dstrbuto etwork developmet ad cofgurato the part of Bro Trtá. There s expected to be vestmets there the ext few years. The thess cossts of two parts. For better uderstadg of ths problem, the frst theoretcal part cocers wth the descrpto of electrcal etwork (subdvso accordace wth voltage levels, coductor types, etwork types ad other electrcal etwork parts), soluto of grd s steady state (as a lear task ad also o-lear task, elmato of the balacg ode, the teratve method) ad Bro dstrbuto etwork characterstcs. The secod part cocers wth dstrbuto etwork developmet ad cofgurato depedg o atcpated load developmet Trtá. The result s proposal for trasformer stato costructo Opuštěá ftted wth three trasformers of omal output S N = 40 MVA ad etwork cofgurato chage requred both for provdg ew cosumpto supply as well as sustag curret oe. KEYWORDS: dstrbuto etwork, low voltage, hgh voltage, cable le, dstrbuto etwork developmet ad cofgurato

10 Obsah 10 OBSAH SEZNAM OBRÁZKŦ...12 SEZNAM TABULEK...13 SEZNAM SYMBOLŦ A ZKRATEK ÚVOD 16 2 ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVA V ČESKÉ REPUBLICE DĚLENÍ ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVY PODLE HLADINY NAPĚTÍ PŘENOSOVÁ SOUSTAVA DISTRIBUČNÍ SOUSTAVA DRUHY ELEKTRICKÝCH VEDENÍ VENKOVNÍ VEDENÍ KABELOVÁ VEDENÍ DRUHY SÍTÍ SÍTĚ PAPRSKOVÉ SÍTĚ OKRUŢNÍ ZAUZLENÁ A MŘÍŢOVÁ SÍŤ DALŠÍ ČÁSTI ES TRANSFORMOVNY SPÍNACÍ STANICE MĚNÍRNY KOMPENZAČNÍ STANICE KOLEKTORY ZPŦSOBY VÝPOČTU SÍTÍ VN V USTÁLENÉM STAVU OBECNÁ METODA ŘEŠENÍ UZLOVÝCH SÍTÍ VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU ES V PRAXI VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU SÍTĚ NEWTON-RAPHSONOVOU ITERAČNÍ METODOU ZHODNOCENÍ UVEDENÝCH METOD VÝPOČTU USTÁLENÉHO CHODU SÍTĚ CHARAKTERISTIKA DISTRIBUČNÍ SOUSTAVY MĚSTA BRNA ZDROJE ELEKTRICKÉ ENERGIE NAPÁJECÍ SÍŤ 110 KV TRANSFORMOVNY 110/22 KV SÍŤ 22 KV SPOTŘEBITELÉ ELEKTRICKÉ ENERGIE PLÁNOVANÝ ROZVOJ DS MĚSTA BRNA URČENÍ TRENDU SPOTŘEBY ELEKTRICKÉ ENERGIE VYROVNÁNÍ POMOCÍ LINEÁRNÍ FUNKCE VYROVNÁNÍ POMOCÍ EXPONENCIÁLNÍ FUNKCE URČENÍ SPRÁVNOSTI VYROVNÁVACÍ FUNKCE STANOVENÍ PLOŠNÉHO VÝVOJE ZATÍŢENÍ ŘEŠENÉ OBLASTI V LETECH 2010 AŢ

11 Obsah 11 6 NÁVRH ROZVOJE A ŘEŠENÍ KONFIGURACE SÍTĚ 22 KV V OBLASTI TRNITÁ POPIS OBLASTI TRNITÁ PŘEDPOKLÁDANÝ VÝVOJ V DANÉ OBLASTI NÁVRH ŘEŠENÍ KONFIGURACE SÍTĚ PRO DANÝ VÝVOJ NÁVRH TRANSFORMAČNÍ STANICE ŘEŠENÍ KONFIGURACE SÍTĚ PŘEDPOKLÁDANÁ FINANČNÍ NÁROČNOST PROJEKTU ZÁVĚR...62 POUŢITÁ LITERATURA...64 PŘÍLOHA A MAPA NÁVRHU KONFIGURACE SÍTĚ 22 KV V OBLASTI TRNITÁ... CHYBA! ZÁLOŢKA NENÍ DEFINOVÁNA. PŘÍLOHA B TOPOLOGICKÉ SCHÉMA NAVRŢENÉ KONFIGURACE SÍTĚ 22 KV V OBLASTI TRNITÁ... CHYBA! ZÁLOŢKA NENÍ DEFINOVÁNA. PŘÍLOHA C POMĚRNÉ PROUDOVÉ ZATÍŢENÍ NÁVRHU KONFIGURACE SÍTĚ 22 KV V OBLASTI TRNITÁ... CHYBA! ZÁLOŢKA NENÍ DEFINOVÁNA. PŘÍLOHA D SCHÉMA POMĚRNÉHO NAPĚTÍ NÁVRHU KONFIGURACE SÍTĚ 22 KV V OBLASTI TRNITÁ... CHYBA! ZÁLOŢKA NENÍ DEFINOVÁNA.

12 Sezam obrázků 12 SEZNAM OBRÁZKŦ Obr. 2-1: Zjedodušeá struktura elektrzačí soustavy ČR [1] Obr. 2-2 Paprsková síť Obr. 2-3 Okruží síť [12] Obr. 2-4 Zauzleá síť [12] Obr. 2-5 Zjedodušeá mřížová síť [12] Obr. 2-6 Klascká mřížová síť [12] Obr. 3-1 K modfkovaé metodě uzlových apětí [1] Obr. 3-2: Fázorový dagram Obr. 4-1: Celkové zatížeí dstrbučích trasformačích stac Obr. 4-2: Zatížeí vybraých trasformací a přípojcích v Obr. 4-3: Zatížeí vybraých trasformací a přípojcích v Obr. 4-4: Zatížeí jedotlvých trasformací k roku 2010 odvozeé z měřeých dat Obr. 4-5: Pláovaý rozvoj DS 110 kv [9] Obr. 5-1: Plošý vývoj zatížeí řešeé oblast př použtí leárí vyrovávací fukce... 53

13 Sezam tabulek 13 SEZNAM TABULEK Tab. 3-1: Zaméková kovece pro zadaé čé a jalové výkoy v -tém uzlu ES [5] Tab. 4-1: Jmeovté výkoy trasformačích stac Tab. 4-2: Celkové stalovaé výkoy jedotlvých trasformací Tab. 4-3: Naměřeé hodoty proudového maxma př soudobém zatížeí Tab. 4-4: Maxmálí soudobé zatížeí jedotlvých trasformací Tab. 4-5: Zatížeí trasformačích stac k roku 2010 odvozeé z měřeých dat Tab. 4-6: Pláovaý rozvoj DS 110 kv Tab. 5-1: Tabulka hodot pro výpočet parametrů a, b leárí fukce Tab. 5-2: Tabulka hodot pro výpočet parametrů a, b expoecálí fukce Tab. 5-3: Výchozí hodoty potřebé pro posouzeí správost volby daé fukce Tab. 5-4: Vypočteé hodoty potřebé pro posouzeí správost volby daé fukce pro leárí fukc Tab. 5-5: Vypočteé hodoty potřebé pro posouzeí správost volby daé fukce pro expoecálí fukc Tab. 5-6: Čtelé určující správost zvoleé vyrovávací fukce Tab. 5-7: Plošý vývoj zatížeí Tab. 6-1: Zatížeí trasformačích stac k roku 2010 odvozeé z měřeých dat Tab. 7-1: Ivestčí áklady a vedeí 110 kv Tab. 7-2: Ivestčí áklady a trafostac 110/22 kv Tab. 7-3: Ivestčí áklady kabelového vedeí 22 kv... 61

14 Sezam symbolů a zkratek 14 SEZNAM SYMBOLŦ A ZKRATEK Zkratky: a.s. BNC BNJ BNP BNS BNT BOB ČEPS, a.s ČSN ČR DS ES HUV KV LI MEY PS TR UCTE v vv akcová společost trasformačí stace Čerovce spíací stace Jílová spíací stace Příkop spíací stace Klusáčkova trasformačí stace Bro - Teplára trasformačí stace Bohuce provozovatel české eergetcké přeosové soustavy česká techcká orma Česká republka dstrbučí soustava elektrzačí soustava trasformačí stace Husovce trasformačí stace Komárov trasformačí stace Líšeň trasformačí stace Medláky hlada ízkého apětí přeosová soustava trasformačí stace ue pro koordac přeosu elektrcké eerge hlada vysokého apětí hlada velm vysokého apětí Symboly: a parametr rovce - b parametr rovce - d prŧměrá absolutí odchylka W F fukce - fázor proudu v -tém uzlu soustavy A * I I j komplexě sdruţeý fázor proudu fázor proudu mez uzly a j A A

15 Sezam symbolů a zkratek 15 J Jacobá - k pořadí terace - počet měřeí - P čý výko v -tém uzlu soustavy W P dferece čého výkou v -tém uzlu soustavy W Q jalový výko v -tém uzlu soustavy VAr Q dferece jalového výkou v -tém uzlu soustavy VAr S zdálvý výko v -tém uzlu soustavy VA * S komplexě sdruţeý fázor zdálvého výkou VA U fázor apětí v uzlu V * U komplexě sdruţeý fázor apětí V U s sdruţeé apětí V U dferece fázoru apětí v -tém uzlu soustavy V V varačí součtel % Y j podélá admtace mez uzly a j S α fázový posu fázoru proudu vŧč reálé ose δ fázový posu fázoru apětí vŧč reálé ose dferece fázového posuu apětí v -tém uzlu soustavy ε zadaá přesost výpočtu - ζ prŧměrá směrodatá odchylka W φ fázový posu mez fázory apětí a proudu

16 1 Úvod 16 1 ÚVOD Dstrbučí soustava (DS) představuje komplex elektrckých zařízeí (elektrckých vedeí, trasformátorŧ, kompezačích prostředkŧ, atd.), které tvoří edílou součást elektroeergetckých systémŧ. V souvslost s rostoucím poţadavky a moţství, kvaltu a spolehlvost dodávky elektrcké eerge je uté prŧběţě provádět rekostrukc stávajících elektrckých zařízeí. Současý rostoucí počet prŧmyslových, obchodích a zábavých ceter v Brě vyţaduje také výstavbu ových kapact (trasformačích a spíacích stac, vedeí) a to tak, aby byla vţdy spotřebtelŧm zaručea dodávka elektrcké eerge v poţadovaém moţství a předepsaé kvaltě. Pro ochrau spotřebtelŧ elektrcké eerge byla v roce 2005 vydáa vyhláška č. 540/2005 Sb. o kvaltě dodávek elektřy a souvsejících sluţeb v elektroeergetce. Na základě této vyhlášky má koečý zákazík právo poţadovat od provozovatele DS áhradu za edodrţeí příslušých ukazatelŧ kvalty a spolehlvost dodávky elektřy. Lmty stadardŧ obsaţeých ve výše uvedeé vyhlášce staovuje Eergetcký regulačí úřad ČR. V budoucu lze očekávat jejch zpřísěí a tím tlak a eergetcké společost, aby eustále zvyšovaly spolehlvost elektroeergetckých systémŧ.

17 2 Elektrzačí soustava v České republce 17 2 ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVA V ČESKÉ REPUBLICE Elektrzačí soustava (ES) je vzájemě propojeý soubor zařízeí zahrující elektráry; zařízeí pro přeos, trasformac a dstrbuc elektrcké eerge; systémy měřící, ochraé, řídící, zabezpečovací, formačí a telekomukačí techky a eposledí řadě spotřebče elektrcké eerge. Obr. 2-1: Zjedodušeá struktura elektrzačí soustavy ČR [1] 2.1 Děleí elektrzačí soustavy podle hlady apětí Struktura elektrzačí soustavy je zázorěa a obrázku Obr Z ěj lze vysledovat její posloupost. Elektráry dodávají přes své blokové trasformátory eerg do přeosové soustavy. Z přeosové soustavy jsou ásledě apájey rozvodé soustavy. Přeosové a rozvodé soustavy se elší pouze svým apěťovým úrověm, ale také zpŧsobem spojeí elektrckého středu se zemí. Podle hlady apětí dělíme ES (vz. Obr. 2-1) a přeosovou (PS) a dstrbučí (DS) ebol rozvodou soustavu Přeosová soustava PS se pouţívá pro přeos velkých výkoŧ a velké vzdáleost. V české republce do PS řadíme elektrcké sítě s apětím 400 kv a 220 kv a je provozováa s uzeměým uzlem. PS propojuje všechy výzamé subjekty v ES v ČR. Od roku 1995 je trvale přpojea k západoevropské soustavě UCTE a vlastí j společost ČEPS, a.s.

18 2 Elektrzačí soustava v České republce Dstrbučí soustava DS tvoří soubor zařízeí pro rozvod (dstrbuc) elektrcké eerge z adřazeé PS ebo ze zdrojŧ zapojeých do í ke kocovým uţvatelŧm. V České republce se jedá o zařízeí s apětím 110 kv a ţším. Soustava s apěťovou hladou 110 kv je provozováa stejě jako PS s uzeměým uzlem, soustavy s apětím 22 kv a 35 kv mají uzel od země zolovaý, ebo přpojeý přes zhášecí tlumvku ebo přes rezstor. V soustavách 400/230 V poté převaţují sítě, v chţ jsou uzly vutí trasformátoru přpojey a potecál země. 2.2 Druhy elektrckých vedeí Elektrcké vedeí je základím prvkem přeosových a dstrbučích sítí a představuje soubor vodčŧ, zolačích materálŧ a kostrukcí určeých pro přeos elektrcké eerge mez dvěma body elektrcké sítě, mez jejím uzly. Elektrcká vedeí je moţé dělt a kabelová a vekoví Vekoví vedeí Vekoví vedeí tvoří holé vodče, které jsou ad zemí (teréem) vedey pomocí zolátorŧ a vhodých podpěrých stoţárŧ. Pouţívají se tam, kde je pro ě dostatek prostoru a kde eí adměrá hustota zatíţeí. Př výstavbě ových vedeích jsou preferováy, přestoţe jejch áklady a provoz a údrţbu jsou vyšší eţ u kabelových vedeí. Výzamou rol př rozhodováí o výstavbě ového vedeí hrají vestčí áklady. Ty jsou u vekovích vedeí v porováí s vedeím kabelovým začě ţší. Dle hlady apětí pouţívaých v ČR lze vekoví vedeí aší dstrbučí soustavy dělt: Vedeí 110 kv Vedeí 110 kv (vv), které sloţí k přeosu velkých výkoŧ z místa propojeí s přeosovou soustavou do míst s velkou kocetrací odběrŧ. Délky těchto vedeí mohou čt ěkolk desítek klometrŧ. Tato vedeí musí být vysoce spolehlvá. S tím souvsí jejch poměrě vysoké vestčí a provozí áklady. Tato vedeí bývají většou dvojtá a provozují se jako okruţí rozvod. Tvoří je holá ocelohlíkové laa AlFe. Vedeí 22 kv Vedeí 22 kv (v) se vyuţívají pro přeos elektrcké eerge do ceter její spotřeby, jako jsou obce, města a velkoodběratelé. Tato vedeí jsou kratší eţ vedeí 110 kv. Rověţ se u ch vyţaduje vysoká spolehlvost dodávky, ovšem e tak velká, jak je tomu u vedeí 110 kv. Provozují se jako okruţí paprsková síť. Pro vedeí v se pouţívají ocelohlíkové vodče AlFe, jedoduché zolovaé vodče AFXz ebo SAX a slaěé zolovaé vodče SAXKA ebo DISTRI. Vedeí 400 V Nejţší hlada apětí pouţívaá v aší rozvodé soustavě je 400 V. Stejě jako u všech předchozích hodot apětí (400, 220, 110, 35 a 22 kv) se jedá o hodotu sdruţeou. Tedy o hodotu, kterou bychom teoretcky aměřl voltmetrem mez dvěma rŧzým fázem souměré trojfázové soustavy. Vedeí 400 V má omezeé moţost přeosu výkou a určtou vzdáleost, která je zejméa lmtováa úbytkem apětí a vedeí. Pro tato vedeí se pouţívají holé vodče AlFe, zolovaé vodče ebo závěsé kabely.

19 2 Elektrzačí soustava v České republce Kabelová vedeí Kabelová vedeí achází uplatěí tam, kde elze z prostorových, bezpečostích případě jých dŧvodŧ (slá ámrazová oblast, chemcky agresví prostředí) pouţít vedeí vekoví. Pořzovací áklady těchto vedeí jsou oprot vekovím vedeím podstatě vyšší. Kabelová vedeí aší DS lze opět rozdělt: Vedeí 110 kv Tato vedeí se díky vysokým vestčím ákladŧm a jejch techcké áročost pouţívají ojeděle. Mŧţeme se s m setkat v oblastech, které je uté zásobt velkým výkoy, jedá se tedy především o velká města a prŧmyslové zóy. Umístěí kabelového vedeí 110 kv je realzováo převáţě v kolektorech. Málokdy je moţé vyuţít stalac kabelového vedeí 110 kv ve volém teréu. Vedeí 22 kv Vedeí 22 kv jsou v ejvětší míře zastoupey v kabelových rozvodech velkých měst. Nejčastěj se provozují jako okruţí síť. Jsou a ě kladey velké ároky, co se týče prokáí vlhkost. V současé době se ejčastěj pouţívají kabely s zolací ze zesíleého polyetyleu. Mez ejčastěj ţádaé kabely patří typy AXEKVCEY, AXEKVCY, AVXEKVCE, AVXEKVCEY, CXEKVCY a CXEKVCEY. Vedeí 400 V Vedeí se jmeovtým apětím 400 V slouţí k rozvodu elektrcké eerge od trasformátorŧ 22/0,4 kv aţ do rozvodé skříě spotřebtele. Hlaví kabelová vedeí se avrhují a provozují převáţě jako okruţí vedeí, rozpojeé a jedotlvé paprsky. 2.3 Druhy sítí Dstrbučí sítě se podle poţadovaé spolehlvost a kvalty dodávky elektrcké eerge musí vhodým zpŧsobem zapojt. Sítě je moţé dle zapojeí dělt: Sítě paprskové Jsou to takové sítě, u chţ vedeí, a to buď vekoví ebo kabelové, vycházející z apájecího uzlu (ze spíací stace ebo trasformovy) zásobuje jedotlvé odběry. Kaţdý vývod je samostatý a elze je vzájemě spojovat. Teto druh sítí se převáţě pouţívá ve vekovských obcích, malých městech a v prŧmyslu pro apětí 110 kv a 22 kv, ale také u 400/230 V, kde eí utá velká spolehlvost dodávky elektrcké eerge. Př poruše ebo zkratu a takovém vedeí dochází k výpadku a přerušeí dodávky elektřy koečému zákazíkov. Teto edostatek je kompezová ízkým vestčím a provozím áklady.

20 2 Elektrzačí soustava v České republce Sítě okruţí Obr. 2-2 Paprsková síť Okruţí síť se skládá z okruţích vedeí, jejchţ oba koce jsou přpojey a totéţ apájecí místo, takţe kaţdý odběr se mŧţe apájet ze dvou stra, coţ zlepšuje bezpečost dodávky elektrcké eerge př poruše a okruţím vedeí. Kvŧl vzájemému propojeí, a které je potřeba vedeí větších délek, jsou draţší eţ paprskové. Jejch hlaví výhodou je přrozeé rozděleí tokŧ proudu a tím síţeí ztrát a vedeí a zlepšeí úbytku apětí. Provoz těchto sítí je přehledý a eáročý. Teto zpŧsob rozvodu se pouţívá především k apájeí větších měst a větších obcí pro ízké, ale vysoké apětí. Obr. 2-3 Okruží síť [12] Zauzleá a mříţová síť Zauzleé sítě se pouţívají především u sítí ve větších městech s velkou hustotou zástavby. Uzlová síť zabezpečuje provoz a zlepšuje bezpečost dodávky elektrcké eerge, jelkoţ kaţdý odběr se mŧţe apájet z ěkolka stra. Napěťové poměry jsou v této sítí ejvýhodější, kolísáí apětí je v í ejmeší a rozloţeo rovoměrěj a prŧřezy vodčŧ jsou meší eţ u sítí okruţích. Rozšířt síť ebo rozmoţt počet stac je sadé, ochraa prot zkratŧm je však

21 2 Elektrzačí soustava v České republce 21 obtíţější eţ u ostatích typŧ sítí, eboť mají větší zkratové proudy. Zvláštím typem sítě uzlové je síť mříţová. Mříţová zjedodušeá síť Obr. 2-4 Zauzleá síť [12] Zjedodušeou mříţovou síť lze vytvořt tehdy, pracují-l do společé sítě alespoň dva trasformátory. Mez těmto stacem je spojeí hlavím vedeím, obvykle s větším prŧřezy, jštěým výkoovým pojstkam. Ve vhodých místech těchto magstrál, ejlépe v místech tzv. krtckého prŧřezu, jsou slabší pojstky zvaé pojstky slabé vazby. Zjedodušeá mříţová síť reaguje a poruchy a straě, kolv a straě v. Ze schématu je zřejmé, ţe dstrbučí trasformátory jsou apájey jedím vedeím v, obvykle vekovím. Obr. 2-5 Zjedodušeá mřížová síť [12]

22 2 Elektrzačí soustava v České republce 22 Klascké mříţová síť Klascká mříţová síť se hodí do větších měst s měrou hustotou 500 aţ 1000 kw/km 2 a více, kde je ěkolk trasformove apájeých ejméě dvěma, lépe třem aţ pět apáječ v. V klascké sít se projeví lepší bezpečost zásobováí odběratelŧ př poruše ěkterého apáječe v. Výhody mříţových sítí: Lepší vyuţtí trasformátorŧ vedeí. Trasformátory s vzájemě pomáhají, zatíţeí se rozdělí rovoměrěj, takţe př stejém zatíţeí se oprot paprskovému ebo okruţímu rozvodu ušetří a počtu trasformove. Zmeší se úbytky kolísáí apětí, úroveň apětí je rovoměrější. Zmeší se ztráty v sít. Lze přpojovat větší soustředá zatíţeí (apř. motory akrátko) tz., ţe domoví výtahy ezpŧsobují epříjemé blkáí světla. Velká výhoda mříţových sítí je, ţe př eustálém zvětšováí spotřeby elektrcké eerge eí třeba síť rekostruovat, eboť stačí do vhodých míst sítě umístt další trasformovy. Nevýhoda mříţových sítí - větší zkratové proudy v sítí. Obr. 2-6 Klascká mřížová síť [12] 2.4 Další část ES Mez další část ES patří trasformovy, spíací stace, měíry, kompezačí stace a také kolektory Trasformovy Jak uţ z ázvu vyplývá, trasformovy slouţí k trasformac (změě) hlady apětí. Součástí trasformove jsou trasformátory hlaví a vlastí spotřeby a pomocá zařízeí

23 2 Elektrzačí soustava v České republce 23 (přípojce, vypíače, ochray apod.) Trasformovy jsou vazebím body mez komplexem sítí s vyšším a ţším apětím. Z hledska velkostí převodích apětí je lze dělt: Napájecí trasformovy: Jsou to trasformovy, v chţ se trasformuje apětí ze 110 kv a 22 kv. Tyto stace se budují v optmálím místě výhodém pro další rozvod elektřy, Pokud daá lokalta dspouje dostatkem prostoru, budují se jako vekoví. Tam, kde jsou stísěé prostorové podmíky, apř. cetra měst, se pouţívají trasformovy vtří. I přes začé zdraţeí to obvykle jsou zařízeí s elektroegatví plyem SF6. Dstrbučí trasformovy Jsou to trasformovy slouţící pro převod apětí z 22 kv a 0,4 kv. Vyuţívají se k zásobováí měst a obcí elektrckou eergí. Kostruují se ve třech provedeích věţové, sloupové ebo jako kosky. Des se dává předost koskovým, obvykle vybaveým jedím trasformátorem o výkou 630 kva. Ve městech jsou řešey dle prostorových moţostí buď jako samostatě stojící kosky ebo jsou vestavěé v budovách. Mohou dspoovat maxmálě dvěma trasformátory o výkou 2 x 630 kva. V meších obcích, kde se eočekává rŧst zatíţeí, se mohou stavět sloupové DT s trasformátorem do výkou 400 kva. Odběratelské trasformovy Tyto trasformovy se ve svém provedeí jak elší od dstrbučích trasformove. Rozdíl mez odběratelským a dstrbučím trasformovy spočívá v tom, ţe dstrbučí trasformovy jsou ve vlastctví dstrbučích společostí, kdeţto odběratelské stace jsou majetkem samotých odběratelŧ elektrcké eerge Spíací stace Úkolem spíacích stac je rozvod elektrcké eerge se stejým apětím. Spíací stace ám také umoţňují provádět provozí mapulace v ES, čímţ se výrazě zvyšuje její spolehlvost. V případě poruchy ám totţ umoţňují elmovat poruchu a co ejmeší počet odběratelŧ. Budují se buď samostatě, ebo jako součást jé elektrcké stace (trasformovy, elektráry). Klascká spíací stace se vyskytuje v ovější době méě často, protoţe s ohledem a hospodárost výstavby a provozu se do uzlŧ elektrzačí soustavy obvykle soustřeďuje téţ apájeí sítí ţšího apětí, coţ vede k pouţtí trasformove Měíry Měíra ebol měčová stace, je elektrcká stace, která slouţí k přeměě střídavého elektrckého proudu a proud jého kmtočtu ebo a proud stejosměrý a také zajšťuje jeho rozvod. Měčová stace mŧţe rověţ mět proud stejosměrý a střídavý (tzv. střídač). S měíram se mŧţeme setkat ve městech, kde jsou jejch prostředctvím apájey trakčí vedeí městských dopravích podkŧ. Hlaví elektrckou částí měčové stace jsou skupy zařízeí, slouţící ke změě kmtočtu ebo k usměrěí střídavého proudu, tj. frekvečí měče a usměrňovače. Ostatí skupy zařízeí, apř. spíací přístroje, trasformátory, atd. se volí podle účelu a velkost měčové stace a uspořádáí je podobé jako v trasformově.

24 2 Elektrzačí soustava v České republce Kompezačí stace Kompezačí stace pouţíváme pro paralelí ebo sérovou kompezac. Paralelí kompezace ám umoţňuje zmírt epřízvý vlv jalové duktví sloţky proudu, kterou odebírá spotřebč, v prvcích ES. Pomocí sérové kompezace zmešujeme výsledou duktví reaktac vedeí. Účelem toho je zmešeí úbytku apětí a vedeí a přzpŧsobeí jeho parametrŧ odebíraému výkou tak, aby vedeí pracovalo v oblast s ejvyšší účostí [1] Kolektory Kolektory jsou podzemí objekty, do chţ se pokládají sítě rŧzých typŧ (kabelová vedeí, telekomukačí sítě, ale také apříklad parovody, vodovody č kaalzac). Na rozdíl od běţé pokládky kabelového vedeí přímo do země jsou eustále přístupé, a tím ám umoţňují jedoduché rekostrukce a obměy sítí. Př klasckém ukládáí jedotlvých ţeýrských sítí přímo do země se př jejch opravě ebo výměě evyheme výkopŧm, které jsou fačě áročé a začě omezují dopravu ve městech. Rověţ př tomto zpŧsobu uloţeí lze je stěţí odhalt poruchy mešího rozsahu a vodovodích ebo parovodích systémech. Kolektory všechy tyto problémy odstraňují. Kolektory se dělí a prmárí (hlubé) a sekudárí (podpovrchové). Raţeí kolektorŧ v cetrech se provádí tuelovací metodou s okamţtou aktvací ostěí. Pro stavby mmo hstorckou část města se pouţívá metoda hloubeí z povrchu. Vlastí těleso kolektoru je obdélíkového proflu a je provedeo z ţelezobetou. Prmárí kolektory Prmárí kolektory se umísťují aţ do hloubky 25 aţ 35 m pod povrch v závslost a geologcké skladbě podloţí. Pro hlaví trasy se pouţívají kolektory s kruhovým proflem s prŧměrem 5,1 metrŧ s rovým dem o světlé výšce 4 metry. V prmárích kolektorech mohou být uloţey všechy druhy ţeýrských sítí mmo plyovodu a kaalzace. Sekudárí kolektory Sekudárí kolektory se acházejí v hloubce as 5 metrŧ pod povrchem. Jejch příčý profl je závslý a obsazeí ţeýrským sítěm. Do sekudárích kolektorŧ lze uloţt všechy druhy ţeýrských sítí kromě plyovodu. Těmto kolektory jsou vedey eergetcká méda aţ do jedotlvých domovích blokŧ. Pokud pro edostatek místa elze zajstt přívod ţeýrských sítí v kolektoru aţ k jedotlvým domŧm, provede se zbylá část zasíťováí eergokaály.

25 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 25 3 ZPŦSOBY VÝPOČTU SÍTÍ VN V USTÁLENÉM STAVU Předpokládáme, ţe se řešeá síť v achází v ustáleém stavu. Ustáleým stavem rozumíme, ţe v uvaţovaé soustavě edochází ke krátkodobým přechodým jevŧm, jejchţ příčou mohou být zkraty, údery blesku do vedeí ebo do jejch blízkost, přpojováí ebo odpojováí vedeí, zdrojŧ, kompezačích prvkŧ apod. Ve skutečost ustáleý stav v elektrzačí soustavě eastae kdy, příčou je eustále se měící zatíţeí spotřebčŧ a zdrojŧ přpojeých v soustavě. Tyto změy bývají obvykle malé, proto je př výpočtu zaedbáváme. Úkolem výčtu sítí v je určt proudové a apěťové rozděleí, případě ztráty výkou v jedotlvých prvcích soustavy. Zalost těchto velč je utá pro řízeí provozu ES a vypočítaé údaje jsou pouţíváy jako výchozí pro avrhováí dalšího rozvoje ES. Sítě v často řešíme s těmto zjedodušujícím předpoklady [1]: a) Neuvaţuje se příčá admtace všech prvkŧ soustavy (vedeí, trasformátorŧ, atd.). b) Parametry jedotlvých prvkŧ soustavy jsou kostaty ezávslé a proudu a apětí. c) Napětí zdrojŧ a proudy odběrŧ jsou harmockým fukcem času s frekvecí 50 Hz. d) U trojfázových soustav předpokládáme symetr prvkŧ v parametrech a u odběrŧ a zdrojŧ v proudech a apětích. e) Odběry jsou zadáy pomocí proudŧ ezávslých a apětí, které je a jejch svorkách. 3.1 Obecá metoda řešeí uzlových sítí Z výše uvedeých předpokladŧ lze k výpočtu pouţít všechy metody řešeí leárích obvodŧ (metodu smyčkových proudŧ, uzlových apětí, superpozc, Theveovu větu a trasfgurac). Vhodost pouţtí těchto metod se posuzuje podle počtu ezámých, které je v daém obvodu třeba vyčíslt a podle zadáí zdrojŧ a spotřebčŧ. Podrobou aalýzou áhradích schémat rozvodých soustav lze prokázat, ţe k jejch řešeí je ejvhodější zvolt metodu uzlových apětí. Krátce to mŧţeme zdŧvodt takto [1]: a) Kostra schématu sítě má téměř vţdy více paralelích větví, eţ je počet ezávslých smyček. Uzlových apětí je proto méě eţ smyčkových proudŧ, tz., ţe dostaeme méě ezámých. b) Zdroje jsou častěj zadáváy jako deálí zdroje proudu a odběry pomocí a apětí ezávslých proudŧ ebo výkoŧ, coţ je pro metodu uzlových apětí vhodé. c) Případé kříţeí větví schématu ekomplkuje u této metody jeho pops. Vzhledem ke zmíěému zadáí odběrŧ a zdrojŧ a k zaedbáí příčých admtací všech prvkŧ sítě elze pouţít metodu uzlových apětí bez úprav. Je zapotřebí provést modfkac této metody, ahradt ezámá uzlová apětí fázory úbytkŧ apětí v uzlech. Odvozeí je moţé provést síť a Obr. 3-1 K modfkovaé metodě uzlových apětí [1]. Proudy v podélých admtacích vyjádříme pomocí uzlových apětí. Pro proud v podélé admtac Y j platí

26 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 26 Podle I. Krchhoffova zákoa proud v uzlu 1 je I j U U j Y j. (3.1) U U Y U U Y U Y Y U Y U Y (3.2) Tímto zpŧsobem vyjádříme zbývající dva proudy a 2 3 kde U1, U 2, U 3 jsou ezámá uzlová apětí Y Y Y U1 2 Y 21 Y 22 Y 23. U 2, (3.3) 3 Y 31 Y 32 Y 33 U3 1, 2, 3 jsou zadaé uzlové proudy, se zamékem + jsou zadáy dodávky a se zamékem odběry. Obr. 3-1 K modfkovaé metodě uzlových apětí [1] Předchozí soustavu rovc lze zkráceě zapsat v matcovém zápse Y U, (3.4) kde prvky admtačí uzlové matce Y jsou sestavey podle algortmu vyplývajícího z druhého Krchhoffova zákoa.

27 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 27 Admtačí uzlová matce má tyto vlastost [1]: a) je souměrá podle hlaví dagoály, pro její prvky platí Y j Y j pro j. (3.5) b) Prvky hlaví dagoály Y jsou kladé a jsou to součty admtací všech větví, které v áhradím schématu vycházejí z -tého uzlu. k 1 kde m je počet větví, které jsou spojey v -tém uzlu. Y j Y m Y, (3.6) c) Mmo dagoálí prvky jsou záporě uvaţovaé admtace větví spojujících v áhradím schématu uzly a j. d) Protoţe áhradí schéma eobsahuje a jedo vodvé spojeí, platí pro kaţdý řádek ebo sloupec matce Y k Y Y j 0 pro 1,2,...,, j1 j (3.7) tj. součet prvkŧ v kaţdém řádku ebo sloupc je ula. Matce Y je tedy sgulárí (její determat je rove 0) a soustava rovc (3.3) emá řešeí pro ezámá uzlová apětí. Tuto vlastost lze odstrat, vyjádříme-l s uzlová apětí pomocí fázorŧ úbytkŧ apětí měřeých v jedom z uzlŧ sítě (apř. k uzlu 1) a apětí tohoto uzlu (referečího uzlu fázorŧ úbytkŧ apětí). U U 1 U pro = 1, 2,, ; U 1 0. (3.8) Dosazeím rovce (3.8) do rovce (3.2) dostaeme ( U U ) Y ( U U ) Y ( U U ) Y U Y Y Y U Y U Y U Y U Y U Y (3.9) Po této substtuc bude mít soustava rovc (3.4) tvar Y U. (3.10) Protoţe úbytek apětí v referečím uzlu pro fázory úbytkŧ apětí je rove ule, síţí se počet ezámých U v soustavě rovc (3.10) o jedu. Soustavu rovc pro áhradí schéma (Obr. 3-1) se třem uzly lze přepsat a tvar:

28 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 28 Y Y U Y 23 Y33 U3 (3.11) V případě sítě s uzly, ve které byl jede uzel zvole za referečí uzel pro fázory úbytkŧ apětí, řeší se ezámé fázory úbytkŧ apětí ze soustavy -1 rovc Y U. (3.12) Matce admtací Y má oprot matc Y eulový determat, protoţe součet prvkŧ této matce alespoň v jedom řádku a sloupc eí ulový. Ze soustavy rovc (3.12) lze vypočítat úbytky apětí 1 U Y (3.13) a př zalost apětí referečího uzlu U 1 lze určt fázory zbylých uzlových apětí pomocí rovce (3.8). Proudové rozděleí v elektrcké sít pak staovíme podle rovce (3.1) [1]. 3.2 Výpočet ustáleého chodu ES v prax Obecá metoda řešeí uzlových sítí představuje z matematckého hledska leárí úlohu. Pouţívá se často pro přblţé (oretačí) výpočty, kde velké přesost výpočtu eí utá. V prax bývají odběry a dodávky v uzlech ES zadáváy kol pomocí proudŧ, jak je tomu u obecé metody řešeí uzlových sítí, ale pomocí čých a jalových výkoŧ. Takţe pro -tý uzel ES platí * * S P jq U I, (3.14) kde I je komplexě sdruţeý proud k proudu I. Pro zaméka u čého a jalového výkou v rovc (3.14) platí kovece, která je přehledě zobrazea v Tab Tab. 3-1: Zaméková kovece pro zadaé čé a jalové výkoy v -tém uzlu ES [5]. Posu proudu Uzel Zdroj P 0 Odběr P 0 duktví 0 Q 0 Q 0 kapactí 0 Q 0 Q 0 V Tab. 3-1 udává fázový posu apětí a proudu. Rovc (3.14) lze také přepsat a tvar S U I U I U I S cos j s. (3.15)

29 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 29 V rovc (3.15) úhel vyjadřuje fázový posu apětí v -tém uzlu vŧč reálé ose, úhel určuje fázový posu proudu vŧč reálé ose. Pro úplost uvádíme fázorový dagram (Obr. 3-2) o případ, ţe proud je zpoţdě za apětím u zdroje čého výkou. Im U φ I α δ Obr. 3-2: Fázorový dagram Re Na Obr. 3-2 je zobrazea stuace pro duktví posu proudu vŧč apětí pro zdroj čého výkou. Tz., ţe 0 a P 0, pak podle zamékové kovece (Tab. 3-1) je Q 0. Z rovce (3.14) vyjádříme proud I * P jq * * S. (3.16) U U Pro obecou elektrckou síť určíme pomocí metody uzlových apětí proud v jejím -tém uzlu, přtom předpokládáme elmac blačího uzlu (odhad apětí v uzlu 1) I Y ju j, pro 2,3,,. (3.17) j1 Poloţíme-l do rovost pravé stray rovc (3.16) a (3.17), obdrţíme dŧleţtý vztah popsující poměry v ES P jq U * Y ju j, pro 2,3,,. (3.18) j1 Vzhledem k tomu, ţe jsou zadáy výkoy v uzlech sítě (dodávky a odběry), apětí blačího uzlu a admtace Y j vede výpočet ezámých uzlových apětí k řešeí soustavy eleárích (kvadratckých) rovc (3.18). Pro řešeí těchto rovc se v prax pouţívají teračí metody (Gauss-Sedlova a Newtoova teračí metoda). Poté, co vypočítáme apětí v jedotlvých uzlech ES, jţ eí problém staovt proudové rozděleí v soustavě, určt čé a jalové ztráty v jedotlvých prvcích soustavy. Pro úplost je třeba uvést, ţe uzly ES př řešeí ustáleého chodu klasfkujeme do tří základích skup podle toho, které uzlové velčy (absolutí hodota apětí, úhel apětí, čý a jalový výko) jsou v daém uzlu zámy.

30 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 30 V blačím uzlu (U, δ) je zadáo apětí a jeho úhel. Teto uzel má za úkol hradt případou erovováhu v blac uzlových výkoŧ a avíc musí hradt ztráty čého a jalového výkou v sít. Za blačí uzel by měl být tedy vole uzel, který má k dspozc zdroj výkou. Odběrové a zdrojové uzly (P, Q) jsou zadáy čým a jalovým výkoem buď dodávaým do uzlu, ebo odebíraým v uzlu. Odběry a dodávky rozlšujeme zaméky podle Tab Regulačí ebol kompezačí uzly (U, P) jsou uzly se zadaým čým výkoem a absolutí hodotou apětí. Nezámé uzlové velčy v jedotlvých typech uzlŧ ES jsou pak předmětem výpočtu ustáleého chodu ES. Bez dalšího podrobého zdŧvodňováí je chod sítě určtý, soustava rovc (3.18) je řeštelá, jsou-l fyzkálí uzlové velčy chodu ES zadáy ásledově [1]: - k apětí, - jede úhel fázoru apětí, - Nejvýše 1 čých výkoŧ, - ejvýše k jalových výkoŧ, dále musí platt, ţe apětí elze volt za ezávsle proměou v tom uzlu, ve kterém je zadá čý a jalový výko a v uzlu sousedím. V praktckých úlohách lze podmíkám určtost sítě vyhovět, rozdělíme-l uzly ES takto [1]: - jede blačí uzel, - k odběrových a zdrojových uzlŧ, - -k-1 regulačích uzlŧ. Výpočet ustáleého chodu sítě Gauss-Sedlovou metodou Máme řešt soustavu eleárích rovc ve tvaru f x, x,..., x y f x, x,..., x y : f x, x,..., x y 1 2 (3.19) Vhodě zvoleou úpravou j přepíšeme a tvar x y x, x,..., x x y x, x,..., x : x y x, x,..., x 1 2 (3.20)

31 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 31 Pak teračí postup výpočtu kořeŧ mŧţeme zapsat ásledově k 1 k k k x y x, x,..., x k 1 k 1 k k x y x, x,..., x : k 1 k 1 k 1 k 1 k x y x, x,..., x, x (3.21) Horí dex (k+1) v soustavě rovc (3.21) ozačuje pořadí terace. Př výpočtu prví terace (k = 0) vycházíme z ulté aproxmace, tj. odhadu kořeŧ Výpočet kočí aţ rozdíl k1 k x1, x2,..., x. x x pro = 1, 2,,, (3.22) kde ε je zadaá přesost výpočtu. Př řešeí soustavy rovc (3.21) předpokládáme, ţe jsou splěy podmíky kovergece. Nyí aplkujeme uvedeý obecý postup Gauss-Sedlovy teračí metody a řešeí soustavy eleárích rovc (3.18). Nejprve uvedeou soustavu rovc rozepíšeme a tř část P jq U * 1 Y ju j Y U Y ju j. (3.23) j1 j1 Z této rovce vyjádříme apětí U, čímţ dostaeme vhodý tvar rovc pro teračí výpočet P jq U Y U Y U U 1 1 * j j j j Y j1 j1 Převedeme rovc (3.24) do teračího tvaru podle (3.21) pro = 2, 3,,. (3.24) 1 P jq U Y U Y U U 1 k 1 k 1 k * j j j j Y k j1 j1 pro = 2, 3,,. (3.25) Výpočet mŧţeme ukočt, je-l pro všechy splěa podmíka k k U 1 U. (3.26) Výpočet ustáleého chodu sítě Newto-Raphsoovou teračí metodou Máme řešt soustavu eleárích rovc (3.19). Nejdříve provedeme odhad kořeŧ v ulté terac x 1, x2,..., x. Odhady kořeŧ se lší od jejch přesé hodoty o x1, x2,..., x. Přesá hodota kořeŧ je tedy (3.19) mŧţeme přepsat do tvaru x x x, x x x,..., x x x. Pŧvodí soustavu rovc

32 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu f x x, x x,..., x x y f x x, x x,..., x x y : f x x, x x,..., x x y (3.27) Kaţdou rovc této soustavy mŧţeme rozepsat a Taylorovu řadu fukce více proměých 0 v bodě x. Jsou-l odhady kořee blízké přesé hodotě, mŧţeme zaedbat druhé a vyšší dervace, eboť kovergují k ule. Například prví rovc soustavy (3.27) mŧţeme přepsat a tvar f1 f1 f1 x x,..., x x1 x2 x 1 f1..., (3.28), y 1 2 x1 x 0 2 x 0 0 f1 kde x 1 0 je hodota parcálí dervace v bodě x 0 1 atd. Ozačíme-l výraz ,,..., 1 2 f x x x y pak rovc (3.28) mŧţeme přepsat a tvar y 1 f x f f x1 x2... x y1 y1 y1 1 x 0 2 x , (3.29) kde je rozdíl zadaé hodoty pravé stray y 1 a hodoty y určeé dosazeím odhadu kořeŧ do rovce (3.28). Aalogckou úpravou zbývajících rovc soustavy (3.27) obdrţíme soustavu leárích rovc pro výpočet ezámých dferecí x1, x2,..., x 0 f1 f1 f x y x1 x 0 2 x f x 2 f2 f2 2 y2... x1 x 0 2 x 0 0 : : : f f f... x 0 x x x y Tuto rovc lze zkráceě přepsat a tvar (3.30) Jx y, (3.31) kde J je matce parcálích dervací často ozačovaá jako Jacobá. Ze soustavy rovc (3.31) vypočítáme vektor hledaých dferecí x a určíme ové opraveé odhady kořeŧ

33 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 33 x 1 x pro = 1, 2,,, (3.32) x 0 které pouţjeme pro výpočet další terace. Obecě lze teračí proces postupého zpřesňováí kořeŧ soustavy rovc (3.19) zapsat ásledově 1 k k k x J y k1 k k x x x (3.33) kde horí dex k určuje k-tou terac. Př tom předpokládáme, ţe exstují spojté dervace pro, j = 1, 2,,. Pak je zajštěa jedozačost řešeí a kovergece teračího postupu. Aplkujeme yí tuto metodu a rovce popsující ustáleý chod sítě. Rovc (3.18) přepíšeme do tvaru f x j * P jq U Y ju j j1 pro = 1, 2,,. (3.34) Pravou strau rovce rozepíšeme a reálou a magárí sloţku v polárím tvaru * j j j U U ; U U ; Y Y. (3.35) Dosazeím polárího tvaru apětí a admtace do rovce (3.34) dostáváme po úpravě s pouţtím vztahŧ pro cos(-x) = cos(x) a s(-x) = -s(x) P U U j Yj cos j j j1 Q U U Y s j j j j j1 pro = 1, 2,,. (3.36) To je soustava 2(-1) pro (-1) ezámých apětí a jejch úhlŧ. Ve všech uzlech máme zadaé dodávaé č odebíraé čé a jalové výkoy kromě blačího uzlu, kde je zadáo apětí U a jeho úhel. Pro výpočet dferecí U a po dosazeí rovc (3.36) do soustavy (3.33) dostáváme

34 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 34 P2 P2 P2 P2 P2 P2,,...,,,..., P2 U 2 U3 U 2 3 U 2 P3 P3 P3 P3 P3 P3,,...,,,..., P 3 U 2 U3 U 2 3 U 3 : : : : : : : : P P P P P P,,...,,,..., P U 2 U3 U 2 3 U Q2 Q2 Q2 Q2 Q2 Q 2,,...,,,..., Q2 U 2 U3 U Q 3 Q3 Q3 Q3 Q3 Q 3,,...,,,..., Q U 3 2 U3 U : : : : : : : : Q Q Q Q Q Q Q,,...,,,..., U 2 U3 U 2 3 (3.37) Dŧleţté je s uvědomt, ţe U v této rovc ezameá úbytek apětí, ale dferec odhadu uzlového apětí od přesé hodoty kořeŧ rovce (3.36). Soustavu rovc (3.37) mŧţeme zkráceě zapsat pomocí matc rozděleím a pole ve tvaru P P P U U Q Q Q U (3.38) Nyí vypočítáme prvky Jacobáu v rovc (3.37) dervováím rovc (3.36) podle jedotlvých proměých a) výpočet prvkŧ matce - dagoálí prvky P U P 2U Y cos U Y cos U j j j j j1 j (3.39) - mmodagoálí prvky pro j P U j UY j cos j j (3.40)

35 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 35 b) výpočet prvkŧ matce - dagoálí prvky P P U U j Yj s j j j1 j (3.41) - mmodagoálí prvky pro j P U U j Y j j j j s (3.42) c) výpočet prvkŧ matce - dagoálí prvky Q U Q 2U Y s U Y s U j j j j j1 j (3.43) - mmodagoálí prvky pro j Q U j UY s j j j (3.44) d) výpočet prvkŧ matce - dagoálí prvky Q Q U U j Yj cos j j j1 j (3.45) - mmodagoálí prvky pro j Q j U U j Yj cos j j (3.46)

36 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 36 Stručá rekaptulace postupu výpočtu ustáleého chodu sítě Newto-Raphsoovou teračí metodou: 1) V ultém teračím kroku k = 0 odhademe apětí v uzlech sítě a jejch úhly (obvykle U 0 U1 pro = 2, 3,, ). 2) Tyto apětí dosadíme do rovc (3.36) a vypočteme dferece výkoŧ P P P U, U,..., U,,,..., zadaé Q Q Q U, U,..., U,,,..., zadaé (3.47) 3) Dosazeím odhadutých apětí v ultém teračím kroku do rovc (3.39) aţ (3.46) vypočítáme hodoty prvkŧ Jacobáu. 4) Vyřešeím soustavy leárích rovc (3.37) dostáváme dferece terac. U a v ulté 0 0 5) Vypočítáme opraveé hodoty apětí a jejch úhlŧ a koc prvího teračího kroku U U U pro = 2, 3,,. (3.48) 6) Zpřesěým hodotam apětí a jejch úhlŧ ahradíme pŧvodí odhady a opět provedeme teračí výpočet podle bodŧ ad 2) aţ ad 6). Výpočet ukočíme, jakmle jsou splěy erovce P k Q k pro = 2, 3,,, (3.49) kde ε je zvoleá přesost rozdílu zadaých výkoŧ a výkoŧ vypočítaých dosazeím vypočteých apětí a jejch úhlŧ do rovce (3.37) Zhodoceí uvedeých metod výpočtu ustáleého chodu sítě Jak jţ bylo řečeo, úkolem výčtu sítí v je určt proudové a apěťové rozděleí, případě ztráty výkou v jedotlvých prvcích soustavy. Řešeí sítí je prováděo s jstým, výše uvedeým, zjedodušujícím předpoklady. Př sestaveí základích rovc ustáleého chodu je poté moţé pouţít ěkterou z metod řešeí leárích obvodŧ (metodu smyčkových proudŧ, uzlových apětí, atd.). Vhodost pouţtí těchto metod se posuzuje podle počtu ezámých, které je v daém obvodu třeba vyčíslt a podle zadáí zdrojŧ a spotřebčŧ. Metoda uzlových apětí se v prax pouţívá ejčastěj pro jedoduchý algortmus výpočtu vlastích a vzájemých uzlových admtací (případě mpedací) a sadou kofgurac sítě (propojeí jedotlvých větví), kdy případé kříţeí větví schématu ekomplkuje u této metody jeho pops, jak jţ bylo popsáo v příslušé kaptole. Metoda uzlových apětí tvoří základ pro obecou metodu řešeí uzlových sítí. Tato metoda představuje z matematckého hledska leárí úlohu. Proto se pouţívá často pro přblţé (oretačí) výpočty, kde velká přesost výpočtu eí utá. V prax však bývají odběry a dodávky v uzlech ES zadáváy kol pomocí proudŧ, jak je tomu u obecé metody řešeí uzlových sítí, ale pomocí čých a jalových výkoŧ. To zameá, ţe výpočet ezámých

37 3 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 37 uzlových apětí vede k řešeí soustavy eleárích (kvadratckých) rovc (3.18). Pro řešeí těchto rovc se v prax pouţívají teračí metody (Gauss-Sedlova a Newtoova teračí metoda). Gauss-Sedlova metoda se vyzačuje jedoduchým algortmem výpočtu a potřebuje oprot jým teračím metodám poměrě krátkou dobu výpočtu a jede teračí krok. Nevýhodou je však její relatvě malá kovergece. Dále je potřeba volt vysokou přesost výpočtu (velm malé ε), jak se mŧţe stát, ţe epřesě vypočítaá apětí zpŧsobí začou chybu v tocích výkoŧ a uzlových blacích výkoŧ. Tyto evýhody odstraňuje do jsté míry Newto- Raphsoova teračí metoda. Newto-Raphsoova teračí metoda v porováí s Gauss-Sedlovou metodou velm rychle koverguje a potřebý počet terací k dosaţeí poţadovaé přesost řešeí málo závsí a rozlehlost sítě. Její evýhodou je poměrě začý árok a paměť počítače př výpočtŧ dferecí kořeŧ. Zároveň řešeí soustavy rovc (3.37) začě prodluţuje výpočtový čas potřebý a jedu terac. Návrh rozvoje a řešeí kofgurace sítě 22 kv v daé část Bra bude provádě v programu PAS DAISY Off-Le v.4.00 Bzo. Výpočet ustáleého chodu v tomto programu probíhá modfkovaou metodou Newto-Raphso, která představuje v současost světový stadard pro řešeí úloh ustáleého chodu. Tím je zaručea rychlá a spolehlvá kovergece výpočtu. V pouţté metodě eí uté provádět sestaveí a tragulace Jakobáu v kaţdé terac, čímţ se urychluje výpočet. Podle poţadovaé přesost výpočtu a stavu sítě kočí výpočet obvykle za 3 aţ 6 terací. Výpočet probíhá samostatě pro kaţdou samostatou uzlovou soustavu v sít [8].

38 4 Charakterstka dstrbučí soustavy města Bra 38 4 CHARAKTERISTIKA DISTRIBUČNÍ SOUSTAVY MĚSTA BRNA Dstrbučí soustavu a území statutárího města Bra a celého Jhomoravského kraje provozuje v podstatě jedá regoálí dstrbučí eergetcká akcová společost a tou je E.ON Dstrbuce, a.s. 4.1 Zdroje elektrcké eerge Město Bro je zásobováo elektrckou eergí ze dvou apájecích trasformačích stac, ze Sokolc a Čebía. V Čebíě jsou v současost stalováy tř trasformátory 400/110 kv o celkovém stalovaém výkou 950 MVA. Sokolce dspoují čtyřm trasformátory PS/110 kv s celkovým stalovaým výkoem 1150 MW. Rozděleí výkoŧ a jedotlvé trasformátory v obou výše zmíěých trasformovách je uvedeo v ásledující tabulce. Tab. 4-1: Jmeovté výkoy trasformačích stac Trasformačí stace Čebí Sokolce Počet a jmeovtý výko trasformátorŧ 400/110kV Počet a jmeovtý výko trasformátorŧ 400/220kV Počet a jmeovtý výko trasformátorŧ 220/110kV 2x350 MVA 1x250 MVA 1x350 MVA - 1x400 MVA - 2x200 MVA Suma jmeovtých výkoŧ 950 MVA 1150 MVA Mez výzamé zdroje elektrcké eerge v Brě patří také tepláry. Teplára Červeý mlý dodává do sítě E.ON cca 80 MW, vyvedeí výkou je realzováo kabelovým vedeím 110 kv do trasformovy v Medlákách. Dalším zdrojem elektrcké eerge je teplára Bro Šptálka, která dodává do sítě E.ON cca 40 MW. Ostatí zdroje zásobující ěkteré prŧmyslové závody v Brě jsou měě výzamé, jejch podíl epřesahuje výš 20 MW [9]. 4.2 Napájecí síť 110 kv Napájecí síť 110 kv je tvořea dvojtým okruţím vedeím, propojuje apájecí trasformačí stace (Čebí a Sokolce) s dstrbučím trasformačím stacem. Soustava 110 kv je provozováa odděleě. Z trasformovy Čebí jsou v základím provozím stavu apájey trasformovy Medláky, Bohuce, Komárov, Líšeň a Husovce. Ze Sokolc jsou potom apájey prŧmyslové odběry cemetára a výtopa Maloměřce, Zetor, Královopolská, ČD Modřce a dstrbučí trasformova Teplára a Čerovce. Trasformačí stace Líšeň, Husovce a Komárov jsou tvořey systémem dvou přípojc 110 kv, přčemţ jeda je apájea z uzlu Sokolce a druhá z uzlu Čebí [9].

39 4 Charakterstka dstrbučí soustavy města Bra Trasformovy 110/22 kv Město Bro je apájeo z ásledujících trasformačích stac 110/22 kv: Bohuce (BOB), Husovce (HUV), Čerovce (BNC), Komárov (KV), Líšeň (LI), Medláky (MEY), Teplára (BNT). Všechy tyto apájecí trasformovy jsou dvoupřípojcové podélě děleé. Výjmku tvoří trasformace Teplára, která je trojpřípojcová podélě děleá. Některé trasformace jsou vybavey tzv. pomocou přípojcí, která je schopa převzít zatíţeí př poruše a hlaví přípojc. Pomocou přípojc mají trasformovy BNT, BOB a HUV, ostatí trasformačí stace ejsou pomocou přípojcí vybavey. Celkové stalovaé výkoy jedotlvých trasformací jsou uvedey v Tab V trasformačích stacích KV, BOB, MEY a HUV jsou stalováy vţdy dva trasformátory, kaţdý s stalovaým výkoem 40 MVA, trasformace Teplára dspouje čtyřm trasformátory 40 MVA, v trasformově Líšeň jsou dva trasformátory, jede trasformátor o výkou 40 MVA a druhý o výkou 25 MVA. Od roku 2007 je v provozu trasformace Čerovce, která dspouje zatím pouze jedím trasformátorem o výkou 25 MVA. Kromě uvedeých trasformačích stac jsou v sít 110 kv odběratelské stace (Bro-Modřce ČD (MED), Bro-Červeý Mlý (ČML), Bro-Zetor (ZET), Bro-Královopolská (KPO), Výtopa Maloměřce (VMA), Bro-Zbrojovka (ZBB), které epracují jako dstrbučí. Tab. 4-2: Celkové stalovaé výkoy jedotlvých trasformací Trafostace KV LI BOB MEY HUV BNT BNC Celkem Istalovaý výko MVA MVA MVA MVA MVA MVA MVA MVA Všechy apájecí trasformovy s výjmkou trasformace Teplára jsou rozmístěy v okrajových částech Bra. Hlaví výhodou tohoto uspořádáí je sadé apájeí sídlšť, která leţí především a perfer města. Ovšem př této kofgurac trasformove mohou astat problémy se zásobováím elektrckou eergí ve středu města. Z okrajových trasformove jsou ve vtří část města apájey pomocí sítě 22 kv ěkteré spíací stace v bez stalovaého zdroje (apř. Příkop (BNP), Klusáčkova (BNS), Jílová (BNJ)). Zatíţeí těchto spíacích stac přesahuje 20 MW, coţ z hledska provozu sítě 22 kv představuje zvýšeé ároky a krytí provozích ákladŧ a také síţeí spolehlvost dodávky elektrcké eerge. Tyto edostatky lze odstrat úpravou sítí 110 kv a zejméa posíleím vtřích částí města vybudováím trasformací 110/22 kv. Z aměřeých hodot zmího proudového maxma a kmeových lkách (a výstupu z jedotlvých trasformací) př soudobém zatíţeí lze př daé hladě apětí určt maxmálí odebíraý výko.

40 4 Charakterstka dstrbučí soustavy města Bra 40 Tab. 4-3: Naměřeé hodoty proudového maxma př soudobém zatížeí rok KV LI BOB MEY HUV BNT BNC Celkem I [A] I [A] I [A] I [A] I [A] I [A] I [A] I [A] Hodoty v Tab 4-3 byly aměřey frmou E.ON. Pro určeí maxmálího odebíraého výkou z jedotlvých trasformací př soudobém zatíţeí volím jedoté apětí a jejch výstupu a to 22,8 kv. Tab. 4-4: Maxmálí soudobé zatížeí jedotlvých trasformací rok KV LI BOB MEY HUV BNT BNC Celkem P[MW] P[MW] P[MW] P[MW] P[MW] P[MW] P[MW] P[MW] ,58 15,27 34,97 33,50 33,91 70,49-210, ,40 14,86 35,90 31,25 32,53 70,53-213, ,49 15,94 34,85 34,14 34,82 77,70-226, ,44 13,81 36,58 36,65 36,43 77,43 6,34 241, ,65 14,71 39,95 37,52 37,70 81,67 6,79 255, ,90 13,66 40,14 37,97 37,07 78,56 6,79 250, ,08 17,11 42,99 35,83 40,86 77,70 6,12 255,67 Z vypočítaých hodot maxma odebíraého výkou z grafckého zobrazeí vývoje zatíţeí je vdět, ţe celkové zatíţeí trasformačích stac roste. Nejedá se ovšem o zcela leárí rŧst, protoţe spotřeba elektrcké eerge závsí především a charakteru zmy v daém roce.