45
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA DIPLOMSKI RAD br. 1925 PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH RAZDJELNIH MREŽA Igor Bujan Zagreb, veljača 2001.

PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

  • Upload
    vannhan

  • View
    222

  • Download
    4

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

DIPLOMSKI RAD br. 1925

PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJUSREDNJENAPONSKIH RAZDJELNIH

MREŽA

Igor Bujan

Zagreb, veljača 2001.

Page 2: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJUSREDNJENAPONSKIH RAZDJELNIH

MREŽA

Igor Bujan0036351396

Page 3: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Sadržaj:

Predgovor_______________________________________________ 4

1. Projekt _______________________________________________ 51.1 Uvod _________________________________________________________ 51.2 Osnovni dijelovi projekta________________________________________ 6

2. Uključivanje računala u proces programiranja _____________ 10

3. Proračuni ____________________________________________ 123.1 Nadzemni vod ________________________________________________ 12

3.1.1 Proračun graničnog raspona dalekovoda _______________________ 123.1.2 Dimenzioniranje izolacije ____________________________________ 143.1.3 Kontrola sigurnosnih razmaka ________________________________ 153.1.4 Dimenzioniranje uzemljenja __________________________________ 163.1.5 Proračun pada napona ______________________________________ 19

3.2 Kabelski vod _________________________________________________ 213.2.1 Izbor i termička kontrola kabela_______________________________ 213.2.2 Kontrola štićenja srednjenaponskog kabela______________________ 233.2.3 Pad napona na kabelu_______________________________________ 26

3.3 Transformatorska stanica ______________________________________ 283.3.1 Izbor tranformatora_________________________________________ 283.3.2 Kratki spoj ________________________________________________ 283.3.3 Dimenzioniranje sabirnica ___________________________________ 303.3.4 Uzemljenje trafostanice ______________________________________ 31

4. Primjer proračuna srednjenaponskog kabelskog voda _______ 324.1. Izbor i termička kontrola kabela ________________________________ 334.2. Kontrola štićenja kabela _______________________________________ 334.3. Pad napona na kabelu _________________________________________ 35

5. Primjer proračuna srednjenaponskog kabelskog voda upotrebomračunala _______________________________________________ 37

6. Zaključak ____________________________________________ 44

Literatura: _____________________________________________ 45

Page 4: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

4

Predgovor

Nakon procesa planiranja razdjelne mreže kojim se utvrđuju potrebe

za novim vodovima i napojnim točkama te njihovim smještajem u prostoru,

prije izgradnje svakog dijela mreže potrebno je napraviti projekt kojim se

utvrđuje koja će oprema biti upotrebljena s obzirom na pogonske, klimatske i

ine zahtjeve te da li ona zadovoljava propise i standarde. Projekt uključuje i

analizu troškova izgradnje kao i nacrte s točnom dispozicijom opreme u

prostoru te sheme spajanja opreme i uklapanja u postojeću mrežu. Sve to je

zadatak projektanta, odnosno, projektnog ureda.

Projektiranje se tijekom godina nije puno promijenilo tako da se taj

proces obavlja po nekim ustaljenim koracima upotrebom osobnog iskustva i

vlastitog znanja projektanta te uvidom u neke prošle uspjele projekte.

Razvojem informatičke tehnologije i računala, pogotovo u zadnje vrijeme,

postalo je vrlo jednostavno i lagano rješavanje složenih matematičkih

problema, obavljanje istih ili podjednakih problema ili formi, distribucija i

čuvanje različitih vrsta podataka i kartografije i to u obliku koji je dostupan

svima i koji omogućuje vrlo lak pristup, pregledavanje, korištenje i izmjenu

postojećih zapisa. Logičan slijed stvari je i pokušaj uključivanja računala u

proces projektiranja čime bi se taj posao u nekim svojim djelovima znatno

olakšao, ubrzao, spriječile moguće pogreške zbog ljudskog faktora te

upotrijebile sve prednosti računalne podrške od jednostavne distribucije i

pretraživanja podataka (internet, intranet), lake komunikacije i izmjena

podataka s ostalim komunalnim službama, arhiviranje podataka...

Ovaj diplomski rad pokušat će proniknuti u sam proces projektiranja i

to počevši od samog projekta i njegovih dijelova. Pokušat će utvrditi kako u

sam proces projektiranja srednjenaponskih mreža uključiti računalo te u vezi

s time, na konkretnom primjeru, pokazati kako bi se neki dijelovi projekta

ubrzali upotrebom računala te time dali prijedlog ili ideju za razvoj budućih

aplikacija koje će znatno olakšati proces projektiranja srednjenaponskih

razdjelnih mreža.

Page 5: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

5

1. Projekt

1.1 Uvod

Projekt je pismeni rad kojim se određuju svi potrebni podaci za

izvedbu i održavanje. Cilj i zadatak projekta je:

• tehnički - izvedba,

- održavanje,

• ekonomski - troškovi izgradnje,

• organizacijski - nabava materijala,

- radna snaga,

- rokovi izgradnje,

• administrativni - energetska suglasnost,

- suglasnost ureda za urbanizam,

- građevinska i lokacijska dozvola,

- suglasnosti ostalih poduzeća i ustanova

čije se instalacije protežu područjem na

kojem se planira izgradnja.

Projekt može biti:

• idejni – osnova mu je da dade neki prijedlog za izgradnju koji se

kasnije može prihvatiti ili odbaciti,

• investicijski - osnova mu je da izrazi troškove potrebne za

izgradnju,

• glavni – projekt koji sadrži sve podatke i proračune vezane za

izgradnju,

• izvedbeni – ili građevinski, a služi kao skup nacrta, propisa i mjera

potrebnih za izgradnju dotičnog objekta.

Page 6: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

6

1.2 Osnovni dijelovi projekta

Svaki projekt se sastoji od nekoliko odvojenih dijelova, Neki

karakteristični dijelovi svakog projekta su:

• tekstualni dio projekta:

1. uvod – to je početni dio projekta u kojem se navode podaci o

investitoru, projektnom uredu, projektantu, koordinatoru projekta

itd.

2. dokumentacija – tu se prilažu dokumenti i isprave vezane uz

postavljanje projektanta i koordinatora projekta, razne izjave,

kontrole kvalitete i ostalo. Neki od uobičajenih dokumenata koji se

nalaze u ovom dijelu projekta su:- registracija dotičnog projektnog ureda,

- rješenje o postavljanju koordinatora projekta,

- rješenje o postavljanju projektanta,

- uvjerenje projektanta o položenom stručnom ispitu,

- izjava o primjenjenim mjerama zaštite na radu,

- izjava o primjenjenim mjerama zaštite od požara,

- program kontrole i osiguranja kvalitete,

- projektni zadatak.

Projektni zadatak zadaje se od naručitelja projekta ( npr. HEP).

Projektni zadatak je važan dio jer u sebi sadrži ključne podatke o projektu.

To su:

- zadatak projekta – što je sve potrebno napraviti u okviru projekta i na

kojoj lokaciji,

- koju opremu uključuje projekt,

- prilog – u kojem se nalaze:

- katastarski plan područja na kojem se izvode radovi,

- skica mreže – početno i konačno stanje,

- jednopolne sheme – početno i konačno stanje.

Page 7: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

7

3. suglasnosti – izdaju ih ustanove i poduzeća čije se instalacije

nalaze na poodručju (ili prolaze područjem) koje je obuhvaćeno

projektom. Lokacijske dozvole izdaje gradski ured za graditeljstvo,

komunalne i stambene poslove, promet i veze. U njoj se navodi

koje suglasnosti je potrebno ishoditi prije izvođenja projekta.

Suglasnosti izdaju gore navedene ustanove, a njima se eksplicite

navodi kako je potrebno izvesti križanje ili paralelno vođenje s

trasama ostalih instalacija te izvođenje građevina s obzirom na

zaštitu okoliša i ostalo. Neke od uobičajenih suglasnosti su:

- sanitarno – tehnički i higijenski uvjeti,

- vodoprivredni uvjeti,

- suglasnost HT-a,

- posebni uvjeti poduzeća za plin,

- suglasnost HEP-a,

- suglasnost poduzeća zaduženog za ceste i dr.

4. tehnički opis – njime se opisuje djelovanje električne mreže ili

instalacije i riječima ukazuje na pojedine osobitosti. Naročita pažnja

se poklanja opisu onih dijelova instalacije čije djelovanje nije

moguće potpuno prikazati u nacrtima. Tu se nalaze još neki

podaci, kao na primjer podaci o kabelima (zadani projektnim

zadatkom), trase kabela koje se trebaju naći u prilogu na nacrtu

trase, opisi kabelskog rova te način polaganja istih, spajanje kabela

na postojeću mrežu odnosno trafostanicu, dimenzioniranje i

ispitivanje kabela i trafostanice. Ukoliko je na postojećoj mreži radi

poboljšanja energetskih prilika ili dotrajalosti potrebno izvršiti

rekontrukciju dijela mreže to je potrebno ovdje opisati te priložiti

nacrte u kojima je točno označen dio mreže koji se rekonstruira.

Page 8: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

8

5. proračun – uobičajeni dijelovi proračuna su:

- određivanje snage potrošnje,

- određivanje vršnog opterećenja pojedinih dijelova mreže,

- određivanje tipa presjeka vodova (ako nije zadan),

- proračun otpora uzemljenja, izbor tipa i presjeka voda

potrebnog za zaštitu od previsokog dodirnog napona i

prenapona,

- proračun graničnog raspona dalekovoda,

- dimenzioniranje izolacije zračnog voda,

- proračun pada napona,

- kontrola štićenja srednjenaponskog voda,

- kontrola toplinskog naprezanja voda ...

6. rješenja o primjeni mjera zaštite na radu – ovim dijelom projekta

su točno utvrđena pravila koja je potrebno poštovati u radu da bi se

izbjegle ikakove nesreće pri izvedbi. Za svaki dio izvođenja radova

točno su navedeni postupci i koraci koji se moraju poštovati radi

sigurnosti radnika i opreme.

7. specifikacija opreme, materijala i radova – detaljan popis svih

materijala (osim alata) koji su potrebni da se projektirana instalacija

ostvari. Svaki materijal u specifikaciji mora biti potpuno opisan, da

se bez daljnjih podataka može obaviti narudžba materijala.

Određeni materijal navodi se u specifikaciji materijala u samo

jednoj stavci, bez obzira na koliko se mjesta i u koje svrhe

primjenjuje u električnoj instalaciji. Ovo je dakle svojevrstan

ekonomski dio projekta. Zbrojivši cijenu opreme i radova potrebnih

za ostvarenje projekta dobiva se ukupna cijena investicije koja je

vrlo važna u izboru izvođača radova.

Page 9: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

9

• nacrti – na kraju projekta nalaze se nacrti koji izvođaču i korisniku mreže

omogućuju izvođenje i održavanje mreže. Neki od tipičnih nacrta su:

- trase kabela i vodova,

- izvedbeni nacrt građevinskih radova,

- shema polaganja kablova,

- shema uklapanja u postojeću mrežu,

- postojeće stanje mreže,

- konačno stanje mreže,

- jednopolna shema stanice u koju se uklapa vod ili kabel,

- razni nacrti o načinu križanja ili paralenog vođenja trase

kabela s ostalim instalacijama ( plin, vodovod, telefon

kanalizacija ...).

Page 10: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

10

2. Uključivanje računala u proces programiranja

Današnjim načinom projektiranja projektantu je ostavljeno da sve

dokumente, nacrte te sve ostale potrebne papire sakuplja sam, sam izvodi

trase kabela i vodova prema priloženim nacrtima te iz dobivenih

geometrijskih odnosa izračunava potrebne parametre za proračun. Ovakovim

načinom, inače rutinirani zadaci, koji se iz projekta u projekt ponavljaju i

sastavni su dio svakog ili većine projekata zbog ručne obrade ne mogu biti

ubrzani zbog sporosti čovjeka, a time su i podložni greškama zbog nepažnje

ili krivog unošenja podataka pri računanju. Da bi se to izbjeglo, neke djelove

projekta koji se ponavljaju i po nekoj ustaljenoj formi javljaju u gotovo svim

projektima moguće je izvesti na računalu. U računalo bi se unesli potrebni

podaci, kao što su podaci o opremi ugrađenoj u mrežu kao i neki podaci oko

pogonskih energetskih prilika, a računalo bi , iz poznatih geometrijskih

odnosa koje bi očitavalo sa digitaliziranog nacrta područja na kojem se vrši

zahvat, izračunavalo potrebne parametre za proračun. Sam proračun također

teče po nekim ustaljenim koracima i moguće ga je točno matematički

definirati što je vrlo pogodno za računalo, a vrijednosti za proračun dobivale

bi se iz prije navedenih geo. odnosa i poznatih podataka o opremi.

Dakle da bismo ustvrdili kako uključiti računalo u ciklus nastajanja

nekog projekta, a u svrhu ubrzanja istog, treba razmotriti svaki pojedini dio

projekta i ustvrditi da li je u njega moguće uključiti računalo i kako.

Naravno da u ovo nećemo moći uključiti dokumentaciju koja čini dobar

dio jednog projekta kao što su razne izjave, potvrde, suglasnosti itd.

Projektni zadatak nam je osnova daljnjeg nastojanja upotrebe

računala u projektiranju jer iz njega dobivamo bitne podatke o mreži, opremi

uključenoj u projekt te priloge (skica mreže, nacrti i sheme). Važna karika u

lancu projekta predstavljat će digitalizirani oblik mape područja za koji se

mreža projektira. To je osnova da bi se na jednostavan i brz način došlo do

nekih geometrijskih odnosa potrebnih u proračunu (raspon između stupova,

duljina trase kabela idr.), a koji se inače ručno čitaju iz mapa ili se izlazi na

Page 11: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

11

teren radi mjerenja. Osim toga u digitaliziranoj mapi dobivaju se ucrtane sve

ostale instalacije koje se nalaze na tom području (plin, vodovod, telefon,

ostale energetske instalacije ...) tako da je trasu novog kabela (ili voda)

relativno lako moguće optimizirati bez izlaska na teren i s vrlo velikom

točnošću.

Ucrtavši trasu kabela, voda, mreže i ostalih dijelova u mapu riješen je

prvi dio problema. Da bi računalo došlo do potrebnih podataka o svakom

dijelu mreže (za kojeg su potrebni podaci za proračun) potrebno je imati i

odgovarajuće baze podataka o opremi ugrađenoj u mrežu. Ti podaci se

dobivaju u katalozima proizvođača ili iz tablica priručnika. Također je

potrebno imati i podatke o energetskim prilikama u mreži i o projektiranim

snagama novih potrošača.

Konačni dio, zbog čega nam je ovo sve i potrebno, je proračun koji

nam govori da li je mreža dobro isprojektirana odnosno da li zadovoljava za

normalne i incidentne uvjete rada te s obzirom na trajnost i zaštitu od

kvarova.

Proračun uključuje podatke dobivene iz digitalizirane mape mreže te iz

baza podataka iz kojih se izvlače potrebni podaci o ugrađenoj opremi i stanju

u mreži te ih uvrštava u unaprijed definirane matematičke izraze i iz njih

izvodi potrebne vrijednosti na osnovu kojih se može zaključiti na valjanost ili

nevaljanost projektirane mreže.

Dakle glavni dio projekta u koji ćemo moći uključiti računalo je dio s

proračunima čime će oni postati puno jednostavniji, točniji, funkcionalniji te

manje podložni ljudskim pogreškama. Zbog toga treba prvo pogledati kakve

sve proračune sadrži jedan projekt srednjenaponske elektroenergetske

razdjelne mreže što je prikazano u slijedećem poglavlju.

Page 12: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

12

3. Proračuni

Jedan od glavnih dijelova projekta su proračuni kojim se utvrđuje da li

projektirana oprema zadovoljava uvjete propisane standardima. Proračuni se

vrše posebno za nadzemni vod, kabelski vod te trafostanicu.

3.1 Nadzemni vod

Svako distribucijsko područje ili elektroprivreda u cjelini ima nekoliko

standardnih presjeka vodiča koji se upotrebljavaju na srednjenaponskim

zračnim vodovima. Iz nazivnog opterećenja dotičnog voda potrebno je ispitati

da li je najveća dopuštena trajna struja tog vodiča veća od najveće struje

opterećenja u normalnom pogonu. Ako nije, onda treba pristupiti izboru

vodiča većeg presjeka ili u nekim slučajevima vodu s dvostrukim vodičem po

fazi. Važno je napomenuti da, što se opterećenja tiče, treba uzeti u obzir i

povećanje opterećenja s rastom konzuma.

3.1.1 Proračun graničnog raspona dalekovoda

Da bi se odredio granični raspon dalekovoda prvo je potrebno odrediti

neke osnovne ulazne podatke kao što su:

1. klimatski podaci:

- tlak vjetra (N/mm2),

- temperatura zraka – min. i max. (°C),

- temperatura pojave dodatnog tereta (°C),

- faktor dodatnog tereta,

2. montažni podaci:

- naprezanje vodiča – za svaku vrstu vodiča koji se nalazi na

stupu (N/mm2),

- karakteristike izolacije – tip, duljina (m), težina (N),

Page 13: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

13

3. podaci za statičko određenje stupa i temelja:

- naziv stupa, funkcija u trasi, vjetrovni raspon, kut loma

trase, gravitacijski raspon.

Granični raspon je raspon s kojim se uz odabrano maksimalno radno

naprezanje užeta iskorištava određeni minimalni granični stupanj sigurnosti i

iznimno naprezanje užeta u ovjesištu.

Prvo se izračuna horizontalno naprezanje kod graničnog raspona

izrazom:

γσεσεσε

σ ⋅⋅−

+

−+

= 1

211

2 22 (3.1)

gdje su:

- ε - relativni modul elastičnosti, ε = E / Si , E = modul

elastičnosti užeta (N/mm2), Si = iznimno dozvoljeno

naprezanje (N/mm2),

- σ1 – relativno maksimalno radno naprezanje, σ1 = s1 / Si ,

s1 = horizontalno naprezanje uz normalni dodatni teret,

- γ - relativno povećanje tereta, γ = g2 / g1, g2 = reducirano

opterećenje užeta s iznimnim dodatnim teretom (g0 + gi), g1= reducirano opterećenje užeta s normalnim dodatnim

teretom (g0 + gn).

Izračunavši horizontalno naprezanje kod graničnog raspona dolazimo

do relativnog graničnog raspona izrazom:

22

12σ

σα ArCh⋅⋅= . (3.2)

Apsolutna vrijednost graničnog raspona je:

Φ⋅=αga Φ - granični provjes = Si / g2.

Page 14: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

14

3.1.2 Dimenzioniranje izolacije

Dimenzioniranje izolacije i ovjesne opreme vrši se prema “Pravilniku o

tehničkim normativima za izgradnju nadzemnih elektroenergetskih vodova

nazivnog napona od 1kV do 400 kV”, članak 39-60.

• električko dimenzioniranje:

Iz članka 45. slijede propisane veličine izolatora kao na primjer:

Stupanj izolacije Jednominutni podnosivi

napon, 50 Hz

Podnosivi udarni napon

standardnog vala

Si 24 50 kV 125 kV

Nadalje se uzimaju parametri odabranih izolatora te uspoređuju s onim

propisanim. Ako vrijednosti zadovoljavaju izolatori su ispravno izabrani.

• mehaničko dimenzioniranje:

Iz tehničkih podataka o izolatoru slijede najveća dopuštena

opterećenja izolatora kao na primjer:

Tip izolatora Prijelomno opterećenje

(kN)

Dopušteno opterećenje

(čl. 39 i 44) (kN)

R 12.5 ET 125N 12,5 5,0

M 50/7 “Pf-Pf” 40 13,3

Uspoređujući izračunata maksimalna opterećenja vodova na izolator s

onima iz tablice za dotični izolator može se zaključiti da li će izolator izdržati

naprezanja i opterećenja kojima je izložen.

Page 15: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

15

To se također ispituje i za ovjesnu opremu kao što je na primjer:

Element Prijelomno opterećenje

(kN)

Dopušteno opterećenje

(čl. 57,58 i 59) (kN)

vijak M20 80 40

“U” stremen 80 32

Mehaničko dimenzioniranje je potrebno provesti za sve elemente u

izolatorskom lancu, odnosno potpornom ovješenju, a dopuštena opterećenja

se određuju prema najkritičnijem elementu ovjesne opreme i izolacije.

3.1.3 Kontrola sigurnosnih razmaka

Prema kriteriju očuvanja sigurnosnih razmaka, čl. 28-34 “Pravilnika”

vrši se proračun maksimalnih raspona uz zadane parametre voda i

primijenjeni raspored vodiča.

Udaljenost između dijelova pod naponom međusobno i od uzemljenih

dijelova, odnosno dijelova stupova mora biti veća ili jednaka sigurnosnom

razmaku.

Smatra se da je gornjem zahtjevu u pogledu udaljenosti između

vodiča u sredini raspona udovoljeno ako udaljenost iznosi:

isr SlfkD ++⋅= (3.3)

gdje je:

- Si – sigurnosni razmak za dotični naponski nivo,

- l – duljina izolatorskog lanca,

- f – provjes vodiča kod 40 °C,

- k – koeficijent koji se dobije prema k = 4 + α/25 (tgα =

p*d*kv), ali najmanje k = 6.

Page 16: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

16

3.1.4 Dimenzioniranje uzemljenja

Dimenzioniranje uzemljenja se provodi prema članku 72 – 95

“pravilnika o tehničkim normativima za izgradnju nadzemnih

elektroenergetskih vodova napona od 1 kV do 400 kV”, Sl. list 65/88, prema

“Pravilniku o tehničkim normativima za elektroenergetska postrojenja

nazivnog napona iznad 1000 V”, Sl. list br. 4/74 i “Pravilniku o tehničkim

normativima za zaštitu niskonaponskih mreža i pripadajućih trafostanica”, Sl.

list br. 13/78.

Otpor uzemljenja ograničen je samo u slučaju da se radi o mreži koja

radi s izoliranim zvjezdištem te kod koje nije osigurano automatsko

isključenje mjesta kvara.

U tom je slučaju otpor uzemljenja ograničen na vrijednost:

CIR 125≤ , gdje je

IC - kapacitivna struja zemljospoja.

Kod ovakovih mreža važeći tehnički propisi zahtjevaju izvedbu

uzemljivača stupova koji se sastoji od 1 ili 2 prstena oko temelja stupa na

dubini od min 0,5 m. Udaljenost od stupa treba biti takova da se dobije dobro

oblikovanje potencijala.

Pri tome je bitno napomenuti da se ne postavljaju zahtjevi na veličinu

otpora uzemljenja. Zbog toga je izvršena serija proračuna tipičnih

uzemljivača stupova koji dolaze za primjenu. Kao osnovno riješenje

prihvaćen je uzemljivač P prikazan skicom a), dok je za stup s linijskim

rastavljačem primjenjena kontura uzemljivača 2P, skica b).

Page 17: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

17

Skica a

Skica b

Otpor rasprostiranja za takove uzemljivače za tlo specifičnog otpora tla

ρ = 100 Ωm je:

P: R = 15 Ω

2P: R = 14 Ω

Uvažavajući liberalni stav važeće tehničke regulative može se

prihvatiti kao racionalno rješenje predloženi tip uzemljivača. To znači da se

oko stupova, za izolirano i uzemljeno zvjezdište može položiti predloženi tip

uzemljivača oko temelja stupa na dubinu 0,5 – 0,7 m. Važno je uočiti da se

Page 18: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

18

dodavanjem unutarnjeg prstena ne postiže značajnije smanjivanje otpora

uzemljenja stupova već samo povoljnije oblikovanje potencijala.

Za mrežu s izoliranim zvjezdištem mora biti zadovoljen jedan od uvjeta

iz “Pravilnika” čl. 76, uporaba izolatora s punom jezgrom ili osigurana

zemljospojna zaštita u trafostanici.

- zaštita od atmosferskih pražnjenja:

Što se tiče zaštite nadzemnih vodova od udara groma, može se

konstatirati da se važeći tehnički propisi osvrću samo na vodove opremljene

zaštitnim užetom. Osnovna relacija koja definira utjecaj uzemljivača u zaštiti

takovih vodova od povratnog preskoka na izolatorima je:

gr

iuz I

UR ≤ , gdje je

Ruz – otpor uzemljivača stupova,

Ui – podnosivi udarni napon izolacije,

Igr – amplituda struje groma.

Međutim kod vodova bez zaštitnog užeta taj izraz nije primjenjiv. Kod

ovakvog voda udari groma završavaju na faznim vodičima i tada dolazi do

pojave prenapona

02Z

IU gr ⋅= , gdje je

U – prenapon na fazama vodiča,

Z0 – valna impedancija vodiča (Z0 ≈ 450 Ω)

Prema navedenom izrazu definira se kritična struja groma koja će

uzrokovati preskok na izolaciji nadzemnog voda, a računa se kao:

Page 19: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

19

0

2ZUI i

kr⋅= ,gdje je

Ui – podnosivi udarni napon izolacije.

Prema tome može se konstatirati da će svi gromovi u slučaju udara u

fazni vodič čija amplituda prelazi iznos Ikr = 0,55 kA (uz Ui = 125 kV) izazvati

preskok na izolaciji. Drugim riječima kod srednjenaponskih vodova (npr. 20

kV) na betonskim stupovima ne mogu se spriječiti preskoci na izolaciji

prilikom direktnih udara groma u vod. Veličina otpora uzemljenja tu nema baš

nikakvu ulogu.

3.1.5 Proračun pada napona

• analiza potrošnje:

Procjena vršnog opterećenja pojedinog izvoda i konzuma općenito vrši

se prema standardu potrošnje Hrvetske Elektroprivrede. Može se odabrati

normativ potrošnje npr. SB2. Ova pretpostavka ocjenjuje elektrificiranost

domaćinstava sadašnjeg standarda, a može se bez većih odstupanja

primijeniti i za doglednu budućnost promatranog tipa naselja.

Na osnovu vršnog opterećenja za svaki izvod vrši se proračun pada

napona i određuju elementi u trafostanici.

• metode proračuna:

Kontrola pada napona se izvodi uz pretpostavku simetrično

opterećenog trofaznog vodate se uz zanemarenje kapaciteta i induktiviteta

korištenjem metode momenata opterećenja postiže zadovoljavajuća točnost.

Uz opisana pojednostavljenja pad napona računa se prema slijedećoj

relaciji:

Page 20: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

20

KU

dPU ij

jjni

i

⋅⋅

=∆∑∑=

−=

22

12 ,

',

, (3.4)

',

,'

,ji

njiij s

sdd ⋅=−1

nsK

⋅=

3701

gdje je:

- Pi – potražnja u čvorištu i (kW),

- U – pogonski napon (kV),

- di,j – duljina voda između čvorišta i i j (m),

- d’i,j – nadomjesna duljina (m),

- sn – tipski presjek voda (mm2),

- si,j – stvarni presjek voda (mm2),

- s’i,j – nadomjesni presjek voda (mm2),

- s’i,j = si,j za Al vodiče,

- s’i,j = si,j * 57/37 za Cu vodiče.

No često se proračun pada napona vrši jednostavnijom relacijom koja

također daje zadovoljavajuće rezultate:

Slika 3.1: Primjer zračnog voda za proračun pada napona

Page 21: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

21

(%))(% 221

10 UtgxrlPkku

⋅⋅+⋅⋅⋅⋅=∆ ϕ (3.5)

)( 12

1

10

10

2 −+

−+=

nll

nllk

gdje je:

- P – opterećenje (kW),

- l – duljina voda (km),

- r, x – jedinične konstante voda (Ω/km),

- tgϕ - dobiven iz cosϕ snage,

- k1 – faktor ovisan o broju faza:

- 1 – faza → k1 = 2

- 2 – faze → k1 = 1.5

- 3 – faze → k1 = 1

- k2 – faktor težišta opterećenja na vodu ( prema gornjoj

formuli) gdje je:

- l0 – udaljenost od TS do prvog odvojka na

vodu

- n – ukupan broj odvojaka

- l1 – prosječna udaljenost između odvojaka.

Proračuni za pad napona se osnivaju na pretpostavci da su svi

priključci trofazni te da je ukupno opterećenje simetrično.

3.2 Kabelski vod

3.2.1 Izbor i termička kontrola kabela

Za srednjenaponsku kabelsku mrežu obično se odabire jedan

standardizirani presjek kabela kojeg propisuje svako distribucijsko područje.

Time je u stvari sam presjek kabela izabran te je nadalje potrebno utvrditi da

Page 22: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

22

li on zadovoljava što se tiče normalnog pogona kao i u stanju kvara na

kabelu.

Ukoliko je opterećenje kabela veće od nazivne struje kabela tada se

može ili izabrati kabel većeg (nestandardnog) presjeka ili u isti rov položiti još

jedan (ili više, ovisno o opterećenju) kabel (ili kabelski snop). Pri tome se

mora uzeti u smanjenje dopuštenog opterećenja kabela zbog faktora utjecaja

jednog kabela na drugi, njihove međusobne udaljenosti i položaja i dr.

Dopušteno opterećenje kabela računa se prema relaciji:

ndop ICCCCI ⋅⋅⋅⋅= 4321 (3.6)

gdje su:

C1 - smanjenje maksimalnog opterećenja kabela zbog ovisnosti o

temperaturi tla,

C2 – smanjenje maksimalnog opterećenja kabela zbog ovisnosti o

toplinskom otporu tla,

C3 - smanjenje maksimalnog opterećenja kabela zbog ovisnosti o

broju i razmaku kabela u zemlji,

C4 - smanjenje maksimalnog opterećenja kabela zbog ovisnosti o

zaštitnom pokrovu kabela,

Maksimalna struja opterećenja u normalnom pogonu jednaka je:

n

optopt

U

PI

⋅=

3max,

max, (3.7)

Maksimalna struja opterećenja ne smije biti veća od dopuštene trajne

struje opterećenja, odnosno:

Iopt,max < Idop

Page 23: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

23

3.2.2 Kontrola štićenja srednjenaponskog kabela

Proračun kratkog spoja:

Za termičko dimenzioniranje srednjenaponskog kabela i kontrolu

prorade zaštite potrebno je odrediti efektivnu vrijednost struje kratkog spoja

na mjestu nastanka kratkog spoja. Dozvoljena struja kratkog spoja određena

je s:

- najvećom dopuštenom temperaturom kabela,

- temperaturom kabela prije nastanka kratkog spoja,

- presjekom kabela,

- vremenom trajanja kratkog spoja.

Kontrolni proračun se obično vrši za najnepovoljniji slučaj uklapanja

nove trafostanice u srednjenaponsku mrežu. Iz podataka u studijima o

proračunima struja kratkog spoja u prijenosnoj mreži rađenim od strane

Instituta za elektroprivredu dobivena je struja kratkog spoja na

srednjenaponskim sabirnicama ISN,ks.

Nakon toga računa se reaktancija mreže svedene na srednji napon:

UIU

SUX

ksSNkm

⋅⋅⋅=⋅=

,"

,,3

1111 2

3

2

(3.8)

Za proračun kratkog spoja potrebno je uzeti sve kabele do kraja tog

strujnog kruga. Iz podataka o njihovoj duljini i otporima te reaktancijama

dobiva se ukupni otpor i reaktancija (Xk i Xm) od uklopnice do nove

trafostanice.

Sada je ukupna impedancija srednjenaponske mreže do mjesta

kratkog spoja (kraj voda):

)(2kmkuk XXRZ ++= . (3.9)

Page 24: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

24

Početna snaga i struja tropolnog kratkog spoja na kraju

srednjenaponskog kabela iznosi:

USI

ZUS

kk

ukk

⋅=

⋅=

3

1,1

"3"

3

2"3

(3.10)

Trajna struja kratkog spoja određuje se faktorom µ koji ovisi o omjeru

maksimalne nazivne struje kabela i struje kratkog spoja te o najkraćem

vremenu djelovanja zaštite koje je određeno u trafostanici. Faktor µ se

očitava iz dijagrama sa slike 3.2.

Slika 3.2: Ovisnost veličine µµµµ o omjeru struje kratkog spoja i nazivnestruje za različita najkraća vremena od nastanka kratkog spoja do

odvajanja kontakata

Sada je trajna struja kratkog spoja:"k3k IμI ⋅= (3.11)

Iz omjera k

k

II 3=σ , vremena trajanja kratkog spoja t, te omjera R/X iz

dijagrama se dobivaju faktori m i n.

Page 25: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

25

Slika 3.3: Veličine n i m u ovisnosti o trajanju kratkog spoja i veličine k,odnosno σσσσ prema njemačkim propisima VDE 0103 1.61

Efektivna vrijednost struje kratkog spoja je:

mnII ksekef +⋅= ", 31 (3.12)

Da bi kratkospojna zaštita ispravno djelovala mora biti zadovoljen

uvijet:"3, kkpod II <

Kontrola toplinskog naprezanja za slučaj tropolnog kratkog spoja:

Iz kataloga proizvođača dotičnog kabela dobiva se dozvoljena

vrijednost struje kratkog spoja u kabelu Idoz,1sec koja vrijedi uz pretpostavke:

- radna teperatura kabela (°C),

- temperatura kratkog spoja (°C),

- trajanje kratkog spoja 1 sec.

koje su dane u tablici za svaki kabel. Ako se uvijeti kratkog spoja razlikuju od

ovih tada je to potrebno uzeti u obzir.

Kontrola toplinskog naprezanja vrši se za slučaj kratkog spoja na

početku kabela. Dozvoljena struja kroz kabel je:

Page 26: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

26

t

II sekdoz

doz1,= (3.13)

Kabel se neće pregrijati ako je efdoz II > .

Ukoliko je u stanici zaštita s vremenskim članom tada trajanje kvara

može trajati i dulje od t sekundi. To je potrebno uzeti u obzir tako da se uz

nove faktore n i m dobiva nova struja Ief,t , a dozvoljena struja je

zaštite

dozdoz

t

II sec,1= . I sada mora biti Idoz > Ief,t .

3.2.3 Pad napona na kabelu

Kabel također mora biti odabran tako da na napojnoj točki napajanja

niskonaponske mreže napon bude unutar propisanih granica. Da bi se

odredio pad napona od uklopnice do niskonaponske trafostanice potrebno je

zbrojiti sve padove napona po kabelima od uklopnice do niskonaponske

trafostanice. Kontrola pada napona vrši se uz pretpostavku simetričnog

opterećenja trofaznog kabela te računajući samo uzdužnu komponentu. Uz

opisana pojednostavljenja te izuzimajući kapacitet i induktivitet kabela pad

napona na trofaznom kabelu metodom momenata je:

KU

dPU ij

jjni

i

⋅⋅

=∆∑∑=

−=

22

12 ,

',

, (3.14)

',

,'

,ji

njiij s

sdd ⋅=−1

nsK

⋅=

3701

gdje je:

- Pi – potražnja u čvorištu i (kW),

- U – pogonski napon (kV),

- di,j – duljina kabela između čvorišta i i j (m),

- d’i,j – nadomjesna duljina (m),

- sn – tipski presjek kabela (mm2),

Page 27: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

27

- si,j – stvarni presjek kabela (mm2),

- s’i,j – nadomjesni presjek kabela (mm2),

- s’i,j = si,j za kabele s Al vodičima,

- s’i,j = si,j * 57/37 za kabele s Cu vodičima.

Također se i za kabelske vodove često proračun pada napona vrši

jednostavnijom relacijom koja također daje zadovoljavajuće rezultate:

Slika 3.4: Primjer kabelskog voda za proračun pada napona

(%))(% 221

10 UtgxrlPkku

⋅⋅+⋅⋅⋅⋅=∆ ϕ (3.15)

)( 12

1

10

10

2 −+

−+=

nll

nllk

gdje je:

- P – opterećenje (kW),

- l – duljina kabela (km),

- r, x – jedinične konstante kabela (Ω/km),

- tgϕ - dobiven iz cosϕ snage,

- k1 – faktor ovisan o broju faza:

- 1 – faza → k1 = 2,

- 2 – faze → k1 = 1.5,

- 3 – faze → k1 = 1,

Page 28: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

28

- k2 – faktor težišta opterećenja na kabelu ( prema gornjoj

formuli) gdje je:

- l0 – udaljenost od TS do prvog odvojka na

vodu,

- n – ukupan broj odvojaka,

- l1 – prosječna udaljenost između odvojaka.

Proračuni za pad napona se osnivaju na pretpostavci da su svi

priključci trofazni te da je ukupno opterećenje simetrično.

3.3 Transformatorska stanica

3.3.1 Izbor tranformatora

Odabir transformatora vrši se prema pretpostavljenom opterećenju

konzuma u napojnoj točki. Iz učešća jednog domaćinstva u vršnom

opterećenju te broja tih domaćinstava dobiva se vršno opterećenje Pv. Iz

pretpostavljenog faktora snage cosϕ tada se određuje i prividna snaga

opterećenja Sn. Nazivna snaga transformatora mora biti veća od snage

opterećenja, a u obzir se mora uzeti i razvoj potrošnje konzuma.

optTRn

Vn

VV

SSPS

PnP

>⋅=

⋅=

,

cosϕ1

3.3.2 Kratki spoj

srednjenaponsko postrojenje:

Efektivna vrijednost izmjenične komponente udarne struje kratkog

spoja u postrojenjima HEP-a ograničena je u svakom distribucijskom

području na neku vrijednost "kI .

Udarna struja kratkog spoja uz faktor k koji slijedi iz omjera R/X je:

Page 29: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

29

"2 ku IkI ⋅⋅= . (3.16)

Trajna struja kratkog spoja uz faktor µ je:"kk II ⋅= µ . (3.17)

Efektivna vrijednosti struje kratkog spoja je:

nmII ksekef +⋅= ",1 . (3.18)

niskonaponsko postrojenje:

Nadomjesni otpor mreže na niskonaponskoj strani je:22

, 1001,1

⋅⋅=

SN

NNSNNNm U

UUZ . (3.19)

Nadomjesni otpor transformatora se dobiva iz Sn i Uk:

n

NNkt S

UuZ2

100⋅= , gdje je uk napon kratkog spoja

transformatora.

Ukupni otpor je sada:

mt ZZZ += .

Snaga tropolnog kratkog spoja na NN sabirnicama (0,4 kV):

ZUP NN

NNk

2

,1,1 ⋅= . (3.20)

Udarna struja kratkog spoja uz faktor k koji slijedi iz omjera R/X:",, 2 NNkNNu IkI ⋅⋅= . (3.21)

Trajna struja kratkog spoja slijedi iz µ:2,, NNkNNk II ⋅= µ . (3.22)

Efektivna srednja vrijednost struje kratkog spoja :222

,1, nmII NNksekef +⋅= . (3.23)

Page 30: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

30

3.3.3 Dimenzioniranje sabirnica

Nazivna struja transformatora na srednjenaponskoj strani je:

SN

nSNn U

SI⋅

=3, (3.24)

U najnepovoljnijem slučaju sabirnice su opterećene ukupnom strujom

svih transformatora priključenih preko srednjenaponskih razvoda. Obzirom

na prijenosnu moć kabela srednjenaponski razvodi moraju biti dimenzionirani

na struju koja odgovara nazivnoj struji kabela.

Nazivna struja na niskonaponskoj strani:

NN

nNNn U

SI⋅

=3, . (3.25)

Odabrani razvod dotičnog proizvođača (Končar, ABB,...) mora

zadovoljavati i biti testiran za veću struju od mazivne sekundarne.

termička kontrola niskonaponskih razvoda:

a) kontrola s obzirom na nazivnu struju

Budući da se za NN razvode obično koristi više žila potrebno je

izračunati ukupnu prijenosnu moć koja mora biti veća od nazivne sekundarne

struje.

b) kontrola s obzirom na struju KS

Iz podataka proizvođača dobiva se strujna opteretivost jednog kabela

za struju kratkog spoja trajanja 1 sek. Preračunavši to na ukupan broj

kablova dobivamo ukupnu struju kratkog spoja koju spojni vod meže podnijeti

kroz 1 sek i on mora biti veći od efektivne vrijedost struje kratkog spoja u

trajanju od 1 sek. ( Ief,1sek).

Page 31: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

31

3.3.4 Uzemljenje trafostanice

Kod niskonaponskih transformatorskih stanica, niskonaponska strana

transformatora je uvijek uzemljena tako da se potrošači štite od previsokog

napona dodira TT sistemom.

Ukupni otpor združenog uzemljenja Rzdr trafostanice je:

k

d

z

dzdr Ir

UI

UR⋅

== (3.26)

,gdje je

Ud – dozvoljeni napon dodira,

r – redukcijski faktor pojnog voda,

Iz – struja koja teče kroz združeni otpor uzemljenja,

Ik – ukupna struja jednopolnog kratkog spoja koja je jednaka sumi

struje kroz otpor uzemljenja i ukupne kapacitivne struje zemljospoja

galvanski povezane mreže.

)( 22CRk III += , IC – radna komponenta struje jednopolnog

kratkog spoja.

Iz vremena isklapanja jedopolnog kratkog spoja proizlazi dozvoljeni

udarni napon Ud.

Nadalje se iz parametara

- specifični otpor tla,

- dubina ukopa uzemljivačke trake,

- širina trake,

te geometrije uzemljivača izračunava otpor združenog uzemljenja. On mora

biti manji od zahtijevanog, odnosno

zdruzmelj RR <. .

Page 32: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

32

4. Primjer proračuna srednjenaponskog kabelskogvoda

U mreži prikazanoj na slici 4.1 potrebno je isprojektirati kabelski vod za

koji su poznati slijedeći podaci:

Slika 4.1: Srednjenaponski kabelski vodnaponski nivo 20 kV

tip kabela (standardizirani) 3 x XHE 49-A 1 x 150 mm2

duljina 0,938 km

otpor (r) 0,264 Ω/km

reaktancija (x) 0,113 Ω/km

nazivna struja 319 A

kratkotrajna struja preopterećenja (1s) 17,4 kA

3-polna struja KS na SN sabirnicama 7,43 kA

nazivno opterećenja kabela 4,6 MW

faktor snage kabela (cosϕ) 0,7

vrijeme djelovanja zaštite u TS 0,2 s

prosječna temperatura tla 15 °C

toplinski optor tla 150 °C*cm/W

pokrov kabela u rovu cigla

Page 33: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

33

4.1. Izbor i termička kontrola kabela

Potrebno je utvrditi da li kabel zadovoljava strujna naprezanja u

normalnom pogonu. Za to je potrebno utvrditi trajnu dopuštenu struju kabela i

usporediti je s najvećom strujom opterećenja u normalnom pogonu.

Idop = C1 * C2 * C3 * C4 * Ingdje su:

C1 - smanjenje maksimalnog opterećenja kabela zbog ovisnosti o

temperaturi tla,

C2 – smanjenje maksimalnog opterećenja kabela zbog ovisnosti o

toplinskom otporu tla,

C3 - smanjenje maksimalnog opterećenja kabela zbog ovisnosti o

broju i razmaku kabela u zemlji,

C4 - smanjenje maksimalnog opterećenja kabela zbog ovisnosti o

zaštitnom pokrovu kabela,

Maksimalna struja opterećenja u normalnom pogonu jednaka je:

AU

PI

n

optopt 79132

3,max,

max, =⋅

=

Budući da je zadovoljen uvijet

Idop = 282 A > Iopt,max = 132,79 A.

4.2. Kontrola štićenja kabela

a) proračun struja kratkog spoja

Za termičko dimenzioniranje SN kabelskog voda i kontrolu prorade

zaštite potrebno je odrediti efektivnu vrijednost struje KS na mjestu nastanka

KS.

Dozvoljena struja KS određena je s :

- najvećom dopuštenom temperaturom voda

- temperaturom voda prije nastanka KS

- presjekom voda

Page 34: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

34

- vremenom trajanja KS

- dozvoljenom strujom KS vrijednosti 17,4 kA u vremenu

trajanja KS od 1 s za kabel XHE 49-A, 3x (1x150 mm2)

- maksimalnom dopuštenom strujom opterećenja u iznosu

od 319 A uz najveću dopuštenu temperaturu kabelskog

voda tipa XHE 49-A, 3x (1x150 mm2).

Kontrolni proračun izvršit ćemo za najnepovoljniji slučaj uklapanja

nove transformatorske stanice u SN mrežu.

Prema podacima iz studija o pračunu struja KS u mreži 110 kV

rađenim od strane Instituta za elektroprivredu, struja KS na 20 kV

sabirnicama iznosi

Ik3 = 7,43 kA.

Reaktancija mreže svedene na 20 kV iznosi:

Ω=⋅⋅

⋅=⋅= 7101204373

201111 2

3

2

,,

,,"k

m SUX .

Ukupna impedancija mreže 20 kV do mjesta kratkog spoja (kraj voda).

Ω=++= 833122 ,)(( kmkuk xxrZ

Početna snaga i struja tropolnog KS na kraju 20 kV voda iznosi:

MVAZ

USuk

k 0724011 2

3 ,," =⋅= => kAI k 93063 ," =

Trajna struja KS uz faktor µ = 0.5 iznosi:

kAII kk 46533 ," =⋅= µ

Iz omjera Ik3” / Ik = 2 i vremena KS t = 0,2s te uz k = f(R/X) = 1 iz dijagrama

dobivamo m = 0 i n = 0,86.

Efektivna vrijednost struje kratkog spoja je:

kAnmII kef 43631 ,"sec, =+⋅=

U SN trafostanici je kratkospojna zaštita podešena na 1,5 kA uz t = 0,2 s, pa

slijedi:

Page 35: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

35

Ik3” = 6,930 kA > Ipod = 1,5 => zaštita će djelovati.

b) kontrola toplinskog naprezanja za slučaj 3-polnog KS

Prema katalogu proizvođača kabela “Elka” Zagreb, dozvoljena

vrijednost struje kratkog spoja u predmetnom 20 kV kabelu iznosi Idoz,1sec =

17,4 kA. Navedena struja vrijedi uz slijedeće pretpostavke:

- radna temperatura kabela 90 °C

- temperatura kratkog spoja 250 °C

- trajanje kratkog spoja 1 s.

Kontrola toplinskog naprezanja obavit će se za slučaj kratkog spoja na

početku kabela. Najveća struja tropolnog kratkog spoja mreže napajane iz

SN trafostanice iznosi 7,43 kA.

Računamo za slijedeći slučaj:

- vrijeme prorade releja t = 0,2 sec,

- ekvivalentna struja 3pks za t=0,2 s; Ief = 7,43 kA

kAt

II doz

kabdoz 9138204171 ,,,sec,

, ===

Vidimo da je Idozv,kab = 38,91 kA > Ief = 7,43 kA, dakle kabel se neće pregrijati.

4.3. Pad napona na kabelu

Budući da je to prvi kabel gledajući od strane uklopnice nije potrebno

računati pad napona metodom momenata već jednostavno:

(%))(% 210 UtgxrlPu

⋅⋅+⋅⋅=∆

ϕ

gdje je:

- P – opterećenje u kW

- l – duljina voda u km

- r, x – jedinične konstante kabela (Ω/km)

- tgϕ - izračunat iz cosϕ snage

- U – napon u kV.

Page 36: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

36

Uvrstivši sve poznate vrijednosti dobivamo:

%,),,,(,% 409102010

02111302640938046002 =

⋅⋅+⋅⋅=∆u

Page 37: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

37

5. Primjer proračuna srednjenaponskog kabelskogvoda upotrebom računala

Ovaj primjer je napravljen upotrebom aplikacije AutoCad Map 2000 u

čijem je sučelju uz pomoć Visual Basic for Aplications napravljen makro

projekt koji računa sve potrebne veličine i proračune vezane uz polaganje

srednjenaposkog kabela iz ovog primjera.

Dakle, prvo je potrebno pokrenuti AutoCad Map 2000 (u daljnjem

tekstu Acad) te u njega učitati digitaliziranu mapu na kojoj se nalazi ucrtana

trasa kabela. Sučelje u Acad-u tada izgleda ovako:

Slika 5.1: Radno sučelje AutoCad Map 2000

Nakon toga pokrećemo makro projekt kojim ćemo računati sve

potrebne vrijednosti i proračune kabela.

Page 38: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

38

Slika 5.2: Pokretanje makro projekta za proračunavanjesrednjenaponskog kabela

Nakon pokretanja makro projekta otvara nam se prva stranica za unos

podataka. Kao što se vidi na slici 4.3. na njoj unosimo slijedeće podatke:

- tip kabela,

- duljinu kabela, ali koju možemo dobiti i selektiranjem na

samoj mapi,

- broj paralelnih kabela,

- naponski nivo,

- opterećenje,

- faktor snage.

Page 39: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

39

Slika 5.3: Unošenje podataka u program

Nakon toga pritiskom na dugme “naprijed” prelazimo na drugu stranicu

u kojoj unosimo podatke vezane uz okolinu i smještaj kabela (slika 4.4):

- da li je kabel smješten u zemlji ili zraku,

- koja je temperatura zemlje, odnosno zraka,

- toplinski otpor tla,

- broj i razmak kabela u zemlji,

- vrsta pokrova nad kabelom,

- broj cijevi kod polaganja kabela u zasebne cijevi.

Page 40: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

40

Slika 5.4: Unošenje podataka u program

Pritiskom na dugme “naprijed” prelazimo na slijedeću stranicu vezanu

uz događaje vezane s kratkim spojem kabela (slika 4.5):

- struja 3-polnog kratkog spoja na srednjenaponskim

sabirnicama,

- struja podešenja zaštitnih releja u srednjenaponskoj

transformatorkoj stanici,

- vrijeme trajanja kratkog spoja.

Page 41: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

41

Slika 5.5: Unošenje podataka u program

Nakon unošenja svih potrebnih podataka, pritiskom na dugme

“naprijed” makro sam računa potrebne vrijednosti te ih iznosi tabelarno na

zaslonu računala kako je prikazano na slici 4.6.

Page 42: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

42

Slika 5.6: Tabelarni prikaz proračuna na zaslonu računala

Nakon toga moguće je te podatke spremiti u tekstualnu datoteku

pritiskom na dugme “napravi tekstualnu datoteku” radi spremanja podataka

proračuna, ispisa, i dr. Tako dobivena tekstualna datoteka prikazana je na

slici 4.7.

Page 43: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

43

Slika 5.7: Tekstualna datoteka s rezultatima proračuna

Page 44: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

44

6. Zaključak

Turbulentnim razvojem informatičke tehnologije, pogotovo u

posljednjih desetak godina, znatno su ubrzani procesi projektiranja i

planiranja elektroenergetskih mreža. Pojavljivanjem Geografskog

informacijskog sustava, odnosno njegovom širom primjenom i ekspanzijom u

djelatnosti koje su vezane uz geografske parametre, nametnuo se je kao

idealno riješenje za lakše, brže i efektivnije dolaženje do potrebnih podataka

o određenom području i strukturama smještenim na njemu.

Elektroenergetske mreže prostorno su vrlo raspodijeljene po

zemljinoj površini te je prilikom njihovog projektiranja potrebno sakupiti niz

potrebnih podataka vezanih uz područje kojim će dotični vod prolaziti. Danas

je to uporabom geografskog informacijskog sustava znatno olakšano te je

omogućena veća transparentnost podataka prije i nakon izvršenja radova na

dijelovima teritorija.

Budući da je prilikom projektiranja dijela srednjenaponske mreže

potrebno sakupiti niz podataka o zemljištu kojim prolazi dotični vod, kao što

su vrsta zemljišta, podaci o vlasnicima parcela, podaci o ostalim energetskim

i drugim komunalnim vodovima, taj posao uporabom GIS-a postaje mnogo

jednostavniji i brži. Usporedo s time, razvoj računalne opreme omogućio je i

jednostavnije riješavanje složenih matematičkih problema, razmjenu i

pohranu različitih vrsta podataka i mapa i to sve u obliku pogodnom za lako

korištenje, pretraživanje i izmjenu.

Ovim diplomskim radom pokušalo se je pokazati kako je moguće u

procese projektiranja srednjenaponskih razdijelnih mreža uključiti računalo te

na taj način doprinijeti lakšem, bržem i nadasve točnijem projektiranju istih.

Pokušalo se je dati smjernice ka daljnjem radu na ovom problemu kako bi se

ljudima koji se bave problemom projektiranja olakšao posao koji inače

zahtijeva puno energije, a koja bi se inače mogla usmjeriti na neke druge

procese i probleme.

Page 45: PRIMJENA GIS-a PRI PROJEKTIRANJU SREDNJENAPONSKIH

Primjena GIS-a pri projektiranju srednjenaponskih razdjelnih mreža

45

Literatura:

H. Požar, Visokonaponska rasklopna postrojenja, Tehnička knjiga, Zagreb

1990.,

V. Srb, Električne instalacije i niskonaponske mreže, Tehnička knjiga, Zagreb

1991.,

Tehnički uvjeti za izbor i polaganje elektroenergetskih kabela nazivnog

napona 1 kV do 35 kV, Bilten HEP-a broj 22, 25. ožujka 1993.,

Pravilnik o tehničkim normativima za izgradnju nadzemnih elektroenergetskih

vodova napona od 1 kV do 400 kV, čl. 28 – 34, čl. 39 – 60, čl. 72 – 95, Sl. list

broj 65/88,

Pravilnik o tehničkim normativima za elektroenergetska postrojenja nazivnog

napona iznad 1000V, Sl. list broj 4/74,

Pravilnik o tehničkim normativima za zaštitu niskonaponskih mreža i

pripadajućih trafostanica, Sl. list broj 13/78,

Koloman Vagman dipl. ing., Granični raspon dalekovoda, X. stručno

savjetovanje elektroenergetičara Jugoslavije, Referat broj 30.14, Dubrovnik,

10.-16.listopada, 1970.,

KONČAR, Tehnički priručnik, KONČAR Elektroindustrija d.d., Zagreb 1991.,

D. Škrlec, Doc. dr. sc., Bilješke s predavanja “Razdjelne mreže i instalacije”,

FER, Zagreb 2000.,

D. Škrlec, Doc. dr. sc., Bilješke s predavanja “Geografski informacijski

sustavi”, FER, Zagreb 2000.,

AutoCad Map 2000, User’s guide Release 4, March 22, 1999.,

AutoCad 2000, ActiveX And VBA Developer’s Guide, March 12, 1999.,

Visual Basic And Databases, sharewere version, KIDware,