Projektovanje elektroenergetskih mreža

Elektroenergetske mreže kao bitan fenomen utilitarističkog dijela savremena civilizacije po svojoj fizikalnoj strukturi, načinu funkcionisanja, prostornoj rasprostranjenosti i odnosu čovjeka prema njemu spadaju u kategoriju velikih tehničkih sistema.

Sveobuhvatni matematski model ponašanja velike električne mreže nije moguće ostvariti zbog današnje nesavršenosti, premalog kapaciteta, a često i sporosti kompjuterske mašinerije koja nam stoji na raspolaganju.

Da bi primarna elektroenergetska mreža kao sistem uopće mogla funkcionisati, ona mora „živjeti“ u simbiozi sa nekoliko podsistema. To su podsistemi za automatsku zaštitu od kvarova i poremećaja, za mjerenje električnih i neelektričnih veličina, za automatsku regulaciju napona i frekvencije, za prenos i obradu podataka i konačno radni čovjek sa svojim intelektualnim i fizičkim potencijalom.

Dakle, za projektovanje jedne elektroenergetske mreže, potrebno je obratiti pažnju na veliki broj faktora, bez kojih jedan ovakav sistem ne bi mogao funkcionisati. Od same proizvodnje električne energije, preko njene transformacije, prenosa i izgradnje sistema za prijenos, pa sve do povezivanja sa drugim elektroenergetskim sistemima i napajanja krajnog kosirnika tom vrstom energije.

U ovom radu, nismo se bavili analiziranjem licenci i zahtjeva za izgradnju elektroenergetske mreže, već smo isključivo analizirali električni dio mreže, tj. način njenog dobijanja, transformacije, prenosa, distribucije i na kraju potrošnje. Uz sve to, detaljnije smo obradili i nadzemne stubove, vodove i njihovu izgradnju, jer su oni jedan od najbitnijih faktora kod projektovanja mreža. Kako je dalje u radu naglašeno, za izgradnju i projektovanje ovakve mreže, potrebno je prije svega izvor (elektranu) električne energije pozicionirati na mjesto blizu rudnika ili izvora energije kojom se napaja elektrana. Zatim je bitno projektovati prenosnu mrežu, na način da se uz najmanje troškove ostvare svi potrebni zahtjevi i na kraju distribucija do krajnjeg korisnika, ponovo vodeći računa da troškovi budu minimalni uz zahtjevanje što boljeg i sigurnijeg napajanja električnom energijom potrošača.

 MREŽA I NJENI DIJELOVI

Pojam elektroenergetska mreža nema uvijek isto značenje. U najširem smislu, pojam elektroenergetska mreža je sinonim za elektroenergetski sistem i sadrži sve elemente tog sistema, a to su svi, na određeni način međusobno povezani generatori, transformatori, vodovi, pa i trošila kod potrošača. Često se pod „mrežom“ misli na određeni dio elektroenergetskog sistema. Takav dio mora radi jasnoće biti naročito označen, odnosno nazvan. Tako se katkada govori o mreži jednog nazivnog napona, kao dijela cjelokupne mreže, npr. o 220 kV mreži ili o mreži niskog napona. Uobičajna je nadalje podjela sistema na „izvore“, „prijenosnu mrežu“ i „distributivnu mrežu“. To je podjela po tz. fazama tehnološkog procesa. Tu se pod izvorima smatraju elektrane, dok razgraničenje između prijenosne i distributivne mreže nije jednoznačno. Po tehničkoj podjeli, prijenosnu mrežu sačinjavaju postrojenja i vodovi nazivnog napona 110 kV i više, a ostalo je distributivna mreža. Po funkcionalnoj podjeli, prijenosna mreža je onaj dio sistema, koji uz izvore sudjeluje, odnosno može sudjelovati u optimiranju vođenja tehnološkog procesa, a ostalo je distributivna mreža, bez obzira na nazivni napon.

Rješavanje problema mreže, koje uzima u obzir sve njezine djelove, veoma je obimno i dugotrajno, a često i nemoguće, čak i onda ako se koriste najsavremenije metode i pomoćna sredstva. Razlog tome leži prvenstveno u veličini mreža, koje po prirodi pokrivaju područja više država, pa i cijelih kontinenata. Pri tome za obim proračuna i analize nije toliko značajna geografska rasprostranjenost, koliko broj elemenata od kojih se sastoji.

 ZADATAK, ULOGA I RAZVITAK SISTEMA

Zadatak elektroenergetskog sistema je snadbjevanje potrošača, odnosno njihovih trošila električnom energijom. U tome sudjeluju svi djelovi sistema, generatori, transformatori, vodovi i sl.

Električna energija koja se predaje potrošaču mora biti kvalitetna. Mjerila kvalitete su frekvencija, napon i trajna raspoloživost.

• Frekvencija mora biti konstantna (kod nas 50 Hz, u Americi 60 Hz), a odstupanja od nazivne frekvencije neznatna.
• Napon ne može, zbog padova napona, u svim tačkama mreže biti jednak nazivnom naponu. Ipak, dimenzionisanjem mreže i sredstvima za regulaciju treba potrošačima osigurati, praktično konstantan nazivni napon (veliki potrošači koji raspolažu vlastitim uređajima za regulaciju napona, mogu biti iznimka).
• Trajna raspoloživot električne energije označava sposobnost elektroenergetskog sistema, da potrošač na mjestu priključka u svako doba može uzimati potrebnu mu električnu energiju po količini i po snazi.

Kvaliteta električne energije mora biti sačuvana i u slučajevima kada su neki elementi sistema van pogona iz bilo kojeg razloga (remonti, kvarovi). Prema tome, sistem mora raspolagati određenom rezervom.

Sve aktivnosti vezane uz pogon, održavanje i izgradnju elektroenerhetske mreže, treba usmjeriti tako, da sistem uz zadovoljavajuću kvalitetu, trajno daje potrošačima električnuenergiju uz najnižu moguću cijenu. U tome vanredno, važnu ulogu igra prijenosna mreža, jer omogućuje međusobno povezivanje i nadopunu u radu sa jedne strane elektrana, a sa druge strane potrošača, s vrlo različitim karakteristikama i lokacijama. Drugim riječima, prijenosna mreža omogućuje ekonomično vođenje elektroenergetskog sistema (dispečiranje električne energije).

Prijenosom električne energije na veće udaljenosti putem povezane visokonaponske mreže, omogućeno je:

• Korištenje proizvodnje velikih, ekonomičnih izvora (elektrana) u udaljenim potrošačkim centrima,
• Povezivanje elektrana različitih karakteristika i njihovo optimalno prilagođenje potrebama konzuma,
• Smanjenje potrebne rotirajuće i hladne rezerve u elektranama u odnosu na odvojeni rad manjih sistema i
• Smanjenje maksimalnog opterećenja izvora povezivanjem potrošača i konzumnih područja različitih karakteristika.

Svrha je ovog prikaza, da istakne značaj prijenosne mreže kao dijela elektroenergetskog sistema za njegovo skladno, potrošnji prilagođeno i ekonomično funkcionisanje. Pri tome treba imati u vidu istovremenost proizvodnje i potrošnje, odnosno nemogućnost skladištenja električne energije.

 TIPOVI ELEKTRIČNIH MREŽA

Savremeni elektroenergetski sistemi izvođeni su kao trofazni, frekvencije 50 Hz, a obuhvataju elektrane, prijenosne vodove, tj. vodove visokih (VN) i vrlo visokih (VVN) napona, te distributivne vodove srednjih (SN) i vodove niskih (NN) napona uz neizbježivu transformaciju i potrošače.
Standardom JUS N.A2 001/1957 predviđeni su za vodove i mreže srednjih i visokih napona nazivni linijeski naponi:

3*  6*  10  20**  35  60** 110  220  380 kV

Nazivni naponi 20 i 60 kV predviđeni su ovim standardom za posebno ekonomski opravdane prilike (20 kV u Sloveniji za napajanje manjih naselja), a naponi 3 i 6 kV za napajanje specifičnih potrošača (veliki motori, rudničke jame i sl.).

Isti standard obuhvata i niskonaponske vodove i mreže do 1000 V.

Tabela 1. Standardi napona

Vrijednosti sa jednom zvjezdicom ne smiju se upotrijebiti za javnu elektrifikaciju, a sa dvije samo izuzetno.

Dokazano je da su mreže sa manjim brojem nazivnih napona odnosno sa većim omjerom susjednih nazivnih napona ekonomičnije u pogledu troškova izgradnje i u tom su pravcu usmjereni napori mnogih elektroprivreda. Glavna smetnja ostvarenju tih zamisli su već izgrađeni, a još ispravni elementi  mreže, koji se ne uklapaju u navedenu novu koncepciju. Put ka cilju je dugotrajan i svodi se na postepenu eleminaciju pojedinih nivoa nazivnih napona, a time izazvani troškovi apsorbiraju dobar dio očekivanog ekonomskog efekta prema idealnom slučaju.

Oblik i način prostorne povezanosti elemenata mreže naziva se ukratko „konfiguracija“ ili topologija mreže. Kako mreža sadrži vodove različitih nazivnih napona, djelovi mreže različitih napona povezuju se pomoću transformatora. Način priključka elektrana na mrežu, zavisi prvenstveno o njihovoj snazi, te su po pravilu, elektrane veće snage priključene na mrežu višeg nazivnog napona. Slično i snaga potrošača uvjetuje visini napona na koji će biti priključeni.

U praksi nisu nikad ostvareni uvjeti za idealnu geometrijsku osnovu mreže, jer:

• Raspored potrošnje na posmatranom području nije jednakomjeran;
• Omjeri susjednih nazivnih napona nisu optimalni i uvijek jednaki, jer su uvjetovani prethodnim razvojem tehnike;
• Izvore energije nije moguće idealno locirati, a ni sami nisu idealni po svojim karakteristikama;
• Zahtjevi rezerve dovode do pojave dodatnih elemenata mreže, koji remete idealnu konfiguraciju;

Prema tome, treba odmah u početku napustiti ideju o idealnoj geometrijski pravilnoj konfiguraciji i prilagoditi konfiguraciju mreže stvarnim potrebama sada i u budućnosti.

Djelovi mreže mogu biti oblikovani po jednoj od principijelnih konfiguracija. Među njima razlikujemo, po načinu napajanja, dvije osnovne:

• Mreža napajana iz jedne tačke može biti radijalna i prstenasta

Slika 1. Radijalna mreža, pojna tačka A

Slika 2. Pstenasta mreža, pojna tačka A

• Mreža napajana iz dvije i više tački može biti zatvorena i zamkasta

Slika 3. Zatvorena mreža, pojne tačke A, B, C; - - - - Vodovi višeg napona

Slika 4. Zamkasta mreža većeg područja, pojne tačke A, B, C

Slika 5. Zamkasta mreža gradskog područja. Pojne tačke A do F. Konfiguracija odrađena urbanističkom osnovom

Uz navedenu podjelu i pripadne slike, treba dati još neka objašnjenja. Ukoliko linije na prethodnim slikama slikama prikazuju niskonaponske vodove, na njih su relativno gusto, praktički kontinuirano priključeni potrošači kao na slici 6.

Slika 6. Oduzimanje snage iz NN voda

Ukoliko pak linije prikazuju vodove srednjeg ili visokog napona, oduzimanje snage je najčešće samo u čvorištima vodova i na njihovim krajevima (slika 7.), a to su onda transformatorske stanice za transformaciju na neki nizi napon.

Slika 7. Oduzimanje snage iz SN i VN voda

Kod osnivanja mreža osim osnovnih kriterija (opteretivost elemenata mreže, naponske prilike i gubici) moraju se uvažiti i mnogi drugi ne manje važni kriteriji kao što su: sigurnost pogona, tipizacija opreme, materijala, način zaštite i sl.

Slika 8. Trofazni radijalni NN vod, tropolni prikaz; M-jednofazno trošilo, T-trofazno trošilo

Slika 9. Jednofazni prikaz trofaznog radijalnog NN voda

Na slici 8. prikazana je tropolna šema stofaznog radijalnog voda niskog napona sa nul vodičem, a na slici 9. jednopolna šema istog voda. Jednofazni potrošači priključuju se između jednog od faznih vodiča i nulvoda, a trofazni potrošači na sva tri fazna vodiča. Izvor ove mreže je najčešće transformatorska stanica 10/0,4 ili 20/0,4 kV u distributivnim mrežama, odnosno 6/0,4 kV u industrijskim mrežama. Nulvod je uzemljen u napojnoj transformatorskoj stanici, a često još i na nekim mjestima duž trase. Nulvod ima ulogu povratnog vodiča, a kućista potrošača moraju zbog zaštite kod defekta biti spojena sa posebnim uzemljivačima slika 10. Ako nulvod s pripadnim pogonskim uzemljenjima zadovoljava određene tehničkim propisima definirane uvjete, može i on poslužiti kao zaštita kod defektaslika 11. Kaže se da je takva mreža nulovana.

Slika 10. Zaštita trošila uzemljenjem; P-pogonsko uzemljenje, Z-zaštitno uzemljenje

Slika 11. Zaštita trošila nulovanjem

Izvedba miskonaponskih vodova i mreže može biti nadzemna, kabelska ili s izoliranim vodovima u zgradama. Doseg računajući od transformatorske stanice je nekoliko stotina metara što ovisi o opterećenosti i presjeku. Nastoji se postići jednaka opterećenost svih faza, kako bi nulvod bio što manje opterećen. Proračun trofaznih niskonaponskih vodova i mreža se i vrši uz takvu pretpostavku. Pošto je potrošnja promjenjiva, simetrija opterećenja neće uvijek biti idealno postignuta. Zbog toga je sekundarna strana napojnog transformatora u spoju cik-cak (slomljena zvijezda), jer taj spoj dozvoljava visoki stupanj nesimetrije. Što je broj priključenih potrošača veći, očekivana nesimetrija je manja.

Kod proračuna niskonaponskih vodova i mreža često se predpostavlja, osim nesimetričnosti, još i jednolična raspodjela opterećenja vodova. U tom slučaju opterećenje se zadaje u W/m ili VA/m uz određeni faktor snage.

Druga je mogućnost, da se predpostavi koncentracija određenog broja manjih potrošača i time za proračun bitno smanji broj oduzimanja snage sa voda.

Slika 12. Stvarni položaj priključenih potrošača na radijalni NN vod

Slika 13. Pojednostavljeni prikaz nakon koncentracije priključenih potrošača

Koncentracija odabranih oduzimanja vrši se po pravilu jednakih momenata. Ako je mreža razgranata ili zamkasta, pogodno je opterećenja koncentrirati u čvorištima. Korištenje navedenih predpostavki, kontinuirano, odnosno koncentrisano opterećenje, znatno olakšava prooračun niskonaponskih vodova i mreža. Time učinjena pogreška nije bitna, jer je i onako teško precizno odrediti stvarno opterećenje svakog potrošača u određenom trenutku, pa se opterećenje potrošača većinom procjenjuje na osnovu statičkih promatranja na sličnim konzumnim područjima.

Distributivna mreža niskog napona je često radijalna. Iz transformatorske stanice izlazi nekoliko radijalnih vodova. Ukoliko se odvodi granaju, možemo razlikovati „glavne“ vodove (po pravilu većeg presjeka) i „sporedne“ vodove ili ogranke (po pravilu manjeg presjeka). Ako „glavni“ vod na dijelu od transformatorske stanice do prvih nešto udaljenih ogranaka nema oduzimanja snage, taj njegov dio se zove „pojni vod“.

Priključci potrošača na niskonaponsku mrežu su jednofazni (obiteljske zgrade) ili trofazni (veće stambene zgrade, zanatski pogoni i slično).Sve šira primjena električne energije u kućanstvu, dovodi do toga da su jednofazni priključci sve rjeđi, a ponegdje čak i zabranjeni. Potrošnja velikih zgrada (soliteri, bolnice, hoteli, administrativne zgrade) je često tolika da zahtijeva posebnu transformatorsku stanicu 10/0,4 kV, pa i više njih. U tom slučaju je niskonaponska mreža identična sa kućnom instalacijom dotične zgrade. Ako se, za razliku od spomenutog slučaja, radi o industrijskom pogonu, govori se o industrijskoj mreži.

Karakteristika radijalne mreže je ta, što je na nju priključeni potrošač napajan samo s jedne strane, pa je snadbjevanje nesigurno. U usporedbi sa drugim konfugiracijama radijalna mreža ima veće padove napona i veće gubitke, ali je zato pregledna. Jednostavno se selektivno štiti od kratkih spojeva u niskonaponskim mrežama pretežno osiguračima, a u srednjenaponskim i visokonaponskim mrežama prikladnim, prikladnim u pravilu jednostavnim uređajima (releji, sklopke i sl.). Selektivno štićenje voda podrazumijeva da u trenutku nastanka kvara, zaštita aktivira prekidač, u najkraćem mogućem vremenu, koji je najbliži kvaru i na taj način prekine strujni krug.

Prstenasta mreža omogućuje svakom potrošaču napajanje sa dvije strane, ali iz istog izvora. Jedan prsten možemo prikazati i proračunati kao dvostrano napajani vod, kojem je na krajevima narinut isti napon po iznosu i po fazi. (slika 14)

Slika 14. Prstenasti vod shvaćen kao dvostrano napajani vod

Nadalje, prstenasti vod u usporedbi sa radijalnim vodom ima stabilnije naponske prilike i manje gubitke, a pogonski je sigurniji samo ako je podijeljen na odgovarajuće dionice prikladno zaštićene od kratkog spoja.

  4.1 Primjeri mreže

Mreže niskog i srednjeg napona visoke naponske sigurnosti, mogu se osnivati na principu „zatvorene“ mreže. Na slici 15. je prikazana mreža uz primjenu tog principa istovremeno na naponu 0,4 i 10 kV, štoodgovara za područja velikog specifičnog opterećenja. Pojedine transformatorske stanice A1 i A2 u promatranom slučaju imaju odnos transformacije 110/10 kV, a dolaze još u obzir odnosi 110/20 kV ili 35/10 kV.

Slika 15. Zatvorena gradska mreža 10 i 0,4 kV

Posmatrano područje se napaja putem dva zatvorena 10 kV voda. Na njih je naizmjenično priključeno „m“ transformatorskih stanica B₁ do B_m  omjera transformacije 10/0,4 kV. Trabsformatorske stanice A trebaju imati najmanje po dva, a transformatorske stanice B najviše po dva transformatora iste snage. Vodovi niskog napona su također zatvoreni i priključeni uvijek na dvije transformatorske stanice B. Prema tome, svi vodovi 10 kV i 0,4 kV napajani su sa dvije strane, što je bitno za pogonsku sigurnost odnosno kontinuitet napajanja potrošača. Na istoj slici je istovremeno, jednostavnim simbolima,  prikazan jedan od mogućih načina zaštite od kvarova. Svaki od vodova 10 kV A₁-A₂ je u pogledu zaštite jedna cijelina, pa u slučaju kvara na njemu ispadaju iz pogona sve na njega priključene transformatorske stanice B. Odgovarajućom zaštitom na mjestima označenim s „a“ valja spriječiti napajanje mjesta kratkog spoja iz niskonaponske mreže (preko stanice B priključene na drugi, zdravi vod). Pravilnim dimenzioniranjem transformatora 10/0,4 kV i niskonaponske mreže preostala polovina transformatorskih stanica B i dalje nesmetano napaja potrošače priključene na niski napon. Nakon pronalaženja mjesta kvara može se pomoću rastavljača isključiti oštećena dionica 10 kV voda i potom uključiti sve stanice B, s time da jedan od 10 kV vodova A₁-A₂ više nije u zatvorenom nego radijalnom pogonu save do konačnog popravka. Zatvoreni niskonaponski vodovi, također dvostrano napajani, osigurani su na krajevima tromim, a približno u sredini brzim rastavnim osiguračima. Kod kvara na niskonaponskom vodu ispada iz pogona samo jedan mali dio cjelokupne niskonaponske mreže, pa bez napajanja ostaje mali dio potrošača.

Koncepcija mreže prema slici 15. dopušta visoki stupanj standardizacije svih ugrađenih elemenata, kao i cijelih transformatorskih stanica.

Sve prednosti dobro osnovane zatvorene mreže ima i zamkasta niskonaponska mreža slika 16. , sa istim oznakama kao i slici 15.

Slika 16. Zamkasta niskonaponska mreža

Osnova 10 kV mreže je u prikazanom slučaju ista kao na slici 15. u primjeru za zatvorenu mrežu. Niskonaponski vodovi su učvoreni na raskršćima  ulica. U tim je čvorištima locirana i zaštita pojednih grana u zamci (čvorište B na slici 16.). Daljnje prednosti zamkastih mreža su stabilne naponske prilike (neosjeljivost na uključenja velikih tereta) i mali gubici. Zato se primjenjuju u gradovima i većim pogonima prerađivačke industrije.

Mreža napona 10 ili 20 kV za tzv. seosku elektrifikaciju može biti radijalna, sa svim pogonskim manama radijalne konfiguracije. Zadovoljava samo potrošače malih zahtjeva u pogledu kvalitete. Napaja se iz transformatorske stanice 35/10 kV ili 110/20 kV. Trasa vodova tangira veća naselja, u kojima se nalaze transformatorske stanice 10/0,4 kV odnosno 20/0,4 kV.

Radijalni pogon uz prstenastu konfiguraciju „seoske“ mreže 10 ili 20 kV (slika 17.) donisi značajne prednosti u odnosu na radijalnu konfiguraciju, pod uvjetom da se prsten pomoću rastavljača na dva ili više mjesta može pretvoriti u dva radijalna voda.

Slika 17. 10 ili 20 kV mreža za seosku elektrifikaciju -otvoreni prsten-

Rastavljanje prstena se najčešće izvodi pomoću tzv. linijeskih rastavljača montiranih jednostrano na jednom od stubova voda. Zahvaljujući svojoj konfiguraciji oni mogu prekidati i manje struje opterećenja, koristeći strujanje električnim lukom zagrijanog zraka prema gore čime se luk rasteže i konačno gasi. Napomenimo da se rastavljači ne koriste za prekidanje struja većih opterećenja, baš iz razloga što nemaju medij za gašenje električnog luka. U tu svrhu se najčešće koriste prekidači, sklopke i sl. Povoljno je da prsten bude svugdje istog presjeka, što je obično zbog tipizacije i onako slučaj. Transformatorske stanice 10/0,4 kV ili 20/0,4 kV, obično sa po jednim transformatorom, nemaju sabirnica na strani višeg napona, već su jednostavno priključene kao duži ili kraći odvojci na prstenu, i to preko linijskog rastavljača na odvojenom mjestu, ako su odvojci duži. Zaštita vodova je jedino u pojnoj tački, i to pomoću visokonaponskih osigurača ili, što je bolje ali i skuplje, pomoću prekidača sa pripadnom zaštitom. To je zaštita koja odgovara najjednostavnijem slučaju radijalne mreže. Trabsformatori 10/0,4 kV i 20/0,4 kV zaštićeni su pomoću rastavnih osigurača.

Mreža napona 10 kV na slici 17. ima četiri rastavna mjesta označena sa „a“. U normalnom pogonu jedno je rastavno mjesto otvoreno (u pravilu ono koje je najbliže mjestu sa najnižim naponom), pa je time prsten pretvoren u dva radijalna voda. U slučaju kvara jedan radijalni odvod ispada iz pogona u TS 35/10 kV. Prednost je otvorenog prstena pred radijalnom mrežom, što se relativno brzo, intervencijom jednog čovjeka sa motornim vozilom, dio ispale mreže u većini slučajeva može ponovo staviti pod napon sa iste ili druge strane. Bez napona ostaje do definitivnog popravka kvara samo jedna dionica, dakle manji dio potrošača. U tom pogledu su u povlaštenom položaju prolazne transformatorske stanice, jer se one alternativno mogu priključiti na dvije susjedne dionice, od kojih je jedna vjerovatno uvijek sposobna za pogon. Prevelik broj rastavnih mjesta u prstenu otežava lociranje neispravne dionice u slučajevima kada se kvar  teško uočava vizuelnim pregledom voda.

Slika 18. Krajnja (a) i prolazna (b) seoska transformatorska stanica 10/0,4 kV

Rad mreže sa slike 17 u zatvorenom prstenu zahtjevao bi postavljanje učinskih prekidača sa selektivnom zaštitom na mjestima označenim sa „a“ što se smatra preskupim za mreže tog tipa. Nasuprot tome kod napona 35 kV i više, a kadkada već i kod 20 kV isplati se s obzirom na prenosnu moć vodova tih napona prijeći na rad u zatvorenom prstenu uz odgovarajuće sklopke i zaštitne uređaje. Minimalna konfiguracija osnovana na ovom principu prikazana je na slici 19 i ima oblik trokuta. Obje stanice B1 i B2 napajane su putem dva voda i uz odgovarajuću selektivnu zaštitu praktički niakd ne ostaju bez napona.

Slika 19. 35 kV mreža u obliku trokuta

Za neku mrežu napona 35 kV pojna tačka je obično jedna ili dvije trabnsformatorske stanice 110/35 kV, a kadkada i elektrana skromnije snage.

  4.2 Konfiguracija mreže

Konfiguraciju prenosne mreže diktiraju geografski odnosi proizvodnih i potrošačkih centara, karakteristike proizvodnje s jedne i potrošnje s druge strane itd. Uzalud ćemo u nekoj mreži visokog napona tražiti neku geometrijsku zakonistost, što smo još donekle mogli kod mreža niskog i srednjeg napona. To potvrđuje i pogled na visokonaponku mrežu zapadne Evrope. Smjerovi vodova poklapaju se sa tokovima snaga iz velikih proizvodnih centara u velika potrošačka područja. Osim toga je gustoća mreže ujedno slika urbaniranosti i industrijaliziranosti područja.

Ipak se donekle mogu razlikovati dva osnovna principa oblikovanja mreže najvišeg napona. To je oblik „kičme“ (slika 20.) i „prstena“ (slika 21.). Predpostavljeno je, da tri elektroenergetski zaokružena područja treba povezati mrežom najvišeg napona. Na tu mrežu najvišeg napona neposredno se priključuju elektrane najvećih snaga. Postojanje superiorne mreže ne isključuje povezivanje područja i na nižim naponskim nivoima, pogotovu ako su takve veze ostvarene u prethodnom razdoblju razvoja mreže.

Slika 20. Područja A, B, C povezana mrežom najvišeg napona u obliku "kičme"

Slika 21. Područja A, B, C povezana mrežom najvišeg napona u obliku "prstena"

Već je spomenuto da je istovremenost proizvodnje i potrošnje osnovna karakteristika elektroenergetskog sistema. To ujedno znači istovremenost uzorka i posljedice. Bilo koja promjena u režimu rada trenutno djeluje na cijeli sistem. Usljed postojanja određenih tromosti posljedice u pravilu traju duže nego uzroci. Ekstremno brzim zahvatima treba se prilagoditi novonastalom stanju s ciljem da se sistem ponovo stabilizira. Osim spomenute tromosti usljed kojih nastaju izjednačavajući procesi određenog trajanja, postoje trenja koja djeluju prigušujuće. Intenzitet i karakter promjena mjerodavni su za intenzitet posljedica, tako da neke od njih prolaze praktički neprimjetno, a ima ih i katastrofalnih. Neugodne posljedice se u pravilu najčešće manifestuju u neposrednom okolišu mjesta gdje se promjena pojavila.

Pogon mreže poznaje dva osnovna stanja:

• Normalno (uravnoteženo, stacionarno)
• Poremećeno (neuravnoteženo, nestacionarno)

U normalnom pogonu, promjene su spore i postepene, pa ih regulacioni uređaji uredno savladavaju odnosno kompenziraju bez vidljivih posljedica za potrošače. Ako pođemo od kvalitete i ekonomičnosti kao osnovnih kriterija vođenja pogona u normalnom stanju, možemo reći_

• Regulacijom aktivne snage održava se konstantna frekvencija i vrši ekonomična raspodjela aktivne snage na elektrane;
• Regulacijom reaktivne snage održava se napon mreže i djeluje na tokove reaktivne snage po kriteriju minimalnih gubitaka u mreži.

Poremećeno stanje nastupa usljed naglih, praktički trenutnih promjena odnosno poremećaja. Takve su promjene:

• Naglo ukapčanje i iskapčanje potrošača značajne snage;
• Naglo iskapčanje jakih izvora;
• Kvarovi na elementima mreže zbog unutrašnjih i vanjskih uzroka.

Za vrijeme trajanja poremećenog stanja mreža je izvrgnuta naprezanjima, koja mogu dovesti do trajnih posljedica. Zato mreža mora biti opremljena uređajima, koji omogućuju što bržu uspostavu normalnog stanja. Mnogi se zahvati u tom smislu zbog zahtjeva preciznosti i brzine povjeravaju automatskim uređajima.

Generatori su aktivni elementi mreže, kojima su karakteristike zbog ponašanja magnetog toka promjenjive i ovise o vremenu proteklom od nastanka poremećaja u mreži. Osim toga treba prema prilikama računati s tromošću rotirajućih masa, te karakteristikama regulacionih krugova snage i uzbude.

Kod transformatora treba osim uzdužnih i poprečne impedanse uzeti u obzir još i prenosni omjer, uključujući i mogućnosti regulacije prijenosnog omjera. Za neke proračune treba poznavati i magnetske prilike u željezu transformatora.

Vodovi zbog svojih po dužini kontinuirano raspodjeljenih parametara predstavljaju posebnu problematiku, koja dolazi to više do izražaja, što je napon viši i vod duži.

Trošila i grupe potrošača se veoma različito ponašaju i reagiraju kod promjena u mreži, pa je poznavanje i izračunavanje njihovih karakteristika veoma važno za kompleksne analize elektroenergetskog sistema. Pojedina trošila samo iznimno imaju linearnu karakteristiku, odnosno impedansu konstantnu i neovisnu o naponu. Pri tome se aktivna i reaktivna komponenta impedanse potrošača često nejednako ponašaju. Heterogeni skupovi raznoraznih trošila dovode do veoma različitih pogonskih karakteristika grupnih potrošača.

Izgradnja i pogon elemenata elektroenergetskog sistema moraju se vršiti u skladu sa nizom tehničkih i administrativnih propisa, među kojima značajno mjesto zauzimaju propisi za zaštitu ljudi i imovine od štetnog uticaja elektriciteta.

Prema izloženom postoji u elektroenergetskom sistemu velik broj sudionika od proizvodnje do potrošnje, koji se različito ponašaju. Svaka promjena se trenutno odražava nacijeli sistem. Postoji zahtjev za kvalitetom i ekonomijom u normalnom i zahtjev za brzom uspostavom nove ravnoteže u poremećenom stanju. Iz toga slijedi zaključak, da je vođenje pogona velikog elektroenergetskog sistema složen i kompleksan posao, pa se on provodi na nekoliko hijerarhijskih nivoa upravljanja uz korištenje neophodnog sistema za prikupljanje, prijenos, prikazivanje, obradu i pohranjivanje podatak. Centri odlučivanja u vođenju elektroenergetskog sistema su dispečerski centri, koji su ovisno o hijerarhijskom položaju odgovorni za cijeli sistem ili dijelove sistema, svaki od njih u okviru dogovorenih nadlažnosti.

Savremenim opremanjem infomacionog sistema ugradnjom procesnih elektroničkih računara međusobno hijerarhijski povezanih putem kanala za brzi i pouzdani prijenos podataka u oba smijera, omogućuje se automatizirano procesno vođenje elektroenergetskog sistema u realnom vremenu i u zatvorenoj petlji, dakle teoretski bez učešća čovjeka. Zbog ograničene, makar vbrlo visoke pouzdanosti kako elemenata elektroenergetskog tako i infomracijonog sistema, vizija potpuno automatiziranog pogona nije ostvariva.

 NADZEMNI ELEKTROENERGETSKI VODOVI

  5.1 Podjela vodova i njihovi elementi

Za prijenos električne energije na neku udaljenost mogu se upotrijebiti nadzemni vodovi ili kabeli. Po jedinici na određenu udaljenost prenesene snage ili energije kabeli su nekoliko puta skuplji od vodova, pa se zato kabeli primjenjuju samo onda kada zato postoje valjani tehnički ili urbanistički razlozi. U nekim specifičnim slučajevima, kojih će u budućnosti biti sve više, izbor kabela može uslijediti i iz ekonomskih razloga.

Interesantno je i trajanje popravka. Popravak banalnog kvara traje kod kabela duže nego kod nadzemnog voda. Tako se uz inače dobru organizaciju, kod visokonaponskog plinskog kabela mora računati prosječnim bruto trajanjem popravka oko 30 dana, kod visokonaponskih uljnih kabela oko 12 dana, a kod masenih kabela niskog i srednjeg napona oko 3 dana. Kod nadzemnih vodova je bruto trajanje popravka u prosjeku jedan dan. Pod bruto trajanjem popravka misli se na vrijeme potrebno za utvrđivanje mjesta kvara, organizaciju, pripremu i transport ljudstva, materijala i alata, za otkop kabela i konačno sam popravak.

Podjela nadzemnih vodova može se izvršiti  po više kriterija:

• Nazivni napon
• Broj strujnih krugova
• Materijal i konstrukcija vodiča
• Materijal i konstrukcija stubova, itd.

Osnovni elementi nadzemnog voda su:

• Temelji
• Stubovi
• Izolatori
• Vodiči
• Spojni, ovjesni i zaštitni materijal
• Uzemljenje i zaštitna užad

  5.2 Vodiči

Vodiči kao osnovni element električnog voda imaju zadatak da vode električnu struju i jedini su aktivni dio voda. Opterećeni su na pritisak i termički. Za izradu električnih vodiča nadzemnih vodova uzimaju se razni materijali. Od njih se traži dobra električna vodljivost, velika mehanička čvrstoća, dobra mogućnost obrade, otpornost protiv oštećenja, starenja i korozije i prihvatljiva cijena. Sva navedena svojstva ne mogu se naći u jednom materijalu, pa se pribjegava i kombiniranim vodičima. U budućnosti se nastoji naći rješenje koje će uključivati superprovodne vodiče velike mehaničke čvrstoće gdje bi gubici bili minimalni uz veliku vodljivost. Neki od materijala koji se danas često koriste za izradu vodiča su: bakar, aluminij, čelik, bronza, aldrej, kombinirani vodiči, alučel, aldrej-čelik i sl.

Bakar ima od ekonomski prihvatljivih materijala najbolja električna svojstva. Kod nas se izbjegava njegova upotreba kod nadzemnih vodova osim u specijalnim slučajevima (kontaktna mreža za električnu vuču).

Aluminij danas preovladava kao materijal za izradu vodiča za nadzemne vodove. U svojstvima zaostaje za bakrom osim u težini. Po težini je za od prilike polovinu lakši od bakra. Razlog zbog kojeg je aluminij istisnuo bakar je taj što je po jedinici težine, aluminij jeftiniji i njegova cijena se kreće u omjeru 1:2 dok je kod bakra 1:2,5. Ako se uzme u obzir i težina, onda možemo konstatovati da je duplo jeftiniji aluminij, ako ne  i više. Mana mu je što je osjetljiv na mehanička oštećenja i lahko korozira.

Čelik ima vrlo loša električna ali vrlo dobra mehanička svojstva. Omski im je otpor nelinearan i brzo raste sa strujnim opterećenjem. Najveću primjenu su našli kao žaštitna užad i gromobrani kod domaćinstava gdje se pocinčavaju i na taj način štite od korozije.

Bronza je legura bakra, kositra i silicija u raznim omjerima kako bi se dobila željena svojstva. Za poboljšanje mehaničkih svojstava žrtvuje se nešto od dobre električne vodljivosti čistog bakra.

Aldrej je legura aluminija s malim dodacima mangana, silicija i željeza. Ima dobra mehanička svojstva. Kod nas se ne koristi.

Kombinirani vodiči se sastoje od raznih konstruktivno vezanih žica.

Alučel je vodič sa jezgrom od čelične žice ili užeta i perifernim žicama od aluminija. Čelik preuzima mehaničko opterećenje a aluminij električno, tj. ima ulogu električnog vodiča.

Izvedba vodiča

Vodič u obliku žice upotrebljava se samo na vodovima niskog napona za male presjeke i male raspone. Uže je standardna forma za vodiče električnih vodova. Gibljiva su i to im je prednost nad žicom istog presjeka. Normalnom izvedbom užeta, smatra se ono uže kod kojeg su sve žice istog presjeka.

Šuplji vodiči nalaze primjenu kod najvećih napona. Proizvodnja im je složena. Iz tog razloga se nećemo puno zadržavati na njima.

Jakost polja u blizini vodiča ne smije prekoračiti električnu čvrstoću vazduha da ne bi došlo do tinjavog izbijanja kojeg nazivamo korona. Grubo se može uzeti da promjer vodiča u mm mora iznositi barem jednu devetinu linijskog napona u kV.

Kod vodova se vrši i tzv. izbor ekonomskog presjeka. Ukupni godišnji troškovi prijenosa moraju biti minimalni. To su troškovi kapitala, održavanja i gubitaka. Odakle slijedi ekonomska gustoća struje od 1,8 A/mm² za bakarne i 1 A/mm² za aluminijske vodiče, ali samo za određenu strukturu kalkulativnih troškova. Zbog standardizacije, obično se odstupa od idealno ekonomičnog presjeka. Nadalje se vrši kontrola pada napona i kontrola maksimalne strujne opteretivosti.

  5.3 Mehanička sigurnost

Mehanička sigurnost izabranog vodiča utvrđuje se mehaničkim proračunom vodiča, koji je sastavni dio projekta dalekovoda. Ovdje će biti izloženi samo osnovni pojmovi u vezi s proračunom.

Prethodno mora biti poznat geodetski profil trase dalekovoda. Na profilu su naznačeni i svi objekti u trasi ili u njezinoj blizini. Na temelju profila se vrši preliminarni raspored stubova, koji se tokom daljnjeg rada na projektu može i mjenjati. Konačni položaj ovjesišta vodiča određuje se po kriteriju propisane udaljenosti vodiča od zemlje ili drugih objekata, i to kada mu je provjes najveći.

Slika 22. Vodič u rasponu

PROČITAJ / PREUZMI I DRUGE SEMINARSKE RADOVE IZ OBLASTI:

ASTRONOMIJA | BANKARSTVO I MONETARNA EKONOMIJA | BIOLOGIJA | EKONOMIJA | ELEKTRONIKA | ELEKTRONSKO POSLOVANJE | EKOLOGIJA - EKOLOŠKI MENADŽMENT | FILOZOFIJA | FINANSIJE |  FINANSIJSKA TRŽIŠTA I BERZANSKI    MENADŽMENT | FINANSIJSKI MENADŽMENT | FISKALNA EKONOMIJA | FIZIKA | GEOGRAFIJA | INFORMACIONI SISTEMI | INFORMATIKA | INTERNET - WEB | ISTORIJA | JAVNE FINANSIJE | KOMUNIKOLOGIJA - KOMUNIKACIJE | KRIMINOLOGIJA | KNJIŽEVNOST I JEZIK | LOGISTIKA | LOGOPEDIJA | LJUDSKI RESURSI | MAKROEKONOMIJA | MARKETING | MATEMATIKA | MEDICINA | MEDJUNARODNA EKONOMIJA | MENADŽMENT | MIKROEKONOMIJA | MULTIMEDIJA | ODNOSI SA JAVNOŠĆU |  OPERATIVNI I STRATEGIJSKI    MENADŽMENT | OSNOVI MENADŽMENTA | OSNOVI EKONOMIJE | OSIGURANJE | PARAPSIHOLOGIJA | PEDAGOGIJA | POLITIČKE NAUKE | POLJOPRIVREDA | POSLOVNA EKONOMIJA | POSLOVNA ETIKA | PRAVO | PRAVO EVROPSKE UNIJE | PREDUZETNIŠTVO | PRIVREDNI SISTEMI | PROIZVODNI I USLUŽNI MENADŽMENT | PROGRAMIRANJE | PSIHOLOGIJA | PSIHIJATRIJA / PSIHOPATOLOGIJA | RAČUNOVODSTVO | RELIGIJA | SOCIOLOGIJA |  SPOLJNOTRGOVINSKO I DEVIZNO POSLOVANJE | SPORT - MENADŽMENT U SPORTU | STATISTIKA | TEHNOLOŠKI SISTEMI | TURIZMOLOGIJA | UPRAVLJANJE KVALITETOM | UPRAVLJANJE PROMENAMA | VETERINA | ŽURNALISTIKA - NOVINARSTVO



  preuzmi seminarski rad u wordu » » »

Besplatni Seminarski Radovi