Zasoby energii elektrycznej:

- odwracalne (woda, wiatr, słońce)

- nieodwracalne (ropa, węgiel, gaz, energia słoneczna)

Urządzenia przetwórcze:

Gazownie Rafinerie Elektrownie Elektro-ciepłownie Ciepłownie.

Nośniki energii:

energia elektryczna, ciepłownia - odbiorniki.

Energetyką - nazywamy kompleks zagadnień związanych z pozyskaniem źródła energii, ich transportem i racjonalnym wykorzystaniem.

Zespół urządzeń służących do tego celu to system energetyczny.

Wyróżniamy następujące systemy elektroenergetyczne:

- energoelektryczny

- ciepłowniczy

- gazowniczy

- paliw stałych i płynnych

Podstawowe elementy systemu energetycznego:

- podsystemy wytwórcze (elektrownie)

- podsystemy przesyłowe (linie)

- podsystem rozdzielczy

- podsystem odbiorczy

Cechy systemu energetycznego:

- wytwarzanie, przesył i dystrybucja energii elektrycznej odbywają się w tym samym czasie

- energii elektrycznej nie da się zmagazynować

- bilans mocy musi się zgadzać w każdej chwili

- energia mocy w każdym przedziale musi być ta sama

Aparatura:

a) regulacyjna - dostosowuje moc z elektrowni do aktualnego zapotrzebowania

b) zabezpieczająca - chroni system przed awariami

c) sterująca - przywraca zasilanie po awarii

Moc zainstalowana - suma mocy znamionowych czynnych, wszystkich generatorów zainstalowanych w elektrowniach.

Moc osiągalna - największa moc czynna jaką mogą wyprodukować wszystkie elektrownie w systemie energetycznym.

Moc dyspozycyjna - jest to największa moc czynna jaką można uzyskać w danym czasie przez minimum godzinę.

Moc włączona - suma mocy dyspozycyjnych generatorów włączonych.

Moc wytwarzana brutto - suma mocy produkowanych w systemie energetycznym.

Moc wytwarzana netto - suma mocy oddawanych przez elektrownie do systemu.

Moc pobierana netto - suma mocy pobieranych przez odbiorców z systemu.

Rodzaje rezerw mocy w systemie energetycznym:

a) rezerwa wirująca - uzyskiwana przez niepełne wykorzystanie pracujących generatorów,

b) rezerwa gorąca (15 % mocy) - kocioł jest pod parą ale turbina się nie kręci (uruchamianie w 1 godzinę),

c) rezerwa zimna (25% mocy) - w danym czasie urządzenia nie pracują (uruchomienie mocy do kilkudziesięciu minut).

SIECI ENERGETYCZNE

Sieci energetyczne składają się z:

- linii elektroenergetycznych

- stacji transformatorowo - rozdzielczych

- kondensatorów szeregowych i równoległych

- kompensatorów regulacyjnych

- aparatury elektroenergetycznej (łączniki, przekładniki)

- urządzeń automatyki i zabezpieczeń sieci

- ochrony przeciwprzepięciowej

- aparatury pomiarowej

Straty w linii: ΔP=(S²/U²)*R

Napięcia w systemie energetycznym:

a) n.n - do 1[kV]

b) S.N - przemysłowa (3,5,6,10) [kV], (15,20,30,40,60)[kV]

c) W.N - (110,220,400)[kV]

d) N.N - 750[kV]

Schemat przesyłu energii przez sieć

Sieć elektroenergetyczna musi spełniać wymagania o charakterze technicznym i ekonomicznym, zależne od rodzaju odbiorców i rodzaju sieci. Wymagania mają charakter ogólny.

Wymagania stawiane siecią:

1. Energia dostarczana musi mieć wysoką jakość i musi być dostarczana w sposób ciągły i niezawodny.

2. Sieć powinna być elastyczna - łatwo dostosować się do potrzeb odbiorców, powinna być jednolita koncepcyjnie, powinna zapewniać łatwość i szybkość znalezienia uszkodzenia, zmniejszać do minimum pomyłki łączeniowe i części zapasowe, układ sieci powinien być łatwy do kontroli, bezpieczna dla obsługi i użytkowników.

3. Parametry jakościowe energii elektrycznej.

Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 25.09.2000r.

„ W sprawie szczegółowych warunków przyłanczania do podmiotów sieci energetycznej, obrotu energią elektryczną, świadczenia usług przesyłowych, ruchu sieciowego i eksploatacji sieci oraz standardów jakościowych obsługi odbiorców”.

a) częstotliwość 50[Hz] (-0,5, +0,2)[Hz]

b) dopuszczalne odchylenie napięcia od znamionowego w czasie 15 minut:

- (-10% i +5%) dla U_n<110[kV] i U_n>400[kV]

- (+/- 10%) dla 110 i 220[kV]

c) współczynnik odkształcenia napięcia oraz zawartość poszczególnych harmonicznych odniesionych do harmonicznej podstawowej nie mogą przekraczać:

- (1,5% i 1%) dla U_n>110[kV]

- (2,5% i 1,5%) dla U_n<110[kV] i U_n >30[kV]

- (5% i 3%) dla U_n<30[kV] i U_n>1[kV]

- (8% i 5%) dla U_n<1[kV]

d) dopuszczalna asymetria napięć i dopuszczalne wahania napięć.

Funkcje w systemie:

1. Sieć przesyłowa - 220,400,750[kV] - między elektrownią a stacją gdzie transformujemy do 110[kV]. Przesyła moc z elektrowni do stacji i utrzymuje równoległą pracę elektrowni.

2. Sieć rozdzielcza - rozdział mocy i energii dla poszczególnych odbiorców. W ramach tej sieci wyróżniamy:

a) Miejskie SE - n. n i 110[kV]

b) Rejonowe SE - wsie, małe miasta (n. n i S.N)

c) Wiejskie SE

d) Przemysłowe SE - do 10[kV]

e) Wnętrzowe SE

Struktura sieci - jednoznaczne określony układ sieci wraz z parametrami poszczególnych urządzeń.

Konfiguracja sieci - jednoznacznie określony układ danej struktury sieci otrzymany przez włączenia i przyłączenia w zbiorze jej elementów.

Wybór struktury sieci zależy od:

1. Gęstości powierzchniowej mocy (obciążenia) i ilości mocy szczytowej przypadającej na jednostkę powierzchni MW/km², charakteryzuje wielkość lub ilość odbiorców.

2. Wymagań niezawodnościowych odbiorców.

Dopuszczalne czasy wyłączeń awaryjnych dla 4 i 5 grupy przyłączeniowej w jednym roku:

- 72 godziny - do 31.12.2002r.

- 60 godzin - od 01.01.2003r.

- 48 godzin - od 01.01.2005r.

Czas trwania jednorazowej przerwy w zasilaniu dla 4 i 5 grupy przyłączeniowej w ciągu jednego roku:

- 48 godzin - do 31.12.2002r.

- 36 godzin - od 01.01.2003r.

- 24 godziny - od 01.01.2005r.

Pewność zasilania zwiększamy poprzez:

1. Stosowanie urządzeń rezerwowych.

2. Zamykanie sieci.

3. Stosowanie automatyk sieciowych SPZ i SZR.

4. Stosowanie lepszych aparatów.

Układ pracy z rezerwą jawną.

Układ z rezerwą utajoną.

Podział odbiorców:

1. Komunalno bytowi - gospodarstwa domowe.

2. Przemysłowi.

Podział odbiorców ze względu na pewność zasilania:

1. Przemysłowi:

a) zakłady posiadające odbiory dla których przerwa w zasilaniu powoduje zagrożenie życia lub straty materialne, musi być 100% pewność zasilania.

b) zakłady dla których przerwa w zasilaniu powoduje straty związane z niewykonaniem produkcji.

c) zakłady posiadające odbiory nie wymagające rezerwowego zasilania.

Podział na grupy przyłączeniowe:

1. Podmioty przyłanczane bezpośrednio do sieci przesyłowej (klienci PSE).

2. Podmioty przyłanczane bezpośrednio do sieci rozdzielczej o napięciu 110[kV], oraz podmioty przyłanczane do sieci rozdzielczej które wymagają dostaw energii elektrycznej o parametrach innych niż standardowe, albo podmioty posiadające jednostki wytwórcze współpracujące z siecią.

3. Podmioty przyłanczane bezpośrednio do sieci rozdzielczej o U_n>1[kV] lecz U_n<110[kV].

4. Podmioty przyłanczane bezpośrednio do sieci rozdzielczej o U_n<1[kV] oraz o mocy przyłączeniowej większej od 40[kW] lub prądzie znamionowym zabezpieczenia przedlicznikowego w torze prądowym większym od 63[A].

5. Podmioty przyłanczane bezpośrednio do sieci rozdzielczej o U_n<1[kV] oraz o mocy przyłączeniowej nie większej od 40[kW] lub prądzie znamionowym zabezpieczenia przedlicznikowego w torze prądowym mniejszym od 63[A].

6. Podmioty przyłanczane do sieci poprzez tymczasowe przyłącze które będzie zgodnie z umową zastąpione przyłączem docelowym lub podmioty przyłączone do sieci na czas określony ale nie dłuższy niż jeden rok.

Podział odbiorców na grupy taryfowe:

Grupa taryfowa - jest to grupa odbiorców pobierających energię elektryczną lub korzystających z usług związanych z zaopatrzeniem w tą energię o zbliżonych kosztach dostarczania tej energii.

A - odbiorcy N.N

B - odbiorcy S.N

C - odbiorcy n. n

R - ryczałtowa

G - odbiorcy Komunalno - bytowi

Podział sieci.

1. Sieć przesyłowa - sieć wielokrotnie zamknięta spełniająca kryterium niezawodnościowe zgodnie z regułą (n - 1) w zakresie wyprowadzenia mocy z podstawowych elektrowni oraz zasilania stacji redukcyjnych 400/220[kV] i 400/110[kV].

Kryterium (n - 1) jest spełnione jeżeli w stanie wyjściowym sieć wytrzymuje awaryjne wyłączanie 1 elementu tej sieci bez niedopuszczalnych ograniczeń spełnienia tej funkcji, oznacza to, że pozostałe w ruchu elementy nie mogą być obciążone poza dopuszczalną granice i nie może dojść do rozszerzenia się zakłócenia.

Dla redukcji napięcia: 400/220[kV] są to transformatory 400 i 500[MVA],dla 400/110[kV] są to transformatory 250 i 330[MVA], dla 220/110[kV] są to transformatory 160[MVA].

Są to transformatory o stałej przekładni i autotransformatory.

2. Sieć rozdzielcza:

a) MSE - Miejska Sieć Energetyczna

• B) siec miejska SN

* ukł. otwarte (promieniowe)

* ukł. Rozcięte (pętlicowe)

* ukł. Zamkniete

O wyborze jednego z tych ukl decydują

- powierzchniowość, gęstość pojemnościowa

- wymagania pewności zasilania

- struktura urbanistyczna miasta

Ukł otwarte

Cechy:

* mało pewne w zasilaniu (długieprzerwy w zasilaniu przy awarii)

* możliwość zwiększenia elastyczności ukł poprzez wstawienie większego transformatora lub zwiększenie ich liczby w ukł

* mało elastyczne

* najprostsze - łatwo i szybko lokalizujemy uszkodzenia

* osiedla domów jednorodzinnych instalacje wnętrzowe

Ukł Rozcięty

Zastosowanie bloki wieżowce windy

Cechy:

* elastyczna

* prosta konstrukcyjnie

* większy koszt budowy niż promieniowej

* mniejsze koszty strat

- jej nie rozcinamy

* posiada naturalny punkt spływu, mniejsze straty energii

* możemy przenieść większą moc, wymagana długość boków jednostrefowa

* zwarcie w jednym boku może powodować wył kolejnych boków a w rezultacie całej sieci

* duża elastyczność sieci, można w sposób równomierny zwiększyć obciążenie

* nie dokonujemy w niej żadnych przełączeń

* skomplikowana w eksploatacji, dobra aparatura

* głównie jest rezerwowana dla n.n.

Sieci wielokrotnie zamknięte

Głównie do przesyłu

Sieć oświtetl zewnętrznego (latarnie)

Może być zasilana z tego samego nn co odbiorcy komunalni

Sieć oświetlenia zewnętrznego

Może być zasilana z tych samych punktów co sieć odbiorców, są stosowane (coraz rzadziej) przekaźniki zmierzchowe. Obecnie stosujemy zegary astronomiczne

Sieci w miastach

* sieć czteroprzewodowa

* promieniowe, rozcięte, zamknięte

Stacje słupowe, wnętrzowe

Cechy st słupowej:

* na jednym słupie znajduje się rozdzielnia i transformator

* moce 100, 250 najczęściej

Cechy st wnętrzowych

* wykonywane jako np. wolnostojące

* budowane w istniejących budynkach

* moce 100, 250, 400, 630 kWA

Sieć miejska SN

Zasila stacje SN/nn punkt zerowy jest izolowany stosuje się też uziemienie przez rezerwowanie lub dławik.

Ukł SN w miastach

* ukł otwarte

* ukł rozcięte

* ukł otwarte

• 
  pająkowy

zalety:

* łatwa zlokalizować uszkodzenie

* uszkodzenie jednej stacji (linii) nie powoduje wyłączenia innej stacji

* rezerwowanie przez sieć nn

wady

* mała pewność zasilania

* mała elastyczność

* rzadko stosowane

• 
  promieniowy

* prosta budowa

* mało elastyczna

* te same właściwości co sieć nn

• 
  rozcięte

Układ dwuliniowy

Sieć miejska 110 kV

• Transformatory 110kV/SN zasilające sieć rozdzielczą SN, a także duże zakłady przemysłowe itp.

• Zasilane z lokalnych elektrowni

• Zasilanie z 400/110 kV i 220/110 kV

• Punkt zerowy jest skutecznie uziemiony

• Sieć napowietrzna ( 1 i 2 fazowa - linki stalowo-aluminiowe AFl 120, 240, 525 mm²)

• Sieć zamknięta z założenia (podział na sekcje)

Układ typu H

H5 (ilość wyłączników)

Transformatory :

10, 16, 25, 40 MVA

Przekładnie

40/20/20 MVA

25/16/16 MVA

63/31,5/31,5 MVA

Rejonowa sieć elektroenergetyczna

• zasilają odbiorców nn, SN, 110 kV poza terenami miast.

1. Sieć nn

• zasila odbiorców na wsi, w małych miasteczkach

• pracuje głównie jako promieniowa (linia napowietrzna zasilana ze stacji słupowych SN/nn, 100 lub 250 kVA).

2. sieć SN

• zasilana ze 110/SN stacji lokalizowanych blisko miast lub zakładów przemysłowych

• pracuje jako promieniowa linia napowietrzna

Odbiorcy

• sieci miejskie nn w małych miastach

• sieci miejskie rejonowe

• zakłady o mocy kilkuset kVA

1. sieć 110 kV

• zasilana bezpośrednio z elektrowni, 400/110 kV, 220/110 kV

Odbiorcy

• transformatory 110/SN zasilające sieć rejonową SN, sieć miejską w niedużych miastach, trakcje i zakłady przemysłowe o kilkunastu MVA

Budowa linii napowietrznych

• napięcia 0,4 ÷ 750 kV

• 86% wszystkich linii

PN-E-05100-1 (linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi i izolowanymi)

PN-75/E-05100

Izolacja

• powietrze

• izolatory

Podstawowe elementy

1. Przewody fazowe

2. Przewody odgromowe

3. Konstrukcje wsporcze (słupy)

4. Izolatory

5. Uziomy

6. Osprzęt linii

Przewody

1. Gołe

2. Izolowane

Gołe

• Druty

• Linki

Wymagania stawiane przewodom

• Duża przewodność (mała rezystancja) R = l / γ s [Ω]

• Odporność na działania atmosferyczne i chemiczne

• Odporność na drgania

• Odpowiednia wytrzymałość mechaniczna

• Cu, Al, Fe, AlFeMg

γ_Cu = 54 ÷ 55 [ m / Ωmm²]

γ_Al = 34 ÷ 35 [ m / Ωmm²]

γ_Fe = 5 ÷ 8 [ m / Ωmm²]

Przekroje linek aluminiowych (Al.) do 1 kV

16, 25, 35, 50, 70 mm²

Przekroje linek stalowo-aluminiowych (AFl) do 1 kV

15, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185, 240, 300, 525 mm²

Oznaczenia linek AFl

AFl 8 - 525 (8 Al./F , 525 Al.)

1,25; 1,7; 3; 4; 6; 8; 20 - stosunek Al./F

Ulot - wyładowanie w powietrzu wokół przewodu, gdy natężenie pola elektrycznego wokół tego przewodu przekracza wartość wytrzymałości elektrycznej powietrza.

Przewody wiązkowe

• Mniejsze natężenie pola elektrycznego wokół przewodu przez co wzrasta napięcie krytyczne ulotu

• Mniejsza indukcyjność, większa pojemność, co powoduje zmniejszenie strat napięcia i zwiększenie przepustowości linii

• Możliwość zwiększenia obciążalności linii ze względu na lepsze warunki chłodzenia

Przewody odgromowe

• Służą do zabezpieczenia linii przed bezpośrednim uderzeniem pioruna (piorunochron)

• Zmniejszają przepięcia, jednak ich nie eliminują

• Stosowane w liniach 110 kV i większe, nie stosuje się w SN i nn

• Wykonywane są z linki AFl, zawierają element światłowodowy

α - zewnętrzny kąt osłonowy

β - wewnętrzny kat osłonowy

• Zabezpieczenie przed bocznymi uderzeniami pioruna

1. 110kV i 220 kV

α ≤ 30°, β ≤ 60°

2. 400 kV

α ≤ 20°, β ≤ 45°

3. 750 kV

α ≤ 15°

Dobór przekroju przewodów następuje po uwzględnieniu wyników obliczeń technicznych i ekonomicznych.

Wybrane powinno zostać takie rozwiązanie, przy którym dana wielkość mocy będzie przesyłana przy minimum kosztów, zarówno inwestycyjnych jak i eksploatacyjnych.

Przewody odgromowe są przymocowane bezpośrednio do konstrukcji słupa.

Podstawowe kryteria doboru przekrojów linii napowietrznych

1. Dopuszczalna długotrwale obciążalność prądowa

2. Dopuszczalna obciążalność zwarcia prądowa

3. Wytrzymałość mechaniczna

4. Ograniczenia zjawisk ulotu

5. Unifikacja rozwiązań linii

Un kV	Przew robocze			P odgromowe
		Typ	S mm^2	Typ		S mm^2
110	Afl-6 AFl-8	120, 240 525	AFl-6 AFl-1,7		120,240 50, 70, 95
220	AFl-8	525	AFl-1,7 AFl-6		70 120
400 750	AFl-8	525	AFl-1,7		70

Izolatory

Przy ich pomocy przewody linii napowietrznych mocowane są do konstrukcji wsporczych. Z tej funkcji wynikają ich podstawowe zadania :

1. Odizolowanie przewodów roboczych linii od konstrukcji wsporczych

2. Przenoszenie sił mechanicznych jakimi przewody oddziałują na konstrukcje wsporcze

• siły naciągu przewodów

• siła wynikająca z ciężaru przewodu wraz z ewentualnym obciążeniem sadzią

• siły spowodowane oddziaływaniem wiatru

Parametry izolatorów

1. Napięcie znamionowe wyrażone w [kV]

2. Droga upływu [cm]

3. Droga przeskoku [cm]

4. Napięcie probiercze udarowe o kształcie 1,2/50 [μs] [kV]

5. Napięcie przeskoku przy f = 50 Hz na sucho [kV]

6. Napięcie przeskoku przy f = 50 Hz pod deszczem [kV]

7. Obciążenie probiercze [kN]

8. Wytrzymałość mechaniczna [kN]

9. Wytrzymałość elektromechaniczna

Nie musi wytrzymywać przepięć atmosferycznych

Przebicie izolatora

Wyładowanie występujące wewnątrz izolatora, równoznaczne z jego zniszczeniem

Przeskok

Wyładowanie występujące na zewnątrz izolatora (atmosfera lub powierzchnia), łuk elektryczny - powinny wytrzymywać wysoką temperaturę

Izolatory wykonane są :

• Ze szkła

• Z porcelany

• Z kauczuku silikonowego (izolatory kompozytowe)

Oznaczenia izolatorów

• Izolatory liniowe (L)

• Izolatory stojące (S)

• Izolatory wsporcze (W)

• Izolatory pniowe (P) - nieprzebijalne

• Izolatory kołpakowe (K)

• Izolatory odciągowe (G)

• Izolatory delfowe (D)

• Izolatory przeciwzabrudzeniowe (Z)

Strefy zabrudzeniowe

Un kV	I	II	III	IV
15	30	45	60	70
110	210	270	340	460
400	720	920	1160	1560

LP 75/31

75 - średnica pnia

31 - liczba kloszy

LWP 8-24

8 - wytrzymałość mechaniczna

24 - napięcie znamionowe

Izolator kołpakowy

1. Część izolacyjna

• Kształt talerza

1. Okucia (umożliwiające łączenie)

Izolator pniowy

1. Jednolity pień walcowy

2. Okucia (kołpaki)

Izolator długopniowy

1. Długość pnia jest trzy razy większa od średnicy

Izolator nieprzebijalny

1. Długość najkrótszej drogi przebicia jest o połowę większa od drogi przeskoku w powietrzu

2. Nie następuje przebicie, tylko przeskok w powietrzu

Łańcuchy izolatorowe

1. jednorzędowy (dwa lub więcej połączone szeregowo)

2. wielorzędowe (zespół dwóch lub więcej jednorzędowych łańcuchów izolatorowych o tych samych właściwościach elektrycznych i mechanicznych połączonych równolegle w taki sposób, aby obciążenie zewnętrzne rozkładało się równomiernie na każdy łańcuch niezależnie od warunków pracy)




3. złożony (zespół dwu lub więcej jednorzędowych lub wielorzędowych łańcuchów izolatorowych w układzie zapewniającym uzyskanie określonych właściwości elektrycznych i mechanicznych)

Rożki i pierścienie

Ochrona izolatora przed działaniem łuku elektrycznego

Konstrukcje wsporcze

1. Słupy

• najczęściej stosowane, samoistne konstrukcje wsporcze osadzone w ziemi bezpośrednio lub za pomocą fundamentów. Ich zadaniem jest utrzymanie właściwych odległości pomiędzy przewodami fazowymi i odgromowymi oraz między przewodami fazowymi i ziemią.

Podstawowe elementy słupa :

• trzon

• poprzeczniki

• fundament (o ile jest)

dla WN, NN

• kratowe (rurowe ze stali)

dla SN

• żelbetowe, strunobetonowe (puste w środku)

Podział słupów ze względu na funkcje

• przelotowe - podtrzymują przewody bez przejmowania sił naciągu, ustawione są w linii prostej lub na załomach linii, jednak nie większych niż 5°

• narożne - ustawione są w załomach linii większych od 5°, przystosowane są do podtrzymywania przewodów i przejmowanie wypadkowej siły naciągu

• odporowe - służą do lokalizacji zakłóceń mechanicznych linii, przy zerwaniu takich przewodów słup wytrzymuje jednostronny naciąg, ustawiane są w odległości co 3 km, ustawiane są na szlaku prostym o załomie do 5°

• odporowo-narożne - funkcja jak dla odporowych, ustawiane w załomach linii większych od 5°

• krańcowe - ustawiane na zakończeniach linii, przeznaczone do jednostronnego naciągu przewodów

• rozgałęźne - ustawione w miejscach rozgałęzienia linii, w zależności od wypadkowego naciągu przewodów słup rozgałęźny ma charakter słupa narożnego, odporowego, krańcowego bądź łączy te funkcje

• skrzyżowaniowe - obliczone ze zwiększonym stopniem bezpieczeństwa, ustawione w miejscach skrzyżowania linii napowietrznej z innymi obiektami

• przepleceniowe - dokonuje się przeplecenia linii powyżej 30 kV


linia symetryczna

Słupy napowietrzne powyżej 1kV są uziemione , oporność uziemień musi być tak wykonana aby napięcie krokowe i dotykowe były małe.




A,B- punkty zawieszenia przewodów

0- wierzchołek linii zwisu przewodu

a- rozpiętość przęsła

f- zwis

h_B,h_A- wysokość zawieszenia przewodu w punkcie A i B

b- spad przęsła

m- mimośród

Naciąg-siła statyczna do osi podłużnej przewodu wyrażana iloczynem naprężenia przez przekrój obliczeniowy przewodu.

Obostrzenie linii-wiele dodatkowych wymagań dotyczących odcinka linii wymagającego większego bezpieczeństwa. Wyróżnia się trzy stopnie obostrzenia: I, II,III. Stosuje się je w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa zerwania i przerwania przewodu.

Osprzęt linii napowietrznej- jest konieczny w celu mocowania izolatorów łączenia w łańcuchy.

Wyróżnia się osprzęt:

1. Osprzęt izolatorowy - przeznaczony do mocowania części ceramicznych izolatorów stojących (trzony, kabłonki)

2. Osprzęt ochronny - przeznaczony do zabezpieczenia przewodów i izolatorów przed termicznym działaniem łuku elektrycznego, do poprawy rozkładu napięcia na łańcuchach izolacji, ograniczenie zakłóceń RTV(osprzęt od izolatorów długopniowych i kołpakowych)

3. Osprzęt przeciwdrganiowy - przeznaczony do tłumienia drgań przewodów rurowych i liniowych(tłumiki pętlowe)

4. Osprzęt przewodowy - przeznaczony do uchwycenia i łączenia przewodów ( uchwyty, złączki, zaciski, odstępniki, łączniki)

Sposób prowadzenia linii napowietrznej:

1. Linia powinna być możliwie krótka

2. Należy stosować jak największe odcinki proste

3. Należy korzystać z ekonomicznej rozpiętości przęsła

4. Unikać częstych załamań oraz miast itp.

5. Omijać okolice burzowe i sadziowe oraz unikać terenów zalesionych

6. Należy uwzględniać dojazdy do linii oraz unikać terenów podmokłych

7. Należy unikać lotnisk, skrzyżowań linii z innymi liniami

8. Wytyczać w terenie płaskim, brać pod uwagę rozbudowę linii

Wpływ linii na środowisko:

- wycinanie drzew i krzewów , pole elektromagnetyczne ,znaczne niezadowolenie społeczne

Linia kablowa:

Jest to kabel wielożyłowy lub wiązka kabli jednożyłowych w układzie wielofazowym albo kilka kabli jedno lub wielożyłowych połączonych równolegle łącznie z osprzętem ułożonym na wspólnej trasie i łączących zaciskach tych samych dwóch urządzeń elektroenergetycznych jedno lub wielofazowych albo jedno lub wielobiegunowych.

Czynniki wpływające na linie kablowe a nie napowietrzną:

- wymagania urbanistyczne a nie archeologiczne

- konieczność przekraczania zbiorników wodnych

- zabrudzenia w powietrzu utrudniające eksploatacje

Porównanie:

- koszt wybudowania linii kablowej jest wyższy niż napowietrznej

- w liniach kablowych zagrożenie porażeniowe jest dużo mniejsze niż w napowietrznych

- linie kablowe są mniej uciążliwe dla otoczenia niż kablowe

- eksploatacja linii kablowej jest o wiele mniej uciążliwa niż napowietrznej

- linie kablowe charakteryzują się mniejszą opornością bierną wynikającą z odległości między przewodami ( miejsce spadku napięcia )

Budowa kabla:

• żyła robocza ( część przewodząca Al lub Cu )

• izolacja żyły (polwinit, polietylen, papier nasycony olejem, olej albo gaz pod ciśnieniem)

• ekran (kable o polu równomiernym)

• powłoka ochronna - zabezpiecza przed wilgocią i innymi czynnikami chemicznymi (wykonywana jako płaszcz ołowiany ), pancerz chroni przed uszkodzeniami mechanicznymi (tworzywo sztuczne)

• osłona (chroni przed uszkodzeniem ze strony ostrych krawędzi płaszcza (papier, przędza jutowa, tworzywa sztuczne, syciwo ochronne, polewa ochronna)

• pancerz - wykonany z taśm albo drutów stalowych

• osłona zewnętrzna




Parametry kabla:

- najmniejsza dopuszczalna grubość kabla ( U_N )

- grubość powłok ołowianych, aluminiowych oraz osłon włóknistych znormalizowane są również metody przeprowadzania prób kabli

- sposoby wykonania kabli ( technologia wykonania )

SN: 50, 95, 120, 150, 240mm­­²

nn: 35, 70 ,120, 185, 240mm²

Literowe oznaczenie kabli:

K - kabel o żyłach Cu (A przed K to żyła Al. )

Y po K - izolacja polwinitu

X po K - izolacja polietylenowa

nic po K - izolacja papierowa nasycona olejem

n po K - izolacja wykonana syciwem nieściekającym

S po X - izolacja z polietylenu

H - żyła ekranowana

Y na początku - powłoka ochronna polwinit

Nic na początku - powłoka ochronna wykonana z ołowiu

F_t - pancerz z taśm stalowych

F_p - pancerz z drutów stalowych płaskich

F_o - pancerz z drutów okrągłych

A na końcu - ochrona pancerna włóknista przesycona masą asfaltową

Y,X - polwinit , polietylen

S - polietylen usieciowany

Kable do przesyłu wielkich mocy:

1. Kable olejowe oraz gazowe o ciśnieniu wew. albo zew.

Wew. są to kable w których czynnik wywierający ciśnienie ( gaz lub olej ) bezpośrednio styka się z izolacją :

- olejowe z wew. przepływem oleju jedno i trójżyłowe we wspólnej powłoce metalowej

- olejowe trójżyłowe w rurze stalowej oraz gazowe w których gaz wypełnia wolne przestrzenie w izolowanych żyłach

- kable z wew. przepływem oleju

Kable o ciśnieniu zewn. trójżyłowe umieszczone są w rurze stalowej (żyły są wzajemnie skręcone ) z olejem o stałym ciśnieniu

2. Kable o izolacji polietylenowej

3. Kable kriogeniczne

- wykorzystują zmniejszenie rezystancji w mniejszych temp

Osprzęt kablowy:

- mufy kablowe(łącza odcinki kabli).muszą zapewniać właściwości mechaniczne i elektryczne połączenia kabli nie gorsze od właściwości samego kabla.

- głowice kablowe ( zakańczają końcówki kabli) Głowice kablowe muszą spełniać wytrzymałość wymaganą mechaniczną jak i elektryczną kabla oraz zapobiegać wyciekowi syciwa. Dzielą się na: wew. i zew.

- złączki i końcówki (łączą i zakańczają żyłę roboczą i pierwotną)

Wybór tras linii kabla:

- dążyć do wyboru tras max prostych, unikać skrzyżowań z przeszkodami terenowymi i infrastrukturą podziemną

- trasą kabla powinna przebiegać wzdłuż istniejących lub projektowanych ciągów liniowych

- unikać terenów zalewowych mogących ulegać podmywaniu narażonych na wstrząsy przesunięcia gruntu

- trasa kabli i sposób ich ułożenia powinny być także dobrane aby kable nie były narażone na uszkodzenia mechaniczne a także by nie było utrudnione oddawanie ciepła

- prowadzenie kabli przez pomieszczenia i strefy zagrożone wybuchem lub pożarem należy ograniczyć do kabli zasilających urządzeń w tym pomieszczeniu lub strefach

- wybierając trasę kabli olejowych na WN należy zwrócić uwagę na profil trasy gdyż ze względu na instalację olejową należy w miarę możliwości unikać prowadzenia kabli wzdłuż tras o dużych różnicach poziomów terenu

- kable wzajemnie rezerwujące się należy prowadzić innymi trasami

Analiza stanów pracy sieci elektroenergetycznych.

• ustalone

• nieustalone

Napięcia w węzłach, prądy przepływające przez system, moce, częstotliwość.

Model matematyczny systemu zależy od:

• rodzaju zakłócenia

• możliwości identyfikacji modelu

• możliwości obliczenia modelu

Podział ze względu na charakter zmian:

• stan ustalony normalny - zmienne stanu (f, U, i, P) nie ulegają zmianom i mają wartości umożliwiające normalną pracę odbiorników systemu.

• stan przejściowy normalny - powstaje przy niewielkich zmianach obciążenia lub struktury systemu(część zmiennych ulega zmianie, a część nie).

• stan przejściowy awaryjny - duża liczba zmiennych stanu ulega dużym i szybkim zmianom.

Straty ze względu na miejsce powstania:

- w transformatorze

- jałowe
ΔP_Fe ≈U² ΔP_Fe =U_n² G_T

- w uzwojeniach ΔP_obc = 3I² R_t I=I_N ⇒ ΔP_obc = 3I_N² R_t

ΔP_obc/ΔP_obcN= 3I² R_t / 3I_N² R_t = (I / I_N)² = (S/S_N)²

ΔP_obc= ΔP_obcN (S/S_N)²

ΔP_tr = ΔP_Fe + ΔP_obc = ΔP_Fe + ΔP_obcN (S/S_N)²

ΔA= ΔP_Fe Δt + ΔP_obcN (S_max/S_N)² τ

Regulacja napięcia i rozpływ mocy biernej.




dla żarówek: φ= cU^3,6 P= cU^1,6 φ/P = U² trwałość T = c/U¹⁴

dla świetlówek φ= cU^1,5 Jeżeli U spadnie do 0,8 U_N to świetlówka gaśnie.

Dla silników




M≈U²

s= (n₁-n)/n₁

n = (1 - s)n₁ ⇒ U↓ ⇒s↑⇒n↓

gdy M_Z=M_e=const ⇒P_e = const to

U↓⇒I↑


Zmienność napięcia:

• odchylenie- zmiany powolne o szybkości mniejszej niż 0,02 U_N/s

• wahania- zmiany szybsze niż 0,02 U_N/s

Regulacja napięcia:

• regulacja przy pomocy napięć dodawczych

• poprzez zmianę impedancji sieci

• poprzez zmianę rozpływu mocy biernej

Napięcia dodawcze:

• zmiana wzbudzenia generatorów

• stosowanie autotransformatorów

• zmiana przekładni transformatorów

Zmiana wzbudzenia generatora:




U_Ngen = 1,05 U_Nsieci

U_{max gen} = 1,1 U_Nsieci




Stosowanie autotransformatorów:

Stosowane głównie w sieciach 220 i wyżej [kV]. Służą do zmiany rozpływu mocy w sieci.

Redukcja przekładni:




Regulacja przekładni pod obciążeniem.




Zasady doboru zaczepów na transformatorach regulacyjnych.

δU_dop^d ≤ ΔU' + ∑δE' - ∑δU'≤ δU_dop^g

δU_dop^d ≤ ΔU'' + ∑δE'' - ∑δU''≤ δU_dop^g

δU_dop^d,g - dopuszczalne odchylenia napięcia (dolne i górne)

ΔU', ΔU'' - wartości odchylenia napięcia od U_N na szynach 110 kV przy obciążeniu max (ΔU') i min (ΔU'')

∑δU', ∑δU''- suma napięć dodawczych przy obciążeniu max i min.

Regulacja przez zmianę impedancji sieci.

• poprzez rozłączanie lub załączanie elementów sieci z lub do pracy równoległej.




δU = (PR+QX)/U

δU = (0,5P*2R+0,5X*2X)/U = (PR+QX)/U

• poprzez załączanie szeregowych kondensatorów.




δU = (PR+QX)/U₂

po załączeniu ⇒ δU^*= (PR + Q(X-X_C))/U₂


δU^*= (PR+QX)/U₂ - (QX_C)/U₂ X_C = ((δU - δU^*)/Q)*U₂ Q = Ssinϕ = Ptgϕ

δU^*= (PR + Ptgϕ(X - X_C))/U U₂ = U₁- δU = U₁-((PR)/U₂) - (P/U₂)(X - X_C) tgϕ

ϕ(0÷45°) ⇒ tg(0÷1) ⇒ cosϕ(1÷0,71) jako optymalny tgϕ=0,4 ⇒ cosϕ = 0,93




bez C→


z kondensatorem↓








Obciążenie rezystancyjne

Regulacja napięcia przez zmianę rozpływu mocy biernej.




δU = (PR+QX)/U₂

δU = (PR + (Q - Q_k)X)/U₂

S = (P² + Q²)^0,5 P = (S² - Q²)^0,5


Z załączoną baterią kondensatorów




δU=const , P_{2 >} P₁ , Q ₂ > Q₁

δU= (P₁R+Q₁ X)/ U_n = (P₂ R+ +(Q₂ - Q_K ) X )/ U_n

Q_k = [(P₂ -P₁)R + (Q₂ - Q₁) X] / X P, Q = const , δU₂ >δU₁

δU = (PR + QX) / Un δU ₁= [PR+(Q - Q_k)X] / Un

δU ₁= (PR + QX )/Un - (Q_K X) / Un = δU - (Q_K X )/ Un Q_k = [(δU - δU₁) Un] / X


regulacja skokowa


regulacja płynna Q = U²ωC

Dla baterii kondensatorów szeregowych:


Q_C = (3J_C²) / ωC ΔU_L = (3)^0,5 (JR_L cosϕ + JX_L sin ϕ)

ΔU_c = -(3)^0,5 JR /ωC , R≈0 ΔU = (3)^0,5[JR cosϕ + J(X_L - X_C)sinϕ]

Dla baterii kondensatorów równoległych.


Q_{C =} U² ωC ΔU=(3)^0,5 ( JRcosϕ + JX_Lsinϕ - J_CX_L)

Przełącznik gwiazda-trójkąt:




W-otwarty

J_{c =} (3)^0,5 (U/ 2X_c) =1,5U_f / X_c

Q_{C =} 3(U²/ 2X_c) = 1,5(U²/ X_c)

W - zamknięty

J_c = U_f / 0,5 X_c =2U_f / X_c

Q = 3Uf² / 0,5X_c = 2U² / X_c




1. bez kondensatorów ΔU = (3)^0,5 (JR_Lcosϕ + JX_L sinϕ)

2. z kondensatorem równoległym ΔU = (3)^0,5 ( JR_Lcosϕ + JX _Lsinϕ - J_CX_L)

3. z kondensatorem szeregowym ΔU = (3)^0,5 [JRcosϕ + J(X_L-X_C) sinϕ]
   

Kompensatory synchroniczne:

Moc bierna zależy od prądu wzbudzenia i napięcia na zaciskach generatorów.




Spadek napięcia powoduje przeciwdziałanie deficytowi mocy.

Zalety kondensatorów

- małe straty mocy czynnej w porównaniu z kompensatorami synchronicznymi

• koszt 1 kVar dla kondensatorów niewiele się zmienia w funkcji mocy baterii

• prostsza eksploatacja od kompensatorów

• przy awarii kondensatorów wyłączona jest tylko część baterii regulacja mocy płynna lub skokowa.

Wady kondensatorów

- moc baterii kond. równoległych zależy od J² ,przy większym obciążeniu pogłębia się deficyt mocy

powodują przepięcia ,(zjawiska rezonansowe)

• kondensatory szeregowe muszą spełniać wysokie wymagania prądowe i napięciowe

• są bardzo wrażliwe na wyższe harmoniczne X_c = -j (1/ωC) ,ω = 2∏f.

Kompensatory :

• stosowane na napięcia 220 kV, w górę

• płynna regulacja mocy (zmiana prądu wzbudzenia)

• kompensatory w dolinach obciążenia pobierają moc bierną

Przesył mocy biernej

• silniki asynchroniczne pobierają ok. 50% mocy biernej

• trafo ok. 30%

• obciążone linie napowietrzne i dławiki ok. 20%

Źródła :

• generatory asynchroniczne ok. 60%

• kondensatory ok. 20%

• linie napowietrzne ok25%

• kompensatory synchroniczne ok. 1%

Skutki przepływu mocy biernej :

• ograniczenia przepustowości elementów sieci;

J = S / √3U = √(P²+Q²) / √3 U

• dodatkowe spadki napięć:

δU = RP / √3U + QX / √3U

• dodatkowe straty mocy czynnej

ΔP = 3J²R = [(P²+Q²)/U²]R = ΔP_c + ΔP_Q

ΔP_c = P²R / U² , ΔP_Q = Q²R /U²

W celu łatwiejszego szacowania strat mocy czynnej wywołanych przepływem mocy biernej wprowadza się tzw . energetyczny równoważnik mocy biernej k_e . Określa on zmianę wielkości strat mocy P spowodowaną zmianą przesyłanej mocy Q.

k_e = d (ΔP_Q) / dQ = 2QR / U²

ΔP_Q = k_e ΔQ




Q_L = 10,5MVar ,R_L =10,2Ω, Q_{T =} 6Mvar, R_T=9,92Ω , k_e=0,02

k_el =2Q_LR_L/U² = (2*10,5*10,2)/110²=0,017

k_eWN= k_el+k_e=0,017+0,02=0,037

k_eT= 2Q_TR_t /U²=(2*6*9,92)/110²=0,01

k_eSN=k_eWN+k_T= 0,37+0,01=0,047

Warunek racjonalnej kompensacji:

k_eQ_k > k_kQ_k

k_e-jednostkowy pobór mocy P przez urzadz. kompensujące[kW/kVar]

Q_k-moc urządz. kompensującego [kVar]

k_k/Q_k- pobór mocy czynnej przez urządzenie kompensujące[kW]

k_eQ_k -zmniejszenie strat mocy czynnej[kW]


Stan końcowy - (trudny lub nie możliwy do określenia)

• stan ustalony

Ze względu na fizykę zjawisk :

• falowe ( opis opera się na zjawiskach falowych 10^-7 - 10^-3 s - okres drgań fal)

• zjawiska elektromagnetyczne - powstają podczas zwarć przy rezonansach przebiegłych wyrównawczych. Okres drgań 10^-3 - 10^-1 s

• zjawiska elektromechaniczne - wywołane ruchami względnymi wirników generatorów 10^-1 - 10 s

• zjawiska termodynamiczne wiązane z regulacją w kotle w elektrownii.

Podstawową metodą jest analiza rozpływów mocy.

Rozpływy mocy w sieciach promieniowych.

• metoda współczynnika jednoczesności

• metody probabilityczne

Metoda współczynnika jednoczesności

Pozwala wyznaczyć rozpływ mocy w szczycie obciążenia. Jest stosowana w sieciach miejskich rejonowych i instalacjach przemysłowych. Oparta jest o założenia że moce odbierane w węzłach zmieniają się w czasie.




P_u - udział elementu zasilanego w szczycie elementu zasilającego.

P­_s - moc szczytowa w elemencie zasilającym

α - współczynnik udziału w szczycie obciążenia

Współczynnik jednoczesności między mocami elementu zbioru t zasilanych z elementu u.




P_su - moc szczytowa w elemencie zasilającym u.

P­_sti - moce szczytowe w elemencie zbioru t.




P_uti - udział obciążenia elementu zbioru t w szczycie obciążenia elementu zasilającego u.

Współczynnik jednoczesności jest to inaczej średnio ważny współczynnik udziału obciążeń elementów podzbioru t w szczycie obciążenia elementu lub podzbioru u .

Rozpływ mocy biernych




Q_sr= P_su * tg ϕ_{med. u}




Metody probabilityczne

W dowolnej chwili moc czynna pobierana przez odbiornik pracujący w dowolnej grupie odbiorników przyjmuje wartość P_ik




odchylenie standardowe




m - liczba pomiarów obciążeń

P_i=f(P_i1 , P_i2 , P_ir)





- poziom ufności

t - zmienna symbolizowana o rozkładzie normalnym i wartości średniej równej 0 i odchyleniu standardowym równym 1

δ - odchylenie standardowe

Jeżeli w populacji jest równy rozkład danej cechy to z zadanym z góry prawdopodobieństwem przedział liczbowy (P - tδ , P +tδ) zwany przedziałem ufności pokryje nie znaną wartość mocy P_i.

Wartość chwilowa mocy P_i znajdująca się w tym przedziale nie przekroczy prawej granicy przedziału ufności.

P_obc = P + tδ

α = 0,95 , t=1,65

P_obc=P+1,65δ

α=0,99 , t=2,3

Metoda współczynnika zapotrzebowania k₂

Metoda względnych odchyleń standardowych

Rozpływ mocy w sieciach przemysłowych :

• niezawodność zasilania

• rozpływami możemy wpłynąć na natężenia strat

• wpływ na poziomy napięć w poszczególnych węzłach

• niedopuszczenie do przeciążeń elementów systemu

Metoda potencjałów węzłowych

Założenia o elementach sieci :

• elementy sieci są liniowe

• prądy i napięcia mają przebiegi sinusoidalne o stałej częstotliwości bliskiej znamionowej

• gałęzie sieci są elementami biernymi (nie ma w nich źródeł i nie ma sprężeń między gałęziami)




Właściwości macierzy YI :




jest symetryczna rzadko (wiele elementów zerowych).Suma elementów danego wiersza lub kolumny daje admitancję łączącą konkretny węzeł z węzłem odniesienia.

Jeżeli nie występują w sieci węzły łączące z węzłem odniesienia wówczas macierz jest osobliwa (wyznacznik = 0 i nie da się jej odwracać).

Obliczanie rozpływów mocy i spadków napięć










Obliczanie napięć




W liniach jednego rodzaju kąt δ jest niewielki.




Spadek napięcia w sieci rozdzielczej

z




Spadki napięcia w liniach trzeciego rodzaju




Spadek napięcia dla linii 1 - fazowej




Założenia dotyczące kierunków przepływów mocy

• moc pobierana jest dodatnia

• moc dostarczana do węzła jest ujemna

• moc bierna indukcyjna pobierana z węzła jest dodatnia co oznacza :

1. moc bierna pojemnościowa pobierana z węzła jest ujemna

2. moc bierna indukcyjna dostarczana do węzła jest ujemna

3. moc bierna pojemnościowa dostarczana do węzła jest dodatnia

Linie drugiego rodzaju










Obliczanie o sposoby ograniczania strat sieciowych

• straty związane z użytkowaniem energii (marnotrawstwo)

• związane z przesyłem

Straty w liniach są związane z przepływem prądu przez elementy podłużne linii.




Czas trwania max.. strat









































































---