ELEKTRIČNA POSTROJENJA

Predavač: mr.sc.Zoran

KovačAutor:Marijan

Kalea, dipl.inž.

Organizacija nastave i ispita•

3 sata/tjedno x 15 tjedana = 45 sati nastave

•

1 sat/tjedno x 15 tjedana = 15 sati AV•

Test 0 –

predznanje i motiviranost

•

Testovi A...E –

pet puta kontrola nakon svakog bloka nastave•

Obavezno prisustvo

svim testovima A...E

•

Student koji je na svakom testu bolji od prosjeka svih studenata

na tom testu vodi tog studenta jednokratno na samo pismeni ispit. Ako ga uspješno riješi i prihvati ocjenu, za njega je ispit gotov.

•

Ostali studenti idu i na usmeni dio ispita nakon dobivanja barem2,5 boda na pisanom dijelu ispita (moraju od 5 zadataka ispravno

riješiti barem dva i jedan zadatak polovično).•

Telefon Z.Kovač: 031 244 110

•

E-mail: zoran.kovac@hep.hr

Kako učiti?

Nakon čitanja uz kritičko razmišljanje (što-kako- zašto; što-ako; ako-koliko...) nekoliko potcjelina,

konzultacija druge literature o nejasnom ili složenijem pitanju: pokušaj samostalnog formuliranja i rješavanja računskih, slikovnih ili verbalnih primjera. Vlastito zamišljanje mogućih prilika, analiziranje i sintetiziranje, verificiranje, ispravljanje pogrešnih pretpostavki, vraćanje na izvore elementarnih spoznaja...Uspješno!

Sadržaj

A)

Električna postrojenja općenitoB)

Elementi glavnog postrojenja –

I

C)

Elementi glavnog postrojenja –

IID)

Pomoćno postrojenje

E)

Izgradnja, pogon i održavanje električnih postrojenja

A) Električna postrojenja

•

Električna rasklopna postrojenja = električna postrojenja = rasklopna postrojenja = postrojenja. Elektroenergetska postrojenja. Schaltanlagen, Switchgear.

•

Električna rasklopna postrojenja omogućuju električna spajanja i razdvajanja generatora, transformatora, vodova i dijelova električnih mreža.

Osnovne zadaće postrojenja

•

uspostavljanje poželjnih uklopnih

stanja električne mreže;

•

prekid pogona dijelova mreže u kvaru (zaštita).

Osnovna svojstva (1)

•

sigurnost ljudi i imovine;•

tehnička funkcionalnost;

•

pouzdanost-

otpornost prema naprezanjima u normalnom

pogonu;-

otpornost prema naprezanjima pri kvarovima;

-

otpornost prema utjecajima okoline;•

ograničeno djelovanje na okolinu;

Osnovna svojstva (2)

•

prostorna štedljivost;•

mogućnost efikasne izgradnje;

•

omogućenje

potpunog nadzora i upravljanja u pogonu;

•

mogućnost sustavnog održavanja;•

mogućnost proširenja-dogradnje;

•

produktivnost;•

ekonomičnost.

Postrojenja u EES

Električna postrojenja u EES Hrvatske (2004)

Gornji napon (kV) Broj (kom.)400 6220 11110 127

35, 20, 10 24346

Životni vijek postrojenja

Proizvodnja opreme i materijala

Izgradnja (projektriranje i građenje)

Korištenje (pogon i održavanje)

Dogradnje i rekonstrukcije

Utjecaji na i iz okoline (1)Električki utjecajiProstorni utjecajiFizički utjecajiKemijski utjecaji

Električki utjecaji:NA Opasnost od visokog napona NA Struja uzemljivačem, napon

dodira,

iznošenje potencijalaIZ Atmosferska el.pražnjenja

Utjecaji na i iz okoline (2)

Prostorno:NA Zauzimanje prostoraNA Estetsko opterećenjeIZ Seizmički utjecajIZ Hidrološki, opasnost od poplave

Utjecaji na i iz okoline (3)

Fizički:NA Emisija toplineIZ Apsorpcija toplineNA

Buka

IZ Zagađenje prašinom, solju, ...IZ Kondenzacija, kiša, snijegIZ Premoštenje životinjamaIZ

Meh.opterećenje

snijegom, ledom

i vjetrom

IZ Niska i visoka temperatura

Utjecaji na i iz okoline (4)

Kemijski:NA/IZ Opasnost od požaraNA

Opasne tvari,osobito

transformatorsko

uljeIZ

Korozija

IZ Eksplozivna atmosfera

Klasifikacije (1)

Prema naponu:•

Postrojenja iznad 1000 V-visokonaponska (400, 220, 110 kV)-srednjonaponska

(u nas: 35, 20, 10 kV)

•

Niskonaponska (do 1000 V, ali najčešćeu nas 0,4 kV

–

400 V)

Klasifikacije (2)

Prema namjeni:•

Elektroprivredna-postrojenja elektrana-postrojenja u prijenosnoj mreži-postrojenja u distribucijskoj mreži

•

Industrijska •

Specijalna (rudarska, brodska, željeznička, privremena, ...)

Klasifikacije (3)

Prema smještaju:

•

Vanjska, postrojenja na otvorenom prostoru;

•

Unutrašnja, postrojenja u zatvorenom prostoru.

Klasifikacije (4)Prema izvedbi:

VN-postrojenja -otvorena-izolirana plinom

SN-postrojenja

-prema izolaciji-otvorena-oklopljena-izolirana plinom ili krutom izolacijom

-prema osnovnoj konstrukciji-s čvrsto ugrađenim aparatima-s izvlačivim

prekidačem (i drugim aparatima)

NN-postrojenja

-otvorena-oklopljena-zatvorena

Klasifikacije (5)

Prema izloženosti atmosferskim (električkim) utjecajima:

•

Izložena postrojenja•

Neizložena postrojenja

Ključni događaji~1900

Uljni prekidač, primarni nadstrujni

relej

~1910

Sekundarni nadstrujni

relej~1930

Hidromatski, malouljni

i pneumatski prekidač

~1940

Daljinsko vođenje, žično~1960

Primjena SF6

i vakuuma, elektroničko daljinsko vođenje~1970

Modularna proizvodnja postrojenja, primjena svjetlovodiča

~1980

ZnO-odvodnici prenapona~1990

Numerička zaštita, daljinski pristup

Tendencije Smanjenje volumena, tlocrta, održavanja, oklopljena postrojenja, pretfabriciranje, integrirana postrojenja, složena struktura upravljanja, lokalna automatizacija i autonomija osnovnih funkcija, visoka pouzdanost i samokontrola.

Građa postrojenja

•

Električni dio-primarno, glavno postrojenje-sekundarno, pomoćno postrojenje-pomoćni uređaji i sustavi-telekomunikacije-uzemljenje

•

Građevinski dio (specifični i opći objekti)

Primarno postrojenje

•

Sabirnice•

Polja

Sekundarno postrojenje

•

Signalizacija •

Mjerenje

•

Zaštita•

Upravljanje

•

Regulacija•

Automatizacija

•

Registracija

Pomoćni uređaji i sustavi

Pomoćno (sekundarno) postrojenje

Glavno (primarno) postrojenje

MjerenjaSignali

Nalozi za promjenestanja

Vodovi, primarne veze selektroenergetskim sustavom

Komunikacije, veze s centrom i/ili susjednimpostrojenjima

Pomoćni uređaji i sustavi

•

Napajanje el.energijom

(izmjeničnim i istosmjernim pomoćnim naponom)

•

Gromobranska zaštita•

Protupožarna zaštita

•

Rasvjeta (opća i nužna)•

Grijanje, hlađenje i prozračivanje

Telekomunikacije

•

Govorne potrebe•

Procesne potrebe (za daljinski nadzor i upravljanje, za komuniciranje uređaja zaštite, mjerenja, ...)

Uzemljenje

•

Zaštitno uzemljenje•

Pogonsko uzemljenje

•

Gromobransko uzemljenje

Elementi glavnog postrojenja

•

Sabirnički

i spojni vodiči, izolatori•

Kabeli u postrojenjima

•

Rastavljači, prekidači, sklopke, osigurači•

Odvodnici prenapona

•

Mjerni transformatori (strujni i naponski)•

Energ.transformatori

u postrojenjima

•

Prigušnice, kondenzatori, otpornici

Mreža i postrojenja

TS i RP

Sabirnice i polja

SABIRNICE

Sabirnički rastavljač

Prekidač

Strujni mjerni transformator

Naponski mjerni transformatori

Vodni rastavljač

Uzemljivač

Vod, dalekovod, kabel

POLJE

Osnovna shemaOsnovna shema karakterizirana je sabirnicama, poljima i njihovim električkim odnosom. Pojedinoj osnovnoj shemi svojstveno je:

•

pogonska fleksibilnost (manje ili više mogućih uklopnih stanja)

•

pogonska redundancija, zalihost (ugrađena rezerva u postrojenju da omogući pogon mreže i pri stanovitim očekivanim kvarovima aparata, te -

osobito -

pri redovnom održavanju aparata i

pojedinih dijelova postrojenja).

Uloga sabirnicaSabirnice = električki čvor mreže; ako su zbog kvara ili održavanja neraspoložive, svi priključeni vodovi, transformatori, generatori -

izvan

pogona. Prekidači (eventualno: sklopke) = neizbježni element svakog priključka na sabirnice; ako su neraspoloživi -

priključak izvan

pogona. Jedne sabirnice u postrojenju: nemoguć

razdvojen pogon dijelova mreže.

Povećanje fleksibilnosti i redundancije -

veće, složenije i skuplje postrojenje. Uz složenije glavno postrojenje -

višestruko

složenije pomoćno postrojenje.

Uloga polja•

vodna polja (VP) za priključak vodova na postrojenje,

•

transformatorska polja (trafo-polja, TP) za priključak transformatora na postrojenje,

•

generatorska polja (GP) za priključak generatora,

•

mjerna polja (MP) za priključak nap.mjernih transformatora,

•

spojna polja (SP) za povezivanje sabirničkih sistema, u postrojenjima s više sistema

sabirnica.

Svojstva osnovnih shema

Jednostruke i sekcionirane

sabirnice

Sabirnice

Polje 1 Polje N

Sekcija A Sekcija B

Dvostruke sabirnice

Trostruke sabirnice

Glavne + pomoćne sabirnice

Pomoćne sabirnice

Glavne sabirnice

S izvlačivim

prekidačima

Postrojenja na odvojcima

H-shema

Jednopolna shema po IEC

Stariji simboli za sheme

Još

neki simboli IEC

Materijali za građu postrojenja

•

Materijali za vodiče:E-Cu, E-Al, AlMgSi0,5

•

Materijali za izolaciju –

kruti:porculan, epoksidna

smola, XPE

•

Materijal za izolaciju –

tekući:transformatorsko ulje

•

Materijali za izolaciju –

plinoviti:zrak, SF6

Zrak, ulje i SF6

Naprezanja po vrstama

•

Dielektrička

naprezanja izolacije•

Toplinska naprezanja vodiča i izolacije

•

Mehanička naprezanja vodiča, izolacije, aparata

•

Naprezanja sklopnih aparata pri sklapanju

Naprezanja po uzrocima•

Napon-stalno (pogonski napon)-povremeno (50 Hz, sklopni i atm.prenaponi)

•

Struja-stalno (pogonska struja)-povremeno (struja kratkog spoja)

•

Ostali uzroci-stalno (toplina, sile težine i zatezanja, te sile radi toplinske dilatacije)-povremeno (vjetar, snijeg, led)

Naponsko dimenzioniranje

•

Nazivni napon mreže (efektivna linijska vrijednost)

•

Najviši napon mreže•

Najviši napon opreme

•

Podnosivi

1-minutni napon (50 Hz)•

Podnosivi

atmosferski udarni napon

•

Podnosivi

sklopni udarni napon

Podnosivi

naponi i najmanji razmaci

Udarni naponski val

Tipični kvarovi u mrežama

•

Tropolni kratki spoj•

Dvopolni kratki spoj

•

Dvopolni kratki spoj sa zemljom•

Jednopolni kratki spoj

Kvarovi koji nisu kratki spojevi:•

Zemljospoj

(jednostruki)

•

Dvostruki zemljospoj•

Prekid vodiča bez spoja sa zemljom

Strujno dimenzioniranje

•

Nazivna struja (efektivna linijska vrijednost)

•

Udarna struja kratkog spoja (dinamička struja)

•

Struja mjerodavna za ugrijanje

pri kratkom spoju (termička struja, kratkotrajna struja)

•

Rasklopna struja (Sr

= 1,73 ·

Ir

· Un

)

Struja kratkog spoja

Struja KS i blizina generatora

•

KS u (električkoj) blizini generatoraVremenski oblik struje KS) je sinusni, vremenom padajuće amplitude i s pomakom prema vremenskoj osi, koji takoođer

vremenom opada i nestaje, čime struja

postaje simetrična prema vremenskoj osi. Konačno (kada ne bi došlo do isključenja KS), struja KS postaje sinusnog oblika stalne amplitude.

Ik

” > Ik

’ > Ik•

KS (električki) daleko od generatoraIk

”

≈

Ik

’

≈

Ik

Struja KS prema vrstama KS

•

Tropolni KSIk3

" = Un

/ 1,73.Xd

“Xd

" = Xdg

" + Xdm

•

Dvopolni KSIk2

" = Un

/ (Xd

" + Xi

)•

Jednopolni KSIk1

" = 1,73.Un

/ (Xd

" + Xi

+ Xo

)

Struja KS i dimenzioniranje

•

Udarna struja kratkog spojaIu

= k.1,41 Ik

“k = f(R/X), za R/X≈0,1 iznosi k=1,8

•

Rasklopna struja kratkog spojaIrg

= μ.Ikg

“, ako nije poznato tada Ir

≈

Ik

“•

Struja mjerodav.za

ugrijanje

tijekom KS

It

= Ik

" (m + n)**1/2, ako nije poznato tada It

≈

Ik

"

Izbor (i) i kontrola (k) opreme

Primjer računa kratkog spoja

Račun struje tropolnog kratkog spoja u visokonaponskoj mreži (a) uz poznatu Ik3

"=15 kA

u postrojenju A (b) uz poznatu rasklopnu snagu prekidača (Sr

=5 GVA) u postr.A (c) uz pretp.beskonačno

jake mreže na koju je priključeno postr.A

Primjer (nastavak 1)

XAB = (1/2).(uk.Un**2)/Sn

= 0,10.35**2/2.20 = 3,06 Ω

(pri 35kV)XBC = 25.0,4 = 10 Ω

(35kV)

XCD = 0,07.35**2/2.4 = 10,72 Ω

(35kV)XCD = 10,72.(10/35)**2 = 0,875 Ω

(10kV)

XDE = 10.0,4 = 4 Ω

(10kV)

(a)

Xm" = Vn/Ik3" = 110/√3.15 = 4,24 Ω

(pri 110kV)Xm" = 4,24.(35/110)**2 = 0,43 Ω

(35kV)

IB" = Vn/(Xm"+XAB) = 35/√3(0,43+3,06) = 5,8kAIC" = Vn/(Xm"+XAC) = 35/√3(0,43+13,06) = 1,5kAXC" = Vn/IC" = 10/√3.1,5 = 3,85 Ω

(pri 10kV)

ID" = Vn/(XC"+XCD) = 10/√3(3,85+0,875) = 1,22kA IE" = Vn/(XC"+XCE) = 10/√3(3,85+4,875) = 0,66kA

Primjer (nastavak 2)

(b) Ir

= Sr/√3.Un = 5000/√3.110 = 26,2kAXm" = Vn/Ir

= 110/√3.26,2 = 2,43 Ω

(pri 110kV)

Xm" = 2,43.(35/110)**2 = 0,25 Ω

(pri 35kV)IB" = 35/√3(0,25+3,06) = 6,1kAIC" = 35/√3(0,25+13,06) ≈

1,5kA; pribl.kao u (a),

stoga ID" i IE" iznose također pribl.kao

u (a)

(c) X" u postr.B

je XAB pri 35kV, dakle 3,06 ΩIB" = Vn/XAB = 35/√3.3,06 = 6,6kAIC" = Vn/(XAB+XBC) = 35/√3(3,06+10) = 1,55kAXC" = Vn/IC" = 10/√3.1,55 = 3,72 Ω

(pri 10kV)

ID" = Vn/(XC"+XCD) = 10/√3(3,72+0,875) = 1,26kAIE" = Vn/(XC"+XCE) = 10/√3(3,72+4,875) = 0,67kA