Utjecaj Zeljeznickog Elektroenergetskog Sustava Na Okolis

ELEKTRINE ELJEZNICE(Utjecaj eljeznikog elektroenergetskog sustava na okoli)Poslijediplomski doktorski studij

Nositelj:

Prof.dr.sc. Ivo Uglei, dipl.ing.

D236

OPA RAZMATRANJA

ZATITA OD NAPONA DODIRA I KORAKA U KM IZNOENJE POTENCIJALA ELEKTRINA I MAGNETSKA POLJA U OKOLINI POSTROJENJA ELEKTRINE VUE 25 kV ANALIZA NESIMETRINOG OPTEREENJA PRIJENOSNE MREE 110 KV PRIKLJUENJEM ELEKTROVUNIH PODSTANICA 110/25 KV

Zatita od napona dodira i koraka u KM Proraun potencijala tranica zemlja. - Poznato je da pri normalnom pogonu i kratkom spoju u kontaktnoj mrei dolazi do porasta potencijala tranica. - Veliina porasta potencijala na mjestu utiskivanja struje je posljedica vie faktora:- veliina utisnute struje; - odvod tranice (tranica); - udaljenost od EVP-a; - jednokolosjena ili dvokolosjena pruga; - jedna povratna tranica ili dvije povratne tranice; - specifini otpor tla.

3

Zatita od napona dodira i koraka u KMR1 EVP EES M12 R2 L2 G Tranice L1 Vozni vod

Principijelna raspodjela struje kratkog spoja ili struje elektrine vue i porasta potencijala tranica

- U EMTP-RV (program za proraun elektromagnetskih prijelaznih pojava) je napravljen model 40 km jednokolosijene pruge.

4

Zatita od napona dodira i koraka u KM Diskretno je modeliran svaki kilometar jednokolosijene pruge s dvije povratne tranice ekvivalentnom matricom impedancija:

Odvod tranica je modeliran u diskretnim vrijednostima od 0,2 do 2 [S/km]. Vrijednost otpora uzemljenja EVP je usvojena 1 .

Uzimajui u obzir struje kratkog spoja za pojedini EVP i smanjenje struje kratkog spoja s poveanjem udaljenosti od EVP-a dobiju se slijedei dijagrami.

5

Zatita od napona dodira i koraka u KMPorast napona tranice prema referentnoj zemlji1400Odvod 0,2 S/km Odvod 0,3 S/km Odvod 0,5 S/km Odvod 1,0 S/km Odvod 2,0 S/km

1200

1000 Napon tranice (V)

PSN1 Skrad

NES O. Hreljin

800

600

400

200

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Udaljenost kratkog spoja od EVP-a (km)

Porast napona tranice pri kratkom spoju krakova napajanja iz EVP Moravice

6

Zatita od napona dodira i koraka u KMPorast napona tranice prema referentnoj zemlji1200 PSN1 Lokve PSN1 Skrad 1000Odvod 0,2 S/km Odvod 0,3 S/km Odvod 0,5 S/km Odvod 1,0 S/km Odvod 2,0 S/km

800 Napon tranice (V)

600

400

200

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Udaljenost kratkog spoja od EVP-a (km)

Porast napona tranice pri kratkom spoju krakova napajanja iz EVP Delnice

7

Zatita od napona dodira i koraka u KM Iz prikazanih dijagrama moe se izvui openiti zakljuak: - da porast napona tranica prema referentnoj zemlji, a time i eventualno stvaranje opasnih napona dodira, dominantno ovisi o odvodu tranica. - oportuno je meusobnim povezivanjem metalnih masa (stupova, portala...) i njihovih uzemljivaa i tranica poveati ukupni odvod tranica.Struja vue Struja kroz tranice

Struja kroz zemlju

Napon tranica prema zemlji

EVP Struja vue Struja kroz tranice Struja kroz zemlju

Princip raspodjele struje i napona tranica pri napajanju elektrine vue

8

Zatita od napona dodira i koraka u KM Ugradnjom povratnog ueta postiu se znaajni pozitivni uinci:smanjenje impedancije kontaktne mree; smanjenje porasta potencijala tranica pri kratkom spoju i normalnom pogonu; smanjenje induktivnog utjecaja; smanjenje magnetskog polja u blizini elektrificirane pruge.nosivo ue b c povratno ue a kontaktni vodii

1500 mm

tranice d e

Kontaktna mrea s povratnim uetom

9

Zatita od napona dodira i koraka u KM Raspodjela povratne struje koja tee kroz zemlju, tranice i povratno ue ovisi o poloaju vlaka i mjestu izmeu vlaka i EVP-a na kojemu se raspodjela rauna.Postotak struje koja tee povratnim uetom40%vlak na 10 km od EVP-a vlak na 20 km od EVP-a vlak na 30 km od EVP-a

38%

36% 34%

32% Postotak

30%

28%

26%

24%

22%

20% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Krak napajanja (km)

Omjer struje koja tee kroz povratno ue prema ukupnoj struji povratnog ueta i tranica

10

Kapacitivni utjecaj KM 25 kV na NN vodieVozni vod CVI UVI CVV UVV UI CI NN vodiUvv napon voznog voda; Uvi influencirani napon NN vodia; Uvi napon izmeu VV i NN vodia.

Prikaz potencijala pri kapacitivnom utjecaju voznog voda na NN vodi

U I = U VV

C VI C VI + C I

C VI

l = a 4 ln r

I L = 2 f C VI U VV l rql - duina paralelnog poloenog NN vodia; rq - faktor priguenja uslijed slabljenja utjecaja elektrinog polja.

Kapacitivni utjecaj KM 25 kV na NN vodieInfluencirani napon6c=6 m c=8 m c=10 m c=12 m c=14 m c=16 m c=20 m

5

4

Ui(kV)

3

2

1

0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 a (m)

Dijagram influenciranog napona UI u ovisnosti o rastojanju od voznog voda a i visini NN vodia iznad zemlje c

Kapacitivni utjecaj KM 25 kV na NN vodie100000

Q = 0 10 As As As m m m 70 30 = Q Q =

SMRTONOSNO

10000

Struja [mA]

BEZOPASNO

1000

100

85 mA ~ 60 mA Ieff 70 mA ~ 50 mA Ieff 30 mA ~ 21 mA Ieff Isprekidana linija: prestanak disanja, pri duljem dijelovanju nastaje treperenje sranih klijetki 10 100 Trajanje struje [ms] 1000 10000

10

Prikaz jakosti struje I u ovisnosti o vremenu trajanja t

Induktivni utjecaj KM 25 kV na NN vodie

Dijagram induciranog napona u NN vodiu u zavisnosti o duini paralelnog voenja l i razmaku a izmeu voznog voda i NN vodia

Induktivni utjecaj KM 25 kV na NN vodie Specijalni sluaj induktivnog utjecaja je kratki spoj voznog voda. Prekidai u EVP-ima iskljue kratki spoj u vremenu cca. 80 ms.

Doputeni naponi dodira u ovisnosti o trajanju struje

Uzemljenja u sustavima elektrine vue Zatitno uzemljenje je izravno uzemljenje metalnih dijelova elektrinih postrojenja koji ne pripadaju strujnim krugovima, radi zatite ljudi od opasnoga dodirnog napona i napona koraka. Pogonsko uzemljenje je uzemljenje metalnih dijelova koji pripadaju strujnim krugovima elektroenergetskog postrojenja (na primjer zvjezdite transformatora). Uzemljivai se najee odvajaju za visokonaponska i niskonaponska postrojenja. Kao pogonsko uzemljenje smatra se veza sekundarne strane transformatora u EVP-u s tranicama kolosijeka. Ta se veza ostvaruje podzemnim kabelima, koji time postaju dio povratnog voda vunog strujnog kruga.

Uzemljenja u sustavima elektrine vue

Principijelna shema primjena zatitne mjere zatitno uzemljenje u podruju eljeznice

Uzemljenja u sustavima elektrine vue

Naponski lijevak tranica na mjestu kvara u ravnini okomitoj na os kolosjeka

Utjecaj elektrine vue na podzemne cjevovode

Podzemni cjevovodi u blizini elektrovunog sustava (EVP-a i kontaktne mree) izloeni su utjecajima preko induktivnih i galvanskih veza. Dolazi do pojave potencijalne razlike izmeu cjevovoda i okolnog zemljita koje mogu dosei visoke vrijednosti i ugroziti sigurnost osoblja. U fazi projektiranja se mora nastojati da objekti elektrine vue i cjevovodi ne budu locirani u pojasu induktivnih i galvanskih utjecaja iznad dozvoljenih. Pri radovima na cjevovodu mora se izmeu alata, dizalica i sl. i dijelova pod naponom osigurati sigurnosna udaljenost od 3 m za naponski nivo 20 kV 110 kV. Granina vrijednost napona izmeu cjevovoda i okolnog zemljita iznosi 1000 V .


Dozvoljeni napon dodira za podzemne cjevovode


Prostorna pozicija eljeznike pruge i naftovoda JANAF

Utjecaj elektrine vue na podzemne cjevovodeInducirani napon na naftovodu od PS Melnice250

200

Inducirani napon (V)

150

100

50

0 0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

Udaljenost (km) od EVP Plase (prema PSN2 Sv. Kuzam)

Inducirani napon na naftovodu od PS (pumpna stanica) Melnice pri kratkom spoju na kraku prema PSN2 Sv. Kuzum

Utjecaj elektrine vue na podzemne cjevovodeInducirani napon na naftovodu od EVP Delnice prem PSN1 Skrad1200

1000

800 Inducirani napon (V)

600

400

200

0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Udaljenost (km) od EVP Delnice prema PSN1 Skrad

Inducirani napon na naftovodu od BS (blok stanica) (33+447) do EVP Vrata

Iznoenje potencijala Iznoenje potencijala iz VN postrojenja se ostvaruje ili preko plata energetskih kabela ili preko zatitnog ueta dalekovoda napojnog voda. Iznoenje potencijala iz objekata jednofaznog sustava vue se ostvaruje i preko signalno-upravljakih kabela koji se nalaze u podruju utjecaja naponskog lijevka, tranica kolosijeka ili uzemljivaa EVP-a. I = 3 I + IKS 0 Tr

IUZ = rz ( I KS ITr ) = rz 3 I 0 1 ZZ = 1 1 + n RZ Z DV3I0 - trostruka nulta struja dalekovoda, ITr - struja kroz zvjezdite transformatora, IKS - struja na mjestu kvara, IUZ - struja kroz uzemljiva, IZ - struja kroz uzemljiva postrojenja, UZ - napon uzemljivaa, rz - redukcioni faktor dalekovoda, RZ - otpor uzemljivaa postrojenja RM - otpor uzemljenja stupa dalekovoda ZDV - impedancija uzemljivaa prikljuenih dalekovoda, ZZ - ukupna impedancija uzemljivaa, n - broj dalekovoda koji izlaze iz postrojenja.

Iznoenje potencijalaEVP 110/35 kV Delnice110 kV 35 kV

Uzemljiva EVP 110 kV Delnice Kontaktna mrea Iuz=3582 A u Zuzs=0.03Ekrani XHE kabela 25 kV

110 kV

Napojni kabeli 2X (XHE 49 1X300/25 mm2), 30/58 kV

Povratni vodovi 2X PP 00 1X 300 mm2

EVP 110/25 kV Delnice

Ltrase=125 m, =50

m i Ztranica

Shema za proraun iznoenja potencijala u EVP Delnice 110/25 kV

Iznoenje potencijala

POV. VOD

POV. VOD 3582 A PLAT 1 PLAT 2 Otpor uzem ljivaca u pos trojenju

Otpor tracnica

Pojednostavljeni model za proraun iznoenja potencijala u ATP-u

Iznoenje potencijala

Rezultati prorauna potencijala uzemljivaa (u) i iznesenog potencijala (i)

i ki = uki faktor iznoenja potencijala.

Mjere zatite za postrojenja KM

Najei sluajevi kod kojih se osobe pribliavaju dijelovima pod naponom


Najei sluajevi kod kojih se osobe pribliavaju dijelovima pod naponom

Pojedine zatitne mjere propisane su normama kao i odgovarajuim aktima eljeznikih uprava.


Shematski prikaz struja kratkog spoja kontaktne mree, koje se uzimaju za proraun u odnosu na poloaj TK-vodova


Granine vrijednosti napona za telekomunikacijske vodove u reimu kratkog spoja

Granina vrijednost napona za TK kabele pri kratkom spoju iznosi 430 V.

Shema sloene trase pri odreivanju induciranog napona na TK-vodovima

EM polja u okolini postrojenja elektrine vue 25 kV

Popis normi i propisa vezanih za EM polja

EM polja u okolini postrojenja elektrine vue 25 kV

Granino podruje mjerenja elektromagnetskog polja KM-e i EVP-a prema normi HRN EN 50121-2

Proraun jakosti EM polja u okolini KM Suvremenim raunarskim programima mogue je utvrditi vrijednosti EM polja u prostoru, pri emu je vano poznavati podatke o elektroenergetskom objektu. Tonost rezultata prorauna povezana je sa detaljnim prikazom vodia i poznavanjem pogonskog stanja (struje), to je posebno vano kada se radi o magnetskom polju. U nastavku su dani rezultati prorauna EM polja pomou softverskog programa EFC-400.3000 mm nosivo ue 3000 mm

b1400 mm

b

a

akontaktni vod

4000 mm

5500 mm

1507 mm

povratni vod

c

d

e

f

Popreni presjek kontaktne mree dvokolosijene otvorene pruge za izmjenini sustav napajanja 25 kV, 50 Hz

Proraun jakosti EM polja u okolini KM

Varijante KM H Infrastrukture s obzirom na broj kolosijeka i izvedbu povratnog voda


Rjeenje povratnog voda za vor Zagreb


3D prikaz modeliranog sustava


Elektrino polje uzdu YZ presjeka na kraju prvog raspona KM-e (krivulje crne boje su granice od 5 kV/m)

Vodii KM i tranice su postavljene uzdu osi X.


Gustoa magnetskog toka uzdu YZ presjeka na kraju prvog raspona KM-e (krivulje crne boje su granice od 100 T)

U proraun je uzeto da struja fidera iznosi 900 A.


Gustoa magnetskog toka uzdu Y-osi KM-e na visini 1,5 m, ako fiderom tee struja od 900 A


Gustoa magnetskog toka uzdu Y-osi KM-e na visini 1,5 m, ako fiderom tee struja od 200 A


Gustoa magnetskog toka uzdu YZ presjeka na kraju prvog raspona KM-e (krivulje crne boje su granice od 100 T) za dvokolosijenu prugu


Gustoa magnetskog toka uzdu Y-osi KM-e na visini 1,5 m dvokolosijene pruge uz uvjet da pojedinim fiderom tee struja od 900 A


Elektrino polje uzdu YZ presjeka na kraju prvog raspona KM-e (krivulje crne boje su granice od 5 kV/m)


Gustoa magnetskog toka KM-e (2 kontaktna vodia i 1 nosivo ue) na visini 1.5 m (krivulje crne boje su granice od 100 T) ako fiderom tee struja od 600 A


Gustoa magnetskog toka KM-e (2 kontaktna vodia, 1 nosivo ue i 1 povratno ue ) na visini 1.5 m (krivulje crne boje su granice od 100 T) ako fiderom tee struja od 600 A


Shema napajanja i sekcioniranja kolodvora Delnice Gustoa magnetskog toka uzdu poprenog presjeka na sredini kolodvora (krivulje crne boje su granice od 100 T)

U proraun je uzeto da se dolazna struja u kolodvor od 900 A dijeli na preostala 3 kolosijeka.


Elektrino polje uzdu poprenog presjeka na sredini kolodvora (krivulje crne boje su granice od 5 kV/m)

Lokacije EVP-a

kol. ZAGREB PSN KLARA km 0,1 + 000 0 13,9

km 10 + 694 kol. H. LESKOVAC EVP HORVATI km 14 + 000 km 16 + 849 kol. HORVATI stj. Mavraii km 19 + 945 0,5

Varijanta 116,0 PSN DUBRAVA km 30+ 000 15,0 kol. GOLJAK km 40 + 215 EVP DRAGANII km 45+ 000 15,51 0

Varijanta Ckol. BELAJ km 59 + 040 PSN TURANJ km 60+ 500 12,0 EVP KATII5 1 1 ,

31,0 27,5

km 72+ 500 12,5 PSN ZDENAC km 85+ 000 25,0

kol. SKRADNIK km 90 + 480 EVP KAPELA 1 2

12,5

km 97+ 500

16,0 33,0

kol. DRENICA km 112 + 290

PSN DRENICA km 113+ 500 17,0

1 2

Pojednostavljeni profil pruge Zgreb - Rijeka

PSN VINODOL km 142+ 70010

EVP LEDENICE

kol. LEDENICA km 132 + 560

km 130+ 500 12,2 26,3 14,1

kol. RIJEKA km 171 + 000

21

Pojednostavljeni profil pruge i pretpostavljene lokacije EVP-a i PSN-ova na pruzi Zagreb (Horvati) Rijeka (Krasica)EVP KRASICA kol. KRASICA km 157 + 870 km 156+ 800 13,2 PSN RIJEKA

Maksimalni vozni red na pruzi Zagreb Rijeka u intervalu od 0h 2h

Pregled optereenja transformatora u EVP-ima (1)EVP Horvati Draganii Katii Kapela Ledenice Krasica Srednja 15-minutna snaga (MVA) 11,50 18,20 17,18 21,00 20,55 23,94 Maksimalna prividna snaga (MVA) 17,0 38,0 34,8 35,1 32,5 37,5 Vrijeme trajanja maksimuma snage (s) 26 20 52 34 25 30 Prijedlog snaga transformatora (MVA) 2x15 2x15 2x15 2x15 2x15 2x15

Pregled maksimalnih optereenja transformatora u normalnom pogonu

Pregled optereenja transformatora u EVP-ima (2)Srednja 15-minutna snaga (MVA) 19,5 30,0 24,5 32,0 33,0 29,5 Maksimalna prividna snaga (MVA) 35,1 47,0 45,0 50,1 53,0 42,0 Vrijeme trajanja maksimuma snage (s) 50 38 45 34 55 70 Prijedlog snaga transformatora (MVA) 2x15 2x15 2x15 2x15 2x15 2x15

EVP Horvati Draganii Katii Kapela Ledenice Krasica

Pregled maksimalnih optereenja transformatora pri ispadu jednog od susjednih EVP-a

Predloene lokacije EVP-a, PSN-ova i NES-ova

PSN KLARA km 0,1+000

NES HORVATI km 14+100

PSN DUBRAVA km 30+000

NES DRAGANII km 45+100

PSN TURANJ km 60+500

NES KATII km 72+600

PSN ZDENCI km 85+000

NES KAPELA km 97+600

PSN DRENICA km 113+500

NES LEDENICA km 130+400

PSN VINODOL km 142+700

PSN NES KRASICA RIJEKA km 156+900 km 170+000 kol. RIJEKA km 171+000

ZAGREBEVP HORVATI km 14+000 EVP DRAGANII km 45+000 EVP KATII km 72+500 EVP KAPELA km 97+500 EVP LEDENICA km 130+500 EVP KRASICA km 156+800

Predloene lokacije EVP 110/25 kV, PSN-a i NES-ova na pruzi Zagreb (Horvati) Rijeka (Krasica)

Prikljuak EVP-a na prijenosnu mreuPehlin 220 Melina 400 Tumbri 110 Pehlin 110EVP Horvati

Rakitje Mraclin 110

apjane

Melina 220

Tumbri 400

ZdeninaEVP Zdenina

Mraclin 220

Melina 110 MatuljiEVP Matulji

PokupljeEVP vara

DubovacEVP Draganii

vara TE Urinj Vrbovsko MoraviceEVP Suak

EVP Katii Katii

HE Lee

DelniceEVP Delnice EVP Plase

3 km

3 km

EVP Moravice

HE Gojak Plase VrataEVP Vrata

Suak HE Vinodol HE Rijeka KrasicaEVP Krasica

Lovran Omialj

OtarijeEVP Otarije

Krk HE Senj TE Plomin 110

Crikvenica

TE Plomin 220 VE Vratarusa Senj 110

Rab

Otoac

Senj 220

Brinje 20 km HE Orlovac

Legenda:Novalja

HE Senj Liki Osik Velebit 400

Kapela

400 kV 2 km 2 km Ledenice

EVP Kapela

Konjsko 220

220 kV 110 kV

EVP Ledenice

HE Velebit

Konjsko 400

55

Optereenja EVP-a uzeta za proraun

Naini prikljuka EVP-a na prijenosnu mreu

Rezultati nesimetrija za Var A-3-00

Predloene lokacije EVP-a, PSN-ova i NES-ova

PSN KLARA km 0,1+000

NES HORVATI km 14+100

PSN DUBRAVA km 30+000

NES DRAGANII km 45+100

PSN TURANJ km 60+500

NES KATII km 72+600

PSN ZDENCI km 85+000

NES KAPELA km 97+600

PSN DRENICA km 113+500

NES LEDENICA km 130+400

PSN VINODOL km 142+700

PSN NES KRASICA RIJEKA km 156+900 km 170+000 kol. RIJEKA km 171+000

ZAGREBEVP HORVATI km 14+000 EVP DRAGANII km 45+000 EVP KATII km 72+500 EVP KAPELA km 97+500 EVP LEDENICA km 130+500 EVP KRASICA km 156+800

Predloene lokacije EVP 110/25 kV, PSN-a i NES-ova na pruzi Zagreb (Horvati) Rijeka (Krasica)

ELEKTRINE ELJEZNICEPoslijediplomski doktorski studij

Nositelj:

Prof.dr.sc. Ivo Uglei, dipl.ing.

D236

Documents

Utjecaj Zeljeznickog Elektroenergetskog Sustava Na Okolis