Upute_Konstrukcijski

Tehniki fakultet Sveuilita u Rijeci

PROJEKTIRANJE ELEKTRINIH POSTROJENJA

-Upute za izradu konstrukcijskog rada- UVOD Za odreivanje potencijalnih prilika na uzemljivau TS 110/10(20) kV openito bi trebalo razmotriti

osim JKS unutar stanice i JKS izvan nje to jest u ostalim transformatorskim stanicama 110 kV

mree. Meutim, u sklopu ovih uputa kao i prilikom izrade konstrukcijskih radova to nee biti

potrebno za odreivanje najvieg potencijala uzemljivaa stanice.

1. REDUCIRANE STRUJE NARINUTE NA SUSTAV UZEMLJENJA Redukcijski faktori vodova 110 kV Struje koje kroz zemlju odlaze (ili dolaze) na sustav uzemljenja mjerodavne su za odreivanje

potencijala. To u pravilu nije ukupna struja jednopolnog kvara jer se jedan dio te struje najee

vraa metalnim vezama pa ne odlazi u zemlju i ne utjee na potencijal uzemljivaa. Struja narinuta u

nekom m-tom voru sustava uzemljenja koja u zemlju odlazi kroz sustav uzemljenja (tzv. reducirana

struja) definira se openito kao:

Irm = Ikam - ITRm - Iind m

gdje je:

Ikam - ukupna (dovedena) struja JKS u m-tom voru;

ITRm - suma struja odvedenih preko uzemljenih transformatora u m-tom voru;

Iind m - suma induciranih struja odvedena zatitnim vodiima prikljuenim na m-ti vor

(ekrani/platevi visokonaponskih vodova, platevi TK kabela i dr.).

Uzemljivai postrojenja u mrei 110 kV mogu biti povezani metalnim ekranima kabelskih vodova 110

kV, 3x(1x1000 Al/95 Cu) mm2, koji se polau ili u ravnini ili u trolist formaciji, odnosno preko zatitne

uadi na dalekovodnim stupovima. Kabelski vodovi imaju nizak otpor ekrana i jaku elektromagnetsku

spregu faznih vodia prema vodiima ekrana pa se u sluaju pojave JKS u jednom od postrojenja

110 kV, preko ekrana tih kabela prenosi jaka strujna reakcija prema uzemljivaima ostalih

postrojenja pripadne kabelske mree 110 kV.

Zavod za elektroenergetiku PROJEKTIRANJE ELEKTRINIH POSTROJENJA

1.1 REDUKCIJSKI FAKTORI KABELA Jakost elektromagnetske sprege faznih vodia i ekrana moe se procijeniti koristei redukcijske

faktore vodova. Redukcijski faktor sustava od tri jednoilna kabela ili od est jednoilnih kabela

(sluaj dva kabela u jednom rovu) rauna se kao:

ekekz

ek

XjRRR

r++

=

Rek - radni otpor tri, odnosno est ekrana (/km);

Rz - jedinini otpor povratnog puta kroz zemlju (/km);

Xek - reaktancija paralelno vezanih (3 ili 6) ekrana (/km).

Prema tome, za sluaj jednog kabela (tri ile) u rovu veliina Rek iznosi jednu treinu jedininog

otpora ekrana jedne ile.

Za sluaj dva kabela (est ila) u rovu veliina Rek iznosi jednu estinu jedininog otpora ekrana

jedne ile.

Otpor Rz iznosi:

Rz = 0,05 /km

Reaktancija Xek rauna se kao:

SGUX ek

=

93log1445,0

gdje je:

- specifini otpor tla

SGU - srednji geometrijski polumjer paralelno vezanih ekrana.

Za tri ekrana (1 kabel u rovu) vrijedi:

3 231312 DrrrrSGU ee ==

re - srednji polumjer jednog ekrana (m);

r12, r13 - udaljenost vodia 1-2, 1-3; kod kabela u trolistu to je veliina jednaka promjeru ile

kabela (D).

Za est ekrana veliina SGU rauna se kao:

6 321

261615141312 = DDrrrrrrrSGU ee

D1-2 - razmak izmeu dva kabelska trolista; uz pretpostavku da vrijedi D1-2>>D.

2


Ukoliko se eli obuhvatiti i prijelazni otpor na krajevima kabelskih plateva odnosno otpore uzemljenja

susjednih postrojenja, tada treba vrijednosti Rek dodati otpore uzemljenja stanica na oba kraja kabela.

Struje inducirane u ekranima kabela proporcionalne su s (1-r), a zbog relativno malog iznosa r moe se

zakljuiti da e kabeli 110 kV imati izrazito jaku elektromagnetsku spregu.

1.2 REDUKCIJSKI FAKTORI NADZEMNIH VODOVA Jakost elektromagnetske sprege faznih vodia i zatitnog vodia moe se procijeniti koristei

redukcijske faktore nadzemnih vodova. Redukcijski faktor sustava od tri fazna vodia i jednog

zatitnog vodia rauna se kao:

....

..

uzuzz

muzuz

XjRRXjRR

r+++

=

Rz.u. - radni otpor jednog, odnosno dva zatitna ueta (/km);

Rz - jedinini otpor povratnog puta kroz zemlju (/km);

Ruz serijski zbroj otpora uzemljenja stanica prikljuenih na kraj zatitnog ueta (/km);

Xm - meusobna reaktancija zatitne uadi i faznih vodia (/km);

Xz.u. vlastita reaktancija zatitne uadi (1 ili 2) (/km).

Za sluaj nadzemnog voda s dva zatitna ueta veliina Rz.u. iznosi jednu polovinu jedininog otpora

jednog zatitnog ueta.

Otpor Rz iznosi:

Rz = 0,05 /km

Reaktancije Xm i Xz.u. raunaju se kao:

ruz

m daX += 11,0log1445,0

..

ruz

uz dX

+

= 11,0

1,93log1445,0

....

gdje je:

- specifini otpor tla

a - srednja geometrijska udaljenost zatitnog ueta od faznih vodia

dz.u. vlastita srednja geometrijska udaljenost zatitnih ueta

r faktor relativne magnetske permeabilnosti zatitnog ueta

3


Srednja geometrijska udaljenost a rauna se za jedno zatitno ue prema:

3cba ddda =

da, db, dc, - udaljenost faznih vodia od zatitnog ueta (m);

Za dva zatitna ueta veliina a se rauna kao:

6cqbqaqcpbpap dddddda =

dap, dbp, dcp, daq, dbq, dcq, - udaljenost faznih vodia od zatitnih ueta (m);

Vlastita SGU za jedno zatitno ue iznosi:

.... uzuz rd =

Vlastita SGU za dva zatitna ueta iznosi:

Drd uzuz = ....

gdje je:

rz.u. vanjski polumjer zatitnog ueta (m)

D razmak zatitnih ueta (m)

Ukoliko se prijelazni otpori na krajevima zatitnih ueta odnosno otpori uzemljenja susjednih

postrojenja, ne uzimaju u obzir, tada je iz izraza za odeivanje redukcijskog faktora potrebno izostaviti

vrijednost Ruz.

Struje inducirane u zatitnim uetima proporcionalne su s (1-r), a zbog relativno velikog iznosa r moe

se zakljuiti da e nadzemni vodovi 110 kV imati manju elektromagnetsku spregu od kabela. Reducirana struja za sluaj JKS u TS 110/10(20) kV Primjenom redukcijskih faktora iz prethodne toke odreuje se reducirana struja za sluaj JKS u TS

110/20 kV:

=

=n

iiir IrI

103

4


2. SUSTAV UZEMLJENJA TS 110/10(20) kV

Sustav uzemljenja TS 110/10(20) kV sastoji se od sljedeih elemenata:

- uzemljivaa same TS 110/10(20) kV;

- bakrene uadi poloene u kabelske trase (110 kV i 10(20) kV);

- uzemljivaa prikljuenih TS 10(20)/0,4 kV koji su vezani na osnovni uzemljiva TS 110/10(20) kV

putem ekrana kabela 10(20) kV.

U daljnjem tekstu prikazat e se proraun impedancije uzemljenja svih navedenih elemenata, te ukupne

impedancije sustava uzemljenja.

2.1 Uzemljiva postrojenja TS 110/10(20) kV Uzemljiva navedenog postrojenja najee je nepravilnog oblika, ija se povrina moe ekvivalentirati

povrinom kvadrata.

Otpor uzemljenja takve konfiguracije moe se odrediti formulom:

ARTS

= 50,0

- specifini otpor tla;

A - ekvivalentna stranica uzemljivaa (m).

2.2. Uzemljivaka uad u trasi kabelskih vodova U izlazne kabelske rovove obavezno se postavlja bakrena uad, obino presjeka Cu 50 mm2. Kabeli

110 kV u obino izlaze iz stanice kroz kabelski tunel, a onda se polau u uobiajeni kabelski rov.

Kabeli 10(20) kV takoer se izvode ili kroz kratki kabelski tunel, ili se direktno razvode u kabelskim

rovovima prema mrei srednjeg napona. U kabelskim tunelima bakreno ue nije u izravnom kontaktu s

tlom, zbog ega se povezuje s armaturom tunela.

Impedancija uzemljenja dugakog uzemljivakog ueta odreuje se pomou formule:

yzZuze =

gdje su:

z - uzduna impedancija Cu ueta (/km)

y - poprena vodljivost Cu ueta (S/km).

5


Impedancija z rauna se kao:

z = ruze + j Xuze

Ruze - jedinini djelatni otpor Cu ueta (/km)

axuze

=

93log1445,0

a - polumjer ueta (m)

- specifini otpor tla (m).

Poprena vodljivost y rauna se temeljem slijedeeg izraza:

ahl

gy

=

2ln

103

h - dubina ukopavanja ueta (m);

l - granina duina nakon koje uzemljiva ne sudjeluje u odvoenju struje u zemlju (m).

Granina duina l odreuje se posebnim iterativnim postupkom.

Postupak kojim se odreuje granina duina za bakreno ue u kabelskoj trasi je sljedei:

Najprije se odredi koeficijent , prema:

( )zRe=

Nakon toga odrede se koeficijenti A i B, prema sljedeim izrazima:

DhA

=

1ln ,

gdje je:

h dubina ukopavanja bakrenog ueta (m),

D vanjski promjer bakrenog ueta (m).

6


2

2

1ln

=

B

gdje su:

- specifini otpor tla (m),

zahtjevana tonost prorauna (obino 0,05).

Potom je numeriki, odnosno iterativnim postupkom potrebno potraiti rjeenje sljedee jednade po

nepoznanici l.

BAl

l=

+ln

2

2.3. Nadzemni vod kao element sustava uzemljenja Otpor uzemljenja kojega ini nadzemni vod sa svojim zatitnim vodiima te uzemljenjem dalekovodnih

stupova mora se uzeti u obzir prilikom odreivanja ukupnog otpora uzemljenja u stanici 110/10(20) kV.

Izrazi za impedanciju uzemljenja nadzemnog voda dosta su sloeni, meutim za sluaj dugih odnosno

kratkih vodova ti se izrazi pojednostavljuju. Obzirom da e se najee raditi o dugim vodovima

odnosno vodovima s vie od 5-10 raspona, prikazat e se postupak odreivanja impedancije

uzemljenja upravo za takve vodove.

Da bi sljedei izrazi bili primjenjivi potrebno je provjeriti da li je vod u kontekstu odreivanja impedancije

uzemljenja dugaak, odnosno vrijedi li:

and

5,1

gdje nd predstavlja broj raspona nakon kojega se vod moe smatrati dugim.

Veliina a odreuje se prema:

+=s

r

s

r

RZ

RZa

2Re

( ) 1ljxrZr +=

rar

x

+

= 016,01,93

log1445,0

gdje su:

Zr impedancija jednog raspona zatinog ueta

l1 duljina jednog raspona

r jedinini djelatni otpor zatitnog ueta

7


x jedinini induktivni otpor zatitnog ueta

ra vanjski radijus zatitnog ueta

Konano, izraz za impedanciju uzemljenja nadzemnog voda, prema priblinoj relaciji koja vrijedi za

duge vodove, glasi:

41

21

++

=

r

s

su

ZR

RZ

Ukoliko vod posjeduje dva zatitna ueta, jedinini djelatni otpor potrebno je podijeliti sa dva, a vanjski

radijus zatitnog ueta zamijeniti s vlastitim SGU za dva zatitna ueta na meusobnoj udaljenosti D,

odnosno:

Dra

2.4. Uzemljenje srednjenaponske distribucijske mree Iz TS 110/10(20) kV energija se najee distribuira kabelima 10(20) kV, tipa XHE 49-A 3x1x150/25

(3x1x185/25) mm2.

Navedeni kabeli polau se u jednoilnoj izvedbi, a svaki vodi ima ekran izveden od bakra, presjeka Cu

25 mm2. Ekrani se galvanski povezuju s uzemljivaem TS 110/10(20) kV te uzemljivaima TS

10(20)/0,4 kV.

Otpor uzemljenja transformatorskih stanica 10(20)/0,4 kV bez utjecaja prikljuenih SN kabela i njihovog

uzemljenja sainjavaju: otpor rasprostiranja uzemljivaa niskonaponskih stanica, eventualno otpor

uzemljenja temelja i otpor uzemljenja pripadne nulirane niskonaponske mree gledan iz same

transformatorske stanice. Za gradske uvjete i transformatorske stanice 10(20)/0,4 kV moe se uz

dovoljnu sigurnost prihvatiti vrijednost od:

RNN = 2 .

Uzduna impedancija sustava od 3 paralelno vezana ekrana kabela 20 kV rauna se kao:

la

jR

Zsgu

ekek

+= )

93log1445,0

3(3

Rek - djelatni otpor jednog ekrana (/km)

- specifini otpor tla (m)

l - duina kabela (km)

asgu - srednja geometrijska udaljenost izmeu 3 ekrana (m)

3 2eksgu rda =

8


d - promjer jedne ile kabela (m);

rek - polumjer preko jednog ekrana kabela (m).

2.5. Ukupna impedancija sustava uzemljenja Veoma je teko uzeti u obzir sve elemente sustava uzemljenja. To se naroito odnosi na mreu

srednjeg napona, zbog izraenog meuutjecaja susjedno poloenih kabela 10(20) kV, ali i susjednih

mrea niskog napona u sustavu uzemljenja.

Zato se daljnji proraun temelji na sljedeim pretpostavkama:

- uzimaju se u obzir 4 bakrena ueta Cu 50 mm2, koja se razilaze u kabelskim trasama 110 kV i

10(20) kV u razliitim smjerovima;

- u obzir se uzimaju samo 4 kabela 10(20) kV, sa samo jednom prikljunom TS 10(20)/0,4 kV.

Gornji pristup je restriktivan, a proraun se dovodi na stranu sigurnosti.

Impedancija ukupnog sustava uzemljenja rauna se kao:

DVSNuzeTSe Zk

Zm

Zn

RZ+++=

11

gdje su:

n broj bakrene uadi u rovovima VN i SN kabela

m broj SN kabela ija se impedancija uzemljenja uzima u obzir

k broj VN nadzemnih vodova ija se impedancija uzemljenja uzima u obzir

Proraun utjecaja uzemljenja mrea niskog napona koje su prikljuene na pripadne TS 10(20)/0,4 kV

vrlo je teko egzaktno modelirati. Zato se njihov utjecaj nastoji obuhvatiti aproksimativnim putem, ali

tako da bude na strani sigurnosti.

Krajnje pojednostavljeni model, koji pretpostavlja da je na svakom kabelu 10(20) kV prikljuena samo

jedna transformatorska stanica posluit e za odreivanje otpora SN kabela i pripadnih NN mrea.

Dakako, u stvarnosti je situacija povoljnija zbog veeg broja prikljuenih TS 10(20)/0,4 kV iako njihov

doprinos smanjenju ukupne impedancije ne moe biti linearan. Jasno, dobiveni rezultat je na strani

sigurnosti.

Ostale TS 10(20)/0,4 kV u daljnjem proraunu su zanemarene. Osim toga uzeta su u obzir samo 4

kabela koja se razilaze u razliitim smjerovima.

9


Prema tome, impedancija ZSN rauna se kao:

ZSN= Z3ek+RNN

Konano, potencijal uzemljivaa TS 110/10(20) kV prilikom jednopolnog kratkog spoja na strani 110 kV

jednak je umnoku reducirane struje JKS i ukupne impedancije uzemljenja stanice 110/10(20 kV) i

iznosi :

er ZI =

3. IZNESENI POTENCIJAL I NAPONI DODIRA U DISTRIBUCIJSKOJ MREI

Pojavom jednopolnog kvara u postrojenju 110 kV dolazi do pojave povienog potencijala uzemljivaa u

odnosu na referentnu (daleku) zemlju.

Povieni potencijal se putem ekrana kabela 10(20) kV te drugih metalnih masa prenosi u distribucijsku

mreu, sve do krajnjih troila. Pri tome je nuno da rezultirajui naponi dodira ostanu u doputenim

granicama koje ovise o trajanju kvara, a to je u ovom sluaju ogranieno proradom zatite sabirnica.

Prema vaeim tehnikim propisima izvan postrojenja naponi dodira su ogranieni na vrijednost:

Udd = 160 V.

No, prema vaeoj normi HRN 637 doputeni napon dodira za t=0,1 s iznosi:

Udd= 325 V.

Napon dodira u nekoj toki nalazi se u korelaciji s izneenim potencijalom iz TS 110/10(20) kV:

d

dd s

fU

=

fd - faktor kojim se obuhvaa izjednaenost potencijala (< 1);

sd - faktor kojim se obuhvaa utjecaj prijelaznog otpora stajalita (> 1).

U gornjoj formuli zanemareno je priguenje izneenog potencijala iz TS 110/10(20) kV jer je u blizini

postrojenja taj efekat neizvjestan. Time su prorauni dovedeni na stranu sigurnosti. Faktor fd odreuje

se mjerenjima.

10


Karakteristine vrijednosti za faktor fd su:

OBJEKAT fdTS 10/0,4 kV 0,3 razvodni kabelski ormari 0,4 kV 0,450,72 stupovi nadzemne mree 0,4 kV 0,6 0,8 neuzemljeni stupovi javne rasvjete 0,610,96 kabelske prikljune kutije na zidovima zgrada 0,060,66 stambeni objekti - kuhinje 0,030,06 stambeni objekti - kupaonice 0,040,4

Faktor sd rauna se kao:

Sd = 1+1,5 s 10-3

s - specifini otpor povrinskog sloja tla (m).

Prema relevantnoj literaturi, specifini otpor s stajalita u kuanstvima u suhim uvjetima poprima

iznos vei od:

s= 1000 m.

Prema tome za kuanstva se mogu izraunati slijedee vrijednosti faktora fd i sd:

fd = 0,4

sd = 1+1,5100010-3 = 2,5 (suhi uvjeti)

sd = 1 (kupaonica, vlani uvjeti).

Najnepovoljniji naponi dodira u kuanstvima tada iznose:

- suhi uvjeti: Ud = 0,16

- vlani uvjeti: Ud = 0,40

to se tie objekata na otvorenom prostoru, sigurno je da nee biti problema ako je stajalite

asfaltirano ili poljunano (veoma veliki faktor sd). Opet, prema relevantnoj literaturi, asfalt ima

praktiki beskonani specifini otpor tla.

Pozornost treba obratiti samo na objekte ukoliko je stajalite zemlja, npr. na stupove javne rasvjete

ukoliko oni nisu uzemljeni.

11


PRILOG 1. Vrijednosti specifinog otpora na karakteristinim mjestima stajanja

S (m) VRSTA TLA

suho tlo vlano tlo

Neglaana hrastovina u blizini radijatora

1850

U sredini prostorije 1110 kraj zida 14400 532 Hrastovina glaana voskom nezavisno od mjesta stajanja 11300

Keramike ploice u sredini prostorije

3560

kraj zida 500 Ploice od

keramike, ispod umivaonika

11500

pjeanog kamena (gres), ispod umivaonika 1100 pjeanog kamena, u sredini prostorije 14700 Cement

u sredini prostorije

7550

nad betonom 11800 438 nad kamenom 5340 nad mravim betonom poloenim preko prirodnog tla 300010000 220250 nad armiranim betonom 100150 Plonik od

staklenih ploica

metalno armiranih staklenih ploica 6050 6050 kamena, u sredini prostorije 24200 Teracolit

u sredini prostorije

nad temeljem 1060 kraj zida 1550 kraj radijatora 41200 930 pohabani dio 24200 588 kraj vlanog zida 4020 525 Pokriva iznad

ljunkom ili sitnim kamenom debljine 10-15 cm prirodnog tla 5200

Sloj asfalta debljine 2-5 cm

12

Documents

Upute_Konstrukcijski