Download pdf - Distribucija El.energije

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE, STROJARSTVA

I BRODOGRADNJE SPLIT

Doc. dr. sc. Ranko Goi, dipl.ing.

Damir Jakus, dipl.ing.

Ivan Penovi, dipl.ing.

Distribucija elektrine energije interna skripta

Split, 2008.

Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split Distribucija elektrine energije Split, 2008. i

Sadraj

Stranica

111 PPPOOOLLLOOOAAAJJJ DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKEEE MMMRRREEEEEE UUU EEEEEESSS---UUU III OOOSSSNNNOOOVVVNNNEEE ZZZNNNAAAAAAJJJKKKEEE DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKEEE MMMRRREEEEEE 111 1.1 Elektroenergetski sustav i elektroenergetske mree 1 1.2 Osnovne znaajke distribucijske mree 6

222 SSSTTTRRRUUUKKKTTTUUURRRAAA III KKKOOONNNFFFIIIGGGUUURRRAAACCCIIIJJJAAA DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKIIIHHH MMMRRREEEAAA III TTTRRRAAAFFFOOOSSSTTTAAANNNIIICCCAAA 111111 2.1 Struktura 10(20) kV distribucijskih mrea 11 2.2 Struktura 35(30) kV distribucijskih mrea 14 2.3 Struktura niskonaponskih distribucijskih mrea 16 2.4 Distribucijske trafostanice 18

2.4.1 Trafostanice SN/NN 18 2.4.2 Trafostanice SN/SN 23 2.4.3 Trafostanice VN/SN 25

2.5 Primjer konfiguracije 35 kV mree i TS 35/10 kV i pripadne napojne mree 110 kV i TS 110/x kV 28

333 EEELLLEEEMMMEEENNNTTTIII DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKEEE MMMRRREEEAAA 333111 3.1 Nadzemni vodovi 31 3.2 Kabelski vodovi 38 3.3 Transformatori 42 3.4 Potroai 49

3.4.1 Vrste i karakteristike pojedinanih troila 49 3.4.2 Dnevni dijagram optereenja i varijacije optereenja 50

3.5 Ostali elementi distribucijske mree (kondenzatorske baterije i prigunice) 53

444 EEELLLEEEKKKTTTRRRIIIKKKIII PPPAAARRRAAAMMMEEETTTRRRIII III NNNAAADDDOOOMMMJJJEEESSSNNNEEE SSSHHHEEEMMMEEE EEELLLEEEMMMEEENNNAAATTTAAA DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKIIIHHH MMMRRREEEAAA 555555 4.1 Sustav simetrinih komponenata 55

4.1.1 Transformacija u sustav simetrinih komponenata 56 4.1.2 Pretvorba matrice impedancija u simetrine komponente 58 4.1.3 Fizikalno znaenje impedancija u sustavu simetrinih komponenata 59

4.2 Impedancija i nadomjesna shema voda 62 4.2.1 Direktna i inverzna impedancija nadzemnog voda 63 4.2.2 Nulta impedancija nadzemnog voda 64 4.2.3 Poprena admitancija voda 65

4.3 Impedancija i nadomjesna shema transformatora 67 4.3.1 Dvonamotni transformator 67 4.3.2 Tronamotni transformator 70

4.4 Ekvivalentna shema potroaa 72 4.5 Ekvivalentna shema i parametri paralelne kondenzatorske baterije i prigunice 73 4.6 Ekvivalentna shema i parametri aktivne (pojne) mree 73

555 PPPRRROOORRRAAAUUUNNN KKKVVVAAARRROOOVVVAAA UUU DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKOOOJJJ MMMRRREEEIII 888222 5.1 Tropolni kratki spoj 82 5.2 Dvopolni kratki spoj (K2) i dvopolni kratki spoj sa zemljom (K2Z) 85 5.3 Zemljospoj u neuzemljenoj srednjenaponskoj mrei 85 5.4 Zemljospoj (kratki spoj) u srednjenaponskoj mrei uzemljenoj preko malog otpora 89 5.5 Jednopolni kratki spoj u niskonaponskoj mrei 90

Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split Distribucija elektrine energije Split, 2008. ii

666 PPPRRROOORRRAAAUUUNNN SSSTTTAAACCCIIIOOONNNAAARRRNNNIIIHHH SSSTTTAAANNNJJJAAA 111000222 6.1 Aproksimativni proraun tokova snaga i struja u distribucijskoj mrei 102 6.2 Aproksimativni proraun padova napona 104 6.3 Dimenzioniranje presjeka vodia 107 6.4 Proraun gubitaka snage i energije 108

6.4.1 Gubici radne snage u vodovima 108 6.4.2 Gubici radne snage u transformatoru 109 6.4.3 Gubici radne energije 112

777 NNNIIISSSKKKOOONNNAAAPPPOOONNNSSSKKKEEE MMMRRREEEEEE 111222333 7.1 Vrste NN mrea s obzirom na uzemljenje TS 10(20)/0.4 kV i instalacija potroaa 124 7.2 Proraun optereenja u niskonaponskoj mrei 126 7.3 Dimenzioniranje niskonaponskih vodova 130 7.4 Zatitne mjere u niskonaponskoj mrei i TS 10(20)/0.4 kV 140 7.5 Uzemljenje u niskonaponskim mreama 149

888 KKKOOOMMMPPPEEENNNZZZAAACCCIIIJJJAAA JJJAAALLLOOOVVVEEE SSSNNNAAAGGGEEE 111555444

999 RRREEEGGGUUULLLAAACCCIIIJJJAAA NNNAAAPPPOOONNNAAA UUU DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKOOOJJJ MMMRRREEEIII 111666444

111000 XXXXXX 111777000

111111 XXXXXX 111777111

LLLIIITTTEEERRRAAATTTUUURRRAAA 111777222

Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split Distribucija elektrine energije

1. Poloaj distribucijske mree u EES-u i osnovne znaajke distribucijske mree Split, 2008. 1

111 PPPOOOLLLOOOAAAJJJ DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKEEE MMMRRREEEEEE UUU EEEEEESSS---UUU III OOOSSSNNNOOOVVVNNNEEE ZZZNNNAAAAAAJJJKKKEEE DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKEEE MMMRRREEEEEE

1.1 Elektroenergetski sustav i elektroenergetske mree

Elektroenergetski sustav (EES) sastoji se od 4 osnovne cjeline:

Elektrane (izvori elektrine energije) razliitih vrsta u kojima se proizvodi elektrina energija. Kao sastavni dio elektroenergetske mree, svaka elektrana ima:

o Elektrine generatore (najee sinkroni generator, a ponekad i asinkroni generator u sluaju manje instalirane snage), koji proizvodi elektrinu energiju i aktivni je element mree, te se u ekvivalentnoj shemi reprezentira kao naponski izvor s odgovarajuom unutranjom impedancijom,

o Blok transformatore (osim u sluaju kad je nazivni napon generatora jednak nazivnom naponu voda na koji je elektrana prikljuena), preko kojeg se elektrina energija proizvedena u generatoru transformira na naponski nivo voda na koji je elektrana prikljuena.

Elektrane (generatori) veih snaga prikljuuju se na prijenosnu mreu, dok se elektrane manjih snaga prikljuuju na distribucijsku mreu (distribuirani izvori) ili direktno na instalacije potroaa (potroake elektrane).

Prijenosna mrea kojom se elektrina energije transportira od elektrana do distribucijske mree i velikih potroaa, te razmjenjuje snaga izmeu povezanih elektroenergetskih sustava. Prijenosna mrea sastoji se od zranih i kabelskih vodova visokog napona (najee 110 kV i vie) i rasklopnih postrojenja (transformatorske stanice koje omoguavaju transformaciju elektrine energije iz mree jednog naponskog nivoa u mreu drugog naponskog nivoa i razdjelna postrojenja u kojima se uvoruje nekoliko vodova). Kao sastavni dio elektroenergetske mree, u prijenosnoj mrei se pojavljuju:

o Zrani i kabelski vodovi kojima se elektrina energija prenosi izmeu dva rasklopna postrojenja, najee na velike udaljenosti (od nekoliko kilometara do nekoliko stotina kilometara i vie)

o Mrene transformatore preko kojih se elektrina energija transformira iz jednog naponskog nivoa u drugi, i to:

izmeu dvije podmree unutar prijenosne mree (npr. 400/220 kV, 220/110 kV, 400/110 kV),

iz prijenosne mree u distribucijsku mreu (npr. 110/35 kV, 110/10 kV), iz prijenosne mree u elektrino postrojenje velikog industrijskog potroaa

(npr. 110/6 kV).

Distribucijska mrea kojom se elektrina energije preuzeta iz prijenosne mree ili manjih elektrana prikljuenih na distribucijsku mreu distribuira do srednjih i malih potroaa prikljuenih na distribucijsku mreu. Distribucijska mrea se kao i prijenosna mrea sastoji od



zranih i kabelskih vodova (ali manjih nazivnih napona, najee ispod 110 kV) i rasklopnih postrojenja (takoer manjih nazivnih napona u odnosu na prijenosnu mreu).

Distribucijska mrea obino se dijeli na dvije cjeline:

Srednjenaponska distribucijska mrea (najee nazivnih napona 10kV, 20kV, 35kV),

Niskonaponska distribucijska mrea (najee nazivnog napona 0.4 kV) Kao sastavni dio elektroenergetske mree, u distribucijskoj mrei se pojavljuju:

o Zrani i kabelski vodovi kojima se elektrina energija prenosi na udaljenosti koje su daleko manje u odnosu na prijenosnu mreu (od nekoliko desetaka metara do nekoliko desetaka kilometara)

o Distribucijske transformatore preko kojih se elektrina energija transformira iz jednog naponskog nivoa u drugi, i to:

izmeu dvije podmree unutar distribucijske mree (npr. 35/10 kV, 10/0.4kV),

iz distribucijske mree u elektrino postrojenje industrijskog potroaa (npr. 35/6 kV, 10/0.4 kV).

Potroai elektrine energije koji preuzimaju elektrinu energiju iz prijenosne ili distribucijske mree i troe je za vlastite potrebe, tj. za napajanje razliitih vrsta elektrinih troila. Dakle, potroa vien od strane elektroenergetske mree na koju je prikljuen, predstavlja svaki objekt koji je prikljuen na mreu i koji iz mree uzima radnu i reaktivnu energiju, ali je takoer i sastavni dio mree koji se ovisno o pogonskim karakteristikama moe reprezentirati kao impedancija fiksnog iznosa neovisno o naponu u prikljunom voru ili oduzimanje fiksnog iznosa radne i jalove snage u prikljunom voru, tako da se odgovarajua impedancija mijenja ovisno o stvarnom naponu u prikljunom voru.

Potroaem u irem smislu se moe smatrati i jedan dio prijenosne ili distribucijske mree u sluaju (vrlo estom u razliitim analizama) da se promatra samo dio elektroenergetskog sustava iznad odreenog naponskog nivoa, a svi dijelovi niih naponskih nivoa se reprezentiraju kao potroa (potroai) s fiksnom impedancijom ili snagom. Npr., ako se promatra samo prijenosna mrea, sve distribucijske mree koje se napajaju elektrinom energijom iz prijenosne mree ekvivalentiraju se kao fiksne impedancije ili fiksne snage koje u promatranom voru izlaze iz prijenosne mree.

U analizama distribucijskih ili industrijskih mrea, moe se pojaviti i potroa koji ne predstavlja ekvivalent veeg broja pojedinanih troila, ve kao pojedinani potroa (troilo). Najee se radi o velikim asinkronim motorima kao vrlo estim elementima industrijskih pogona koji su, kao i generatori, aktivni mreni elementi.

Na slici 1-1 dana je grafika ilustracija elektroenergetskog sustava u proirenom smislu, koji podrazumijeva sve objekte i ureaje koji su u funkciji proizvodnje, prijenosa, distribucije i potronje elektrine energije.



Primarni izvori (oblici) energije s odgovarajuim postrojenjima, objektima i tehnologijama za pripremu energenata (fosilnih, nuklearnih itd.) ne spadaju u elektroenergetski sustav, budui da se nakon pridobivanja sirovina i primarnih transformacija, transformirani oblici energije mogu upotrijebiti u elektranama za proizvodnju elektrine energije, ali i za druge namjene.

Slika 1-1 Izvori energije i elektroenergetski sustav

Dakle, elektroenergetska mrea moe se definirati kao ui dio elektroenergetskog sustava koja obuhvaa elemente preko kojih se direktno proizvodi, prenosi, distribuira i troi elektrina energija, tj. generatori, vodovi, transformatori i potroai (grupni ili pojedinana troila). Npr., elektrana ili transformatorska stanica u cjelini se moe smatrati sastavnim dijelom elektroenergetskog sustava, dok je samo generator i blok transformator u elektrani odnosno transformator u transformatorskoj stanici dio elektroenergetske mree.



Na slici 1-2 dana je grafika ilustracija elektroenergetske mree u cjelini, s odgovarajuim komponentama definiranim u prethodnom tekstu.

U razliitim analizama elektroenergetske mree nikada se ne promatra mrea u cjelini, ve samo pojedini (manji) djelovi, dok se ostatak ekvivalentira s veom ili manjom tonou na fizikalno prihvatljiv nain.

Npr. u analizama prijenosne mree moe se promatrati kompletna prijenosna mrea jedne drave na nain da su ukljueni svi generatori i blok transformatori prikljueni na prijenosnu mreu, te svi vodovi i transformatori koji pripadaju prijenosnoj mrei. U tom sluaju se veze s prijenosnim mreama susjednih drava ekvivalentiraju kao aktivni izvori koji mogu isporuivati ili preuzimati elektrinu energiju, a distribucijske mree se ekvivalentiraju kao potroai koji preuzimaju elektrinu energiju iz prijenosne mree.

Drugi primjer, ako se analizira srednjenaponska distribucijska mrea, kompletna prijenosna mrea se svodi na jedan ekvivalentan naponski izvor s odgovarajuom impedancijom na mjestu prikljuka distribucijske mree na prijenosnu mreu (transformator 110/35 kV), dok se niskonaponske mree prikljuene na promatranu srednjenaponsku mreu ekvivalentiraju kao potroai s odgovarajuom impedancijom ili fiksnom snagom koju uzimaju iz srednjenaponske mree u toki prikljuka (transformator 10/0.4 kV).



Mrea 110 kV

Mrea 400 kV

~~. . .

Mrea 220 kV

~~. . .

~~

. .

.

SN mrea35,30,20,10KV

NN mrea0.4 kV

NN mrea0.4 kV

. . .

SN mrea35,30,20,10KV

NN mrea0.4 kV

NN mrea0.4 kV

. . .

. . .

Prijenosna mrea

(vodovi, mreni transformatori)

Distribucijske mree

(vodovi, distr. transformatori)

Elektrane(generatori, blok transformatori)

PotroaiVelikiSrednji Srednji MaliMaliMali

MaliMaliMali

MaliMaliMali

MaliMaliMali

Susj

edne

prij

enos

ne m

ree

Slika 1-2 Elektroenergetska mrea

Dananje elektroenergetske mree rade se iskljuivo u trofaznoj izvedbi frekvencije 50 ili 60 Hz. Takva situacija rezultat je tehnikih i ekonomskih prednosti uoenih i ispitanih krajem 19. stoljea (izum transformatora, viefaznih struja, asinkronog motora) nakon ega su s vremenom istisnute druge varijante (istosmjerna struja, jednofazna struja, razliite frekvencije), te je zapoela izgradnja elektroenergetskih mrea koje su povezivale vie elektrana i potroakih podruja (za razliku od poetnog razvoja elektrifikacije gdje je jedna elektrana napajala elektrinom energijom jednu grupu potroaa, bez meusobnog povezivanja).

Izuzetak su istosmjerni prijenosni sustavi (kojih danas ima relativno veliki broj), ali koji se rade samo kao podsustavi velikih trofaznih prijenosnih mrea u sluajevima kad je to tehniki nuno (prijenos kabelskim vodovima na vee udaljenosti, povezivanje dva elektroenergetska sustava koji rade na razliitim frekvencijama) ili ekonomski opravdano (prijenos velikih snaga na vrlo velike udaljenosti).

Nazivni naponi elektronergetskih mrea (i opreme openito) su standardizirani, ali u razliitim dravama se ne koriste svi standardni naponski nivoi.



U prijenosnoj mrei Hrvatske koriste se vodovi nazivnog napona 400kV, 220kV i 110kV, dok se u distribucijskoj mrei koriste vodovi nazivnog napona 35kV, 30kV, 20kV, 10kV i 0.4kV. U razliitim industrijskim postrojenjima (pogonima) koriste se i naponi 6 kV, 3kV i 1kV, a u elektranama se za nazivne generatorske napone koriste i naponi 4kV, 12kV, 16kV, 25kV itd.

1.2 Osnovne znaajke distribucijske mree

Distribucijska mrea napaja se (preuzima elektrinu energiju) iz prijenosne mree u transformatorskim stanicama VN/SN tj. 110/35(30)(20)(10)kV, te slui za distribuciju elektrine energije do krajnjih (srednjih i malih) potroaa. Dio elektrine energije distribucijska mrea preuzima i iz manjih elektrana koje su prikljuene na distribucijsku mreu.

Osnovne karakteristike distribucijskih mrea su:

Nie naponske razine u odnosu na prijenosnu mreu (Un



NNmrea

10kV 0,4kV

NNmrea

10kV 0,4kV

NNmrea

10kV 0,4kV

10kV 0,4kV

Mrea10kV

Mrea10kV

Prijenosnamrea

Izvod 2

Izvod 3

Izvod 4

Izvod N

Izvod 1

35kV

10kV

35kV

10kV

35kV

10kV

35kV

110kVM

rea

10kV

Mre

a35

kV

SN

mre

a

NN mrea

Izvod 3

Izvod 2

Izvod 1

NNmrea

10kV 0,4kV

NNmrea

10kV 0,4kV

NNmrea

10kV 0,4kV

Slika 1-3 Struktura distribucijske mree s dva naponska nivoa



NNmrea

20kV 0,4kV

NNmrea

20kV 0,4kV

NNmrea

20kV 0,4kV

20kV 0,4kV

Prijenosnamrea

Izvod 2

Izvod 2

Izvod 3

Izvod 4

Izvod 3

Izvod N

Izvod 1

20kV

110kV

Mre

a 2

0kV

SN

mre

a

NN mrea

NNmrea

20kV 0,4kV

NNmrea

20kV 0,4kV

NNmrea

20kV 0,4kVIzvod 1

Slika 1-4 Struktura distribucijske mree s jednim naponskim nivoom

Primjer realne srednjenaponske distribucijske mree (ire podruje Omia) s priblino tonim geografskim razmjetajem dan je na slici 1-5, dok je shematski prikaz mree 10 kV dan na slici 1-6.



Slik

a 1-

5 Pr

imje

r

SN m

rea

35-

10 k

V p

ogon

a O

mi

(pr

osto

rni p

rika

z)



5.88 MVA

9.26 MVA

4.27 MVA

0.25 MVA

2.26 MVA

1.26 MVA

8.48 MVA

3 MVA

2.85 MVA

3.39 MVA

TS RAVNICE

1.41 MVA

1.61 MVA

1.36 MVA

0.25 MVA

2.83 MVA

0.63 MVA

2.18 MVA

1.74 MVA

0.18 MVA

Slik

a 1-

6 Pr

imje

r

SN m

rea

10

kV p

ogon

a O

mi

(she

mat

ski p

rika

z)

Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split Elektrine mree

2. Struktura i konfiguracija distribucijskih mrea i trafostanica Split, 2007. 11

222 SSSTTTRRRUUUKKKTTTUUURRRAAA III KKKOOONNNFFFIIIGGGUUURRRAAACCCIIIJJJAAA DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKIIIHHH MMMRRREEEAAA III TTTRRRAAAFFFOOOSSSTTTAAANNNIIICCCAAA

2.1 Struktura 10(20) kV distribucijskih mrea

10(20) kV-tne distribucijske mree mogu biti:

A) Jednostrano napajane mree, kod kojih je napajanje svih vodova mogue samo iz jedne TS x/10(20) kV. Mogue su slijedee varijante:

A1) Zrakasta - radijalna mrea (Z mrea), slika 2-1. Svi srednjenaponski vodovi izlaze radijalno iz TS i nisu meusobno povezani, to znai da ne mogu jedan drugom posluiti kao rezerva. Ako doe do prekida napajanja jednog voda u sluaju kvara na istom, sve niskonaponske mree napajane preko tog voda ostaju bez napajanja.

A2) Prstenasta mrea (P-mrea), slika 2-2. Kod prstenaste mree, zrakasti izvodi spojeni su razdjelnom stanicom (rasklopno mjesto), pri emu vodovi predstavljaju rezervu jedan drugom. U normalnom pogonu, rasklopno mjesto je otvoreno, tako da mrea u stvari predstavlja zrakastu mreu. Ako doe do kvara (ili iskljuenja radi odravanja) na nekoj dionici jednog od izvoda, ta dionica se isklapa sa obje strane, a rasklopno mjesto se zatvara, tako da se dio potroaa s jednog voda (oni iza mjesta kvara) napaja preko drugog voda.

Rasklopnih mjesta moe biti i vie (npr. u svakoj TS 10(20)/0.4 kV rastavljaima na SN strani se moe razdvojiti SN mrea na dva dijela).

Normalni pogon sa zatvorenim rasklopnim mjestom (dvostrano napajanje), iako je tehniki mogu i predstavlja sigurniji nain napajanja, rijetko se izvodi jer iziskuje vea ulaganja u opremu (prekidae, zatitu) i odravanje, to ini ovu izvedbu skupom. Primjenjuje se izuzetno za napajanje potroaa koji su posebno osjetljivi na prekide napajanja.

A3) Mree s potpornom tokom (T-mrea ili TP-mree ako je ujedno i prstenasta), slika 2-3, imaju izdvojeno rasklopno mjesto (potpornu toku), obino vezanu dvostrukim vodom za pojnu TS, iz kojeg se onda napajaju vodovi koji mogu biti zrakasti ili prstenasti. Ovakvo rjeenje je obino ekonomski uvjetovano, tj. primjenjuje se ako je cijena izgradnje manja u odnosu na voenje svih vodova iz trafostanice. Druga je varijanta da se potporna toka formira kao mjesto uvoenja nove TS x/10(20) kV u budunosti.



10(20) kV

TS 35(110)/10(20) kV

TS 10(20)/0,4 kV

35(110) kV

10(20) kV

0.4 kV

NN mrea

Transformator35(110)/10(20) kV

Slika 2-1 Zrakasta (radijalna) 10(20) kV mrea

Slika 2-2 Prstenasta 10(20) kV mrea



Slika 2-3 Mrea 10(20) kV s potpornom tokom

B) Dvostrano napajane mree, kod kojih je napajanje vodova mogue iz dvije razliite TS x/10(20) kV. Mogue su slijedee izvedbe:

B1) Linijske mree (L-mree), slika 2-4. Linijske mree nastaju spajanjem zrakastih vodova koji izlaze iz dviju pojnih stanica (trafostanica x/10(20) kV). Normalni pogon obino podrazumijeva otvorena rasklopna mjesta. U sluaju kvara na jednoj trafostanici ili vodu, vodovi se mogu napajati iz druge TS.

B2) Kombinirane prstenaste i linijske mree (PL-mree), slika 2-5. PL-mree nastaju od linijskih mrea spajanjem dodatnim vodom u prsten (ili obratno). Na taj nain osigurana je dvostruka rezerva, jedna preko voda iz iste trafostanice, a jedna preko voda iz druge trafostanice.



10(20) kV

TS 35(110)/10(20) kV (1)

35(110) kV


10(20) kV

TS 35(110)/10(20) kV (2)

35(110) kV


rasklopno mjesto

rasklopno mjesto

Slika 2-4 Linijska 10(20) kV mrea

10(20) kV

TS 35(110)/10(20) kV (1)

35(110) kV


10(20) kV

TS 35(110)/10(20) kV (2)

35(110) kV


rasklopna mjesta

Slika 2-5 PL mrea 10(20) kV

2.2 Struktura 35(30) kV distribucijskih mrea

Struktura 35(30) kV-nih mrea ovisi o brojnim tehnikim uvjetima, ekonomskim mogunostima i zahtjevima sigurnosti napajanja. Ne postoji neka openita klasifikacija, a neki tipini primjeri su slijedei:

A) Zrakaste (radijalne) mree su, kao i na 10(20) kV-tnom naponskom nivou, radijalno napajane iz jedne TS 110/35 kV, kao na slici 2-6. Mogue su i neke sloenije izvedbe koje omoguavaju rezervno napajanje dijela potroaa sa drugog voda/transformatora u sluaju ispada.

B) Prstenaste mree omoguavaju dvostruko napajanje svake TS 35/10 kV, na nain da se u sluaju kvara na glavnom vodu od TS 110/35 do TS 35/10, napajanje prebaci preko rezervnog



voda koji povezuje dvije TS 35/10 kV. U normalnom pogonu, rezervni vod nije u pogonu (iskljuen je u jednoj ili obje TS 35/10), slika 2-7.

C) Linijske mree podrazumijevaju mogunost napajanja TS 35/10 kV iz dvije razliite TS 110/35 kV, uz pretpostavku rezervnog voda koji povezuje dvije TS 35/10 kV, slika 2-8. Rezervni vod 35 kV u ovom sluaju je rezerva za ispad jednog voda 35 kV, ali i ispad TS 110/35 kV. U ovom, kao i prethodnom sluaju, vodovi moraju biti dimenzionirani da preuzmu optereenje (potronju) obje TS 35/10 kV.

TS 110/35 kV

110 kV

35 kV

TS 35/10 kV

35 kV

10 kV

TS 35/10 kV

35 kV

10 kV

TS 35/10 kV

35 kV

10 kV

TS 35/10 kV

35 kV

10 kV

Slika 2-6 Zrakasta (radijalna) 35 kV mrea

Slika 2-7 Prstenasta 35 kV mrea



TS 110/35 kV

110 kV

35 kV

Rezervni vodTS 35/10 kV

35 kV

10 kV

TS 35/10 kV

35 kV

10 kV

TS 110/35 kV

110 kV

35 kV

Slika 2-8 Linijska 35 kV mrea

2.3 Struktura niskonaponskih distribucijskih mrea

Niskonaponske distribucijske mree su najee zrakaste, eventualno sa potpornom tokom. U gradovima su mogue i prstenaste i linijske mree (vie pojnih toaka s mogunou rezervnog napajanja), ali su redovito u radijalnom pogonu. Njihova struktura je dakle slina kao i struktura prethodno opisanih10 kV-tnih mrea, a mogue su i uzamene mree (sa jednim ili vie izvora, tj. TS 10(20)/0.4 kV).

A) Radijalne niskonaponske mree su najjednostavnije i najekonominije, tako da se ovo rjeenje najvie koristi u praksi (u Hrvatskoj gotovo iskljuivo), slika 2-9. Zbog nemogunosti rezervnog napajanja, kvar na bilo kojem mjestu u mrei izaziva prekid napajanja kompletnog izvoda na kojem se dogodio kvar.

B) Uzamena niskonaponska mrea ima mogunost rezervnog napajanja, iz iste ili susjedne TS 10(20)/0.4 kV, tako da je po strukturi ista kao i prstenasta/linijska mrea 10 kV, slika 2-10. U redovnom pogonu iskljuene su meuveze, tako da je pogon radijalan. Na slici su crtkano oznaene dionice vodova NN koje su iskljuene u redovnom pogonu.

C) Petljasta niskonaponska mrea se koristiti u uvjetima gdje je velika povrinska gustoa optereenja i gdje postoje poveani zahtjevi za pouzdanou isporuke elektrine energije. Primjer ovakve mree u sprezi sa srednjenaponskom mreom prikazan je na slici 2-11. U svaki vor ove mree moe se prikljuiti potroa ili grupa potroaa, a u nekim vorovima se prikljuuju TS 10(20)/0.4 kV. Pogon nije radijalan, ve su zatvorene sve petlje u NN mrei, ali i petlje preko mree 10(20) kV.



10(20) kV

0.4 kV

Izvo

d 1

Izvo

d 2

Izvo

d 3

Izvo

d 4

TS 10(20)/0.4 kV

Slika 2-9 Radijalna niskonaponska mrea

TS 1

TS 2

TS 3

TS 4

TS 5

TS 6

Mrea 10(20) kV

Mrea 0.4 kV

TS x

TS 10(20)/0.4 kV

Slika 2-10 Uzamena niskonaponska mrea s pojnom mreom 10(20) kV



rastavlja

TS x/10(20) kV

Prekidai

TS 10(20)/0.4 kV

Mrea 10(20) kV

Osigurai

rastavlja

Niskonaponska mrea

Slika 2-11 Petljasta niskonaponska mrea s pojnom mreom 10(20) kV

2.4 Distribucijske trafostanice

Distributivne trafostanice su one koje povezuju:

o srednjenaponsku i niskonaponsku mreu (SN/NN, tj. 10/0.4kV, 20/0.4 kV i vrlo rijetko 35/0.4kV),

o dvije srednjenaponske mree (SN/SN, tj. 35/10kV ili 35/20kV), o a u irem smislu i one koje povezuju visokonaponsku (prijenosnu) i srednjenaponsku

distribucijsku mreu (VN/SN, tj. 110/35kV, 110/20kV ili 110/10kV).

2.4.1 Trafostanice SN/NN Trafostanice SN/NN redovito se rade kao tipski proizvodi, a mogu biti:

o stupne (postavljene na posebno izvedenom stupu nadzemne 10(20) kV-tne mree), redovito se koriste u nadzemnim mreama i manje su snage (50-250kVA)



o izgraene u posebnom graevinskom objektu, redovito se koriste u kabelskim (gradskim) mreama, vee su snage (400-1000kVA, 2x630 kVA, 2x1000 kVA,) a najee se izvode kao:

o tzv. tornji stare izvedbe o kontejnerska trafostanica (KTS) o kontejnerska betonska trafostanica (KBTS) o montana (armirano)betonska trafostanica (MBTS) o integrirana unutar zgrade ili graena kao poseban objekt

Mogu imati jedan ili vie transformatora 10(20)/0.4 kV, a osnovni elementi su:

- graevinski dio odnosno nosei stup

- sustav uzemljenja i gromobranske zatite

- transformator: uljni ili suhi, snage 50-1000 kVA, grupa spoja Dyn (vee snage) ili Yzn (manje snage)

- srednjenaponsko postrojenje (srednjenaponski sklopni blok) sa obinim ili uinskim rastavljaima, koje moe biti klasino (zrakom izolirano) ili SF6 postrojenje, te odvodnicima prenapona ako je prikljuak sa zrane mree

- niskonaponsko postrojenje (niskonaponski sklopni blok), najee s prekidaem u trafo polju i osiguraima u vodnim poljima, te ureajima za mjerenje, zatitu itd.

- pomoni sustavi (sustav istosmjernog napajanja, rasvjeta, klimatizacija)

Na slici 2-12 i 2-13 prikazan je primjer dispozicije i jednopolne sheme gradske TS 10/0.4 kV.

Na slici 2-14 i 2-15 prikazana je izvedba stupne TS 10/0.4 kV i odgovarajua jednopolna shema.

Na slici 2-16 prikazana je detaljna jednopolna shema TS 10(20)/0.4 kV FESB.



Slika 2-12 Dispozicija TS 10(20) kV (gradska)

Slika 2-13 Jednopolna shema TS 10(20) kV (gradska)

SN blok

NN blok

10(20) kV



Slika 2-14 Izvedba stupne TS 10(20) kV

Slika 2-15 Jednopolna shema stupne TS 10(20) kV



Slik

a 2-

16 P

rim

jer:

jedn

opol

na sh

ema

TS 1

0(20

) kV

FES

B



2.4.2 Trafostanice SN/SN Trafostanice SN/NN (35/10 kV, 35/20 kV) ne rade se kao tipski proizvodi, ali je oprema najee standardizirana, kao i jednopolne sheme, osim kod sloenih gradskih trafostanica velike instalirane snage.

Redovito imaju 2 transformatora 35/10(20) kV (ponekad jedan ili tri) pojedinane snage 2.5-16 MVA grupe spoja Dy5 ili Yd5. U sluaju da napajaju veliku kabelsku mreu, zvjezdite transformatora se uzemljuje preko otpornika ili prigunice za uzemljenje.

Oba SN postrojenja mogu biti izvedena kao SF6 ili zrakom izolirana, a izvedba sabirnica moe biti:

- jednostruke,

- jednostruke, sekcionirane sa sekcijskim rastavljaem,

- dvostruke.

Na slici 2-17 prikazan je primjer TS 35/10(20) kV s izvedbom postrojenja 35 kV sa sekcioniranim jednostrukim sabirnicama, te izvedbom postrojenja 10 kV s dvostrukim sabirnicama.

Slika 2-17 Primjer TS 35/10(20) kV s jednostrukim sekcioniranim sabirnicama 35 kV i dvostrukim sabirnicama 10 kV

Osim 2 SN postrojenja i transformatora, elementi TS 35/10(20) kV su i graevinski dio, sustav uzemljenja i gromobranske zatite, sustav za daljinsko upravljanje, sustav izmjeninog i istosmjernog napajanja, pomoni sustavi (rasvjeta, klimatizacija, protupoarna oprema)

Na slikama 2-18 i 2-19 prikazan je primjer dispozicije i jednopolne sheme gradske TS 35/10 kV.



Slik

a 2-

18 D

ispo

zici

ja T

S 35

/10(

20) k

V



Q4

/5

Q4/

5

Q1 Q1 Q1 Q1 Q1 Q1 Q1 Q1 Q1 Q1

*

Q1 Q1 Q1Q1 Q1Q1

Q6/7 Q6/7 Q6/7 Q6/7 Q6/7 Q6/7 Q6/7 Q6/7 Q6/7

Q0

Q0'Q0 Q0 Q0 Q0 Q0 Q0 Q0 Q0 Q0

Q0'

'

Q0'

2M 1

2-1

2- 4

2M 1

2-2

0-8

2M

12

-16

- 8

Q0 Q0 Q0 Q0

Q1 Q1 Q1 Q1Q1 Q4/5

Q6/7 Q6/7

Q4/5

T1,T

2,T

3

T4,

T5,

T6

T4,T5,T6T1,T2,T3 T1,T2,T3 T1,T2,T3 T1,T2,T3 T1,T2,T3 T1,T2,T3 T1,T2,T3 T1,T2,T3 T1,T2,T3T7,T8,T9

Ru

12 II

I 630

Zr

Ru

12

III 6

30

3AM

A2-

12/R

2x10

0/5

/5

UN

A 3

-12

2x3

00/5

/5/5

T1,T2,T3 T1,T2,T3 T4,T5,T6T4,T5,T6

T7,T8,T9T4,T5,T6INA 3-382x75/5/5/5

INA 2-382x200/5/5

UN

A2-

122x

300

/5/5

4 VPA 1-12

XHP 48 A 2x(3x150) XHP 48 A 2x(3x150)

3 TBN 50-12BBr:520440Yzn5Uk=4%

T10 T10 T10 T10 T10 T10 T10 T10 T10T10TK 880

APU APU APU

Q6/

7R

u 1

2 II

I 63

0 Z

o

2M 38-16-8

Ru 38 III 630

Ru 38 III 630 Zo

Ru 38 III 630 Zr

T2 T12TBN 8000-38 Br:507348Dyn5Uk=7,4%

4 T 8000-38Br:433619Yd5Uk=6,6%

3 VKU 1-38

1234567

1234567891011121314151617

Slika 2-19 Jednopolna shema TS 35/10(20) kV

2.4.3 Trafostanice VN/SN Trafostanice VN/NN (110/35 kV, 110/10 kV, 110/20 kV) imaju funkciju napajanja SN distribucijske mree, takoer se ne rade se kao tipski proizvodi, ali je oprema najee standardizirana, kao i jednopolne sheme kod veine jednostavnih trafostanica.

Postrojenje 110 kV je otvorenog tipa ili zatvorenog tipa (GIS). Redovito imaju 2 transformatora 110/x kV (ponekad jedan ili tri) pojedinane snage 20 ili 40 MVA u TS 110/10(20) kV, odnosno 40, 31.5 ili 63 MVA u TS 110/35 kV, grupe spoja YNynd5 (tronamotni transformatori, tercijar obino naponskog nivoa 10kV i nije optereen). Zvjezdite transformatora je kruto uzemljeno na primarnoj strani, a na sekundarnoj strani je uzemljeno preko otpornika ili prigunice za uzemljenje.

Izvedba sabirnica moe biti:

- jednostruke, sekcionirane sa sekcijskim rastavljaem,

- dvostruke,

- dvostruke s pomonim sabirnicama.

Na slici 2-20 prikazan je primjer TS 110/35 kV s izvedbom postrojenja 110 kV i 35 kV sa sekcioniranim jednostrukim sabirnicama.



Slika 2-20 Primjer TS 110/35 kV s jednostrukim sekcioniranim sabirnicama 110 kV i 35 kV

U Hrvatskoj se najee grade tipske trafostanice 110/x kV u prema tzv. H-shemi za postrojenje 110 kV (kao na slici 2-20). Jednopolna shema postrojenja 110 kV takve TS prikazana je na slici 2-21, dok je na slikama 2-22 i 2-23 prikazana jednopolna shema postrojenja 35 kV (za TS 110/35 kV) odnosno postrojenja 10(20) kV (u varijanti TS 110/10(20) kV).

Slika 2-21 Postrojenje 110 kV H shema



Slika 2-22 Postrojenje 35 kV u TS 110/35 kV

Slika 2-23 Postrojenje 10(20) kV u TS 110/10(20) kV



2.5 Primjer konfiguracije 35 kV mree i TS 35/10 kV i pripadne napojne mree 110 kV i TS 110/x kV

Na slici 2-24 dan je primjer mree 110 kV koja je u funkciji napajanja TS 110/x kV odnosno pripadne distribucijske mree ueg podruja grada Splita (napomena: na slici je prikazano staro stanje od prije nekoliko godina, tj. prije izgradnje TS 110/10(20) kV Dobri i pripadne kabelske mree 110 kV).

Slika 2-24 Mrea 110 kV i TS 110/x kV napajana iz TS Vrboran

Dio 35 kV-tne mree grada Splita, koji se napaja iz TS 110/35/10 kV Suidar prikazan je na slici 2-25 (boje odgovaraju naponskim nivoima). Iz tercijara transformatora TS Suidar napaja se 10 kV-tna mrea, a sa sekundara (35 kV) se napajaju trafostanice 35/10 kV Dobri i Gripe, te jedan transformator



u TS Brodogradilite, dok se drugi napaja kabelskom vezom iz TS 110/35 kV Meterize. Mrea je u cjelosti kabelska, to je i najei sluaj za gradske mree.

Prema klasifikaciji opisanoj u poglavlju 2.2, ova mrea je kombinacija svih opisanih sluajeva 35 kV-tnih mrea (zrakasta, prstenasta, linijska). Na slici su punim kruiem oznaene uklopljene veze vodova/transformatora u normalnom pogonu, dok neispunjeni krui predstavlja otvoreni strujni krug (prekida/rastavlja), koji se uklapa u sluaju kvara nekog elementa u mrei kako bi se osiguralo rezervno napajanje. Na slici treba uoiti da nijedan element mree u normalnom pogonu (vod, transformator) ne radi u paraleli, to je na slici 2-26 istaknuto na nain da je razliitim bojama, tako da boje ne odgovaraju naponskim nivoima ve uklopnom stanju mree.

TS 110/35 kVMeterize

.

.

. 20-ak vodnih polja

10 kV

110 kV

10-ak vodnih polja

TS 35/10 kVGripe

20-ak vodnih polja

TS 35/10 kVD

obri

TS 35/10 kVBrodogradilite

35 kV

TS 110/35/10 kV Suidar

rezervni KB

rezervni transf.

Slika 2-25 Mrea 35 kV napajana iz TS 110/35/10 kV Suidar (boje po naponskim nivoima)



TS 35/10 kVD

obri

Slika 2-26 Mrea 35 kV napajana iz TS 110/35/10 kV Suidar (boje prema uklopnom stanju)


3. Elementi distribucijskih mrea Split, 2007. 31

333 EEELLLEEEMMMEEENNNTTTIII DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKEEE MMMRRREEEAAA

3.1 Nadzemni vodovi

Osnovni elementi nadzemnog voda su:

stup, fazni i zatitni vodii, izolatori (izolatorski lanci), temelji, uzemljiva, spojni, ovjesni i zatitni pribor.

Distribucijski nadzemni vodovi razlikuju se s obzirom na:

nazivni napon (0.4 kV, 10 kV, 20 kV, 35 kV), broj strujnih krugova faznih trojki (jednosistemski i dvosistemski), materijal (bakar, aluminij, elik, aluminij-elik) i nain konstrukcije vodia (ica, ue), materijal i konstrukcija stupova (drveni, armiranobetonski, elino reetkasti).

Stupovi

Stupovi osiguravaju vodiima odgovarajuu visinu nad tlom. Optereeni su mehaniki:

Vertikalno prema dolje djeluje teina vodia, izolatorskog lanca i eventualno dodatnog tereta na vodiima (npr, led).

Horizontalno u smjeru trase voda djeluju sile horizontalnog zatezanja vodia, koje se djelomino ili u cijelosti mogu ponititi.

Horizontalno okomito na trasu voda djeluje vjetar na vodie i stupove. Po poloaju u trasi stupovi se dijele na :

linijske, koji se nalaze u ravnom dijelu vertikalne projekcije trase, kutne, koji se nalaze na mjestima loma vertikalne projekcije trase.

Po nainu vjeanja vodia stupovi se dijele na :

nosne (nosni izolatori i izolatorski lanci), kod kojih se u neporemeenom stanju horizontalne sile u smjeru trase uvijek ponitavaju,

zatezne (zatezni izolatori i izolatorski lanci), kod kojih se u neporemeenom stanju horizontalne sile u smjeru trase djelomino ponitavaju, tj. uvijek postoji odreeni iznos horiznotalne sile u jednom smjeru.

Materijali za izradu stupova su:



Drvo karakterizira ga mala teina, brza montaa, relativno je jeftino, ali je kratkog ivotnog vijeka pa su takvi stupovi dosta skupi u pogonu. Danas se drveni stupovi ne ugrauju, ali su u distribucijskim mreama vrlo esti, pogotovo u niskonaponskoj mrei.

Armirani beton ovakve stupove karakterizira velika teina, dugotrajnost, te mala potreba za odravanjem. U distribucijskoj mrei se koriste za vodove srednjeg i niskog napona. U niskonaponskoj mrei se preteno koriste betonski stupovi.

elik (elino-reetkasti stupovi) u distribucijskoj mrei redovito se koriste za 35 kV mreu, a vrlo esto i za 10(20) kV mreu. Konstrukcija ovakvih stupova je reetkasta, i pokazala se jako dobrom s obzirom na mehanika naprezanja. Problem kod elino-reetkastih stupova je konstantna izloenost vlazi i zraku pa dolazi do korozije metala (pocinavanje...).

Slika 3-1 Tipine siluete drvenih stupova

Slika 3-2 Tipine siluete armirano-betonskih stupova

a) niski napon-kutni b) niski napon-linijski c) 10-20 kV linijski d) 10-20 kV kutni A-stup e) 35 kV nosni X-stup f) 35 kV nosni-portal

a) NN stup b) c) d) stup 10-20 kV e) 35 kV - jela f) 35 kV - portal



Slika 3-3 Tipine siluete el.-re. stupova 35 kV, primjer el.-re. stupova 10(20) kV

Vodii

Vodii kao osnovni funkcionalni element elektrinog voda imaju zadatak voditi elektrinu struju i jedini su aktivni dio voda. Uslijed vlastite teine vodii su mehaniki optereeni na vlak, a zbog injenice da se protjecanjem struje kroz vodi stvaraju Jule-ovi gubici to ih ini termiki napregnutima.

Vodii mogu biti izraeni u obliku ica ili uadi, pri emu se za prijenos veih snaga koriste iskljuivo vodii u obliku uadi. Za izradu elektrinih vodia nadzemnih vodova uzimaju se razni materijali, od kojih se trai dobra elektrina vodljivost, velika mehanika vrstoa, dobra mogunost obrade, otpornost od korozije i starenja te prihvatljiva cijena. Sva navedena svojstva ne mogu se nai u samo jednom materijalu (tzv. homogeni vodii), pa se esto primjenjuju tzv. kombinirani vodii koji se sastoje iz najmanje dva razliita materijala.

Presjek vodia i materijal od kojeg je izraen definiraju maksimalno dozvoljenu struju (In) koja smije trajno protjecati vodom u pogonu. Vee struje od nazivnih su doputene ali u kraem vremenu, ovisno o iznosu struje.

Materijali od kojih mogu biti izgraeni vodii su:

Bakar (Cu) ima najbolja elektrina svojstva. Aluminij (Al) - danas prevladava kao materijal za izradu vodia za nadzemne vodove. U

elektrinim svojstvima zaostaje za bakrom, ali ima manju specifinu teinu i jeftiniji je, zbog ega je praktiki istisnuo bakar u gradnji nadzemnih vodova. Osjetljiv je na mehanika oteenja i relativno lako korodira.

elik (Fe) - ima vrlo loa elektrina, ali dobra mehanika svojstva. elini vodii se esto primjenjuju kao zatitna uad i kod kombiniranih vodia. Od korozije se titi pocinavanjem.

Aluel (Al/) - je kombinirani vodi s jezgrom od eline ice ili ueta i omotaem od ica aluminija. elik preuzima mehaniko optereenje, a aluminij ulogu elektrinog vodia. Najei omjer presjeka aluminija i elika je 6:1, ali moe biti i manji ukoliko se trai vea mehanika vrstoa koju daje elik.

a) 35 kV jela b) 35 kV modificirana jela



Vodii u obliku ice (homogeni) upotrebljavaju se samo na vodovima niskog napona za male presjeke i male raspone, i to od bakra presjeka najee 16 mm2.

Uad su standardna forma za vodie elektrinih vodova. Gibljiva su i to im je najvea prednost pred icama istog presjeka. Normalnom izvedbom ueta smatra se ono ue kojem su sve ice istog presjeka. Zbog blagog spiralnog sukanja duina ice je 2 3 % vea od duine ueta.

Aluminum outer strands2 layers, 30 conductors

Steel core strands,7 conductors

Slika 3-4 Presjek Aluel ueta

Presjeci ueta su normirani nizom: 10, 16, 25, 35, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300,itd. To su nazivni presjeci, a stvarni presjeci neto odstupaju od navedenih, a uzimaju se iz tablica. Kod presjeka za Al/ ue misli se samo na presjek aluminijskog plata, ali se navede i presjek eline jezgre. Tako su npr. za Al/ ue normirani sljedei presjeci: 16/2,5; 25/4; 35/6; 50/8; 70/12; 95/15; 150/25; 185/32; 210/40; 240/40; 300/50;360/57; 490/65;itd.

Izolatori

Izolatori imaju dvojaku ulogu:

elektriki izoliraju vodie od stupa, mehaniki dre vodie u odreenom poloaju, te prenose mehanike sile s vodia na stup.

Optereeni su elektrino i mehaniki, a kod pojave elektrinog luka i termiki. Materijali za izradu izolatora su: porculan, steatit, kaljeno staklo i kompozitni materijali.

Izolatori se sastoje od izolacijskih i metalnih dijelova. Po nainu kako nose vodie dijele se na:

potporne (zvonaste), koje se danas rade samo manje naponske nivoe (0.4 kV) ovjesne (lanaste) izolator se formira povezivanjem ovjesnih jedinica.



a) potporni izolator, b) ovjesni izolator kapasti, c) ovjesni izolator masivni, d) ovjesni izolator - tapni

Slika 3-5 Vrste izolatora

a) porculanski izolatori, b) stakleni izolatori

Slika 3-6 Primjeri izolatora

Zatitno ue i uzemljenje stupa

Uzemljenje nadzemnog voda u irem smislu obuhvaa cijeli sistem kojem pripada zatitno ue (ako ga ima), sam uzemljiva, te meusobni galvanski spojevi metalnih dijelova koji nisu pod naponom.

Zatitno (dozemno, gromobransko) ue ima viestruku funkciju :

titi fazne vodie od direktnog udara munje (poveanje pogonske sigurnosti voda), doprinosi pouzdanom radu zatite kod kratkih spojeva prema zemlji, galvanski povezuje uzemljivae svih stupova i time poboljava cjelokupni sustav uzemljenja

voda.

Prvu funkciju ispunjava i ue iz elika, ali za ostale dvije je poeljno da zatitno ue bude od bolje vodljivog materijala. Zatitno ue mora na svakom stupu biti pouzdano povezano s uzemljivaem, bilo preko samog stupa (elino reetkasti ili armirano betonski stup), bilo preko posebnog dozemnog voda du stupa (armirano betonski stup kod kojeg nema metalne veze kroz armaturu stupa).

Kod starijih dalekovoda, najee se upotrebljavalo elino zatitno ue (presjeka npr. 50 ili 95 mm2), dok se danas redovito ugrauju zatitna uad s kombiniranim, bolje vodljivim materijalima, npr. AlMg1E/ 95/55 mm2.



Zatitno ue u distribucijskim mreama stavlja se na 35(30) kV dalekovode, dok se u mreama 10(20) kV ne koristi.

Uzemljiva odnosno uzemljenje u uem smislu ima zadatak da uspostavi galvansku vezu sa zemljom uz minimalni prijelazni otpor. Za uzemljenje stupova u distribucijskoj mrei koriste se trakasti uzemljivai bakreno ue ili pocinana eljezna traka. Najee se koriste :

- prstenasti uzemljivai s jednim prstenom ili dva prstena.

- zrakasti uzemljivai s 2-4 kraka

Slika 3-7 Prstenasti uzemljiva distribucijskog dalekovodnog stupa

1 - stezaljka za uzemljenje 2 pocinana eljezna traka



Slika 3-8 Zrakasti uzemljiva distribucijskog dalekovodnog stupa

Temelji

Uloga je temelja da sve sile sa stupa prenesu na tlo. Pri tome temelji mogu biti napregnuti vertikalno prema dolje (na pritisak), na izvlaenje i na prevrtanje. Oblik i veliina temelja ovisi o vrsti i veliini naprezanja, te o vrsti tla.

Drveni i neki laki tipovi tvorniki proizvedenih armirano betonskih stupova ukopavaju se neposredno u tlo bez posebnih temelja. Stabilnost stupa se u tom sluaju postie pomou dijela stupa koji se ukopava. Da bi se drveni stupovi zatitili od propadanja u tlu, katkad se temelje pomou betonskih nogara ili temelja.

Armiranobetonski i elinoreetkasti stupovi imaju temelje od nearmiranog ili armiranog betona. Stupovi s vie nogu (portalni armiranobetonski i svi elinoreetkasti stupovi) mogu imati jedan temelj za cijeli stup (monolitni temelj), ili za svaku nogu poseban temelj (ralanjeni temelj).

4 kraka 3 kraka 2 kraka



Slika 3-9 Temelji betonskih i elino-reetkastih stupova

3.2 Kabelski vodovi

Osnovni elektrini parametri kabela su:

Nazivni napon Un napon za kojeg je projektirana izolacija kabela. Nazivna struja In dozvoljeno strujno optereenje za odgovarajui tip i presjek kabela u

nazivnim uvjetima.

Dozvoljeno strujno optereenje kabela It - najvea struja kojom se kabel moe trajno opteretiti uvjetovana dozvoljenim zagrijavanjem kabela s obzirom na stvarne uvjete polaganja (mjesto, okolina, razmak, blizina ostalih kabela, temperatura okoline...).

Radni otpor, induktivitet i kapacitet kabela. Prednosti kabela u odnosu na nadzemne vodove su:

nema vizualne degradacije prostora, osim prilikom instalacije kabela, imaju veu pogonsku pouzdanost zbog injenice da nisu izloeni udarima gromova i ostalim

atmosferskim utjecajima,

zatieni su od namjernog unitavanja. Nedostaci kabela u odnosu na nadzemne vodove su:

najee daleko vee cijene u odnosu na cijenu dalekovoda, u sluaju kvara koji moe nastupiti negdje na kabelu, tee je locirati mjesto kvara,a potrebno

je i daleko vie vremena za uklanjanje kvara.

Osnovni djelovi kabela su fazni vodi, poluvodljivi sloj, izolacija, ispuna, vodljivi zaslon (plat) i vanjski omota. Ovisno o izvedbi i namjeni, mogui su i dodatni djelovi i eventualno izostanak nekog nabrojenog dijela (npr. vodljivi zaslon).

Fazni vodii se izrauju u vidu ueta. Konstrukcija ueta slina je kao kod zranih vodova. Materijali iz kojih se izrauju fazni vodii su bakar i aluminij.

a) armirano-betonski stup

b) jedna noga elino-reetkastog stupa



Izolacija kabela dolazi iznad faznog vodia. Danas se uglavnom radi o krutoj izolaciji (jedna od varijanti je i izolacija plinom ili uljem). Najee koriteni materijal za izradu krute izolacije kabela danas je umreeni polietilen.

Vodljivi plat se nalazi iznad izolacije kabela. On se najee radi kao:

omot iz okruglih bakrenih ica omotanih helokoidno, preko kojih je takoer omotana u suprotnom smjeru tanka bakrena traka

dvije bakrene trake omotane helokoidno u suprotnim smjerovima. Iznad vodljivog plata kabela postavlja se vanjski omota. Obino je izraen iz nekog izolacijskog materijala, primjerice PVC-a ili obinog polietilena, a slui za zatitu kabela od vanjskih utjecaja (mehanika oteenja, vlaga).

Kabeli se prema izvedbi mogu podijeliti na:

Troilni (vieilni) kabel u jednom kabelu ugraena su tri (ili vie) fazna vodia, meusobno izolirana.

Jednoilni kabel u kabelu se nalazi jedan fazni vodi, a trofazni sustav onda ine tri jednoilna kabela.

ConductorConductor shield

PEX-Insulation

Insulation shieldFiller

Copper screenPVC-sheet

Slika 3-10 Troilni kabel

Slika 3-11 Jednoilni kabel



Prema mjestu polaganja kabeli se dijele na:

Podzemni kabeli Podmorski kabeli Zrani kabeli

Podzemni kabeli

Podzemni kabeli se polau u kabelske rovove. Polaganje kabela i njegovo zatrpavanje mora biti paljivo provedeno. Oblikuje se tzv. kabelska posteljica od sitno zrnastog materijala (nula). Bitan je materijal koji dobro odvodi toplinu (vano je zbog odvoenja topline iz kabela, to se mora kontrolirati termikim proraunom zagrijavanja kabela).

Jednoilni kabeli se polau u rovove na jedan od slijedeih naina:

Polaganje u trokutni spoj znai da se tri jednoilna kabela meusobno dodiruju (vezuju se vrpcom), zbog ega se poveava toplinsko optereenje odnosno djelomino se smanjuje prijenosna mo kabela.

Polaganje u ravnini znai da je svaki jednoilni kabel udaljen od drugog npr. 20-tak cm, pa su zbog veih udaljenosti kabeli manje toplinski optereeni, a prijenosna mo kabela je neto vea, ali se zauzima vei prostor, tj. potrebna je vea irina kabelskog rova.

(A) (B) Slika 3-12 Kabelski rov



Podmorski kabeli

Podmorski kabeli se polau na dnu mora (pomou posebnih brodova), redovito kao tri jednoilna kabela s veim razmakom izmeu pojedinih kabela da se eventualno mehaniko oteenje (npr. brodska sidra) ogranii samo na jedan kabel (popravak podmorskog kabela je vrlo skup). Dijelovi podmorskog kabela na mjestima ulaza i izlaza iz mora su najvie izloeni djelovanju morske vode (abraziji rad valova). Stoga se ti dijelovi kabela postavljaju u tzv. priobalnu zatitu. Ona se sastoji iz betonskih blokova sa ljebovima u kojima se postavljaju kabeli.

priobalnazatita

KS (kabelska stanica)

. . .popreni presjek priobalne zatite

sa kabelima u njoj

Slika 3-13 Polaganje podmorskog kabela

Zrani kabeli koriste se u specijalnim sluajevima, npr. u rudnicima, tunelima i sl., gdje se postavljaju na kabelske police. Specijalni tip zranog kabela je samonosivi kabelski snop.

Samonosivi kabelski snop

U niskonaponskim distribucijskim mreama, za niskonaponske vodove i nadzemne kune prikljuke danas se najee koristi tzv. samonosivi kabelski snop (SKS) - izolirani zrani vodi. Fazni vodi se izrauje od kompaktiranog aluminijskog ueta presjeka 16,25,35,50,70 mm2, nulti vodi od legure ALMg presjeka cca. 50 i 70 mm2, a izolacija je najee XLPE.

Slika 3-14 Samonosivi kabelski snop

1. Fazni vodi 2. Nul vodi 3. Izolacija



3.3 Transformatori

Osnovni dijelovi transformatora su:

eljezna jezgra izgraena od eljeznih limova Primarni / sekundarni / (tercijarni) namot izgraeni od zavoja bakrene ice. Izolacija - ima ulogu izoliranja zavoja iste faze, izmeu razliitih namota te izmeu namota i

kuita transformatora.

Kuite transformatora je ispunjeno uljem (kod uljnih transformatora) koje ima svrhu izolacije te hlaenja namotaja.

Dijelovi za uvrivanje slue za uvrivanje namota zbog pojave odbojnih sila meu zavojima namota.

Rashladni sustav transformatora hladi transformator koji se zagrijava zbog toplinskih gubitaka u bakru i eljezu transformatora. Transformatori su najee hlaeni zrakom i uljem.

Winding

Iron corebehind the steel

bar

Radiator

Steeltank

Insulation

Bushing

Izolacija

Namoti

Radijator

Dijelovi za uvrivanje namota zbog

elektromegnetskih sila meu zavojima

Vanjsko kuite

IzolatoriUlje

(Napomena: eljezna jezgra se nalazi ispod namota i djelova za uvrenje, pa nije vidljiva na slici)

Slika 3-15 Djelovi transformatora

S obzirom na vrstu primjene, transformatori se mogu podijeliti na:

1. Energetske:



Blok transformatori koriste se za spoj generatora s elektrinom mreom (s generatorske strane je nii napon)

Mreni transformatori koriste se za povezivanje naponskih nivoa u prijenosnoj mrei ili prijenosne i distribucijske mree: 400/220 kV, 400/110 kV, 220/110 kV, 110/35(30)(20)(10) kV

Distribucijski transformatori koriste se za povezivanje naponskih nivoa u distribucijskoj mrei: 35(30)/10(20) kV, 35(30)/0.4 kV, 10(20)/0.4 kV

2. Mjerne:

Naponski slue za sniavanje napona do razine (npr. napon 100V) pri kojoj se napon moe mjeriti konvencionalnim mjernim ureajima. Sekundar takvih transformatora je slabo optereen jer su na njega uglavnom spojeni razliiti releji i mjerni ureaji za mjerenje napona.

Strujni - slue za sniavanje struje do razine (npr. 1A ili 5A) pri kojoj se struja moe mjeriti konvencionalnim mjernim ureajima. Sekundar takvih transformatora je slabo optereen jer su na njega uglavnom spojeni razliiti releji i mjerni ureaji za mjerenje struje.

3. Specijalne namjene (npr. transformatori za zavarivanje, transformatori za pretvarake pogone...)

S obzirom na broj faza, transformatori se mogu podijeliti na:

1. Jednofazni - transformiraju napon/struju samo jedne faze. Za transformaciju trofaznog napona/struje, koristi se kombinacija tri jednofazne jedinice. Za potrebe trofazne transformacije potrebno je utroiti znatno vie materijala (eljeznih limova) nago to je to sluaj kod trofaznih izvedbi transformatora.

2. Trofazni transformiraju napon/struju trofaznog sustava. U sluaju kvara na transformatoru, potrebno je zamijeniti itavu jedinicu. S obzirom na broj i vrstu namota, trofazni transformatori se mogu podijeliti na:

Dvonamotni imaju dvije naponske razine. Tronamotni imaju tri naponske razine. Autotransformatori se jo nazivaju transformatorima u tednom spoju (zbog utede bakra

u takvim izvedbama), a imaju samo jedan namot za svaku fazu (na jednoj strani se koriste svi namoti, a na drugoj strani samo dio namota ime se postie eljeni prijenosni omjer).

3. Viefazni transformiraju napon/struju viefaznih sustava.



Vrste transformatora s obzirom na vezu meu namotima su:

1. klasini paralelni transformator 2. Autotransformator

VN NNFaza Nula Faza Nula

VN NNFaza Nula Faza Nula

3. Booster transformator (transformator za poprenu regulaciju napona)

uzbudni trafo

Faza

Nula

Slika 3-16 Vrste transformatora s obzirom na vezu meu namotima

Nazivne veliine dvonamotnih distribucijskih transformatora su:

- Nazivni primarni/sekundarni napon U1n/U2n (kV)

- Nazivna primarna/sekundarna struja I1n/I2n (A)

- Nazivna snaga Sn (MVA)

- Napon kratkog spoja uk (%)

- Gubici praznog hoda Pk i gubici kratkog spoja Po (kW)

- Struja praznog hoda io (%)

Prijenosni odnos energetskog transformatora je:

2n

1n

UU

p =

Iz nazivnih podataka transformatora slijede nazivne struje:

Na vienaponskoj strani:

1n

n1n

U3S

I =



Na nienaponskoj strani :

2n

n2n

U3S

I =

Grupa spoja transformatora definira se na sljedei nain:

o za vienaponske namote spojene u trokut koristi se slovo D, a za nienaponske namote spojene u trokut koristi se malo slovo d

o za vienaponske namote spojene u zvijezdu koristi se slovo Y, a za nienaponske namote spojene u zvijezdu koristi se malo slovo y

o trea varijanta je spoj namota u tzv. cik-cak spoj (obino za sekundar transformatora 10/0.4 kV manje snage), ija je oznaka slovo z

Budui da spoj trokut-zvijezda izaziva fazni pomak izmeu struja i napona u jednom i drugom namotu, zadaje se taj fazni pomak pomou tzv. satnog broja. Npr., Dy5 znai da su vienaponski namoti transformatora spojeni u trokut, a nienaponski namoti u zvijezdu, te da struje i naponi na vienaponskoj strani transformatora prethode strujama i naponima na nienaponskoj strani za:

5 30 = 150 .

Zvjezdite visokonaponskog namota se oznaava velikim slovom N, a zvjezdite niskonaponskog namota se oznaava malim slovom n. Ako je transformator uzemljen na jednoj ili obje strane, malo ili veliko slovo n stavlja se uz oznaku one strane koja je uzemljena, npr.

Dyn5 uzemljenje sekundara

YNd7 uzemljenje primara

Uzemljenje transformatora

Zvjezdite tranformatora moe biti direktno uzemljeno ( Z=0), neuzemljeno (Z=), uzemljeno preko radnog otpora (Z=R) ili preko induktivnog otpora (Z=jX). Na sljedeim slikama dati su mogui tipovi uzemljenja za neke tipine distribucijske transformatore.



110/35 kV 110/10(20) kV

Y

YZ

110 kV

10 kV

35 kV

Y

YZ

110 kV

10 kV

10(20) kV

Slika 3-17 Uzemljenje transformatora 110/x kV

110 kV-tna strana je najee direktno uzemljena, a sekundar moe biti uzemljen preko impedancije iznosa:

o Z= (neuzemljeno, esto u mrei 10 kV, rijetko u mrei 35 kV) o Z=R (uzemljeno preko opornika, redovito u mrei 35 kV, ponekad u mrei 10(20) kV) o Z=jX ( uzemljeno preko prigunice, ponekad u mrei 10(20) kV)

35 kV

10 kV

YZ

35 kV

10 kV

Y

a) b)

Slika 3-18 Uzemljenje transformatora 35/10 kV

Za spoj transformatora prema varijanti a) vrijedi za impedanciju Z prethodno navedeni sluajevi (neuzemljeno, uzemljeno preko malog otpora ili reaktancije), pri emu se najee koristi varijanta neuzemljene 10 kV strane.

Kod spoja transformatora prema varijanti b) uzemljenje sekundara je mogue samo preko posebnog transformatora ili prigunice za uzemljenje.



10(20) kV

0.4 kV

Y

10(20) kV

0.4 kV

Y

a) b)

Slika 3-19 Uzemljenje transformatora 10(20)/0.4 kV

Kod transformatora 10/0.4 kV, niskonaponska strana je uvijek uzemljena, osim u specifinim sluajevima kad je izolirana.

Regulacija napona preko energetskih transformatora moe se vriti na dva naina:

o pod naponom (za transformatore prijenosnog omjera 110/X kV) o bez napona (za transformatore prijenosnog omjera 35/10 i 10/0.4 kV)

Automatska regulacija pod naponom izvodi se na strani vieg napona (promjenom broja namota VN strane), na osnovu referentnog napona kojeg je potrebno odravati na strani nieg napona.

Napon se mjeri i usporeuje sa eljenim referentnim naponom. U sluaju odstupanja izmjerenog i referentnog napona, automatika djeluje na regulacijsku preklopku na VN strani transformatora. Promjena poloaja regulacijske preklopke vri se ako je

|Vizmj Vref| > Vreag

gdje su:

Vizmj mjereni napon

Vref referentni napon

Vreag razlika napona na koju reagira automatika



V

automatikareferentni napon

VN NN

izmjereni napon

nalog za promjenu reg.prekl.

Slika 3-20 Princip rada automatske regulacije napona na transformatoru

Regulaciju prijenosnog omjera transformatora omoguava posebno izvedena primarna strana namota na fiksni i regulacijski dio. Regulacijskom preklopkom za iji pomak daje nalog gore opisana automatika, odreuje se pogonski prijenosni omjer transformatora kojim se odrava referentni napon.

U1 U2

+

-

+

-

regulacijska preklopka

fiksni dio VN namota

regulacijski dio VN namota

Slika 3-21 Izvedba namota regulacijskog transformatoru

Transformatori 110/35/10 kV se obino izvodi u nazivnom prijenosnom omjeru 110 15 1.5% / 36.75 /10.5 kV, sa automatskom regulacijom.

Transformatori 35/10 kV se obino izvode sa prijenosnim omjerom 35/10.5 kV, sa beznaponskom regulacijom 22.5%.



Transformatori 10/0.4 kV se obino izvode sa prijenosnim omjerom 10/0.4 kV, sa beznaponskom regulacijom 22.5%.

3.4 Potroai

Pod potroaem elektrine energije podrazumijeva se grupa troila (elektrinih ureaja) koji su na odgovarajui nain prikljueni na prijenosnu ili distribucijsku mreu, odakle uzimaju potrebnu elektrinu energiju za svoj rad. Potroaem u irem smislu podrazumijeva se i bilo kakva povezana grupa manjih potroaa. Npr. sve krajnje potroae u niskonaponskoj mrei koji se napajaju iz jedne trafostanice 10/0.4 kV, 10 kV mrea vidi kao jedan potroa prikljuen na TS 10/0.4 kV.

Potroai se razlikuju prema:

nainu prikljuka na mreu (trofazni, dvofazni, jednofazni prikljuak), naponskom nivou preko kojeg su prikljueni na elektrinu mreu:

- velepotroai prikljueni direktno na prijenosnu mreu,

- industrijski potroai, uslune ustanove i ostali vei potroai prikljueni na srednjenaponsku mreu (10,20,35 kV),

- niskonaponski potroai (kuanstva, obrti, usluge, rasvjeta itd.).

tehnikim karakteristikama, tarifama (ugovorima) po kojima plaaju energiju (radnu i jalovu), te snagu.

3.4.1 Vrste i karakteristike pojedinanih troila Pojedinane troila mogu biti jednofazna ili trofazna.

R NS T N

PE

PER Slika 3-22 Jednofazno i trofazno troilo

Osnovne vrste pojedinanih troila su:

termika troila, rasvjeta, elektromotori, elektroniki ureaji.

U specijalna troila spadaju:

elektrolune pei i ureaji za zavarivanje veliki asinkroni motori,



veliki pretvarai, elektrovuna postrojenja, itd

Nazivni podaci svakog troila su:

Pn nazivna snaga (trofazna ili jednofazna)

cos n nazivni faktor snage

Un nazivni napon

Iz nazivnih podataka i trokuta snaga slijede vrijednosti za nazivnu struju troila:

Q ( kVAr,MVAr)

Pn (kW, MW)

cos

Sn = Pn / cosn

nn

nn

UPI cos3= (za trofazno troilo)

nn

nn V

PI cos= (za jednofazno troilo)

gdje je:

Un nazivni linijski napon na koji je prikljueno troilo.

Vn nazivni fazni napon na koji je prikljueno troilo.

3.4.2 Dnevni dijagram optereenja i varijacije optereenja Dnevni dijagram optereenja (potronje) predstavlja promjenu snage nekog potroaa tijekom dana pri emu snaga (optereenje) u pojedinom trenutku ovisi o brojnim faktorima, kao to su:

struktura potroaa/troila, dobu dana/godine, klimatski uvjeti (geografska lokacija), itd...

Dnevni dijagram optereenja se najee odnosi na potronju koja je pridruena jednoj trafostanici (tj. svih potroaa koji se napajaju iz trafostanice), nekog ireg potroakog podruja (npr. jedne upanije, regije) ili EES-a u cjelini.

rafirana povrina ispod krivulje predstavlja ukupnu potroenu energiju tijekom dana:

=24

0

)( dttPW

Donji dio, ogranien minimalnom radnom snagom, predstavlja tzv. konstantnu energiju (Wkonst), a gornji dio predstavlja tzv. varijabilnu energiju (Wvar). Dijagram se na drugi nain moe podijeliti na nonu energiju (Wno) i dnevnu energiju (Wdan). Maksimalna radna snaga Pmax (odnosno vrna snaga Pv) je najvea snaga tijekom dana.



t (h)

P (MW,kW)

0 24

Pmin Pmax = PV

W varijabilno

W konstantno

W no W dan

Slika 3-23 Dnevni dijagram optereenja

Veliine karakteristine za dnevni dijagram optereenja su:

omjer Pmax / Pmin faktor optereenja (m):

TPW

mmax

uk

= , gdje je: Wuk ukupno potroena energija tijekom dana

T ukupno vrijeme (24 h)

upotrebno vrijeme (Tu):

max

uku P

WT =

Krivulja trajanja optereenja dobije se iz dnevnog dijagrama slaganjem snaga po veliini.

P (MW, kW)

t (h)

Pmin

Pmax

240

Wvar

Wkonst

Slika 3-24 Krivulja trajanja optereenja

Zahtjevi za elektrinom energijom od strane potroaa stalno se mijenjaju tokom jednog dana, tjedna, mjeseca, sezone, godine. Varijacije tijekom dana prvnestveno su vezane za no/dan, dok su varijacije tijekom tjedna vezane za radni/neradni dan. Mjeseno odnosno sezonske varijacije potronje prvenstveno ovise o elektrinoj energiji koja se koristi za grijanje i hlaenje, te rasvjetu. Potronja veine industrijskih potroaa je neovisna o sezoni, dok je potronja elektrine energije za rasvjetu, grijanje ili pak kondicioniranje zraka u znatnoj mjeri ovisna o godinjem dobu.



Slika 3-25 Primjer - dnevni dijagram optereenja EES-a Hrvatske za 2004.g. (minimalni, maksimalni), dnevni dijagram optereenja za DP Elektrodalmaciju za 2005.g. (dan s najveom potronjom)

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136

t (10-min)

P (k

W)

Slika 3-26 Primjer - dnevni dijagram optereenja restorana FESB 15.1.2008. (jedan izvod NN mree napajane iz TS 10/0.4 kV FESB), 10-minutna registracija optereenja



3.5 Ostali elementi distribucijske mree (kondenzatorske baterije i prigunice)

Kondenzatorske baterije u distribucijskim mreama slue za kompenzaciju jalove snage (smanjenje jalove snage koju potroa uzima iz mree) i za poboljanje naponskih prilika. Spajaju se paralelno na mreu. U ovisnosti o konzumu razlikuje se:

o pojedinana kompenzacija, tj. kompenzacija jalove snage pojedinanog troila o grupna kompenzacija, tj. kompenzacija jalove snage grupe troila

~

P

P,QQMotor

Mrea

KB

10 kV

0.4 kV

KB

Pojedinana kompenzacija Grupna kompenzacija

Slika 3-27 Kompenzacija jalove snage pomou kondenzatorskih baterija

U distributivnim mreama razlikuju se dvije vrste prigunica (obje se vrlo rijetko koriste):

o serijske prigunice koriste se za smanjenje struje kratkog spoja o paralelna prigunica koristi se za uzemljenje nul toke kada treba izvesti umjetno zvjezdite

eljezara (pe)

Slika 3-28 Serijska prigunica



Y

35 kV 10 kV

L

R

R

35 kV 10 kV

L

.

Slika 3-29 Paralelna prigunica za uzemljenje (jednopolna i tropolna shema)


4. Elektriki parametri i nadomjesne sheme elemenata distr. mrea Split, 2008. 55

444 EEELLLEEEKKKTTTRRRIIIKKKIII PPPAAARRRAAAMMMEEETTTRRRIII III NNNAAADDDOOOMMMJJJEEESSSNNNEEE SSSHHHEEEMMMEEE EEELLLEEEMMMEEENNNAAATTTAAA DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUCCCIIIJJJSSSKKKIIIHHH MMMRRREEEAAA

4.1 Sustav simetrinih komponenata

Simetrini trofazni sustav ili openito simetrini viefazni sustav moe se promatrati kao jednofazni sustav i tako pojednostavniti proraun. Pretpostavke da su impedancije, naponi i struje simetrini ne moraju uvijek biti ispunjene, pa se mora raunati s nesimetrinim impedancijama i admitancijama, kojima su posljedica nesimetrini naponi i struje iako su proizvedene EMS-e generatora simetrine. Tada se proraun mora provesti na trofaznoj nadomjesnoj shemi. Ako se jo tome dodaju meusobni utjecaji kod vodova, dobiju se vrlo sloeni matematiki izrazi.

Ako se u mrei pojavljuju nesimetrije, mogue je primjeniti matematiku transformaciju originalnog sustava (napona, struja, impedancija) u neki drugi sustav komponenata. Pri tome se struje, naponi, impedancije i snage pretvaraju u odgovarajue veliine novog sustava komponenata po utvrenim pravilima transformacije. Dobiju se nove jednadbe, kojima odgovaraju nadomjesne sheme komponenata. Raun se provodi u sustavu komponenata, a rezultati se vraaju natrag u originalni, odnosno prirodni sustav.

Transformacija originalnog sustava ima smisla ako se dobije shema prikladnija za proraun. To mogu biti npr. meusobno nezavisne jednofazne sheme komponenata, koje su meusobno vezane na mjestu nesimetrije.

Originalni sustav je u osnovi takoer sustav komponenata, jer se sastoji od faza kao komponenata. Trofazni sustav stoga moe biti oznaen kao abc ili RST sustav komponenata. Tada prijelaz u sustav komponenata ne znai nita drugo nego transformaciju jednog sustava komponenata u drugi.

Na slici 4-1 prikazan je trofazni sustav s induktivnom vezom meu fazama.

aaZ

bbZ

ccZ

abZacZ

aI

bI

cI

a

b

c

00VbVaV

bcZ

Slika 4-1 Struje, naponi i impedancije u trofaznom sustavu

Odnosi napona i struje iskazani jednadbama :

aa a ab b ac ca

ba a bb b bc cb

ca a cb b cc cc

V Z I Z I Z I

V Z I Z I Z I

V Z I Z I Z I

= + += + += + +



ili

aa ab ac aa

ba bb bc bb

ca cb cc cc

V Z Z Z I

V Z Z Z x I

V Z Z Z I

=

ili

abc abc abcV Z x I =

Ovakav sustav ne moemo prikazati jednofazno. Transformiramo ga zato u neki drugi sustav komponenata, pri emu je osnovni cilj oslobaanje meusobnog utjecaja s obzirom na parametre

abcZ . U proraunima elektroenergetskih mrea za takvu namjenu najpogodnija je transformacija u

sustav simetrinih komponenata.

4.1.1 Transformacija u sustav simetrinih komponenata Neka su zadana tri kompleksna vektora napona: aV , bV , cV . Openito se svaki od ova tri vektora moe rastaviti na po tri nova vektora (ukupno 9 vektora):

a a0 a1 a2

b b0 b1 b2

c c0 c1 c2

V V V V

V V V V

V V V V

= + += + += + +

Ako uzmemo da novi vektori zadovoljavaju slijedee uvjete:

a0 bo co 0

a1 1 a2 2

2b1 1 b2 2

2c1 1 c2 2

V V V V

V V V V

V a V V aV

V aV V a V

= = == == == =

,

gdje je

0

0

j120

2 j240

1 3a e j2 21 3a e j2 2

= = +

= = ,

slijedi:

a 0 1 2

2b 0 1 2

2c 0 1 2

V V V V

V V a V aV

V V aV a V

= + += + += + +

,

to znai da su svi fazni naponi izraeni s kombinacijama 3 nova vektora (mogu se pripisati fazi a). U matrinom obliku je:

a 0

2b 1

2c 2

V V1 1 1V 1 a a x V

1 a aV V

=



ili

abc 012V S V =

Matrica transformacije S prevodi sustav simetrinih komponenata u originalni sustav. Ako prethodnu jednadbu pomnoimo sa

1S

s lijeve strane, dobijemo: 1012 abc

V S V =

ili

0 a

21 b

22 c

V V1 1 11V 1 a a V3

1 a aV V

=

Matrica transformacije 1

S prevodi originalni sustav u sustav simetrinih komponenata.

Dakle, umjesto s tri fazna napona aV , bV , cV , raunamo s tri nova napona 0V , 1V , 2V , koji se nazivaju nulti, direktni i inverzni napon.

Transformacija struje identina je transformaciji napona.

abc 012I S I =

1012 abcI S I

=

Dakle, i za struje, umjesto s tri fazne struje aI , bI , cI , raunamo s tri nove struje 0I , 1I , 2I , koje se nazivaju nulta, direktna i inverzna struja.

Matrinu jednadbu koja definira odnose napona i struje u originalnom sustavu (slika 10-1) izrazimo simetrinim komponentama:

abc abc abc

1012 abc 012

1012 abc 012

012 012 012

V Z I

S V Z S I S

V S Z S I

V Z I

Dakle,matrica impedancija usustavusimetrinih komp

= =

= =

1012 abc

onenata je :

Z S Z S =

012Z je matrica vlastitih i meusobnih impedancija u sustavu simetrinih komponenata, koja daje

odnose simetrinih komponenata napona sa simetrinim komponentama struja. Jednadbe glase:



00 0 01 1 02 20

10 0 11 1 12 21

20 0 21 1 22 22

V Z I Z I Z I

V Z I Z I Z I

V Z I Z I Z I

= + += + += + +

ili

00 01 02 00

10 11 12 11

20 21 22 22

V Z Z Z I

V Z Z Z x I

V Z Z Z I

=

Matricu 012

Z prikaimo grabljastim nadomjesnim sklopom prema slici 4-2.

00Z

11Z

22Z

01Z02Z

0I

1I

2I

0

1

2

2V1V0V

12Z

10Z

21Z

20Z

Slika 4-2 Struje, naponi i impedancije u sustavu simetrinih komponenata

4.1.2 Pretvorba matrice impedancija u simetrine komponente Raun trofaznog sustava u originalu je raun s punim matricama 3x3, tj. postoje vandijagonalni elementi, to ima za posljedicu npr. da za izraun napona u jednoj fazi treba poznavati struje u svim fazama.

Nakon transformacije u simetrine komponente takoer se dobije matrica impedancije dimenzija 3x3, ali u odreenim sluajevima je ona dijagonalna. To ima za posljedicu da se nulti, direktni i inverzni sustav mogu promatrati odvojeno (svaki za sebe jednofazno).

Matrica 012

Z je dijagonalna tj. vrijedi 01 02 10 12 20 21Z Z Z Z Z Z 0= = = = = = ako je ispunjen uvjet:

1) aa bb cc sZ Z Z Z= = =

i ako je za dijagonalne lanove matrice abc

Z ispunjen jedan od slijedea dva uvjeta:

2a)

ab ac bc m

s m mabc

m s m

m m s

Z Z Z Z , tj.

Z Z Z

Z Z Z Z

Z Z Z

= = = =



2b)

ab ac bc

sabc

s

s

Z Z Z 0, tj.

Z 0 0

Z 0 Z 0

0 0 Z

= = = =

U sluaju 2a) nakon simetrine transformacije dobije se:

s m m s m1 1012 abc

m s m s m

m m s s m

0 s m

1 2 s m

Z Z Z Z 2Z 0 0

Z S Z S S Z Z Z S 0 Z Z 0

Z Z Z 0 0 Z Z

Z Z 2Z

Z Z Z Z

+ = = =

= += =

Sluaj 2a) javlja se kod potpuno prepletenog voda, to znai da se transformacijom u simetrine komponente dobije dijagonalna matrica i da su nulti, direktni i inverzni sustavi meusobno nezavisni. Takoer, direktna i inverzna impedancija su jednake, to openito vrijedi za sve pasivne elemente mree. U sluaju da vod nije prepleten, transformacijom u simetrine komponente nee se dobiti dijagonalna matrica, ali e vandijagonalni elementi kod realnog voda biti vrlo mali (u odnosu na dijagonalne), to znai da se u odreenim proraunima mogu zanemariti.

U sluaju 2b) nakon simetrine transformacije dobije se:

s s1 1012 abc

s s

s s

0 1 2 s

Z 0 0 Z 0 0

Z S Z S S 0 Z 0 S 0 Z 0

0 0 Z 0 0 Z

Z Z Z Z

= = =

= = =

Sluaj 2b) imamo kod transformatora, prigunica, kondenzatora. Originalna matrica impedancija je dijagonalna, pa je i matrica impedancija u sustavu simetrinih komponenata takoer dijagonalna i ista kao i original, tj. transformacijom se nita ne mijenja.

Dakle, u prethodnim primjerima, koji su u redoviti u praksi, dobijemo dijagonalnu matricu impedancija u sustavu simetrinih komponenata, te svaku komponentu moemo promatrati nezavisno:

0 00

1 11

2 22

0 00

1 11

2 22

V Z 0 0 I

V 0 Z 0 x I

V 0 0 Z I

V Z I (nulti sustav)

V Z I (direktni sustav)

V Z I (inverzni sustav)

= = = =

4.1.3 Fizikalno znaenje impedancija u sustavu simetrinih komponenata Fizikalno se simetrine komponente mogu interpretirati na slijedei nain:



o direktni sistem: trofazni simetrini sistem sa redosljedom faza kao u simetrinom trofaznom sistemu (u smjeru kazaljke na satu)

o inverzni sistem: trofazni simetrini sistem sa obrnutim redosljedom faza (obrnuto od smjera kazaljke na satu)

o nulti sistem: istofazni sistem, tj. nema faznog zakreta izmeu napona i struja u fazama

1cIuur

1bIuur

1aIuur

2aIuur

2cIuur

2bIuur

0aIuur

0bIuur

0cIuur

Slika 4-3 Struje u sustavu simetrinih komponenata

Predstavljanjem trofaznog sustava direktnim, inverznim i nultim sustavom mogue je definirati direktnu, inverznu i nultu impedanciju, kako je u prethodnim poglavljima izvedeno. Njihovo fizikalno znaenje, a ujedno i nain na koji se mogu mjerenjem odrediti je slijedee:

Impedancija direktnog sustava

Impedancija direktnog sustava odreuje se na nain da se na element narine simetrini trofazni sustav napona direktnog redosljeda, oblika:

a 1E E= , 2b 1E a E= , c 1E aE= , a kako za direktni sustav vrijedi (s obzirom da je simetrian!)

1a 1b 1cI I I 0+ + = , shema za odreivanje direktne impedancije nekog elementa mree je sljedea (element mree je kratko spojen, tako da su struje koje e potei fazama rezultat samo impedancije elementa mree, uzorkovane narinutim direktnim naponom) :

~

~

~

Ea

Ec Eb

2b 1I a I=a 1I I=

c 1I aI=

a

b

c

aE

bE

cE

Element mree

Direktnu impedanciju dobijemo kao kvocijent napona i struje jedne faze.

a 11

a 1

E EZ

I I= = ,

tj. direktnu impedanciju moemo interpretirati kao impedanciju jedne faze elementa mree koju vidi simetrian naponski izvor direktnog redoslijeda narinut na taj element mree.



Impedancija inverznog sustava

Impedancija inverznog sustava odreuje se na nain da se na element narine simetrini trofazni sustav napona inverznog (obrnutog) redosljeda, oblika:

a 2E E= , b 2E aE= , 2c 2E a E= , a kako za inverzni sustav vrijedi (s obzirom da je simetrian!)

2a 2b 2cI I I 0+ + = , shema za odreivanje inverzne impedancije nekog elementa mree je sljedea (element mree je kratko spojen, tako da su struje koje e potei fazama rezultat samo impedancije elementa mree, uzorkovane narinutim inverznim naponom) :

~

~

~

Ea

Eb Ec

2b 2I a I=

a 2I I=

c 2I aI=

a

b

c

aE

bE

cE

Element mree

Inverznu impedanciju dobijemo kao kvocijent napona i struje jedne faze.

a 22

a 2

E EZ

I I= = ,

tj. inverznu impedanciju moemo interpretirati kao impedanciju jedne faze elementa mree koju vidi simetrian naponski izvor inverznog redoslijeda narinut na taj element mree.

Impedancija nultog sustava

Impedancija nultog sustava odreuje se na nain da se na poetak elementa narine nulti napon oblika

a b c 0E E E E= = = , tj. isti napon (bez faznog pomaka) u svim fazama.

S obzirom da u ovom sluaju mogu protei samo istofazne struje, element mree mora biti uzemljen, tako da e kroz uzemljenje protei zbroj tri fazne struje, tj. vrijedi:

a b c 0I I I 3I+ + = ,

Pri emu je sa 03I oznaena struja koja odlazi u zemlju.



Ea

Eb

Ec

b 0I I=a 0I I=

c 0I I=

a

b

c

Element mree

03I

03I

~0E

03I

Nultu impedanciju dobijemo kao kvocijent napona i struje jedne faze.

a 00

a 0

E EZ

I I= = ,

tj. nultu impedanciju moemo interpretirati kao impedanciju jedne faze elementa mree koju vidi istofazni naponski izvor narinut na taj element mree.

4.2 Impedancija i nadomjesna shema voda

Vod se najee prikazuje ekvivalentnom - shemom ili rjee T-shemom:

1L1R

1 1 1

1 1

Z R j LR jX

= + = +

1G2

1C2

1 1 1

1 1

Y G Cj2 2 2

G Bj2 2

= +

= +1G

21C

2

1R / 2

1Z / 2

1G 1C1Y

1L / 2 1R / 2

1Z / 2

1L / 2

shema T shema

1Y2

Slika 4-4 Ekvivalentne sheme voda

Nazivne veliine voda (koje se mogu izraunati na osnovu poznatih konstrukcijskih karakteristika) su:

1R ( / km) - jedinini radni otpor 1X ( / km) - jedinina reaktancija 1G (S/ km) - jedinina poprena radna vodljivost (konduktancija)

1B (S/ km) - jedinina poprena kapacitivna vodljivost (susceptancija)

Mnoenjem jedininih parametara s duljinom voda L (km), dobiju se odgovarajua uzduna impedancija i poprena admitancija voda:



( )v 1 1Z R jX L ( )= + ( )v 1 1Y G jB L (S)= +

4.2.1 Direktna i inverzna impedancija nadzemnog voda Da bi se odredile direktna, inverzna i nulta impedancija voda potrebno je poznavati geometriju stupa na kojima su postavljeni fazni vodii, duljinu i promjer vodia te vrstu terena iznad kojeg se vodovi nalaze.

?

SRd

STd

RTd

R

S

T

Slika 4-5 Stup bez zatitnog vodia

Stup se nalazi iznad terena prosjenog specifinog elektrinog otpora tla [m]. Geometrija stupa predstavljena je udaljenostima izmeu pojedinih vodi ( SRd , RTd , STd ).

Direktna impedancija voda iznosi:

s

m01

d

dd d

dln

2l

jlRIE

Z +== ,

g