NÁVRH ROZVOJE SÍTĚ 22 KV V ZADANÉ ČÁSTI BRNA

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 SÍTĚ 22 KV V ZADANÉ ČÁSTI BRNA DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR BC. VOJTĚCH LAKOMÝ BRNO 2008

LICENČNÍ SMLOUVA POSKYTOVANÁ K VÝKONU PRÁVA UŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO uzavřeá mez smluvím straam: 1. Pa/paí (dále je autor ) Jméo a příjmeí: Vojtěch Lakomý Bytem: Lužce 29, 78501, Šterberk Naroze/a (datum a místo): 28.12.1982, Šterberk 2. Vysoké učeí techcké v Brě Fakulta elektrotechky a komukačích techologí, se sídlem Údolí 244/53, 602 00 Bro, a jejímž 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, jejíž druh je specfková jako... (dále je VŠKP ebo dílo) Název VŠKP: Vedoucí/ školtel VŠKP: Ústav: Návrh rozvoje sítě 22 kv v zadaé část Bra doc. Ig. Vladmír Blažek, CSc. Ústav elektroeergetky Datum obhajoby VŠKP: 10. červa 2008 VŠKP odevzdal autor abyvatel v * : tštěé formě počet exemplářů 1 elektrocké formě počet exemplářů 1 * hodící se zaškrtěte

2. Autor prohlašuje, že vytvořl samostatou vlastí tvůrčí čostí dílo shora popsaé a specfkovaé. Autor dále prohlašuje, že př zpracováváí díla se sám edostal do rozporu s autorským zákoem a předpsy souvsejícím a že je dílo dílem původím. 3. Dílo je chráěo jako dílo dle autorského zákoa v platém zěí. 4. Autor potvrzuje, že 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 užít, archvovat a zpřístupt ke studjím, výukovým a výzkumým účelům včetě pořzovaí výpsů, opsů a rozmože. 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 4. Nevýdělečé zveřejňováí díla abyvatelem v souladu s ustaoveím 47b zákoa č. 111/ 1998 Sb., v platém zěí, evyžaduje 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, přčemž po jedom vyhotoveí obdrží autor a abyvatel, další vyhotoveí je vložeo 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 vůle smluvích stra, s plým porozuměím jejímu textu důsledkům, kolv v tís a za ápadě evýhodých podmíek. 4. Lcečí smlouva abývá platost a účost dem jejího podpsu oběma smluvím straam. V Brě de 10.červa 2008.. Nabyvatel Autor

Bblografcká ctace práce: LAKOMÝ, V. Návrh rozvoje sítě 22 kv v zadaé část Bra. Bro: Vysoké učeí techcké v Brě, Fakulta elektrotechky a komukačích techologí, 2008. 76 stra. Vedoucí dplomové práce: doc. Ig. Vladmír Blažek, CSc. Prohlašuj, že jsem svou dplomovou prác vypracoval samostatě a použl jsem pouze podklady (lteraturu, projekty, SW atd.) uvedeé v přložeém sezamu. Zároveň bych a tomto místě chtěl poděkovat svým rodčům za podporu během celé doby mého studa.

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechky a komukačích techologí Ústav elektroeergetky Dplomová práce Návrh rozvoje sítě 22 kv v zadaé část Bra Bc. Vojtěch Lakomý vedoucí: doc. Ig. Vladmír Blažek, CSc. Ústav elektroeergetky, FEKT VUT v Brě, 2008 Bro

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Electrcal Egeerg ad Commucato Departmet of Electrcal Power Egeerg Master s Thess Desg of the expaso of 22 kv dstrbuto etwork a specfc part of the cty of Bro by Bc. Vojtěch Lakomý Supervsor: doc. Ig. Vladmír Blažek, CSc. Bro Uversty of Techology, 2008 Bro

Abstrakt 3 ABSTRAKT Cílem této práce je avrhout opatřeí v dstrbučí soustavě (DS) města Bra pro zajštěí dodávky elektrcké eerge jejím spotřebtelům v požadovaém možství, kvaltě a spolehlvost. Teto projekt budeme řešt pomocí programu PAS DAISY Off-Le v.4.00 Bzo. Nejprve provedeme aalýzu ustáleého stavu DS. Zkotrolujeme, zda zatížeí trasformačích stac 110/22 kv, kabelových a vekovích vedeí jsou v přípustých mezích staoveých vtřím směrcem frmy E.ON Dstrbuce, a.s. Poté do modelu městské dstrbučí sítě doplíme, případě v ěm opravíme rezervovaé příkoy velkoodběratelů. Z výpočtu ustáleého stavu této soustavy pravděpodobě zjstíme, že ěkteré její prvky jsou přetížey. Proto avrheme změy (přepojeí sítě, stalace ových trasformačích stac a vedeí), které zajstí bezpečý a spolehlvý provoz DS. KLÍČOVÁ SLOVA: elektrzačí soustava; dstrbučí soustava; kabelová a vekoví vedeí; trasformačí stace; spolehlvost soustavy; dodávka elektrcké eerge; spotřebtelé elektrcké eerge

Abstract 4 ABSTRACT The goal of ths thess s to desg measures of the dstrbuto etwork Bro to esure a supply of electrcty to ts cosumers requred quatty, qualty ad relablty. Ths project wll be solved the program called PAS DAISY Off-Le v.4.00 Bzo. At frst we make a aalyss of the steady state of the dstrbuto etwork. We check load of trasformer statos 110/22 kv, overhead ad cable les f they operate allowed lmts. The we complete or correct reserved power dras of bg cosumers of electrcty the model of dstrbuto system. From the calculato of the steady state of the dstrbuto etwork we wll probably fd out that some parts of the system are overloaded. Therefore we suggest chages for t (lke swtchg over crcuts, stallato of ew trasformer statos ad crcuts), whch should esure safety ad relablty of operatos the dstrbuto system. KEY WORDS: power system; dstrbuto etwork; cable ad overhead les; trasformer stato; relablty of system; electrcty supply; eergy cosumers

Obsah 5 OBSAH SEZNAM OBRÁZKŮ...8 SEZNAM TABULEK...9 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK...10 1 ÚVOD 13 2 ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVA V ČESKÉ REPUBLICE...14 2.1 DĚLENÍ ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVY PODLE HLADINY NAPĚTÍ...14 2.1.1 PŘENOSOVÁ SOUSTAVA...14 2.1.2 DISTRIBUČNÍ SOUSTAVA...14 2.2 DRUHY ELEKTRICKÝCH VEDENÍ...14 2.2.1 VENKOVNÍ VEDENÍ...15 2.2.2 KABELOVÁ VEDENÍ...15 2.3 KONFIGURACE ELEKTRICKÝCH SÍTÍ VVN A VN...17 2.3.1 PAPRSKOVÁ SÍŤ...17 2.3.2 OKRUŽNÍ SÍŤ...17 2.3.3 ZAUZLENÁ SÍŤ...18 2.4 DALŠÍ ČÁSTI ES...18 2.4.1 TRANSFORMOVNY...18 2.4.2 SPÍNACÍ STANICE...19 2.4.3 MĚNÍRNY...19 2.4.4 KOMPENZAČNÍ STANICE...19 2.4.5 KOLEKTORY...19 3 ZÁSADY PRO ROZVOJ A VÝSTAVBU SYSTÉMŮ VN VE MĚSTECH...21 3.1 TYPY VEDENÍ POUŽÍVANÉ V MĚSTSKÝCH SÍTÍCH...21 3.2 ZÁSADY VÝSTAVBY A PROVOZU MĚSTSKÝCH SÍTÍ VN...22 3.3 MOŽNOSTI ZVÝŠENÍ SPOLEHLIVOSTI DODÁVKY ELEKTRICKÉ ENERGIE...23 3.3.1 DÁLKOVĚ OVLÁDANÉ VYPÍNAČE A ODPÍNAČE...23 3.3.2 SNÍMAČE PRŮCHODU ZKRATOVÉHO PROUDU...24 3.3.3 PŘÍČNÉ SPOJKY NA VEDENÍ VN...24 4 ZPŮSOBY VÝPOČTU SÍTÍ VN V USTÁLENÉM STAVU...25 4.1 OBECNÁ METODA ŘEŠENÍ UZLOVÝCH SÍTÍ...25 4.2 VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU ES V PRAXI...28 4.2.1 VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU SÍTĚ GAUSS-SEIDLOVOU METODOU...30 4.2.2 VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU SÍTĚ NEWTON-RAPHSONOVOU ITERAČNÍ METODOU...32 5 PROGRAM PAS DAISY OFF-LINE V.4.00 BIZON...37 5.1 VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU SÍTĚ LFOFF...37 5.2 VÝPOČET ZKRATOVÝCH POMĚRŮ SÍTĚ ZKOFF...37 5.3 VÝPOČET ZABEZPEČENOSTI CHODU SÍTĚ CNOFF...38

Obsah 6 6 CHARAKTERISTIKA DISTRIBUČNÍ SOUSTAVY MĚSTA BRNA...39 6.1 ZDROJE ELEKTRICKÉ ENERGIE...39 6.2 NAPÁJECÍ SÍŤ 110 KV...39 6.3 TRANSFORMOVNY 110/22 KV...39 6.4 SÍŤ 22 KV...45 6.5 SPOTŘEBITELÉ ELEKTRICKÉ ENERGIE...45 6.6 PLÁNOVANÝ ROZVOJ DS MĚSTA BRNA...46 7 VÝPOČET AKTUÁLNÍHO USTÁLENÉHO STAVU DS MĚSTA BRNA...48 7.1 ZATÍŽENÍ TRANSFORMAČNÍCH STANIC...48 7.2 KONTROLA ZATÍŽENÍ KABELOVÉHO A VENKOVNÍHO VEDENÍ...51 8 URČENÍ TRENDU SPOTŘEBY ELEKTRICKÉ ENERGIE...53 8.1 VYROVNÁNÍ POMOCÍ LINEÁRNÍ FUNKCE...53 8.2 VYROVNÁNÍ POMOCÍ EXPONENCIÁLNÍ FUNKCE...55 8.3 URČENÍ SPRÁVNOSTI VYROVNÁVACÍ FUNKCE...56 8.4 STANOVENÍ PLOŠNÉHO VÝVOJE ZATÍŽENÍ ŘEŠENÉ OBLASTI V LETECH 2009 AŽ 2012...58 9 PŘEDPOKLÁDANÝ VÝVOJ DS MĚSTA BRNA...60 9.1 VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU DS K ROKU 2010 BEZ NOVÝCH ZDROJŮ...62 9.1.1 ZATÍŽENÍ TRANSFORMAČNÍCH STANIC...62 9.1.2 KONTROLA ZATÍŽENÍ ELEKTRICKÝCH VEDENÍ...64 9.1.3 NAVRŽENÁ OPATŘENÍ PRO ZAJIŠTĚNÍ BEZPEČNÉHO A SPOLEHLIVÉHO PROVOZU DS...66 9.2 VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU DS K ROKU 2010 S NAPÁJECÍM UZLEM PŘÍKOP...67 9.2.1 ZATÍŽENÍ TRANSFORMAČNÍCH STANIC A VEDENÍ...67 9.3 VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU DS K ROKU 2010 S NAPÁJECÍM UZLEM MORAVANY...69 9.3.1 ZATÍŽENÍ TRANSFORMAČNÍCH STANIC A VEDENÍ...69 9.4 INVESTIČNÍ NÁROČNOST NAVRŽENÝCH OPATŘENÍ V DS MĚSTA BRNA...72 9.4.1 ROZPOČET TRANSFORMAČNÍ STANICE PŘÍKOP...72 9.4.2 ROZPOČET TRANSFORMAČNÍ STANICE MORAVANY...72 9.4.3 NÁKLADY NA VYBUDOVÁNÍ KABELOVÉHO VEDENÍ 110 KV PROPOJUJÍCÍHO TR PŘÍKOP A TEPLÁRNU ŠPITÁLKA...73 9.4.4 NÁKLADY NA DOKONČENÍ SÍTĚ VN BRNO SEVER...73 9.4.5 NÁKLADY NA VYBUDOVÁNÍ NAPÁJEČŮ VELETRHŮ BRNO...73 10 ZÁVĚR...74 POUŽITÁ LITERATURA...76 PŘÍLOHA A PŘÍLOHA B PŘÍLOHA C PŘÍLOHA D AKTUÁLNÍ STAV 2008 ROZDĚLENÍ NAPÁJENÍ SÍTÍ 22 KV DLE TR 110/22 KV AKTUÁLNÍ STAV 2008 POMĚRNÉ PROUDOVÉ ZATÍŽENÍ STAV K R. 2010 BEZ NOVÝCH NAPÁJECÍCH ZDROJŮ ROZDĚLENÍ NAPÁJENÍ SÍTÍ 22 KV DLE TR 110/22 KV STAV K R. 2010 BEZ NOVÝCH NAPÁJECÍCH ZDROJŮ POMĚRNÉ PROUDOVÉ ZATÍŽENÍ

Obsah 7 PŘÍLOHA E PŘÍLOHA F PŘÍLOHA G PŘÍLOHA H STAV K R. 2010 S TR PŘÍKOP ROZDĚLENÍ NAPÁJENÍ SÍTÍ 22 KV DLE TR 110/22 KV STAV K R. 2010 S TR PŘÍKOP POMĚRNÉ PROUDOVÉ ZATÍŽENÍ STAV K R. 2010 S TR MORAVANY ROZDĚLENÍ NAPÁJENÍ SÍTÍ 22 KV DLE TR 110/22 KV STAV K R. 2010 S TR MORAVANY POMĚRNÉ PROUDOVÉ ZATÍŽENÍ PŘÍLOHA CH DISPEČERSKÉ SCHÉMA DS MĚSTA BRNA

Sezam obrázků 8 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 2-1 Zjedodušeá struktura elektrzačí soustavy ČR [1]...14 Obr. 2-2: Řez kabelu typu A2XS(F)2Y [5]...16 Obr. 2-3: Řez kabelu typu 1-NAYY-J [5]...16 Obr. 2-4: Paprsková síť v [14]...17 Obr. 2-5: Okruží síť v [14]...17 Obr. 2-6: Příklad prmárího kolektoru [17]...20 Obr. 3-1: Typy vedeí v používaé ve městech [2]...21 Obr. 4-1: K modfkovaé metodě uzlových apětí [1]...26 Obr. 4-2: Fázorový dagram...29 Obr. 6-1: Celkové zatížeí dstrbučích trasformačích stac...41 Obr. 6-2: Zatížeí vybraých trasformací a přípojcích v...42 Obr. 6-3: Zatížeí vybraých trasformací a přípojcích v...42 Obr. 6-4: Zatížeí jedotlvých trasformací k roku 2008 odvozeé z měřeých dat...44 Obr. 6-5: Struktura spotřebtelů elektrcké eerge v roce 2001...46 Obr. 6-6: Pláovaý rozvoj DS 110 kv [11]...47 Obr. 7-1: Vypočítaé zatížeí jedotlvých trasformací k roku 2008...49 Obr. 8-1: Plošý vývoj zatížeí řešeé oblast př použtí expoecálí vyrovávací fukce...59 Obr. 9-1: Plošý árůst zatížeí společě s árůstem zatížeí jmeovtých akcí...62 Obr. 9-2: Zatížeí jedotlvých trasformací k roku 2010 bez ových zdrojů...64 Obr. 9-3: Zatížeí jedotlvých trasformací k roku 2010 s apájecím uzlem Příkop...68 Obr. 9-4: Zatížeí jedotlvých trasformací k roku 2010 s apájecím uzlem Moravay...71

Sezam tabulek 9 SEZNAM TABULEK Tab. 4-1: Zaméková kovece pro zadaé čé a jalové výkoy v -tém uzlu ES [7]...28 Tab. 6-1: Jmeovté výkoy trasformačích stac...39 Tab. 6-2: Celkové stalovaé výkoy jedotlvých trasformací...40 Tab. 6-3: Naměřeé hodoty proudového maxma př soudobém zatížeí...40 Tab. 6-4: Maxmálí soudobé zatížeí jedotlvých trasformací...41 Tab. 6-5: Zatížeí trasformačích stac k roku 2008 odvozeé z měřeých dat...43 Tab. 6-6: Struktura spotřebtelů elektrcké eerge v roce 2001...45 Tab. 6-7: Pláovaý rozvoj DS 110 kv [11]...47 Tab. 7-1: Vypočítaé zatížeí trasformačích stac k roku 2008...48 Tab. 7-2: Sezam vedeí se zatížeím přesahujícím 70 % své omálí hodoty...51 Tab. 8-1: Tabulka hodot pro výpočet parametrů a, b leárí fukce...54 Tab. 8-2: Tabulka hodot pro výpočet parametrů a, b expoecálí fukce...56 Tab. 8-3: Vypočítaé hodoty potřebé pro posouzeí správost volby daé fukce...57 Tab. 8-4: Čtelé určující správost zvoleé vyrovávací fukce...57 Tab. 8-5: Plošý vývoj zatížeí...58 Tab. 9-1: Nové odběry v letech 2008 2010...60 Tab. 9-2: Plošý árůst zatížeí společě s árůstem zatížeí jmeovtých akcí...61 Tab. 9-3: Vypočítaé zatížeí trasformačích stac k roku 2010 bez ových zdrojů...63 Tab. 9-4: Sezam vedeí se zatížeím přesahujícím 70 % své omálí hodoty...65 Tab. 9-5: Vypočítaé zatížeí trasformačích stac k roku 2010 s apájecím uzlem Příkop...67 Tab. 9-6: Zatížeí trasformačích stac k roku 2010 s apájecím uzlem v Moravaech...69 Tab. 9-7: Náklady a dobudováí trasformace Příkop...72 Tab. 9-8: Náklady a vybudováí TR 110/22 kv v Moravaech...73

Sezam symbolů a zkratek 10 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK a a.s. AFXz AlFe - parametr rovce - akcová společost - jedoduchý zolovaý vodč v - ocelohlíkový vodč (lao) používaý v sítích vv a v A2XS(F)2Y - ový typ kabelu v: A - hlíkové jádro, 2X - zesítěá XLPE zolace, S - měděé drátěé stíěí, (F) - podélá odolost prot vodě, 2Y - PE vější plášť AXEKVCEY - starý typ kabelu v: A - hlíkové jádro, XE - zesítěý polyetylé, K - kabel, VC - stíěí měděé kovové s ochraou prot podélému šířeí vody pod pláštěm, EY - kombovaý plášť z PE + PVC AYKY-J - starý typ kabelu : A - hlíkové jádro, Y - PVC zolace žl, K - kabel, Y - plášť PVC, J - zeleožlutá žíla b BNC BNJ BNP BNS BNT BOB ČEPS, a.s ČML ČR ČSN d DISTRI DO DS ES F HUV - parametr rovce - trasformačí stace Čerovce - spíací stace Jílová - spíací stace Příkop - spíací stace Klusáčkova - trasformačí stace Bro-Teplára - trasformačí stace Bohuce - provozovatel české eergetcké přeosové soustavy - trasformačí stace Teplára Červeý mlý - Česká republka - česká techcká orma - průměrá absolutí odchylka, (MW) - slaěý zolovaý vodč - dosavadí odběr, (MW) - dstrbučí soustava - elektrzačí soustava - fukce - trasformačí stace Husovce 0 - procetí proud aprázdo, (%) - fázor proudu v -tém uzlu soustavy, (A)

Sezam symbolů a zkratek 11 * I I j - komplexě sdružeý fázor proudu, (A) - fázor proudu mez uzly a j, (A) I max J k - maxmálí dovoleý proud pro daý typ vedeí, (A) - Jacobá - pořadí terace k - měrý čtel ztrát, (kw.kvar -1 ) l K T KV LI MOR MEY m. - délka vedeí, (m) - celkové vestčí áklady trasformátoru, (Kč) - trasformačí stace Komárov - trasformačí stace Líšeň - trasformačí stace Moravay - trasformačí stace Medláky - mmum - počet měřeí p - měré áklady a výko, (Kč.kW -1.r -1 ) w - měré áklady a eerg, (Kč.kWh -1 ) - celkové měré áklady a ztráty, (Kč.kW -1.r -1 ) 0 - celkové měré áklady a ztráty aprázdo, (Kč.kW -1.r -1 ) - ízké apětí NAYY-J - ový typ kabelu : N - dle stadardů VDE, A - hlíkové jádro, Y - PVC zolace žíly, Y - PVC vější plášť, J - zeleožlutá žíla OO - očekávaý odběr, (MW) p - celkové ročí proceto, (%.r -1 ) P P Z - čý výko v -tém uzlu soustavy, (W) - absolutí zatížeí trasformačích stac, (MW) P Z% - relatví zatížeí trasformačích stac, (%) PS Q RP - přeosová soustava - jalový výko v -tém uzlu soustavy, (VAr) - rezervovaý příko, (MW) S - průřez vedeí, (mm 2 ) SAX - typ zolovaého vodče v S - zdálvý výko v -tém uzlu soustavy, (VA)

Sezam symbolů a zkratek 12 * S S h S TR - komplexě sdružeý fázor zdálvého výkou, (VA) - hospodáré zatížeí trasformátoru, (kva) - jmeovtý výko, (MVA) - trasformačí stace T - doba plých ztrát, (h.r -1 ) u k - procetí apětí akrátko, (%) UCTE - Uo for the Co-ordato of Trasmsso of Elektrcty U - fázor apětí v uzlu, (V) * U U s V - komplexě sdružeý fázor apětí, (V) - sdružeé apětí, (V) - vedeí V - varačí součtel, (%) v vv - vysoké apětí - velm vysoké apětí Y j - podélá admtace mez uzly a j, (S) α - fázový posu fázoru proudu vůč reálé ose, ( ) P 0 - ztráty čého výkou aprázdo, (kw) P - dferece čého výkou v -tém uzlu soustavy, (W) P k - ztráty čého výkou akrátko, (kw) Q 0 - ztráty jalového výkou aprázdo, (kvar) Q - dferece jalového výkou v -tém uzlu soustavy, (VAr) Q k - ztráty jalového výkou akrátko, (kvar) U - dferece fázoru apětí v -tém uzlu soustavy, (V) δ - dferece fázového posuu apětí v -tém uzlu soustavy, ( ) δ ε σ φ - fázový posu fázoru apětí vůč reálé ose, ( ) - zadaá přesost výpočtu - průměrá směrodatá odchylka, (MW) - fázový posu mez fázory apětí a proudu, ( )

1 Úvod 13 1 ÚVOD Dstrbučí soustava (DS) představuje komplex elektrckých zařízeí (elektrckých vedeí, trasformátorů, kompezačích prostředků atd.), které tvoří edílou součást elektroeergetckých systémů. V souvslost s rostoucím požadavky a možství, kvaltu a spolehlvost dodávky elektrcké eerge je uté průběžě provádět rekostrukc stávajících elektrckých zařízeí. Současý rostoucí počet průmyslových, obchodích a zábavích ceter v Brě vyžaduje také výstavbu ových kapact (trasformačích a spíacích stac, vedeí) a to tak, aby byla vždy spotřebtelům zaručea dodávka elektrcké eerge v požadovaém možství a předepsaé kvaltě! Pro ochrau spotřebtelů elektrcké eerge byla v roce 2005 vydáa vyhláška č. 540 o kvaltě dodávek elektřy a souvsejících služeb v elektroeergetce. Na základě této vyhlášky má koečý zákazík právo požadovat od provozovatele DS áhradu za edodržeí příslušých ukazatelů kvalty a spolehlvost dodávky elektřy. Lmty stadardů obsažeých 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 systémů.

2 Elektrzačí soustava v České republce 14 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 v eposledí řadě spotřebče elektrcké eerge. ~ elektrára (6-25) kv trasformace apětí a 400 kv ebo a 220 kv ~ vedeí (400-220) kv trasformovy 400(220)/110 kv 22/6 kv 110/22 kv 22/0,4 kv ~ Přeosová soustava Dstrbučí soustava Obr. 2-1 Zjedodušeá struktura elektrzačí soustavy ČR [1] 2.1 Děleí elektrzačí soustavy podle hlady apětí Podle hlady apětí dělíme ES (vz. Obr. 2-1) a přeosovou (PS) a dstrbučí (DS) ebol rozvodou soustavu. 2.1.1 Přeosová soustava PS se používá pro přeos velkých výkoů a velké vzdáleost. V České republce do PS řadíme elektrcké sítě s apětím 400 kv a 220 kv. 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. 2.1.2 Dstrbučí soustava DS tvoří soubor zařízeí pro rozvod (dstrbuc) elektrcké eerge z adřazeé PS ebo ze zdrojů zapojeých do í ke kocovým užvatelům. V České republce se jedá o zařízeí s apětím 110 kv a žším. 2.2 Druhy elektrckých vedeí Elektrcké vedeí představuje soubor vodčů, zolačích materálů a kostrukcí určeých pro přeos elektrcké eerge mez dvěma body elektrcké sítě, mez jejím uzly. Elektrcká vedeí se dělí a kabelová a vekoví.

2 Elektrzačí soustava v České republce 15 2.2.1 Vekoví vedeí Vekoví vedeí tvoří holé vodče, které jsou ad zemí (teréem) vedey pomocí zolátorů a vhodých podpěrých stožárů. Používají se tam, kde je pro ě dostatek prostoru a kde eí adměrá hustota zatížeí. Př výstavbě ových vedeích jsou preferováy, přestože jejch áklady a provoz a údržbu jsou vyšší ež 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 žší. Dle hlady apětí používaých ČR se vekoví vedeí aší dstrbučí soustavy dělí a: Vedeí 110 kv (vv), které slouží k přeosu velkých výkoů z místa propojeí s přeosovou soustavou do míst s velkou kocetrací odběrů. Délky těchto vedeí mohou čt ěkolk desítek klometrů. 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 okruží rozvod. Tvoří je holé ocelohlíkové laa AlFe. Vedeí 22 kv (v) se využívají pro přeos elektrcké eerge do ceter její spotřeby, jako jsou obce, města a velkoodběratelé. Tato vedeí jsou kratší ež vedeí 110 kv. Rověž se u ch vyžaduje vysoká spolehlvost dodávky, ovšem e tak velká, jak je tomu u vedeí 110 kv. Provozují se jako okruží paprsková síť. Pro vedeí v se používají ocelohlíkové vodče AlFe, jedoduché zolovaé vodče AFXz ebo SAX a slaěé zolovaé vodče SAXKA ebo DISTRI. U vedeí 22 kv se ve frmě E.ON můžeme ejčastěj setkat s holým vodč AlFe a v odůvoděých případech (okraj lesa, sady, atd.) s zolovaým vodč SAX-W. Součastým záměrem frmy je rozšřovat sítě tohoto typu pouze ve vekovských oblastech, v městských aglomeracích a v jejch okolí se přechází a kabelové sítě v. Nejžší hlada apětí používaá v aší rozvodé soustavě je 400 V. Stejě jako u všech předchozích hodot apětí (400, 220, 110, 22, 35) kv se jedá o hodotu sdružeou. Tedy o hodotu, kterou bychom teoretcky aměřl voltmetrem mez dvěm růzým fázem souměré trojfázové soustavy. Vedeí 400 V má omezeé možost přeosu výkou a určtou vzdáleost, která je zejméa lmtováa úbytkem apětí a vedeí. Pro tato vedeí se používají holé vodče AlFe, zolovaé vodče ebo závěsé kabely. Ve společost E.ON se př stalac ových sítí používají pouze zolovaá vedeí. 2.2.2 Kabelová vedeí Kabelová vedeí achází uplatěí tam, kde elze z prostorových, bezpečostích, případě jých důvodů (slá ámrazová oblast, chemcky agresví prostředí) použít vedeí vekoví. Pořzovací áklady těchto vedeí jsou oprot vekovím vedeím podstatě vyšší. Kabelová vedeí aší DS lze opět rozdělt a: Vedeí 110 kv, která se díky vysokým vestčím ákladům a jejch techcké áročost používají ojeděle. Můžeme se s m setkat v oblastech, které je uté zásobt velkým výkoy, jedá se tedy především o velká města a průmyslové zóy. Umístěí kabelového vedeí 110 kv je realzováo převážě v kolektorech. Málokdy je možé využít stalac kabelového vedeí 110 kv ve volém teréu. Vedeí 22 kv jsou v ejvětší míře zastoupey v kabelových rozvodech velkých měst. Nejčastěj se provozují jako okruží síť. Jsou a ě kladey velké ároky, co se týče prokáí vlhkost. V současé době se ejčastěj používají kabely s zolací ze zesíleého polyethyleu. Mez ejčastěj žádaé kabely patří typy AXEKVCEY, AXEKVCY, AVXEKVCE,

2 Elektrzačí soustava v České republce 16 AVXEKVCEY, CXEKVCY a CXEKVCEY. Ve frmě E.ON jsme se doposud mohl setkat pouze s kabelovým vedeím typu AXEKVCEY (A - hlíkové jádro, XE - zesítěý polyetylé, K - kabel, VC - stíěí měděé kovové s ochraou prot podélému šířeí vody pod pláštěm, EY - kombovaý plášť z PE + PVC). Od roku 2007 se v sítích v staluje ový typ kabelu A2XS(F)2Y (A - hlíkové jádro, 2X - zesítěá XLPE zolace, S - měděé drátěé stíěí, (F) - podélá odolost prot vodě, 2Y - PE vější plášť). Teto typ kabelu se z požárích důvodů esmí stalovat do kolektorů a kabelových prostor v budovách. Do kolektorů a kabelových prostor v budovách v případě zaústěí delších jak 3 m se bude adále stalovat kabelové vedeí typu AXEKVCEY. Obr. 2-2: Řez kabelu typu A2XS(F)2Y [5] Vedeí s jmeovtým apětím 400 V () slouží k rozvodu elektrcké eerge od trasformátorů 22/0,4 kv až do rozvodé skříě spotřebtele. Doposud se v dstrbučí soustavě frmy E.ON, a.s. používala kabelová vedeí typu 1-AYKY-J (A - hlíkové jádro, Y - PVC zolace žl, K - kabel, Y - plášť PVC, J - zeleožlutá žíla). Nová kabelová vedeí, která budou stalovaá v sítích jž budou typu 1-NAYY-J (N - dle stadardů VDE, A - hlíkové jádro, Y - PVC zolace žíly, Y - PVC vější plášť, J - zeleožlutá žíla). Obr. 2-3: Řez kabelu typu 1-NAYY-J [5] V další část této dplomové práce se jž budeme věovat pouze rozvodu 110 kv a 22 kv.

2 Elektrzačí soustava v České republce 17 2.3 Kofgurace elektrckých sítí vv a v Dle způsobu jejch propojeí je rozdělujeme a paprskové, okruží a zauzleé. 2.3.1 Paprsková síť U této kofgurace sítě (Obr. 2-4) elektrcká vedeí (vekoví ebo kabelová) vycházejí z apájecího místa (trasformovy ebo spíací stace) a zásobují elektrckou eergí jedotlvé trasformovy v/ ebo přímo odběry a v. Př poruše a ebo zkratu a takovém vedeí dochází k jeho výpadku a přerušeí dodávky elektřy koečému zákazíkov. Teto edostatek je kompezová ízkým vestčím a provozím áklady. Často se používá v malých městech a v průmyslu. vv v 2.3.2 Okruží síť Obr. 2-4: Paprsková síť v [14] V ěkteré lteratuře se můžeme setkat s ázvem smyčková síť. Tyto sítě se mohou provozovat jako rozeputé (paprskové) ebo seputé. Jedotlvé paprsky ebo polosmyčky jsou vedey tak, aby se daly sepout. v vv Obr. 2-5: Okruží síť v [14] Okruží sítě jsou dražší ež paprskové, protože pro jejch vzájemé spojeí je potřeba větších délek vedeí. Jejch hlaví výhodou je přrozeé rozděleí toků proudu a tím sížeí ztrát a vedeí a zlepšeí úbytku apětí. Sítě v se převážě budují jako okruží sítě ebo jako sítě apájeé z obou stra. Provozují se ovšem jako sítě paprskové a to z důvodu sazšího dspečerského řízeí soustavy.

2 Elektrzačí soustava v České republce 18 2.3.3 Zauzleá síť Vlastě se jedá o seputou okruží síť. Tyto sítě se lší od klasckých okružích sítí větším počtem smyček, tedy složtější kofgurací. Používají se převážě u sítí, z tohoto důvodu se jm dále ebudeme zabývat. V této prác se budeme zabývat rekostrukcí městské dstrbučí sítě v městě Brě, která byla vystavěa jako okruží případě mřížová síť. Obecě pro městské sítě v porováí s ostatím sítěm jsou charakterstcké vysoké hodoty měrého plošého zatížeí (udává se v MW/km 2 ). Velkost měrého zatížeí patří mez základí faktory ovlvňující řešeí elektrckých sítí. Zásady, které je uto př ávrhu dstrbučích sítí dodržet, jsou uvedey v další kaptole. 2.4 Další část ES Mez další část ES patří trasformovy, spíací stace, měíry, kompezačí stace a také kolektory. 2.4.1 Trasformovy Jak už z ázvu vyplývá, trasformovy slouží k trasformac (změě) hlady apětí. Součástí trasformove jsou trasformátory hlaví a vlastí spotřeby, rozvodá zařízeí a reaktory k omezeí zkratových proudů, statcké a rotačí kompezátory, tlumvky, přípojce, vypíače, elektrcké ochray atd. Trasformačí stace stejě jako všechy ostatí elektrcké stace tvoří uzly v ES. Z hledska velkostí převodích apětí je lze dělt a: Napájecí trasformovy, v chž se trasformuje apětí 110 kv a 22 kv. Tyto stace jsou stavěy a optmálím místě výhodém pro další rozvod elektrcké eerge. Pokud daá lokalta dspouje dostatkem prostoru, budují se klascké vekoví trasformačí stace a to z důvodu jejch začě žších vestčích ákladů. Pouze ve zvlášť odůvoděých případech je použta techologe plě zapouzdřeé trasformovy. S takovým řešeím se můžeme setkat apříklad v cetrech velkých aglomerací, kde stísěé prostorové podmíky edovolují vekoví provedeí. Dstrbučí trasformovy (DT), které slouží k převodu apětí z 22 kv a 0,4 kv, využívají se pro zásobováí měst a obcí elektrckou eergí. Kostruují se ve třech provedeích věžové, sloupové ebo jako kosky. Des se dává předost koskovým DT, obvykle bývají vybavey jedím trasformátorem o výkou 630 kva. Ve městech jsou DT řešey dle prostorových možostí 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 růst zatížeí, se mohou stavět sloupové DT s trasformátorem do výkou 400 kva. Odběratelské trasformovy se ve svém provedeí jak elší od dstrbučích trasformove. Rozdíl mez odběratelským a dstrbučím trasformovy spočívá v tom, že dstrbučí trasformovy jsou ve vlastctví dstrbučích společostí, kdežto odběratelské stace jsou majetkem samotých odběratelů elektrcké eerge.

2 Elektrzačí soustava v České republce 19 2.4.2 Spíací stace Úkolem spíacích stac je rozvod elektrcké eerge se stejým apětím. Spíací stace ám také umožňují provádět provozí mapulace v ES, čímž se výrazě zvyšuje její spolehlvost. V případě poruchy ám totž umožňují elmovat poruchu a co ejmeší počet odběratelů. Budují se buď samostatě, ebo jako součást jé elektrcké stace (trasformovy, elektráry). Klascká spíací stace se vyskytuje v ovější době méě často, protože s ohledem a hospodárost výstavby a provozu se do uzlů elektrzačí soustavy obvykle soustřeďuje též apájeí sítí žšího apětí, což vede k použtí trasformove. 2.4.3 Měíry Měíra ebol měčová stace, je elektrcká stace, která slouží k přeměě střídavého elektrckého proudu a proud jého kmtočtu ebo a proud stejosměrý a také zajšťuje jeho rozvod. Měčová stace může rověž mět proud stejosměrý a střídavý (tzv. střídač). S měíry se můžeme setkat ve městech, kde jsou jejch prostředctvím apájey trakčí vedeí městských dopravích podků. Hlaví elektrckou částí měčové stace jsou skupy zařízeí, sloužící 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. 2.4.4 Kompezačí stace Kompezačí stace používáme pro paralelí ebo sérovou kompezac. Paralelí kompezace ám umožňuje zmírt epřízvý vlv jalové duktví složky proudu, kterou odebírá spotřebč, v prvcích ES. Pomocí sérové kompezace zmešujeme výsledou duktví reaktac vedeí. Účelem toho je zmešeí úbytku apětí a vedeí a přzpůsobeí jeho parametrů odebíraému výkou tak, aby vedeí pracovalo v oblast s ejvyšší účostí [1]. Společost E.ON, a.s. kompezačí stace epoužívá, kompezace a účík 0,95 se provádí u zákazíka. V případě edodržeí uvedeého účíku je zákazík dstrbučí společostí pealzová. 2.4.5 Kolektory Kolektory jsou podzemí objekty, do chž se pokládají sítě růzých typů (kabelová vedeí, telekomukačí sítě, ale také apříklad parovody, vodovody č kaalzace). Na rozdíl od běžé pokládky kabelového vedeí přímo do země jsou eustále přístupé, a tím ám umožňují jedoduché rekostrukce a obměy sítí. Př klasckém ukládáí jedotlvých žeýrských sítí přímo do země se př jejch opravě ebo výměě evyheme výkopům, které jsou fačě áročé a začě omezují dopravu ve městech. Rověž př tomto způsobu uložeí lze je stěží odhalt poruchy mešího rozsahu a vodovodích ebo parovodích systémech. Kolektory všechy tyto problémy odstraňují. Kolektory se dělí a prmárí (hlubé) a sekudárí (podpovrchové). Prmárí kolektory (Obr. 2-6) se umísťují až do hloubky 30 metrů pod povrch v závslost a geologcké skladbě podloží. Pro hlaví trasy se používají kolektory s kruhovým proflem o průměru 5,1 metrů s rovým dem o světlé výšce 4 metry. V prmárích kolektorech mohou být uložey všechy druhy žeýrských sítí kromě plyovodu a kaalzace.

2 Elektrzačí soustava v České republce 20 Obr. 2-6: Příklad prmárího kolektoru [17] Sekudárí kolektory se acházejí as 5 metrů pod povrchem. Jejch příčý profl je závslý a obsazeí žeýrským sítěm. Do sekudárích kolektorů lze uložt všechy druhy žeýrských sítí kromě plyovodu. Těmto kolektory jsou vedey eergetcká méda až do jedotlvých domovích bloků. Pokud pro edostatek místa elze zajstt přívod žeýrských sítí v kolektoru až k jedotlvým domům, provede se zbylá část zasíťováí eergokaály.

3 Zásady pro rozvoj a výstavbu systémů v ve městech 21 3 ZÁSADY PRO ROZVOJ A VÝSTAVBU SYSTÉMŮ VN VE MĚSTECH Př ávrhu ového vedeí ebo rekostrukc stávajícího vedeí je zapotřebí dodržet určté kovece, které jsou dáy příslušým ormam a stadardy. 3.1 Typy vedeí používaé v městských sítích Na Obr. 3-1 je zázorěo schéma elektrckého vedeí v, které obsahuje jedotlvé typy vedeí charaktercké pro městský rozvod. I. Trasformova 110/22 kv Výkoový vypíač v Napájecí vedeí z TR I. do spíací stace Vstupí rozvody Záloží apájecí vedeí spojující TR I. a II. Napájecí vedeí pro velkoodběratele Dstrbučí vedeí zaústěé mez 2 spíací stace II. Trasformova 110/22 kv Okruží dstrbučí vedeí vycházející ze spíací stace 22 kv Spíač podélého děleí přípojc Odpíač v Dstrbučí trasformova 22/0,4 kv III. Trasformova 110/22 kv Okruží dstrbučí vedeí TR 110/22 kv Obr. 3-1: Typy vedeí v používaé ve městech [2]

3 Zásady pro rozvoj a výstavbu systémů v ve městech 22 Jak je vdět z Obr. 3-1 vedeí v používaé pro řešeí městských sítí lze dle fukce rozdělt a apájecí a dstrbučí. Dále lze tato vedeí dělt dle způsobu kofgurace: a) apájecí vedeí - z trasformovy 110/22 kv do spíací stace, - záloží z trasformovy 110/22 kv do sousedí trasformovy 110/22 kv, - pro velkoodběratele; b) dstrbučí vedeí - okruží vycházející z trasformovy 110/22 kv, - okruží vycházející ze spíací stace 22 kv, - zaústěé mez dvě spíací stace 22 kv. 3.2 Zásady výstavby a provozu městských sítí v Dstrbučí systém 22 kv ve městě musí zajstt dodávku elektrcké eerge v potřebém stup zabezpečeost. Kromě spolehlvost dodávky je také pro teto sytém důležtá dostatečá operatvost v jeho řízeí. Je uté, aby systém splňoval ásledující podmíky [2]: 1) Vstupí rozvody v jsou zálohováy a výpadek jedoho apájecího vedeí v. Pokud to lze, jsou zálohováy ze dvou rozvode 110/22 kv. 2) Porucha jedoho prvku v apájecí sít může způsobt je krátkodobé přerušeí dodávky elektrcké eerge. Její oboveí je zajštěo mapulací pomocí dálkového ovládáí. 3) Porucha dvou prvků v apájecí sít ebo jedoho prvku v dstrbučí sít může způsobt dlouhodobější výpadek. Oboveí dodávky může být zajštěo ručí mapulací v sít. 4) Samostaté vývody ebo okruhy v ze vstupí rozvody jsou pro jedotlvé odběratele realzováy je v těchto případech: - je-l požadavek a přpojeí jedoho odběratele 5 MW a více; - př podložeém předpokladu dalšího růstu odběrů; - v případě zajštěí vyššího stupě spolehlvost; - v případě přpojováí odběratelů s větším příspěvky rušvých vlvů a dstrbučí síť z hledska elektromagetcké kompatblty. 5) Vybraí velkoodběratelé (apř. emocce, městská hromadá doprava, atd.), kteří požadují automatcký záskok a výstavba samostatého vedeí v ze vstupí rozvody by ebyla retablí, jsou apáje ze dvou avzájem ezávslých dstrbučích vedeí u odběratelů blokovaých prot vzájemému seputí. Tto odběratelé musí mít uzavřeou smlouvu a zajštěí zvýšeého stupě zabezpečeí dodávky. V případech, kdy tomu tak z růzých důvodů eí, egaratuje eergetcká společost automatcký záskok. 6) Ve městech se používá převážě kabelová síť v, pouze v okrajových částech může být vekoví síť. 7) Dstrbučí vedeí v jsou dmezováa tak, aby je bylo možé apájet je z jedé vstupí rozvody.

3 Zásady pro rozvoj a výstavbu systémů v ve městech 23 8) Na dstrbučím vedeí v jsou vždy stalováy pouze tř výkoové vypíače v (ve vstupích rozvodách a uprostřed kabelu). Jejch ochray jsou selektvě astavey tak, aby př poruše mohla být odpojea je polova dstrbučího vedeí. 9) V optmálích případech je další výkoový vypíač umístě uprostřed kabelu. Jejch ochray jsou selektvě astavey tak, aby př poruše mohla být odpojea je polova dstrbučího vedeí. 10) Veškeré výkoové vypíače v, které slouží jako rozpadové body v rozvodých dstrbučích vedeích, jsou dálkově ovládaé. 11) Na příčé spojce mez rozvodým dstrbučím vedeím je stalová je jede výkoový vypíač v a druhém koc spojky je stalová odpíač. 12) Výkoové vypíače v v příčých spojkách rozvodých dstrbučích vedeí jsou bez ochra. 13) Odpíače umístěé v příčých spojkách rozvodých dstrbučích vedeí jsou dálkově ovládaé. 14) Na území frmy E.ON Dstrbuce, a.s. mají veškeré ově budovaé kabelové sítě v ve městech mají jedotý průřez vodče: 240 mm 2 A2XS(F)2Y ebo obdobé kostrukce. Je to umožěo zejméa díky malým rozdílům v ceách kabelů s ohledem a průřez. 15) Na dstrbučí vedeí 240 mm 2 A2XS(F)2Y je možé umístt maxmálě dvacet dstrbučích trasformačích stac. 16) Dstrbučí trasformačí stace jsou budováy s jedím případě dvěma trasformátory v/, přčemž výko jedoho trasformátoru je maxmálě 630 kva. 17) Maxmálí realzačí zatížeí celého dstrbučího vedeí 240 mm 2 A2XS(F)2Y je 14 MW, maxmálí realzačí zatížeí polovy tohoto vedeí (tj. po prostředí vypíač) je 7 MW. 3.3 Možost zvýšeí spolehlvost dodávky elektrcké eerge Spolehlvost dodávky elektrcké eerge můžeme zvětšt ěkterým techckým opatřeím, apříklad stalací símačů průchodu zkratového proudu a vedeí. Také j lze zvýšt kvaltím řízeím sítí, to představuje budováí dálkově ovládaých odpíačů a sgalzačích zařízeí. 3.3.1 Dálkově ovládaé vypíače a odpíače Istalace dálkově ovládaých odpíačů a vypíačů ve vybraých dstrbučích trasformovách může podstatě zkrátt dobu bezproudí př poruše a vedeí v. Před použtím dálkového ovládáí je uté techckoekoomcké posouzeí. Nasazeí dálkového ovládáí je vhodé především ve vybraých místech sítě, kde by odběratelé mohl po dstrbučí společost požadovat vysokou platbu za edodaou elektrckou eerg. V současé době jsou možé v podstatě tř způsoby přeosu sgálu: prostředctvím radové sítě ebo pomocí sdělovací kabelové sítě. Posledí a zároveň ejvíce perspektví varata pro budoucost je přeos sgálu přes vysokofrekvečí vazebí modemy a stíěí v kabelu [2].

3 Zásady pro rozvoj a výstavbu systémů v ve městech 24 3.3.2 Símače průchodu zkratového proudu Sgalzačí zařízeí podstatě sžují dobu vyhledáváí poruchy, a tím umožňují rychlé odstraěí bezproudí. V případě poruchy v dstrbučí soustavě vybaveé sgalzačím zařízeím eí uté pro její vyhledáí postupé vypíáí sítí. Porucha může být sgalzováa v dstrbučí trasformově, a dspečku ebo pomocí vysílače krátkého dosahu lze provést kotrolu apříklad z jedoucího auta. 3.3.3 Příčé spojky a vedeí v Použtí příčých spojek lze doporučt u dvou ebo více dstrbučích vedeí v v případě: a) že se předpokládá jejch rozpojeí v místě spojky a apájeí z růzých rozvode 110/22 kv. Podmíkou je důsledé odděleí sekudárí sítě tak, aby v uvedeém případě emohla být apájea jeda oblast z růzých rozvode 110/22 kv. b) že má spojka sloužt jako záloha př poruše jedoho dstrbučího vedeí v. Takto propojeá dstrbučí vedeí v musí být apájea ze stejé rozvody 110/22 kv. V případě apájeí poškozeého vedeí v přes příčou spojku je uté provést kotrolu zatížeí vedeí v, ze kterého je poškozeé vedeí v apájeo. Příčá spojka je v ormálím provozím stavu rozeputa. Jž př ávrhu a budováí ových dstrbučích vedeí v je uté zvážt realzac příčé spojky a vybavt vybraé dstrbučí trasformovy spíacím prvky pro zapojeí příčé spojky [2].

4 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 25 4 ZPŮSOBY VÝPOČTU SÍTÍ VN V USTÁLENÉM STAVU Předpokládáme, že se řešeá síť v achází v ustáleém stavu. Ustáleým stavem rozumíme, že v uvažovaé soustavě edochází ke krátkodobým přechodým jevům, jejchž příčou mohou být zkraty, údery blesku do vedeí ebo do jejch blízkost, přpojováí ebo odpojováí vedeí, zdrojů, kompezačích prvků apod. Ve skutečost ustáleý stav v elektrzačí soustavě eastae kdy, příčou je eustále se měící zatížeí spotřebčů a zdrojů 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 používáy jako výchozí pro avrhováí dalšího rozvoje ES. Sítě v často řešíme s těmto zjedodušujícím předpoklady [1]: a) Neuvažuje se příčá admtace všech prvků soustavy (vedeí, trasformátorů, atd.). b) Parametry jedotlvých prvků soustavy jsou kostaty ezávslé a proudu a apětí. c) Napětí zdrojů a proudy odběrů jsou harmockým fukcem času s frekvecí 50 Hz. d) U trojfázových soustav předpokládáme symetr prvků v parametrech a u odběrů a zdrojů v proudech a apětích. e) Odběry jsou zadáy pomocí proudů ezávslých a apětí, které je a jejch svorkách. 4.1 Obecá metoda řešeí uzlových sítí Z výše uvedeých předpokladů lze k výpočtu použít všechy metody řešeí leárích obvodů (metodu smyčkových proudů, uzlových apětí, superpozc, Theveovu větu a trasfgurac). Vhodost použtí těchto metod se posuzuje podle počtu ezámých, které je v daém obvodu třeba vyčíslt a podle zadáí zdrojů a spotřebčů. Podrobou aalýzou áhradích schémat rozvodých soustav lze prokázat, že k jejch řešeí je ejvhodější zvolt metodu uzlových apětí. Krátce to můžeme zdůvodt takto [1]: a) Kostra schématu sítě má téměř vždy více paralelích větví, ež je počet ezávslých smyček. Uzlových apětí je proto méě ež smyčkových proudů, tz., že dostaeme méě ezámých. b) Zdroje jsou častěj zadáváy jako deálí zdroje proudu a odběry pomocí a apětí ezávslých proudů ebo výkoů, což je pro metodu uzlových apětí vhodé. c) Případé křížeí větví schématu ekomplkuje u této metody jeho pops. Vzhledem ke zmíěému zadáí odběrů a zdrojů a k zaedbáí příčých admtací všech prvků sítě elze použít metodu uzlových apětí bez úprav. Je zapotřebí provést modfkac této metody, ahradt ezámá uzlová apětí fázory úbytků apětí v uzlech. Odvozeí provedeme pro síť a Obr. 4-1. Proudy v podélých admtacích vyjádříme pomocí uzlových apětí. Pro proud v podélé admtac Y j platí ( j ) =. (4.1) I j U U Y j

4 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 26 Podle I. Krchhoffova zákoa proud v uzlu 1 je ( ) ( ) ( ) 1 = U 1 U 2 Y 12 U 1 U 3 Y 13 = U 1 Y 12 + Y 13 U 2 Y 12 U 3 Y 13. (4.2) Tímto způsobem vyjádřeme zbývající dva proudy 2 a 3 kde U 1, U 2, U 3 jsou ezámá uzlová apětí 11 12 13 1 Y Y Y U1 2 = Y 21 Y 22 Y 23. U2, (4.3) 3 Y 31 Y 32 Y 33 U3 1, 2, 3 jsou zadaé uzlové proudy, se zamékem + jsou zadáy dodávky a se referečí uzel pro U zamékem odběry. U 2 1 12 2 1 12 2 Y 13 23 U 1 U 2 I 13 3 Y U 3 I 3 I 23 Y 0 - referečí uzel prou U 3 Obr. 4-1: K modfkovaé metodě uzlových apětí [1] Předchozí soustavu rovc můžeme zkráceě zapsat v matcovém zápse = Y U, (4.4) kde prvky admtačí uzlové matce Y jsou sestavey podle algortmu vyplývajícího z druhého Krchhoffova zákoa. Admtačí uzlová matce má tyto vlastost [1]: a) je souměrá podle hlaví dagoály, pro její prvky platí Y j = Y j pro j. (4.5)

4 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 27 b) Prvky hlaví dagoály Y jsou kladé a jsou to součty admtací všech větví, které v áhradím schématu vycházejí z -tého uzlu. Y m = Y k, (4.6) k = 1 kde m je počet větví, které jsou spojey v -tém uzlu. c) Mmo dagoálí prvky Y j jsou záporě uvažovaé admtace větví spojujících v áhradím schématu uzly a j. d) Protože áhradí schéma eobsahuje a jedo vodvé spojeí, platí pro každý řádek ebo sloupec matce Y Y + Y j = 0 pro = 1,2,...,, j= 1 j (4.7) tj. součet prvků v každém řádku ebo sloupc je ula. Matce Y je tedy sgulárí (její determat je rove 0) a soustava rovc (4.3) emá řešeí pro ezámá uzlová apětí. Tuto vlastost lze odstrat, vyjádříme-l s uzlová apětí pomocí fázorů úbytků apětí měřeých v jedomu z uzlů sítě (apř. k uzlu 1) a apětí tohoto uzlu (referečího uzlu fázorů úbytků apětí). U U 1 U = + pro = 1, 2,,; U 1 = 0. (4.8) Dosazeím rovce (4.8) do rovce (4.2) dostaeme = ( U + U ) Y ( U + U ) Y ( U + U ) Y = 1 1 1 11 1 2 12 1 3 13 ( ) = U Y Y Y + U Y U Y U Y = U Y U Y 1 11 12 13 1 11 2 12 3 13 2 12 3 13 = 0 (4.9) Po této substtuc bude mít soustava rovc (4.4) tvar = Y U. (4.10) Protože úbytek apětí v referečím uzlu pro fázory úbytků apětí je rove ule, síží se počet ezámých U v soustavě rovc (4.10) o jedu. Soustavu rovc pro áhradí schéma (Obr. 4-1) se třem uzly lze přepsat a tvar Y Y 2 22 23 U 2 = 3 Y 23 Y 33 U3 (4.11)

4 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 28 V případě sítě s uzly, ve které byl jede uzel zvole za referečí uzel pro fázory úbytků apětí, řeší se ezámé fázory úbytků apětí ze soustavy -1 rovc = Y U. (4.12) Matce admtací Y má oprot matc Y eulový determat, protože součet prvků této matce alespoň v jedom řádku a sloupc eí ulový. Ze soustavy rovc (4.12) lze vypočítat úbytky apětí 1 U = Y (4.13) a př zalost apětí referečího uzlu U 1 lze určt fázory zbylých uzlových apětí pomocí rovce (4.8). Proudové rozděleí v elektrcké sít pak staovíme podle rovce (4.1) [1]. 4.2 Výpočet ustáleého chodu ES v prax Obecá metoda řešeí uzlových sítí představuje z matematckého hledska leárí úlohu. Používá se často pro přblžé (oretačí) výpočty, kde velké přesost výpočtu eí utá. V prax bývají odběry a dodávky v uzlech ES zadáváy kol pomocí proudů, jak je tomu u obecé metody řešeí uzlových sítí, ale pomocí čých a jalových výkoů. Takže pro -tý uzel ES platí * * S P jq U I = + =, (4.14) kde I je komplexě sdružeý proud k proudu I. Pro zaméka u čého a jalového výkou v rovc (4.14) platí kovece, která je přehledě zobrazea v Tab. 4-1. Tab. 4-1: Zaméková kovece pro zadaé čé a jalové výkoy v -tém uzlu ES [7] Uzel Zdroj Odběr Posu proudu P > 0 P < 0 duktví ϕ > 0 Q > 0 Q < 0 kapactí ϕ < 0 Q < 0 Q > 0 V Tab. 4-1 ϕ udává fázový posu apětí a proudu. Rovc (4.14) lze také přepsat a tvar V rovc (4.15) úhel ( cos s ) S = U δ I α = U I δ α = U I ϕ = S ϕ + j ϕ. (4.15) δ vyjadřuje fázový posu apětí v -tém uzlu vůč reálé ose, úhel určuje fázový posu proudu vůč reálé ose. Pro úplost uvádíme fázorový dagram (Obr. 4-2) pro případ, že proud je zpoždě za apětím u zdroje čého výkou. α

4 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 29 Im U φ I α δ Re Obr. 4-2: Fázorový dagram Na Obr.4-2 je zobrazea stuace pro duktví posu proudu vůč apětí pro zdroj čého výkou. Tz., že ϕ > 0 a P > 0, pak podle zamékové kovece (Tab. 4-1) je Q > 0. Z rovce (4.14) vyjádříme proud I * P jq * * S = =. (4.16) U U Pro obecou elektrckou síť určíme pomocí metody uzlových apětí proud v jejím -tém uzlu, př tom předpokládáme elmac blačího uzlu (odhad apětí v uzlu 1) I = Y ju j, pro = 2,3,,. (4.17) j= 1 Položíme-l do rovost pravé stray rovc (4.16) a (4.17), obdržíme důležtý vztah popsující poměry v ES P jq * U j= 1 = Y ju j, pro = 2,3,,. (4.18) Vzhledem k tomu, že 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 (4.18). Pro řešeí těchto rovc se v prax používají teračí metody (Gauss-Sedlova a Newtoova teračí metoda). Poté, co vypočítáme apětí v jedotlvých uzlech ES, jž eí problém staovt proudové rozděleí v soustavě, určt čé a jalové ztráty v jedotlvých prvcích soustavy. Pro úplost je třeba uvést, že 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. V blačím uzlu (U, δ) je zadáo apětí a jeho úhel. Teto uzel má za úkol hradt případou erovováhu v blac uzlových výkoů 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.

4 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 30 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. 4-1. Regulačí ebol kompezačí uzly (U, P) jsou uzly se zadaým čým výkoem a absolutí hodotou apětí. Nezámé uzlové velčy v jedotlvých typech uzlů ES jsou pak předmětem výpočtu ustáleého chodu ES. Bez dalšího podrobého zdůvodňováí je chod sítě určtý, soustava rovc (4.18) je řeštelá, jsou-l fyzkálí uzlové velčy chodu ES zadáy ásledově [1]: - k apětí, - jede úhel fázoru apětí, - ejvýše 1 čých výkoů, - ejvýše k jalových výkoů, dále musí platt, že 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 uzlů, - -k-1 regulačích uzlů. 4.2.1 Výpočet ustáleého chodu sítě Gauss-Sedlovou metodou Máme řešt soustavu eleárích rovc ve tvaru : (,,..., ) (,,..., ) f x x x = y 1 1 2 1 f x x x = y 2 1 2 2 (,,..., ) f x x x = y 1 2 (4.19) Vhodě zvoleou úpravou j přepíšeme a tvar : 1 1 1 1 2 2 2 2 1 2 (,,..., ) (,,..., ) x = y + φ x x x x = y + φ x x x (,,..., ) x = y + φ x x x 1 2 (4.20)

4 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 31 Pak teračí postup výpočtu kořeů můžeme zapsat ásledově : (,,..., ) (,,..., ) ( k + 1) ( k ) ( k ) ( k ) x = y + φ x x x 1 1 1 1 2 ( k + 1) ( k + 1) ( k ) ( k ) x = y + φ x x x 2 2 2 1 2 ( 1, 2,..., 1, ) ( k + 1) ( k + 1) ( k + 1) ( k + 1) ( k ) x = y + φ x x x x (4.21) Horí dex (k+1) v soustavě rovc (4.21) ozačuje pořadí terace. Př výpočtu prví terace (k = 0) vycházíme z ulté aproxmace, tj. odhadu kořeů Výpočet kočí až rozdíl ( k + 1) ( k ) ( 0) ( 0) ( 0) x1, x2,..., x. x x ε pro = 1, 2,,, (4.22) kde ε je zadaá přesost výpočtu. Př řešeí soustavy rovc (4.21) předpokládáme, že jsou splěy podmíky kovergece. Nyí aplkujeme uvedeý obecý postup Gauss-Sedlovy teračí metody a řešeí soustavy eleárích rovc (4.18). Nejprve uvedeou soustavu rovc rozepíšeme a tř část P jq U * 1 Y ju j Y U Y ju j. (4.23) j= 1 j= + 1 = + + Z této rovce vyjádříme apětí U, čímž dostaeme vhodý tvar rovc pro teračí výpočet U P jq Y U Y U U 1 1 = * j j j j Y j= 1 j= + 1 Převedeme rovc (4.24) do teračího tvaru podle (4.21) 1 P jq U Y U Y U ( k ) ( U ) pro = 2, 3,,. (4.24) 1 ( k + 1) k + 1 k = * Y j= 1 j= + 1 ( ) ( ) j j j j pro = 2, 3,,. (4.25) Výpočet můžeme ukočt, je-l pro všechy splěa podmíka ( k+ ) ( k ) U 1 ε. (4.26) U 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 může stát, že epřesě vypočítaá apětí způsobí začou chybu v tocích výkoů a uzlových blacích výkoů. Tyto evýhody odstraňuje do jsté míry Newto-Raphsoova teračí metoda [7].

4 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 32 4.2.2 Výpočet ustáleého chodu sítě Newto-Raphsoovou teračí metodou Máme řešt soustavu eleárích rovc (4.19). Nejdříve provedeme odhad kořeů v ulté ( 0) ( 0) ( 0) terac x 1, x2,..., x. Odhady kořeů se lší od jejch přesé hodoty o x1, x2,..., x. Přesá hodota kořeů je tedy rovc (4.19) můžeme přepsat do tvaru : ( 0) ( 0) ( 0) x = x + x, x = x + x,..., x = x + x. Původí soustavu 1 1 1 2 2 2 ( 0) ( 0) ( 0) (,,..., ) 1 2 ( 0) ( 0) ( 0) (,,..., ) 1 2 f x + x x + x x + x = y 1 1 2 1 f x + x x + x x + x = y 2 1 2 2 ( 0) ( 0) ( 0) ( ) 1 1, 2 2,..., f x + x x + x x + x = y (4.27) Každou rovc této soustavy můžeme rozepsat a Taylorovu řadu fukce více proměých ( 0) v bodě x, jsou-l odhady kořee blízké přesé hodotě můžeme zaedbat druhé a vyšší dervace, eboť kovergují k ule. Například prví rovc soustavy (4.27) můžeme přepsat a tvar ( 0) ( 0) ( 0) f1 f1 f1 ( x, x,..., x ) x1 + x2 + + x = y1 f1 +..., (4.28) 1 2 x x x 1 0 2 0 0 f1 kde x 1 0 je hodota parcálí dervace v bodě x ( 0) 1 atd. Ozačíme-l výraz ( 0) ( 0) ( 0) ( 0) (,,..., ) 1 2 f x x x = y pak rovc (4.28) můžeme přepsat a tvar 1 1 kde ( 0) f x f f ( 0) ( 0) 1 1 1 x1 + x2 +... + x = y1 y1 = y1 1 x 0 2 x 0 0 y 1 je rozdíl zadaé hodoty pravé stray 1 y a hodoty ( 0) 1, (4.29) y určeé dosazeím odhadu kořeů do rovce (4.28). Aalogckou úpravou zbývajících rovc soustavy (4.27) obdržíme soustavu leárích rovc pro výpočet ezámých dferecí x1, x2,..., x ( 0) f1 f1 f 1 1 1... x y x1 x 0 2 x 0 0 ( 0) f x 2 f2 f2 2 y2... x1 x 0 2 x 0 0 = : : : f f f... x ( 0) x x x y 1 0 2 0 0 (4.30)

4 Způsoby výpočtu sítí v v ustáleém stavu 33 Tuto rovc lze zkráceě přepsat a tvar [ J] [ x] = [ y], (4.31) kde [ J ] je matce parcálích dervací často ozačovaá jako Jacobá. Ze soustavy rovc (4.31) vypočítáme vektor hledaých dferecí [ x] a určíme ové opraveé odhady kořeů ( ) ( ) které použjeme pro výpočet další terace. x 1 = x 0 + x pro = 1, 2,,, (4.32) Obecě lze teračí proces postupého zpřesňováí kořeů soustavy rovc (4.19) zapsat ásledově 1 ( k ) ( k ) ( k ) x = J y ( k + 1) ( k ) ( k ) x = x + x (4.33) kde horí dex k určuje k-tou terac. Př tom předpokládáme, že 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 (4.18) přepíšeme do tvaru f x j * P jq U Y ju j j= 1 = pro = 1, 2,,. (4.34) Pravou strau rovce rozepíšeme a reálou a magárí složku v polárím tvaru * δ δ j j αj U = U ; U = U ; Y = Y. (4.35) Dosazeím polárího tvaru apětí a admtace do rovce (4.34) dostáváme po úpravě s použtím vztahů pro cos(-x) = cos(x) a s(-x) = -s(x) P = U U j Yj cos( δ δ j αj ) j= 1 ( δ δ α ) Q = U U Y s j j j j j= 1 pro = 1, 2,,. (4.36) To je soustava 2(-1) pro (-1) ezámých apětí a jejch úhlů. Ve všech uzlech máme zadaé dodávaé č odebíraé čé a jalové výkoy kromě blačího uzlu, kde je zadáo apětí U a jeho úhel δ. Pro výpočet dferecí U a δ po dosazeí rovc (4.36) do soustavy (4.33) dostáváme