SVEUČILIŠTE U SPLITUODJEL ZA STRUČNE STUDIJE

STUDIJ ELEKTROTEHNIKE

PRIJENOSNE MREŽE- PREDAVANJA –

Split, ožujak 2009.

SADRŽAJ

1. UVOD U PRIJENOSNE MREŽE KAO DIO EES-A........................................................5

1.1. OSVRT U POVIJEST ELEKTRIČNOG PRIJENOSA SNAGE....................................5-7

1.2. OPĆENITO O MREŽAMA PRIJENOSNIH VODOVA U RH....................................8-10

1.3. OSNOVNE ZAKONSKE ZNAČAJKE.......................................................................11-12

1.4. PRIJENOSNE MREŽE KAO KARAKTERISTIČNI PODSUSTAV EES-A.............13-14

1.5. PROJEKTIRANJE ELEKTROENERGETSKIH MREŽA...............................................15

1.6. OSNOVNI PRINCIPI KOJI MORAJU BITI ZADOVOLJENI U RADU EES-A...........16

1.6.1. POUZDANOST I SIGURNOST OPSKRBE ELEKTRIČNE ENERGIJE....................16

1.6.2. KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE.....................................................................16

1.6.3. OTKRIVANJE I IZOLIRANJE KVAROVA.................................................................17

1.6.4. EKONOMIČNOST RADA............................................................................................17

2. ELEMENTI PRIJENOSNIH MREŽA.................................................................................18

2.1. VODOVI............................................................................................................................18

2.1.1 NADZEMNI (ZRAČNI) VODOVI............................................................................18-19

2.1.1.1. VODIČI I ZAŠTITNA UŽAD...............................................................................19-21

2.1.1.2. IZOLATORI...........................................................................................................22-24

2.1.1.3. PRIBOR..................................................................................................................25-27

2.1.1.4. STUPOVI...............................................................................................................28-32

2.1.1.5. TEMELJI.....................................................................................................................33

2.1.1.6. UZEMLJENJE........................................................................................................34-35

2.1.1.7. PROJEKTIRANJE NADZEMNIH VODOVA...........................................................36

2.1.1.8. POGONSKA PROBLEMATIKA NADZEMNOG VODA........................................36

2.2.2. ELEKTROENERGETSKI KABELI..............................................................................37

2.2.2.1. KONSTRUKTIVNI ELEMENTI KABELA.........................................................37-40

2.2.2.2. KRITERIJI ZA IZBOR KABELA..............................................................................41

2.2.2.3. GUBITCI U KABELU, ZAGRIJAVANJE, HLAĐENJE.....................................41-43

2.2.2.4. NISKONAPONSKI (NN) I SREDNJENAPONSKI (SN) KABELI.....................44-45

2.2.2.5. VISOKONAPONSKI (VN) KABELI....................................................................46-48

2.2.2.6. VISOKONAPONSKI KABELSKI PRIBOR........................................................49-50

2.2.2.7. PODZEMNI I PODMORSKI KABELI.................................................................51-52

2.2.2.8. OZNAČAVANJE ENERGETSKIH VODIČA I KABELA..................................53-55

2

2.3. TRANSFORMATORI.......................................................................................................56

2.3.1. OSNOVNI TEHNIČKI PODACI..............................................................................56-58

2.3.2. TRANSFORMATORI U PRIJENOSNOJ MREŽI...................................................59-60

2.4. GENERATORI.............................................................................................................61-64

3. MODELIRANJE ELEMENATA PRIJENOSNE MREŽE..................................................65

3.1. SUSTAV SIMETRIČNIH KOMPONENTI.................................................................65-67

3.2. MODELIRANJE VODOVA.............................................................................................68

3.2.1. KARAKTERISTIČNE VELIČINE VODA...................................................................69

3.2.2. IMPEDANCIJA VODA DIREKTNOG I INVERZNOG REDOSLJEDA...................70

3.2.3. NULTA IMPEDANCIJA NADZEMNOG VODA SA ZAŠTITNIM UŽETOM....71-72

3.2.4. KAPACITETI VODA DIREKTNOG/INVERZNOG REDOSLJEDA.........................73

3.2.5. KAPACITETI VODA NULTOG REDOSLJEDA...................................................74-76

3.3. MODELIRANJE TRANSFORMATORA........................................................................76

3.3.1. IMPEDANCIJE DIREKTNOG I INVERZNOG REDOSLJEDA TRONAMOTNIH TRANSFORMATORA.............................................................................................76-82

3.3.2. IMPEDANCIJE NULTOG REDOSLJEDA TRANSFORMATORA......................83-85

3.4. MODELIRANJE GENERATORA..............................................................................86-87

3.5. SASTAVLJANJE NADOMJESNIH SHEMA.................................................................88

3.5.1. UVOD.............................................................................................................................88

3.5.2. STVARNE MREŽE........................................................................................................88

3.5.3. OSNOVNE MREŽE.......................................................................................................89

3.5.4. NADOMJESNE SHEME MREŽE.................................................................................89

4. KRATKI SPOJEVI U MREŽI.............................................................................................90

4.1. UZROCI I POSLJEDICE KRATKOG SPOJA............................................................90-91

4.2. TRETMAN ZVJEZDIŠTA TROFAZNE MREŽE......................................................92-94

4.3. MOGUĆI SLUČAJEVI KRATKOG SPOJA....................................................................95

4.4. PRORAČUN KRATKOG SPOJA METODOM SUPSTITUCIJE..............................95-97

4.5. TROPOLNI KRATKI SPOJ (K3)..............................................................................98-100

4.6. DVOPOLNI KRATKI SPOJ (K2)...........................................................................101-102

4.7. JEDNOPOLNI KRATKI SPOJ (K1).......................................................................103-104

4.8. ZEMLJOSPOJ.................................................................................................................105

4.8.1 DOZEMNI SPOJ JEDNE FAZE SA ZEMLJOM..................................................106-107

4.8.2. MREŽA UZEMLJENA PREKO PETERSENKE.................................................108-110

3

5. TEORIJA PRIJENOSA...................................................................................................111

5.1. KARAKTERISTIČNE VELIČINE VODA.............................................................111-112

5.2. PRIJENOSNE JEDNADŽBE...................................................................................113-114

5.3. PRILIKE NA IDEALNOM VODU.................................................................................115

5.4. PRAZNI HOD..........................................................................................................116-117

5.5. PRIRODNA SNAGA...............................................................................................118-119

5.6. KARAKTERISTIČNA POGONSKA STANJA......................................................120-123

6. TOKOVI SNAGA I NAPONSKE PRILIKE U MREŽI....................................................124

6.1. UVOD..............................................................................................................................124

6.2. MATEMATIČKI MODEL ZA PRORAČUN TOKOVA SNAGA.........................124-128

6.3. GAUSS-OV ITERATIVNI POSTUPAK.................................................................129-130

6.4. GAUSS-SEIDELOV ITERATIVNI POSTUPAK..........................................................130

6.5. MREŽNI SIMULATORI.................................................................................................131

6.5.1.UVOD............................................................................................................................131

6.5.2. NUMERIČKI (DIGITALNI) SIMULATORI..............................................................131

6.5.3. OPIS NEKIH NUMERIČKIH SIMULATORA...................................................132-133

7. STATIČKA STABILNOST............................................................................................134

7.1. GRANIČNA SNAGA PRIJENOSA........................................................................134-136

7.2. ODREĐIVANJE MAX. SNAGE STATIČKOG PRIJENOSA...............................136-138

7.3. METODA EDITH-CLARK.....................................................................................139-140

8. DINAMIČKA STABILNOST.....................................................................................141-143

4

1. UVOD U PRIJENOSNE MREŽE KAO DIO EES-A

1.1. OSVRT U POVIJEST ELEKTRIČNOG PRIJENOSA SNAGE

1831. Engleski istraživač Michael Faraday otkriva zakon elektromagnetske indukcije koji govori da se pri kretanju vodiča u magnetskom polju inducira struja i tako mehanički rad pretvara u električnu energiju

1878. Gramme, Jabločkov i Thomson 1879. godine izumili su generator izmjenične struje

1882. Francuski inženjeri Lucien Gaulard i John Dixon Gibbs osmišljavaju transformator koji je bio ključni element u prijenosu i distribuciji električne energije, odnosno 1884 god. Blathy, Deri i Zipernovski

1883. Tesla u Strasbourgu konstruira i 10. srpnja demonstrira dvofazni asinhroni motor

Teslin izum asinhronog indukcijskog elektromotora, izum transformatora i Teslina zamisao električnog prijenosa snage (energije) višefaznim sustavom, osigurava ključni povjesni događaj: pobjedu sustava izmjenične struje nad istosmjernom strujom – za proizvodnju, prijenos, distribuciju i masovnu uporabu električne energije.

U to doba izvori mehaničke snage (snaga vode, vjetra pa i snaga tada primjenjivih parnih strojeva) morale su se iskorištavati na samom mjestu nastanka ili na nevelikoj udaljenosti od mjesta nastanka.

Za prijenos električne energije od iznimnog je značenja Teslina zamisao o električnom prijenosu snage na daljinu izmjeničnom strujom, patentirana 1888. godine.Ta Teslina zamisao se bazirala na okretnom magnetnom polju (koje rotira u generatoru pogonjeno mehaničkim zakretnim momentom) čime dolazi do induciranja napona u namotima generatora te prijenosa izmjeničnom trofaznom strujom na daljinu do drugog kraja voda na kojem se čitava priča invertira, te trofazna struja u namotima indukcijskog motora opet stvara okretno magnetsko polje koje vrti rotor tog motora i predaje zakretni moment mehaničkom opterećenju na osovini motora.Ako se na početak i kraj tog prijenosa izmjeničnom strujom stave transformatori, koji osiguravaju da napon prijenosa ima povoljnu vrijednost, može se svladati povoljna udaljenost prijenosa uz ne prevelike gubitke.Sve je ostvareno elektromagnetskom pretvorbom: u generatoru, u transformatoru i u motoru. K tome, uprkos vremenskom pulsiranju snage svake pojedine faze trofaznog sustava, trofazni zbroj snaga vremenski je konstantan. Time su vremenski konstantni – kako predaja mehaničke snage motorom na kraju – tako i mehaničko opterećenje turbine na početku prijenosa snage.

5

Ukupna, momentalna trofazna snaga jednaka je zbroju tri fazne snage i ona iznosi:

p = pA+ pB + pC = 3·V·I ·cos f (t)

To je vrlo bitno, ključno svojstvo trofaznih simetričnih sustava: momentalna trofazna snaga u svakom je trenutku ista, nije uopće funkcija vremena! Riječ je o tzv. uravnoteženom sustavu.

Ta je snaga upravo jednaka djelatnoj snazi trofaznog sustava, jer uvrštavanjem:

U = √3 ·V

u predhodni izraz proizilazi:

p = √3 ·U·I· cos = P

što je poznati izraz za trofaznu djelatnu snagu simetričnog sustava.

Dakle, trofazno opterećenje generatora vremenski je stalno; isto takvo je i trofazno električno opterećenje motora, ako je , naravno, mehaničko opterećenje na njegovoj osovini ravnomjerno.No kako ostvariti povoljnu duljinu trofaznog prijenosa uz nevelike gubitke pri tome?Pomažu transformatori na prijemnoj i predajnoj strani takva prijenosa. Na prijemnu stranu stavlja se ulazni transformator, koji generatorski napon (danas reda 10-tak do 20-tak kV) transformira na povoljno visok napon, a na predajnu se stranu stavlja silazni transformator, koji taj visoki napon transformira na napon pogodan za uporabu (niski napon, danas uobičajeno 400 V). U stvarnosti, današnji elektroenergetski sustavi funkcioniraju uz više ulazno-silaznih naponskih stepenica.

1891. godine Nijemac Oskar von Miller prvi je ostvario trofazni prijenos Lauffen – Frankfurt na kojem se uz napon 15 kV prenosila snaga 150 kW (200 KS) na daljinu od 175 kilometara.

1892. godine izrađena je prva termoelektrana u Rijeci s tri jednofazna izmjenična generatora 120 kVA, 2000 V na pogon parnim strojevima

1895. godine proradila je prva hidroelektrana Krka u Šibeniku s dvofaznim generatorom 320 kVA, 3000 V, 42 Hz

1896. Westinghouse je materijalizirao Teslina poimanja izmjeničnog električnog trofaznog prijenosa snage na daljinu od HE Niagara do Buffaloa uz trofazni napon 11 kV prenosila se snaga 7,5 MVA na daljinu od 32 kilometra.

6

1961. godine Prof. dr. Tomo Bosanac, projektirao je i vodio izgradnju u ono vrijeme najvećih hidrogeneratora snage (dva) 120 MVA za HE Zakučac (tada najveći generatori na svijetu)

Slika 1.1. Transport dijela statora hidrogeneratora 120 MVA za HE Split (danas HE Zakučac) koja je puštena u pogon 1961. godine

7

1.2. OPĆENITO O MREŽAMA PRIJENOSNIH VODOVA U REPUBLICI HRVATSKOJ

Počeci gradnje prijenosnog sustava u Hrvatskoj datiraju iz vremena između prvog i drugog svjetskog rata, a pravi početak razvoja dolazi tek u razdoblju obnove i poslijeratne izgradnje 1945 – 1955 godine.

Sve do pojave prvih vodova 220 kV sredinom 50-tih godina prošlog stoljeća, mreža 110 kV predstavljala je osnovu prijenosnog sustava Hrvatske. Izgradnja 220 kV, a kasnije i 400 kV vodova nije usporila razvoj 110 kV dijela, koji u nastaloj situaciji preuzima funkciju tzv.primarne distribucije, te time njegov daljnji razvoj još više dobiva na značenju.

U perspektivi je za očekivati, da će se ovakva uloga 110 kV mreže mijenjati. U većem dijelu 110 kV potrošačkih čvorišta je na 35 kV, pa ovaj naponski nivo preuzima daljnji distributivni razvod. Uz novi trend sve više favorizirane direktne transformacije 110/20 kV (a u prelaznoj fazi 110/10 kV) približiti će 110 kV napon još više distribuciji.

Elektroenergetski sustav za prijenos i distribuciju električne energije u Republici Hrvatskoj je razvrstan kako slijedi:

- prijenosni sustavi sa naponima 110 kV, 220 kV i 400 kV- srednjenaponski sustavi sa naponima 10 kV, 20 kV i 35 kV- niskonaponski sustavi 0,4/0,23 kV i- elektroenergetska postrojenja - rasklopišta i transformacije

Slika 1.2. Opći shematski prikaz elektroenergetskog sustava

8

Oblik i način prostorne povezanosti mreže nazivamo konfiguracija ili topologija mreže.Na slici 1.3. vidljivo je da hrvatsku prijenosnu mrežu odlikuje specifična konfiguracija mreže koja slijedi zemljopisni oblik države, vrlo dobra povezanost sa susjednim sustavima i najveći udjel elemenata naponske razine 110 kV u prijenosnoj mreži.

Slika 1.3. Prijenosna mreža Hrvatske

U tablici br.1 prikazani su osnovni podaci o elementima prijenosne mreže naponskih razina 400 kV, 220 kV i 110 kV u Republici Hrvatskoj (podaci za 2005. godinu).

Napon (kV) 400 220 110 UKUPNODuljina vodova

(km)1159 1233 4782 7174

Broj TS (kom)

5 6 101 112

Broj transformatora (kom)

12 16 158 186

Snaga transformacije(MVA)

4100 2270 4673 11043

Tablica 1. Podaci o prijenosnoj mreži u Republici Hrvatskoj (2005 god.)

9

U tablici br.2 prikazani su osnovni podaci elektroenergetske bilance za 2005. godinu.

Proizvodnja hidroelektrana 6.338,0Proizvodnja termoelektrana 7.956,8

Ukupna proizvodnja elektrana 14.344,8Uvoz 5.995,6

Ukupna dobava 20.340,4Ukupna potrošnja 16.706,9

Izvoz 3.633,5Konzum prijenosa 15.752,4Gubici prijenosa 560,4

Vršno opterećenje:(02.03.2005. u 20.00 sati)

2900 MW

Tablica 2. Elektroenergetska bilanca za 2005. godinu (GWh)

U pogledu podataka iz elektroenergetske bilance vidljiv je iznos ukupnog konzuma prijenosa od 15.752,4 GWh, iznos gubitaka od 560,4 GWh (3,44%) usporediv s europskim prijenosnim sustavima, te povoljan odnos ukupno instalirane transformacije i vršnog opterećenja sustava (3,8).

10

1.3. OSNOVNE ZAKONSKE ZNAČAJKE

Prema Zakonu o elektroprivredi elektroprivrednu djelatnost djelimo na:- proizvodnju električne energije- prijenos električne energije- upravljanje (vođenje) elektroenergetskog sustava- distribuciju električne energije.

Slika 1.4. Elektroenergetski sustav

Regulacija rada EES-a podrazumjeva zakonodavni okvir na osnovu kojeg su uređeni odnosi u elektroenergetskom sustavu.

Planiranje, vođenje i upravljanje za proizvodnju, prijenosnu i distributivnu mrežu vrši se jednim dijelom odvojeno za svaki od navedenih segmenata, a jednim dijelom koordinirano između pojedinih segmenata EES-a. Koordinaciju rada između proizvodnje, prijenosa i distribucije (potrošnje) električne energije vrše nacionalni i regionalni dispečerski centri.

Upravljanje elektroenergetskim sustavom čine objekti (postrojenja i vodovi) koji omogućuju daljinsko upravljanje tokovima energije u EES-u, upravljanje proizvodnjom, prijenosom, distribucijom, postrojenjima i trošilima potrošača, razmjenu energije i optimiranje proizvodnje.

Proizvodnju čine elektrane koje proizvode električnu energiju i isporučuju je EES-u.

Prijenos čine objekti (postrojenja i vodovi) kojima se ostvaruje povezanost proizvodnje i distribucije.

Distribuciju čine objekti (postrojenja i vodovi) kojima se razvodi električna energija potrošačima.

11

Potrošači električne energije su svi korisnici električne energije koji preuzimaju električnu energiju iz elektroenergetskog sustava.

Potrošači u elektroenergetskom sustavu mogu biti:- velepotrošači priključeni direktno na prijenosnu mrežu- industrijski potrošači, uslužne ustanove i ostali veći potrošači priključeni na

srednjenaponsku mrežu (10, 20, 35 kV)- niskonaponski potrošači (kućanstva, obrti, usluge, rasvjeta itd.)

Potrošači se razlikuju prema:- načina priključka na mrežu- tarifama (ugovorima) po kojima plaćaju energiju (radnu i jalovu), te snagu

12

1.4. PRIJENOSNE MREŽE KAO KARAKTERISTIČAN PODSUSTAV EES-A

Osnovna uloga EES-a odnosno rasklopnih postrojenja, prijenosnih i razdjelnih mreža je da u svakom trenutku osigura dovoljnu dobavu kvalitetne električne energije od izvora do potrošača. Vratimo li se na sliku br.1.2 (opći shematski prikaz EES-a) vidimo da EES-v čine:električna centrala (generator u blok spoju s transformatorom), prijenosna mreža, rasklopno postrojenje (transformatorsko ili razdjelno postrojenje) i razdjelna mreža.

S obzirom na namjenu elektroenergetske mreže se mogu podijeliti na: prijenosne i razdjelne mreže.

Prijenosna mreža ima ulogu da poveže potrošačke centre s izvorima električne energije. Čine je vodovi koji međusobno povezuju čvorne točke na različitim geografskim prostranstvima i pri tome čine mreže zamkastog oblika. Dakle obično se radi o prijenosu veoma velikih snaga. Da bi se ove snage mogle prenijeti, mora se ići na veće naponske razine. Tako prijenosne mreže danas obuhvaćaju vodove 110, 220 i 400 kV. Vodovi najviših napona mogu se graditi s obzirom na prijenosnu mrežu kao vodovi koji čine kičmu sustava (slika 1.5.1) ili pak čine petlju ili prsten (slika 1.5.2)

Sl.1.5.1. Mreža u obliku kičme Sl.1.5.2. Mreža u obliku prstena

Slika 1.5. Prijenosna mreža najvišeg napona

Prednost prve izvedbe (mreža u obliku kičme) je u tome što je ekonomski prihvatljivija jer joj je manja dužina, a time je i manja cijena. S aspekta sigurnosti napajanja neprihvatljivija je zbog toga što se ispadom voda u sredini kičme, kičma raspada na dva dijela, a to otežava transport energije.Prstenasta mreža (slika 1.5.2.) ima veću pogonsku sigurnost jer je ispadom voda (dionice) prijenos energije može ostvariti s druge strane. Međutim, ona je nešto skuplja.

Zadatak razdjelnih mreža je da dopreme energiju od prijenosne mreže do potrošača. Ove mreže pokrivaju manja područja, prenose relativno manje snage, pa su zato nižeg napona.

13

Budući da ove dvije mreže imaju bitno različite konfiguracije i kostrukcije, njihova problematika nije ista. Između prijenosnih i razdjelnih mreža razlike su u lokaciji čvorova. Čvorovi prijenosnih mreža unaprijed su određeni po svojoj lokaciji dok kod razdjelne mreže područja s jednoličnom potrošnjom, ne mora unaprijed imati lokacije potrošačkih čvorova, npr., gdje će se nalaziti transformatorske stanice 10(20)/0,4 kV.

U praksi postoje razne konfiguracije razdjelnih niskonaponskih mreža (radijalna, prstenasta, zamkasta…), a osnovni kriterij prilikom proračuna ovih mreža je kriterij pada napona, jer se potrošaču mora osigurati nazivni napon ili pak napon blizak nazivnom.

Poznato je da su na mrežu priključeni izvori i potrošači električne energije. Prema tome postoji tok struje kroz elemente mreže od izvora ka potrošaču. Ova struja stvara pad napona na ovim elementima, pa ako je napon izvora jednak nazivnom naponu, potrošač ima napon koji je jednak nazivnom naponu umanjenom za pad napona na prijenosu.Dakle, potrošač ima manji napon od nazivnog, što znači da odstupa od optimalnog rada.Međutim, optimalni rad potrošača dopušta mala odstupanja napona od nazivne vrijednosti.Da bi se potrošaču osigurao napon što bliže nazivnoj vrijednosti, u mrežu se ugrađuju elementi koji imaju ulogu regulacije napona. Ti elementi su: regulacioni transformatori, kondenzatorske baterije, prigušnice, sinhroni kompenzatori itd. Ovim se elementima može osigurati nazivna vrijednost napona ili približno ta vrijednost.

Rasklopna postrojenja obzirom na namjenu djelimo na: razdjelna i transformatorska postrojenja.

Razdjelno postrojenje je čvorište vodova istog napona, a namjena mu je da osigura raspodjelu energije na priključne vodove.

Transformatorsko postrojenje je postrojenje čija je uloga transformiranje napona, što omogučuje povezivanje mreža različitih naponskih razina. Transformacija se napona može obaviti između dvije naponske razine (dvonamotni transformatori) ili između tri naponske razine (tronamotni transformatori).

Rasklopna postrojenja postoje i u elektranama, u kojima im je zadatak da proizvedenu energiju u generatorima raspodjeljuju na vodove koji povezuju elektranu s mrežom.

14

1.5. PROJEKTIRANJE ELEKTROENERGETSKIH MREŽA

U projektiranju i izvedbi elektroenergetskih mreža moraju se zadovoljiti osnovni zahtjevi na: ekonomsko-tehničku opravdanost, kvalitetu i utjecaj na okoliš.

Ekonomsko-tehnička opravdanost znači da mreža mora biti izvedena na način da u investiciji, eksploataciji i održavanju postigne maksimalnu opravdanost rješenja koje nude projektant i izvođač.

Kvaliteta opreme se osigurava ISO standardima, a kvaliteta isporučene energije uključuje sigurnost napajanja i promjene napona isključivo u propisanim (i ugovorenim) granicama.

Utjecaj na okoliš prvenstveno podrazumjevamo bezopasnost po okoliš, koja nije apsolutna jer povremeni proboji i preskoci mogu ugroziti kako žive organizme tako i druge uređaje te s tim u vezi izrađuju se posebne studije uklapanja dalekovoda u okoliš.

Kod projektiranja elektroenergetske mreže prave se detaljni izračuni, a moraju biti uključeni svi aspekti i rješenja a posebno:

1. Razlike i promjene napona u određenim točkama mreže. Zadatak je obično da se odredi presjek vodiča prema dopuštenoj razlici napona. Istodobno se može riješavati regulacija napona (primjerice na otcjepima transformatora) ako se izlazi iz dopuštenih okvira.2. Toplinsko opterećenje i zagrijavanje pojedinih vodova. Zadatak je da se provjeri dopuštena jakost struje kod najvećih opterećenja voda i njegovo zagrijavanje u okolišu u kojem se nalazi.3. Mehanička čvrstoća vodova. Zadatak je da se kontrolira opterećenje i naprezanje vodiča i svih mehaničkih dijelova u najnepovoljnijim uvjetima pogona i okoliša, te da se izbjegnu nedopuštena mehanička naprezanja, a također pomaci i promjene koje bi mogle ugroziti sigurnosne razmake i dopuštena opterećenja (vjetar, led, kidanje vodiča i dr.).4. Podnosivost struja kratkog spoja.5. Efikasnost uzemljenja.6. Zaštita od atmosferskih i sklopnih prenapona i dr.

Pored toga što valja izraditi navedene izračune i pridržavati se propisanih normi i standarda, treba kod projektiranja i pogona elektroenergetskih mreža ispunjavati i sve zakonske propise iz područja ove djelatnosti.

15

1.6. OSNOVNI PRINCIPI KOJI MORAJU BITI ZADOVOLJENI U RADU EES-A ODNOSNO PRIJENOSNIH MREŽA

1.6.1. POUZDANOST I SIGURNOST OPSKRBE ELEKTRIČNE ENERGIJE

Proizvodnja električne energije mora u svakom trenutku biti jednaka potrošnji, što se osigurava tzv. primarnom, sekundarnom i tercijarnom regulacijom snage, te rotirajućom i hladnom rezervom.

Prijenosna mreža kao poveznica elektrana i distribucijske mreže, treba biti tako izgrađena da kvar (ispad) bilo kojeg elementa mreže (vod, transformator, itd.) ne ometa normalno funkcioniranje prijenosne mreže, tj. da distributivna mreža to ne osjeti (tzv. kriterij N-1).U slučaju ovakve neraspoloživosti kvarovi i ispadi mogu imati za posljedicu prekid opskrbe električnom energijom gradova, regija, pa i djelimični, ili potpuni raspad sustava, a mogu izazvati i poremećaje pogona susjednih sustava.U postizanju ispravnog pogona i smanjivanju vjerovatnosti kvarova i ispada u prijenosnoj mreži glavnu ulogu ima pravodobno, kvalitetno i ekonomično održavanje elemenata prijenosne mreže.

U distributivnoj mreži ne može se osigurati potpuna pouzdanost s obzirom na radijalni karakter mreža, ali se nastoji osigurati da svaki kvar ostavlja bez napona što manje potrošača.

1.6.2. KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE

Električna energija koju operator prijenosnog sustava isporučuje kupcu, na sučelju (mjesto isporuke/preuzimanja) mora biti propisane kvalitete. Standardna razina kvalitete opskrbe iskazuje se pokazateljem kvalitete napona i pouzdanosti napajanja električnom energijom na obračunskom mjernom mjestu korisnika mreže.Na mjestu priključka korisnika mreže na prijenosnu mrežu operator mora osigurati slijedeće:

- nazivni naponi u prijenosnoj mreži su: 400 kV, 220 kV, 110 kV, a dopuštene granice odstupanja su: u mreži 400 kV: 400 –10%+5% = 360 – 420 kV u mreži 220 kV: 220 10% = 198 – 242 kV u mreži 110 kV: 110 10% = 99 – 121 kV- nazivna frekvencija: iznosi 50,00 Hz, a dopuštene su granice od 49,95 do 50,05 Hz

- valni oblik napona: vrijednost faktora ukupnog harmonijskog izobličenja napona (THD) uzrokovanog priključenjem korisnika na mjestu predaje/preuzimanja električne energije te može iznositi:

u mreži 400 kV i 220 kV : 1,5% u mreži 110 kV: 3%

- jačina flikera (brza promjena napona) u prijenosnoj mreži ne smije biti veća od: 0,8 za kratkotrajne flikere 0,6 za dugotrajne flikere

Operator standardnu razinu kvalitete napona na obračunskom mjernom mjestu mora dokazati mjerenjem, te u slučaju prekoračenja dopuštenih iznosa svojom krivnjom snosi novčanu kaznu.

16

1.6.3. OTKRIVANJE I IZOLIRANJE KVAROVA

Svaki element EES-a mora biti štićen odgovarajućim zaštitnim uređajima (relejima). Najčešći kvarovi koji se javljaju u pogonu elektroenergetskog sustava su: kratki spojevi koji su najčešći i najopasniji oblici kvara, prenaponi koji naprežu i ugrožavaju izolaciju uređaja i preopterećenja koja su praćena prevelikim strujama a ona su praćena previsokim temperaturama koje naprežu elemenate EES-a. Osnovni zahtjevi koji se postavljaju pred relejnu zaštitu su: selektivnost, brzina djelovanja, osjetljivost i sigurnost u radu.

Selektivnost je karakteristika zaštite da kod kvara automatski isključuje iz pogona samo onaj element sustava koji je u kvaru dok preostali sustav ostaje normalno u pogonu. Na taj način kvar uopće nema posljedica na normalno snadbjevanje potrošača ili zbog njega ostaje bez napona minimalni dio sustava.

Brzina djelovanja. Vrlo brzim isključenjem kratkog spoja smanjuje se ili potpuno izbjegava razaranje na mjestu kvara. Na primjer , brzim isključenjem dalekovoda na kojemu je došlo do kratkog spoja zbog preskoka na izolaciji izazvanog atmosferskim pražnjenjem električni luk se gasi i dalekovod se nakon ispada može ponovno staviti pod napon. U slučaju dužeg trajanja luka moglo bi doći do pucanja izolatorskog lanca ili pregaranja i pada na zemlju vodiča i s tim povezanog dugotrajnog ispada iz pogona i većih troškova za otklanjanje kvara.

Osjetljivost je vrlo važna karakteristika zaštitnih uređaja. Releji trebaju biti dovoljno osjetljivi da sa sigurnošću djeluju prilikom pojave kvara, a sa druge strane ne smiju biti tako osjetljivi da nepotrebno djeluju kod kvarova za koje nisu predviđeni ili zbog nekih vanjskih utjecaja.

Sigurnost u radu i pouzdanost djelovanja. Pošto zaštitni uređaji dugo vremena miruju, eventualni kvar na uređaju moguće je otkriti tek kad zaštita otkaže ili djeluje nepotrebno ili kod periodičkog ispitivanja. Zbog toga treba izabirati kvalitetne zaštitne uređaje i redovito (periodički) i kvalitetno ih održavati i ispitivati.

1.6.4. EKONOMIČNOST RADA

Pod ekonomičnošću rada EES-a podrazumjevamo:- optimizaciju troškova goriva i troškova nabave električne energije- kvalitetno održavanje postojeće opreme i uređaja EES-a- optimizaciju investicija u nove elektrane, prijenosnu i distributivnu mrežu koja mora

pratiti rast snage i potrošnje električne energije- tarifni sustav

17

2. ELEMENTI PRIJENOSNIH MREŽA

Glavni elementi prijenosnih mreža su:- vodovi - transformatori- generatori

2.1. VODOVI

Vodovi su dijelovi električne mreže koji se koriste za prijenos električne energije na određenu udaljenost odnosno povezuju postrojenja istog nazivnog napona u susjednim transformatorskim stanicama. Dijele se na:

- nadzemne (zračne) vodove- kabelske vodove

2.1.1. NADZEMNI (ZRAČNI) VODOVI

Nadzemni (zračni) vodovi su najzastupljeniji u prijenosu električne energije.Ove vodove zbog svoje duljine redovito zovemo i dalekovodima. Troškovi izgradnje nadzemnog voda redovito su niži od troškova izgradnje kabelskog voda jednakog napona i presjeka. Nedostatci su im izloženost klimatskim uvjetima (led, vjetar, grom) i slučajnim oštećenjima (letjelice, neovlaštene osobe i sl.), te neće naći primjenu tamo gdje se postavljaju posebni uvjeti za pogonsku sigurnost.

Razvrstavanje zračnih vodova može se provesti po više kriterija od koji su neki:- nazivni napon voda,- broj strujnih krugova voda,- materijal i konstrukcija vodiča,- materijal i konstrukcija stupova.

Nazivni napon voda je napon prema kojem je vod dimenzioniran, građen i nazvan.

Osnovni elementi zračnih vodova, poredani po redoslijedu izvođenja radova, su:- temelji s uzemljivačem,- stupovi s uzemljenjem,- izolatori s ovjesnim, spojnim i zaštitnim priborom,- vodiči i zaštitna užad.

Temelji prenose sile sa stupa na tlo i osiguravaju stabilnost voda kao građevinskog objekta.

Uzemljenje osigurava da naponi koraka i dodira ostanu u dopuštenim granicama kod bilo kakvih pogonskih stanja, a također je važno za pogonsku sigurnost voda.

Stupovi osiguravaju vodičima odgovarajuće sigurnosne razmake i visinu nad tlom. Dimenzioniraju se na osnovu mehaničkih opterećenja kao građevinski objekti.

18

Izolatori imaju ulogu da električki izoliraju vodiče od stupa i da ih drže u određenim položajima koji osiguravaju sigurnosne razmake. Opterećeni su mehanički i električki, a kod pojave luka i termički. Ovjesni pribor preuzima mehanička opterećenja povezivanja vodiča i izolatora sa stupom.Spojni pribor služi za osiguranje prolaza struje kod nastavljanja vodiča i opterećen je termički (Jouleova toplina) a nerijetko i mehanički. U zaštitni pribor možemo svrstati one dijelove voda koji se koriste za zaštitu od prevelikih vibracija, otklanjanje luka od vodiča i izolatora, oblikovanje električnog polja radi manjeg naprezanja izolatora i dr.

Vodiči su žice ili užeta koja služe za provođenje struje, dok zaštitno uže je uzemljena žica ili uže koje služi za zaštitu od atmosferskih pražnjenja.

2.1.1.1. VODIČI I ZAŠTITNA UŽAD

Vodiči i njihova zaštitna užad općenito rade pod teškim uvjetima jer su izloženi djelovanju klimatskih uvjeta (led, vjetar, ekstremne temperature) i lokalnim kemijskim onečišćenjima zraka. Uz dobru vodljivost, od njih se traže zahtjevna mehanička svojstva i kemijska površinska otpornost.

Materijali za izradu vodiča

Bakar (Cu) se odlikuje velikom mehaničkom čvrstoćom, povoljnom električnom vodljivošću, te otpornošću na kemijske i atmosferske utjecaje. Unatoč tome bakar se malo upotrebljava za gradnju vodova, dok je u nas zabranjena upotreba bakrene užadi.

Bronca (Bz) za nadzemne vodove je CU-legura sa 98% elektrolitskog bakra, a odlikuje se velikom zateznom čvrstoćom, zbog čega se upotrebljava na velikim rasponima i pri ukrštanjima s važnim objektima (premda je sve više potiskuju alučel-užad).

Aluminij (Al) čistoće barem 99,5% ima električnu vodljivost 62% vodljivosti bakra. Specifična težina aluminija je pretežno 1/3 težine bakra, tako da Al-vodiči teže 50% Cu-vodiča iste vodljivosti. Aluminij se odlikuje velikom otpornošću na atmosferske utjecaje, no ima malu mehaničku čvrstoću. Taj nedostatak se može izbjeći:

- legiranjem aluminijuma, pri čemu se dobija tzv.aldrej legura s 98,7% aluminija,- proizvodnjom kombinirane užadi s čeličnom jezgrom i Al-plaštom tzv. alučel-užad,

čija se mehanička čvrstoća može proizvoljno mjenjati promjenom odnosa presjeka čelika i aluminija. Uobičajeni omjer presjeka Al/Če užadi 6:1, 4:1 i 3:1. Treba pripaziti na označavanje alučel-užadi, gdje prvi broj znači presjek Al-plašta, a drugi presjek čelične jezgre. Na primjer, alučel-uže 185/32 mm2 ima nazivni presjek Al-plašta 185 mm2, a čelične jezgre 32 mm2.

Čelične (Če) žice i užad moraju se trajno i pouzdano zaštititi od korozije pocinčavanjem. Upotrebljavaju se uglavnom samo kao zaštitna užad.

19

Vodiči se redovito izvode u obliku užeta. Razlikuju se:- homogeno uže - kombinirano uže

Homogeno uže se izrađuje iz jednog materijala, najčešće bakra i danas se veoma rijetko koristi.Kombinirano uže se izrađuje iz dva materijala, najčešće aluminija i čelika. Njegov središnji dio je izrađen iz čelika koji užetu daje mehaničku čvrstoću (preuzima na sebe sile). Vanjski dio užeta je izrađen iz aluminija, koji služi za vođenje električne struje. Uže se sastoji od više dionih vodiča. Vodiči su u užetu spojeni na slijedeći način:

1 središnji vodič 6 vodiča u prvom sloju 12 vodiča u drugom sloju 18 vodiča u trečem sloju itd.

Slika 2.1. Vodiči u kombiniranom užetu

Izvedba užeta može se ostvariti:- postupkom upredanja- postupkom použavanja.

Kod postupka upredanja dioni vodiči se u svim slojevima omataju u istom smjeru.Kod postupka použavanja dioni vodiči se naizmjenice omataju u svakom sljedećem sloju u obrnutom (suprotnom) smjeru. Uže izrađeno použavanjem ima veću mehaničku čvrstoću od užeta izrađenog upredanjem. Stoga se užeta najčešće izrađuju postupkom použavanja.

Slika 2.2. Izrada užadi

20

Presjeci užeta su standardni (određeni su odgovarajućom normom). Šuplji vodiči primjenjuju se kod napona 220 kV i više radi smanjenja gubitaka korone.

Karakteristični primjeri za alučel užeta su:Al/Č 95/15 mm2 Al/Č 120/21 mm2 Al/Č 150/25 mm2 Al/Č 185/32 mm2

Slika 2.3. Presjeci vodiča

Zaštitno uže ima primarnu ulogu da zaštiti fazne vodiče od atmosferskog pražnjenja. Postavlja se u nosne stezaljke koje su učvršćene direktno na vrhu stupa. Kako je u pravilu uzemljeno preko stupa, ono pomaže u odvođenju struja jednopolnog kratkog spoja (Ik1), s uzemljivača pogođenog kvarom; zaštitno uže je, naime, uzemljeno na svakom stupu nadzemnog voda, te sudjeluje u formiranju pridruženog sustava uzemljenja.Izvodi se obično pomoću vodiča dobre vodljivosti kakav je alučej, ali u specijalnoj izvedbi s optičkim kabelom u čeličnoj jezgri.Optički kabeli omogućuju korištenje računalnog sustava za praćenje i upravljanje u EES. Još preostaje veliki broj telekomunikacijskih kanala za iznajmljivanje i oni značajno podižu komercialnu vrijednost voda kroz iskorištenje u drugom gospodarskom segmentu.

Vodiči se isporučuju u ograničenim dužinama i potrebno ih je nastavljati koristeći odgovarajuće spojnice. Po izvedbi su spojnice (kao i stezaljke) vijčane, zakovične zarezne ili kompresijske. Danas se pretežito koriste kompresijske spojnice radi kvalitete i pouzdanosti. Spojnice kraće izvedbe koriste se za popravak oštećenog vodiča. Za međusobno spajanje aluminijskih i bakrenih vodiča koriste se spojnice s priređenim kontaktnim spojevima aluminija i bakra. Pokazati ćemo kasnije da je najveće mehaničko opterećenje vodiča na mjestu spoja sa stezaljkama. Usto je zapažena pojava titranja vodiča pri malim brzinama vjetra zbog čega dolazi do odvijanja matica potpornja, mehaničkog kvara na izolacijskim lancima, pa čak i prekida vodiča usljed zamora materijala u stezaljci. Ovo se spriječava protutitrajnim stezaljkama ili prigušivačima. U nas se koriste prigušivači, koji se montiraju na vodič na određenim razmacima od stezaljke kako bi preuzeli najveći dio titrajnog opterećenja.

Treba spomenuti i pojavu njihanja vodiča s velikom amplitudom. Da se smanji amplituda njihanja izolatorskog lanca dopušteno je na njega montirati dodatni teret, ali tako da ne premaši ukupno dopušteno opterećenje.

U blizini letališta obvezno je na vodiče u rasponima dalekovoda postaviti propisane velike plastične lopte bijele i crvene boje.

21

2.1.1.2. IZOLATORI

Izolatori služe za nošenje i pričvršćenje vodiča, djelujući pri tome kao izolacioni elemenat između vodiča koji su pod naponom i dijelova stupa. Iz toga slijedi da se izolatori moraju tako dimenzionirati da zadovoljavaju u električnom i mehaničkom pogledu, te da su otporni na atmosferske utjecaje.Kao materijal za izolatore prvenstveno se upotrebljava glazirani porculan, pretežno u smeđoj, a rjeđe u bijeloj boji, kako bi se lakše uočili tragovi njegova pucanja. Alternativni materijal porculanu je kaljeno staklo koje se koristi za vodove visokog napona i to radi veće mehaničke čvrstoće i pogonske sigurnosti. Prednost ove vrste izolatora je i to što je oštećenje staklenog izolatora vidljivo i iz daleka odnosno sa zemlje.Prema načinu kako nose vodič dijele se na:

- potporne (zvonaste) izolatore- viseće (ovjesne ili lančaste) izolatore.

Potporni (zvonoliki) izolatori upotrebljavaju se za vodove napona do 35 kV (slika br.2.4.). Za učvršćenje na stup koriste se potpornji na koje se niskonaponski izolatori navijaju dok srednjenaponski izolator ima već zacementiran potporanj (slika br.2.5.).

(1) NN potporni izolator (2) SN potporni izolator

Slika 2.4. Potporni izolatori

Slika 2.5. Nosači izolatora za napon iznad 1 kV

22

Viseći (ovjesni ili lančasti) izolatori upotrebljavaju se redovito za napon iznad 35 kV, premda ih se susreće već kod napona od 10 i 20 kV. Dva ili više visećih izolatora, već prema visini pogonskog napona, odnosno atmosferskih prenapona i tipu izolatora, sastavljaju se u izolatorske lance tako, da se batić gornjeg izolatora ubaci u kapu donjeg.

Kapasti izolatori, tip K 170/280, nalaze u nas gotovo redovitu primjenu kod vodova napona 20 – 380 kV. Izolator posjeduje žljebove koji služe da bi se produžila duljina klizne staze.

Za napon 10 kV i 20 kV imaju obično po jedan zvonasti izolator, za 35 kV obično ima izolatorski lanac sastavljen od 3 (2-4) kapasta izolatora, a za napon 110 kV po 6 izolatora u jedan nosni izolatorski lanac.

Dijelovi kapastog izolatora (slika 2.6.):- kapa od temper ljeva- metalni (čelični) batić- izolator tanjurastog oblika iz porculana ili kaljenog stakla.

Slika 2.6. Kapasti izolator

U izrazito zagađenoj industrijskoj atmosferi i u područjima s puno magle upotrebljavaju se specijalni magleni kapasti izolatori (slika 2.7.) kod kojih se povećanje dužine klizne staze postiže povećanjem broja rebara.

Slika 2.7.Izolatorski članci (1)porculanski, (2)stakleni magleni, (3)stakleni, (4)aerodinamički

23

Izolatorski lanac posjeduje obično tzv. „zaštitnu armaturu“. Riječ je o iskrištu, koje štiti izolatorski lanac od oštećenja (spaljenja) električnim lukom. Iskrište se sastoji od dvije elektrode na stanovitoj udaljenosti „d“ (slika 2.8.). Električni luk gori među elektrodama iskrišta, te time štiti izolatorski lanac. Izolacija dalekovoda je redovito najslabija na mjestu izolatorskog lanca (stupa). Tu je , naime fazni vodič najbliži zemlji (stupu) koji je uzemljen.

Slika 2.8. Izolatorski lanac i iskrište

Masivni izolatori, tip M (VK),načinjeni su tako da ne može doći do njihova proboja, ali zato ako pukne izolator vodič pada na zemlju. Normalna izvedba ima dvije kape.Štapni izolatori, tip L (VKL), su u osnovi produženi masivni izolatori (slika 2.9.).

Slika 2.9. Masivni VK tip (3) i štapni izolator L tip (4)

Kod geometrijskog oblikovanja izolatora, kako ovjesnih tako i potpornih, karakteristične su slijedeće dimenzije:

a) dužina preskočne staze kroz zrakb) dužina staze kliznih struja c) dužina staze proboja (slika 2.10.).

Slika 2.10. Geometrijsko oblikovanje izolatora

24

2.1.1.3. PRIBOR

Osnovni pribor za montažu vodova dijelimo u spojni (spojnice za galvansko spajanje vodiča), potporno-ovjesni (podupore ili zavješenja izolatora i vodiča) i zaštitni (električki i mehanički) pribor. Izrađuje se od kovanog čelika, tempernog lijeva i aluminijskih slitina (za željezo je obvezno antikorozijsko pocinčavanje).Prema izvedbi, spojnice mogu biti rastavljive (stezne vijčane) ili nerastavljive (zakovične, zarezne ili kompresijske)(slika 2.11.). Za nerastavljive spojnice su potrebni posebni alati. Za međusobno spajanje bakrenih i aluminijskih vodiča koriste se bimetalni Cu-Al spojevi kako bi se izbjeglo elektrolitsko (korozijsko) oštećenje kontaktnih površina tijekom vremena. Za spajanje alučel vodiča koriste se spojnice koje su sastavljene iz dva dijela: unutarnje spojnice čeličnog užeta i vanjske spojnice aluminijskog opleta.

Slika 2.11. Spojnice: (1) stezna, (2) zarezna, (3) kompresijska

Vodiči se smještaju u nosne ili otponske stezaljke (slika 2.12.) zavješene na krajevima izolatora (fazni vodiči) ili učvršćene na vrhovima stupova (zaštitni vodiči). Otponske stezaljke fiksiraju vodič u normalnom stanju, a imaju svojstvo da, kod graničnog kuta vodiča koji izlazi iz njih (primjerice kod prekida vodiča na trasi), puste vodič da klizi kao kod nosne stezaljke i time onemogućuje preopterećenje svog stupa. Ležište vodiča u nosnoj ili otponskoj stezaljki je pažljivo oblikovano, jer se na tim mjestima pojavljuju najveća naprezanja u vodiču.

Slika 2.12. Stezaljke (1) nosna, (2) otponska

25

Kako ovjesni pribor u znatnoj mjeri utječe na pogonsku sigurnost cijelog voda, on mora zadovoljavati u električnom i mehaničkom pogledu, a montaža mu treba biti brza i jednostavna. Ovjesni pribor mora biti lagan, velike mehaničke čvrstoće, minimalnog momenta tromosti (inercije) i ne smije uzrokovati elektrolitsko razaranje – koroziju vodiča, zbog čega se izrađuje od čelika odnosno temper-lijeva (zaštita od korozije pocinčavanjem).

Zaštitni pribor. Na sigurnost rada vodova viših napona utječu u velikoj mjeri atmosferska pražnjenja, koja mogu dovesti do preskoka tj. probijanja električne izolacije izolatorskog lanca. Električni luk koji nastaje pri takvim prenaponima može oštetiti izolatora, a i sam vodič, što većinom isključuje vodove iz pogona i nanosi velike gubitke. Zbog toga se izolatorski lanci zaštičuju od električnog luka zaštitnim rogovima ili prstenovima koji električni luk drže daleko od vodiča i od izolatora. Na slici 2.13. prikazan je nosni izolatorski lanac te na slici 2.14. zatezni izolatorski lanac u kombinaciji sa zaštitnim priborom (iskrišta u obliku rogova, te torusni (ili slično oblikovani) prsteni koji su najpodesniji za ujednačavanje električnog polja.

Slika 2.13. Nosni izolatorski lanac (1) jednostruki, (2) dvostruki

Slika 2.14. Zatezni izolatorski lanac: dvostruki za snop od dva vodiča

26

Za učvršćenje zaštitnog užeta koriste se stezaljke postavljene na vrhu stupova. Jednako kao kod faznih vodiča, postavljaju se nosne odnosno otponske stezaljke. Kod čelično-rešetkastih stupova uzemljenje zaštitnog užeta se izvodi preko konstrukcije stupa (slika 2.15.).

Slika 2.15. Zaštitno uže s nosnom stezaljkom i uzemljenjem preko stupa

U mehanički zaštitni pribor ubrajaju se prigušivači vibracija, odstojnici vodiča i dodatni utezi.Prigušivači vibracija služe za zaštitu vodiča od štetnih djelovanja vibracija i to u blizini ovjesnih stezaljki prema preporukama proizvođača. Obično se montiraju po dva prigušivača na jednakim udaljenostima od nosne odnosno otponske stezaljke.Odstojnici vodiča od prstenasto formiranog užeta osiguravaju elastičan razmak (obično 40 cm) vodiča u snopu, jer bi uzajamno dodirivanje vodiča vodilo oštećenju vanjskih žica použenja. Razmještaju se unutar raspona ovisno o njegovoj duljini i predviđenom njihanju.Dodatni utezi na krajevima izolatorskih lanaca (olovo, lijevano željezo) koriste se za smanjenje amplitude njihanja vodiča usljed bočnog vjetra.

Slika 2.16. (1) odstojnik za dva užeta u snopu, (2) prigušivač vibracija

27

2.1.1.4. STUPOVI

Stupovi su elementi voda koji nose vodiče i zaštitnu užad tako da ostvaruju pri tome potrebnu visinu i sigurnosnu udaljenost, a koji se prema načinu zavješenja vodiča dijele se na:

- nosne stupove, koji služe za nošenje vodiča i zaštitne užadi,- zatezne (rasteretne) stupove, koji služe za zatezanje vodiča i zaštitne užadi.

Nadalje se stupovi dijele prema svom položaju u trasi voda na:- linijske, koji se nalaze u pravolinijskom dijelu trase,- kutne, koji se nalaze na mjestu gdje trasa voda mijenja smjer (tj.kut).

Prema tome nosni i zatezni stupovi mogu biti linijski ili kutni.

Na konstrukciju stupa utječe veličina nazivnog napona voda, materijal, presjek i broj vodiča. Uvjeti rada zračnih vodova ovise puno o klimatskim uvjetima i o mjestu kuda prolaze (polja, šume, naselja, rijeke, brda, klanci i dr.) i sa čime se križaju (ceste, pruge, cjevovodi i dr.).Zbog toga se upotrebljavaju različiti tipovi stupova duž trase dalekovoda (slika 2.17.).Trasa dalekovoda odabire se tako da vod bude što kraći i jeftiniji. Skupe prijelaze i križanja treba maksimalno smanjiti. Prema odabranoj trasi će biti određen broj stupova po vrsti (nosni, zatezni, kutni, rasteretni, krajnji, križišni, prepletni, preponski i međustup).

Slika 2.17. Primjer rasporeda stupova duž trase dalekovoda

Krajnji stupovi postavljaju se kod ulaza ili izlaza iz postrojenja elektrane ili transformatorske stanice. Ovaj stup prima sve sile koje djeluju u vodičima voda do najbližeg rasteretnog stupa, jer su kratki vodiči u krugu postrojenja vrlo slabo nategnuti.

Nosni (linijski) stupovi služe za nošenje vodiča na ravnim odsječcima voda, normalno im izolatorski lanci s nosnim stezaljkama vise vertikalno, obično ih ima najviše, konstrukcijski su najmanje zahtjevni i stoga su najjeftiniji.

Najstroži uvjeti se traže od zateznih (rasteretnih) stupova koji se dimenzioniraju na preuzimanje opterećenja u smjeru voda uslijed različitih horizontalnih sila (natega) i kod prekida pojedinih vodiča u vodu njihovi izolatori imaju otpusne stezaljke.

28

Rasteretni stupovi imaju svrhu fiksirati vodiče u određenim točkama dalekovoda. Izolatorski lanci s čvrstim stezaljkama primaju cjelokupni nateg vodiča i nalaze se u skoro vodoravnom položaju, kao da su produžetak vodiča. Dimenzionirani su da podnesu prekid svih užeta s jedne strane stupa kod vodiča i užeta opterećenih ledom. Kada treba povećati sigurnost dalekovoda, koriste se također dvostruki izolatorski lanci.Manje su zahtjevni na opterećenja kutnih stupova kod kojih trasa mjenja smjer i koji su jednako opremljeni. Veličina opterećenja ovisi o kutu promjene smjera tako da za male kutove (do 3) možemo koristiti tip nosnog stupa, a za veće kutove tip rasteretnog stupa.

Međustup je visoki stup koji je po opremi i konstrukciji nosni stup umetnut u preponsko otponsko polje kako bi vodiči dobili potrebnu visinu, jer je to obično puno jeftinije graditi nego graditi jako opterećen visoki preponski stup.

Dio voda između dva zatezna (rasteretna) stupa zovemo otponsko polje. Nastoji se da otponsko polje bude dugo najmanje tri i više kilometara jer su zatezni stupovi znatno skuplji od nosnih.Preponski stup se postavlja tamo gdje zbog promjene presjeka ili dopuštenog naprezanja vodiča nateg nije jednak s obje strane ( kod prijelaza dalekovoda preko rijeka, prometnica, klanaca i dr.) i po opremi je rasteretni. Ako se radi o visokom i skupom stupu, može se koristiti manje visine preponskih (rasteretnih) stupova uz umetanje međustupa u preponsko-rasteretni raspon.

Križišni stupovi su po opremi rasteretni i upotrebljavaju se kod križanja s drugim vodom te moraju biti vrlo visoki.

Prepletni stup ima karakteristike rasteretnog stupa i koristi se na onim mjestima gdje svi vodiči ili dio njih moraju promjeniti svoja mjesta u rasporedu radi postizanja električne simetrije voda.

Definirajmo još neke pojmove vezane uz nadzemne vodove a prikazane su na slici 2.18.- raspon „a“ je horizontalni razmak između dva stupa.- provjes „f“ vodiča, odnosno zaštitnog užeta, največi je vertikalni razmak od spojnice

koja spaja točke zavješenja A i B do vodiča, odnosno zaštitnog užeta.- normalno dopušteno naprezanje vodiča, odnosno zaštitnog užeta, je naprezanje koje ne

smije biti prekoračeno u normalnim prilikama tj. na -5C, uz normalno dodatno opterećenje ili na -20C bez dodatnog opterećenja, a u odnosu na horizontalnu komponentu naprezanja . Dodatno opterećenje vodiča odnosno zaštinog užeta je opterećenje od inja , leda ili snijega koje djeluje vertikalno prema dolje, a dodaje se težini vodiča odnosno zaštitnog užeta.

Slika 2.18. Linija provjesa

29

Materijali koji se koriste za izradu stupova su drvene grede, čelični profili i armirani beton.

Općenito možemo reći da drveni stupovi nalaze široku primjenu kod vodova napona do 35 kV i za raspone do 150 metara. Prednosti ovih stupova je u maloj težini i brzoj montaži. Izgled i raspored vodiča na drvenom stupu dat je na slici 2.19.

Slika 2.19. Nosni drveni stupovi za napon do 35 kV

Za drvene stupove upotrebljavaju se bor, jela, smreka, kesten i bagrem. Upotreba hrasta je rijetka, budući da je skup i nije ravan. Stupovi moraju biti ravni, zdravi i sa što manje kvrga i pukotina. Drveni stupovi su podložni trulenju, i to izrazito (20 cm ispod i 30 cm iznad). To je razlog da drveni stupovi moraju biti impregnirani kreozotnim uljem tako da im dob iznosi najmanje 20 godina. Da se spriječi trulenje stupa danas se sve više upotrebljava betonski nogar (slika 2.20.), i to na način da se stup postavi tako da uopće ne dodiruje zemlju. Pričvršćenje drvenog stupa na nogar obavlja se pomoću obujmica ili vijaka.

Slika 2.20. Jednostruki betonski nogar

30

Vrijedno je napomenuti da se za zaštitu od truljenja drvenih stupova još postavljaju kape od poliestera na vrh stupa. Kontrola drvenog stupa na truljenje obavlja se svake 3 godine i to na mjestu gdje izlazi iz zemlje, dok se kontrola čitavog stupa provodi svakih 6-8 godina.

Primjeri drvenih stupova dati su na slici 2.21.

Slika 2.21. Primjeri drvenih stupova: (1) niskonaponski linijski, (2) kutni A-stup 10-20 kV,(3) nosni X-stup 35 kV, (4) nosni portalni stup 110 kV, (5) zatezni kutni stup 35 kV

Armirano betonski stupovi proizvode se u tvornici i obzirom na relativno veliku težinu i probleme u transportu i montaži primjenjuju se za napone do 35 kV i veoma rijetko za 110 kV napone. Otporni su prema atmosferskim utjecajima i zagađenoj industrijskoj atmosferi, zbog čega su dugotrajni, a nadzor i održavanje su im praktički suvišni. Primjeri armirano betonskih stupova dati su na slici 2.22.

Slika 2.22. Primjeri betonskih stupova: (1) niskonaponski stup, (2) jela 10-20 kV,(3) portalni stup 110 kV, (4) dvostruka jela 35-110 kV, (5) bačva 35-110 kV

Pocinčani čelik je dominantan materijal u gradnji dalekovodnih stupova. Konstrukcija ovih stupova je rešetkasta zbog čega su nazvani čelično rešetkasti stupovi. Stup ima četiri kutna štapa (pojasnika) koji preuzimaju glavni dio tereta, a ukručeni su diagonalnim štapovima (diagonalama). Ti elementi stupa obično se spajaju vijcima, dok pojedine etaže, konzole ili vrh stupa mogu biti izrađeni kao zavarena konstrukcija. Prednost ovih stupova je što su znatno jači i trajniji od drvenih, a lakši od armirano-betonskih stupova čime je moguć njihov transport i po teško prohodnim planinskim predjelima.Mana čeličnih stupova je izloženost čelika koroziji. Zaštita od korozije može se provesti upotrebom legiranih čelika (pocinčavanje) ili nanošenjem zaštitnog sloja (premazivanje minijem i uljnom bojom). Trajnost zaštitnog sloja premazivanjem minijem i uljnom bojom je ograničena.Vruće pocinčavanje je jednostavan tehnološki proces, koji se sastoji od čišćenja čelika u kiselini, zatim pranje u vodi i uranjanje u kupku s rastopljenim cinkom na određeno vrijeme. Vijci treba da su također pocinčani.

31

Dijelove čeličnog stupa u zemlji treba premazati vrućim bitumenom, dok dijelove u betonu nije potrebno premazivati, jer bi smanjilo prianjanje betona o čelik.Čelični stupovi upotrebljavaju se:- kod vodova srednjih napona, i to veoma često, u rasponima od 100 do 220 m,- kod vodova viših i najviših napona (tj. od 60 do 380 kV), čelični stupovi upotrebljavaju se gotovo isključivo i to veoma često, u rasponima od 200 do 360 m.

Primjeri jednostrukih i dvostrukih čelično rešetkastih stupova prikazani su na slici 2.23. odnosno slici 2.24.

Slika 2.23. Jednostruki čelično-rešetkasti stupovi (1) jela, (2) Y-stup, (3) mačka,(4) sidreni finski stup, (5) sidreni V-stup

Slika 2.24. Dvostruki čelično-rešetkasti stupovi (1) Dunav, (2) jela, (3) bačva,(4) modificirana mačka

Odabrani raspored vodiča najviše utjeće na oblik gornjeg dijela tzv. glava stupa. S time u vezi može se reči slijedeće:- raspored vodiča u jednoj horizontalnoj ravnini zahtjeva manju ukupnu visinu stupa, ali zahtjeva veće razmake vodiča. Ovaj raspored nije prikladan na strmim terenima okomito na trasu.- raspored vodiča u trokutu daje simetriju pogonskog induktiviteta- vertikalni raspored vodiča dovodi do opasnosti dodira kod odskoka nižeg vodiča usljed naglog otpadanja leda.

32

2.1.1.5. TEMELJI

Uloga temelja je da sve sile sa stupa prenesu na tlo. Pri tome temelji mogu biti napregnuti vertikalno prema dolje (na pritisak), na izvlačenje i na prevrtanje. Oblik i veličina temelja ovisi o vrsti i veličini naprezanja , te o svojstvima tla. Pri tome treba voditi računa i o eventualnoj prisutnosti podzemne vode, koja umanjuje težinu temelja. Drveni i neki lakši tipovi betonskih stupova ukopavaju se neposredno u tlo bez posebnih temelja, te se stabilnost stupa postiže konstrukcijom dijela stupa koji se ukopava. Kao što smo prije rekli jedna od zaštita drvenih stupova od propadanja u tlu temelji se na pričvršćenje drvenog stupa na betonski nogar (slika 2.20.). Usađivanje drvenog stupa neposredno u betonski temelj pogodovalo bi naglom propadanju drveta.Stupovi s više nogu mogu imati jedan temelj za cijeli stup (monolitni temelj) ili za svaku nogu poseban temelj (rasčlanjeni temelj). Rasčlanjeni temelji čelično rešetkastih stupova sa četiri noge mogu imati dvojaku orjentaciju, a ovisno o konstrukciji stupa mogu biti smješteni u vrhove kvadrata ili pravokutnika (slika 2.25.).

Slika 2.25. Rasčlanjeni temelji čelično-rešetkastih stupova

33

2.1.1.6. UZEMLJENJE

Uzemljenje nadzemnog voda u širem smislu obuhvaća cijeli sistem kojem pripadaju zaštitno uže (ako ga ima), sam uzemljivač, te međusobni galvanski spojevi metalnih dijelova koji nisu pod naponom.Uzemljivač odnosno uzemljenje u užem smislu ima zadatak da uspostavi galvansku vezu sa zemljom uz neki neizbježni prijelazni otpor. U principu postoje tri vrste uzemljivača, a to su:

- cijevni uzemljivači (vertikalno zabijene cijevi duge nekoliko metara)- pločasti uzemljivač (vertikalno ukopane ploče)- trakasti uzemljivač (žica, uže ili traka ukopana u zemlju).

Uzemljivači moraju biti otporni protiv korozije te se obično izrađuju iz pocinčane čelične trake Fe/Zn (npr.presjeka 25 x 4 mm).

Za uzemljenje dalekovodnih stupova primjenjuje se najčešće trakasto uzemljenje oblikovano kao prstenasto (1-2 prstena ukopanih na dubinu 0,5-1 metra oko temelja stupa) ili zrakasto (2-4 zvjezdasto položene trake oko stupa u suprotnim smjerovima.Na slijedećoj slici 2.26. prikazani su navedeni oblici uzemljivača.

Slika 2.26. Izvedbe uzemljivača stupova

34

Uzemljivačka traka se polaže „na nož“ radi boljeg odvođenja struje u zemlju (slika 2.27.).Oko uzemljivačke trake treba dobro nabiti dobro vodljivu zemlju da bi otpor uzemljivača bio što niži. Otpor uzemljenja uzemljivača jako ovisi i o specifičnom električnom otporu tla, ρ (Ωm). Za kraške terene ρ može poprimiti visoke vrijednosti, primjerice 2000 – 5000 Ωm.

Slika 2.27. Polaganje uzemljivačke trake

35

2.1.1.7. PROJEKTIRANJE NADZEMNIH VODOVA

Nakon što su određeni osnovni parametri voda, slijedeći poslovi vezani za projektiranje nadzemnih vodova su:1) izbor trase Nije poželjna blizina kuća i naselja, ali je poželjna blizina ceste; izbjegavaju se trase gdje će biti visoke šumske i poljoprivredne odštete; izbjegavaju se paralelna približavanja telefonskim linijama; izbjegavaju se križanja sa željezničkim prugama, autoputevima i slično; kod dužih vodova mogu se bez bitnog problema povećavanja dužine izbjeći geografski i klimatski nepovoljna područja; broj kutnih stupova treba da je što manji.2) izbor glave stupa utječe na cijenu voda, a na visinu stupa utječe izbor izolacije.3) slijedi precizno geodetsko snimanje trase i na temelju toga se vrši razmještaj stupova i određivanje sila na stup uz prije utvrđene klimatske parametre i izvršeni mehanički proračun vodiča.4) statički proračun stupa vrši se na temelju predhodnih podataka; teži se ka što manjem broju tipova stupa radi jednostavnije i jeftinije serijske proizvodnje.5) na temelju geološkog sustava tla određuje se njegova nosivost, te se može uz već poznate elemente izvršiti proračun temelja.6) daljnji dio projekta je specifikacija materijala i predračun cijene koštanja objekta.7) kao posebni dijelovi projekta izrađuju se elaborati za križanje voda s telefonskim linijama, željezničkim prugama, autoputevima i sl.

2.1.1.8. POGONSKA PROBLEMATIKA NADZEMNOG VODA

Izolacija je izložena prenaponima i električnom luku, a i mehaničkim oštećenjima. Vodiči su izloženi oštećivanju usljed luka i minerskih radova u blizini voda. Dodatno opterećenje i umor materijala može dovesti do prekida vodiča i spojne opreme. Stupovi su izloženi koroziji.Vod je potrebno obilaziti da bi se vršila vizualna kontrola tehničke ispravnosti.Održavanje voda svodi se na periodičke remonte koji imaju zadatak da otklone sva ranije uočena oštećenja na važnim dijelovima voda.Kvarovi na vodu uočavaju se nemogučnošću da se on stavi u pogon. Treba odmah pristupiti popravku. Bitno je što prije otkriti mjesto kvara. Onečišćenje izolacije može biti uzrok kvara usljed industrijskog zagađenja atmosfere, a u primorskim krajevima još i sol koju vjetar nosi s morske površine.

36

2.2.2. ELEKTROENERGETSKI KABELI

Prijenos električne energije elektroenergetskim kabelima prvenstveno se primjenjuje: - u opskrbi velikih gradova električnom energijom, jer u njima nije moguće zamisliti

zračne vodove visokog napona,- kod prijelaza širokih rijeka i morskih kanala,- u blizini zračnih luka,- kod HE velikih snaga,- u okolišu velikih transformatorskih stanica često neće biti dovoljno prostora za rasplet

zračnih vodova koji zauzimaju široke pojaseve terena, pa se u trafostanicu ulazi kabelom (npr. TS 380/220/110 kV)

- kod važnih vojnih instalacija i baza.

2.2.2.1. KONSTRUKTIVNI ELEMENTI KABELA

Kabeli su izolirani vodovi u kojima su vodiči (aluminijum i bakar) zasebno izolirani i smješteni u jedan zajednički omotač koji štiti od vanjskih mehaničkih i kemijskih utjecaja (mehanička oštećenja, vlaga, korozija i sl.). Ovi izolirani vodovi zavisno od njihove konstrukcije upotrebljavaju se za horizontalno, koso i vertikalno polaganje u suhe i vlažne prostorije, izravno u zemlju, kabelske kanale, pod vodu na otvoreni prostor i u rudnike.

Po broju vodiča su kabeli:- jednožilni (visoki i vrlo visoki napon), (slika 2.31. i 2.32.)- trožilni (srednji i visoki napon) (slika 2.28.)- četverožilni (niski napon).

Slika 2.28 Presjek trožilnog kabela

Sa (slike 2.28) presjeka trožilnog kabela vidimo da su osnovni dijelovi svakog kabela:- vodiči,- izolacija i- vodljivi plašt.

37

Vodiči se izrađuju od bakra ili aluminijuma i to kao puni (do presjeka 16 mm 2), odnosno od više međusobno použenih žica kao višežični (iznad 16 mm2), a mogu biti presjeka okruglog, ovalnog ili sektorskog oblika (slika 2.29.)

Slika 2.29. Oblici vodiča

Kod kabela za napon 1 kV upotrebljavaju se vodiči sektorskog i okruglog presjeka, dok kod jednožilnih i visokonaponskih kabela okrugli vodiči.Kod 4-žilnih kabela neutralni, odnosno zaštitni vodič može imati umanjen presjek u odnosu na presjek faznog vodiča.Za kabele nazivnog napona 1 kV, a s vodičima okruglog presjeka, dopušteno je ugrađivanje u kabel dodatnog upravljačkog i kontrolnog vodiča, npr za daljinsko upravljanje javne rasvjete.

Minimalni presjeci vodiča s obzirom na nazivni napon kabela iznose:

6 kV – 6 mm2 35 kV – 35 mm2

10 kV – 10 mm2 60 kV – 95 mm2

20 kV – 25 mm2

Použene žice od kojih se sastoji vodič na svojoj površini imaju izbočine koje napovoljno djeluju na oblik električnog polja. Zato se kod viših napona vodič tzv. „električki gladi“ omatanjem sloja papira ili plastike, koji je dodatkom grafita ili na drugi način učinjen vodljivim. To je tzv. poluvodljivi sloj.

U tehnici energetskih kabela za izolaciju vodiča upotrebljavaju se uglavnom: papir, termoplastična masa i guma.

Papirna izolacija vodiča sastoji se od više slojeva impregnirane papirne trake, koja se čvrsto i helikoidno omota oko vodiča. Za impregniranje papira koristi se:

- kompaund na bazi mineralnog ulja za impregniranje papira pod oznakom IP- kompaund na bazi mješavine mineralnog ulja, kolofonija i voska za specijalno

impregniranje papira pod oznakom NP.

38

Izolacija vodiča na bazi termoplastične mase izvodi se kao bešavan sloj od:

- Polivinilklorida (PVC) i to uglavnom za kabele nazivnog napona do 10 kV.- Polietilena (PE) i to za visokonaponske kabele (obično za i iznad 10 kV). Ta masa

odlikuje se, između ostalog, većom dialektričnom čvrstoćom i znatno manjim upijanjem vlage nego PVC-masa.

- Umreženi polietilen (XPE) i to za visokonaponske kabele. Prednost ove izolacije je u višoj termičkoj klasi i izvanrednim električnim svojstvima.

- Etilen-propilen izolacijom (EPDM) za napone do 35 kV.

Gumena izolacija vodiča izrađuje se ili kao bešavan sloj ili kao omot od gumenih traka oko vodiča i to na bazi:

- vulkanizirane prirodne (meke) gume i to uglavnom za kabele niskog napona, budući da ozon ubrzava starenje gume;

- umjetne sintetičke gume (npr.butil guma, neopren, silikonska guma i sl.) s visokom postojanošću prema ulju, habanju, termičkim naprezanjima (npr. silikonska guma 180C)

- mješavina umjetne i meke (vulkanizirane) gume.

Presjek kompletnog kabela je kružnica pa stoga među žilama višežilnih kabela ostaju šupljine. Kod plinskih i uljnih kabela te se šupljine ostavljaju slobodne i služe za cirkulaciju plina, odnosno ulja, a kod drugih tipova kabela se ispunjvaju popunom. Za popunu se uzima materijal sličan izolaciji kabela.

Kod kabela s izolacijom vodiča od impregniranog papira upotrebljava se metalni plašt (olovo ili aluminij) kao zaštita od prodiranja vode i vlage u izolaciju kabela, koja je inače sama po sebi jako hidroskopna. Osim toga metalni plašt kod jednožilnih kabela i zaštićenih zasebnim plaštom za svaku žilu djeluje pozitivno na oblikovanje simetričnog-radijalnog električnog polja. Metalni plašt izrađuje se često od olova. Prednost olova je u tome da se lako savija, a nedostatak mu je velika težina i neznatna mehanička čvrstoća.

Aluminijski plašt izrađuje se kao i olovni u obliku bešavine cijevi, a prednosti su mu: mala specifična težina (lagani kabeli), postojanost prema vibracijama, velika električna vodljivost i mehanička otpornost.Znači iznad izolacije kabela nalazi se vodljivi plašt. On se može ostvariti kao:

- bešavna olovna ili aluminijska cijev,- omot iz okruglih bakrenih žica omotanih helokoidno, preko kojih je također omotana u

suprotnom smjeru tanka bakrena traka,- dvije bakrene trake omotane helokoidno u suprotnim smjerovima.

39

Vodljivi metalni plašt kabela se može uzemljiti na:- oba kraja (slika 2.30)- jednom kraju.

Slika 2.30. Uzemljenje plašta kabela na oba kraja

Pod uzemljenjem kabelskog postrojenja podrazumjeva se uzemljenje mehaničke i električne zaštite kabela, te metalnih dijelova kabelskih glava i spojnica koji nisu redovito pod naponom, ali u slučaju greške mogu doći pod napon.Iznad vodljivog plašta kabela postavlja se vanjski omotač. Obično je izrađen od nekog izolacionog materijala primjerice PVC-a ili običnog polietilena.

Jednožilni kabeli imaju iste sastavne dijelove kao i trožilni kabeli . U električnom smislu, razlika je što svaka faza ima vlastiti vodljivi plašt, pa ne postoje međusobni kapaciteti, opteretivost strujom veća je za 20%, brza im je montaža i popravak, jeftina rezerva polaganjem četvrtog kabela. Upotrebljavaju se osobito ako se zbog prostornih prilika ne mogu ugraditi debeli trožilni kabeli.

Jednožilni kabeli se polažu na sljedeća dva načina:- u ravnini s međusobnim razmakom s0=7 cm (razmak za napon do 1 kV) (slika 2.31.)- u trokutnom snopu (trolistu), pri čemu se međusobno dotiču (slika 2.32.).

Slika 2.31. Polaganje jednožilnih kabela u ravnini

Slika 2.32. Polaganje jednožilnih kabela u snopu (trolist)

40

2.2.2.2. KRITERIJI ZA IZBOR KABELA

Osnovni kriteriji pri izboru elektroenergetskih kabela su mehanički i električni kriteriji.

Mehanički kriteriji uzimaju u obzir mjesto polaganja kabela te način njegovog polaganja, a s tim u vezi mogu se javiti slijedeći utjecaji:

- opasnost od mehaničkog oštećenja,- opasnost od korozije u kemijski agresivnim sredinama ili morskoj vodi,- izloženost vibracijama,- izbjegavanje velikog broja spojnica kod dužih kabelskih trasa,- savitljivost i otpornost na savijanje,- mogučnost strmog ili okomitog polaganja što izaziva uzdužni vlak u kabelu i

hidrostatski tlak viskoznih sastojaka kabela.

Električni kriteriji se svode na dva osnovna, a to su:- nazivni napon iz kojeg proizilaze i sve ostale vrijednosti mjerodavne za naprezanje

izolacije, a rješava se izborom i dimenzioniranjem izolacije- strujna opteretivost; rješava se izborom materijala i presjeka vodiča, vodeći računa o

konstrukciji kabela i odvođenju topline.

Oba kriterija zajedno daju prijenosnu moć kabela odnosno prividnu snagu koju kabel može prenjeti. Prijenosna moć kabela je ograničena zagrijavanjem usljed gubitaka.

2.2.2.3. GUBITCI U KABELU, ZAGRIJAVANJE, HLAĐENJE

Električna izolacija kabela predstavlja otpor odvođenju topline nastale usljed gubitaka. S tim otporom spojen je u seriju i toplinski otpor okoline kabela, koji na sebe preuzima i dalje odvodi nastalu toplinu (slika 2.33.).

Slika 2.33. Blok šema toplinskog otpora kabela

41

Gubitci koji se javljaju u kabelu mogu se po uzroku nastanka podijeliti u dvije osnovne grupe:

Gubitci usljed napona (Pdiel) – tzv. gubitci u dielektriku.Kod opterećenosti izmjeničnim poljem, definirani su:

Pdiel = Uf 2 C tg (Wfazi)

Pdiel – dielektrični gubitci po fazi Uf – fazni naponC – kapacitet faze kabela prema zemljitg - faktor gubitaka

Faktor gubitaka raste s temperaturom, pa će Pdiel kod viših temperatura kabela biti veći što je nepovoljno. Gubitci u dielektriku kod niskih pa i srednjih napona su praktički beznačajni u odnosu na gubitke usljed struja, a s daljnjim porastom napona su sve značajniji. U dielektriku s manjom relativnom dielektričnošću r gubitci će biti manji, a faktor gubitaka manje temperaturno ovisan. S ekonomskog stanovišta gubitci u dielektriku kabela su beznačajni, osim u dugim kabelskim vezama za visoke i najviše napone.

Gubitci usljed struje (PCu) .Prolaz izmjenične struje kroz kabel izaziva više tipova gubitaka:

- gubitci u bakru, povećani usljed skin efekta, efekta blizine i vrtložnih struja, a nastaju u vodiču.

- gubitci u metalnim omotačima kabela ovise o konstrukciji kabela, a nastaju u tim omotačima kabela, ovise o konstrukciji kabela, a nastaju u tim omotačima usljed induciranih i vrtložnih struja

Gubitci usljed prolaza struje u jednoj fazi su: PCu = I2 (R0 + R) (Wfazi)gdje je:

R0 – omski otpor vodiča mjeren istosmjernom strujomR – prividni prirast otpora R0 usljed svih ostalih komponenata gubitaka PCu

Prijenosna moć i strujna opteretivost kabela ograničeni su najvišom dopuštenom temperaturom, koju izazivaju gubitci. Pri tome su kritične dvije točke kabela: površina vodiča, čija je temperatura uvjetovana najvišom dopuštenom temperaturom izolacije, te vanjska površina kabela koja predstavlja mjesto predaje nastale topline okolini.

Maksimalna trajna radna temperatura kabela je 80C,a maksimalna kratkotrajna temperatura vodiča nastala usljed kratkog spoja ne smije preći granicu od 100 do 150C.Kod kabela neposredno ukopanih u zemlju s prirodnim hlađenjem površina ne smije biti toplija od 40C.

U procesu hlađenja kabela toplinski otpor tla igra vrlo bitnu ulogu, jer utječe na prijenosnu moć kabela. Kritično mjesto je neposredna okolina kabela, gdje je toplinski tok najgušći i temperaturni gradijent najstrmiji. Dobro odvođenje toplote ima pijesak.

42

Prirodno hlađenje slobodno položenih kabela je lošije od hlađenja kabela neposredno položenih u tlo i ovisi kako o temperaturi okoline, tako i o prirodnoj cirkulaciji zraka.Vrlo dobre uvjete prirodnog hlađenja imaju podvodni kabeli.Prisilno hlađenje se izvodi:

- prisilnom cirkulacijom svježeg zraka kod kabela položenih u cijev, kanale i tunele,- prisilnom cirkulacijom ulja kod uljnih kabela,- polaganje kabela u cijevi ili kanale, kojima cirkulira voda,- polaganje cijevi s tekućom vodom neposredno u tlo tik uz kabel.

Dilatacije (širenja) usljed promjena temperature ograničavaju maksimalno dozvoljenu temperaturu vodiča. Kod nekih tipova kabela (maseni kabeli) mogu usljed dilatacije nastati šupljine među slojevima papirne izolacije, koje su ispunjene zrakom.Pošto je r zraka 1, električno polje je u tim šupljinama 3-4 puta jače nego u okolnom kompaktnom dielektriku. Usljed toga nastaje tinjavo izbijanje, koje može nakon stanovitog vremena dovesti do termičkog i kemijskog razaranja kabela. Šupljine se popunjavaju uljem, odnosno plinom pod pritiskom, kojima je probojna čvrstoća tolika, da do tinjanja ne dolazi.Prijenosna moć kabela također se smanjuje ako je više kabela položeno na manjoj međusobnoj udaljenosti.

43

2.2.2.4. NISKONAPONSKI (NN) I SREDNJENAPONSKI (SN) KABELI

Kod niskonaponskih kabela razlikujemo izolirane vodove koji glavnu primjenu nalaze u stambenim zgradama i zatvorenim prostorima. Ovi kabeli se ne smiju polagati u zemlju jer nemaju mehaničku zaštitu. Izolacija izoliranih vodova je PVC, guma ili kombinirano, s tim da je izolacija od gume danas istisnuta i uglavnom se za izolaciju koriste umjetni materijali.

Kod prijenosa većih snaga koriste se kabeli s papirnom, gumenom ili plastomernom izolacijom te metalnim plaštom.Za zračne kabelske vodove koriste se samonosivi kabeli (SKS). Obično se sastoje od tri fazna vodiča (aluminij) i nul-vodiča (aluminijska slitina) koji ima i funkciju nosivog užeta. Kabelska izolacija je obično polietilen.

Kod srednjenaponskih kabela su zbog cijene najzastupljeniji maseni kabeli (slika 2.34). Obzirom na konstrukciju razlikujemo tri vrste ovih kabela s izolacijom od papira impregniranom kabelskom masom.Prvi su pojasni kabeli koji pored posebne izolacije svake žile imaju zajedničku pojasnu izolaciju na koju dolazi metalni plašt.Drugi su H-kabeli kod kojih izolacija vodiča ima zaslone od metaliziranog ili grafitnog papira koji su međusobno spojeni. Prostor do metalnog plašta ispunjen je papirnom popunom.Treći su troolovni kabeli s olovnim plaštevima na zaslonima svakog od vodiča, a popuna je juta. Maseni kabeli imaju bandažu (čelična traka) i antikorozijsku zaštitu (impregnirana juta). Pojasni kabeli se izrađuju za napone do 15 kV, a H i troolovni kabeli do 40 kV.

Slika 2.34. Maseni kabeli (1) pojasni kabel, (2) H-kabel, (3) troolovni kabel

44

Kabeli s izolacijom iz plastomera imaju PE ili PVC izolaciju vodiča i na njoj vodljivi sloj. Popuna je iz PVC omotana bakrenom folijom, na koju dolazi meki sloj i PVC omotač. Vodiči i popuna su obloženi poluvodljivim slojem radi izbjegavanja pojave šupljina kod velikih savijanja.PVC kabeli se koriste za napone do 20 kV, skuplji su od masenih , ali jeftiniji od kabela s izolacijom od gume. Imaju prednost pred masenim kabelima kod kratke trase (jeftinije i sigurnije glave), strme trase (nema impregnacijske mase koja se cijedi) i oštrih savijanja, a lakši su, savitljiviji i otporniji na kemijske utjecaje.

Slika 2.35. PVC/PE kabeli: (1) srednjenaponski jednožilni, (2) srednjenaponski trožilni

Kod masenih kabela povećanje nazivnog napona dovodi do debelih slojeva izolacije, kod kojih već potoji opasnost od toplinskog proboja. Takve izolacije nazivaju se još i termički nestabilnim. Njihova krajnja granica leži kod 60 kV nazivnog linijskog napona. Ovo je svladano primjenom termički stabilnih izolacija koje ćemo obraditi u slijedećem poglavlju VN kabeli.

45

2.2.2.5. VISOKONAPONSKI (VN) KABELI

Kabeli za visoke i vrlo visoke napone zahtjevaju termički stabilne izolacije kakve su papir impregniran uljem pod trajnim tlakom, papir u plinu pod trajnim tlakom , novi neumreženi polietilen (PE) i SF6 plinom izolirani vodovi.

Niskotlačni uljni kabel ima uzdužnu šupljinu koja je ispunjena uljem male viskoznosti pod pretlakom 0,03-0,6 Mpa. Ovo ulje je zapaljivo i ekološki štetno. Kod zagrijavanja se ulje širi i višak ulazi u posude za izjednačavanje tlaka na krajevima kabela. Razmak između posuda je nekoliko kilometara, ukopane su uz kabel i dostupan je samo manometar za kontrolu tlaka ulja. Trožilni kabeli se proizvode za napone do 132 kV. Kabeli su u normalnoj izvedbi neprikladni za veće visinske razlike, pa se dodaju vanjske bandaže zbog povećanja tlaka na manjoj visini. Za visinske razlike preko 250 m koriste se zaporne spojke za ulje koje dijele kabel na manje sektore u kojima visinska razlika ne prelazi navedenu granicu. Kod podmorskih kabela ovog tipa problema nema ako dubine ne prelaze cca 1500 m, jer se tlak ulja dobrim dijelom kompenzira tlakom morske vode. (slika 2.36 (1) i (2))

Visokotlačni uljni kabeli imaju veće tlakove ulja (1-2,5 Mpa) i jače bandaže, ali i veći razmak između posuda za izjednačenje tlaka. Tlak se održava povećanim posudama za izjednačavanje tlaka ili automatskim pumpama. Povećanje tlaka ulja povećalo je malo podnosivi udarni napon kabela.(slika 2.36 (3))

Slika 2.36. Uljni kabeli (1) jednožilni, (2) armirani niskotlačni trožilni, (3) visokotlačni cijevni trožilni

46

Plinski kabeli su slično građeni a koriste se tamo gdje se ne mogu koristiti uljni kabeli zbog posuda za izjednačavanje. Kod plina (dušik sumporni heksaflorid ili njihova mješavina) su dovoljne posude na krajevima, praktično bez obzira na dužinu kabela. Jasno je da plinski kabel nema visinskih ograničenja kao uljni. Tlak plina je 1-1,5 Mpa, a umjesto bandaža se može koristiti ojačani aluminijski plašt. Izvode se i kao trožilni cijevni kabeli (tlak u čeličnoj cijevi iznosi oko 1,5 Mpa). Plinski kabeli se koriste za napone do 300 kV (slika 2.37).

PE kabeli polako ulaze u područje visokih napona, a prednost im je da su suhi i ne trebaju složeno održavanje i trajan nadzor. (slika 2.38).

Slika 2.37. Plinski kabeli (1) jednožilni, (2) trožilni s plaštom, (3) cijevni trožilni

Slika 2.38. Jednožilni polietilenski kabel

47

SF6 plinom izolirani vodovi nisu kabeli u klasičnom smislu, a u nas se ne koriste. Konstruirani su na istim principima kao sabirnice u plinom izoliranim postrojenjima, a koriste se i za najviše napone. Vodiči su aluminijske cijevi učvršćene u aluminijskom oklopu pomoću aralditnih izolatora. Razmak izolatora ograničen je progibom vodiča zbog vlastite težine. Vod je podijeljen na plinonepropusne sektore koje se nadzire na visinu tlaka plina (računalni monitoring). Kod vrlo niskih temperatura postoji mogućnost kondenzacije plina, što se spriječava dodavanjem dušika sumpornom heksafloridu. Antikorozijska zaštita oklopa ovisi o načinu polaganja voda. Polaganje ovih vodova je tehnički vrlo zahtjevan posao, posebice što treba osigurati besprijekornu čistoću unutar oklopa i punjenje plina na terenu.

Prednosti ovih kabela koje prijenose veliku snaga su:- može se primijeniti vrlo veliki presjek vodiča,- može se svladati vrlo visoki napon povečanjem promjera cijevi i tlaka,- plin SF6 je stabilan kod visokih temperatura,- SF6 bolje odvodi toplinu nego čvrsta izolacija,- dielektrični gubitci su zanemarivi,- manji mu je pogonski kapacitet.

S povećanjem tlaka raste visina podnosivog udarnog napona, ali se s tlakom ne smije pretjerivati. Budućnost ovog kabela je u jednofaznoj ili trofaznoj izvedbi u plaštu od valovitog lima ili u cijevi.

48

2.2.2.6. VISOKONAPONSKI KABELSKI PRIBOR

Spajanje kabela izvodi se odgovarajućim kabelskim spojnicama, ovisno o konstrukciji kabela.Vrstu i tip spojnice određuje:

- nazivni napon kabela,- konstrukcija i vrsta izolacije kabela i- položaj spojnice u mreži.

Spojnica mora biti tako izvedena da trajno osigura spojno mjesto od prodora vlage, te da ga zaštiti od eventualnih mehaničkih oštećenja. Kod izrade kabelske spojnice treba osigurati i neprekidnost metalnih plašteva.

Završavanje kabela (tzv.kabelska glava) izvodi se odgovarajućim kabelskim završetcima, ovisno o konstrukciji i izolaciji kabela.

Vrstu i tip kabelskog završetka određuje:- nazivni napon kabela,- konstrukcija i vrsta izolacije kabela - mjesto ugradnje (unutrašnja ili vanjska montaža)- stupanj zagađenosti okoline u kojoj se izvodi ugradnja i- način priključka na električno postrojenje, uređaje ili vodove.

Za završavanje kabela koriste se:- kabelski završetak za vanjsku montažu na slobodnom prostoru,- kabelski završetak za unutrašnju montažu u zatvorenim prostorijama.

U nečistim atmosferama preporuča se koristiti kabelski završetak s povećanim stupnjem izolacije.Metalni plašt kabela, kao i sve metalne dijelove kabelskog završetka, koji u normalnom pogonu nisu pod naponom treba uzemljiti. Kod izrade kabelskog završetka spoj električne zaštite kabela s uzemljenjem izvodi se bez prekida s odgovarajućom stopicom. Spojno mjesto mora biti rastavno i pristupačno na naponsko ispitivanje plašta kabela.Na slijedećim slikama prikazati ćemo kabelsku spojnicu (slika 2.39.) i kabelske završetke (2.40. i 2.41.) koji se koriste u visokonaponskim postrojenjima.

Slika 2.39 Kabelska spojnica tip EHVS za napone od 123 do 170 kV

49

Slika 2.40. Vanjski samostojeći suhi završetci OHVT za napone do 145 kV

Slika 2.41. Utičnički završetci, punjeni uljem za postrojenja SHVT i transformatore THVT od 72 kV do 170 kV

50

2.2.2.7. PODZEMNI I PODMORSKI KABELI

Kabeli (bilo jednožilni ili trožilni) mogu se polagati u:- zemlju (podzemni kabeli),- more (podmorski kabeli).

Podzemni kabeli se polažu u posebno iskopanom kabelskom kanalu. Polaganje kabela i njegovo zatrpavanje mora biti pažljivo provedeno. Oblikuje se tzv. kabelska posteljica od sitno zrnastog materijala (nula). Bitan je materijal koji dobro odvodi toplinu (važno je zbog odvođenja topline iz kabela, što se mora kontrolirati termičkim proračunom zagrijavanja kabela)(slika 2.42.).

Slika 2.42. Polaganje podzemnog kabela

U donjoj tablici označene su dubine ukopa i međusobni razmaci pri polaganju jednožilnih kabela u rov.

Pogonski napon 1 kV 10 kV Od 10 do 35 kVDubina ukopa 0,6…0,8 m 0,6…0,8 m 0,8…1 m

Međusobni razmak s0 7 cm 8…10 cm 20 cm

Važno je još napomenuti da se mehanička oštećenja kabela upotrebom mehanizacije spriječavaju postavljanjem traka za upozorenje, a tek poslije toga i pastičnih štitnika (slika.2.43.)

Slika 2.43. Pokrivanje i označavanje kabela pomoću plastičnih štitnika i trake za upozorenje

51

Podmorski kabeli se polažu po dnu mora ili se ukopavaju u dno (mjesta povećanog rizika od mehaničkog oštećenja – sidrenje, kočarenje). Polaganje kabela obavljaju posebni brodovi tzv. „polagači“ kabela. Sam proces polaganja ima tri faze.

Prva faza je izvlačenje kabela na kopno na početnu točku u potrebnoj dužini. Budući da brod zbog gaza ne može prići sasvim blizu obali, početak kabela polaže se na dvojne plutajuće zrakom punjene jastuke. Kad je kabel izvučen do krajnjeg postrojenja, ispušta se zrak iz plutajućih jastuka, i to jedan po jedan počevši od kopna. Nakon završetka prve faze kabel se počinje polagati u trasi između otoka, odnosno između kopna i otoka. Tijekom polaganja u trasi treba osigurati poštivanje projektirane trase. To se postiže vođenjem broda polagača. Tako se kabel koji je do tada plutao postupno spušta na dno uz asistenciju ronilaca koji se brinu da kabel legne u utor prije pripremljene priobalne zaštite.

Na slici 2.44. prikazan je poprečni presjek priobalne zaštite koja se sastoji iz betonskih blokova sa žljebovima u kojima se postavljaju kabeli. Dijelovi podmorskog kabela na mjestima ulaza i izlaza iz mora su najviše izloženi djelovanju morske vode (abrazija – rad valova). Stoga je poželjno da ta mjesta budu zaštićene uvalice, na kojima treba detaljno utvrditi sastav dna i moguće podvodne stijene. Krajnje točke na obali obilježavaju se znakovima zabrane sidrenja. Kada su svi poslovi na instalaciji kabela završeni, obavlja se električko ispitivanje kabela. Trasa kabela prijavljuje se pomorskim vlastima radi unošenja u pomorske karte.

Slika 2.44. Polaganje podmorskog kabela

52

2.2.2.8. OZNAČAVANJE ENERGETSKIH VODIČA I KABELA

Oznaka kabela sastoji se od grupe slovnih i brojčanih simbola kojima se prema navedenom redoslijedu označuju:

1) vrsta materijala upotrebljenog za izolaciju i plašt,2) svojstva konstrukcije karakteristična za primjenu kabela,3) oznaku za zaštitni vodič (ako postoji),4) vrsta materijala i oblik presjeka i sastav vodiča,5) broj žila i nazivni presjek vodiča,6) nazivni napon kabela

Iza oznaka treće grupe stavlja se kosa crta (/), a iza oznaka četvrte grupe stavlja se crtica (-). Ukupan broj slovnih i brojčanih simbola nije ograničen.

Navesti ćemo samo neke poznatije i češće susretane oznake za svaku od gore navedenih točaka.

1) Vrsta materijala upotrebljenog za izolaciju i nemetalni plašt izoliranih vodova i kabela za poluvodljive slojeve i za oplet izoliranih vodova označuje se sljedećim slovnim simbolima: P – polivinilkloridE – termoplastični polietilenX – umreženi polietilenG – guma na bazi prirodnog i stiren-butadijenskog kaučukaB – butilna gumaEp – etilen-propilenska gumaIP – impregnirani papirNIP – naročito impregnirani papirH – poluvodljivi sloj ispod i iznad izolacijeh - poluvodljivi plaštT – tekstilni oplet

Vrste materijala i način izvedbe metalnog plašta označuju se slijedećim simbolima:

A – aluminijski plaštAz - aluminijski plašt od trake – zavarenAv - aluminijski plašt – valovitO – olovni plaštZO – olovni plašt na svakoj žili posebno

53

2) Svojstva konstrukcije karakteristična za primjenu kabela označuju se brojčanim simbolima od 01 do 99, podjeljenim u dekade.

Dekada od 01-09 – zaštita od korozije pomoću metalnog plašta.Dekada od 10-19 – mehanička zaštita od čeličnih traka preko metalnog plašta , sa zaštitom od korozije ili bez nje.Dekada od 20-29 – mehanička zaštita od okrugle pocinčane čelične žice preko metalnog plašta, sa zaštitom od korozije ili bez nje.Dekada od 30-39 – mehanička zaštita od plosnate pocinčane čelične žice i specijalne okrugle aluminijske žice pomoću metalnog plašta, sa zaštitom od korozije ili bez nje.Dekada od 40-49 – elementi konstrukcije ispod plašta od termoplastične mase.Dekada od 50-59 – elementi konstrukcije ispod plašta od prirodne ili sintetičke gume.Dekada od 60-69 – elementi konstrukcije ispod plašta od prirodne ili sintetičke gume sa zaštitnim komandnim ili kontrolnim vodičima.Dekada od 70-79 – elementi konstrukcije ispod ojačanog plašta od prirodne ili sintetičke gume.Dekada od 80-89 – elementi konstrukcije ispod vanjskog plašta od termoplastične mase ili elastomera.Dekada od 90-99 – elementi konstrukcije iznad vanjskog plašta od termoplastične mase ili elastomera. Simbol 00 upotrebljava se za konstrukcije bez elemenata navedenih u ovoj točki. Svaki pojedinačni broj je preciznije definiran u tablicama (vidi lit. Zbirka propisa za polaganje stručnog ispita iz elektrotehničke struke – elektroenergetika), a neiskorišteni brojevi (nema nikakvog opisa) predviđeni su za nove konstrukcije kabela.

3) Izolirani vodovi i kabeli koji sadrže zaštitni vodič označen zeleno-žutom bojom, obilježavaju se slovnim simbolom Y

4) Vrsta materijala, oblik presjeka i sastav vodiča označuje se tako da se prvo označi materijal, zatim oblik i sastav vodiča i to na ovaj način:

- za vodiče od bakra simbol se izostavlja,- za vodiče od aluminija stavlja se simbol A- za višežične vodiče okruglog presjeka simbol se izostavlja- za višežične vodiče sektorskog presjeka stavlja se simbol S- za jednožične vodiče sektorskog presjeka stavlja se simbol SJ

5) Broj žila i nazivni presjek vodiča označuje se brojem žila X, nazivni presjek u mm2, na ovaj način:

- oznaka presjeka (mm2) stavlja se iza oznake tipa vodiča.- presjek koncentričnog vodiča ili električne zaštite izražava se u mm2, a razdvaja se

kosom crtom od oznake presjeka faznih vodiča- četvorožilni kabeli kod kojih jedna žila ima smanjeni presjek vodiča (neutralni ili

zaštitni vodič) označuje se tako da se iza presjeka faznih vodiča stavlja znak (+), a zatim presjek neutralnog ili zaštitnog vodiča (primjer:3x70 +35)

6) Nazivni napon kabela označava se brojem i izražava se u kV. Za višefazne sisteme napona nazivni napon kabela označuje se naponom između vodiča i zemlje (U0) i između dva vodiča (U), koji se razdvajaju kosom crtom (U0/U), a izražavaju se u kV.

54

Primjeri označivanja:

Visokonaponski kabeli (kabeli nominalnih napona iznad 1000 V)

- XHE 49 A (3x1x150 mm2 ; 12/20 kV) Ovo je kabel od umreženog polietilena (oznaka X), s poluvodljivim slojem ispod i iznad izolacije (oznaka H), s vanjskim poluvodljivim plaštom od termoplastičnog polietilena (oznaka E), 49 je oznaka za način postavljanja električne zaštite oko žila, A oznaka za vodiče od aluminij-a, te broj, tip i presjek vodiča (3x1x150 mm2) i nazivni napon kabela (12/20 kV).

- IPO 13 A (3x70 mm2 ; 6/10 kV)

Ovo je kabel s izolacijom od impregniranog papira, s olovnim plaštom, (mehaničkom zaštitom od dviju čeličnih traka, sa zaštitom od korozije impregniranom bitumenskom mješavinom) sa A (aluminij) vodičima presjeka 70 mm2 , za nazivni napon 6/10 kV.

Niskonaponski kabeli (kabeli nominalnih napona ispod ili jednakih 1000 V)

- PP 00 A (4x50 mm2 ; 0,6/1 kV)

Ovo je kabel s izolacijom i plaštom od PVC-mase, tri fazna vodiča i jednim zaštitnim vodičem od aluminij-a, presjeka 50 mm2 za nazivni napon 0,6/1 kV.

55

2.3. TRANSFORMATORI

Transformatori služe da se električna energija jednog napona transformira u električnu energiju drugog napona iste frekvencije.

Transformatori se mogu podijeliti na:- energetske transformatore- mjerne transformatore- transformatore za uzemljenje- transformatori za specijalne namjene

Vrste transformatora s obzirom na broj namota su:- dvonamotni- tronamotni- višenamotni

2.3.1. OSNOVNI TEHNIČKI PODACI

Osnovni tehnički podaci promatranih energetskih transformatora glase:Un 1 - nazivni napon višenaponskog (primarnog) namota,u kVUn 2 - nazivni napon srednjenaponskog (sekundarnog) namota,u kVUn 3 - nazivni napon niženaponskog (tercijarnog) namota,u kVSn 1 - nazivna snaga višenaponskog namota, u MVASn 2 - nazivna snaga srednjenaponskog namota, u MVASn 3 - nazivna snaga niženaponskog namota, u MVAuk 12 -napon kratkog spoja između višenaponskog i srednjenaponskog namota, u %uk 13 - napon kratkog spoja između višenaponskog i niženaponskog namota, u %uk 23 - napon kratkog spoja između srednjenaponskog i niženaponskog namota, u %Pk -gubici snage kratkog spoja (kW), tj. gubici u namotina trafa – gubici u bakruI 0 -struja praznog hoda (% nazivne struje)P0 -gubici snage praznog hoda (kW), tj. gubici u jezgri trafa uslijed histereze i vrtložnih struja – gubici u željezu

Prijenosni odnos energetskog transformatora se određuje na sljedeći način:

p=

Un 1

Un 2

Iz nazivnih podataka transformatora slijede nazivne struje:

- Na višenaponskoj strani

I n1=Sn

√3 U n1

- Na niženaponskoj strani

I n2=Sn

√3 U n2

56

57

Grupa spoja transformatora zadaje se na sljedeći način:

- za višenaponske namote spojene u trokut koristi se slovo D, a za niženaponske namote spojene u trokut koristi se malo slovo d

- za višenaponske namote spojene u zvijezdu koristi se slovo Y, a za niženaponske namote spojene u trokut koristi se malo slovo y- treća varijanta je spoj namota u tzv. cik-cak (obično za sekundar transformatora 10/0,4 kV manje snage) čija je oznaka slovo z

Budući da spoj trokut-zvijezda izaziva fazni pomak između struja i napona u jednom i drugom namotu zadaje se taj fazni pomak pomoću tzv. satnog broja.

Npr.: Dy5 – znači da su višenaponski namoti transfomatora spojeni u trokut, a niženaponski namoti u zvijezdu, te da da struje i naponi na višenaponskoj strani transformatora prethode strujama i naponima na niženaponskoj strani za: 5¿ 30°=150°Zvijezdište visokonaponskog namota se označava velikim slovim N, a zvijezdište niskonaponskog namota se označava malim slovom n. Ako je transformator uzemljen na jednoj ili obje strane, malo ili veliko slovo n stavlja se uz oznaku strane koja je uzemljena,

Npr.: Dyn5 – uzemljenje sekundara YNd7 – uzemljenje primara

- za štedne transformatore s terciarnim namotom spojenim u trokut : YNa0,d5- za klasične transformatore s međusobno odvojenim namotima: YNyn0,d5Značenje pojedinih oznaka objašnjeno je prije (oznaka „a“ autotransformator = štedni transformator). Vrste transformatora (slika 2.45) s obzirom na vezu među namotima su:

- klasični paralelni trafo

- auto transformator

Slika 2.45. Vrste transformatora obzirom na vezu među namotima

58

Transformator može biti:- direktno uzemljen (Z=0)- neuzemljen (Z=∞)- uzemljen preko radnog otpora (Z=R)- uzemljen preko induktivnog otpora (Z=jX) (slika 2.46.)

Slika 2.46. Tropolna shema transformatora 110/35/10 kV

59

2.3.2. TRANSFORMATORI U PRIJENOSNOJ MREŽI

U prijenosnoj mreži transformatori su redovito tronamotni (javljaju se u tri naponske razine), te se obično koriste:- štedni transformatori s tercijarnim namotom spojenim u trokut (slika 2.47.)- klasični tronamotni transformatori s tri međusobno galvanski odvojena trofazna namota (slika 2.48.)

Slika 2.47. Štedni transformatori s tercijarnim namotom spojenim u trokut

Slika 2.48. Klasični tronamotni transformatori s tri međusobno galvanski odvojena trofazna namota

Izvedba štednog transformatora s terciarnim namotom spojenim u trokut predstavlja veliku financijsku uštedu u odnosu na klasičnu izvedbu s tri međusobno odvojena namota.Prednosti su: - velika ušteda u bakru, - dimenzije jezge i kotla transformatora su manje.Ovo je izražajnije kod 400 kV i 220 kV nego kod 110 kV transformatora. Štedni transformatori s tercijalnim namotom u trokutu imaju zajedničko zvijezdište namota 400 kV i 220 kV, odnosno 400 kV i 110 kV. Ovo zvijezdište se redovito izravno uzemljuje (slika 2.47).Kod klasičnih tronamotni transformatora zvijezdište 220 kV i 110 kV namota se također izravno uzemljuje (slika 2.48).Što se tiće zvijezdišta 20 kV odnosno 35 kV namota. Ono se uzemljuje posredno preko malog

djelatnog otpora Ru .Zadaća ovog otpornika jest ograničiti struju jednopolnog kratkog spoja u pripadnoj 35 kV mreži na odabranu vrijednost (primjerice 300 A).Tercijarni namot navedenih energetskih transformatora redovito se spaja u trokut. On pomaže zatvaranju nultih komponenata struja, koje se razvijaju u mreži tijekom nastupa kratkih spojeva sa zemljom. Tercijarni namot se može koristit i za napajanje određenog potrošačkog područja.

60

Regulacija energetskih transformatora može se vršiti na dva načina:

a) pod naponom (za transformatore prijenosnog omjera 110/X kV)b) bez napona (za transformatore prijenosnog omjera 35/10 kV i 10/0,4 kV)

Automatska regulacija pod naponom izvodi se na strani višeg napona, na osnovu referentnog napona kojeg je potrebno održavati na strani nižeg napona. Napon se mjeri i uspoređuje sa željenim referentnim naponom. U slučaju dovoljnog odstupanja izmjerenog i referentnog napona, automatika djeluje na regulacijsku preklopku na VN strani transformatora. Drugim riječima, promjena položaja regulacijske preklopke vrši se ako je:

│Vizmj - Vref│> ΔVreag

gdje su:Vizmj – mjereni naponVizmj – referentni naponΔVreag – razlika napona na koju reagira automatika

Slika 2.49. Automatska regulacija prijenosnog omjera transformatora

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

Slika 2.50. Izvedba namota regulacijskog transformatora

Transformatori 110/35/10 kV se obično izvodi u nazivnom prijenosnom omjeru 110 ±151,5 %/36,75/10,5 kV, sa automatskom regulacijom.Transformatori 35/10 kV se obično izvode sa prijenosnim omjerom 35/10,5 kV, sa beznaponskom regulacijom ±22,5 %Transformatori 10/0,4 kV se obično izvode sa prijenosnim omjerom 10/0,4 kV, sa beznaponskom regulacijom ±22,5 %

61

2.4. GENERATORI

Jedini pravi trajno aktivni elementi elektroenergetskog sustava su generatori (sinkroni strojevi – slika 2.51.). Uloga generatora u mreži je veoma složena i njima se vrši pretvorba mehaničkog rada (energije) u električnu energiju i obratno.

Slika 2.51. Generator (aktivni element EES-a)

Osnovni tehnički podaci generatora su:

Un - nazivni napon (kV)Sn - nazivna snaga (MVA)cos ϕ - nazivni faktor snage

xd//

- početna/subtranzijentna reaktancija u d-osi (%)

xq//

- početna/subtranzijentna reaktancija u q-osi (%)xd

¿

- prijelazna/tranzijentna reaktancija u d-osi (%)xq

¿

- prijelazna/tranzijentna reaktancija u q-osi (%)xd - trajna/sinkrona reaktancija u d-osi (%)xq - trajna/sinkrona reaktancija u q-osi (%)

Obično je xq =xq¿

. Navedene reaktancije (xd//

,xq//

,xd¿

,xq¿

=xq i xd ) su reaktancije koje odgovaraju direktnom sustavu.

x i - inverzna reaktancija (%)x0 - nulta reaktancija (%)

Sinkrona brzina vrtnje generatora definirana je sljedećim izrazom:

us=60⋅f

pgdje je: us - sinkrona brzina vrtnje (°/min) f - frekvencija struje i napona koju proizvodi generator

62

p - broj pari polova

63

Generatori (sinkroni strojevi) se po načinu izvedbe rotora dijele u dvije skupine:

a) generatori s cilindričnim (okruglim) rotorom (zovu se turbogeneratori i uglavnom se koriste u termoelektranama - slika 2.52.).

Slika 2.52. Presjek generatora (sinkronog stroja) s okruglim rotorom okomito na osovinu (1 par polova)

Generatori iz ove skupine prikladni su za veliku brzinu vrtnje, što odgovara za parne i plinske turbine. Ako su dvopolni (jedan par polova), sinkrona brzina je:

us=60⋅50

1=3000 o /min

(kod f=50 Hz)a ako su četveropolni (dva para polova), sinkrona brzina je:

us=60⋅50

2=1500 o /min

(kod f=50 Hz)b) generatori s rotorom koji ima geometrijski istaknute (isturene) polove (zovu se hidrogeneratori jer se pretežito koriste u hidroelektranama- slika 2.53.).

Slika 2.53. Presjek generatora (sinkronog stroja) s istaknutim polovima okomito na osovinu (2 para polova)

64

Broj pari polova ovisi o sinkronoj brzini koju se želi postići, a ona ovisi o svojstvima vodne turbine ili dizel motora koji pogoni generator. Najmanji broj pari polova kod ovih generatora je, dva (slika 2.53.), a u pravilu ih može biti i više.

Najmanji broj pari polova imaju generatori pogonjeni pelton turbinama (veliki padovi, uz male protoke vode), veći broj polova je prikladan kod fransis turbina (srednji padovi, uz srednje protoke vode), a velik broj polova imaju generatori pogonjeni kaplan turbinama (mali padovi, uz velike protoke vode).Kod ovog generatora bitno se razlikuju elektromagnetske prilike u uzdužnoj i poprečnoj osi stroja. Uzdužna os je smještena u osi pola. Označava se kao d-os. U ovoj osi postoje obilje magnetskog materijala.Poprečna os se označava kao q-os. Ona je okomita na uzdužnu d-os. U prostoru q-osi dominira zračni prostor.Uslijed navedenog kod generatora s rotorom koji ima geometrijski istaknute polove, razlikuju se njegovi parametri u uzdužnoj i poprečnoj osi.

Na slici 2.54. nacrtana su tri stanja u sinkronom generatoru. Radi preglednosti stroj ima jedan par izraženih polova.Najjednostavniji je slučaj kada je uzbuda tijekom prijelazne pojave nepromjenjena. Dokle god se ne postigne ustaljeno stanje, ovoj uvijek istoj uzbudi odgovaraju razne elektromotorne sile, ovisno o prodoru magnetskog toka izazvanog strujom statorskog namota u rotor.Iz istog razloga tijekom prijelazne pojave mijenjat će se reaktancija generatora. Što se više magnetske silnice zatvaraju kroz zrak, reaktancija će biti manja, i obrnuto.

Slika 2.54. Prodor statorskog toka (reaktancije armature) u rotor

65

Od svih stanja tijekom prijelazne pojave (a ima ih beskonačno, jer se promjene odvijaju kontinuirano) promatraju se tri karakteristična stanja:

- početni trenutak (subtranzijentni), slika 2.54a. nastaje u momentu nastanka neke nagle promjene u mreži (npr. nastup K.S.). Statorski tok zatvara se samo kroz zrak. Ovom trenutku odgovara početna reaktancija X d

¿

- prijelazno razdoblje (tranzijentno), slika 2.54b. nastaje nekoliko perioda nakon nastanka neke nagle promjene u mreže (npr. nastup K.S ). Statorski tok je prodro kroz prigušni namot u polove rotora. Ovom razdoblju odgovara prijelazna reaktancijaX d

'

- trajno razdoblje (sinkrono), slika 2.5.c nastaje nekoliko sekundi nakon momenta neke nagle promjene u mreži (npr. nastup K.S ); riječ je o stacionarnom stanju (radu) generatora. Statorski tok svladao je rotorske namote; zatvara se maksimalno kroz željezo.Ovom razdoblju odgovara sinkrona reaktancija X d

❑

66