Glavni elementi postrojenja

7/24/2019 Glavni elementi postrojenja

1/77

Elektrina postrojenjaGlavni elementi postrojenja

Prof. dr. sc. Slavko Krajcar; Prof. dr. sc. Ante Marui


2/77

FER-ZVNE 2014/15 Elektrina postrojenjaProzirnica br. 2

Sadraj i raspored

Predavanje 1 Podjela cvraka, O predmetu, Liberalizacija30.09.14.07.10.14.

Predavanje 3 3f sustavi14.10.14.

Predavanje 4 Modeliranje 1 (transformator)21.10.14.

Predavanje 5 Modeliranje 2 (generator + ostalo)28.10.14.

Predavanje 6 Proraun kratkog spoja04.11.14.MI

Predavanje 7 Glavni elementi postrojenja02.12.14.

Predavanje 8 Sklopni ureaji niskog naponaxx.12.14.

Predavanje 9 Energetski i mjerni transformatori, sekundarni sustavixx.12.14.

Predavanje 10 Sheme spojaxx.12.14.

Predavanje 11 Zatitaxx.01.15.

Predavanje 12 Zavrna poglavlja (mjerenja, komp. jalove snage, uzemljenje, izolacija)xx.01.15.

ZI

Predavanje 2 Elektroenergetski sustav


3/77

FER-ZVNE 2014/15 Elektrina postrojenjaProzirnica br. 3Prozirnica br. 3

Gdje smo?

Uvod

Simetrine komponente

Modeliranje elemenata sustava

Proraun kratkog spoja

Transformator

Generator

Vod

Prigunica

Troilo


4/77


Gdje smo?

Glavni elementi postrojenja- Sabirnice

- Izolatori

- Rastavljai

- Ureaji za prekidanje struje(uinski osigurai, prekidai, uinski rastavljai)

Glavni elementi postrojenja Danas


5/77


Glavni elementi postrojenja

Principna shema jednog odvoda u transformatorskoj stanici

ST

NT

P

R11 R12

R3

R2

S1

S2

3 50Hz, 110 kV

OP

~

800/5/5 A

110/

3 / 0,1/

3 / 0,1/3

DV

ZATITA MJERENJE

IskljuenjeUpravljanje

VOENJE

Nadzor

DV POLJE


6/77


Ponovimo

Trofazni (K3) Dvofazni (K2) Dvofazni sa zemljom (K2Z)

Jednofazni Dvostruki jednofazni

R

S

T

I''K 3

R

S

T

I''K 2

R

S

T

I''K2

I''KE 2

R

S

T

I''K 1

R

S

T

I''K 1I''K 1

Dijelovi struje kroz mreu

Struja kratkog spoja


7/77


Ponovimo

Ir efektivna vrijednost one struje KS koja

protjee kroz prekida u trenutku odvajanja

njegovih kontakata

= 1


8/77


Sabirnice

Sabirnice su okosnica svakog elektroenergetskog postrojenja

Povezuju vodove koji dovode i odvode elektrinu energiju te transformatore koji povezujumree razliitih naponskih razina

Sabirniki vodii su najee neizolirani Cu ili Al vodii.

Profili koji se uobiajeno koriste:

- Srednji i niski napon: plosnati (pravokutni) - najee, okrugli - rjee i U profil vrlo rijetko

- Visoki napon: cijevi i uad

Razmak meu sabirnikim vodiima:

- Odreuju ga naponska naprezanja

- U tablici desno su prikazani uobiajeni razmacisabirnikih vodia sa zrakom kao izolacijskimmedijem, ovisno o naponskoj razini koji su iz

sigurnosnih razloga neto vei od onih definiranih

tehnikim propisima (VNRP, str.27, tbl.15)

400 -- 9000


9/77


Sabirnice TS 400/220/110 kV erjavinec

Sabirnice 400 kV Sabirnice 110 kV


10/77


Sabirnice Uetne sabirnice 220 kV u TE Tuzla


11/77


Sabirnice

Presjek sabirnikih vodia odreuju strujna naprezanja

Izbor presjeka sabirnikih vodia provodi se prema:

- Maksimalnoj struji u normalnom pogonu, Imaxpog

- Struji mjerodavnoj za ugrijavanje u vrijeme trajanja kratkog spoja, It

- Mehanikim naprezanjima za vrijeme trajanja kratkog spoja, Iu

Izbor presjeka sabirnikih vodia prema maksimalnoj struji u normalnom

pogonu, Imaxpog:

- Toje najvea struja koja u normalnom pogonu tee kroz najoptereeniji dio sabirnice

- Prema tom najoptereenijem dijelu sabirnice dimenzioniraju se onda cijele sabirnice

- Mjerodavno za izbor presjeka je dozvoljeno zagrijavanje vodia iznad temperature okolineuz pretpostavku da e ta maksimalna pogonska struja trajati neogranieno dugo vremena


12/77


SabirnicePrimjer

6 kV

10 MVA

4 MVA

2 MVA

Ip/In= 6

K

T

M

G

10 MVA

16 MVA

Pretpostavka: 2+2+2x6 =16 MVA

4 MVA20 MVA


13/77


Sabirnice

Doputena trajna optereenja bakrenih plosnatih profila (A) (povienjetemperature za 30C)


14/77


Sabirnice

Doputena trajna optereenja aluminijskih plosnatih profila (A)(povienje temperature za 30C)


15/77


Sabirnice

Doputena trajna optereenja

okruglih profila (A)

(povienje temperature za 30C)

Doputena trajna optereenja

cijevi (A)

(povienje temperature za 30C)


16/77


Sabirnice

Doputena trajna optereenja navedena u tablicama vrijede za odreene uvjetepolaganja vodia.

Ukoliko se uvjeti polaganja sabirnikih vodia razlikuju od pretpostavljenih u

tablicama, potrebno je korigirati doputena trajna optereenja:

- Za plosnate profile se pretpostavlja da je dulja stranica profila okomita na povrinu poda (a), te da je

razmak pojedinih vodia (kod vie vodia po fazi) jednak irini vodia poloeni poloaj vodia (b)

dovodi do slabijeg odvoenja topline


17/77


Sabirnice

Akoje doputeno manje ili vee

povienje temperature od 30C,doputeno trajno optereenje vodia

odreuje se prema izrazu:

= 30gdje je I30tablina vrijednost

doputenog optereenja uz povienje

temperature od 30C spram

temperature okoline

U tablicama navedena doputena trajna optereenja vrijede za horizontalan

raspored sabirnikih vodia (a), dok je za vertikalan raspored (b) potrebno smanjiti

doputena optereenja za 10-15% (korekcioni faktor 0,85-0,9)

a)

b)


18/77


Sabirnice

Bojanjem sabirnica poboljava se odvoenje topline, pa su radi toga posebnonavedena doputena optereenja za obojene, a posebno za neobojene vodie.

Vrijedi:

- Zbog vrstoe u postrojenima do 35 kV ne izvode se sabirnice plosnatog profila manjeg od

405 mm

- Za naponske razine 110 kV i vie minimalni presjek, odnosno promjer, odreen jezahtjevom za spreavanje korone (tinjavo izbijanje na rubovima vodia zbog prevelikog elektrinog polja):

- 110 kV: najmanji presjek ueta 95 mm2

najmanji promjer cijevi 30 mm

- 220 kV: najmanji presjek ueta 300 mm2

najmanji promjer cijevi 50 mm

- 400 kV: najmanji promjer cijevi 100 mm

Presjek vodia odabran prema maksimalnoj struji u normalnom pogonu potrebno

je dalje provjeriti s obzirom na zagrijavanje i mehanika naprezanja u vrijemetrajanja kratkog spoja.


19/77


Sabirnice

Kontrola presjeka sabirnikih vodia s obzirom na zagrijavanje u vrijemetrajanja kratkog spoja, It:

- Povienje temperature sabirnikih vodia nastaje brzo i stoga se moe raunati da se sva

energija (Jouleova toplina) troi na povienje temperature vodia (nema odvoenja topline

u okolinu)

= t- Gdje je:- m= masa vodia

- c= specifina toplina vodia (Ws/kgC)

-= povienje temperature vodia za vrijeme trajanja kratkog spoja- It= struja mjerodavna za ugrijavanje

- r= djelatni otpor

- t = vrijeme trajanja kratkog spoja


20/77


Sabirnice

Za bakrene je sabirnice najvea doputena temeperatura koju smijupostii vodii2 = 200C, a za aluminijske vodie2 = 180C

Ako je temperatura vodia u normalnom pogonskom stanju 30C vea od

temperature okoline = 35C, onda je izraz za minimalno potrebanpresjek sabirnikih vodia s obzirom na zagrijavanje u vrijeme trajanja

kratkog spoja:

7.5 (mm) 12.0 (mm)

pri emuje vrijednost od Itpotrebno uvrstiti u kA, a trajanje kratkog spojatu sekundama.


21/77


Sabirnice

Sabirnice su goli vodii na

meusobnom razmaku a(meufazno),a nose ih potporni izolatori gdje je l

meusobni razmak dvaju potpornih

izolatora

U sluaju kratkog spoja, struje koje

teku vodiima su velikih vrijednosti

zbog ega se javljaju velike sile na

vodie pojedinih faza koje ih nastoje

mehaniki deformirati

Kontrola presjeka sabirnikih vodia s obzirom na mehanika naprezanja u

sluaju kratkog spoja:

Sile meu paralelnim vodiima:

a

l


22/77


Sabirnice


- Ako se promatrani vodi duljinelnalazi u polju

beskonano dugog vodia koji se nalazi isto na

udaljenostia, ukupna sila koja djeluje na njega

iznosi :

= 2 10(N)

Promatramo dva vodia duljine l, na

meusobnoj udaljenosti a

Vodii su protjecani strujama I1 i I2

Oba su vodia okruglog presjeka

Ukupna sila na jedan vodia uslijed

toga to se nalazi u magnetskom polju

drugog vodia:

= 2

10 +

(N)

Izvod zaFiFdanisu u VNRP

nastranicama 212-215.

r

l

l-ss

a

2

I2

d

1

I1ds

A


23/77


Sabirnice

= 1


- Za praktine vrijednosti od a/l [0,1- 0,3] omjer F/F[0,7 - 1,0], uzimamo 1- Udaljnjim analizama koristiti e se izraz za F

(time smo "na sigurnoj" strani jer je F


24/77


Sabirnice

U praktinoj primjeni za plosnate

profile potrebno je raunati s

korekcionim faktoromk 1 samo

ako je:

- a malo, h veliko

(rijetko na VN, mogue na NN)

- Vie vodia (plosnatog profila) po fazi (jer

je onda a malo)


- Izrazi za Fi F vrijede za okrugle presjeke vodia

- U VNRP, str 216-218 izveden je izraz za silu na vodi plosnatog profila (bh) duljine

- Omjer izmeu F plosnatog i okruglog profila zadan je korekcionim faktorom k


25/77


Sabirnice

Za vrijeme trajanja kratkog spoja zbog vremenske promjenjivosti vrijednosti struje kvara,mijenja se i trenutna vrijednost sile meu vodiima zanima nas njezina maksimalna

vrijednost

UVNRP, str.225-234, provedena je analiza maksimalne trenutne vrijednosti sile meu

vodiima (za razliite vrste kratkog spoja na sabirnicama)koji su:

- Okruglog presjeka i relativno malog promjera u odnosu na njihovu meusobnu udaljenost (da)

Uz navedene pretpostavke mogue je koristiti izraz za silu po jedinici duljine sabirnikog

vodia za vodie beskonane duljine:= 2

10

Nm

Osim toga analiza je provedena za prvu polovinu periode od trenutka nastanka kratkogspoja kada se i javljaju najvee struje zbog ega je mogue pretpostaviti da je

Td= Td=, iXdg= konst. =Xdg


26/77


Sabirnice

= 2 10 Nm gdje je:

- Ik3 efektivne vrijednost izmjenine komponente struje

tropolnog kratkog spoja na sabirnici

- veliina ovisna o vremenskoj konstanti istosmjernekomponente struje kratkog spoja (pretpostavka je da seizmjenina komponenta u vremenu promatranja ne

priguuje)

= 4 3 za kratke spojeve blizu generatora = 3 za kratke spojeve daleko od generatora (NN mrea)

Sile meu vodiima i vrste kratkog spoja:

- Rezultat analize je da se maksimalna sila pojavljuje u sluaju tropolnog kratkog spoja

na srednjem sabirnikom vodiu, bez obzira to je moda struja za neku drugu vrstukratkog spoja vea po vrijednosti za promatranu sabirnicu


27/77


Naprezanje sabirnikih vodia (1)

Sabirnicu moemo shvatiti kao uklijetenu

gredu duljine l (razmak meu potpornim

izolatorima) s jednolikim kontinuiranim

optereenjem f3s po jedinici duljine

Moment savijanja:

= Nm Maksimalan moment savijanja javlja se u

ukljetenjima sabirnikih vodia (x=0;x=l):

=

Nm

Naprezanje:

=Nm

f N/m

l

M f l2

f l2

12

24

a

l


28/77


Naprezanje sabirnikih vodia (2)

Wje moment otpora:

Okrugli profili:

- Puni profil

- Cijev

Plosnati profili hF

b

F

b

h

D D

d


29/77


Sabirnice

Naprezanje sabirnikih vodia:

- Prethodno navedeno naprezanje sabirnica bilo bi

postignuto kada bi sila koja djeluje na sabirnicu bila

konstantna i jednaka maksimalnoj vrijednosti f3s

- Kako se realno vrijednost sile u vremenu mijenja, dolazi

do titranja sabirnica stoga naprezanje sabirnica iznosi:

= Nmje frekventni faktor on je vremenski

promjenjiva veliina ovisna o vlastitoj

frekvenciji samih sabrinica, c1 i frekvenciji

mreec

- c1


30/77

FER-ZVNE 2014/15 Elektrina postrojenjaProzirnica br.

30Prozirnica br.

30

Sabirnice

Za vrijednosti>1 krivulja nemapraktinog znaenjajer sesabirnica ne ponaa kao

elastini nosa

Za praktine proraune to znai

da je dovoljno prvo provjeriti da li

odabrana sabirnica zadovoljava

s obzirom na mehanika

naprezanja uz=1, pa ako nezadovoljava onda je potrebnotono odreditic1te premazadanom dijagramu

Naprezanjesabirnikihvodia:

- Uz pretpostavku da naprezanje sabirnica ne prelazi granicu elastinostifrekventni faktormoemo odrediti iz dijagrama gdje je prikazana ovisnost frekventnog faktora sabirnice o

omjeruc1/c


31/77


31Prozirnica br.

31

Sabirnice

Sabirnice smatramo ispravno dimenzioniranim

ukoliko je ispunjeno:

= = 1.5

1612.= 2.

. Izvod u VNRP str. 239-243

,je najvea granica teenja za koju vrijedi da sesabirnica ponaa kao elastini nosa

Prekoraenjem te granice sabirnica se ve poinje

plastino deformirati pa joj se smanjuje amplituda

progiba pri titranju, a mijenja se i vlastita frekvencija

sabirnicac1

Naprezanje sabirnikih vodia:

- Kada naprezanje dosegne vrijednost, dolazi do poputanja materijala na mjestuukljetenja gdje je moment savijanja najvei, zbog egaje realno moment savijanja u

ukljetenju neto manji :


32/77


32Prozirnica br.

32

Potporni izolatori (1)

Ako je pri kratkom spojuf3ssila koja djeluje na

sabirnike vodie pojedinici njihove duljine, sila

koja se prenosi na potporne izolatore iznosi:

= Za silu se moe smatrati da joj je hvatite na

polovini visine sabirnice

Pri izboru potpornih izolatora mjerodavna je silaFpkoja djeluje na najvie optereeni izolator

Element postrojenja koji nosi sabirnice (i ostale neizolirane vodie) u postrojenjima (i

vodovima)

Izolira goli vodi od uzemljenih dijelova i preuzima na sebe sile koje djeluju na sabirnice

Izbor potpornih izolatora:

- Nazivni napon sabirnica

- Veliina sile koja se na njih prenosi pri kratkom spoju

l1 l2

l= I1 I22 2+

Fp

Fpo

b1

b2

h


33/77


33Prozirnica br.

33

Potporni izolatori (2)

Porculanski potporni izolatori:

- Imaju kapu i podnoje od lijevanog eljeza

- Nemaju istu vrstou po cijeloj visini, stoga do

pucanja moe doi (kritina mjesta gledevrstoe) neposredno ispod kape (krak sileh

+b1) ili neposredno iznad podnoja (krak sile

h +b2)

- Doputeni moment savijanja M1 za presjek

neposredno ispod kape manji je (radi manjepovrine presjeka) nego doputeni moment

savijanja M2 za presjek neposredno iznad

podnoja

S obzirom na izvedbu i mehaniku vrstou razlikujemo vie tipova

potpornih izolatora.

Fp

Fpo

b1

b2

h

62

105

160

190

eljezna

kapa

eljezno

podnoje

ovalno

podnoje


34/77


34Prozirnica br.

34

Umjetno smolni potporni izolatori

Nemaju metalnu kapu niti

podnoje

Konstrukcija im je takva da

su jednake vrstoe i ugornjem i u donjem dijelu

izolatora

Za rebraste izolatore grupe

su definirane silomFpo kojadjeluje na visiniho iznad

gornjeg ruba izolatora

Fp

Fpo

ho

h

b


35/77


35Prozirnica br.

35

Visei (ovjesni) izolatori (1)

U postrojenjima u

kojima su sabirnice

izvedene od ueta,

kao nosai sabirnica

upotrebljavaju sevisei izolatori

Izvedba:

- a) kapasti

- b) masivni

- c) tapni a) b) c)


36/77


36Prozirnica br.

36

Visei (ovjesni) izolatori (2)

Broj lanaka za pojedine nazivne napone

Za nazivni napon 400 kV koristi se 26 x K170/280 za visei i rasteretni lanac.

Za nazivni napon 35 kV koristi se (2-3) x K170/280 za visei i rasteretni lanac.


37/77


37Prozirnica br.

37

Provodni izolatori

Provodni izolatori izoliraju gole vodie od zidova ili metalnih dijelova

Upotrebljavaju se pri prolazu vodia iz prostorije u prostoriju, iz jednog

dijela oklopljenog rasklopnog postrojenja u drugi, ili iz rasklopnog

postrojenja u slobodan prostor

- Izbor provodnih izolatora:

- Nazivni napon

- Maksimalna trajna struja u normalnom pogonu

- Mehaniko naprezanje za vrijeme trajanja kratkog spoja

Zagrijavanje za vrijeme trajanja kratkog spoja

Izvedba:

- Za nazivne struje: 200, 400, 600, 1000, 1500 i 2000 A

Kontrola provodnih izolatora s obzirom na zagrijavanje za vrijemetrajanja kratkog spoja provodi se na jednak nain kao i za sabirnice

Za vee struje koriste se provodni izolatori s vodiima plosnatog

presjeka


38/77


38Prozirnica br.

38

Rastavljai (1)

Rastavljai vidljivo odvajaju vodljive

dijelove postrojenja (obino one pod

naponom od onih koji nisu)

Rastavljai se normalno ne

upotrebljavaju za prekidanje struja

(nemaju medij za gaenja elektrinogluka)

Isklapanje i uklapanje rastavljaa

provodi se kada njima ne tee struja

Oni mogu trajno voditi nazivnu struju,a kratkotrajno i struju kratkog spoja

Okretni rastavlja

Dvostupni rastavlja sa sredinjim rastavljanjem

(Un: 110 kV)


39/77


39Prozirnica br.

39

Rastavljai (2)

Iznimno se rastavljai mogu koristiti zaprekidanje malih pogonskih struja:

- Struje praznog hoda transformatora nazivne snage (do par stotina kVA).

- Struje optereenja transformatora nazivne snage do par desetaka kVA.

- Kapacitivne struje zranih vodova u praznom hodu (duljine do 20 km i nazivnog napona do

10 kV).

Pri tome je isklapanje potrebno provesti toje mogue bre (noevi takvih rastavljaa se

obino montiraju tako da su u uklopljenom stanju okomiti na povrinu zemlje ime se pri

isklapanju postie bolji uzgon luka).

Izborrastavljaa:- Nazivni napon (Un)

- Nazivna struja (In) - Maksimalna struja kroz rastavlja u normalnom pogonu

- Uz kontrolu odabranog rastavljaa s obzirom na :

- Mehanika naprezanja u vrijeme trajanja kratkog spoja (Iu)

- Zagrijavanje za vrijeme trajanja kratkog spoja (It)


40/77


40Prozirnica br.

40

Rastavljai (3)

Izbor s obzirom na nazivnu struju:- Maksimalna struja kroz rastavlja u normalnom pogonu mjerodavna je

za izborrastavljaa prema nazivnoj struji

- Proizvodi se ogranien broj tipova rastavljaa s obzirom na nazivnu

struju (broj tipova je to manji toje vii nazivni napon rastavljaa)


41/77


41Prozirnica br.

41

Rastavljai (4)

= iz tablice Ako se kontrolom ustanovi da odabrani

rastavlja ne zadovoljava s obzirom na

mehanika i termika naprezanja

odabire se rastavlja vee nazivnestruje.

Kontrola s obzirom na :

- Mehanika naprezanja koja su odreena udarnom strujom

- Struja mjerodavna za ugrijavanje (u tablici su navedene vrijednosti za trajanje kratkog

spoja 1 sekundu ako kratki spoja traje krae/dulje od 1 sekunde onda je dozvoljena

vrijednost struje mjerodavne za ugrijavanje:

Izvedbe rastavljaa srednjeg


42/77


42Prozirnica br.

42

Izvedbe rastavljaa srednjegnapona (do 35 kV)

Rastavljai srednjeg napona izvode se sa

zajednikim metalnim postoljem i pogonom kao

jednopolni, dvopolni ili tropolni, sa ili bezprigraenog noeva za uzemljenje(zemljospojnik).

Standardni srednjenaponski rastavljai

proizvode se za nazivne struje do 2500 A,

a za vee nazivne struje (2500-12500 A)

koriste se specijalne izvedbe. Rastavlja serije Ru (KONAR)

- 1 - metalno postolje (na njega susmjetena tri mehaniki povezana i

istovremeno upravljana pola)

- 2 - epoksidni potporni izolatori

(2 po polu/fazi)

- 3 - kontaktni noevi

- 4 - noevi za uzemljenje (mogunost)- Glavni noevi i noevi za uzemeljenje

uzajamno su blokirani mehanikom

blokadom, tako da se istovremeno ne

mogu jedni i drugi nalaziti u zatvorenom

poloaju.

Rastavlja serije Ru (KONAR)


43/77


43Prozirnica br.

43

Rastavlja serije Ru (KONAR)Primjer

Izvedbe rastavljaa visokog


44/77


44Prozirnica br.

44

Izvedbe rastavljaa visokognapona

Postoji niz konstrukcija rastavljaa koje omoguuju razliite izvedbe postrojenja.

Glavna je tenja da se rastavlja konstruira s malom tlocrtnom povrinom kako u

otvoreno, tako i u zatvorenom poloaju.

Openito se dijele na:

- Viestupne (imaju 2 ili 3 potporna izolatora po polu, a oba vrsta kontakta su mehaniki

vezana za postolje pola)

- Jednostupne (imaju u svakoj fazi samo jedan potporni izolator sa pripadnim vrstim

kontaktom, a drugi je vrsti kontakt zavjeen na vodi sabirnice iznad rastavljaa)

Upravljanje:

- Normalno su rastavljai svih triju faza spojeni tako da se uklapanje ili isklapanje provodi

istovremeno

- Upravljanje je:

- Runo: preko poluga vezanih s osovinom rastavljaa (mora se fiziki doi do rastavljaa)

- Pneumatski: komprimirani zrak djelovanjem na stap u cilindru pokree osovinu rastavljaa (mogue

upravljanje iz komandne prostorije)

- Elektriki (motorni pogon): motor zakree osovinu rastavljaa (mogue daljinsko upravljanje)

Vi t i t lj i i k


45/77


45Prozirnica br.

45

Viestupni rastavljai visokog napona

a - okretni rastavlja s krajnjim

rastavljanjem

b - okretni rastavlja s sredinjim

rastavljanjem

c - trostupni okretni rastavlja

d - rastavlja s okomitim

rastavljanjem

f - rastavlja kod kojeg se srednji

izolator pomie izmeu dva krajnja

izolatora (treba manji razmak meu

fazama jer mu kontakti ne izlaze iznjegove ravnine to je sluaj u

ostalim izvedbama)

J d t i t lj i i k


46/77


46Prozirnica br.

46

Jednostupni rastavljai visokog napona

Najmanju povrinu trebaju jednostupni rastavljai (s jednim izolatorom),ali je njihova izvedba kompliciranija

Pantografski rastavlja:

K i k ki t lj i


47/77


47Prozirnica br.

47

Konar visokonaponski rastavljai

Okretni rastavljaPantografski rastavlja

U ji kid j t j


48/77


48Prozirnica br.

48

Ureaji za prekidanje struje

Visoki i srednji napon:- Uinski osigurai

- Prekidai, sklopke

- Uinski rastavljai

Niski napon:

- Niskonaponski osigurai

- Sklopnici (motorske sklopke)

- Niskonaponski prekidai, niskonaponske sklopke

- Zatitne sklopke

Ui ki i i


49/77


49Prozirnica br.

49

Uinski osigurai (1)

Uinski osigurai za ograniavanje struje u mreama srednjeg napona (Un 35 kV)

Uinski osigurai


50/77


Uinski osiguraiIzvedba

Taljenje posebno dimenzioniranih vodia

(rastalnica) automatski prekida strujni krug

Redovito postoji jedna glavna rastalnica i nekoliko

pomonih vie temperature taljenja koje se tale tek

nakon to se rastali glavna

Sastoji se od porculanske cijevi (ili cijevi od

vatrostalnog stakla) ispunjene kremenimpijeskom koja na krajevima ima dvije metalne

kape koje ostvaruju elektriki spoj s postoljem

Izmeu metalnih kapa nalazi se nekoliko tankih

srebrenih vodia na posebnim draima

Kada doe do prekida rastalnica oslobaa se

opruga i udarna igla to je znak da je osigurapregorio

Uinski osigurai


51/77


Uinski osigurai (2)

Zahtjevi na uinske osigurae:- Velika prekidna mo

- Brzo prekidanje struja kratkog spoja

- Precizna vremensko-strujna karakteristika u sluaju manjih preoptereenja

- Mogunost proputanja velikih trenutnih preoptereenja

- Prekidanje struja bez stvaranja opasnih prenapona

Usporedba s prekidaima:

- Zbog jednostavne izvedbe, prema tome i nie cijene od prekidaa, onijo uvijek imaju

iroku primjenu u zatiti nadzemnih vodova i kabela, postrojenja i motora

- Nedostaci u odnosu na prekidae:

- Neekonominost (oko 90% preoptereenja su prolaznog karaktera)- Problem kod zatite trofaznih motora (npr. prekidanje K1)

- Potreba za dodatnih sklopnim aparatom za isklapanje i uklapanje strujnog kruga u normalnim

pogonskim prilikama

Uinski osigurai


52/77


Uinski osiguraiNain rada

Uslijed prolaska struje kroz rastalnice osiguraa razvije se toplina:dio zagrijava vodie (prvi pribrojnik), a dio odlazi u okolinu (drugi)

= gdje je:

- m =masa rastalnice = (kg)- = gustoa rastalnice (kg/m3)- d= promjer rastalnice (pretpostavka je da se radi o okruglom vodiu)

- l= duljina rastalnice

- A = povrina vodia kroz koju se toplina predaje u okolinu = - c= specifina toplina vodia (Ws/kgC)

-

= koeficijent prijelaza topline (Ws/m2

C)- = temperatura rastalnice (C)- R= djelatni otporvodia () = 1 - = specifini otporvodia pri 0C ( m/mm2)- = temperaturni koeficijent (1/C)

Uinski osigurai


53/77


Uinski osigurai (7)

Ovisnost struje taljenja VN uinskih

osiguraa, it, o efektivnoj vrijednosti

izmjenine komponente struje

kratkog spoja, Ik, za razliite

nazivne struje osiguraa,In

Na primjer:

- In=40 A

- Ik=20 kA

Onda je:it

7kA

Prekidanje struje u osigurau


54/77


Prekidanje struje u osigurau (1)

S poveanjem otpora smanjuje se struja kroz

osigura od poetne vrijednosti struje taljenja (it)

na nulu i to u veini sluajeva prije nego bi strujakratkog spoja postigla vrijednost nula

Radi induktiviteta mree inducira se napon na

osigurau, v, koji se superponira na napon izvora,

vg:

= Kako je Ldi/dt< 0, onda je v>vg

Radi naglog opadanja struje pojaviti e se znatno

povienje napona

1.sluaj: vrlo velika gustoa struje kroz rastalnicu (>10000 A/mm2)- Rastalnica e se trenutno rastaliti po itavoj duljini i naglo ispariti, to znai da e se njezin

otpor naglo poveati do neizmjerno velike vrijednosti kada je sva ica isparena

Prekidanje struje u osigurau


55/77


Prekidanje struje u osigurau (2)

2.sluaj: 1000 A/mm

2


56/77


Izbor osiguraa (1)

Prema nazivnom naponu mree (osigurai opisane izvedbeizrauju se za Un 35 kV)

Prema nazivnoj struji (bitna su dva aspekta):

- Nazivna struja osiguraa mora biti vea od maksimalne

struje koja se moe pojaviti u normalnom pogonu

- Zatita transformatora, kondenzatorskih baterija: prema nazivnoj strujitransformatora, ali tako da nazivna struja osiguraa bude priblino dvaputa vea od nazivne struja transformatora kako bi se sprijeilopregaranje osiguraa pri uklapanju transformatora

- Vremensko-strujna karakteristika osiguraa mora u vremenu zaleta motora

(3-60 s) biti dovoljno iznad vrijednosti struje pokretanja motora (2.5-8 In)

(faktor sigurnosti iznosi priblino esti korijen broja zaleta motora na sat)

- Zatita naponskih mjernih transformatora: koriste najmanje nazivne struja

(2, 6 A)

- Selektivnost zatite: vanaje vremensko-strujna

karakteristika koja daje ovisnost vremena taljenja osiguraa

o veliini struje kroz osigura

Izbor osiguraa (2)


57/77


Izbor osiguraa (2)

Prema rasklopnoj snazi = 3 - Ikje efektivna vrijednost izmjenine komponente struja kratkog spoja koja bi strujnim

krugom protekla da nema osiguraa

- Upje povratni napona koji se javlja na stezaljkama osiguraa neposredno nakon gaenja

luka u osigurau

Prekidai


58/77


Prekidai

Osim toga to moe sklapati i voditi struje u

normalnom pogonu, moe uklapati i

prekidati struje kratkog spoja.

U odreenim situacijama od prekidaa se

zahtjeva da izdre:

- Automatsko ponovno uklapanje (APU, vanou sluaju prolaznih kvarova).

- Sklapanje neoptereenih vodova.

- Isklapanje neoptereenih transformatora.

- Sklapanje prigunica, visokonaponskihasinkronih motora, kondenzatorskih baterija.

- Sklapanje bliskog kratkog spoja kod kojihse javljaju velika naponska naprezanja (tzv.povratni napon na stezaljkama prekidaa), pa

se moe dogoditi da prekida ne prekine struju

unato tome to je njezina vrijednost 10 - 100

puta manja od rasklopne struje prekidaa.

Prekida je ureaj za otvaranje/zatvaranje strujnog kruga.On je idealan vodi u zatvorenom poloaju, te idealan izolator u otvorenom poloaju.

Prekidai


59/77


Prekidai

Prekidai


60/77


Gaenje luka (1)

U veini sklopnih aparata koji se danas koriste prekidanje struja postie semehanikim razdvajanjem kontakata, pri emu se redovito javlja elektriki luk.

U trenutku razdvajanja kontakata zagriju se metalni kontakti pa dolazi do njihova

taljenja i isparavanja zbog ega meukontaktni prostor postaje vodljiv, a struja

nastavlja protjecati bez obzira to su se kontakti razdvojili.

Vodljivost meu kontaktima raste i uslijed termoionizacije to je posljedicavisokih temperatura. Molekule plina u meukontaktnom prostoru raspadaju se na

ione i elektrone.

Napon koji vlada meu kontaktima tjera struju kroz vodljivi stupac u kojem se zbog

elektrinog polja elektroni velikom brzinom kreu prema anodi, a ioni prema

katodi. U prostoru luka mogu se pojaviti i novi nosioci naboja radi sudara estica, udarna

ionizacija, i radi termike emisije elektrona iz uarene katode zbog djelovanja

elektrinog polja.

Prekidai


61/77


Gaenje luka (2)

U izmjeninim strujnim krugovima pojava elektrinog luka je pozitivna jer sprjeava nagloprekidanje struje, a time i pojavu velikih prenapona u mrei. Struja na taj nain prirodno

prelazi kroz nulu. Kada struja postigne vrijednost nula, elektrini luk se gasi i potrebnoje osigurati da se ponovno ne upali. Naime, bez obzira to je pojava elektrinog lukapozitivna glede prenapona, gorenjem luka razvija se velika toplinska energija koja moe

uzrokovati velika termika i mehanika naprezanja:

- nagaranje ili izgaranje kontakata,

- oteenje izolacije,

- povienje unutarnjeg tlaka uslijed razgraivanja ulja i zagrijavanja plina (moe dovesti do eksplozije

prekidaa).

Stogaje nakon gaenja elektrinog luka prirodnim prolaskom struje kroz nulu potrebno

osigurati da elektrina vrstoa meukontaktnog prostora bude dovoljno velika da ne doe

do ponovnog paljenja luka. Ako to nije postignuto, luk se ponovno pali sve do narednog

prolaska struja kroz nulu.

U istosmjernim strujnim krugovima struja sama po sebi ne prolazi kroz nulu pa je za

uspjeno gaenje elektrinog luka struju potrebno prisilno natjerati da proe kroz nulu(npr. poveanjem otpora luka), odnosno da se smanji na iznos potreban za odravanje

stabilnog luka.

Prekidai


62/77


Gaenje luka (3)

Za uspjeno gaenje elektrinog luka potrebno je poveati otpor luka, odnosno naponaluka tako da on postane vei od napona mree. U tom je sluaj toplinska energija koju izvor

predaje luku manja od energije hlaenja koja se iz luka predaje okolini pa se luk brzo gasi.

Opadanjem temperature jezgre luka dalje se poveava njegov napon, odnosno otpor, jer

opada ionizacija meukontaktnog prostora.

Osim temperature, na otpor luka utjee i tlak meukontaktnog prostora. Poveanjem tlakamedija u kojem gori luk poveava se pad napona i otpor luka.

Medij u meukontaktnom prostoru isto utjee na pad napona te otpor luka. Najvei relativni

pad napona po jedinici duljine luka ima vodik pa se stoga kao medij u prekidaima

koriste onaj koji ima velik udio vodika.

Stoga se u prekidaima otpor luka poveava na slijedee naine:- Poveanje duljine luka

- Smanjenje presjeka luka

- Hlaenje luka

- Razbijanje luka na vie dijelova


63/77

Brza uspostava dielektrine vrstoe


64/77


Brza uspostava dielektrine vrstoe

Deionizacija plazme- Rekombinacija (SF6 prekidai)

- Difuzija (vakumski prekidai)

- Veliki slobodni put elektrona (uljni, malouljni, hidromatski prekidai)

- Hlaenje (odvoenje topline iz plazme konvekcijom ili kondukcijom)

- Komprimiranim zrakom (pneumatski prekidai)

- Poprene metalne ploe (prekida deion)

- Uzdune keramike ploe (prekidai s uskim rasporima)

- Atmosferski zrak (zrane sklopke)

Zamjena plazme svjeim medijem velike dielektrine vrstoe (istiskivanje

ioniziranih estica hladnim medijem)- Vodik iz tekuine (uljni, malouljni, hidromatski prekidai)

- Vodik iz vrste tvari (plinotvorni prekidai)

- Komprimirani zrak (pneumatski prekidai)

Izvedbe aparata za prekidanje strujnog kruga


65/77


Zrane sklopke

Jednostavno otvaranje kontakata u zraku pri emu se elektrini

luk rastee na tako veliku duljinu koja onemoguava njegovoponovno paljenje

Luk gori u atmosferi, produljuje se i mijenja svoj poloaj radi

djelovanja magnetskog polja koji se stvara oko njega i uzgona

toplog zraka

Upotrebljava se za prekidanje struja praznog hoda

transformatora i isklapanje neoptereenih vodova

Nedostaci zraka mala dielektrina vrstoa i mala toplinska

vodljivosti (sporo se deionizira meukontakni prostor)

Ne koriste se na visokom naponu (velike dimenzije komora za

gaenje luka zbog loih izolacijskih svojstava zraka)

Na srednjim naponu se koriste na naponima 6 35 kV.

Ponovno paljenje luka sprjeava se hlaenjem (opasan je

toplinski proboj zbog spore deionizacije meukontaktnog

prostora)

Gaenje luka pri atmosferskom zraku postie se:

- Poveanjem duljine i smanjenjem presjeka luka

- Hlaenjem luka

- Razbijanjem luka na vie parcijalnih dijelova


66/77

Izvedbe prekidaaHid ki kid i


67/77


Hidromatski prekidai

To su u principu malouljni prekidai selastinom komorom u kojima je medij za

gaenje luka voda umjesto ulja

U vodu se obino dodaje glikol (da se ne

zaledi) hidrin Hidrin nadomjeta ulje kao sredstvo za

gaenje luka, ali ga ne moe zamijeniti kao

dielektrik.

Zato hidromatski prekidai moraju u seriji s

lunom komorom imati poseban rastavni

no (slika), koji se otvara odmah nakon

gaenja luka

Zbog relativno loih izolacionih svojstava

vode ova se tehnika naputa

Izvode se za napone do 60 kV


68/77

Izvedbe prekidaaSF kid i


69/77


SF6 prekidai (1)

Karakteristike SF6 (sumpor heksafluorid) plina

- Velika gustoa razlog je velike dielektrine vrstoe

- Zbog velike elektronegativnosti plina, poetni slobodni elektroni koji nastaju termoionizacijom veu

se za neutralne molekule koje se zbog velike gustoe plina ne mogu dovoljno ubrzati za daljnju

ionizaciju (loa udarna ionizacija)

- Elektronegativnost doprinosi i dielektrinoj vrstoi i brzoj deionizaciji meukontaktnogprostora - SF6je elektronegativan plin to znai da pokazuje sklonost k elektronima. Zbog toga s

opadanjem temperature atomi fluora veu slobodne elektrone, te nastaju teko pokretljivi ioni, avodljivost plazme opada, Ti se atomi fluora s daljnjim padom temperature rekombiniraju sa sumporom u

molekule plina SF6 tako da sa iezavanjem luka vodljivost plazme u meukontaktnom prostoru postaje

jako mala (dielektrik)

- Dobra toplinska vodljvost - SF6 pokazuje dobru toplinsku vodljivost i kod malih struja (temperatura)

stoga se i kod malih struja plazma intenzivno hladi te joj naglo opada vodljivost (brzo se deionizira)

Nakon 2 s od gaenja luka koncentracija nosioca naboja je oko 200 puta manja

SF6 se nakon isklapanja prekidaa ne isputa u okolinu

Prvi SF6 prekida proizveden je 1955. godine (Westinghouse) za 110 kV



70/77


SF6 prekidai (2)

SF6 prekida za napone 220 - 400 kV (KONAR)s dvije horizontalno postavljene prekidne komore po polu:

- 1 - dvije prekidne komore s paralelno prikljuenim VNkondenzatorima (2) koji osiguravaju jednoliku raspodjelu

povratnog napona po prekidnom mjestu

- 3 - grafitne sapnice na cijevima nepominih kontakata

- 4 - pomini kontakt

- 5 - filterski materijal koji apsorbira produkte raspadanja plina SF6te odstranjuje vlagu

- 8 - prekidna komora i potporni izolatori koji ine jedan zatvoren

plinski prostor koji je zatien od porasta tlaka iznad doputene

vrijednosti odgovarajuom sigurnosnom membranom koja se

ugrauje u poklopac

- 9 - porculanski rebrasti potporni izolator

Zbog dobrih dielektrinih svojstava radi tlak im je manji nego kod pneumatskih prekidaa.

Izvedba:

- Jednotlani autokompresijski (0,3-0,6 MPa)

- Dvotlani (samo u USA za najvie napone)



71/77


SF6 prekidai (3)

Dvokomorni prekida 400 kV Jednokomorni prekida 245 kV


72/77

Izvedbe prekidaaVakuumski prekidai ( )


73/77


Vakuumski prekidai (2)

Ovisno o veliini prekidne struje oblik luka je:

- do 10 kA difuzni,

- iznad 10 kA koncentrirani.

Koncentrirani luk je nepovoljan jer zagrijava anodu pa se onda specijalnom izvedbom kontakata

i uporabom magnetskog polja postie rotacija luka po itavoj povrini anode zbog ega ona

ostaje relativno hladna i luk se gasi s prvim prolaskom struje kroz nulu.

Za sada se vakuumski prekidai koriste samo na SN (u SN sklopnim blokovima, u postrojenjima

smjetenim u eksplozivnim i zapaljivim sredinama, za sklapanje kapacitivnih i induktivnih tereta,

u postrojenjima elektrine vue, te u tropskim i hladnim klimatskim uvjetima).

Vakuumski prekidai

kompaktne izvedbe

Presjek komore

s kontaktima

Izbor prekidaa


74/77


p

Izborprekidaa izvodi se prema:

- Nazivnom naponu, Un

- Nazivnoj struji, In

- Rasklopnoj struji, Ir

420 kV

245 kV

123 kV

Rastavne sklopke(Uinski rastavljai) (1)


75/77


Uinski rastavljai (rastavne sklopke) su prema izvedbi (vidljivost kontakata)

rastavljai, a prema djelovanju (s obzirom da mogu sklapati struje) prekidai,vrlo ograniene rasklopne moi

Oni u otvorenom poloaju ostvaruju rastavni razmak kao i rastavljai.

Oni mogu kratko vrijeme voditi i struje kratkog spoja, ali ih ne mogu prekidati

Mogu se podijeliti (prema uporabi) na sljedee grupe:

- Uinski rastavljai za opu uporabu - koriste se u razdjelnim i prijenosnim mreama (gdje

je cos > 0,7) koje mogu sklapati struje manje ili jednakeIn, te struje magnetiziranjaneoptereenih transformatora, vodova i kabela.

- Uinski rastavljai za ogranienu uporabu - pogodni samo za neku od prethodno

navedenih primjena (npr. sklapanje neoptereenih transformatora)

- Uinski rastavljai za posebnu namjenu - slue za sklapanje kondenzatorskih baterija,

visokonaponskih asinkronih motora i prigunica

(Uinski rastavljai) (1)


76/77

Rastavne sklopke(Uinski rastavljai) (3)


77/77

(Uinski rastavljai) (3)

Rastavna sklopka za vanjsku montau:- Tip RME

- Nazivni napon do 20 kV

- Nazivna struja do 630 A

Documents

Glavni elementi postrojenja