1318837129IKolPredavanjaVMiV11-12!!!

Visokonaponske mree i vodovi predavanja Prof. dr Jadranka Radovi

---- 1 ----

UVODNA RAZMATRANJA

!!! Energetika je privredna grana koja se bavi problemima obezbijeenja proizvodnje, transporta, raspodjele i korienja svih vidova energije.

To je u svakoj zemlji strateka i infrastrukturna privredna grana, iji je uticaj na sve ekonomske tokove i razvoj ostalih privrednih grana (industrije, saobraaja, poljoprivrede i dr.) dominantan.

!!! Elektroenergetika je grana energetike koja se bavi problemima proizvodnje, prenosa, distribucije i isporuke elektrine energije potroaima, a takoe i problemima same potronje elektrine energije.

Sve djelatnosti elektroenergetike su objedinjene u okviru posebne privredne organizacije koja se naziva elektroprivreda i realizuju se pomou tehnikog sistema koji se naziva elektroenergetski sistem (EES).

!!! Elektroenergetski sistem (EES) je tehniki sistem za proizvodnju, prenos, raspodjelu, distribuciju i potronju elektrine energije.

Zadatak EES-a je da obezbijede zahtijevanu isporuku elektrine energije potroaima, uz propisani kvalitet, neophodne nivoe sigurnosti i pouzdanosti te isporuke i najmanje trokove.

U tehniko-strukturnom smislu, elektroenergetski sistem je sloeni dinamiki sistem, koji se sastoji od skupa elektrana, prenosnih i distributivnih vodova, transformatorskih i razvodnih postrojenja i potroaa meusobno povezanih tako da djeluju kao jedinstvena cjelina u okviru kojeg se ostvauje jedinstveni tehnoloki proces proizvodnje, prenosa, raspodjele, distribucije i potronje elektrine energije.

Dananji EES-i su iskljuivo trofazni sistemi naizmjenine struje uestanosti 50 Hz, a u Americi 60 Hz.

!!! OSNOVNI ZADACI EES dovoljno, sigurno, kvalitetno i ekonomino snabdijevanje elektrinom energijom,uz njenu racionalnu potronju.


---- 2 ----

Dovoljno snabdijevanje znai da je za svako potroako podruje, odnosno potroa obezbijeena potrebna snaga i koliina elektrine energije i da se sa tog aspekta ono moe nesmetano razvijati, odnosno potroa moe koristiti i obavljati svoju funkciju.

Sigurno snabdijevanje znai da treba predvidjeti racionalnu sigurnost napajanja potroaa u sluajevima ispada iz pogona pojedinih elektroenergetskih elemenata ili drugih uzroka neredovnog snabdijevanja.

EES-i se obino planiraju da mogu podnijeti bez ugroavanja normalnog pogona sve mogue jednostruke poremeaje (tzv. " (n-1) koncept sigurnosti ").

Tijesno vezan sa konceptom sigurnosti je koncept pouzdanosti koji se oslanja na kvantifikaciju sigurnosti snabdijevanja preko odgovarajuih pokazatelja pouzdanosti: vjerovatnoa ispada, uestanost ispada, trajanje obnavljanja ....

Kvalitetno snabdijevanje znai da se obezbijedi da dva osnovna parametra koja definiu kvalitet elektrine energije, a to su uestanost i napon, budu uvijek u okviru dozvoljenih intervala odstupanja od nazivnih (naznaenih ili nominalnih - normiranih) vrijednosti i oblika.

Ovo je neophodan uslov za ispravan rad elektrinih aparata i ureaja i to kako potroakih tako i proizvodnih.

Odravanje uestanosti kao sistemskog parametra vri se na nivou jednistvenog EES-a, dok se odravanje napona moe vriti na svim nivoima, od proizvidnje, preko prenosa, raspodjele i distribucije pa sve do potronje.

Ekonomino snabdijevanje znai da treba teiti da trokovi proizvodnje, prenosa, raspodjele i distribucije, tj. cijelog procesa ukljuivo sve do potroaa budu to nii.

Racionalna upotreba elektrine energije i snage od strane potroaa svodi se ne samo na ekonomisanje sa stanovita potroaa, ve i u odnosu na zahtjeve koje postavlja EES.


---- 3 ----

!!! OSOBENOSTI ELEKTROENERGETIKE

1. Proizvodnja elektrine energije, njen prenos, raspodjela, distribucija i njeno pretvaranje u druge vidove energije praktino se vri u istom trenutku.

2. Proizvodnju i potronju elektrine energije naizmjenine struje neminovno prati i proizvodnja i potronja reaktivne energije i snage.

U EES-ima trofazne naizmjenine struje, proizvodnju (potronju) aktivne snage, odreenu izrazom:

cos3UIP ==== [MW],

neminovno prati proizvodnja (potronja) reaktivne snage, odreena izrazom: sin3UIQ ==== [MVAr],

koje se jedinstveno izraavaj preko tzv. ukupne, odnosno prividve snage (fiktivna vrijednost):

223 QPUIS ++++======== [MVA].

Napomene: 1.U navedenim izrazima P, Q i S su trofazne snage u posmatranoj taki sistema sa linijskim, odnosno meufaznim naponom U , strujom I i faktorom snage cos .

2.Na nivou EES-a aktivna, reaktivna i prividna snaga se obino izraavaju u [MW], [MVAr] i [MVA], napon u [kV], a struja za normalne reime u [A].

3. Postoji stalna i velika neravnomjernost potronje ( proizvodnje ) elektrine energije i snage u vremenu (godina, godine, sezona, mjeseca, dana pa i asa).

Ovu osobenost emo ilustrovati primjerima iz EES-a Crne Gore. Na slici 1. prikazane su godinja proizvodnja (HE Peruica, HE Piva - valorizovana isporuka iz EES-a Srbije, TE Pljevlja i male hidroelektrane) i


---- 4 ----

bruto potronja (potroai + gubici) elektrine energije u EES-u Crne Gore za period 1982-2002 god.

GWh

Slika 1. Godinje proizvodnje i potronje el. en. u EES-u CG u periodu 1982-2002 g.

2006 godine proizvodnja je bila 3124 GWh, potronja 4685 GWh i uvoz 1551 GWh.

U tabeli 1 date su maksimalne godinje snage (satno vrno optereenje) za period 1998 2005 g. Razlika bruto i neto vrijednosti daje gubitke snage u elementima sistema. Najvei skok zabiljeen je u periodu izmeu 2000. i 2001. godine kada je vrno optereenje poraslo sa 602 MW na 683 MW, ali ve idue godine zabiljeen je pad na 667 MW.

Tabela 1: Vrna optereenja EES Crne Gore Godina Datum Sat Vrno optereenje ( neto-

bruto ) [MW] 1998. 30.12. 19 576 - 615 1999. 31.01. 19 594 - 630 2000. 26.01. 17 602 - 634 2001. 13.12. 18 i 20 683 - 649 2002. 21.12. 19 667 - 705 2003. 09.02. 21 689 - 732 2004. 25.01. 19 698 - 763 2005.* 08.02. 19 717 - 784

* period do 1.12.2005.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Prozvodnja 1800 2332 3294 2941 3239 3058 3141 2572 2212 3122 2468 1881 1188 1724 3356 2449 2872 2942 2807 2726 2851Potrosnja 2759 2802 3191 3291 3406 3475 3424 3417 3372 3365 3184 2416 2145 2507 3131 3567 3543 3542 3828 4189 4230

82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 0 1 2


---- 5 ----

Od 2002. godine vrno optereenje stalno raste, sa prosjenim stopama: 2002. 2003: 3,3%; 2003. 2004: 1,3%; 2004. 2005: 2,7%

Vrna optereenja se dogaaju zimi izmeu decembra i februara, iskljuivo u kasnim popodnevnim i predveernjim satima (17-21 h). Grafik promjene vrnog optereenja u posmatranom periodu prikazan je na slici 2.

0100200300400500600700800

1998. 1999. 2000. 2001. 2002. 2003. 2004. 2005.

Pmax (MW)

godina

Slika 2. Vrna optereenja EES Crne Gore ( neto konzum )

Dnevni dijagram optereenja (vremenska promjena snage tokom dana, T=24 h) za dan nastanka vrnog optereenja EES-a CG u 2005. godine (8.2.2005.) prikazan je na slici 3.

Minimalno dnevno optereenje na posmatrani dan je 518 MW, to je 72% od maksimalnog.

0100200300400500600700800

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

P (MW)

sat

Slika 3. Dnevni dijagram optereenja za 8.2.2005. godine


---- 6 ----

Relativno visok odnos izmeu maksimalnog i minimalnog dnevnog optereenja posljedica je uglavnom konstantnog optereenja velepotroaa (prvenstveno KAP-a) i zadrava se u toku itave godine. U maksimalnom optereenju uestvuje:

Distributivni konzum (ED konzum) sa 473 MW KAP sa 224 MW eljezara 20 MW

Promjena mjesene vrne snage ED Konzuma CG tokom 1995 i 1996 godine, prikazana je na slici 4.

Slika 4. Promjene vrne snage distributivnog konzuma CG tokom godine

4. Osobenost elektroenergetike je i u mogunosti proizvodnje iz hidroelektrana za koje je karakteristina neravnomjernost proizvodnje, prvenstveno kod protonih hidroelektrana, zavisno od promjenljivog dotoka vode, tokom godina, godine, dana i asa.

Ovu osobenost emo ilustrovati na primjeru proizvodnje hidroelektrane Peruica (tabela 2). Najmanja proizvodnja od 1978. (otkad je instalisan posljednji agregat) do 2004. godine ostvarena je 1993. godine u iznosu od 539 GWh.

Tabela 2. Ostvarene proizvodnje HE Peruica God. W [GWh] God. W [GWh] God. W [GWh] 1978 1 221 1987 949 1996 1 356 1979 1 337 1988 955 1997 741

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1995 god.

1996 god.

mjeseci

MW

Pv1995=335 MW

Pv1996=374 MW


---- 7 ----

1980 1 162 1989 613 1998 920 1981 925 1990 563 1999 864 1982 735 1991 987 2000 882 1983 615 1992 726 2001 999 1984 1 124 1993 539 2002 671 1985 797 1994 722 2003 814 1986 943 1995 908 2004 1 210

Prosjena proizvodnja u periodu 1978-2004. iznosila je 899 GWh. Proizvodnja praktino u cijelosti zavisi od hidrolokih prilika, koje mogu izrazito varirati od godine do godine.

Na slici 5 prikazana struktura pokrivanja potronje u EES-u Crne Gore za period 2002-2004 godina.

Slika 5.

Napomena: HE Peruica ima 7 aregata: I i II snage po 38 MW ( 40 MVA ), izgraeni 1960 g., III, IV i V takoe svaki snage 38 MW (40 MVA), izgraeni 1962 g. i agregati VI i VII snage 58,5 MW (65 MVA ), izgraeni u treoj fazi (1977/78. g.). Ukupna instalisana snaga svih agregata iznosi 307 MW.

!!! PREDNOSTI TROFAZNOG NAIZMJENINOG SISTEMA

Proizvodnja i prenos elektrine energije moe se realizovati preko: sistema jednosmjerne struje,

sistema jednofazne naizmjenine struje i sistema trofazne naizmjenine struje.

HE Peruica 20,5%

Male HE 0,4%

TE Pljevlja 23,8%

Uvoz 30,9%

Razmjena za HE Piva 24,3%

44,,22--44,,55 TTWWhh


---- 8 ----

Tabela 3. Poreenje sistema za proizvodnju i prenos elektrine energije Elektroenergetski sistem sa

Pojava jednosmjernom strujom

jednofaznom naizmjenino

m strujom trofaznom

naizmjeninom strujom

Prisustvo reaktivne snage

+ - -

Dobijanje visokih napona

- + +

Lako prekidanje struja - + + Naprezanje izolacije + - - Uticaj L i C + - - Sinhronizam + - - Obrtno magnetno polje

- - +

Prisustvo reaktivne snage Aktivna snaga koja se prenosi jednim provodnikom (fazom) u sistemu trofazne naizmjenine struje pri naponu V (fazna vrijednost), struji I i faktoru snage cos je:

cosIVP ==== .

Isto tolika snaga se prenosi u sistemu sa jednofaznom naizmjeninom strujom. U sistemu sa jednosmjernom strujom snaga je:

IUP ==== .

Samo uz faktor 1cos ==== u sva tri sistema se moe prenjeti ista snaga po provodnoku (fazi).

Poto je : 1cos


---- 9 ----

2IRP ==== ,

gdje su: ][R - aktivna otpornost provodnika kojim se prenosi snaga, ][AI - jaina jednosmjerne struje ili efektivna vrijednost naizmjenine struje. Poto je otpornost provodnika:

SLR ==== ,

gdje su: ]/[ 2 kmmm - specifina otpornost materijala provodnika, ][kmL - duina provodnika, odnosno prenosa i ][ 2mmS - popreni presjek provodnika,

pri porastu rastojanja na koje se elektrina energija prenosi treba poveati napon, srazmjerno sa porastom duine da bi se gubici odrali na istom nivou kao pri prenosu na mala rastojanja.

Napon naizmjenine struje se relativno lako mijenja primjenom jednostavnih maina - elektroenergetskih transformatora. Napon jednosmjerne struje vrlo se teko mijenja. Za to su potrebna skupa tiristorska postrojenja za konverziju jednosmjerne struje u naizmjeninu, a zatim ponovno u jednosmjernu na viem naponu.

Naizmjenini +

Prekidanje struja Prekidi jednosmjerne struje veeg intenziteta veoma su teki jer se na mjestu prekida javlja elektrini luk koga nije lako ugasiti.

Naizmjenina struja se mnogo lake prekida jer prirodno prolazi kroz nulu nakon svake polovine periode (slika 6). Stvoreni elektrini luk na mjestu prekida se u trenutku prolaza struje kroz nulu sam po sebi gasi, te je potrebno samo sprijeiti ponovno paljenje luka.

Naizmjenini +

Slika 6.

t

i Imax

T T/2

I


---- 10 ----

Naprezanje izolacije Kod jednosmjernog sistema izolacija se napree jednolino i to naponom koji je u poreenju sa naponom naizmjeninog sistema jednak njegovoj efektivnoj vrijednosti (U ). Kod sistema sa naizmjeninom strujom izolacija se napree sve do maksimalne vrijednosti naizmjeninog napona ( maxU ) koja je 2 puta vea od efektivne vrijednosti ( UU 2max ==== ), slika 7.

Slika 7.

Osim toga to se naprezanje sinusoidalno mijenja 50 puta u sekundi (T=0,02 s), to ima dodatne negativne posljedice.

Jednosmjerni +

Uticaj L i C Kako uticaj induktiviteta i kapaciteta postoji samo kod promjenljivih struja i napona, to jednosmjerni sistem u tom pogledu ima prednost. Kod sistema sa naizmjeninom strujom, gdje se trenutna vrijednost napona i struje neprestano mijenja po sinusoidalnom zakonu, dolaze do izraaja tetne posljedice uticaja induktiviteta i kapaciteta, kao to su npr. induktivni pad napona i kapacitivne struje nabijanja.

Jednosmjerni +

Sinhronizam U pogledu odravanja sinhronizma u pogonu, jednosmjerni sistem ima prednost.

Jednosmjerni +

Obrtno magnetno polje Obrtno magnetno polje se lako dobija pomou trofazne naizmjenine struje. Sa druge strane, najjeftiniji i najrobusniji elektrini motori su trofazni indukcioni motori koji su nali najiru primjenu u industrijskim elektromotornim pogonima.

Trofazni naizmjenini +

t

u

Umax 2/maxUU =

T T/2


---- 11 ----

Moe se rezimirati, sljedee prednosti trofaznog naizmjeninog sistema za prenos elektrine energije odnijele su prevagu nad prednostima sistema jednosmjerne struje:

- Lako transformisanje napona, to je opta osobina sistema naizmjenine struje; - Relativno lako prekidanje velikih struja, to je takoe osobina sistema naizmjenine struje i - Lako dobijanje obrtnog magnetnog polja, to je osobina samo trofaznog naizmjeninog sistema.

!!! Podjela EES na podsisteme, po toku elektrine energije (strelica oznaava tok elektrine energije):

Slika 8. Strukturna eme EE sistema

Napomene: 1. U okviru EES-a figuriu naponi iz skale standardnih napona, gdje se uobiajeno izdvajaju sljedei naponski nivoi: niski napon (NN), srednji napon (SN), visoki napon (VN) i veoma visoki napon (VVN). Kod nas su u okviru ovih naponskih nivoa standardizovane sljedee vrijednosti napona:

- niski napon : 0.4 kV - srednji napon : 10 kV, 20 kV, 35 kV (vii srednji napon - VSN) - visoki napon : 110 kV i 220 kV - veoma visoki napon : 400 kV.

2. Elementi EES-a, odnosno elektroenergetska oprema i ureaji se karakteriu radnim parametrima za koje su izraeni : napon, snaga, . To su takozvane naznaene vrijednosti : naznaeni napon, naznaena snaga, . Ove vrijednosti proizoa upisuje na ploici koja se postavlja na ureaj. Umjesto termina naznaeni koriste se i termin nazivni (nazivni napon, nazivna snaga,) kao i termin nominalni (nominalni napon, nominalna snaga, ). 3. Za elektroenergetske vodove i mree koristiemo termin nazivni napon, jer se vodovi i mree uobiajeno nazivaju prema naponu iz skale standardizovanih napona za koji su raeni.

4. Naponi generatora su za 5% vii od odgovarajueg nazivnog napona za mree. U skladu sa nazivnim naponima mrea, najee se sinhroni generatori izrauju za naznaene napone : 3.15 kV, 6.3 kV, 10.5 kV, 15.75 kV i 21 kV.

PROIZVODNJA PRENOS DISTRIBUCIJA

PROTROSNJA


---- 12 ----

!!! Podsistem proizvodnje obuhvata sve izvore elektrine energije, odnosno elektroenergetske objekte sa ureajima za proizvodnju elektrine energije.

Elektrane su elektroenergetski objekti u kojima se proizvodi elektrina energija : hidroelektrane, termoelektrane (nuklearne elektrene),... alternativni izvori : vjetroelektrane, solarne elektrane .

Elektroenergetski ureaji koji u elektranama generiu elektrinu energiju su generatori.

Generatori su pretvarai mehanike energije u elektrinu, na principu elektromagnetne indukcije (Ako provodnik presjeca magnetne linije sile u njemu se indukuje elektromotorna sila. Ako se na krajeve provodnika sa indukovanom elektromototnom silom prikljui potroa, odnosno ako se kolo zatvori preko potroaa, kolom e protei struja ija je vrijednost direktno srazmjerna vrijednosti indukovane elektromotorne sile, a obrnuto srazmjerna otporu kola.)

Kao izvori elektrine energije pojavljuju se i elektrohemijski elementi- akumulatori (pretvaraju hemijsku u elektrinu energiju), fotoelementi koji pretvaraju energiju Sunca u elektrinu energiju i dr.,

U trofaznim naizmjeninim sistemima kao ureaji za proizvodnju el.en. dominiraju trofazni sinhroni generatori.

Osnovne elektroenergetske karakteristike elektrana su: Saga (Naznaena ili nominalna ili instalisana snaga: zbir naznaenih snaga generatorskih jedinica) : [[[[ ]]]]MVASng ili [[[[ ]]]]MWPng i Napon (naznaeni ili nominalni napon) u [[[[ ]]]]kVUng .

Snaga sinhronih generatora kree se: od vie stotina kW pa sve do nekoliko hiljada MW.

Najee se srijeu generatori snaga oko stotinu i nekolika stotina MW.

Napomena: Naznaene snage generatorskih jedinica u EES Crne Gpre HE Peruica ima 7 aregata: I i II snage po 38 MW ( 40 MVA ), izgraeni 1960 g., III, IV i V takoe svaki snage 38 MW (40 MVA), izgraeni 1962 g. i agregati VI i VII snage 58,5 MW (65 MVA ), izgraeni u treoj fazi (1977/78. g.). Ukupna instalisana snaga svih agregata iznosi 307 MW.


---- 13 ----

HE Piva ima 3 agregata ukupne snage 342 MW. TE Pljevlja ima 1 agregat snage 210 MW.

Elektrina energija se u elektranama proizvodi u vidu trofazne naizmjenine struje, uestanosti 50 Hz (u Americi 60 Hz) i naznaenog napona nivoa srednjeg napona : 3.15 kV, 6.3 kV, 10.5 kV, 15.75 kV i 21 kV.

!!! Podsistem prenosa povezuje izvore i udaljena potroaka podruja i prenosi elektrinu energiju velikih snaga na velike udaljenosti.

Rastojanja izmeu izvora i potroakih podruja kao i izmeu izvora i sistema su najee veoma velika (vie desetina, stotina pa i hiljada kilometara), pa je prenos eletrine energije uz velike snage (vie desetina, stotina pa i hiljada MW) na tako velika rastojanja naponima nivoa generatorskih (SN : 10,5 i 15,75 kV npr.) praktino nemogu, odnosno neekonomian zbog velikih gubitaka elektrine energije.

Da bi se smanjio pad napona i gubici i obezbijedila ekonominost prenosa, prenos se realizuje mreama visokog i veoma visokog napona : u naim uslovima 110, 220 i 400 kV, a u razvijenijim sistemima i 750 kV, 1000 kV do 1500 kV,

Poto je generatorski napon nivoa SN (10,5 i 15,75 kV u naim uslovima ) za realizaciju prenosa neophodno je posredstvo elektroenergetskih transformatora (TR), koji omoguavaju "povezivanje razliitih naponskih nivoa".

Transformatori su statike elektrine maine koje elektrinu energiju odreene uestanosti i napona (npr. 50 Hz i nazivnog napona generatora 10.5 kV ili 15,75 kV) transformiu u elektrinu energiju iste uestanosti ali eljenog napona (npr. napona mree 110 kV ili 220 kV).

Prenosne mree ine : elektroenergetski vodovi visokog napona (krae, visokonaponski vodovi) i elektroenergetska razvodna postrojenja (krae, razvodno postrojenje).


---- 14 ----

Napomena: 1. Elektroenergetski vod je elektroenergetski objekat od provodnika, izolacije i odgovarajue nosee konstrukcije namjenjen za prenos, raspodjelu ili distribuciju elektrine energije izmeu dvije take sistema. Nadzemni elektroenergetski vod (krae, nadzemni vod) je elektroenergetski vod iji su provodnici postavljeni iznad zemlje, pomou izolatora i stubova. U "Pravilniku o tehnikim normativima za izgradnju nadzemnih elektroenergetskih vodova nazivnog napona od 1 kV do 400 kV" daje se sljedea definicija za nadzemne elektroenergetske vodove: Nadzemni elektroenergetski vod je skup svih djelova koji slue za nadzemno voenje provodnika koji prenose i razvode elektrinu energiju, kojim su obuhvaeni: provodnici, zatitna uad, zemljovodi, uzemljivai, izolatori, nosai, konzole, stubovi i temelji. Podzemni kablovski vod (krae, kablovski vod ili samo kabl) je elektroenergetski vod s izolovanim provodnicima, poloenim u zemlju direktno ili u kablovskim kanalima, cijevima i sl.

2. Elektroenergetsko razvodno postrojenje (krae, razvodno postrojenje) je elektroenergetski objekat smjeten na odreenoj teritoriji, u okviru kojeg se stiu (dovode odvode) elektroenergetski vodovi i koji sadri komutacione i zatitne ureaje, transformatore, ureaje za mjerenje radi kontrole pogona i obrauna elektrine energije, ureaje regulacije, upravljanja i signalizacije, kao i drugi pomoni pribor. Ako razvodno postrojenje sadri transformatore, u okviru njega se vri transformacija elektrine energije jednog napona u elektrinu energije drugog napona, te je to vorite elektroenergetskih vodova razliitih napona. Ovakvo razvodno postrojenje nazivamo transformatorsko razvodno postrojenje ili samo transformatorska stanica (TS). U okviru transformatorskih stanica razlikujemo: transformatorske stanice za podizanje napona- transformatorska stanica kod koje se dovodi elektrina energija pri viem naponu nego to se odvodi i transformatorske stanice za sputanje napona - transformatorska stanica kod koje se dovodi elektrina energija pri niem naponu nego to se odvodi. Ako elektroenergetsko postrojenje ne sadri transformator (razvodno postrojenje bez transformacije) to je vorite elekroenergetskih vodova istog napona i uobiajeno se naziva rasklopno postrojenje ili rasklopite.

!!! Zato je potrebna transformacija ?

Aktivna snaga u trofaznom naizmjeninom sistemu je:

cos3UIP ==== .

ta je pogodnije izabrati za prenos ove snage: 1. visoki napon U sa malom jainom struje I , ili


---- 15 ----

2. nii napon U sa velikom jainom struje I ?

1. Visoki napon : jaka izolacija, manji presjeci provodnika. 2. Velika jaina struje : veliki presjeci i snani stubovi ( ako je nadzemni ).

Uporedjenje: - Trokovi za jaku izolaciju znatno su manji od onih za nabavku

provodnika velikog presjeka i snanih stubova (prednost prvog rjeenja);

- Pad napona u vodu (po Omovom zakonu srazmjeran otporu provodnika i jaini struje) vei je u drugom sluaju, jer se dozvoljena gustina struje (odnos struje i presjeka provodnika) smanjuje pri porastu presjeka provodnika (zbog oteanog hlaenja);

- Gubici snage u vodu (zagrijavanje provodnika) srazmjerni su kvadratu struje ( P=RI2 ), pa su gubici u prenosu mnogo vei u drugom sluaju.

Prema tome, prenos elektrine energije praktino je ekonomski nemogu bez visokih napona.

Iz ovoga se jasno vidi uloga elektroenergetskih transformatora. Transformatori imaju presudnu ulogu u dobijanju visokih napona, odnosno u primjeni ekonominog sistema (naizmjenini sistem) prenosa velikih snaga na velike daljine.

Napomena : Princip indukcije koji je Faradej otkrio jo 1831. godine, ekao je 50 godina da bude primjenjen za transformisanje elektrine energije. U tom periodu dominiro je sistem jednosmjerne struje. Pojava transformatora u prenosu elektrine energije oznaila je pobjedu Teslinog viefaznog sistema naizmjenine struje i njegovu punu afirmaciju u budunosti.

!!! Transformatori u prenosu

Transformatori se u okviru elektroenergetskih postrojenja vezanih za prenos, pojavljuju kao:

blok transformatori (slika 9.a), interkonektivni transformatori (slika 9.b) i transformatori prenos-distribucija (slika 9.c).


---- 16 ----

!!! Blok transformatori su smjeteni u elektroenergetskom postrojenju elektrane i slui za podizanje generatorskog napona na nivo napona prenosne mree. Naziv blok transformator potie od injenice da takav transformator radi u tandemu sa svojim generatorom i na njega se ne mogu vezati drugi transformatori. Blok transformatorje je najee za svoj generator vezan kablom ili inskim provodnicima direktno bez korienja komutacione opreme. Dananja tehnologija izrade generatora doputa da generatorski napon bude do 21 kV. Generatori kao obrtne maine sa nominalnim naponom iznad 21 kV bili bi pretjerano skupi, odnosno jeftinije je izraditi generator nieg napona i energetski transformator iste snage za podizanje napona nego samo generator visokog napona.

Slika 9a). Blok transformator

Naznaena prividana snaga blok transformatora je identina naznaenoj snazi generatora ( [[[[ ]]]]MVASnTR = [[[[ ]]]]MVASnG ), ili se neznatno razlikuju. Smjer aktivne snage kod blok transformatora je iskljuivo od generatora ka prenosnoj mrei.

!!! Interkonektivni transformatori u prenosnoj slue za povezivanje prenosnih mrea razliitih naponskih nivoa (slika 9.b). Smjerovi aktivnih i reaktivnih snaga kroz interkonektivni transformator nijesu jednoznani i zavise od radnih reima mrea koje su njime povezane. Pri promjeni radnih reima u mreama smjerovi aktivnih i reaktivnih snaga kroz interkonektivni transformator se mogu mijenjati tako da budu meusobno jednaki ili suprotni.

Slika 9b). Interkonektivni transformator

Prenosna mrea Unp1

Prenosna mrea Unp2

T

Snt ,U1/U2

S 1 2

Sng , Ung Prenosna

mrea G 3 T

Snt , U1/U2 Unp

P 2 1


---- 17 ----

Smjerovi aktivnih i reaktivnih snaga kroz interkonektivni transformator nijesu jednoznani i zavise od radnih reima mrea koje su njime povezane. Pri promjeni radnih reima u mreama smjerovi aktivnih i reaktivnih snaga kroz interkonektivni transformator se mogu mijenjati tako da budu meusobno jednaki ili suprotni.

Transformatori na granici prenos-distribucija povezuju prenosnu mreu sa napojnom mreom elektrodistributivnog sistema (EDS) i slue za snienje napona prenosnih mrea na nivo pogodan za raspodjelu elektrine energije do pojedinih djelova konzuma. To su transformatori na ulazu u EDS i predstavljaju njegove take napajanja.

Slika 9c). Transformatori na granici prenos-distribucija

Napomena EDS je krajnji dio elektroenergetskog sistema kojeg ine elektroenergetski objekti, prvenstveno elektroenergetski vodovi i transformatorske stanice) izgraeni na teritoriji konzuma i njegovoj blioj okolini sa zadatkom raspodjele elektrine energije od krajnjih taaka prenosa do pojedinih djelova konzuma i dalje njene distribucije do samih potroaa.

Rjeenja elektroenergetskih postrojenja u okviru elektrana mogu biti razliita:

- Sa blok transformatorima za podizanje napona, npr. TS 10.5/110 kV/kV.

- U sklopu postrojenja moe postojati jo jedna transformacija sa interkonektivnim transformatorima, npr. TS 110/400 kV/kV. Ovom transformacijom se povezuju prenosne mree razliitih naponskih nivoa, konkretno mree 110 i 400 kV, a sama elektrana je povezana i na 110 kV prenosnu mreu i na 400 kV prenosnu mreu.

- Ako je elektrana sasvim blizu potroakog podruja (takozvane sopstvene elektrane koje pripadaju EDS-u) njeno elektroenergetsko razvodno postrojenje ne mora sadrati transformaciju. U takvim

EDS Und T

Snt , U1/U2

S Prenosna

mrea Unp

1 2


---- 18 ----

sluajevima elektrina energija do potroaa moe se razvoditi pod generatorskim naponom, npr. naponom 10 kV. Meutim, za ukljuivanje ovakvih elektrane u jedinstveni EES i njihovo povezivanje sa ostalim elektranama u sistemu, u okviru elektroenergetskog postrojenja elektrane neophodna je transformacija na vii napon, npr. 10/110 kV/kV. Preko ovih razvodnih postrojenja sa transformacijom za podizanje napona elektrane se vezuju na prenosne mree EE sistema.

!!! Osnovne karakteristike prenosa Prenosne mree se realizuju u okviru skale visokih i veoma visokih napona, dakle sa naponima 110 do 750 kV, uz tendenciju primjene napona i iznad 1000 kV (do 1500 kV).

U zemljama Zapadne i Centralne Evrope najrasprostranjeniji je naponski nivo 225 kV, i napon 400 kV, pri emu je razvojna perspektiva usmjerena na 400 kV i vie napone.

U Sjedinjenim Amerikim Dravama u pogonu su prenosni vodovi 345 i 765kV, a u Rusiji 500 i 750 kV.

Prenos najee ine vie mrea razliitih nazivnih napona sa interkonektivnim transformatorima koji ih povezuju.

U EES-u Crne Gore to su mree nazivnih napona 400, 220 i 110 kV sa interkonektivnim transformatorima 400/220, 400/110 i 220/110 kV/kV.

U prenosnim mreama koje pokrivaju velike teritorije imamo i elektroenergetska postrojenja bez transformacije, tzv. rasklopita. U njima se stiu vodovi istog napona i razvodi elektrina energija u vie pravaca. Ovakva postrojenja olakavaju rad i manipulacije u okviru prenosnih i proizvodnih kapaciteta sloenog EES-a.

Prenosne mree obezbjeuju napajanje elektrinom energijom velikih teritorija, uz veoma velike tokove snaga, na rastojanjima od vie stotina, pa i hiljada kilometara. Njih ine elektroenergetski vodovi ija je propusna mo reda snaga monijih generatorskih grupa ili vrnih snaga veih gradova (od nekoliko stotina, MW, pa i hiljada MW).


---- 19 ----

Elektroenergetski vodovi prenosnih mrea su dominantno, kod nas iskljuivo, nadzemni elektroenergetski vodovi.

Kablovski vodovi se u prenosnim mreama primjenjuju samo u sluaju manjih rastojanja i pri potpunoj oskudici prostora ili pri karakteristinim prelazima, npr. ispod vode. Osnovni razlog za dominantnu upotrebu nadzemnih elektroenergetskih vodova u okviru prenosa je njihova povoljnija cijena, a kod najviih napona (iznad 400 kV) i tehniko-tehnoloki problemi u izvedbi, odnosno proizvodnje kablova. Na nivou prenosa cijne kablovskih vodova su zvatno vee (reda deset puta i vie) od cijena nadzemnih elektroenergetskih vodova.

Tabele 4. Cijene nadzemnih i kalovskih vodova 110 kV (2005 god)

Tabela 5. Jedinine cijene nadzemnih elektroenergetskih vodova (uslovi EES CG, 2005. g) Napon Materijal i presjek provodnika Cijena [/km] 400 kV Al/ 2x490/65 mm2 280 000

Al/ 490/65 mm2 125 000 220 kV Al/ 360/57 mm2 110 000

110 kV Al/ 240/40 mm2 85 000

Prenosne mree su se intenzivnije razvile u zemljama gdje preovladava proizvodnja elektrine energije iz hidroelektrana, npr. u vedskoj, Kanadi, Francuskoj i Italiji, nego u zemljama gdje preovladava proizvodnja elektrine energije iz termoelektrana, npr. istok SAD, Engleska i dr.

Prenosne mree moraju, kako svojom konfiguracijom tako i pouzdanou elemenata, obezbijediti veoma visoku pouzdanost napajanja. One se najee koncipiraju po tzv. principu sigurnosti "n-1". Princip "n-1" znai da se u sluaju ispada (kvara) jednog, bilo kog elementa prenosa (voda, transformatora i sl.) napajanje ne prekida, jer njegovu funkciju prenosa automatski preuzima drugi (rezervni) element, odnosno elementi.

CIJENA [/km] VRSTA VODA Un [kV] Lagani teren Teki teren Nadzemni vod, jednosistemski 110 75 000 95 000

Kablovski vod (1000 al) 110 500 000 600 000


---- 20 ----

Nae prenosne mree koncipirane su uglavnom po principu sigurnosti "n-1". U razvijenijim sistemima primjenjuje se i princip sigurnosti "n-2", to znai da je obezbijeeno neprekidno napajanje (napajane sa prekidima reda sekundi, u okviru kojeg vremena djeluju svi ureaji za automatsko iskljuenje kvara i ukljuenje rezerve) u sluaju istovremenog ispada dva elementa koji napajaju posmatranu taku sistema. Na nivou prenosa nivo automatizovanosti i upravljanja mora biti potpun, to izmeu ostalog znai automatsko iskljuenje pri kvarovima, automatsko ukljuenje rezervnog napajanja i dr.

Prenosne mree se "zavravaju" elektroenergetskim postrojenjima sa transformatorima za sputanje napona (transformatori prenos-distribucija), lociranim u blizini potroakih podruja. To su tzv. glavne transformatorske stanice (npr. G TS 400/110 kV/kV) koje predstavljaju napojne take EDS-a sistema.

Podsistem distribucije (izuava se u kursu EDS) obuhvata elektroenergetske mree koje razvode i distribuiraju elektrinu energiju od krajnjih taaka prenosa (glavne transformatorse stanice , npr. G TS 400/110 kV/kV) do potroakih mrea niskog napona (0.4 kV), odnosno potroakih razvodnih ormara sa ureajima za registrovanje potronje (RO).

Podsistem distribucije ine vazdune i kablovske mree sa nadzemnim vodovima i kablovima, transformatorskim stanicama (napojne TS i distributivne TS) i razvodnim postrojenjima bez transformacije (RP).

Objekti podsistema distribucije locirani su u okviru potroakih podruja i njihovoj blioj okolini i ine elektrdistributivni sistem ( EDS ) tog podruja.

U okviru EDS-a razlikujemo: napojne mree (napajaju konzum) i distributivne mree (distribuiraju el.en. do pojedinanih ili grupnih potroaa).

Za napojne mree su karakteristine snage prenosa od vie desetina MW do vie stotina MW, a naponski nivo je visoki napon, kod nas: napon 110 kV, a za velike gradove metropole i veoma visoki napon, npr 400 kV


---- 21 ----

Distributivne mree su mree srednjeg napona (npr. 10 ili 20 kV) i mree niskog napona (0.4 kV). U okviru distribucije mogu postojati i mree tzv. vieg srednjeg napona (VSN), konkretno 35 kV.

EDS direktne transformacije sadri transformacije : 110/10/0,4 kV , odnosno jedan srednji napon.

EDS sa meutransformacijom ima dva srednja napona (osnovni 10 kV i vii srednji napon 35 kV) i transformacije: 110/35/10/0,4 kV

Distributivne mree srednjeg napona prenose snagu od nekoliko MW do vie desetina MW. Vee vrijednosti su karakteristine za mree sa viim srednjim naponom (sistemi sa meutransformacijom).

Distributivne mree niskog napona polaze od distributivnih transformatorskih stanica: TS 10/0.4 kV/kV do samih potroaa. Distributivne mree niskog napona prenose snagu od vie desetina do vie stotina kW.

U distributivnim mreama gradskih ED sistema primjenjuju se kablovski vodovi.

Na seoskim i prigradskim podrujima primjenjuju se i nadzemni elektroenergetski vodovi, na svim naponskim nivoima (35 kV, 10 kV, pa i 0.4kV).

Podsistem potronje obuhvata potroake mree sa potroaima elektrine energije (elektrine instalacije).

!!! Strukturna eme EES-a

EE sistemi sadre i druge vane elemente kao to su: pogonske hidro i parne turbine, parni kotlovi, hidroakumulacije, elementi regulacionih sistema, komutacioni elementi, elementi zatite i upravljanje, elementi informacionog i telekomunikacionog sistema, raunarski sistemi i dr. Na slici 10 je, u skladu sa opisanom strukturnom identifikacijom, data ema dijela EES-a od izvora do potroaa.


---- 22 ----

TR

Snt SN/VN

TR

Snt , VN/VVN

KV VN

PV NN

KV NN

N TS VN/SN

N TS VN/VSN

EDS sa meutransformacijom M

EDS direktne transformacije D

KV SN

KV VSN

D TS SN/NN

D TS VSN/SN

KV NN

KV SN

D TS SN/NN

VV VN

DISTRIBUTIVNA MREA

VSN, SN, NN

NAPOJNA MREA VN

Sng Ung

Prenosna mrea

G 3

S VV VN

VV VVN

G TS VVN/VN TR

Sl. 10. ema dijela EE S

NAPOJNA MREA VN

DISTRIBUTIVNA MREA SN, NN

POTROAKA MREA

NN


---- 23 ----

!!! KLASIFIKACIJA ELEKTROENERGETSKIH SISTEMA

EES-i se prema vrnom optereenju sistema svrstavaju u sljedee grupe:

Vrlo mali sistemi > 20 000 MW

Sa vrnom snagom od oko 800 MW, EES Crne Gore spada u grupu veoma malih sistema.

!!! ELEMENTI VISOKONAPONSKIH (PRENOSNIH) MREA

Prenosne, odnosno visokonaponske mree, ine: Visokonaponski elektroenergetski vodovi (nadzemni vodovi,

dominantno prisutni u prenosnim mreama, i kablovi) i Elektroenergetska razvodna postrojenja (razvodna postrojenja sa

transformacijom ili transformatorske stanice i razvodna postrojenja bez transformacije ili razdjelne stanice ili rasklopita).

!!! Visokonaponski elektroenergetski vodovi (osnovne katrakteristike)

Funkcija visokonaponskih elektroenergetskih vodova je prenos elektrine energije velikih snaga na velike udaljenosti.

Vrste elektroenergetskih vodova: - nadzemni elektroenergetski vodovi (krae, nadzemni vodovi li

vazduni vodovi, a u prenosu dalekovodi) i - kablovski vodovi (krae, kablovi).

U prenosu se domnantno primjenjuju nadzemni vodovi i to visokonaponski nadzemni vodovi.

Osnovne elektroenergetske karakteristike elektroenergetskih vodova su:

Nazivni napon [[[[kV]]]], Prenosna snaga [[[[MW]]]] - izraunava se iz napona i dozvoljene struje

optereenja, koja prvenstveno zavisi od


---- 24 ----

Presjeka faznih provodnika [mm2]

Nazivni napon je napon za koji je vod dimenzionisan. To su naponi iz skale standardnih napona. Kod nas se elektroenergetski vodovi grade za nazivne napone: 400, 220, 110, 35, 20, 10 i 0.4 kV, u skladu sa naim Standardima. Naponi visokonaponskih nadzemnih elektroenergetskih vodova (vodova prenosa) su: 110, 220 i 400 kV.

Elektroenergetski vodovi se moraju dimenzionisati tako da prenose zahtijevanu energiju, uz dozvoljene padove napona i minimalne gubitaka snage i energije.

Elektrina energija se prenosi provodnicima, koji su pod naponom i predstavljaju tzv. aktivni dio elektroenetgetskog voda. U trofaznom sistemu, to su uvijek tri fazna provodnika: provodnik faze R, provodnik faze S i provodnik faze T.

Popreni presjek provodnika S [mm2], je najvaniji konstrukcioni parametar svakog voda.

Provodnici visokonaponskih nadzemnih vodova su uad, najee: Al/Fe uad (prisutne su i oznake : Al/ ili A), sa odnosom poprenih presjeka Al:Fe =6:1 ili 4:1, sljedeih standardnih poprenih presjeka u mm2:

120/20; 150/25; 185/30; 210/35; 240/40; 360/57; 490/65; 490/110

Napomena Podvuene vrijednosti su presjeci koji se srijeu kod visokonaponskih vodova u prenosu EES-a Crne Gore.

!!! Elektroenergetska razvodna postrojenja (osnovne katrakteristike)

Funkcija elekroenergetskih razvodnih postrojenja je razvoenje elektrine energije pod istim ili razliitim naponima. To su vorne take sistema u okviru kojih se stiu vodovi istog ili razliitih napona.

Vrste : 1. Prema funkciji


---- 25 ----

razvodna postrojenja sa transormacijom (transformatorska stanica - TS)

razvodna postrojenja bez transformacije (rasklopno postrojenje, odnosno rasklopite ili razdjelna stanica ).

Rasklopite ili razdjelna stanica je svako postrojenje u kojem se stiu vodovi istog naponskog nivoa. Namjena mu je da obezbijedi komutacije (iskljuivanje i ukljuivanje) i raspodjelu energije na prikljuene vodove. Transformatorska stanica (TS), osim namjene da obezbijedi komutacije i raspodjelu energije na prikljuene vodove, ima jo i ulogu transformacije napona, pomou koje se vri induktivno povezivanje mrea razliitih naponskih nivoa.

Ako se transformacija napona vri pomou dvonamotajnih transformatora, povezuju se mree dva naponska nivoa.

Transformacijom pomou tronamotajnih transformatora povezuju mree tri naponska nivoa. Trei namotej, tercijer se pored toga moe koristiti i za promjenu nulte impedanse transformatora, ili za prikljuak kompenzacionih ureaja (sinhroni kompenzatori, kondenzatorske baterije i induktivni kalemovi - prigunice ili kalemovi).

2. Prema nainu smjetaja opreme: postrojenja spoljne izvedbe i postrojenja unutranje izvedbe.

Sama izvedba moe biti otvorenog ili zatvorenog (oklopljenog) tipa, klasina ili SF6,...

Glavni elementi razvodnih postrojenja su: sabirnice (jednostruke, jednostruke+pomone, dvostruke, trostruke), transformatori (sa razdvojenim namotajima: dvonamotajni,

tronamotajni ili autotransformatori), rasklopni aparati : prekidai i rastavljai, ostala oprema: mjerni transformatori, odvodnici prenapona, ureaji za

mjerenje i zatitu, signalizaciju, telekomunikacije, upravljanje i automatiku.

Sabirnice su aktivni dio razvodnog postrojenja (dio postrojenja koji se nalaze pod naponom i kroz koje teku struje) i predstavljaju njegovu elektrinu okosnicu i glavnu "saobraajnicu".


---- 26 ----

Na njih se vezuju, preko odgovarajuih rasklopnih ureaja, vodovi i transformatori. Svi su vodovi spojeni sa sabirnicama, pa su one za normalan pogon razvodnog postrojenja od najvee vanosti. U razvodnim postrojenjima bez transformacije, sabirnice povezuju elektroenergetske vodove istog napona. U razvodnim postrojenjima sa transformacijom, postoje sabirnice dva naponska nivoa. One su povezane preko transformatora. Na sabirnice jednog naponskog nivoa povezani su dovodni vodovi (npr. kod generatorskih postrojenja to su sabirnice nieg napona) , a na sabirnice drugog naponskog nivoa povezani su odvodni vodovi (npr. kod generatorskih postrojenja to su sabirnice vieg napona).

Rasklopnu opremu ine: prekidai i rastavljai.

Prekidai su elementi pomou kojih se vri prekidanje struja u svim pogonskim uslovima kola koje se prekida: od praznog hoda, preko normalnog pogona, do kratkog spoja. Funkcija prekidaa je zatita elemenata od kratkog spoja, ili preoptereenja, kao i sve komutacione manipulacije (ukljuivanje i iskljuivanje) pod optereenjem.

Rastavljai slue za vidljivo odvajanje djelova razvodnog postrojenja koji su pod naponom, ili u beznaponskom stanju. Primarni zadatak rastavljaa je da poveaju sigurnost osoblja koje treba da radi na izdvojenom dijelu postrojenja koji nije pod naponom. Ta sigurnost se obezbjeuje na taj nain to se rastavljai rade iskljuivo tako da je poloaj kontakata (noeva) rastavljaa vidljiv.

Manipulacija rastavljaima dozvoljena je samo u beznaponskom (ili neoptereenom) stanju, tako da se oni ne konstruiu kao elementi za prekidanje struja. Rastavlja se ne upotrebljava za prekidanje struja, ve se iskljuivanje (otvaranje kontakata noeva) rastavljaa vri kad kroz rastavlja ne tee struja. Rastavlja nema ni ureaje ni sredstvo za gaenje luka. Otvaranjem kontakata rastavljaa u optereenom stanju (kad kroz zatvorene kontakte rastavljaa tee struja) izmeu kontakata rastavljaa pojavio bi se luk, za ije gaenje nema uslova, posljedica ega mogu biti smrtna opasnost po osoblje i znatna oteenja u postrojenju. Zato se rastavljai ne smije koristiti za prekidanje struja.


---- 27 ----

Upravljanje rastavljaem je runo na mjestu elije - polja gdje se nalazi rastavlja ili daljinski (pneumatski ili motornim pogonom) iz komandne prostorije. Uslov dobrog funkcionisanja rastavljaa je da se ne otvori u sluaju kratkog spoja.

Dakle, prekidai se upotrebljavaju kako za prekidanje struja u normalnom pogonu, tako i za zatitu od prevelikih struja, odnosno struja kratkih spojeva. Zbog potrebe brzog i efikasnog gaenja luka koji se pojavljuje pri prekidanju struja, kontakti prekidaa se postavljaju u komoru za gaenje luka, i njihov poloaj nije vidljiv. Zato se prekidai koriste u kombinaciji sa rastavljaima kod kojih je poloaj kontakata vidljiv.

U odnosu na prekida rastavlja se obavezno postavlja sa strane dovoda elektrine energije. Ako je kroz prekida mogu protok elektrine energije u oba smjera, postavljaju se rastavljai sa obje strane prekidaa.

U kombinaciji prekidaa i rastavljaa neophodno je voditi rauna o redosljedu djelovanja pri iskljuenju i pri ukljuenju dijela postrojenja (strujnog kola) u kojem su ovi elementi postavljeni sa funkcijom zatite i mogunosti manipulacije.

Pri iskljuivanju najprije se iskljui prekida, a zatim rastavlja. Pri ukljuivanju redosljed je obrnut. Najprije se ukljui rastavlja, a zatim prekida.

ema razvodnog postrojenja specificira nain vezivanja elemenata i strukturu postrojenja. Najee se eme daju u jednopolnom prikazu (prikaz jedne faze) i sa osnovnim elementima i kolima toka prenosa elektrine energije.

Izvedbeno, razvodno postrojenje pored sabirnica (S) sadri i vie elija (polja) koje ine djelove, odnosno ogranke ili odcjepe postrojenja i u okviru kojih se elektroenergetski elementi vezuju na sabirnice postrojenja. Termin polje obino se koristi kod postrojenja na otvorenom, a termin elija kod zatvorenih i oklopljenih postrojenja.


---- 28 ----

Slika 11. Razvodno postrojenje elektrane sa blok transformatorima

Prema elementu koji se vezuje za sabirnice, razlikujemo: generatorske elije ( generatorsko polje ), generatorsko-transformatorske elije, odnosno generatorsko-

transformatorsko polje, transformatorske elije ( transformatorsko polje ), dovodne elije ( polje dovodnog elektroenergetskog voda ili krae

dovod), spojne elije ( spojno polje ), mjerne elije ( mjerno polje ), odvodne elije ( polje odvodnog elektroenergetskog voda ili

krae odvod ), elije kunog transformatora ( polje sopstvene potronje ) i dr.

!!! OSNOVNE KONFIGURACIJE VISOKONAPONSKIH MREA

Konfiguraciju definie nain meusobne povezanosti elemenata mree.

S obzirom da prenosne mree transportuju velike snage i napajaju velika potroaka podruja (metropole, gradove, velike industrijske pogone), njihove konfiguracije moraju da obezbijede visok nivo sigurnosti napajanja, praktino neprekidno napajanje, onosno sa prekidima jednakim trajanju

S

V1

RV1iz

PV1

RV1

V2

RV2iz

PV2

RV2

V3

RV3iz

PV3

RV3

G2

RGT2

PGT2

T2

G1

RGT1

PGT1

T1


---- 29 ----

djelovanja sistema automatskog ukljuenja rezervnog napajanja. Pri tome se mree koncipiraju po principu sigurnosti "n-1", koji obezbjedjuje neprekidnost napajanja za sluaj ispada jednog elementa ili, to je znaajno skuplje, po principu sigurnosti "n-2", koji koji obezbjedjuje neprekidnost napajanja za sluaj istovremenog ispada dva elementa.

U topolokom pogledu, kao karakteristine konfiguracije prenosnih mrea izdvajaju se:

petljasta konfiguracijom (slika 11), koja se oslanja na dvostrano (viestrano) napajanje

konfiguracija tipa "kime" (slika 12 ), koja se oslanjaju na dvostruko napajanje.

Slika.11. Petljasta konfiguracija

Elektrana 1

15,75/220 kV 220/400 kV

110/400 kV

10,5/110 kV

Elektrana 2

Potronja 1 - EDS 1

400/110 kV 110/10 kV 10/0.4 kV

Potronja 2 - EDS 2

400/110 kV 110/35 kV 35/10 kV 10/0.4 kV

Prenosna mrea 220 kV

Slik 12. Konfiguracija tipa "kime"

Potronja 1 - EDS 1

220/110 kV 110/10 kV 10/0.4 kV

Potronja 2 - EDS 2

220/110 kV 110/35 kV 35/10 kV 10/0.4 kV

Prenosna mrea 220 kV

Elektrana 2

15,75/110 kV 110/220 kV

Elektrana 1

15,75/220 kV


---- 30 ----

NADZEMNI ELEKTROENERGETSKI VODOVI

Nadzemni elektroenergetski vod je skup svih dijelova koji slue za nadzemno voenje provodnika koji prenose i razvode elektrinu energiju, kojim su obuhvaeni: provodnici, zatitna uad, zemljovodi, uzemljivai, izolatori, nosai, konzole, stubovi i temelji.

U skladu sa podjelom napna na: niski napon (do 1000 V) i visoki napona (iznad 1000V), nadzemni elektroenergetski vodovi se svrstavaju u dvije osnovne grupe:

- niskonaponski nadzemni vodovi i - visokonaponski nadzemni vodovi.

Niskonaponski vod je vod iji nazivni napon ne prelazi 1000 V. Visokonaponski vod je vod iji nazivni napon prelazi 1000 V.

U skladu sa podjelom elektroenergetskih mrea, iji su osnovni elementi elektroenergetski vodove, unutar kategorije visokonaponskih vodova izdvaja se :

nadzemni vodovi srednjeg napona (npr. 10, 20, 35 kV vii srednji napona)

nadzemni vodovi visokog napona (npr. 110, 220 kV) i nadzemni vodovi veoma visokog napona ( npr. 400, 750,1150 kV).

Prenosne mree sadre vodove visokog i veoma visokog napona

!!! ELEMENTI NADZEMNIH VODOVA

Osnovni elementi (djelovi) nadzemnih elektroenergetskih vodova su: provodnici, zatitna uad, stubovi (glava, tijelo, temelji), izolatori, uzemljenje

!!! Provodnici su metalne ice ili uad koji slue za provoenje struje. U trofaznom sistemu prenosa to su uad tri fazna provodnika. Kao provodnici se najee koriste Al/ uad. Provodnici su jedini aktivni dio voda koji su pod naponom i kroz koje u sluaju ukljuenog stanja protie elektrina struje.


---- 31 ----

Za stubove (konzole stubove) se privruju pomou izolatora.

Optereeni su mehaniki (teina provodnika, dodatni teret, djelovanje vjetra) i termiki (uslijed proticanja struje).

Slika II.1. Fazna i zatitno ue na rasponu- izmeu dva stuba

!!! Zatitna uad su uzemljena uad koja slue za zatitu voda od atmosferskih i pogonskih prenapona. Zatitno ue se postavlja na vrh stuba i du itave trase voda prati provodnike. Moe ih biti jedno ili dva. Zatitna uad nisu izolovana u odnosu na stub i na njega se direktno postavljaju. Da bi odigrali svoju funkciju, moraju biti vezani za uzemljivae. Metalni stubovi slue kao veza zatitnih uadi i uzemljivaa, dok se kod neprovodnih stubova (drveni i betonski) za vezu zatitnog provodnika i uzemljivaa koristi pocinkovana gvozdena traka.

!!! Stub je konstrukcija koja nosi izolatore, provodnike i zatitnu uad. Stubovi osiguravaju provodnicima odgovarajuu visinu nad tlom. Optereeni su mehaniki.

Dvije su osnovne vrste stubova: zatezni stub i nosei (nosni) stub.

Zatitno ue, npr. III 50 mm2

fazna uad, npr. Al/ 150/25 mm2

S

T

R

S

T

R

raspon, npr. a=300 m


---- 32 ----

Zatezni stub je stub koji slui za zatezanje I privrivanje provodnika. Provodnici su na zateznim stubovima zategnuti odgovarajuom silom (koja se uobiajeno izraava naprezanjem, jednakim sili zatezanja po jedinici poprenog presjeka ueta) i vrsto spojeni. Kod zateznih stubova naprezanje provodnika, odnosno zatitne uadi, ne mora biti jednako u oba raspona, a kako su provodnici i zatitna uad na njima vrsto spojeni, na stub se direktno prenosi sila zatezanja svakog provodnika i zatitnog ueta sa svake strane stuba.

Zatezni stub

Nosei (nosni) stub je stub koji nosi provodnike Provodnici na noseim stubovima su ovjeeni. Nosei stubovi se, po pravilu, postavljaju samo u pravolinijskoj trasi. Naprezanje provodnika, odnosto zatitne uadi, u oba raspona je jednako, a kako provodnici i zatitna uad nisu na njima vrsto spojeni, na njih se ne prenosi direktno njihova sila zatezanja s jedne strane stuba, nego se prenosi rezultantna sila zatezanja s obje strane, ako ta rezultanta postoji.


---- 33 ----

Zatezni stub Nosei stub

Djelovi stuba Na svakom stubu moe se uoiti: glava stuba, tijelo stuba i temelji (slika II.2).

Sika II.2. Glavni djelovi stuba nadzemnog elektroenergetskog voda, sa detaljem (desno) nosnog izolatorkog lanca

konzola

ovjenje zatitni rogovi

IZOLATORSKI LANAC

zatitni prsten

nosna stezaljka

provodnik

zatitno ue

glava stuba izolatorski

konzola lanac

provodnik

tijelo stuba

temelj dozemni vod


---- 34 ----

Glava stuba ima konzole (najmanje tri za svaki fazni provodnik po jedna) na koje se vezuju izolatori, odnosno izolatorski lanci koji nose (zateu) provodnike. Konstruktivnoj izvedbi glave stuba posveuje se posebna panja, jer se njome osiguravaju potrebne udaljenosti izmeu provodnika pojedinih faza, izmeu provodnika i zatitnog(ih) ueta(adi), kao i izmeu provodnika i tijela stuba.

Tijelo stuba je osnovna nosea konstrukcija, kojom izmeu ostalog treba da se obezbijedi i potrebna visina provodnika iznad tla, odnosno iznad objekata na tlu.

Temelji osiguravaju statiku stabilnost cijelog objekta. Prenose sile sa stubova u tlo, a izvedbe mogu biti veoma razliite.

Raspored stubova du dijela trase nadzemnog elektroenergetskog voda

Zatezno polje

Horizontalni razmak izmeu dva susjedna stuba naziva se raspon (a [[[[m]]]]).

Prosjeni raspon za 110 kV je oko 300 m

Srednji raspon (asr [m]) je poluzbir susjednih raspona, odnosno polovina zbira raspona sa jedne i druge strane stuba.

Gravitacioni raspon (agr [m]) je horizontalna udaljenost od najnie take provodnika (lananice) s jedne strane stuba do najnie take provodnika s druge strane stuba.

a1 [[[[m]]]]

Z1 N1 N2 N3 Z2

a2 [[[[m]]]] a3 [[[[m]]]] a4 [[[[m]]]]

agr l [[[[m]]]] agr l [[[[m]]]]

asr [[[[m]]]]


---- 35 ----

!!! Izolatori slue za elektrino izolovanje i mehaniko spajanje provodnika sa noseom konstrukcijom.

Obino se na visokonaponskim vodovima za vezivanje i elektrino izolovanje provodnika i nosee konstrukcije koriste izolatorski lanci sastavljeni od vie, lanaka, npr. kapastih izolatora.

Izolatorski lanac se sastoji od potrebnog broja izolatorskih lanaka (npr., za 110 kV vod izolatorski lanac se sastoji. od 7 kapastih izolatora, a u sluaju elektrino pojaane izolacije od 8 kapastih izolatora). Na donjem dijelu se nalazi stezaljka koja prihvata provodnik (u sluaju nosnog stuba ovjeen i pritegnut u nosnoj spojnici, a u sluaju zateznog stuba zategnut i privren). Izolatorski lanac esto ima i zatitnu armaturu, u obliku rogova i prstena. Rogovi slue da kod kvara udalje elektrini luk od izolatoar, a prsten za jednolinu raspodjelu elektrinog naprezanja na izolatore u lancu.

Izolatori su optereeni elektrino i mehaniki, a kod pojave elektrinog luka i termiki.

!!! Uzemljenje je elektrino provodno spajanje pojedinih djelova voda sa zemljom. Uzemljenje osigurava djelove voda koji nisu pod naponom od pojave nedozvoljenog potencijala na njima i time titi okolinu od opasnosti od napona. Ujedno predstavlja vaan element za elektrinu pogonsku sigurnost voda. Zatitno ue (jedno ili dva), za koje smo rekli da je uzemljeno ue koje slui za zatitu voda od atmosferskih i pogonskih prenapona i koje prati fazne provodnike, a postavljeno je iznad njih, povezano je na uzemljenje i predstavlja sastavni dio zatitnog sistema uzemljenja voda.

Pored ovih osnovnih elemenata na nadzemom elektroenergetskom vodu neophodan je i drugi pribor, kao: spojni materijal i pribor, ovjesni materijal i pribor, zatitni materijal i pribor i dr. Spojni materijal i pribor osigurava kontinuirani prolaz struje i tamo, gdje se duine provodnika nastavljaju jedna na drugu. Optereen je termiki (uslijed prolaza struje), a esto i mehaniki. Ovjesni materijal i pribor mehaniki povezuje provodnik i izolatore sa stubom. Optereen je mehaniki.


---- 36 ----

Zatitni materijal i pribor vri razne zatitne funkcije, kao to je zatita od vibracija, otklanjanje elektrinog luka od provodnika i izolatora, promjena oblika elektrinog polja i sl.

!!! Provodnici nadzemnih elektroenergetskih vodova

Provodnici su metalne ice ili uad koji slue za provoenje struje. U trofaznom sistemu naizmjenine struje na nivou prenosa imamo tri fazna provodnika:

- provodnik faze R (ili provodnik faze 0), - provodnik faze S (ili provodnik faze 4) i - provodnik faze T (ili provodnik faze 8).

S obzirom na cijenu bakra, u praksi je osnovni materijal za provodnike nadzemnih vodova aluminijum.

Orjentacione vrijednosti svojstava materijala za ice Al/ i uad vodova date su u tabeli II.1.

Tabele II. 1 Svojstva materijala za ice uadi dalekovoda

Svojstvo

Al

I

II

III

IV Gustina [daN/dm3] 2.703 7,85 7.85 7.85 7.85

Prekidna vrstoa [daN/mm2] 17...23 42...50 70...85 120...140 150...170 Modul elastinosti E [daN/mm2] 6000 22000 21000 21000 20000

Toplotni koficijent linearnog irenja

10-5[1/oC] 2,3...2,4 1,23 1,1 1,1 1,1

Specifini elektrini otpor

[mm2 /m] 0,02874 0,125 - 0,15 - 0,15 - 0,16 -

Toplotni koeficijent elektrinig otpora R

[1/oC] 0,00403 0,0045 0,0045 0,0045 0,0045

Do poprenog presjeka 16 mm2 provodnici se izrauju u vidu jedne ice. Za vee presjeke provodnici se izrauju u vidu uadi, da bi se obezbijedila fleksibilnosi, tj potrebna mehanika svojstva. Uad pruaju daleko veu mehaniku sigurnost, nego masivne ice velikog presjeka zbog eventualnih greaka u materijalu, a osim toga ue je otpornije na vibracije. Uad mogu biti homogena i kombinovana. Kod homogenih uadi sve ice su od istog materijala. Kombinovana uad se formiraju od ica dva razliita materijala, npr. aluminijuma i elika: ue Al/ (ili Al/Fe,ili Al-).

Za provodnike visokonaponskih elektroenergetskih vodova se koriste kombinovana uad, a kod nas su to Al/ uad.


---- 37 ----

!!! Al/ uad se rade tako to se prvo formira ue od elika (jezgro ueta), koje se zatim oblae slojevima od aluminijumskih ica (plat ueta). Aluminijumski plat slui za provoenje struje, dok elino jezgro obezbjeuje provodnicima potrebna mehanika svojstva. Odnos presjeka aluminijumskog plata i elinog jezgra je obino 6:1. Ukoliko je potrebna vea mehanika vrstoa, onda je odnos 4:1 ili 3:1. Prenici aluminijumskih i elinih ica u principu nisu isti.

6 Al + 1 26 Al (10+16) + 7 (1+6)

Slika II.3 Struktura Al/ uadi odnosa presjeka 6:1

Parametri provodnika (uadi) su konstrukcione (presjek, odnos presjeka kod kombinovane uadi,) i fizikalne karakteristike provodnika (specifina teina, modul elestinosti, temperaturni koeficijent linearnog izduenja,).

Presjek : 2[ ]S mm Provodnici, odnosno uad se ne izrauju sa ma kojim presjecima, ve samo sa odreenim presjecima. Provodnici, odnosno uad se imenuju preko nazivnih presjeka, a koji su specificirani u odgovarajuim Standardima. Kod nas su, za uad Al/ odnosa presjeka 6:1, standardizovani sljedei nazivni presjeci:

2/ [ ]nAl nS S mm : 16/2.5, 25/4, 35/6, 50/8, 70/12, 95/15, 120/20 150/25, 185/30, 210/35, 240/40, 360/57, 490/65

2[ ]nAlS mm - nazivni presjek aluminijumskog plata, presjek elinog jezgra

2[ ]n

S mm - nazivni presjek elinog jezgra .

Napomene : Za prenosne visokonaponske vodove koriste se presjeci Al/ provodnika poev od 120/20 mm2. Stvarni presjek ice je geometrijski presjek ice, a stvarni persjek ueta (SAl/ [mm2]) je zbir geometrijskih presjeka svih ica u uetu, bez obzira na to da li su ice od istog ili razliitih materijala.


---- 38 ----

Stvarni presjeci 2

/ [ ]AlS S mm , obino odstupaju od nazivnih i dati su u prirunicima i katalozima proizvoaa.

2

/ [ ]AlS S mm : 15.3/2.55, 23.8/4.0, 34.3/5.7, 48.3/8.0, 69.9/11.4, 94.4/15.5, 121.6/19.5, 148.9/24.2, 183.8/29.8, 209/34.1, 243/39.5, 360.2/57.3, 490.3/63.60

Pri proraunima vodova, treba raunati sa stvarnim presjecima .

Ukupni stvarni presjek Al/ ueta ( 2/ [ ]AlS mm ) jednak je zbiru stvarnog presjaka aluminijumskog plata ( 2[ ]AlS mm ) i stvarnog presjeka elinog jezgra ( 2

[ ]S mm ):

/ AlAl S S S= +

Specifina teina: 2[ / ]p daN mmm je teina provodnika jedinine duine i jedininog poprenog presjeka, ije dejstvojo je usmjereno vertikalno nanie.

Oznaava sa: 2/ [ / ]Al p daN mmm ili 2/ [ / ]Al daN mmm

Kombinovano ue iz dva provodnika, konktreno Al i , u svim mehanikim proraunima posmatramo kao ue jednistvenog presjeka 2/ [ ]Al S mm i rezultantne specifine teine 2/ [ / ]Al p daN mmm .

Modul elastinosti: 2[ / ]E daN mm , 2/ [ / ]Al E daN mm Ue se pri montiranju na zateznom stubu zatee silom, odgovarajueg naprezanja 2/ [ / ]Al daN mm . Pri promjeni naprezanja, ue se elastino rastee. Modul elastinosti ueta je karakteristika materijala provodnika koji izraava mjeru te elestinosti (relativno izduenje pri naprezanju je: / / )l l E = .

2/ [ / ]Al p daN mmm


---- 39 ----

Temperaturni koeficijent linearnog izduenja: [1/ ]o C , / [1/]Al

karakterie material provodnika sa aspekta njegovog izduenj pod uticajem temperature (relativno temperaturno izduenje pri novoj temperaturi je: l / lo = ).

Tabela II.2. Karakteristike materijala provodnika Materijal n nd

[daN/mm2]

id [daN/mm2

]

p [daN/m mm2]

x 10-3

E [daN/mm2]

[1/oC] 10-5

Al 7 19 - 37

7 7

12 12

2.7 2.7

6 000 5 700

2.3 2.3

Cu 7 19 - 37

18 18

30 30

8.9 8.9

11300 10500

1.7 1.7

Al/ =0.95 18/19 24.5 46 5.33 13000 1.33 Al/ =1.7 12/7 19 45.5 4.66 10700 1.53 Al/ =4.4 70/7 13 24.5 3.75 8 700 1.78 Al/ =6 26/7 11 21 3.5 7 700 1.89 Al/ =7.7 24/7 10 19 3.36 7 400 1.96

Provodnici (fazna uad) nadzemnih vodova su optereeni mehaniki (naprezanje na zatezanje, sopstvena teina provodnika i teina dodatnog tereta i sile djelovanja vjetra), a takoe i termiki zbog strujnog optereenja pri prenosu elektrine energije dalekovodom.

Kod nadzemnih elektroenergetskih vodova dozvoljeno poveanje temperature provodnika odreeno je s obzirom na maksimalni ugib. Prema odredbama Pravilnika, presjek uadi mora biti dovoljno veliki da ukupna temperatura uadi usljed zagrijavanja strujom ne bude via od +80oC, pri emu se rauna sa temperaturom okoline od +40oC. Svrha ove odredbe je da se sprijei smanjenje vrstoe provodnika uslijed prekomjernog zagrijavanja.

Strujno optereenje voda koje pri spoljanjoj temperaturi od 40oC zagrije provodnik na 80oC naziva se termikom granicom provodnika (It [A]).

Documents

1318837129IKolPredavanjaVMiV11-12!!!