DIMENZIONIRANJE ELEKTRIČNIH VODOV …

I

DIMENZIONIRANJE ELEKTRIČNIH

VODOV NIZKONAPETOSTNEGA

ZUNANJEGA PRIKLJUČKA

Diplomsko delo

Študent: Rok Jakše

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje Energetika

Mentor: izr. prof. dr. Miralem Hadžiselimović

Somentor: asist. Marko Habjanič

Lektorica: Tanja Muhvič

Krško, september 2014

II

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju, izr. prof. dr. Miralemu Hadžiselimoviću in somentorju Marku

Habjaniču za strokovne nasvete, ki so mi bili v pomoč pri izdelavi diplomskega dela. Še

posebej se zahvaljujem moji družini, ki mi je v času študija stala ob strani in me

spodbujala, prijatelju Davidu Kralju za pomoč pri učenju matematike ter sodelavcem in

podjetju Elektro Ljubljana d.d.

IV

DIMENZIONIRANJE ELEKTRIČNIH VODOV NIZKONAPETOSTNEGA

ZUNANJEGA PRIKLJUČKA

Ključne besede: Elektroenergetika, električni vodniki, dimenzioniranje, meritve

UDK: 621.315.027.2(043.2)

Povzetek

Diplomska naloga opisuje dimenzioniranje električnih vodov nizkonapetostnega zunanjega

priključka. V njej so opisani tipizirani vodniki ter vrste dimenzioniranja vodnikov, ki se

uporabljajo za izgradnjo nizkonapetostnih omrežij, ki so zgrajena za potrebe distribucije

električne energije, in sicer od transformatorske postaje do končnih odjemalcev.

V

DIMENSIONING OF EXTERNAL CONNECTION LOW-VOLTAGE POWER

LINES

Key words: Electricity, electric conductors, sizing, measurements

UDK: 621.315.027.2(043.2)

Abstract

Thesis describes dimensioning of the external low-voltage power lines. It describes the

standardized cables, and types of dimensioning of cables that are used to build low-voltage

networks, wich are built for the purpose of distribution of electricity, from transformating

station to final customers.

VI

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ............................................................................................................................................... 1

2 VODNIK ........................................................................................................................................... 2

2.1 MATERIAL ZA VODNIKE ............................................................................................................... 2

2.2 ZGRADBA IN OBLIKA VODNIKOV .............................................................................................. 3

2.3 PRESEKI VODNIKOV ...................................................................................................................... 3

2.4 IZOLACIJA VODNIKOV .................................................................................................................. 4

2.5 ŽILA ................................................................................................................................................... 4

3 DIMENZIONIRANJE VODNIKOV ............................................................................................... 5

3.1 TERMIČNO DIMENZIONIRANJE ................................................................................................... 5

3.2 ELEKTRIČNO DIMENZIONIRANJE ............................................................................................. 11

3.3 MEHANSKO DIMENZIONIRANJE ............................................................................................... 13

3.4 DIMENZIONIRANJE GLEDE NA GOSPODARNOST ................................................................. 15

4 KABLI ZA IZGRADNJO NIZKONAPETOSTNEGA OMREŽJA ............................................. 16

4.1 STANDARDIZACIJA IN TIPSKI PRESEKI VODNIKOV ............................................................. 16

4.2 SAMONOSILNI KABELSKI SNOP (SKS) ..................................................................................... 17

4.3 ZEMELJSKI KABLI ........................................................................................................................ 19

5 DIMENZIONIRANJE KABLOVODA ZA NIZKONAPETOSTNI ZUNANJI PRIKLJUČEK . 22

5.1 NIZKONAPETOSTNI IZVOD ........................................................................................................ 22

5.1.1 Osnovni podatki izvoda ........................................................................................................... 23

5.1.2 Podatki o porabnikih ............................................................................................................... 23

5.2 IZRAČUN NIZKONAPETOSTNEGA IZVODA ............................................................................ 23

5.2.1 Konična moč ............................................................................................................................ 23

5.2.2 Kontrola trajno dovoljenih tokov ............................................................................................. 24

5.2.3 Izbira velikosti talilnih vložkov ................................................................................................ 24

5.2.4 Kontrola padca napetosti ........................................................................................................ 25

5.2.5 Kontrola ustreznosti preseka izbranega kabla ........................................................................ 25

5.2.6 Kontrola zaščite pred preobremenitvijo kabla ........................................................................ 25

5.2.7 Kontrola pregoretja varovalk .................................................................................................. 27

5.2.8 Zaščita kablov pred kratkostičnim tokom ................................................................................ 28

6 PROGRAM ZA POMOČ PRI PROJEKTIRANJU NIZKONAPETOSTNIH KABLOVODOV 29

6.1 NASTAVITVE PROGRAMA .......................................................................................................... 30

6.2 PRIKAZ IZRAČUNOV PROGRAMA ............................................................................................. 32

VII

7 PREIZKUS VGRAJENIH NN KABLOVODOV IN OMREŽJA V OBRATOVANJU .............. 35

7.1 MERITVE KABELSKE IZOLACIJE IN PLAŠČA Z ENOSMERNO NAPETOSTJO.................... 35

7.2 MERITVE IMPEDANCE OKVARNE ZANKE IN KAKOVOSTI ELEKTRIČNE ENERGIJE ..... 35

8 SKLEP ............................................................................................................................................ 36

VIRI IN LITERATURA.......................................................................................................................... 37

PRILOGE ................................................................................................................................................ 38

PRILOGA A: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA

DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV ............................................................... 38

PRILOGA B : IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA.......................................................... 39

VIII

KAZALO SLIK

Slika 2.1 Zgradba in oblika sektorskega vodnika (SM) [3] ................................................... 3

Slika 2.2 Zgradba in oblika okroglega vodnika (RM) [3] ..................................................... 3

Slika 2.3 Oblika sektorske žile [4]......................................................................................... 4

Slika 4.1 Zgradba SKS kablov [4] ....................................................................................... 18

Slika 4.2 Zgradba zemeljskega kabla [15]........................................................................... 20

Slika 6.1 Osnovni izgled programa Raznnow [16] ............................................................. 30

Slika 6.2 Prikaz vgrajenega transformatorja, velikost napetosti in obremenitev ter izgub

[16] ...................................................................................................................................... 30

Slika 6.3 Nastavitve parametrov omrežja [16] .................................................................... 31

Slika 6.4 Nastavitev veje [16] ............................................................................................. 31

Slika 6.5 Nastavitev podatkov o odjemu [16] ..................................................................... 31

Slika 6.6 Prikaz prekoračene obremenitve transformatorja [16] ......................................... 32

Slika 6.7 Prikaz prekoračene obremenitve kablovoda [16] ................................................. 32

Slika 6.8 Prikaz prevelikega padca napetosti in premajhnega faktorja, ki povzroči

pravočasno pregoretje talilnih vložkov [16] ........................................................................ 32

Slika 6.9 Primer izvoda z uporabljenim zemeljskim kablom preseka 4x35+1,5 mm2 [16] 33

Slika 6.10 Primer izvoda z uporabljenim zemeljskim kablom preseka 4x70+1,5 mm2 [16]

............................................................................................................................................. 33

Slika 6.11 Primer obremenitve kablovoda 4x35+1,5 mm2 s 30 kW odjemne moči [16] .... 34

Slika 6.12 Primer obremenitve kablovoda 4x70+1,5 mm2 s 30 kW odjemne moči [16] .... 34

IX

KAZALO TABEL

Tabela 2.1 Osnovne lastnosti AI, AIMg in AIMgSi vodnikov [4] ........................................ 2

Tabela 3.1 Korekcijski faktorji za izračun maksimalnih tokovnih obremenitev v kablih

položenih v zraku za temperature, različne od 30 °C [4] ...................................................... 8

Tabela 3.2 Korekcijski faktorji za izračun maksimalnih tokovnih obremenitev v kablih

položenih v zemljo za temperature različne od 20 °C [4] ..................................................... 9

Tabela 3.3 Faktorji za preračunavanje tokovne obremenitve kabla glede na specifično

upornost tal [4] ...................................................................................................................... 9

Tabela 3.4 Faktorji za preračunavanje tokovne obremenitve kabla v trifaznem sistemu

glede na število kablov ali sistemov v istem jarku [4] .......................................................... 9

Tabela 3.5 Dopustni kratkostični tokovi za 1kV kable s PVC izolacijo [4] ........................ 10

Tabela 3.6 Dopustni kratkostični tokovi za 1kV kable z XLPE izolacijo [4] ..................... 10

Tabela 3.7 Dopustni kratkostični tokovi za SKS kabelske vodnike [4] .............................. 10

Tabela 4.1 Opis SKS kabla [4] ............................................................................................ 18

Tabela 4.2 Osnovne značilnosti faznih in ničelnih vodnikov SKS kablov [4] .................... 18

Tabela 4.3 Konstrukcijski podatki za SKS kable [4]........................................................... 19

Tabela 4.4 Specifikacija zemeljskega kabla [15] ................................................................ 20

Tabela 4.5 Konstrukcijski podatki zemeljskega kabla [4] ................................................... 21

Tabela 4.6 Tehnični podatki zemeljskega kabla [4] ............................................................ 21

X

UPORABLJENI SIMBOLI

A (mm2) - presek vodnika

I (A) - električni tok

U (V) - medfazna napetost

U0 (V) - fazna napetost

P (W) - delovna moč

R (Ω) - omska upornost

T (°C) - temperatura

cosφ - faktor delavnosti

F (N) - sila

γ (S/m) - specifična električna prevodnost

XI

UPORABLJENE KRATICE

NN - nizka napetost

SIST - slovenski standard

PVC - polivinil klorid

XLPE - mrežasti polietilen

PE - polietilen

TP - transformatorska postaja

TR - transformator

SKS - samonosni kabelski snop

SM - večžični sektorski vodnik

RM - večžični okrogli vodnik

IEC - mednarodna komisija za elektrotehniko

AI - aluminij

PMO - priključno merilna omara

Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko

1

1 UVOD

Pri distribuciji električne energije so ključnega pomena pravilno dimenzionirani vodniki,

saj le tako lahko zagotovimo optimalni prenos energije z najmanjšimi možnimi izgubami

in ustrezno kvaliteto napajalne napetosti. V električnih omrežjih vodnike dimenzioniramo

predvsem na dopustno tokovno obremenitev ter na dovoljen padec napetosti od izvora do

porabnika, dimenzioniramo pa jih tudi na mehanske obremenitve. Pri dimenzioniranju

popolna zagotovitev izgub žal ni mogoča, jih pa lahko z dobro optimizacijo in pravilno

izbiro vodnikov zelo zmanjšamo. Da bi bila izbira vodnikov pravilna, moramo njihove

karakteristike zelo dobro poznati. V diplomski nalogi se bomo osredotočili predvsem na

dimenzioniranje vodnikov, ki se uporabljajo na napetostnem nivoju 0,6/1 kV ali

nizkonapetostnem (NN) nivoju. Za gradnjo NN omrežji se uporabljajo vodniki, ki so

izolirani in združeni v t. i. energetske kable. Kabli so namenjeni vgradnji v zemljo in

prostozračni vgradnji po opornih točkah (lesenih drogovih) in raznih pritrdilnih konzolah

na objektih, ki jim želimo dovajati električno energijo. Kabli so grajeni po predpisanih

standardih in tipizirani za namen gradnje NN omrežij in pripadajočih zunanjih hišnih

priključkov. Izbira kablov pred vgradnjo je odvisna predvsem od izvedbe NN omrežja in v

naprej predvidenih električnih obremenitev.


2

2 VODNIK

Vodnik je eden osnovnih elementov elektroenergetskega distribucijskega omrežja in je

namenjen prenosu električne energije od mesta izvora (elektrarne) do končnih porabnikov.

Ker je namenjen prenosu električne energije, mora biti dobro električno prevoden in dovolj

mehansko trden, saj je poleg električne obremenitve obremenjen tudi z mehanskimi

obremenitvami, ki jih povzročajo lastna teža vodnika, veter, sneg in žled.

2.1 MATERIAL ZA VODNIKE

Osnovna kovina za izdelavo nizkonapetostnih (NN) vodnikov je aluminij, predvsem za

podzemne vode, pri katerih ni pričakovati večjih mehanskih obremenitev. Pri nadzemnih

vodih, kjer je prisotna večja mehanska obremenitev, pa so vodniki izdelani iz zlitin

aluminija (Al), magnezija (Mg) in silicija (Si), saj kombinacija le-teh vodniku doda

povečano mehansko trdnost [1]. Osnovne lastnosti vodnikov so razvidne iz tabele 2.1.

Tabela 2.1 Osnovne lastnosti AI, AIMg in AIMgSi vodnikov [4]

Značilnost Enota AI AIMg AIMgSi

Gostota kg/m3

2,7 2,7 2,7

Natezna jakost pred montažo Mpa 127-206 252 294

Linearni termični koeficient raztezanja K-1

2,3*10-5

2,3*10-5

2,3*10-5

Modul elastičnosti Gpa 69 68,2 68,9

Specifična električna prevodnost pri 20 °C S/m 35,38*106

31,03*106 30,5*10

6

Temperaturni koeficient električne upornosti K-1

0,00403 0,000353 0,00360

Minimalna lomna natezna sila končnega

ničelnega vodnika

kN - 15,2 17,0


3

Glavne prednosti aluminija v elektroindustriji [2]:

lahek material;

odpornost na korozijo;

visoka prevodnost;

možnost recikliranja.

2.2 ZGRADBA IN OBLIKA VODNIKOV

Vodniki so večžilne zgradbe ter dveh različnih oblik (sektorske in okrogle). Izdelani so v

skladu s konstrukcijsko zasnovo glede na standard SIST EN 60228:20051 [1]. Oblika

vodnika je razvidna iz slik 2.1 in 2.2.

Slika 2.1 Zgradba in oblika sektorskega vodnika (SM) [3]

Slika 2.2 Zgradba in oblika okroglega vodnika (RM) [3]

2.3 PRESEKI VODNIKOV

Vodniki so izdelani v normiranih presekih, izbira določenega preseka pa odvisna od

pričakovane tokovne obremenitve in dovoljenega padca napetosti.

1 Standard, ki predpisuje zgradbo vodnikov izoliranih kablov.


4

2.4 IZOLACIJA VODNIKOV

Izolacija je izdelana iz plasti PVC ali XLPE mase, v standardni kakovosti. V tabeli 2.2 so

podane osnovne značilnosti standardnih izolacijskih materialov na osnovi PVC in XLPE

[4].

Tabela 2.2 Osnovne značilnosti PVC in XLPE izolacije [4]

Značilnosti Enota PVC XLPE

Obratovalna temperatura vodnika, (maksimalno) °C 70 90

Temperatura kratkotrajne preobremenitve °C 85 130

Temperatura pri kratkem stiku °C 160 250

Specifična izolacijska upornost pri 20 °C Ωm 1011

1013

Dielektrična konstanta εr 4-5 2,3-2,7

Dielektrična trdnost, (minimalna) kV/mm 12 18

2.5 ŽILA

Žila je izoliran vodnik in predstavlja sestavni del kabla. Oblika sektorske žile je prikazana

na sliki 2.3.

Sektorska žila z večžičnim (SM) vodnikom [4], kjer je:

h - višina sektorja;

A - širina sektorja;

r - polmer krivine;

ρ - debelina izolacije;

α - sektorski kot;

R - polmer sektorja.

Slika 2.3 Oblika sektorske žile [4]


5

3 DIMENZIONIRANJE VODNIKOV

Ob prevajanju električnega toka se vodnik segreva, pojavljajo pa se tudi sile, ki ga

mehansko obremenjujejo, dimenzioniranje pa pomeni predvsem izbiro zadovoljivega

preseka vodnika glede na predviden največji tok ob upoštevanju [5]:

zaščite pred električnim udarom;

toplotnih učinkov;

preobremenitve in kvarnega toka;

padca napetosti;

mehanske odpornosti.

Vodnike dimenzioniramo glede na [5]:

predviden največji trajni tok (termično dimenzioniranje);

dopusten padec napetosti na vodniku (električno dimenzioniranje);

dopusten najmanjši prerez glede na mehanske obremenitve (mehansko

dimenzioniranje);

gospodarnost (izgube v vodniku).

3.1 TERMIČNO DIMENZIONIRANJE

Da se zagotovi potrebna trajnost izoliranih vodnikov in kablov v sistemih električnih

omrežij, je treba pri njihovem dimenzioniranju upoštevati standarda SIST HD 603 S1/A3


6

3G-28 tabela 142 in SIST HD 603 S1/A3 3G-28 tabela 15

3 [6] s poudarkom upoštevanja

izpostavljenosti izolacije termičnim učinkom trajno dovoljenega toka in zunanjih vplivov v

času obratovanja [7]. Termično dimenzioniranje pomeni izbor ustreznega vodnika ali

kabla, katerega dopustna tokovna obremenitev je večja od pričakovanega največjega

trajnega toka [5]. Dopustna nazivna tokovna obremenitev kabla je nazivni tok, ki lahko

trajno teče v vodniku kabla določenega tipa v normalnih pogojih, ne da bi se kabel

prekomerno segrel [8]. Na največjo dopustno trajno obremenitev pa vplivajo razni

dejavniki, kot so: vrsta materiala in prerez vodnikov, vrsta izolacije, število vzporednih

vodnikov, temperatura okolice in način vgradnje. Največjo dopustno tokovno obremenitev

izberemo tako, da najvišja obratovalna temperatura vodnika ne preseže temperature, ki bi

lahko povzročila poškodbe izolacije [5].

Za polaganje kablov v zemljo so podane tokovne obremenitve za normalno obratovanje ob

izpolnjenih referenčnih pogojih za polaganje v zemljo. Med njimi je posebno pomembna

referenčna temperatura, ki je pogojena s klimatskim pasom države proizvajalca oz.

uporabnika kabla, zato se vrednosti referenčnih temperatur v posameznih sekcijah med

seboj razlikujejo, česar se ne sme spregledati. Če želimo podatke o tokovni obremenitvi

kablov, ki so izdelani z različnimi sekcijami standarda, med seboj primerjati, je potrebno

njihove vrednosti preračunati na referenčno temperaturo zemlje, v kateri bo kablovod

obratoval [6].

Pri nadzemnem polaganju kablov velja ustrezna nazivna tokovna obremenitev za normalno

obratovanje ob izpolnjenih referenčnih pogojih za nadzemno polaganje. Pri tem se razume,

da je omogočeno hlajenje kablov s konvekcijo in sevanjem, da ni porasta temperature

okolice in prav tako ne tujih toplotnih izvorov [6].

Nazivno tokovno obremenitev določa dopustni trajni obremenilni tok za posamično

položene kable odnosno kabelske sisteme po tako imenovanem dnevnem diagramu

obremenitve. Dnevna obremenitev kablov je obratovalno stanje, pri katerem se dnevna

2 Standard, ki predpisuje tokovno obremenitev kablov iz aluminija za polaganje v zemljo.

3 Standard, ki predpisuje tokovno obremenitev kablov iz aluminija za nadzemno polaganje.


7

obremenitev spreminja od polne ali maksimalne obremenitve do najmanjše minimalne

obremenitve. Razmerje med obremenitvijo in maksimalno polno dnevno obremenitvijo se

imenuje stopnja dnevne obremenitve. Stopnja dnevne obremenitve se izračuna kot količnik

površine pod diagramom dnevne obremenitve in skupne površine pravokotnika, ki ga

določa maksimum obremenitve skozi 24 ur [6].

Pri dimenzioniranju kablovoda je potrebno zagotoviti ustrezno rezervo glede na mejno

termično obremenitev. Pri mejni termični obremenitvi so izgube zelo velike, zato je ta

dovoljena le v stanjih rezervnega napajanja, kjer je vpliv izgub, zaradi kratkega časa

trajanja obremenitve, zanemarljiv. Seveda pri tem padec napetosti ne sme preseči vrednosti

12,5 %, ki je predpisana za rezervna stanja napajanja. Dopustna obremenitev kablovodov v

normalnih obratovalnih stanjih je odvisna od vrste omrežja. V radialnih omrežjih se v

normalnih obratovalnih stanjih dopušča obremenjevanje kablovodov do 50 % termične

moči zaradi zagotavljanja rezervnega napajanja [6].

Tokovno obremenitev kabla je treba omejiti tako, da je mogoče vso toploto, ki se pojavlja

v kabelskih vodnikih, speljati v okolico. Odvajanje toplote je odvisno od zunanje toplotne

upornosti med vodnikom in zunanjo površino kabla ter toplotne upornosti okolice

(prostora, kjer je kabel vgrajen). Notranja toplotna upornost je določena z zasnovo kabla in

lastnostmi vgrajenega materiala ter se za določen tip kabla praktično ne spreminja. Pri

določanju toplotne upornosti okolice je treba upoštevati [4]:

specifično upornost tal;

temperaturo okolice;

izpostavljenost sončni svetlobi (pri polaganju po zraku);

način polaganja in zaščite kablov;

število vzporedno položenih kablov;

vpliv drugih instalacij.

Izračun tokovne obremenitve iz tabel 4.2 in 4.6 je narejen za 100 % obremenitev kabla ter

na podlagi slednjih predpostavk [4]:


8

globina polaganja v zemljo: 70 cm;

specifična toplotna upornost tal: 1 K· m/W;

specifična toplotna upornost PVC izolacije in plašča: 6 K· m/W;

specifična toplotna upornost XLPE izolacije: 3,5 K· m/W;

temperatura tal: 20 °C;

temperatura okolice (pri polaganju kabla po zraku): 30 °C.

Če kabel obratuje pri drugačnih pogojih, kot so navedeni v zgornjih predpostavkah, je

treba vrednosti tokovnih obremenitev iz tabel 4.2 in 4.6 pomnožiti s korekcijskimi faktorji

podanimi v tabelah 3.1; 3.2; 3.3 in 3.4. Za natančno določanje navedenih pogojev je treba

vzdolž celotne kabelske trase opraviti vrsto meritev temperature okolice (tal ali zraka) ter

specifične toplotne upornosti tal, in sicer najmanj enkrat letno [4].

Tabela 3.1 Korekcijski faktorji za izračun maksimalnih tokovnih obremenitev v kablih položenih v zraku za

temperature, različne od 30 °C [4]

Temperatura okolice °C Izolacija

PVC XLPE

10 1,22 1,15

15 1,17 1,12

20 1,12 1,08

25 1,06 1,04

30 1,00 1,00

35 0,94 0,96

40 0,87 0,91

45 0,79 0,87

50 0,71 0,82


9

Tabela 3.2 Korekcijski faktorji za izračun maksimalnih tokovnih obremenitev v kablih položenih v zemljo za

temperature različne od 20 °C [4]

Temperatura okolice °C Izolacija

PVC XLPE

10 1,10 1,07

15 1,05 1,04

20 1,00 1,00

25 0,95 0,96

30 0,89 0,93

35 0,84 0,89

40 0,77 0,85

45 0,71 0,80

50 0,63 0,76

Tabela 3.3 Faktorji za preračunavanje tokovne obremenitve kabla glede na specifično upornost tal [4]

Nazivni

presek

vodnika mm2

Specifična toplotna upornost tal °K· m/W

0,70 1,00 1,20 1,50 2,0 2,5 3,0

35 do 95 1,13 1,00 0,93 0,86 0,76 0,70 0,64

120 do 240 1,14 1,00 0,93 0,85 0,76 0,69 0,63

Tabela 3.4 Faktorji za preračunavanje tokovne obremenitve kabla v trifaznem sistemu glede na število kablov

ali sistemov v istem jarku [4]

Število kablov (sistemov) v istem jarku 2 3 4 5 6 8 10

Razmik med kabli

(sistemi)

Dotik 0,79 0,69 0,63 0,58 0,55 0,50 0,46

7 cm 0,85 0,75 0,68 0,64 0,60 0,56 0,53

15 cm 0,86 0,77 0,72 0,68 0,64 0,61 0,58

25 cm 0,87 0,78 0,74 0,71 0,67 0,64 0,62

Pri termičnem dimenzioniranju je potrebno upoštevati tudi velik toplotni vpliv

kratkostičnega toka, ki se pojavlja v omrežju, tega nam določa mejna temperatura vodnika,

za katero ga je treba dimenzionirati; pri tem se vodniki ne smejo segreti nad dovoljeno

temperaturo razvidno iz tabel 4.1 in 4.4. Dopusten kratkostični tok faznega vodnika kabla

dodatno pogojuje tudi temperatura na začetku pojava kratkega stika. Za privzeto

temperaturo vodnika 70 °C in čas trajanja pa od 0,1–5 sekund so kratkostični tokovi podani


10

v tabeli 3.5, za privzeto temperaturo vodnika 90 °C in čas trajanja od 0,1–5 sekund pa so

kratkostični tokovi podani v tabeli 3.6 [4].

Tabela 3.5 Dopustni kratkostični tokovi za 1kV kable s PVC izolacijo [4]

Presek

vodnika

mm2

Čas trajanja kratkega stika (sekund)

0,1 0,2 0,5 1 2 5

Kratkostični tok za aluminijaste vodnika (kA)

35 8,41 5,95 3,76 2,66 1,88 1,19

70 16,8 11,9 7,52 5,32 3,76 2,38

150 36,1 25,2 16,1 11,4 8,06 5,10

240 57,6 40,7 25,7 18,2 12,9 8,14

Tabela 3.6 Dopustni kratkostični tokovi za 1kV kable z XLPE izolacijo [4]

Presek

vodnika

mm2


0,1 0,2 0,5 1 2 5

Kratkostični tok za aluminijaste vodnika (kA)

35 10,5 7,4 4,68 3,31 2,34 1,481

70 20,8 14,7 9,31 6,58 4,65 2,941

150 44,6 31,5 20,0 14,1 9,90 6,311

240 71,5 50,5 32,0 22,6 16,0 10,111

Tabela 3.7 Dopustni kratkostični tokovi za SKS kabelske vodnike [4]

Presek

vodnika

mm2


0,1 0,2 0,5 1 2 5

Kratkostični tok (kA)

35 10,2 7,22 4,57 3,23 2,28 1,45

70 13,8 9,73 6,15 4,35* 3,08 1,95

71,5 13,8 9,73 6,15 4,35 3,08 1,95

*Dejanski kratkostični tok za vodnik 70 mm2

je 6,8 kA, omejen pa je na 4,35 kA zaradi

največjega dopustnega toka pri kratkem stiku za ničelni vodnik 71,5 mm2. V času trajanja

kratkega stika, ki ni enak trajanju, navedenem v tabelah 3.5, 3.6 in 3.7, je treba vrednost

kratkostičnega toka pomnožiti s faktorjem , kjer t pomeni čas trajanja kratkega stika v

sekundah [4].


11

3.2 ELEKTRIČNO DIMENZIONIRANJE

Električno dimenzioniranje vodnikov oziroma kablov pomeni dimenzioniranje glede na

padec napetosti, ki ga podamo v odstotkih. Z električnim dimenzioniranjem preprečimo, da

bi bila napetost na porabniku izven dovoljenega obsega. Največji dovoljen padec napetosti

ostalih porabnikov je 8 %, če računamo od transformatorske postaje. Ko dimenzioniramo

vodnike, iščemo ustrezen prerez, da bo padec napetosti v dovoljenih mejah [5]:

Padec napetosti je definiran kot razlika napetosti na začetku in na koncu voda, zapisano v

enačbi 3.1, [5]:

(3.1)

kjer so;

ΔU - sprememba napetosti;

U1 - napetost na začetku voda;

U2 - napetost na koncu voda.

Za izračun padca napetosti v trifaznem tokokrogu velja enačba 3.2, za odstotek padca

napetosti pa enačba 3.3, [9].

(3.2)

(3.3)

Enačbe izrazimo še s specifično upornostjo in močjo, kot je razvidno iz enačb 3.4 in 3.5,

[9]:

(3.4)

(3.5)

Najmanjši dovoljen presek A dobimo z enačbami 3.6 in 3.7, [9]:


12

(3.6)

(3.7)

V odsekovno obremenjenih trifaznih sistemih upoštevamo zopet vsoto vseh tokov v

posameznem odseku, izračun dobimo z uporabo enačb 3.8 in 3.9, [9]:

(3.8)

(3.9)

Najmanjši dovoljen presek A vodnikov po odsekih, izračun dobimo z uporabo enačb 3.10

in 3.11, [9]:

(3.10)

(3.11)

kjer pomenijo:

ΔU (%) - odstotek padca napetosti;

P (W) - priključna moč tokokroga;

U (V) - medfazna napetost;

I (A) - tok v amperih;

l (m) - dolžina vodnika;

ρ (Ω/m) - specifična upornost;

A (mm2) - presek vodnika;

r (Ω/km) - omska upornost vodnika na kilometer.


13

Napetost na različnih točkah v omrežju mora biti konstantna oziroma znotraj določenih

tolerančnih pasov. Tolerančna območja za naš sistem so zapisana v standardu SIST EN

501604. Kakovost električne energije je neposredno povezana s kakovostjo napetosti.

Padce napetosti, ki nastanejo kot posledica toka, ki teče prek impedanc omrežja, moramo

ustrezno omejiti. Električne naprave povezane v omrežja so načrtovane za obratovanje pri

določeni, nazivni napetosti. Zagotavljanje točno te napetosti vsem porabnikom na

posameznem vodu pa je praktično nemogoče. Težava je namreč v padcih napetosti, ki se

pojavljajo na elementih elektroenergetskega sistema na vseh napetostnih nivojih [10].

Znotraj normalnih obratovalnih stanj, razen med napakami, odstopanje napetosti ne sme

biti višje od ±10 % nazivne napetosti. V najslabših razmerah, pri oddaljenih uporabnikih in

med otočnim obratovanjem mora biti napetost znotraj +10 % in –15 % nazivne napetosti

[5].

3.3 MEHANSKO DIMENZIONIRANJE

Varnost el. naprav je odvisna tudi od mehanske trdnosti vodnikov. Mehanske obremenitve

vodnikov so odvisne od [7]:

načina polaganja vodnikov;

montaže vodnikov;

velikosti sil ob kratkih stikih;

okoljskih razmer.

Pri polaganju zemeljskih kablov v zemljo boljšo mehansko trdnost dosežemo s polaganjem

v zaščitne cevi [5]. Maksimalna vlečna sila pri vlečenju kabla se mora določiti po enačbi

3.12:

(N) (3.12)

4 Standard, ki predpisuje značilnosti napetosti v javnih razdelilnih omrežjih.


14

kjer pomeni:

F - vlečna sila v N;

σ - dopustna natezna napetost, ki znaša za AL vodnike 30 N/mm2;

S - presek vodnika mm2.

Pri polaganju kablov direktno v zemljo moramo biti posebej pazljivi, da kabla ne

zasipavamo z ostrim peskom, ker lahko pride do poškodbe izolacije in s časom do preboja

kabla in daljšega izpada dobave električne energije odjemalcem. Posebno pozornost je ob

polaganju kablovodov v zemljo potrebno nameniti terenom, kjer lahko pride do plazenja

tal, saj lahko v tem primeru pride do natega in mehanskega pretrga kabla. Običajno se

projektanti takih terenov izogibajo, vendar se vsega vedno ne da predvideti. Pri polaganju

zemeljskih vodnikov ob prehodu iz zemlje na drog je potrebno paziti, da je zasip vodnika

opravljen pred montažo na drog, saj lahko kasneje ob posedanju zasipnega materiala

prihaja do mehanskih sil, ki pripet kabel vlečejo navzdol in zaradi teh sil lahko pride do

poškodbe. Pri navpičnem polaganju je opora kabla na vsakih 5 m, saj skupna obremenitev

na kabel ne sme znašati več kot 1000 N. Do kritičnih sil pri zemeljskih kablih pa lahko

prihaja tudi v transformatorskih NN razdelilnikih, kakor tudi v priključnih omarah, kadar

so na tokokrogih priključeni večji porabniki. V teh primerih izvajamo tudi mehanske

izračune [11].

Ko kabel pritrdimo med dvema podpornima ali zateznima točkama (prostozračno), se bo

zaradi lastne teže in dodatne obremenitve v zimskem času (led, sneg) bolj ali manj povesil.

Lego kabla med dvema opornima ali zateznima točkama imenujemo verižnica ali povesna

krivulja, poves pa je vertikalna razdalja med namišljeno črto, ki povezuje dve sosednji

obešališči in točko na vodniku. Če sta obešališči na istih višinah, je maksimalni poves na

sredini razpetine. Poleg lastne teže vodnika in dodatne obremenitve pa je poves odvisen

tudi od kvadrata razdalje med dvema sosednjima stebroma – razpetine, od natezne sile in

temperature okolice [12].

Kabli vgrajeni v NN omrežju morajo biti konstruirani in montirani tako, da lahko vzdržijo

vse dinamične in druge mehanske obremenitve, ki se pojavljajo pri kratkih stikih ter

dodatnih obremenitvah (led, veter in žled). Zaščito pred mehanskimi in dinamičnimi


15

obremenitvami nizkonapetostnih vodov je treba izvesti v skladu z veljavnimi predpisi in

standardi [13].

Ko smo izbrali presek vodnika, smo s tem izbrali tudi dovoljeni (predvideni) trajni tok. V

kolikor je tok v vodniku večji od tega dovoljenega trajnega toka, govorimo o tokovni

preobremenitvi [11].

3.4 DIMENZIONIRANJE GLEDE NA GOSPODARNOST

Izgube v NN omrežjih so lahko precejšnje (tudi preko 10 %). Izgubo lahko zmanjšamo s

povečanjem prereza vodnika, kar pa tudi predstavlja višji strošek pri nabavi vodnika. To

vrsto dimenzioniranj uporabljamo v omrežjih z visokimi obratovalnimi urami [7].

Nizkonapetostna omrežja so po dolžini, številu in raznovrstnosti elementov najobsežnejša

omrežja. Po ocenah znašajo vlaganja v NN omrežja približno tretjino vseh vlaganj v

distributivni sistem, zato morajo biti posamezni posegi ekonomsko in tehnično

najugodnejši, saj že majhni prihranki predstavljajo ogromne denarne zneske [14].


16

4 KABLI ZA IZGRADNJO NIZKONAPETOSTNEGA OMREŽJA

V tem poglavju bomo večino pozornosti namenili energetskim NN kablom, ki so tipizirani

za izgradnjo NN omrežja in hišnih priključkov. NN kabli so zgrajeni iz štirih vodnikov, ki

so prekriti z izolacijo ter več zaščitnimi plastmi in so namenjeni za polaganje v zemljo,

cevi, vodo ter zrak [7].

4.1 STANDARDIZACIJA IN TIPSKI PRESEKI VODNIKOV

Pri izgradnji nadzemnih NN omrežij za potrebe distribucije električne energije se

uporabljajo samonosilni kabelski snopi (SKS) z aluminijastimi vodniki, ki so

standardizirani s standardom SIST HD 6265 in imajo tipske preseke [15]:

3x35+70 mm2 ali 3x35+71,5 mm

2;

3x70+70 mm2 ali 3x70+71,5 mm

2.

Pri izgradnji podzemnih NN omrežij se uporabljajo energetski kabli z aluminijastimi

vodniki in dodatnim bakrenim vodnikom, ki služi kot signalni vodnik in je preseka najmanj

1,5 mm2, ki so standardizirani s standardom SIST HD 603

6 in tipskih presekov[15]:

4x35+1,5 mm2;

4x70+1,5 mm2;

4x150+1,5 mm2;

4x240+1,5 mm2.

5 Standard za nadzemne razvodne kable za naznačeno napetost 0,6 /1 kV

6 Standard za distribucijske kablovode za naznačeno napetost 0,6/1 kV


17

4.2 SAMONOSILNI KABELSKI SNOP (SKS)

SKS kabel je namenjen za izgradnjo distribucijskih NN nadzemnih omrežij v mestih,

primestnih in podeželskih območjih. Za napajanje oddaljenih objektov in naselij za

začasno in trajno rabo, za nadzemne hišne priključke. Pri njem so žile črne barve, fazni

vodniki so označeni s številkami 1, 2 in 3, žila ničelnega vodnika ni označena s številčno

oznako, ima pa po vsej dolžini na izolaciji izdelano trikotno izboklino, ki jo je mogoče

zlahka opaziti tako s pogledom kot z otipom. Označevanje kablov je standardizirano s

standardom SIST HD 308 S27. Ničelni vodnik ima tudi funkcijo nosilnega vodnika, saj se

le-ta vpenja v obesno opremo na opornih in končnih točkah. Zgradbo vodnika prikazuje

slika 4.1, opis SKS kabla, osnovne značilnosti ter konstrukcijski podatki pa so razvidni iz

tabel 4.1, 4.2 in 4.3 [15].

Oznake kabla sestavlja skupina črk in številk [13]:

N označen v skladu z EN- ter SIST-normami;

1 nazivna napetost U0/U – 0,6/1 kV;

X izolacija iz XLPE;

D9 štirižilni kabel z nosilno nevtralno žilo;

A vodnik iz aluminija;

R večžilni okrogli vodnik.

Zasnova kabla pa je sledeča [13].

1. Fazni vodnik: kompaktirana aluminijasta okrogla vrv preseka 35 in 70 mm2.

2. Ničelni vodnik: kompaktirana okrogla vrv, izdelana iz aluminijske zlitine AIMg

1, (1 % magnezija) nazivnega preseka 71,5 mm2

ali aluminijske zlitine AIMgSi

nazivnega preseka 70 mm2.

3. Izolacija: masa iz XLPE črne barve.

7 Standard, ki opisuje identifikacijo (razpoznavo) žil v kablih in zijavih vrvicah


18

Slika 4.1 Zgradba SKS kablov [4]

Tabela 4.1 Opis SKS kabla [4]

Tip N1XD9-AR

Standard SIST HD 626

Nazivna napetost 1 kv

Preizkusna napetost 4 kV

Minimalna temperatura pri vgradnji −5 °C

Delovna temperatura −30 °C - +90 °C

Maksimalna obratovalna temperatura +90 °C

Temperatura kratkega stika 250 °C/5 s

Barva izolacije Črna

Vrsta izolacije vodnikov XLPE

Tabela 4.2 Osnovne značilnosti faznih in ničelnih vodnikov SKS kablov [4]

Nazivni

presek

vodnikov

Zunanji

premer vrvi

Upornost

vodnika pri

20°C

Debelina

izolacije

Premer preko

izolacije

Tokovna

obremenitev

I (zdržni)

mm2 mm Ω/km mm mm A

Fazni vodniki

35 7,2 0,876 1,6 10,6 138

70 10,3 0,452 1,8 14,0 213

Ničelni vodniki

71,5 AIMg1 10,6 0,47 1,8 14,6

70 AIMgSi 10,2 0,50 1,5 13,6


19

Tabela 4.3 Konstrukcijski podatki za SKS kable [4]

Konstrukcija snopa Korak navitja Premer Snopa Teža snopa Pakiranje

mm mm kg/km dolžina

(3x35+70) mm2 ali

(3x35+71,5) mm2

760 29,8 780 1000

(3x70+71,5) mm2 ali

(3x70+71,5) mm2

980 38,6 1160 1000

4.3 ZEMELJSKI KABLI

NN zemeljski kabli so namenjeni za izgradnjo nizko napetostnih omrežij, in sicer za

polaganje v zemljo, zunanje polaganje v vodo, beton, v zaprte prostore, kabelske kanale v

elektrarnah in v industriji, v mestnih omrežjih, povsod kjer se ne pričakujejo večje

mehanske obremenitve [15]. Žile so sektorske oblike, različnih barv, fazni vodniki so črne,

rjave in modre (ali sive), nevtralni pa rumeno/zeleni (ali modri). Zgradba kabla je razvidna

iz slike 4.2. Osnovne značilnosti, konstrukcijski podatki ter tehnični podatki pa so opisani

v tabelah 4.4, 4.5 in 4.6 [4].

Oznako kabla sestavlja skupina črk in številk, ki po vrsti označujejo konstrukcijo kabla od

sredine kabla (vodnik) navzven (plašč) [6].

Oznake kabla [13]:

E energetski kabel;

A vodnik iz aluminija;

Y izolacija iz (PVC);

2Y plašč iz (PE);

-J kabel z rumeno-zeleno žilo.


20

Zasnova kabla pa je sledeča.

1. Vodnik: Sektorsko oblikovan aluminijast vodnik preseka 35, 70 , 150 ali 240

mm2.

2. Izolacija: PVC ali XLPE.

3. Polnitev: EPDM.

4. Plašč: PE.

5. Signalna žica.

Slika 4.2 Zgradba zemeljskega kabla [15]

Tabela 4.4 Specifikacija zemeljskega kabla [15]

Tip E-AY2Y–J

Standard SIST HD 603

Nazivna napetost 0,6/1 kV

Preizkusna napetost 4 kV

Minimalna temperatura pri vgradnji − 5 °C

Delovna temperatura od − 30 °C do 70 °C

Maksimalna obratovalna temperatura 70 °C

Temperatura kratkega stika 160 °C/5s

Barva izolacije HD 308. S2

Ognje odporni test EN 50265-2-1 IEC 60332-1

Maksimalni radij ukrivljanja 12x ϕ kabla

Barva plašča Črna

Izolacija vodnika je PVC termoplastična umetna snov, katere osnovna surovina je etin in

HCl (klorovodikova kislina). Odporna proti bencinu, bazam, kislinam, olju in vodi. Ni pa

odporna proti višjim temperaturam. Polnilo je material, s katerim se izpolnjuje prostor med

žilami večžilnega kabla, da dosežemo želeno okroglo obliko prereza, običajno je to

brizgana elastomerna ali plastomerna masa ali pa naviti termoplastični trakovi. Plašč kabla

je iz PE, črne barve, odlikuje se po dobri kemični obstojnosti in odličnih elektroizolacijskih


21

lastnostih. PE gori z modrikastim plamenom, pri gorenju žareče kaplja. Ima značilen vonj

po parafinu. Je obstojen v razredčenih kislinah, bazah, raztopinah soli; vodi, alkoholih,

oljih in trdi PE tudi v bencinu. Neobstojen v močnih oksidacijskih sredstvih [16].

Tabela 4.5 Konstrukcijski podatki zemeljskega kabla [4]

Nazivni

presek kabla

Debelina

izolacije

Debelina

plašča

Celoten

premer kabla

Količina

aluminija

Neto teža Pakiranje

mm2 mm mm mm kg/km kg/km m

35 1,2 1,9 26,5 406 805 500

70 1,4 2,1 33,4 812 1418 500

150 1,8 2,4 45,1 1740 2745 500

240 2,2 2,8 55,7 2784 4250 500

Tabela 4.6 Tehnični podatki zemeljskega kabla [4]

Število

vodnikov in

presek

Oblika

vodnika

Maksimalna

upornost pri 20

°C

Največja tokovna

obremenitev na zraku

I (zdržni)

Največja tokovna

obremenitev v zemlji

I (zdržni)

mm2 Ω/km A A

4x35+1,5 SM 0,870 99 123

4x70+1,5 SM 0,611 152 179

4x150+1,5 SM 0,215 246 275

4x240+1,5 SM 0,125 338 364


22

5 DIMENZIONIRANJE KABLOVODA ZA NIZKONAPETOSTNI ZUNANJI

PRIKLJUČEK

Za pravilno določevanje novega kablovoda moramo poznati vrsto obremenitve, moč

obremenitve in material vodnikov. Pod pojmom inštalirana moč določenega objekta si

predstavljamo električno moč, ki bi nastopila, če bi bili istočasno v objektu priključeni vsi

električni potrošniki in bi bili ti potrošniki tudi vsi nazivno obremenjeni. Ker v praksi

takšnega načina obremenitev ne srečujemo, je potrebno za dimenzioniranje novega

napajalnega voda ugotoviti velikost konične moči, ki pa je manjša od inštalirane moči.

Konično moč pa izračunamo z uporabo faktorja istočasnosti. Za določanje faktorja

istočasnosti je več pristopov, predvsem pa je bistveno, za katero vrsto objekta gre.

Običajno projektanti izbirajo velikost faktorja istočasnosti na osnovi izkušenj oziroma

danih podatkov iz priročnikov oziroma druge literature. Nepravilna izbira faktorja

istočasnosti ima lahko velike posledice, predvsem če je njegova velikost prenizko izbrana.

Posledica tega je, da je napajalni kablovod prešibko dimenzioniran. Zaradi tega lahko

nastopijo visoki stroški predelave [17].

5.1 NIZKONAPETOSTNI IZVOD

Za priklop novega objekta na električno omrežje je potrebno zgraditi nov NN izvod, ki

poteka od obstoječe TP do nove PMO, ki bo locirana na fasadi novozgrajenega objekta.

Nov kabel tipa: E-AY2Y-J 4x150+1,5 se uvleče v obstoječo in novo zgrajeno kabelsko

kanalizacijo od TP do PMO [18].


23

5.1.1 Osnovni podatki izvoda

Naziv izvoda v TP: 4. ŠOLA

Nazivna napetost: 400/230 V, 50 Hz

Vrsta gradnje: Zemeljsko

Dolžina kablovoda: 60 m

5.1.2 Podatki o porabnikih

Sistem 3-N-PE 400/230 V

Inštalirana moč 110 kW

faktor istočasnosti [7] fi = 0,8

faktor delavnosti cosφ = 0,95

5.2 IZRAČUN NIZKONAPETOSTNEGA IZVODA

5.2.1 Konična moč

Konična moč je izračunana po enačbi 5.1:

(5.1)

kjer so:

- konična moč objekta;

- inštalirana moč objekta;

- faktor istočasnosti.

Izračun konične moči;


24

5.2.2 Kontrola trajno dovoljenih tokov

Dejanski tok je izračunan po enačbi 5.2:

(5.2)

kjer so:

- konični tok objekta;

- nazivna napetost;

- faktor delavnosti.

Izračun koničnega toka za objekt:

Trajno dovoljeni tok kabla E-AY2Y-J 4x150+1,5 je razviden iz tabele 4.6 in znaša 275 A

Zdržni tok mora biti večji od koničnega toka:

Pogoj za predviden kablovod drži.

5.2.3 Izbira velikosti talilnih vložkov

Za izračun velikosti talilnih vložkov, ki varujejo predvideni izvod v TP uporabimo enačbo

5.3 [18]:

(5.3)

kjer je:

- nazivni tok zaščitne naprave


25

Izračun velikosti talilnih vložkov:

Izberemo talilni vložek, ki je za stopnjo višji od izračuna, in sicer 160 A.

Kontrola s pogojem:

5.2.4 Kontrola padca napetosti

Kontrolo padca napetosti izvedemo po enačbi 3.3, ki velja za trifazni tokokrog.

5.2.5 Kontrola ustreznosti preseka izbranega kabla

Kontrolo ustreznosti preseka izbranega kabla izvedemo po enačbi 3.6:

Izbrani kabel je ustrezen.

5.2.6 Kontrola zaščite pred preobremenitvijo kabla

Delovna karakteristika naprave, ki ščiti električni vod pred preobremenitvijo mora izpolniti

dva pogoja [18]:


26

1.

2.

kjer so:

Ib - tok, za katerega je tokokrog predviden;

Iz - trajni zdržni tok vodnika ali kabla (tabela);

In - nazivni tok zaščitne naprave;

I2 - tok, ki zagotavlja zanesljivo delovanje zaščitne naprave.

Za izračun toka, ki zagotavlja zanesljivo delovanje zaščitne naprave uporabimo enačbo 5.4

[18]:

(5.4)

Faktor velja za zaščitno napravo:

1,6 – za varovalke 16 A in več.

Za predvideni kablovod:

Pogoja sta izpolnjena.


27

5.2.7 Kontrola pregoretja varovalk

Izračun imedance voda opravimo po enačbi 5.5:

(5.5)

Izračun impedance TR opravimo po enačbi 5.6:

(5.6)

Izračun skupne kratkostične impedance zanke opravimo po enačbi 5.7:

(5.7)

kjer pomeni:

- dolžina voda 60 m

- presek faznega vodnika 150 mm2

- presek nevtralnega vodnika 150 mm2

- specifična električna prevodnost 36 S/m

- kratkostična napetost transformatorja 4 %

- nazivna napetost sekundarja transformatorja 420 V

- nazivna navidezna moč transformatorja 630 kVA

- izračunana impedanca voda 0,022 Ω

- izračunana impedanca transformatorja 0,011 Ω

- celotna impedanca okvarne zanke 0,033 Ω

Kratkostično kontrolo okvarne zanke opravimo po enačbi 5.8:

(5.8)

kjer sta:

- fazna napetost 230 V

- kratkostični tok okvarne zanke 6,97 kA


28

Pogoj za hiter avtomatski odklop v primeru napake na izvodu je:

Za naš primer:

=160 A

Pogoj je izpolnjen.

5.2.8 Zaščita kablov pred kratkostičnim tokom

Kable prereza nad 10 mm2 kontroliramo še z oziroma na tok kratkega stika (Tehnična

smernica TSG-N-002:2011) po enačbi 5.9 [18]:

(5.9)

kjer so:

- koeficient za Al vodnike 74

- kratkostični tok okvarne zanke 6,96 kA

- odklopni čas zaščitne naprave trajnega kratkega stika 0,1 s

- minimalni presek zaščitnega vodnika 29,78 mm2


29

6 PROGRAM ZA POMOČ PRI PROJEKTIRANJU NIZKONAPETOSTNIH

KABLOVODOV

V podjetju, kjer sem zaposlen, projektanti kot pomoč pri projektiranju NN kablovodov

uporabljajo tudi računalniški program Raznnow, ki so ga razvili na Elektroinštitutu Milan

Vidmar, natančneje na Oddelku za načrtovanje elektroenergetskih sistemov [16].

Program Raznnow je napisan za MS Windows okolje in omogoča v grafičnem načinu

gradnjo, analizo (pretoki moči, napetostni padci, energetske izgube, enopolni kratki stiki)

in ojačevanje nizkonapetostnega omrežja. Iz slike 6.1 je razvidna osnovna stran programa

[19].

Program nudi uporabniku [16]:

možnost istočasnega analiziranja več omrežij in primerjavo variant;

zapis rezultatov v datoteko ter tiskanje rezultatov v tekstovni in grafični obliki;

večanje in manjšanje prikazane sheme, velikosti in oblike črk;

enostavno določitev in spreminjanje parametrov za posamezno omrežje;

izbiro prikazanih rezultatov in parametrov omrežja;

prikaz baze elementov omrežja, dodajanje novih in popravljanje starih vrednosti.

S programom Raznnow lahko analiziramo NN omrežja radialne oblike z neomejenim

številom izvodov, vej in nanje priključenih odjemalcev.

Program omogoča naslednje izračune:

izračun obremenjenosti vej in transformatorja;

izračun napetostnih padcev;

izračun (ocena) izgub moči in energije;


30

izračun parametrov enopolnih kratkih stikov;

izbiro primernih varovalk;

indentifikacijo ozkih grl;

ojačevanje omrežja (ojačanje vej in transformacije, vstavitev nove TP v omrežje);

analizo omrežja ob povečani odjemni moči bremen.

Slika 6.1 Osnovni izgled programa Raznnow [16]

6.1 NASTAVITVE PROGRAMA

V programu lahko nastavimo različne moči TR, izbiramo lahko med različnimi kabli,

nastavimo lahko različne velikosti odjema, praktično lahko v programu nastavimo vse

parametre, ki ponazarjajo NN omrežje. Opisi in nastavitve so vidi iz slik 6.2, 6.3, 6.4 in

6.5.

Slika 6.2 Prikaz vgrajenega transformatorja, velikost napetosti in obremenitev ter izgub [16]


31

Slika 6.3 Nastavitve parametrov omrežja [16]

Slika 6.4 Nastavitev veje [16]

Slika 6.5 Nastavitev podatkov o odjemu [16]


32

6.2 PRIKAZ IZRAČUNOV PROGRAMA

Ko pa nek transformator ali kablovod preveč obremenimo ali povzročimo padec napetosti,

ki ni v dovoljenih mejah, pa se mesto v grafičnem prikazu, ki je preobremenjeno ali ima

kak parameter izven dovoljenih meja obarva z rdečo barvo in nas opozori na nepravilnost,

kar pa prikazujejo slike 6.6, 6.7 in 6.8.

Slika 6.6 Prikaz prekoračene obremenitve transformatorja [16]

Slika 6.7 Prikaz prekoračene obremenitve kablovoda [16]

Slika 6.8 Prikaz prevelikega padca napetosti in premajhnega faktorja, ki povzroči pravočasno pregoretje

talilnih vložkov [16]


33

V pogovoru s projektantom v našem podjetju sem izvedel, da se najraje poslužuje že

preizkušenih variant, ker je v tem primeru riziko za napake manjši. Vedno pa so omrežja,

ki se projektirajo nekoliko predimenzionirana in to predvsem z namenom kvalitetnega

obratovanja. Predimenzionirana v smislu vgrajevanje kablov z večjim presekom, tudi če bi

za nek izvod zadostoval kabel preseka 4x35+1,5 mm2, se raje vgradi 4x70+1,5 mm

2 in s

tem omogoči nekaj rezerve pri tokovnih obremenitvah ter padcih napetosti, izgube omrežja

pa ostanejo enake, kar se vidi iz priloženih slik 6.9 in 6.10.



Ko izvod s kablom 4x35+1,5 mm2 nekoliko bolj obremenimo, pa pride do prevelikih

padcev napetosti in premajhnega faktorja pregoretja talilnih vložkov, kljub temu da je

kabel obremenjen le 39 %. V primeru enake obremenitve omrežja, vendar s kablom

4x70+1,5 mm2, pa je padec napetosti in vsi ostali parametri v dovoljenih mejah.

Obremenitev kabla pa je 26,7 % , izgube omrežja pa so v prvem primeru cca 70 % višje

kot v drugem. Vsi podatki so razvidni iz slik 6.11 in 6.12.


34

Slika 6.11 Primer obremenitve kablovoda 4x35+1,5 mm2 s 30 kW odjemne moči [16]

Slika 6.12 Primer obremenitve kablovoda 4x70+1,5 mm2 s 30 kW odjemne moči [16]


35

7 PREIZKUS VGRAJENIH NN KABLOVODOV IN OMREŽJA V

OBRATOVANJU

7.1 MERITVE KABELSKE IZOLACIJE IN PLAŠČA Z ENOSMERNO

NAPETOSTJO

Namen merjenja izolacije energetskih kablov je odkrivanje napak – poškodb, ki lahko

nastanejo med transportom, pri polaganju (zaradi dotika s kamni, skale …) ali napačne

izdelave kabelskega pribora. Vedno bolj pogosta je praksa merjenja na novo položenih

kablih oz. pred začetkom obratovanja [20]. Iz prakse pa vemo, da se največkrat meritve na

NN kablih izvajajo predvsem takrat, ko se išče okvara.

7.2 MERITVE IMPEDANCE OKVARNE ZANKE IN KAKOVOSTI ELEKTRIČNE

ENERGIJE

Ko novo omrežje obratuje in je obremenjeno se na njem opravijo kontrolne meritve

kakovosti električne energije in meritve impedance okvarne zanke, ki nam pokažejo, ali so

bili upoštevani ustrezni parametri pri projektiranju. Meritve se opravljajo tudi z namenom

kontrole vgrajenih kablovodov s periodiko vsakih pet let ter po večjih povečavah odjemnih

moči ali ob sumu na neustrezno kakovost električne energije.


36

8 SKLEP

V diplomski nalogi smo prišli do ugotovitev, kako zelo je pomembno za kvalitetno

obratovanje omrežja, kakšne karakteristike ima nek kabel, glede na to, kje se bo uporabljal

in kako bo vgrajen. V praksi na žalost opažamo vse preveč poudarka na ceni nekega

materiala in čedalje manj na kvaliteti, kar pa se v elektrodistribuciji kaže s pogostimi

okvarami kablovodov, saj prihaja do deformacij izolacije in do neželenih medfaznih ali

enopolnih kratkih stikov. Glavni problem je uporaba kablov s PVC izolacijo in

izpostavljenost izolacije vremenskim vplivom. Kabli s PVC izolacijo so občutljivi na

vremenske vplive in so vsekakor primernejši za vgradnjo v notranje prostore, na primer

razvode med TP-ji in razdelilnimi ali priključnimi omaricami. Kabli z XLPE izolacijo pa

so primernejši za vgradnjo ob prehodih iz zemlje na drogove, saj so v tem primeru izolirani

vodniki izpostavljeni vsem vremenskim vplivom, na katere pa je XLPE izolacija odporna.

Ker pa so kabli s PVC izolacijo v primerjavi z XLPE izolacijo cenejši, je posluževanje

prvih v tem primeru večje. V NN distribucijskem omrežju, če izpostavimo omrežja po

raznih zaselkih ali drugih bivalnih področjih, kjer prevladuje gospodinjski odjem,

dimenzioniranje na tokovne obremenitve ravno ne predstavljajo težav, saj so kablovodi

redko obremenjeni z več kot 50 % dovoljene obremenitve, večji problem so zaradi dolžin

izvodov, padci napetosti in prevelike impedance zank. Na impedance zank sicer lahko

vplivamo z vgradnjo vmesnih varovanj, padcev napetosti pa na koncu dolgih izvodov žal

ne moremo korigirati. Obstaja sicer možnost dviga napajalne napetosti na transformatorju,

ki pa lahko pri odjemalcih na začetku izvoda povzroči neželeno prekoračitev zakonsko

predpisani velikosti napetosti.


37

VIRI IN LITERATURA

[1] Dokument Nadzemna _omrežja_Konečnik.doc

[2] www.impol.si/aluminij/uporaba-aluminija/ [17.6.2014]

[3] www.kabeltrade.si/images/06_oblike_vodnikov.si [17.6.2014]

4 Katalog kablov Elka; www.eltima.si [25.6.2014]

5 Irf.fe.uni-lj.si_ennei03i.pdf ; prof.dr.Grega Bizjak, u.d.i.e.

[6] EIMV,št.2090,september 2011

7 Ravnikar I. Knjiga Električne inštalacije

[8] Tehnična smernica za distribucijske NN kable 0,6-1kV.pdf

[9] Implentum_246Mehanotronika_osnove_Kokalj.pdf

10 Padci napetosti.pdf; Mitja Antončič, Seminar

11 Tehnična smernica TSG-N-002:2011; Nizkonapetostne električne inštalacije

[12] El-energ_sistemi-vodniki (1).pdf

[13] Dokument TS70 VB2-tipizacija NN omrežij s SKS.doc

[14] Dokumentacija Elektra Ljubljana d.d.

15 Katalog kablov Kapis; www.kapis-cables.com [20.7.2014]

[16] Računalniški program raznnow

[17] Knjiga Nizkonapetostne elektroenergetske instalacije, Peter Žunko

[18] www.ilirska-bistrica.si_mma_bin.pdf [25.7.2014]

[19] http://books.google.si/ [25.7.2014]

[20] http://www.elektroservisi.si/meritve-in-diagnostika-energetskih-kablov/ [15.8.2014]

http://www.eltima.si/

http://books.google.si/


38

PRILOGE

PRILOGA A: IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE

ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV


39

PRILOGA B : IZJAVA O AVTORSTVU ZAKLJUČNEGA DELA

Documents

DIMENZIONIRANJE ELEKTRIČNIH VODOV …