Transcript postroji za transformacijo in prenos el

POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
TOKOVNE OBREMENITVE
- Tokovne obremenitve v nenormalnih obratovalnih stanjih
- Vrste kratkih stikov
- Kratki stik na sponkah generatorja v praznem teku
- Kratki stik na sponkah obremenjenega generatorja
- Dušilke za omejevanje kratkostičnega toka
- Tripolni kratki stik – poenostavljena metoda
- Izračun reduciranih procentualnih padcev napetosti za vse elektroenergetske elemente
- Izračun kratkostične moči
- Izračun delnih prispevkov kratkostičnih moči
- Izračun izklopilne moči in toka
- Izračun trajnega kratkostičnega toka
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
TOKOVNE OBREMENITVE V NENORMALNIH OBRATOVALNIH STANJIH
Pri dimenzioniranju in izbiri električnih obratovalnih elementov in naprav je potrebno z
upoštevanjem predpisov poleg nazivne tokovne obremenitve upoštevati tudi obremenitve,
ki se pojavljajo v obliki kratkih stikov. Kratkostični tokovi se pojavljajo kot mnogokratnik
nazivnega toka. Pri tem se pojavijo velike dinamične in termične obremenitve. Kratkostični
tokovi, ki se zaključujejo preko zemlje lahko povzročajo nedopustne napetosti dotika in
druge vplive. Če velikost kratkostičnih tokov pri projektiranju ni upoštevana, lahko privede
do uničenja naprav in do nevarnih posledic za ljudi. Pomembni so tudi najmanjši
kratkostični tokovi, na osnovi katerih se izbirajo in dimenzionirajo naprave za zaščito
električnega omrežja.
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Vrste kratkih stikov
R
S
T
I "k3
a)
R
S
T
I "k2E
I "k2
b)
c)
I "kE2E
delni kratkostični
I "k1
d)
I "kEE I "kEE
e)
a) tripolni kratki stik
b) dvopolni kratki stik brez dotika z zemljo
c) dvopolni kratki stik z dotikom z zemljo
d) enopolni zemeljski stik
e) dvojni zemeljski stik
tokovi v vodih in
zemlji
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Nastop kratkega stika na koncu daljnovoda
u  2U sin(t )
ik
Potek napetosti
u
in kratkostičnega toka
ik
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Ik''
- Začetni izmenični kratkostični tok – glej
I s  Iu
- Udarni tok kratkega stika
A
- Začetna vrednost enosmerne komponente toka
ig
- Enosmerna komponenta toka
- Izmenični kratkostični tok
k
- Kot kratkostične impedance omrežja
Ik
- Trajni tok kratkeg stika
Potek kratkostičnega toka se lahko poda z naslednjo enačbo:
ik  2 U sin t     k   e t T  sin   k 
s
Zk
ik  i~  ig
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
ik 


2 I k" sin t     k   e t Ts  sin   k 
Xk
k arctg
Rk
X k Lk
Tg 

Rk Rk
a)
 0
Rk
 0.03; Tg  0.11s
Xk
b)
1)
2)
  k  450   0
  k  900   450
Rk
 1; Tg  0.0032s
Xk
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
  k
Rk
 0.03; Tg  0.11s
Xk
  k
Rk
 1; Tg  0.0032s
Xk
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
T g/ s
0.50
0.10
Tg
0.40
/s
0.08
b)
0.06
0.04
0.30
a)
0.02
0
0.20
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Rk
Xk
0.10
Rk
Xk
b)
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Rk
Xk
Časovna konstanta toka Tg odvisna od razmeja
Rk X k
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
2.0
Is /
2I k"
1.8
1.6
= 0
30
45
60
1.4
1.2
1.0
0
75
90
0.2
0.4
0.8
0.6
1.0
Rk /Xk
90
80
70
60
50 45
k
Kvocient udarnega toka kratkega stika in temenske vrednosti začetnega
kratkostičnega izmeničnega toka, kot funkcija razmerja
Rk X k
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Kratki stik na sponkah obremenjenega generatorja
Nadomestna stikalna shema izmeničnega tokokroga z obremenitvijo
a)
 0
Rk
R
 b  0.33; Tg  0.11s
Xk
Xb
b)
 0
Rk
R
 b  1; Tg  0.0032s
Xk
Xb
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
ik  i~  ib  ig


2U
Zk

 Zk
  t / Tg 
sin

t





sin




sin






 

k
k  e
 Z




Ib
  t / Tg 
2I sint     k    " sin     sin   k  e

Ik



"
k
  arctg
sin k   
I k"
 cosk   
Ib
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Trifazno omrežje
Nadomestna stikalna shema trifaznega omrežja brez obremenitve
Xk
Rk
iRk
uR
UT
uS
i Tk
iSk
Xk
Rk
Xk
Rk
iRk 
iSk 
iSk 

2 I k" sint     k   e
 
2 I sint  
 t Tg

 t Tg
sin   2400   k

 t Tg
sin   2400   k
2 I k" sin t    2400   k  e
"
k

sin   k 
 2400   k  e




POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
a)
uT
uT
b)
AR
uT
uT
AR
iT
iS
iS = iT
iT
iT
iS
iS
uR
uR
90
AS
A S= A T
AT
uS
uS
iR = iR
uS
uS
iR
75º
iR
Diagram kompleksnih rotirajočih kazalcev in trenutne vrednosti napetosti in
tokov pri različnih razmerjih
Rk X k
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Potek kratkostičnega toka pri kratkem stiku na sponkah turbogeneratorja v praznem teku,
z nazivnim številomvrtljajev in nazivno napetostjo
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Nastop kratkega stika na sponkah generatorja
i~
Potek kratkostičnega toka
ik
in tokovnih komponent
, in
Kratkostični izmenični tok lahko dokaj natančno razdelimo na
- trajni del,
- tranzientni del in
- subtranzientni del.
ig
v vodniku R
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Ta potek kratkostičnega toka je vezan na nastopajoči elektromagnetni pojav v
generatorju ter na posreden vpliv napetosti. Za predstavitev in izračun kratkostičnih
razmerij, se v praksiizhaja iz konstantne napetosti in predpostavke, da je iznihajoči
pojav kratkostičnega izmeničnega toka odvisen od naraščajoče generatorske
reaktance. Pripadajoče reaktance označujemo enako kot tokovna območja in sicer kot
X d"
- sinhronska reaktanca,
- tranzientna reaktanca in
X d'
Xd
- subtranzientna reaktanca.
Časovni potek kratkostičnega toka od trenutka nastanka kratkega stika do stacionarnega
stanja, lahko opišemo z naslednjo enačbo:


ik  2 I  I e
"
k
'
k
t Td"


 I  Ik e
'
k
t Td'

 I k sint  k   2I k" e t Td sin k
Omenjeno je bilo, da je generatorska napetost upoštevana kot konstantna vrednost, in da je
iznihalni pojav kratkostičnega izmeničnega toka okarakteriziran z naraščajočo impedanco
generatorja. Za izračun trenutnih vrednosti so potrebne
- subtranzientna reaktanca
- tranzientna reaktanca
- sinhronska reaktanca
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Ob upoštevanju generatorja in impedance omrežja oz. voda zapišimo:
E"
E"
I  " 
Zk
( RG  RV ) 2  ( X d"  X V ) 2
"
k
E'
I  ' 
Zk
'
k
Ik 
E

Zk
E'
( RG  RV ) 2  ( X d'  X V ) 2
E
.
( RG  RV ) 2  ( X d  X V ) 2
Za predstavitev časovnega poteka kratkostičnega toka, moramo poznati reaktance in
pripadajoče časovne konstante.
Te so:
- subtranzientna časovna konstanta
- tranzientna časovna konstanta
- enosmerna časovna konstanta
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Subtranzientna časovna konstanta v praznem teku v vzdolžni osi
Generatorja in znaša  30ms
"
X
"
d  XV
Td  '
Td0"
Xd  XV
Reaktnca voda
X d'  X V '
T 
Td0
Xd  XV
'
d
Tranzientna časovna konstanta. Za turbo generatorje večjih
moči okoli 1s, pri gen. Z izraženimi poli pa okoli 2s. Pri majhnih
močeh je  200ms.
X2  XV
X d"  X V
Tg 

 ( RG  RV )
 ( RG  RV )
Enosmerna časovna konstanta od 0,07 do 0,1 s
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
UPORABA KLASIČNIH METOD ZA IZRAČUN KRATKIH STIKOV
Impedance obratovalnih elementov
V nasprotju z nadzemnimi vodi in kabli na splošno ne izražamo impedance in reaktance
za generatorje, transformatorje in dušilke v absolutnih vrednostih ohm/fazo, ampak, kot
relativne vrednosti (v per unit ali v %). Podatek na fazo pomeni, da gre za vrednost
impedance ene faze, ki je vezana v zvezdo oziroma trikot in preračunana na impedanco
zvezde. Med absolutno vrednostjo v ohmih in relativno vrednostjo, velja naslednja zveza
relativna vrednost (pu) kratkostične impedance, reducirane na nazivno napetost, ki mora biti pri
kratkosklenjenem navitju prisotna, da steče nazivni tok (kratkostična napetost),
Z k  zN
UN
U N2
zN
SN
3I N
absolutna kratkostična impedanca v ohm/fazo
v %
zN U N
zN U N2
Zk 

.
100% 3I N 100% SN
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Napajanje iz omrežja
Pri omrežnem napajanju je za velikost kratkostičnega toka pomembno, kakšna
je prisotna kratkostična moč na kratkostičnem mestu Q.
Faktor c definira povišanje napetosti ob nastopu kratkega stika
In znaša 1,1
S  3U NQ I
"
kQ
I 
"
kQ
"
kQ
Priključno mesto
Q
cUNQ
3ZQ
a)
Z_Q
c
UN Q
_
3
b)
Z Q RQ  jX Q
ali
2
U NQ
Z Q c "
S kQ
V kolikor nam podatki niso znani, lahko za upornost upoštevamo vrednosti
RQ0.1X Q
in
X Q 0.995Z Q
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Sinhronski stroji
Z G  ( RG  jX d" )
"
2
x
U
X d"  d  NG
100% S NG
Elektroenergetski element - generator
Za
RG lahko z zadostno natančnostjo upoštevamo:
RG  0.05 x
U NG  1 kV
"
d
pri generatorjih z
RG  0.07 x d"
pri generatorjih z
G
in
SNG  100 MVA
U NG  1 kV
RG  015
. x
pri generatorjih z
U NG  1kV
Z_G
E"
in
SNG  100MVA
"
d
a)
b)
Impedančna shema
Sinhronski motorji in sinhronski stroji za jalovo moč, se pri kratkem stiku vedejo, kot generatorji.
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Asinhronski motorji
M
a)
Z_ M
c
Aktivno impedanco potrebno za izračun začetnega
kratkostičnega izmeničnega toka določimo iz zagonskega toka
motorja pri motorski napetosti. Ta je
Z M RM  jX M
nazivna napetost motorja
_
UN
3
b)
ZM
2
U NM
1
U NM


I an / I NM SNM
3I an
zagonski tok motorja
RM X M 0.10
X M 0.995ZM
pri visokonapetostnih motorjih (moč/polov par < 1 MW)
RM X M 0.15
X M  0 . 989 Z M
pri visokonapetostnih motorjih (moč/polov par < 1 MW)
RM X M 0.30
X M 0.958Z M
pri nizkonapetostnih motorjih
Z usmerniškimi pogoni moramo ravnati tako, kot z asinhronskimi motorji. Za te pogone vstavljajo:
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Transformatorji
Nadomestna stikalna shema sofaznega, protifaznega in ničnega sistema, je dobljena na osnovi števila in vezave navitij
transformatorjev. Protifazna impedanca je po iznosu identična sofazni impedanci.
Transformator z dvema navitjema
Z1Z ps Z T RT  jX T
u
U2
ZT  kN  NT  RT2  X T2
100% SNT
T
a)
b)
p
s
Z_T
p
u
U2 P
RT  RN  NT  CuN
2
100% SNT 3I NT
s
XT 
uxN
U2
1
U2
 NT 
 NT
100% SNT
100% SNT
2
2
ukN
 uRN
Transformator s tremi navitji
s
T
a)
p
t
b)
p
Z_ s
s
Z_t
t
Z_p
 ups
utp
ust   U N2 
 
Z p  



S
S
S
2

100
%


 ps
tp
st 
 ust
ups
utp   U N2 
 
Z s  



S
S
S
2

100
%


 st
ps
tp 
 utp
ups   U N2 
ust
 
Z t  



S
S
S
 tp
st
ps   2  100% 
u%
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Protifazni in sofazni
sistem
Vezava
Ni~ni sistem
s
p
Z1
p
s
3Z E
Z 0p
s
1(2)
ZE
p
p
s
Z1
p
s
3ZE
s
1(2)
ZE
p
Z 0s
p
s
Z1
p
s
p
3Z E
Z 0p
s
p
3ZE
Z 0p
s
1(2)
ZE
t
p
s
t
p
Z 1t
Z 1s
Z 1p
s
ZE
1(2)
p
t
p
s
Z 0s
t
p
Z 1t
Z 1s
Z 1p
p
3Z E p
Z 0p
p
Z 0t
t
s
1(2)
p
p)2
Z E s = ZE s ( _
s
p
t
s
s
ZE s
ZE p
p
p
3ZE s
t
p
Z 1p
Z 1t
Z 1s
p
3Z E p
Z 0p
Z 0s
3Z E s
s
p
3Z E t
t
Z 0t
s
ZE
1(2)
p- )
p
_ _p
Z E p= ZE ( _
s 1 ; Z E s = Z E ( s )( s - 1)
p
ZE t = ZE ( _
s)
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Nična impedanca
Nična impedanca trifaznih transformatorjev, je odvisna od vezave navitij in od zgradbe jedra –
trojedrni, pet jedrni, enofazni transformator. V omrežju lahko nični sistem obstaja le takrat, kadar je
najmanj eno navitje vezano v zvezdi, in je zvezdiščna točka vezana z zemljo direktno ali preko
induktivne ali ohmske upornosti. Izjema je autotransformator, kjer nična impedanca obstaja tudi, če
ni izvedena ozemljitev z zvezdiščem. Dodatna impedanca zvezdiščne točke bo upoštevana pri
enopolni nadomestni shemi s trikratno vrednostjo, to je
Dušilke za omejevanje kratkostičnega toka
Impedance sofaznega, protifaznega in ničnega sistema so pri dušilkah za omejevanje
kratkostičnih tokov enako velike in ustrezajo vzdolžni impedanci
Z1  Z2  Z0  ZD
D
a)
ZD
b)
Z D  XD
2
uND
U ND
uND
U ND




100%
100% QND
3 I ND
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Nadzemni vodi in kabli
a)
Z Z Z ( RL'  jX L' )
'
1
ZL
b)
2R A L
1
C
2 L
1
C
2 L
2R A L
C0 E
c)
Z 1= Z 2= Z L
1(2)
Z0
d)
1
C
2 0E
1
C
2 0E
0
'
2
'
L
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Izračun z absolutnimi impedančnimi vrednostmi
Absolutne impedančne vrednosti se spreminjajo s kvadratom napetosti. Z bazno napetostjo
Za prostozračne vode in kable
ZB  ZN
U B2

U N2
in za generatorje, transformatorje, motorje in dušilke
U B2
Z B  zN 
SN
Za bazno napetost je lahko izbrana poljubna vrednost. Primerno je, da izberemo tisto bazno
napetost, ki vlada ne mestu kratkega stika ob normalnih obratovalnih pogojih.
Začetno kratkostično izmenično moč in začetni kratkostični izmenični tok dobimo iz enačb
U B2
S c 
ZB
"
k
"
S
"
I k3
 k
3U N
Na kratkostičnem mestu
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Izračun z brezdimenzijskimi impedančnimi vrednostmi
Ker so nazivne moči posameznih obratovalnih elementov različne oziroma (n.pr. za nadzemne
vode), je potrebno uvesti bazno moč
Za relativno impedančno vrednost dobimo naslednje relacije:
SB
z B Z N  2
UN
Za prostozračne vode in kable
in za generatorje, transformatorje, motorje in dušilke
SB
z B z N 
SN
Pri tem postopku lahko za bazno moč izberemo katerokoli vrednost. Primerno je, da izberemo moč
največjega generatorja ali transformatorja, ali vrednost, ki izračun poenostavi, kot n.pr. 100 ali
1000 MVA.
Začetno kratkostično izmenično moč in začetni kratkostični izmenični tok dobimo iz enačb
S
S c  B
ZB
"
k
I 
"
k
S k"
3U N
Nazivna napetost na kratkostičnem mestu
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Možnosti napajanja kratkostičnega mesta
Pogosto računamo kratkostične tokove za kratkostična mesta, ki so napajana iz več kratkostičnih
tokovnih izvorov. Tokovi tečejo preko ločenih ali zazankanih prenosnih poti. Za različne oblike
omrežij, so podane enačbe za izračun kratkostične impedance omrežja
Enostransko napajani kratki stik
ZG
ZT
ZL
ZD
Zk  ZG  ZT  ZL  ZD
Večkratno napajani kratki stik preko ločenih tokovnih poti
Z A  Z GA  Z TA  Z LA
Z GA
Z TA
;
Z B  Z GB  Z TB
Z LA
A
Zk 
Z GB
B
Z TB
ZA  ZB
ZA  ZB
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Večkratno napajani kratki stik preko zazankanih tokovnih poti
Z A  Z TA  Z LA
Z TA
Z GA
A
Z B  Z TB  Z LB
Z LA
ZC  ZD
ZD
Z LB
Z TB
Z GB
B
A
ZA
Z GA
Za
Za
ZC
Zb
Zc
Zc
B
Z GB
Zb
ZB
ZC ZA
ZB ZC
;Z b 
ZA  ZB  ZC
ZA  ZB  ZC
ZA ZB
Zc 
ZA  ZB  ZC
Za 
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
g)
Postopno pretvarjanje zazankanega omrežja
A
A
C
C
B
B
A
A
C
B
C
B
Nadaljujemo s pretvarjanjem, oziroma transfiguracijo do ene same impedance
obravnavanega sistema. Izračunamo kratkostično moč, po eni od metod (
priporočam izračun s pomočjo reduciranih procentualnih padcev napetosti – glej
Stechlikovo metodo). Transfiguracijo izvajamo z impedancami ali reduciranimi
padci napetosti. Računske operacije so enake.
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
PRAVILA TRANSFORMACIJE ELEKTRIČNEGA OMREŽJA
1. Računske operacije pri računanju z reduciranimi padci napetosti so enake kakor pri
računanju z impedancami
2. Nadomestna impedanca zaporednih impedanc
3. Nadomestna impedanca vzporednih impedanc
4. Pretvorba trikotnika v zvezdo (zgubimo vsaj eno vozlišče)
5. Pretvorba zvezde v trikotnik
6. Pri močno zazankanih omrežjih se pojavijo pogosto zvezde z več kakor tremi žarki.
Take n- žarkaste zvezde lahko pretvorimo v impedančno ekvivalentne n- kotnike, pri
katerih je vsako vozlišče zvezano z drugim. Impedanco n-kotnika dobimo iz zvezdnih
impedanc
Z 
1
 Z  Z k 1
Zk
k n
7. Pri transformaciji omrežja se poslužujemo pravila, da se v omrežju nič ne spremeni, če
neposredno zvežemo točke z enakim potencijalom. Take točke so zlasti zvezdišča
transformatorjev - imajo potencial nič. V primeru, da imamo štiri ali več kotnik je združevanje
zelo uporabno.
8. Po izvedbi transfiguracije pričnemo z izračunom delnih kratkostičnih moči v vseh fiktivnih
impedančnih shemah. Ko pridemo do dejanske impedančne sheme dobimo vse prispevke
kratkostičnih moči, ki jih na mesto kratkega stika posredujejo posamezni generatorji in tuji viri.
Uporabimo prvi in drugi Kirchofof zakon
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Paralelno vezani generatorji enake relativne reaktance se lahko nadomestijo z enim generatorjem pri katerem reaktanca ostane enaka moči pa seštejemo.
V primeru, da so reaktance različne se lahko moč vseh generatorjev preračuna na eno reaktanco
Kot kaže primer
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Če je moč generatorja in transformatorja v blok vezavi enaka lahko izrazimo ekvivalent z
Nadomestnim generatorjem z reaktanco, ki je enaka vsoti reaktance generatorja in transforMatorja. Moč generatorja ostane ista.
Če moč generatorja in transformatorja nista enaki je potrebno reaktanco transformatorja
Preračunati na moč generatorja.
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Tripolni kratki stik
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
u d .o
in
Ud
 ud
Uo
Podobno je z močmi
S d ,o  3I N U o
Sledi:
Kratkostični izmenični tok je:
Dobimo
2
U
S k"  N
Z
U N2 100
 '
Z
u
In iz tega
u 
'
d
UN
I 
3Z
"
k
u d ,o
S d ,o
S d  3I NU d
ud U d 2

( )
Sd U o
Če to enačbo pomnožimo z
Ker je bilo za vode ugotovljeno, da je
S k" 
100
u'
u'  Z
3U N
100
sledi
2
UN
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Po izvedeni predhodni transfiguraciji električnega omrežja želimo izračunati na mestu
kratkega stika kratkostično moč. Izpeljimo kratkostično moč iz enačbe za procentualni padec
napetosti zavod
100
100
u  2 Z "
U
Sk
'
Hkrati povečamo za faktor 1,1 njegovo vrednost zaradi
povečanja napetosti ob nastanku kratkega stika.
110
S  '
u
''
k
Efektivna vrednost izmeničnega kratkostičnega toka v trenutku kratkega stika je:
I k' 
S k'"
3U n
( kA)
Kako je z največjo amplitudo kratkostičnega toka ?
Iz predstavitve osnovne teorije o prehodnem pojavu v času trajanja kratkega stika je udarni tok
kratkega stika enak prvi amplitudni vrednosti krakostičnega toka. Na to vrednost ima vpliv fazni kot,
trenutek nastanka kratkega stika ter razmerje med
Rk
Xk
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Predpisi tako IEC, VDE in bivši JUS predpisujejo upoštevanje povečanja maksimalne vrednost
izmeničnega toka za faktor


Enačba se glasi:
I u   2I k'' (kA)
odčitamo lahko iz slike spodaj. Povdariti je potrebno, da upoštevamo vedno maksimalni faktor
Rk
kajti ta vrednost ustreza realnim razmeram pri vklopnem kotu =0 in razmerju X  0,1.
k
  1,8
Ta vrednost upošteva najbolj neugodno dejstvo, da nastopa kratek stik na sponkah generatorja.
Čeprav je kratkostično mesto oddaljeno od generatorja , upoštevamo vedno v izračunu omenjeno
maksimalno vrednost. V tem primeru se moramo zavedati, da smo s tem sigurnostni faktor povečali.
Izračun izklopilne moči
S k'' na mestu kratkega stika je
predvsem Pomembno, poleg ostalega, zaradi izbire
Odklopnika.
Celovito predstavo postopka dobimo, če opazujemo primer
zazankanega omrežja, ki je napajano s strani večjega
številaa generatorjev in večjega števila tujih virov. Za vsak
generator moramo ločeno ugotoviti takoimenovani faktor
dušenja , ki ga odčitamo iz diagrama na sliki
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Določitev faktor  za izračun izklopilne kratkostične moči generatorja
Enačba za izračun izklopilne kratkostične moči na
mestu kratkega stika je enaka:
n
S izk    iG S
i 1
''
kiG
m
''
  S kjTV
( MVA)
j
Kot je znano je meja pri dvakratnem nazivnem
toku kriterij za kratek stik daleč od generatorja. V
tem primeru imamo opravka s togim omrežjem. To
pomeni, da je
Sizk  Sk'' ;
Iizk  I k''  I k
Trajni kratkostični tok je odvisen od vzbujanja generatorjev, nasičenja in od sprememb stikalnega stanja
Računski postopki se omejujejo na zgornjo in spodnjo vrednost.
Maksimalni in minimalni trajni kratkostični tok izračunamo na osnovi enačb
I k max   max I n ( kA)
I k min   min I n ( kA)
IN
Računamo pri nazivni napetosti na
Mestu kratkega stika
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Določitev maksimalnega in minimalnega
faktorja
 za turbogeneratorje
Določitev maksimalnega in minimalnega
faktorja

za generatorje z izraženimi poli
Serija 1 ustreza 1,3 kratnemu nazivnemu
vzbujanju, medtem ko serija 2;
1,6 kratnemu nazivnemu vzbujanju
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Računanje tripolnih kratkih stikov pri nepopolnih podatkih in na periferiji elektroenergetskega omrežja
Pri računnju tokov kratkih stikov pogosto anletimo na primere, ko nam manjkajo podatki o
omrežju. Posebno pri perifernih napravah, ko je n.pr. neka industrijska transformatorska postaja
preko voda priključena na visokonapetostne zbiralke. Velikokrat ne dobimo podatke o izklopilni
Moči na visokonapetostnih zbiralkah. V takem primeru si uspešno pomagamo na ta način, da za
Izklopilno moč vstavimo:
1. Najvišjo izklopilno moč, ki jo je še mogoče pričakovati
2. Najnižjo izklopilno moč, ki jo je še mogoče pričakovati
Kratek izraču pokaže, kako predpostavljene izklopilne moči vplivajo nakončni rezultat.
Če sta primerjalna rezultata istega velikostnega rarzreda, lahko napravimo izračun z
nepopolnbimi podatki.
Oglejmo si dušenje transformatorjev:
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Problematika prevelikih in premajhnih kratkostičnih moči
1. Prevelike kratkostične moči
Kratkostične moči lahko zmanjšamo:
- zvišanje upornosti – v tokokrog vgradimo kratkostične dušilke
- zamenjamo transformator z večjo kratkostično napetostjo
- zvišanje napetosti pri generatorjih – n.pr. Iz 6kV na 20kV
- sekcioniranje omrežja – primer RTP 400/110kV Maribor-Dogoše
2. Premajhne kratkostične moči
- težave nastopijo, če imamo v omrežju nemirne porabnike - flikerji
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
OBRAVNAVA POSAMEZNIH KRATKOSTIČNIH PRIMEROV
Stikalna shema na sliki 4.1, ki jo sestavljajo generator G, transformator T in vod L, naj predstavlja
osnovo za nadaljno obravnavo.
Vod je na koncu odprt, torej brez obtezbe. Zaradi tega veljajo izpeljane relacije na splošno tudi tedaj,
kadar je vod napajan iz dveh ali več izvorov.
V nadomestni shemi pomenijo:
ZG
kratkostična impedanca generatorja,
ZT
kratkostična impedanca transformatorja,
ZL
impedanca voda,
Z C impedanca dozemne kapacitivnosti voda,
ZE
impedanca zvezdiščne točke transformatorja.*
Trifazni sinhronski generatorji vzpostavljajo v trifaznem omrežju napetost, katere začetna
vrednost bo simetrična v treh fazah in neodvisna od obremenitve. Imela bo isto smer
vrtenja, kot sofazni sistem. Zaradi tega bo generatorska napetost pri simetričnih in
nesimetričnih kratkih stikih izražena le v sofaznem sistemu. V protifaznem in ničnem
sistemu napetost ne obstaja. Torej velja:
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
E 1"  E " ,
E "2  0,
E "0  0
Pri simetričnem in tudi nesimetričnem kratkem stiku bo upoštevan vodnik R, kot osnovni
vodnik zato, ker je tako lahko dan odnos do ostalih dveh vodnikov.
G
T
L
Z G"
ZE
T
S
R
ZL
ZT
T
S
a) Stikalna shema omrežja
R
E"
ZE
ZC
b) Nadomestna stikalna shema
Slika 4.1 Aktivne impedance omrežja pri kratkem stiku
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
V nadaljevanju bodo za posamezne kratkostične primere izpeljane enačbe za izračun
kratkostičnih tokov z upoštevanjem napetosti prisotnih generatorjev in tujih virov.
Pri nadomestnih shemah za simetrične komponentne sisteme v osnovi ne bo upoštevana
invarianca moči zato, ker ni pomembna pri izračunu napetosti in tokov.
V predstavljenih kazalčnih diagramih ne bo upoštevana fazna premaknitev med
napetostmi in tokovi, ker bodo prikazani le osnovni odnosi veličin vsakokratnih sistemov.
Tripolni kratki stiki
Tripolni kratki stiki na sliki 4.2 predstavljajo za omrežje simetrično obremenitev. Napetost
treh vodnikov na mestu kratkega stika je nič. Tako je
U R U S UT
F 3
T
S
R
ZE
Slika 4.2 Stikalna shema omrežja s tripolnim kratkim stikom
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Iz teorije simetričnih komponent dobimo, ob upoštevanju, da je vodnik R osnovni vodnik,
za tokove omrežja in komponentne tokove oziroma napetosti naslednje odnose
U1  0 ;
U2  0 ;
U0  0
Sofazni sistem
Protifazni sistem
Nični sistem
Slika 4.3 Nadomestna stikalna shema simetričnih komponent omrežja za tripolni kratki stik
Slika 4.3 prikazuje nadomestno stikalno shemo komponent omrežja z začetno generatorsko
napetostjo E "
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Na osnovi prej omenjenih pogojev (4.3) veljajo naslednje enačbe:
"
U 1E I 1 Z 1 0 ;
E
I 1
Z1
U 2  I 2 Z 2 0 ;
I 2 0
U 0  I 0 Z 0 0 ;
I 0 0
"
sofazni sistem:
protifazni sistem
protifazni sistem
Predstavljeni odnosi v enačbah (3.3a) izraženi s faznimi tokovi dajo:
I R I 1;
tako velja
I S a I 1;
2
"
E
I R ;
Z1
I T aI 1
"
E
I S a
;
Z1
2
"
E
I T a ;
Z1
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Ker so trije fazni tokovi po iznosu enako veliki, bo začetni kratkostični izmenični tok
"
E
"
I k 3
Z1
(4.9)
Protifazni in nični sistem ne nastopata, ker gre za primer simetričnega kratkega stika.
Zaradi tega je:
I 1R I 1I R;
I 1S a I 1I S ;
2
I 1T a I 1I T
(4.10)
in
U 1R U 1U R 0;
U 1S a U 1U S 0;
2
U 1T aU 1U T 0
(4.11)
4.2 Dvopolni kratki stik brez dotika z zemljo
Dvopolni kratki stik brez dotika z zemljo predstavlja za omrežje nesimetrično obremenitev
(slika 4.4). Velja:
U S U T ;
I R 0;
I S  I T
(4.12)
Za tokove omrežja in komponente tokove oziroma napetosti, ob upoštevanju, da je vodnik
R osnovni vodnik, dobimo naslednje enačbe:
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
F 2
T
S
R
ZE
Slika 4.4 Stikalna shema omrežja z dvopolnim kratkim stikom brez dotika z zemljo
U s  U T  U 1  U 2 ;U 1  U 2 ;
(4.13)
3I 0 I R I S I T 0; I 0 0;
(4.14)
I R  I 1  I 2  I 0  0;I 1  I 2 ;
(4.15)
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
U0
I 0  . ; U 0 0
Z0
In za tokove
IS
in
(4.16)
IT
I 1S  a2 I 1  a I 2 ;
I 1T  a I 1  a2 I 2 ;
2
; ( a  a) I
IS 
1
(4.17)
I T  ( a  a2 ) I 1.
(4.18)
Slika 4.5a prikazuje nadomestno stikalno shemo za komponente omrežja z generatorsko
začetno napetostjo E".
sofazni sistem:
U 1,E I 1 Z 1
(4.19)
protifazni sistem
U 2  I 2 Z 2
(4.20)
nični sistem
U .0  I 0 Z 0
(4.21)
"
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
U 1 U 2
Ker je
I 1I 2;
(4.13) in
(4.15) sledi
"
E
E I 1(Z 1Z 2 ) in I 1
Z 1Z 2
"
I1
Če vstavimo izraz za
(4.22) v enačbi za
(a a
)E
j 3E
,
IS

Z 1Z 2
Z 1Z 2
2
"
IS
(4.17) in
"
( a  a2 ) E "
j 3 E"
IT 
. 
Z1  Z2
Z1  Z2
(4.23)
in
(4.24)
IT
(4.18) dobimo
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Sofazni sistem
Protifazni sistem
Nični sistem
Slika 4.5a Nadomestna stikalna shema simetričnih komponent omrežja za dvopolni kratki
stik brez dotika z zemljo
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
IT
I 2T
I 1T
I 1R
I R= 0
I 2R
I 1S
I 2S
U 1T
IS
U 2S
UT
U 1R
U 1S
U 2R
US
UR
U 2T
Slika 4.5b Tokovne in napetostne komponente pri dvopolnem kratkem stiku brez dotika z
zemljo
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Oba toka sta po iznosu enako velika. Tako dobimo za dvopolni začetni kratkostični
izmenični tok brez dotika z zemljo naslednjo zvezo:
"
3E
"
.
I k2
Z 1Z 2
(4.25)
Za najpogosteje nastopajoči primer, da je
I
"
k2
3 E"
3 "
. 

I k3
2Z 1
2
U 0 0
(4.26)
Z 1Z 2
velja
U R U 1U 2 U 0
U R U 1U 2
Če se vstavijo ustrezne vrednosti za
2Z 2
U. R E
Z 1 Z 2
"
(4.27)
U 1 (4.19) in U 2
V primeru, da je
(4.13) dobimo:
Z 1Z 2
bo
U R E
"
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Slika 4.5b prikazuje kazalčne diagrame odgovarjajočih sofaznih in protifaznih sistemov in
rezultirajoče komponente.
Impedanca ozemljitve Z E
zaradi
U 0 0
v času kratkostičnega pojava ni prisotna.
4.3 Dvopolni kratki stik z dotikom z zemljo
Za dvopolni kratki stik z dotikom z zemljo velja po sliki 4.6
U S U T. 0
I R 0
(4.28)
T
S
R
ZE
F
2
Slika 4.6 Stikalna shema omrežja z dvopolnim kratkim stikom z dotikom z zemljo
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
I R I 1I 2 I 0 0
Za osnovni vodnik velja:
I 1I 2 I 0
3U 1U R aU S a U T U R ;
2
3U 2 U R a U S aU T U R
2
U 1U 2 U 0
3U 0 U R U S U T U R ;
Veljajo naslednji odnosi:
sofazni sistem:
U 1  E"  I 1 Z 1
(4.33)
protifazni sistem
U2 
(4.31)
nični sistem
U0 
 I 2Z2
 I 0Z0
(4.32)
(4.30)
(4.29)
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
U 1U 2 U 0
I R I 1I 2 I 0 0
IR
Z1Z2  Z2 Z0  Z0Z1
E"

 U1
0
Z1
Z1Z2 Z0
(4.34)
Z2Z0
U1  E
Z1Z2  Z2 Z0  Z0Z1
"
Nadalje velja:
pri čemer je
Z2  Z0
I1  E
;
A
"
Z0
I 2  E
;
A
"
I 0   E"
Z2
;
A
(4.36)
A  Z1Z2  Z2 Z0  Z0Z1
Fazni tokovi znašajo:
I "k2ES  I S   j 3 E "
I "k2ET  I T
2
a
Z2  Z0
.
  j 3 E"
Z1Z2  Z2 Z0  Z0Z1
aZ 2  Z 0
Z1Z2  Z2 Z0  Z0Z1
(4.38)
(4.35)
(4.37)
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Tok, ki se zaključuje preko zemlje
I
"
kE2E
 IS  IT
je torej enak vsoti
Z2
 3E
 3I 0
Z1Z2  Z2 Z0  Z0Z1
"
U1  U2  U0
nasproti zemlji
IE
UR  U1  U2  U0
U R  3E "
Z2Z0
.
Z1Z2  Z2 Z0  Z0Z1
IS
in
IT
oziroma
(4.39)
velja, da je napetost zdrave faze
UR
(4.40)
Slika 4.7b prikazuje kazalčni diagram odgovarjajočih sofaznih, protifaznih in ničnih sistemov ter
rezultirajoče komponente.
Nadaljni pregled nad začetnimi vrednostmi kratkostičnih tokov pri dvopolnem kratkem stiku z dotikom
z zemljo dobimo na slikah 4.8 do 4.10. V njih je prikazan potek kratkostičnega toka, ki teče preko
zemlje (za vodnike, ki so v okvari) v odvisnosti od Z 0 Z 1 in od razlike impedančnea kota
Z1  Z0
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Z1
E"
I1
U1
Z2
I2
U2
Z0
Sofazni sistem
Protifazni sistem
I0
U0
N i~ni sistem
Slika 4.7a Nadomestna stikalna shema simetričnih komponent omrežja za
dvopolni kratki stik z dotikom z zemljo
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
I 1T
IT
I 2T
I 1R
I 2R
I R= 0
I0
IS
I 2S
I 1S
U 2S
U 1T
U 2R
U 1R
U 1S
U 2T
U0
UR
U S= U T= 0
Slika 4.7b Komponente toka in napetosti pri dvopolnem kratkem stiku z dotikom z zemljo
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
I "k2ES   j 3 E "
aZ 2  Z 0
Z1Z2  Z2 Z0  Z0Z1
Slika 4.8
Slika 4.8 Dvopolni kratkostični tok z dotikom z zemljo. Primerjava kratkostičnega toka
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
I
"
k2ET
a2 Z 2  Z 0
 j 3E
Z1Z2  Z2 Z0  Z0Z1
"
"
I
Slika 4.9 Dvopolni kratki stik z dotikom z zemljo. Primerjava kratkostičnega toka k
2ET v fazi T z
"
I k3
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
I k"
I k"
3
I "kE2E  3 E "
Z2
Z1Z2  Z2 Z0  Z0Z1
Slika 4.10 Dvopolni kratki stik z dotikom z zemljo. Primerjava kratkostičnega toka
E2E, ki se zaključuje preko zemlje, z
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
.
Z0Z2
UR  3 E
Z1Z2  Z2 Z0  Z0Z1
"
.
Slika 4.11 Dvopolni kratki stik z dotikom z zemljo. Primerjava napetosti U R
obratovalne frekvence zdravega vodnika R nasproti zemlji, s 3  E"
ali E
"
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
4.4 Enopolni zemeljski stik
Za enopolni zemeljski stik na sliki 4.12 veljajo pogoji
UR  0 ;
IS  0;
IT  0
(4.41)
Tako dobimo iz enačb (3.3) in (3.4) naslednje enačbe ob pogoju, da je vodnik R
upoštevan kot osnovni vodnik.
U 1  E"  I 1 Z 1
3I 1  I R  a I S  a2 I T  I R
3I 2  I R  a2 I S  aI T  I R ;
I1  I2  I0
(4.42)
3I 0  I R  I S  I T  I R ;
UR  U1  U2  U0  0 ;
U1   U2  U0
(4.43)
Slika 4.13a prikazuje nadomestno shemo komponent omrežja z generatorsko začetno napetostjoE''.
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Veljajo naslednji odnosi:
sofazni sistem:
,
protifazni sistem
nični sistem
I1  I2  I0
U 1  E"  I 1 Z 1
(4.44)
U 2  I 2 Z 2
(4.45)
U 0  I 0 Z 0
(4.46)
U1  U2  U0  0
U R  E"  I 1 Z 1  I 2 Z 2  I 0 Z 0  0
E"
I1  I2  I0 
Z1  Z2  Z0
IR  I1  I2  I0  3 I1
za začetni kratkostični tok I k1  I R
"
dobimo naslednjo zvezo
I
"
k1
3E "
.

Z1  Z2  Z0
(4.49)
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
T
S
R
ZE
F
1
Slika 4.12 Stikalna shema omrežja z enopolnim zemeljskim stikom
Fazne napetosti v zdravih vodnikih S in T dobimo na osnovi vstavljanja enačb (4.44) do (4.46) in
enačbe (4.48) v enačbe (3.4)
US
 2 a2 Z 1  aZ 2  Z 0 
 E a 

Z1  Z2  Z0 

(4.50)
UT
2

aZ

a
Z2  Z0 
1
"
 E a 
.

Z1  Z2  Z0 

(4.51)
"
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Z1
E"
I1
U1
Z2
I2
U2
Z0
Sofazni sistem
Protifazni sistem
I0
U0
N i~ni sistem
Slika 4.13a (Slika 4.13a) Nadomestna stikalna shema. Simetrične komponente omrežja
za enopolni zemeljski stik.
Slika 4.13b prikazuje kazalčne diagrame sofaznih, protifaznih in ničnih sistemov ter
rezultirajoče komponente.
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
I 1T
I 2S
I0
I 2R
I 1R
I 1S
IR
I S= I T= 0
I 2T
U 1T
U 2T
U 1R
UT
U0
U 2R
U 2S
U R= 0
US
U 1S
Slika 4.13b Komponente toka in napetosti pri enopolnem zemeljskem stiku
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Vrednost razlike kotov 1  0  900
pomeni, da mora imeti nična impedanca kapacitivni karakter. To je teoretično možno le
pri omrežjih z neozemljenim zvezdiščem. V praksi ne dopuščamo tako velike
kapacitivnosti v omrežju in s tem majhnih kratkostičnih moči v omrežju.
V omrežjih z nizkoohmsko ozemljitvijo zvezdiščne točke, je običajna kotna razlika
1  0  300 tako, da je kratkostični tok lahko pri enopolnem kratkem stiku do
50% večji od toka pri tripolnem kratkem stiku.
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
I k"
1R
3
I
z
"
k
3
I k1R 3E
"
Slika 4.14 Enopolni zemeljski stik. Primerjava kratkostičnega toka
"
1
Z 1 Z 2 Z 0
I k" 1R
z
I k"
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
.
US
 2 a2 Z 1  aZ 2  Z 0 
 E  a 

Z1  Z2  Z0 

"
Slika 4.15 Enopolni zemeljski stik. Primerjava fazne napetosti U S vodnika S obratovalne frekvence,
z 3  E" ali E "
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Posebno visoka napetost
se pojavi takrat, kadar je
razlika impedančnih kotov
večja od 900 praktično samo
v omrežjih z neozemljenim
zvezdiščem.
UT
Slika 4.16 Enopolni zemeljski stik. Primerjava fazne napetosti
ali E "
UT

aZ 1  a2 Z 2  Z 0 
 E  a 

Z1  Z2  Z0 

"
vodnika T, z
3  E"
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
4.5 Dvojni zemeljski stik
Dvojni zemeljski stik je kratki stik na različnih mestih omrežja in na različnih vodnikih. Pretežno
nastopa v omrežjih z neozemljenim zvezdiščem ali v omrežjih z zemeljskostično kompenzacijo. Samo
v omenjenih omrežjih lahko nastopi povečanje napetosti v zdravih fazah ob enopolnem zemeljskem
stiku, kar lahko ima za posledico, da pride do preskoka na še enem od zdravih vodnikov (torej do
dvojnega zemeljskega kratkega stika). Pri tem kratkostični tok ni večji, kot pri dvopolnem kratkem
stiku z in brez dotika z zemljo. Velikosti teh tokov so predvsem pomembne za preizkušanje zaščitnih
naprav in za ugotavljanje ostalih vplivov (n.pr. na telefonske vode).
Primer na sliki 4.17 (enostransko napajani vod s kratkostičnim mestom A in B na vodniku R in S) bo
pokazal pogoje in način izpeljave relacij, ki ustrezajo izračunu toka dvojnega zemeljskega stika, s
pomočjo simetričnih komponent. Pri tem bo upoštevano omrežje z izoliranim zvezdiščem ali z
izvedeno zemeljskostično kompenzacijo, kjer toke, ki tečejo preko kapacitivnosti nasproti zemlji in
toke, ki se zaključujejo preko dušilke, na splošno ne upoštevamo.
Za kratkostično mesto A vodnika R velja naslednja zveza:
I SA  0
I TA  0
in
A
a
.
U RA  0
b
(4.52)
B
T
S
R
IA
I B= I A
Slika 4.17 Stikalna shema omrežja z dvojnim zemeljskim stikom na enostransko
napajanem vodu
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Z vstavljanjem v enačbo (3.3) in (3.4) dobimo
3I 1A  I RA  a I SA  a2 I TA  I RA
3I 2A  I RA  a I SA  aI TA  I RA ,
I 1A  I 2A  I 0A
2
1
 I RA .
3
(4.53)
3I 0A  I RA  I SA  I TA  I RA
(4.54)
.
U RA  U 1A  U 2A  U 0A  0
,
Za kratkostično mesto B vodnika S velja
I TB  0
I RB  0
U SB  0
(4.55)
nadalje
3I 1B  I RB  a I SB  a2 I TB  aI SB
3I 2B  I RB  a I SB  aI TB  a I SB ,
2
3I 0B  I RB  I SB  I TB  I SB
2
1
 I SB
3
(4.56)
U SB  a U 1B  aU 2B  U 0B  0
(4.57)
a I 1B  aI 2B  I 0B
2
2
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
Pri izračunu potrebne nadomestne sheme, lahko izhajamo tudi iz navadnega kratkega stika z
dotikom z zemljo. To pa zahteva vmesno shemo s transformatorji zato, ker pri obeh kratkostičnih
mestih na posameznih vodnikih napetosti glede na fazni kot niso enake. Vezava transformatorjev
po sliki 4.18 ustreza enačbama (4.54) in (4.57) za simetrične komponente napetosti. V povezavi
transformatorjev, teče med R in 0 kratkostični tok I RA in med S in 0 tok I SB ,
ki teče preko obeh kratkostičnih mest (dvojni zemeljskostični tok). Pri stiku z zemljo preko upora,
(prehodna upornost do zemlje ali upornost električnega obloka) obstajata povezavi preko upornosti
Z EA
in Z EB

, torej teče dvojni zemeljskostični tok le med kratkostičnima mestoma A in B.
na sliki 4.18. Glede na dane predpostavke, gre prečna impedanca ničnega sistema
Trifazna shema po sliki 4.18 vsebuje skupno 18 transformatorjev, pri čemer jih 12 ni
aktivnih. Zato jih ni potrebno upoštevati. S tem potemtakem komponentna shema za
dvojni zemeljski stik preide v shemo s štirimi realnimi in dvema kompleksnima
transformatorjema. Realni transformator prevaja 1:1, kompleksni zavrti napetost in tok v
istem smislu v prenosnem razmerju 1:a in 1:a2 za kot 120 oziroma za 240 stopinj, pri
čemer ostane amplituda nespremenjena (glej stran 65).
V odgovarjajoči komponentni shemi slika 4.19a, ki vsebuje tudi impedance omrežja,
potrebne za izračun, niso upoštevani trije realni transformatorji v fazi R zaradi tega, ker je
transformacija 1:1. To ne vodi do nikakršne spremembe pri razdelitvi tokov in napetosti
zato, ker so sistemi med seboj povezani galvansko le na enem mestu.
Na osnovi vezalne sheme lahko s pomočjo Kirchhoffovega pravila zapišemo naslednje
enačbe (prečno impedanco ne upoštevamo):
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
sofazni sistem:
protifazni sistem
nični sistem
U 1B  E "  I 1a Z 1a  I 1b Z 1b
U 2B 
 I 2a Z 2a  I 2b Z 2b
(4.58)
(4.59)
U 0B  I 1a Z 1a  E  I 2a Z 2a  I 0b Z 0b
"
(4.60)
V sofaznem in protifaznem sistemu vodnika S, povzroči vgrajeni transformator s kompleksnim
prenosnim razmerjem 1:a in 1:a2 kotni zasuk toka, kot je bilo prej omenjeno.
V sofaznem sistemu je npr.:
I 1B : I 0B  1 : a2
, t.j.
(4.61)
I 1B  a I 0B
v protifaznem sistemu je
I 2B : I 0B  1 : a
, t.j.
(4.62)
I 2B  a2 I 0B
.
in v ničnem sistemu brez kompleksne
transformacije
I 0B  I 0B
(4.63)
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
1
3 RA
I
R
I 1a
I 1B
A
I 1A
1
3 SB
I
S
B
I 1b Z
1b
Z 1a
E"
U 1b
U 1B 1
I 2A
I 2B
a2
Sofazni sistem
I 2a
B
A
I 2b Z 2b
Z 2a
3Z EA
U 2A
U 2B 1
I 0A
I 0B
a
3Z EB
Protifazni sistem
I 0a
A
Z 0a
B
I 0b Z
U 0A
0b
U 0B 1
1
N i~ni sistem
Slika 4.19a Nadomestna stikalna shema z impedanco omrežja, pri uporabi simetričnih
komponent s kompleksnimi transformacijami za dvojni zemeljski stik. Predpostavljena primerjava ne upošteva prečne impedance v ničnem sistemu.)
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
pojavijo se na kratkostičnem mestu A vodnika R naslednje napetosti:
U SA
U TA


3( Z 1a  Z 2a )
 j a 3 E 1 

 3( Z 1a  Z 2a )  ( Z 1b  Z 2b  Z 0b ) 
"
(4.75)


3( aZ 1a  a2 Z 2a )
  ja 3 E  a 

3( Z 1a  Z 2a )  ( Z 1b  Z 2b  Z 0b ) 

"
,
Na enak način lahko zapišemo za kratkostično mesto B vodnika S, da so enačbe za
napetosti
.
U RB
aZ 1b  a2 Z 2b  Z 0b
  ja 3 E
3( Z 1a  Z 2a )  ( Z 1b  Z 2b  Z 0b )
"
U SB  0
U TB
 3( aZ 1a  a2 Z 2a )  ( a2 Z 1b  aZ 2b  Z 0b ) 
  j a 3 E  a

3( Z 1a  Z 2a )  ( Z 1b  Z 2 b  Z 0b )


"
(4.76)
POSTROJI ZA TRANSFORMACIJO IN PRENOS EL. ENERGIJE
0
3Z EA
1
3 RA
T
S
1
3 SB
I
I
a
a2
1
11
1
a2
a
1
11
1
11
1
11
a2
1
a
1
11
a
1
a2
11
1
1
11
11
0
B
Z2
A
1
S
B
Z1
A
T
R
R
A
3Z EB
B
Z0
1
Slika 4.18 Tripolna stikalna shema za dvopolni zemeljski stik RS s simetričnimi
komponentami pri uporabi realnih in kompleksnih transformatorjev.
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
ZGRADBA IN DELOVANJE STIKALNIH POSTAJ IN APARATOV
- Razdelilne transformatorske postaje – RTP
- Razdelilne postaje – RP
- Transformatorske postaje – TP
- Stikalne postaje v elektrarnah
- Zbiralčna vezava
- Blokovna vezava
- Čisti blok
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Stikalna postaja elektrarne vključena v
sistem
1 - glavna stikalna postaja
2 - stikalna postaja za napajanje lastne rabe elektrarne
3 - stikalna postaja za lastno rabo elektrarne
4 - transformatorji za lastno rabo
5 - blok transformator
Razdelilna transformatorska
postaja - RTP
G
4
G
3
5
4
3
5
G
4
5
3
2
4
1
Razdelilna postaja - RP
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Transformatorska postaja - TP
Blokovna vezava
Blokovna vezava
Zbiralčna vezava
totalni blok
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Enopolna shema
z enojnimimi zbiralkami
Enopolne sheme z dvojno zbiralko
Enopolna shema s sekcioniranimi enojnimi
zbiralkami
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Enopolna shema z dvojno glavno in
pomožno zbiralko
Enopolna shema
zbiralkami
Enopolna shema z obročno zbiralko
s
trojnimi
glavnimi
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Enopolna shema RTP Beričevo
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
a)
b)
c)
d)
Enopolne sheme z enojno zbiralko
a)
b)
c)
d)
Enopolne sheme z dvojno zbiralko
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
IZVEDBE STIKALNIH POSTAJ
- Izvedbe stikalnih postaj visoke napetosti na planem
- Izvedbe stikališč visoke napetosti 24kV v zgradbi
- Klasična izvedba stikališč – odprtega tipa
- Kovinsko oklopljena stikališča – izolacija zrak
- Izvedbe kovinsko oklopljenih stikališč za manjše kratkostične moči
- Izvedba kovinsko oklopljenih stikališč za večje kratkostične moči
- Kovinsko oklopljena stikališča z izvlačljivimi celicami
- Kovinsko oklopljena stikališča – izolacija SF6
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Tlorisni pogled možnih namestitev postaj
a - namestitev postaje v eni zgradbi
b - na odprtem prostoru so nameščeni samo transformatorji
c - na odprtem prostoru so nameščeni samo postaje visoke napetosti
d - na odprtem prostoru so transformatorji in postaja visoke napetosti
e - celotni postaja je narejen na odprtem prostoru
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Dovodna ali odvodna stikalna celica
1
2
3
4
5
-
zbiralčni prostor
prostor za namestitev ločilnika
prostor za namestitev odklopnika
merilni transformator in odvodni ločilnik
prostor za nizkonapetostni del, kot tudi pogon odklopnika, ločilnik, meritve,
regulacija in drugo
6 - kabelski kanal
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Dopustne tokovne obremenitve odprtih postaj v zgradbah
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Odprta izvedba celic - notranja izvedba
- Nepodkletena celica z enojno zbiralko
- Nepodkletena celica z dvojno zbiralko
- Podkletena celica z dvojno zbiralko
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Oklopljena stikalna celica IMP tip SM
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
a - goli vodniki
b - izolirani vodniki
c - z izolacijo zaščiteni vodniki
d - oklopljeni vodniki - medij SF6
Vrste izolacije vodnikov v stikalnih napravah
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
DIMENZIONIRANJE ZBIRALK
Vodniki zbiralk
Izbira prereza vodnika zbiralk glede na nazivni tok
Mehanska obremenitev zbiralk
Minimalne razdalje
Izračun sile med vodniki zbiralke
Določitev lastne frekvence vodnika zbiralke
Izračun dopustne natezne napetosti
Termična obremenitev zbiralk
Dopustne temperature vodnikov zbiralk
Kratek stik blizu generatorja
Kratek stik daleč od generatorja
Izbira podpornih izolatorjev
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
PROFILI
pravokotni
okrogli
votli
U
V
Slika 4.3.1 Profili vodnikov zbiralk
Izbira prerezov zbiralk se izvaja glede na:
a) maksimalni tok pri normalnih obratovalnih pogojih
b) mehanično obremenitev ob nastopu kratkega stika (prva kontrola prereza),
c) povišanje temperature zbiralk za čas trajanja kratkega stika (druga kontrola prereza)
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Namestitev podpornih
izolatorjev
I  I 30

0
30
Dopustne tokovne obremenitve zbiralk s
pravokotnim profilom
Zaradi mehanske trdnosti, je priporočljivo, da do 35 kV izbiramo prerez vodnikov zbiralke,
ki niso manjši od prereza 40x5 mm2.
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
B  r 0 H
Delovanje sile na vodnike zbiralke
F  i1B2  i2 B1
0 2 1
F 
i
2 a
'
H
i
2a
(N/m)
FG  0,2 I
2
u
l
a
(N)
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
' 2
FG l F l
M max 

8
8
Maksimalni upogibni moment, ki ga
predpisujejo predpisi IEC, je enak:
Zaradi sile se pojavlja ustrezna natezna napetost, ki jo izračunamo iz razmerja:
D
F
D
F
h
b
b2h
W
6
b3 h
J
12
M max
 '
W
bh
W
6
bh 3
J
12
(N/m2)
2
W
D
d
2
32
D 4
J
64
W
J
 D4  d 4
32

64
M max
  VVr 
W
D
(D4  d 4 )
(N/m2)
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
M max
  V
 2 0, 2
W
Slika 4.3.5 Izbira resonančnega faktorja
V
VF
- resonančni faktor za fazni vodnik
- resonančni faktor za podporni izolator
(N/m2)
 '0, 2
- je maksimalna vrednost
 0, 2
- minimal vrednost
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Lastna frekvenca vodnika zbiralke je določena z enačbo
s1
f1 
2l 2
l
E J -
q
-
 -
EJ
q
(s-1)
dolžina med podpornimi izolatorji v (m)
modul elastičnosti v (N/m2)
vztrajnostni moment v (m4) - prereza zbiralke z ozirom na os,
ki je pravokotna na smer sile
površina prereza zbiralke v (m2)
masa na enoto volumna v kg/m3
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Povišanje temperature vodnika zbiralke za čas trajanja kratkega stika
I k Rt  Gc
2
G  ql
I 
  2 t
q c
2

1   2

  01   
  0 
 2


ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
q  Ik

t
c
q  kIk t
Ik ,sr  I"k m  n
q  kIk ,sr t
(mm2)
(mm2)
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Stikalni aparat je sestavljen iz sledečih
glavnih delov:
- kontakti glavnega tokokroga, ki opravljajo
zgoraj navedene osnovne funkcije stikalnega
aparata, prikontaktni deli za zanesljivo
opravljanje teh funkcij
- izolacija med vodniki s kontakti
- mehanizem za premikanje kontaktov
pnevmatski in pomožni mehanski sistemi,
pomožni krmilni
tokokrogi (če so potrebni za delovanje
stikalnega aparata)
- priključni sistem, ohišje in nosilna konstrukcija
stikalnega aparata
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Dogajanja
Dogajanja v medkontaktnem prostoru pri izvajanju stikalnega manevra
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
LOČILKA
Ločilke se uporabljajo zato, da vidljivo ločijo del razklopnega postrojenja, ki ni pod napetostjo od
dela, ki je pod napetostjo. S tem povečamo sigurnost posluževalcev.
Izbira ločilk se izvaja glede na nazivno napetost, maksimalni tok pri normalnih pogojih obratovanja
s kontrolo glede na udarni tok kratkega stika - mehansko obremenitev in kontrolo na tok kratkega
stika, ki je merodajna za segrevanje (dopustno povečanje temperature).
Maximalen tok skozi ločilko v normalnih obratovalnih pogojih je merodajen za izbiro ločilke glede na
nazivni tok. Število tokov, po katerih izbiramo ločilnik, je manjše čim večja je napetost, ker so stroški
za kontakte in vodljive dele majhni v primerjavi s stroški za izolatorje in podstavke. Zato se za
napetost 110 kV proizvaja običajno samo en tip ločilk in to za največji nazivni tok, ki praktično lahko
pride v obzir.
Ko je ločilka izbrana glede na nazivni tok se prične s kontrolo. Mehanska obremenitev je določena z
udarnim tokom. Vzdržljivost ločilke pa je odvisna od njene konstrukcije. Proizvajalci ločilk navajajo
podatke o udarnem toku in o termičnem toku, ki je merodajen za segrevanje. Ta tok ločilka lahko
prenese 1 sekundo. Če kratek stik traja dalj časa od 1 sek, se dopustni tok odmeri po enačbi.
I kt 
I k 1s
t izk
Ob ugotovitvi, da ločilka, ki je bila izbrana ne more vzdržati
mehanske ali termične obremenitve, izberemo ločilnik za večji
termični tok.
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
V določenih primerih (daljnovodna ali vodna celica) uporabljamo ločilnike, ki imajo poleg glavnih
nožev tudi nože za ozemljitev (voda, kabla itd.) Običajno so noži za ozemljitev med seboj tako
mehansko povezani, da se noži za ozemljitev ne morejjo priključiti, če so glavni noži izklopljeni in
obratno.
Ločilniki do 35 kV so nameščeni tako kot kaže slika
Sicer pa naslednja slika prikazuje 10 kV ločilnik z motorskim pogonom za
Ločilnik z ozemljitvenimi noži
I N  630 A
I u  50kA
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Za vse višje napetosti pa obstajajo vse mogoče konstrukcije, ki omogočajo različne izvedbe stikalnih
postrojenj na prostem.
Težnja je, da ima ločilnik majhno tlorisno površino v zaprtem oziroma v odprtem stanju. Na sliki so
prikazani ločilniki z dvemi ali tremi izolatorji, oziroma enim izolatorjem.
Ločilniki za visoko napetost
Normalno so ločilniki vseh treh faz tako
mehansko spojeni, da se istočasno izklapljajo.
Upravljanje ločilk je lahko ročno ali pnevmatsko.
ročno upravljanje se izvaja preko prenosnega
sistema, ki je vezano z osovino ločilnika. Za
pnevmatski pogon je potreben kompriminiran
zrak, ki deluje na pomični sistem v cilindru
izolatorja, ta pa na os ločilnika. Pnevmatsko
upravljanje se izvaja daljinsko, medtem ko se
mora ročno upravljati z ločilnikom na licu mesta.
Imamo tudi izvedbe z motornim pogonom, kar
omogoča daljinsko upravljanje.
Pantografski ločilnik
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Ločilno stikalo
Ločilno stikalo se od ločilke razlikuje po
tem,
da
omogoča
izklop
manjših
obremenitev. Razlikujemo ločilna stikala
opremljena z dejonizacijskimi ploščami ter
ločilna stikala z odmično ločitvijo.
Dejonizacijsko ločilno stikalo na sliki zgoraj
vsebuje glavni in pomožni premični kontakt
(nož). Pomožni premični nož se premika ob
izklopu z zakasnitvijo. Preko njega potuje
električni
oblok
med
dejonizaciskimi
ploščami, kjer se izvaja postopek
dejonizacije.
Ločilno stikalo z odmično ločitvijo omogoča gašenje električnega obloka na osnovi
komprimiranega zraka ali plina, ki se ob izklopu sprošča med fiksnim in premičnim kontaktom.
Ločilna stikala se pogosto uporabljajo v kombinaciji z visokonapetostnimi varovalkami. Izklop
varovalke v enem polu, ob nastopu kratkega stika sproži tripolni izklop ločilnega stikala.
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Visokonapetostni odklopniki različnih konstrukcijskih rešitev:
-
oljni odklopnik
malooljni odklopnik
hidromatski odklopnik
pnevmatski odklopnik
odklopnik z žveplovim heksafluoridom (SF6 odklopnik)
odklopnik z ozko režo
odklopnik z "deion" komoro
vakuumski odklopnik
Kotel 9 je napolnjen z oljem do določene višine. Zračna blazina nad njegovo
površino blaži porast tlaka v času gorenja električnega obloka. Na pokrovu
kotla so nameščeni skoznjiki 3 iz katerih izhajajo na enem koncu priključki 2
odklopnika na drugem koncu pa nepremični kontakti 5 z gasilnima komorama
6. Na skozniku so eventuelno nameščeni tudi tokovni transformatorji 4 za
napajanje zaščite. Na pokrovu kotla je tudi pogonski mehanizem1, ki s
pomočjo izolacijskih palic 7 premika premične
Nad površino olja je nekaj zraka za kompenzacijo spremembe tlaka. Pri
izklopu odklopnika nastane v olju med kontakti oblok, ki segreje okoliško olje
do vrelišča, tako da nastane okoli obločnega stolpca mehur z oljno paro, ki v
bližini obloka razpada na enostavnejše komponente in vodik. Ta zaradi velike
toplotne prevodnosti omogoča dobro prevajanje toplote iz obloka v olje.
Največja pomankljivost oljnih odklopnikov je v tem, da v slučaju eksplozije pride do zelo težkih posledic (mehanično razdejanje
zgradbe, vnetje olja itd.) Eksplozija lahko nastane zaradi poškodbe kotla ali zaradi visoke temperature plinov (metan, vodik, etilen) pri
zelo velikih kratkostičnih tokovih.
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Ti plini se zbirajo nad površino olja in lahko ustvarijo zračno blazino eksplozivno zmes. Ta zmes
bo tem hladnejša čim bolj je gladina ulja nad kontakti.
Od ostalih pomankljivosti velja omeniti dimenzije in težo (okoli 20 ton olja po polu za napetost
220 kV) ter močne mehanične reakcije na podnožje odklopnika v času odklaplanja.
Malooljni odklopniki
Pri teh odklopnikih so komore za gašenje in kontaktni
sistem vsakega odklopnika nameščeni v posebni izolacijski
cevi. Olje ne služi več za izolacijo med fazami in napram
masi temveč le za gašenje električnega obloka. Pod
vplivom električnega obloka in oljnih par nastopa pri vseh
malooljnih odklopnikih razmeroma velik tlak. V ugodnem
trenutku vzdolžni, prečni ali kombinirani tokovi olja
(odvisno od izvedbe komore za gašenje) podaljšajo
električni oblok in odnesejo ionizirane pline. Princip dela
malooljnega odklopnika s shematskim prikazom je dan na
sliki 22, ki vsebuje olje v manjši količini le okrog kontaktov
v kontaktno-obločni komori. S primerno konstrukcijsko
zasnovo obločne komore pri izklopu zadržimo olje ob
obločnem stolpcu, obenem pa izkoristimo tlak nastalih
oljnih par in plinov za dodatno konvektivno hlajenje
obločnega stolpca. Obstaja več različic malooljnih
odklopnikov s prisilnim obtekanjem olja ob obloku, z
dodatno deion-komoro in drugimi podobnimi variantami.
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
hidromatski odklopniki Nevarnost vžiga olja je odpravljena. Namesto olja je nevnetljiva voda.
Voda ima podobne gasilne lastnosti za oblok kot olje, vendar ne zagotavlja dovolj velike napetostne
trdnosti stikala, zato ima odklopnik vgrajeno dodatno ločilko.
hidromatski odklopniki so v bistvu malooljni odklopniki z elastično komoro za gašenje električnega
obloka. Na sliki 23 prikazujemo izvedbo elastične komore.
Ko tlak znotraj komore toliko naraste, da premaga silo elastičnega
prstana, ki pritiska navzdol in zapira odprtine za prehod tekočine, se
slednje odprejo. Zaradi tlaka, ki je nastal v spodnjem delu komore
voda, ki pogasi električni oblok. Gasilni medij se torej uporablja voda
z dodatkom glikola proti zmrzovanju, ki obenem tudi povečuje
količino pare v času trajanja električnega obloka kar ugodno vpliva na
njegovo gašenje.
Zaradi omejene izolacijske sposobnosti vode je potrebno na samem
odklopniku predvideti dodatne nože, ki se hitro odprejo, ko pomični
kontakti odklopnika dosežejo končni položaj. Odklopniki nad 10 kV
imajo posebno napravo, ki dovaja vodo v gasilno komoro samo v
času odklapljanja. Ta naprava je dodana zato, ker pri višjih napetostih
lahko pride do prenaglega prevajanja vode in s tem električnega
obloka tudi pri vklapljanju odklopnika. Zaradi ne najboljših izolacijskih
lastnosti vode se hidromatski odklopniki izdelujejo samo za napetosti
60 kV.
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Sodobna izvedba - visoke napetosti
Pnevmatski odklopnik
V pnevmatskih odklopnikih gasi oblok močan curek zraka, ki
teče prečno ali vzdolžno na obločni stolpec. Kontakti so
oblikovani v šobe, tako da oblok nastane in se hladi v curku
plina, v končni fazi pa ga curek pretrga.
V starejši zasnovi pnevmatskega odklopnika prikazujemo presek stikalnega pola. Vsak pol ima lasten podstavek sestavljen iz
tlačnega sprejemnika 23 in dveh pokrovov 3 in 21 z vgrajenimi organi za upravljanje in pogon. a levem podpornem izolatorju 6 je
gasilna komora (komora za gašenje električnega obloka) 13 na desnem izolatorju 18 pa zobniški prenos 16 razstavnega noža 11. VN
dovod in odvod posamezne faze se priključuje na priključke 8 in 17. Med tema priključkoma poteka glavni tokokrog, ki se v danem
položaju sestoji iz razstavnega noža in dveh v serijo vezanih gasilnih komor s pomičnim 10 in nepomičnim glavnim kontaktom 11. S
trenutnim odklopmo glavnih kontaktov prekinemo električni tokokrog, z naknadno postavitvijo razstavnega noža v položaj pa
dosežemo potreben trajni dielektrični razmik. Ker so glavni kontakti, razen v ointervalu izklapljanja stalno sklenjeni se pnevmatski
odklopnik vklaplja s hitrim zapiranjem razstavnega noža.
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Odklopnik z žveplovim heksafluoridom
Plin SF6 sodi v grupo takoimenovanih električno negativnih plinov, ki absorbirajo svobodne elektrone iz obločne plazme (iz njenih
molekul), ki nastane med kontakti v trenutku odklopa. Te absorbirane elektrone nato plin SF6 veže s svojimi nevtralnimi
molekulami tako, da dobimo težko gibljive negativne ione, ki se v prostoru med kontakti praktično obnašajoi kot dielektrik.
Plin ima odlične dielektrične lastnosti. Njegova prebojna (izolacijska) trdnost je pri atmosferskem tlaku okoli 30% manjša, pri tlaku
(165 kPa = 1.65 at) približno enaka, pri tlaku (230 kPa = 3.2 at) pa je prebojna trdnost plina SF6 okli 15% večja od prebojne
trdnosti olja.
Zaradi vseh teh opisanih lastnosti (tako deionizacijskih kot dielektričnih) se lahko ob sicer enakih pogojih v plinu SF6 izklaplja
približno 100 krat večje tokove kot bi se jih lahko izklapljalo v zraku.
SF6 je brezbarven, nestrupen plin brez vonja in negorljiv. Ne reagira z vodo in ne napada nobven material do temperature 5000C.
Pod delovanjem električnega obloka zelo malo razpada v nižje fluoride, ki so strupeni in agresivni napram nekaterim izolacijam in
materialom. Prienaki temperaturi plin SF6 prehaja iz plinastega stanja v tekoče pri mnogo nižjem tlaku kot zrak. Zato v
odklopnike za zunanjo montažo, ki delajo s povišanim tlakom vgrajujemo grelce, da ne bi SF6 prešel pri visokih tlakih v tekoče
stanje že pri razmeroma visokih temperaturah (n.pr. pri 2930K = 200C pri tlaku 2 MPa = 20 at.) Pri atmosferskemu tlaku in
temperaturi 200C je SF6 5 krat gostejši od zraka.
Poznamo 2 osnovna tipa odklopnikov z uporabo plina SF6:
dvotlačni SF6 odklopnik predstavlja
hermetično zaprt sistem. Glavni deli
aparata A so nameščeni v kovinskem
kotlu 4, ki je napolnjen s plinom nizkega
tlaka (200 kPa, kar je približno 2 at).
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Iz kotla 4 se plin s pomočjo kompresorja 10 tlači v pomožni kotel 9 in z njim spojeni glavni kotel 13. Da se prepreči vtekočinjanje plina
je v visoko tlačnem delu avtomatsko upravljani grelnik 8. Glavni električni tokokrog prehaja od levega priključka 1 skozi votel prevodni
izolator (skoznjik) 2 napolnjen s plinom in nato skozi premični kontakt 17 in nepremični kontakt 14 na steno glavnega kotla 13 od tam
pa na desni priključek 1. Za vklaplanje služi pogonski cilinder 6, ki je vezan s pogonskimi palicami 7 s katerimi pomika v desno
kontakt 17 in stiska izklopno vzmet 5. Ko se ta vzmet osvobodi pride do izklopa tako da se s pomikom palice 7 odpre ventil 12 in
odprejo kontakti 17 in 11. Pri tem pihne SF6 iz visokotlačnega kotla 13 v teflonsko gasilno komoro 16 ter se skozi votli kontakt 17
vrača v nizkotlačni sprejemnik 1. Električni oblok gori med koncema pomičnega kontakta 17 in obločnega kontakta 15 tako, da
ploskve ki trajnovodijo električni tok ostanejo nepoškodovane. Da se iz kotla odstranijo škodljivi produkti plina in da se prepreči njihov
vdor v prevodne izolatorje (skoznike) so prigrajeni filtri 11 in 3 z aktivnim aluminijevim oksidom.
Enotlačni SF6 odklopnik
je bil razvit za nizke tlake z namenom, da se zmanjša cena na katero zelo vplivajo
kompresorji in grelniki s pripadajočo avtomatiko.
Slika 1.6 prikazuje gasilno komoro takega odklopnika v katerem je hermetično zaprt SF6 pod tlakom 400 kPa (4 at) pri 200C. S
spreminjanjem temperature se tlak spreminja od 300 kPa pri -300C do 450 kPa pri 500C (v tem področju ne more priti do
kondenzacije). Odklopnik deluje na avtomatskem principu in v trenutku prekinjanja proizvaja prisilno gibanje plina na račun
izklopnih vzmeti.
Nepremični del komore sestavljajo porcelanski izolator 8 z
izolacijsko cevjo 5, spodnji priključek 10 s čvrstim kontaktom 9,
bat 7 in zgornji kontakt 1. Ko se kontakt 11 umakne navzdol se
skupaj z njim gibljejo tudi kompresijski cilinder 6 kontakti 3 in 4 in
teflonska šoba 2. Na ta način se SF6 stisne v cilindru 6 in pihne
vzdolž obloka v šobi 2.
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Odklopniki z magnetnim gašenjem električnega obloka prikazujemo na sliki 27. Tok, ki ga je
treba prekiniti teče skozi navitje. Na ta način ta tok proizvaja magnetno polje, ki s silo F deluje na
električni oblok. Zaradi sile F se električni oblok pomika navzgor po rogljih kontaktov in to toliko
časa, da je dovolj dolg da ugasne, ker večja dolžina obloka izzove močnejše hlajenje in
deionizacijo.
Boljše lastnosti gašenja dosežemo, če električni oblok z delovanjem
magnetnega polja privedemo v ozko režo med dvema ploščama iz
izolacijskega materiala. S tem dosežemo neposredni dotik
električnega obloka s hladnim izolacijskim materialom. Razvoj je šel v
tej smeri naprej in pojavile so se nove konstrukcijske rešitve, ker s
podaljševanjem in razbijanjem električnega obloka na večmanjših
električnih oblokov dosežemo boljše izklopne rezultate.
Kontakti za visokonapetostno področje uporabe morajo biti predvsem
odporni proti intenzivnemu izžiganje zaradi obloka in imeti morajo
dobro električno prevodnost. Tvorba tankih električno neprevodnih
oksidnih plasti ne vpliva na njihovo funkcionalnost, zato odpornost na
korozijske vplive ni poudarjena. Tem zahtevam ustreza kompozitno
gradivo iz sintranega volframa, ki je prepojen z bakrom, kontaktno
gradivo W/Cu. Zaradi osnovne strukture iz težko taljivega W so taki
kontakti zelo odporni proti zvarjenju in izžiganju z oblokom, veliko
električno prevodnost pa jim daje prepojenost s Cu.
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Vakuumski odklopniki (sl. 28) izkoriščajo prednosti ugasnitve obloka v vakuumu. Tehnologija izdelave vakuumske stikalne komore
zahteva vakuumsko-tesno spajanje steklenega ali keramičnega ohišja s kovino. Spoj mora biti odporen na mehanske obremenitve
zaradi udarcev pri preklapljanju in termične mehanske napetosti zaradi različnih dilatacijskih koeficientov.
Vakuum zahtevane stopnje mora biti zagotovljen v vsem obdobju delovanja odklopnika, npr. 20 let. Zato so vsi vgrajeni deli v
vakuumski komori izdelani iz gradiva, ki ne vsebuje raztopljenih plinov. Električno prevodni deli so iz OHFC bakra ("oxigen-free-highconductivity copper"). Emitirani plini bi lahko pokvarili kvaliteto vakuuma v stikalni komori in zmanjšali stikalno zmogljivost. Na srečo
kovinske pare, ki med gorenjem obloka izhajajo iz kontaktov, delujejo kot geter, ko pri kondenzaciji na stene vakuumske komore
vežejo nase molekule plinov. Mehanizem vakuumskega odklopnika je zelo enostaven, saj je hod kontaktov reda nekaj mm.
Kontakti so ločeni od okolice in vedno kovinsko čisti.. Vakuumsko stikalo je zlasti primerno za uporabo v eksplozijsko nevarnih
okoljih. Hkrati ne zahteva veliko vzdrževalne aktivnosti, ker je ta potreba reducirana na minimum.
ELEKTRIFIKACIJA, ME - ST
Zgornja komora na sliki b) prikazuje zaščitne zaslonke za preprečevanje kratkih stikov med enim
in drugim polom po izklopu. Napetostno trdnost med posameznimi mediji za gašenje
električnega obloka prikazuje diagram c). Na sliki d) je prikaz obeh kontaktov, ki so v različnih
izvedbah zaradi ustrezne vspostavitve magnetnega polja, ki povzroča, da se električni oblok
giblje krožno na konatktih.
Vakuumski odklopnik je primeren za naprave v kemijski in naftni industriji ter rudniških postrojih.
V primerjavi s klasičnimi stikali je vakuumski odklopnik za visoke nazivne napetosti precej
manjših dimenzij in mase. Spodnjo mejo nazivne napetosti za uporabo vakuumskega odklopnika
določa velikost prenapetosti zaradi toka odsekanja in cena zaradi dokaj zahtevne tehnologije
izdelave. Zgornjo mejo določa izklopna zmogljivost, ki jo omejuje dobra termična emisija
elektronov iz kontaktov v vakuumu, kar zmanjšuje napetostno trdnost stikala po izklopu. Zato je
napetostni interval za smotrno uporabo vakuumskih stikal od 1000 V do 35 kV.
Kontaktno gradivo za vakuumsko stikalo mora izpolnjevati več električnih in mehanskih pogojev.
Zaradi stikanja v vakuumu so kontaktne površine vedno kovinsko čiste. Kontakti se zavarijo
lahko že pri mehanskem stisku, še bolje pa pri termičnih obremenitvah zaradi preklapljanja. Zato
mora kontaktno gradivo poleg splošnih lastnosti za kontakte (dobra električna prevodnost, dobra
mehanska trdnost, velika odpornost proti izžiganju in veliko tališče, majhna vrednost odsekanega
toka) ustrezati tudi posebnim zahtevam (majhna vsebnost raztopljenih plinov in lahko izparljivih
nečistoč, majhna raztržna sila konaktnega zvara). Kontakti so zato iz težko taljive osnove,
prepojene s dobrim električnim prevodnikom, ki mu je primešan dodatek za doseganje večje
krhkosti zvara in zmanjšanje toka odsekanja. To so sintrane kovine W/Cu in Mo/Cu z dodatkom
Sb, ali zlitine Cu/Cr, ki se je izkazala kot najbolj primerna. Oblika kontaktov je običajno diskasta z
spiralnimi zarezami ali lončasta s poševnimi zarezami (na sliki), da tako dosežemo hitro
potovanje obloka proti robu kontaktov s pomočjo lastnega magnetnega polja.