SREDNJA ELEKTROTEHNIKA KOLA RUERA BOKOVIAMOSTAR

Za uenika: Petra ParadikTEMA ZAVRNOG RADA: Kriterij izbora elemenata u rasklopnom postrojenju

Mentor:Josip Mari

Ocjena obrazloenja zavrnog rada______________________________lanovi povjerenstva1._____________________________2._____________________________3._____________________________SREDNJA ELEKTROTEHNIKA KOLARUERA BOKOVIA MOSTAR

Ur. broj:_________Mostar:_________

TEHNIKA DOKUMENTACIJAZAVRNOG RADA ODRANOG U_____ROKU________2015. GODINE

Za uenika:_______________Struka: ElektrotehnikaProgram: Elektrotehnika AZanimanje:_______________Predsjednik ispitnog odbora_______________________Miljenko Milo, prof.

Sadraj

1. Uvod32. Kriterij za izbor presjeka sabirnica i spojnih vodova42.1. Izbor presjeka sabirnica s obzirom na maksimalnu struju u normalnom pogonu42.2. Izbor presjeka sabirnica s obzirom na povienje temperature sabirnica za vrijeme trajanja kratkog spoja62.3. Izbor presjeka sabirnica s obzirom na mehaniko naprezanje u sluaju kratkog spoja73. Kriterij za izbor dinamike vrstoe i termike vrstoe sabirnica84. Kriterij za izbor naprezanja sabirnica95. Frekvencija sabirnica126. Potporni i provodni izolatori136.1. Potporni izolatori136.1.1. Openito o potpornim izolatorima136.1.2. Visei izolatori kao nosai sabirnica156.2. Provodni izolatori167. Rastavljai178. Zakljuak199. LIteratura20

1. Uvod

Sabirnice su elektrina okosnica rasklopnog postrojenja. One povezuju vodove kojima se dovodi energija s vodovima koji je dalje odvode. Svi su vodovi dakle spojeni sa sabirnicama, pa su one za normalan pogon rasklopnog postrojenja od najvee vanosti.Sabirnice se izvode od neizoliranih bakrenih ili aluminijskih vodia. Za rasklopna postrojenja unutarnje izvedbe do nazivnog napona 35kV dolaze u obzir okrugli, plosnati ili U-profili, dok se za takva postrojenja vieg napona, bilo unutarnje bilo vanjske izvedbe, upotrebljavaju ua ili cijevi.Razmak meu sabirnikim vodiima odreuju naponska naprezanja.

2. Kriterij za izbor presjeka sabirnica i spojnih vodova

Izbor presjeka sabirnica vri se:1. s obzirom na maksimalnu struju u normalnom pogonu,2. s obzirom na povienje temperature sabirnica za vrijeme trajanja kratkog spoja i3. s obzirom na mehaniko naprezanje u sluaju kratkog spoja

2.1. Izbor presjeka sabirnica s obzirom na maksimalnu struju u normalnom pogonu

Pod maksimalnom strujom u normalnom pogonu podrazumijeva se najvea struja koja u normalnom pogonu tee kroz najvie optereeni dio sabirnica. Prema najvie optereenom dijelu dimenzioniraju se cijele sabirnice. Ugrijavanje iznad temperature okoline mjerilo je za odreivanje doputenog optereenja sabirnica, uz pretpostavku da maksimalna struja traje neogranieno dugo vremena. Doputeno je povienje temperature sabirnica za 30 C iznad temperature okoline. Doputena optereenja odreena su eksperimentalno. Za primjer uzeti e se bakreni i aluminijski plosnati profili. U tablici 1 i 2 bit e prikazana doputena trajna optereenja za bakrene i aluminijske plosnate profile.

Visinaxirinamm

Obojeni vodiiNeobojeni vodii

Broj vodia po faziBroj vodia po fazi

IIIIII-I 50 I-II IIIIIIII-I 50 I-II II

12 X 2 15 X 2 20 X 2 25 X 3 30 X 5 40 X 5 40 X 10 50 X 550 X l0 60 X 5 60 X 10 80 X 5 80 X10 100X10 120X10125 155205 300 450 600 835 700 1025 825 1200 1060 1540 1880 2200225 270 350 510 780 1000 1500 1200 1800 1400 2100 1800 2600 3100 350

2060 1750 2450 1980 2800 2450 3450 4000 4600

2800 2300 3300 2650 3800 3300 4600 5400 6100110 140 185 270 400 520 750630 920 750 1100 950 1400 1700 2000200 240 315 460 700 900 1350 1100 1620 1300 1860 1650 2300 2700 3200

1850 1550 2200 1800 2500, 2200 3100 3600 4200

2500 2100 3000 2400 3400 2900 4200 4800 5500

Tablica 1. Doputena trajna optereenja u A bakrenih plosnatih profila

Visinaxirinamm

Obojeni vodiiNeobojeni vodii

Broj vodia po faziBroj vodia po fazi

IIIIII-I 50 I-II IIIIIIII-I 50 I-II II

12x220x225x330x330x540x540x1050x550x1080x10100x10120x1010019524028036046067056082012301500176018034041048062580012009701440210024502800

165014001960276032003700

22501850266036804300490080145180205270350515425625930110013101402703303855006509757801150165019502350

135011201600230027003100

180015002160310037004300

Tablica 2. Doputena trajna optereenja u A aluminijskih plosnatih profila

Ugrijavanje plosnatih profila odreeno je uz pretpostavku da je dulja stranica presjeka okomita na povrinu poda, te da je razmak pojedinih vodia jednak irini vodia. Osim toga navedena doputena trajna optereenja vrijede za horizontalan raspored sabirnica (tab.1), dok za vertikalan raspored (tab.2) treba smanjiti doputena trajna optereenja za 10 do 15% (korekcijski faktor 0,85. . . 0,90), radi smanjenog hlaenja vie postavljenih sabirnica.

2.2. Izbor presjeka sabirnica s obzirom na povienje temperature sabirnica za vrijeme trajanja kratkog spoja

Usprkos kratkom vremenu kroz koje tee struja kratkog spoja, ugrijavanja vodia moe u nepovoljnom sluaju izazvati oteenje sabirnica. Povienje temperature nastaje brzo i moe se raunati da se za vrijeme trajanja kratkog spoja toplina ne odvodi u okolinu, pa je ugrijavanje proporcionalno toplini koja se stvara u vodiu. Uz navedenu pretpostavku moemo postaviti jednadbuG c = It r tgdje su: G masa vodia (kg), c specifina toplina vodia, povienje temperatura (u stupnjevima C) za vrijeme trajanja kratkog spoja, It efektivna vrijednost struje kratkog spoja (A) za vrijeme t (s) trajanja kratkog spoja, a r djelatni otpor () vodia. Za bakrene sabirnice doputena je normalno najvia temperatura = 200 C, a za aluminijske = 180 C. U oba sluaja treba raunati s temperaturom od 65 C u trenutku nastanka kratkog spoja (35 C temperatura okoline u najnepovoljnijem sluaju, a 30 C povienje temperature u normalnom pogonu).

2.3. Izbor presjeka sabirnica s obzirom na mehaniko naprezanje u sluaju kratkog spoja

Slika 1. Sile meu paralelnim vodiimaSabirnice su goli vodii na meusobnom razmaku a (meufazno), a nose ih potporni izolatori gdje je l meusobni razmak dvaju potpornih izolatora. U sluaju kratkog spoja, struje koje teku vodiima su velikih vrijednosti zbog ega se javljaju velike sile na vodie pojedinih faza koje ih nastoje mehaniki deformirati.Za vrijeme trajanja kratkog spoja zbog vremenske promjenjivosti vrijednosti struje kvara, mijenja se i trenutna vrijednost sile meu vodiima zanima nas njezina maksimalna vrijednost.3. Kriterij za izbor dinamike vrstoe i termike vrstoe sabirnica

Sila koja djeluje na sabirnice data je izrazom:

gdje je F (N) sila izmeu sabirnica, l (m) duina sabirnica, a (cm) razmak izmeu oslonaca sabirnica i t ud (kA) amplituda udarne struje kratkog spoja.Sila F izaziva naprezanje na savijanje koje e biti naroito opasno ako uestalost uslijed djelovanja naizmjenine struje kratkog spoja doe u rezonancu sa vlastitom uestalou sabirnica. Naprezanje na savijanje sabirnica rauna se pomou izraza:

gdje je y s frekventni faktor za sabirnice i W otporni moment.Dozvoljena trajna struja kratkog spoja za bakrene sabirnice rauna se po obrascu:

gdje je t (s) trajanje kratkog spoja, koje za suvremene prekidae iznosi 0.25s, (s) produenje kratkog spoja dijela udarne struje kratkog spoja.

4. Kriterij za izbor naprezanja sabirnica

Sabirnice moemo shvatiti kao uklijetenu gredu s jednolikim kontinuiranim optereenjem. Razmak medu osloncima l jednak je razmaku medu potpornim izolatorima. Moment savijanja moemo odrediti iz formuleM = - gdje je f sila po jedinici duljine pri tropolnom kratkom spoju, a x udaljenost od jednog oslonca. Prijelazom u Meunarodni sustav jedinica naprezanja su izraena u njutonima po m, pa naprezanja izraena Tehnikim sustavom jedinca kp/cm preporua se ovako:1Pomou ove formule mogu se doputena naprezanja u kp/cm, kako se obino i nalaze u prirunicima, preraunati u N/m.Za sabirnice doputeno je naprezanje do konvencionalne granice teenja 0,2. To je granino naprezanje pri kojem trajna deformacija ne prelazi vrijednost 0,2%. Budui da je sabirnica optereena na savijanje, maksimalno vlano naprezanje pojavit e se na izborenom rubu sabirnice, dok e najvee tlano naprezanje biti na udubljenom rubu sabirnice. Uz izvjesna zanemarenja, dijagrami rastezanja za bakar i aluminij mogu se prikazati sa dva pravca.Pri sastavljenim sabirnicama treba razlikovati naprezanje koje nastaje meusobnim djelovanjem struja u svim fazama, od naprezanja koje nastaje radi struja u vodiima iste faze. Naprezanje zbog meusobnog djelovanja struja triju faza odreuje se prema

uz napomenu da moment otpora sabirnice treba odrediti uzimajui u obzir oblik, dimenzije i razmak profila od kojih je sastavljena sabirnica.Slika 2. Smjer djelovanja sile na sastavljene sabirniceMoment otpora sabirnice, kad sila djeluje paralelno s duljom stranicom plosnatog profila odreen je kao zbroj momenata otpora pojedinih dijelova sabirnice. Ako je smjer sile paralelan s uom stranicom plosnatog profila, te ako je meusobni poloaj dijelova sabirnice fiksiran samo jednim umetkom, ukupni moment otpora odreen je takoer zbrojem momenata otpora pojedinih dijelova sabirnica. Nasuprot tome, ako sila djeluje kao na sl. 1, ali ako postoje dva ili vise umetaka (izmeu dva potporna izolatora) koji onemoguuju meusobni uzduni pomak, ukupni je moment otpora radi ukruenja vei od zbroja momenata otpora dijelova sabirnice. Moe se raunati da moment otpora sabirnice sastavljene od plosnatih profila sa dva ili vie umetaka iznosi 60/o momenta otpora dijelova odreenih s obzirom na os y - y. Za U profile treba uzeti 50/o momenta otpora s obzirom na os y - y.

Slika 3. U profili

Slika 4. Okrugli i plosnati profili

Prethodno navedeno naprezanje sabirnica bilo bi postignuto kada bi sila koja djeluje na sabirnicu bila konstantna i jednaka maksimalnoj vrijednosti f3s Kako se realno vrijednost sile u vremenu mijenja, dolazi do titranja sabirnica stoga naprezanje sabirnica iznosi:

gdje je vs frekventni faktor. On je vremenski promjenjiva veliina ovisna o vlastitoj frekvenciji samih sabirnica.Uz pretpostavku da naprezanje sabirnica ne prelazi granicu elastinosti frekventni faktor vs moemo odrediti iz dijagrama gdje je prikazana ovisnost frekventnog faktora sabirnice.Za vrijednosti vs krivulja nema praktinog znaenja jer se sabirnica ne ponaa kao elastini nosa (slika 5). Za praktine proraune to znai da je dovoljno prvo provjeriti da li odabrana sabirnica zadovoljava s obzirom na mehanika naprezanja uz vs=1, pa ako ne zadovoljava onda je potrebno tono odrediti c1 te vs prema zadanom dijagramuSlika 5. Ovisnost frekventnog faktora sabirnice o omjeru vlastite frekvencije sabirnice i frekvencije mree

5. Frekvencija sabirnica

Iako utjecaj vlastite frekvencije sabirnica nije od veeg znaenja za dimenzioniranje sabirnica, potrebno je moi odrediti vlastitu frekvenciju, jer ona moe znatno utjecati na izbor potpornih izolatora.Osnovnu vlastitu frekvenciju sabirnice (postoje naime i vie vlastite frekvencije) moemo odrediti iz izraza

gdje su: l duljina sabirnice u m izmeu dva potporna izolatora, E modul elastinosti u N/m materijalna sabirnica, J moment tromosti u m presjeka sabirnice s obzirom na os koja je okomita na smjer sile, gustoa (masa po jedinici volumena) u kg/m3 materijala sabirnica, a q povrina presjeka sabirnica u m. Veliina s1 ovisi o nainu privrenja sabirnica. Za uklijeteni je nosa s=4,73, za nosa uklijeten samo na jednoj strani s=3,927, a za nosa sa pominim osloncima na oba kraja s=3,141. Modul elastinosti je za bakar E = 12 x 10 0000000000 N/maluminij E = 6,5 x 10 0000000000 N/mdok je gustoa za bakar = 8,9 x 10 000 kg/m3aluminij = 2,7 x 10 000 kg/m3

6. Potporni i provodni izolatori

6.1. Potporni izolatori

6.1.1. Openito o potpornim izolatorima

Potporni izolatori nose sabirnice i ostale neizolirane vodie u rasklopnom postrojenju. Potporni izolator izolira goli vodi od uzemljenih dijelova i preuzima na sebe sile koje djeluju na sabirnice. Radi toga potporne izolatore treba odabrati prema nazivnom naponu sabirnice i prema veliini sile koja se prenosi na njih.S obzirom na izvedbu i mehaniku vrstou, razlikujemo dva tipa izolatora: porculanski, i onaj od umjetnih smola (araldit i sl.). Prema DIN normama (njemake industrijske norme) porculanski izolator ima kapu i podnoje od ljevenog eljeza. Porculanski izolator nema istu vrstou po cijeloj visini. Do pucanja moe dobi neposredno ispod kape ili neposredno iznad podnoja. Doputeni moment savijanja M1 za presjek neposredno ispod kape manji je (radi manje povrine presjeka) nego doputeni moment savijanja M2.

Slika 6. Porculanski potporni izolator

Rebrasti izolatori od umjetnih smola nemaju ni metalne kape ni podnoja, a konstrukcija im je takva da su iste vrstoe i u gornjem i u donjem dijelu. Za rebraste izolatore grupe su definirane silom F po koja djeluje h 0, iznad gornjeg ruba izolatora. Ako sa b oznaimo razmak izmeu gornjeg ruba i najoptereenijeg presjeka pri dnu izolatora (slika 55), doputenu silu na polovini visine sabirnice odreujemo iz izraza

gdje je h udaljenost hvatita sile Fp od gornjeg ruba izolatora (slika 55). Pri maloj visini h sila Fp moe biti i vea od Fpo.

Slika 7. Hvatite i krakovi sile, koja djeluje na rebrasti potporni izolator

6.1.2. Visei izolatori kao nosai sabirnica

U rasklopnim postrojenjima u kojima su sabirnice izvedene od ueta, kao nosai sabirnica upotrebljavaju se visei izolatori. Dolaze u obzir izolatori u obliku kape (kapasti), masivni i tapni izolatori. Za rasteretne, a esto iz nosive lance, preporuljivo je upotrijebiti dvostruke lance, jer je u rasklopnim postrojenjima vea vjerojatnost pojave luka nego u vodovima i jer pad sabirnica moe izazvati znatna oteenja u rasklopnom postrojenju.

6.2. Provodni izolatori

Provodni izolatori imaju zadatak da izoliraju gole vodie od zida ili metalnih dijelova. Upotrebljavaju se pri prolazu vodia iz prostorije u prostoriju, iz jednog dijela oklopljenog rasklopnog postrojenja u drugi, ili iz rasklopnog postrojenja u slobodan prostor.Meu provodnim izolatorima razlikujemo dva tipa: oni unutar prostorija (slika 56.a) i oni koji se barem jednom polovinom nalaze na otvorenom (slika 56.b). Osim toga razlikujemo provodne izolatore za okrugle vodie i za plosnate vodie.

Slika 8. Provodni izolator za okrugle vodie

Izbor provodnih izolatora vri se prema nominalnom naponu i prema maksimalnoj trajnoj struji u normalnom pogonu, dok se kontrola izabranog tipa vri s obzirom na mehaniko naprezanje i ugrijavanje u sluaju kratkog spoja. Pri izboru provodnih izolatora potrebno je uzeti u obzir i veliinu struje radi ugrijavanja vodia u provodnom izolatoru. Provodni izolatori za okrugle vodie proizvode se normalno za 200, 400, 600, 1000, 1500 i 2000 A, Sto odgovara maksimalnoj trajnoj struji u normalnom pogonu. Kontrola s obzirom na ugrijavanje za vrijeme kratkog spoja vri se na isti nain kao i za sabirnice. Za vee struje upotrebljavaju se provodni izolatori s vodiima plosnatog profila. Takav provodni izolator pogodno je upotrijebiti i za manje struje, kad su u ostalom postrojenu upotrijebljeni plosnati vodii.

7. Rastavljai

Rastavljai slue za to da vidljivo odvoje dio rasklopnog postrojenja koje nije pod naponom, od dijela koji je pod naponom. Njihov je, dakle, primarni zadatak da poveaju sigurnost osoblja koje treba da radi na dijelu rasklopnog postrojenja, pri emu naroito naglaavamo da poloaj noeva rastavljaa mora biti vidljiv.

Slika 9. Izvedba rastavljaa za napon 35 kV

Izbor rastavljaa vri se prema nazivnom naponu, maksimalnoj struji u normalnom pogonu, uz kontrolu s obzirom na udarnu struju kratkog spoja (mehanika vrstoa) i s obzirom na struju kratkog spoja mjerodavnu za ugrijavanje (doputeno povienje temperature). Maksimalna struja kroz rastavlja u normalnom pogonu mjerodavna je za izbor rastavljaa prema nazivnoj struji (nazivna struja je tolika struja koja moe trajno tei kroz rastavlja, a da temperatura vodia ne prekorai doputenu granicu). Obino se proizvodi ogranien broj tipova rastavljaa s obzirom na nazivnu struju. Broj tipova je normalno to manji, Sto je vii nazivni napon, jer su za visoki nazivni napon trokovi za kontakte i vodljive dijelove maleni u usporedbi s trokovima za izolatore i postolje. Zato se npr. za napon 110 kV proizvodi obino samo jedan tip rastavljaa i to za najveu nazivnu struju koja praktiki moe doi u obzir.Nakon to je odabran rastavlja. prema nazivnoj struji, potrebno je izabrani rastavlja kontrolirati s obzirom na mehanika naprezanja i ugrijavanje za vrijeme trajanja kratkog spoja. Mehaniko naprezanje odreeno je udarnom strujom, a izdrljivost rastavljaa ovisna je o njegovoj konstrukciji. Tvornice koje proizvode rastavljae navode podatke o udarnoj struji (tjemena vrijednost) i o struji mjerodavnoj za ugrijavanje, koju moe rastavlja izdrati jednu sekundu.Ako se kontrolom ustanovi da rastavlja odabran prema maksimalnoj struji u normalnom pogonu ne moe izdrati bilo mehanika naprezanja bilo ugrijavanje za vrijeme kratkog spoja, odabire se rastavlja vee nazivne struje, da bi se sprijeilo njegovo oteenje u sluaju kratkog spoja.Rastavlja se normalno ne upotrebljava za prekidanje struje, ve se isklapanje vri kada kroz rastavlja ne tee struja. Otvaranjem kontakata rastavljaa pojavit e se luk medu kontaktima, posljedica ega mogu biti znatna oteenja u rasklopnom postrojenju. Rastavlja nema, naime, ni ureaja ni medija za gaenje luka. Kad se, meutim, radi o malim strujama, moe se upotrijebiti i rastavlja za njihovo prekidanje. Pri tome je vano da se isklapanje izvri Sto je mogue prije.U nekim sluajevima upotrebljavaju se rastavljai koji osim glavnih noeva imaju i noeve za uzemljenje koji slue za uzemljenje zranog voda ili kabela nakon isklapanja. Obino su glavni noevi i noevi za uzemljenje meusobno tako mehaniki povezani, da se oni za uzemljenje ne mogu uklopiti kad je rastavlja zatvoren, odnosno da se glavni noevi ne mogu uklopiti kada su uklopljeni noevi za uzemljenje.

8. Zakljuak

Kako su sabirnice okosnica svakog rasklopnog postrojenja, od izuzetne je vanosti izabrati odgovarajuu sabirnicu. Uglavnom se izvode od neizoliranih bakrenih ili aluminijskih vodia i njihov odabir ovisi vie imbenika, kao to su maksimalna struja u normalnom pogonu, poviena temperatura sabirnica za vrijeme kratkog spoja ili obzirom na mehaniko naprezanje. U radu je napravljen osvrt i na izbor dinamike i termike vrstoe sabirnica uz detaljne tablice za aluminijske i bakrene sabirnice. U drugom dijelu rada opisani su potporni i provodni izolatori te rastavljai i time je, uz ureaje za prekidanje struje, visokonaponske osigurae i sklopke, zaokruena cjelina glavnih elemenata rasklopnih postrojenja.

9. LIteratura

Automatski zatitni ureaji elektroenergetskih postrojenja, F. Bouta, Sarajevo, 1989. Tehnika visokog napona, atmosferski prenaponi, M. Savi i Z. Stojkovi, Beograd, 2001. Visokonaponska rasklopna, H. Poar, Zagreb, 1973. Visokonaponski rasklopni aparati, M. Savi, Beograd, 2004. http://sr.wikipedia.org/sr-el/%D0%A1%D0%B0%D0%B1%D0%B8%D1%80%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B5 http://www.riteh.uniri.hr/zav_katd_sluz/zee/nastava/svel/ep/download/ELEKTRICNA%20POSTROJENJA%205-p.pdf https://muricmilorad.files.wordpress.com/2011/11/elektricna-postrojenja-iii.pdf

20