Údaje, ktoré projektanta zaujímajú sú: maximálna a minimálna teplota, vietor, námrazy,

1. Klimatické podmienky mechanického výpočtu vodičov POVETERNOSTNÉ VPLYVY Údaje, ktoré projektanta zaujímajú sú: • maximálna a minimálna teplota, • vietor, • námrazy, • búrky, • súčasné pôsobenie nasledovných javov: • teplota a vietor, • teplota a námraza, • teplota, vietor a námraza, • teplota a búrková činnosť. STN EN 50423-1 (33 3300): 2006. Vonkajšie elektrické vedenia so striedavým napätím nad 1 kV do 45 kV vrátane. Časť 1: Všeobecné požiadavky. Spoločné špecifikácie STN EN 50341-1 (33 3300): 2006. Vonkajšie elektrické vedenia so striedavým napätím nad 45 kV. Časť 1: Všeobecné požiadavky. Spoločné špecifikácie STN EN 50341-3-22 (33 3300): 2007. Vonkajšie elektrické vedenia so striedavým napätím nad 45 kV. Časť 3: Národné normatívne aspekty. Oddiel 22: Národné normatívne aspekty pre Slovenskú republiku

2. Teplota– jeden z najdôležitejších činiteľov Vplyv teploty: zmena namáhania vo vodiči a súčasne aj jeho priehybu. Pri vyšších teplotách sa zmenšuje aj pevnosť materiálov  nutnosť poznania najnižšej a najvyššej hranice teploty. Na samotný vodič má vplyv teplota vzduchu, závislá od: intenzity slnečného žiarenia, uhla dopa-du slnečných lúčov, prúdenia vzduchu a prúdového zaťaženia vodiča. Teplotné pomery ovplyvňuje: zemepisná poloha, nadmorská výška, vzdialenosť od mora a orografické pomery (profil územia). Podnebie v SR – mierne, prechod medzi západným prímorským podnebím a suchozemskou východoeurópskou klímou. Teplotné pomery v letnom období možno charakterizovať: tzv. tropickými dňami (Tokmax 30 0C) a letnými dňami (Tokmax 25 0C), častosťou ich výskytu a dobou trvania. Tropické dni: v južnejších oblastiach v priemere 15 až 18 za rok, v severnejších, stredných a kotlinách 5 až 8. Tropické dni do nadmorskej výšky 1300 m. Štatisticky je určený ich priemerný počet dt = 10,5/rok, s priemernou dobou trvania 1 hodinu v danom dni výskytu, čo predstavuje asi 0,12 % (10,5 hodín·rok-1) z celkovej doby užívania vonkajších vedení T = 8760 hodín·rok-1.

3. Priemerný počet dní za rok Tok  33 0C je len 2,3 a priemerná doba trvania tejto teploty je asi 15 minút, čo je cca 0,002 % (0,6 hod·rok-1). Dni s tzv. letnou teplotou – do nadmorskej výšky 1500 m. V teplejších oblastiach 70 až 75 dní, v stredných a severných častiach a dolinách 35 až 40. Priemerný počet letných dní je 55, s priemernou dobou trvania 4,8 hodiny - 3,0 % (263 hodín·rok-1). Posudzovanie teplôt: -30 0Ca najvyššia +40 0C. Námraza – prídavné zaťaženie, spôsobuje 30 – 40 % porúch na VSV Pre vznik námraz je potrebný tzv. teplotný zvrat (inverzia), čiže vyššia teplota vo vyšších polohách a mráz v nižších polohách. Pri vzniku námraz majú dôležitú úlohu tieto okolnosti: a) obsah nasýtených vodných pár, b) prechladenie vody, c) ohrievanie vzduchu nad zemou, d) rýchlosť prúdenia aerosólu (malé vodné kvapky). Tekuté produkty kondenzácie na zemskom povrchu: rosa a ovlhnutie. Tuhé horizontálne zrážky: šedý mráz, inovať, námraza a ľadovica.

4. Z rozborov porúch a výpadkov vzdušných vedení vyplýva, že výrazný podiel na ich tvorbe má zvýšená tvorba námrazy (30 – 40 %). Aj keď podmienky pre vznik námraz trvajú počas roka relatívne krátku dobu (cca 2 mesiace), ich výrazný podiel na poruchovosti je dôvodom pre vážny záujem o preventívne opatrenia. • Poškodzovanie až deštrukcia stožiarov, trhanie lán a izolátorových závesov v dôsledku ťažkých námraz nie je takčasté, ako výpadky vedenia v dôsledku medzifázových skratov, ktoré spôsobuje odpadávanie námrazy pri súčasnom pôsobení vetra. Z toho dôvodu má včasná informácia o tvorbe aj ľahkej námrazy veľký význam, nakoľko pri odstraňovaní ľahkých námraz nehrozí príliš vysoké riziko výpadku vzdušného vedenia.

5. a) Srieň (šedý mráz) – dôsledok ochladzovania nočným vyžarovaním za jasných nocí, ak klesne teplota vzduchu a predmetov na zemskom povrchu na rosný bod. Sú to zdanlivo kryštalické útvary skladajúce sa z drobných ľadových kvapiek. Merná hmotnosť šedého mrazu je 100 – 200 kg·m-3. b) Inovať – biela sypká usadenina kryštalickej štruktúry o mernej hmotnosti 100 – 200 kg·m-3, jemné ihličky. • Námraza – vzniká pri záporných teplotách z vlhkého vzduchu väčšinou na vertikálnych chladnejších polohách, a to na ich náveternej strane. Rozoznávame dva druhy námraz: kryštalickú (300 kg·m-3) a zrnitú (100 – 500 kg·m-3), d) Ľadovica – vzniká pri dopade prechladených vodných kvapiek z hustej hmly, prípadne pri mrholení a daždi na zamrznutý povrch pričom sa vodné kvapky rozlievajú skôr než zamrznú. Predstavuje čistý, hladký ľadový povlak pokrývajúci celý predmet. Obvyklým podnetom pre vznik ľadovice je rýchly vpád teplého vzduchu, po predchádzajúcom silnejšom období mrazu. Vo výškach sa potom nachádza už teplý vzduch zatiaľ čo nad zemským povrchom môže ešte dlhšiu dobu stagnovať chladnejší vzduch. Kvapky dažďa dopadajúce na zemský povrch sú prechladené a mrznú. Merná hmotnosť – od 800  900 kg·m-3.

6. Prechod vody z kvapalného skupenstva do tuhého je podmienený minimálnou zápornou teplotou -0,1 0C, čo je teplota trojného bodu vody. V našich podmienkach sa tvoria najvýdatnejšie námrazky pri teplotách okolo -5 0C. Pri znižovaní teploty klesá aj absolútna vlhkosť vzduchu, a teda aj pravdepodobnosť vzniku námrazku. Závislosť pravdepodobnosti vzniku námrazy 2 a ľadovice 1 od teploty zostrojená vyhodnotením 627 pozorovaní, uskutočnených na pozorovacích staniciach.

7. ľadovica námraza Z uvedených obrázkov je zrejmé, že štruktúra vznikajúceho ľadu závisí od teploty. Najpriaznivejšie podmienky pre vznik námrazy sú v rozmedzí teplôt 0 - 10 0C. Pri nižších teplotách sa prejavuje aj silný pokles absolútnej vlhkosti. Do -6 0C vzniká v prevažnej miere ľadovica a od -3 0C do -10 0C sú najvýdatnejšie námrazy. Pravdepodobnosť vzniku ľadovice v rozsahu 0 až -4 0C je veľmi vysoká – potvrdené aj u nás pozorovanými námrazami.

8. Pre zabezpečenie prevádzky projektovaných vedení pri námrazách musíme brať do úvahy: • miesto, kde sa objavujú námrazy pravidelne, • akú hmotnosť dosahujú námrazy na vodičoch, • aký je priebeh tvorby námrazy, • aká je jej predpoveď. Veľkosť námrazy stanovuje norma: STN EN 50341-1 a STN EN 50341-3-22. Na určenie zaťaženia námrazou jednotlivých častí vedenia sa počíta len s námrazou z oblačnosti vo forme inovati s mernou hustotou  = 500 kg·m-3. Najprv sa určuje referenčné (vzťažné) zaťaženie námrazou IR–zaťaženienámrazou na jednotku dĺžky vodiča v N·m-1 vo výške h = 10 m nad zemou s návrhovou životnosťou vodiča T = 50 rokov. Návrhová životnosť je predpokladaná lehota, počas ktorej sa má vonkajšie vedenie používať na daný účel pri bežnej predpokladanej údržbe, ale bez nevyhnutnosti podstatných opráv.

9. Referenčné zaťaženie námrazou podľa námrazových oblastí

10. Referenčné zaťaženie námrazou podľa námrazových oblastí

11. Mapa námrazových oblastí SR

12. Charakteristické zaťaženie vodičov námrazou kde IR je referenčné zaťaženie námrazou, Kh  koeficient výšky pre zaťaženie námrazou. Koeficient výšky pre námrazové oblasti N0 až N3: N5 až N18: kde h je výška vodiča nad zemou v m, pričom sa uvažuje výška najnižšieho vodiča s priehybom pri teplote -5 C bez námrazy. Koeficient výšky pre zaťaženie námrazou: Kh = 1 v námrazových oblastiach N0 až NK, ak je výška závesného bodu menšia ako20 metrov, Kh = 1,09 v N0 až N3 pre výšku závesného bodu od 20 do 30 metrov a Kh = 1,19 v námrazových oblastiach N5 až NK pre výšku závesného bodu od 20 do 30 metrov.

13. Návrhové zaťaženie námrazou Návrhové zaťaženie námrazou Id na jednotku dĺžky vodiča je určené vzťahom: kde IKje charakteristické zaťaženie námrazou, γI čiastkový koeficient zaťaženia.

14. Zaťažovacie stavy, čiastkové koeficienty zaťaženia, koeficient kombinácie a redukčné koeficienty na posúdenie v medzných stavoch únosnosti

15. q1 q2 d q1+ q2 D vodič námraza vodič námraza Ekvivalentný priemer vodiča s námrazou Priemer vodiča s námrazou určíme podľa vzťahu kde D je priemer vodiča s námrazou, dpriemer vodiča bez námrazy, q2zaťaženie námrazou (zodpovedá Id – návrhovému zaťaženiu námrazou), ggravitačné zrýchlenie g = 9,81 ms-2, I hustota námrazy, ktorá sa rovná 500 kgm-3. Pôsobenie síl na omrznutý vodič

16. Dovolené mechanické napätia vodičov pri pôsobení námrazy,príp. iných preťažení:

17. Odstránenie námraz z elektrických vedeníTeoretické riešenie tepelnej bilancie Na odstránenie námraz vplýva: • geometria vodiča, • fyzikálne vlastnosti materiálu, • spôsob otepľovania a ochladzovania, • vonkajšie klimatické vplyvy, atď. Zo zákona o zachovaní energie vyplýva rovnica tepelnej bilancie vodiča: kde Qj je Jouleove teplo, ktoré sa vyvinie vo vodiči (J), Qz teplo pohltené zo slnečného žiarenia (J), Qa akumulované teplo vo vodiči (J), Qk teplo odvedené do okolia konvekciou – prúdením (J), Qr teplo odvedené do okolia radiáciou – žiarením (J). Qz, Qk, Qr<< Qa

18. Časový priebeh oteplenia a ochladzovania vodiča s námrazkom a (C) b 0 t (s) – časová otepľovacia, resp. ochladzovacia konštanta – čas, za ktorý sa holý vodič zaťažený konštantným prúdom ohreje na 63,8 % ustálenej teploty u pri dokonalej tepelnej izolácii.

19. Vodič obalený námrazou Na roztopenie námrazy vodiča s dĺžkou 1 m je potrebné množstvo tepla Q kde Q1 je množstvo tepla na ohriatie námrazy z  -10 °C na  0 °C, Q2 teplo potrebné na premenu skupenstva, čiže premenu ľadu s teplotou 0 °C na vodu rovnakej teploty. kde c je merné teplo ľadu 1800 (Jkg-1°C-1), m hmotnosť námrazy (kgm-1) kde C je merné skupenské teplo topenia ľadu 335000 (Jkg-1).

20. vodič S2 d D Vodič obalený námrazou kde rje rezistancia vedenia pri teplote  (Ωm-1),Ipotrebný prúd na roztavenie námrazy (A),tčas rozmrazovania (h), pričom kde r20je odpor vodiča pri teplote 20 °C (Ωm-1), tabuľková hodnota, α teplotný koeficient odporu (°C -1). (1 Wh = 3600 J)

21.  prúd nevyhnutný na odstránenie námrazy  čas nevyhnutný na odstránenie námrazy Pri rozmrazovaní vedenia je potrebné kontrolovať oteplenie vodiča, pretože námraza nespadne z vedenia naraz, ale po častiach.Podľa Halbacha pre vyhrievací prúd I je ohriatie vodiča dané výrazom

22. Niektoré následky dynamických javov (medzifázové skraty na vedeniach) je možné úspešne eliminovať napr. jedným z nasledovných spôsobov: • zmenou konfigurácie hlavy stožiarov. Prechod od vertikálneho k horizontálnemu usporiadaniu vodičov, čiže zväčšením medzifázových vzdialeností vodičov vzhľadom na okrajové polohy vodiča pri dynamickom pohybe, • separovaním vodičov pri zachovaní ich vertikálneho usporiadania. Ide o montáž medzifázových separátorov medzi vertikálne usporiadanými vodičmi. Pri určovaní počtu medzifázových separátorov je nutné vychádzať z podmienky, že vzdialenosť medzi dvomi susednými separátormi musí byť taká, aby časť vodiča medzi nimi nebola schopná nebezpečne vyšvihnúť a spôsobiť medzifázový skrat. Väčší počet separátorov sa dáva na dlhšie rozpätia. Počet separátorov závisí aj od požadovanej úrovne bezpečnosti. B A fm1 fš fm2 Vyšvihnutie vodiča po odpadnutí námrazy

23. Odstraňovanie námrazkov z vedení vyhrievaním Mechanické očisťovanie námrazku: • oklepávanie vodičov, • odstránenie námrazku elektrickým vibrátorom, • stieranie námrazku, atď., Sú to prácne a zdĺhavé spôsoby, ktoré sú dnes ťažko predstaviteľné. Sú fyzicky náročné a často dochádza pri nich k poškodeniu vedenia a tým k prerušeniu dodávky elektrickej energie. Veľmi účinnou a technicky vhodnou metódou je vyhrievanie vodičov elektrickým prúdom, buď pri prerušenej prevádzke alebo pri neprerušenej prevádzke. Pri prerušenej prevádzke napájame skratované vedenie jednosmerným alebo striedavým prúdom zo samostatného zdroja. Pri neprerušenej prevádzke odtavovanie námrazkov sa robí prevádzkovým prúdom pri takom radení siete, že sa pri ňom dosiahne zaťaženie, ktoré postačí odtaveniu.

24. Aby námrazky skutočne odpadli, je nutné dosiahnuť oteplenie aspoň o 40 °C nad okolie. Ak zostane vyhrievací prúd pod hodnotou, ktorá môže takéto oteplenie vyvolať, je výsledok vyhrievania neistý. So stúpajúcim prúdom a tým aj oteplením sa doba vyhrievania skracuje. Medza oteplenia s ohľadom na pevnosť vodičov, a to najmä ich spojov, bola stanovená na 130 0C. Aby sa predišlo obtiažnostiam a poruchám, doporučuje sa vyhrievať vedenie ešte pred vážnym narastaním námrazkov. Ak sa udržujú vodiče na teplote +9 °C, zabráni sa ich namŕzaniu. Aby sa vedenie na takejto teplote udržalo, je potrebné opakovať predbežné vyhrievanie po každých 5 až 6 hodinách.

25. Určenie otepľovacieho prúdu v závislosti od teploty  a rýchlosti vetra v pre laná AlFepodľa Spadernu,kde  je teplota v stupňoch pod nulou. Príklad: Určite otepľovací prúd, ktorým sa predbežne zabráni tvoreniu námrazkov na vodiči AlFe 185/31 pri teplote okolia -5 °C a rýchlosti vetra v = 10 km·h-1.

26. Vyhrievanie vedenia jednosmerným prúdom • výhodné u vedení s veľkým prierezom vodičov (s malým aktívnym a veľkou induktívnou reaktanciou), • jednosmerný prúd, na rozdiel od striedavého nepotrebuje výkon na nabíjanie vedenia, nevytvára magnetické pole v okolí vodiča, a preto zdroj odtavovania má menší výkon a napätie. Realizuje sa nasledujúcimi metódami: • trojfázový skrat (tri fázy – zem), • jednofázový skrat (fáza – zem alebo postupné spojenie troch fáz – zem), • dvojfázový skrat (fáza – fáza alebo fáza – dve fázy).

27. Metóda trojfázového skratu Stanica jednosmerného prúdu (SJP) zohrieva všetky tri fázy súčasne. Napája vodiče na jednom konci uvažovaného vedenia, pričom na druhom konci vedenia sú vodiče spojené a uzemnené. Prednosť tejto metódy – odtavovanie sa robí súčasne na troch fázach. Pre túto schému odtavovania je nevyhnutné mať dva dobré zemniče (na začiatku a konci úseku).

28. Metóda jednofázového skratu je znázornená na schéme odtavovania námrazkov na jednopólovej sieti odpojenej od systému. Jeden pól stanice sa pripojí na jednu fázu vodiča, ale druhý pól je uzemnený. Stanica jednosmerného prúdu zohrieva jednu fázu odpojenej siete. Po odtavení námrazkov z tejto fázy zohrieva sa druhá fáza a potom tretia. Čas trvania odtavovania je trikrát dlhší, ako pri schéme trojfázového skratu. Pri jednofázovom skrate je taktiež nevyhnutné mať dobré zemniče.

29. Metóda dvojfázového skratu - s využitím tretej fázy vo funkcii spätného vodiča, alebo metódou dvojfázového skratu s využitím dvoch druhých fáz vo funkcii spätného vodiča. Po odtavení námrazkov z týchto fáz sa zahrieva tretia fáza. Prúd tečie treťou fázou a vracia sa jednou alebo dvomi fázami už oslobodených od námrazkov. Prednosť tejto metódy odtavovania námrazkov je to, že nepotrebuje dobré zemniče. Napätie usmerňujúcej stanice sa zvyšuje na dvojnásobok. Čas odtavovania námrazkov podľa týchto schém je menší, ako podľa schémy jednofázového skratu, ale väčší, ako podľa schémy trojfázového skratu.

30. Odtavovanie námrazkov prúdom nakrátko • odtavovanie metódou prúdu nakrátko, ktoré neberie do úvahy ohrev vodiča, • odtavovanie metódou prúdu nakrátko, pri ktorej nesmie byť prekročená dovolená tepelná a dynamická stabilita, • metódy odtavovania vyhrievaním vedenia prevádzkovým prúdom.

31. Odtavovanie metódou prúdu nakrátko, ktoré neberie do úvahy ohrev vodiča Prednosť metódy – čas odtavovania pre spotrebiteľov elektrickej energie je minimálny, námrazky sa odtavujú prúdmi vysokej hodnoty, t. j. vynútené zohriatie vodičov, obalených námrazkami, trvá niekoľko sekúnd. Všetko vylučované teplo ide na odtavovanie a niet strát. Čas odtavovania námrazkov: 5 s. Dlhotrvajúce trojfázové skraty, zvlášť blízko prípojníc, môžu vyvolávať narušenie paralelnej spolupráce jednotlivých elektrických staníc, najmä pri napájaní z dvoch strán a odpojení spotrebiteľov. Táto metóda môže nájsť použitie len pri výskyte námrazových zaťažení na hlavných úsekoch pri existencii dostatočnej rezervy výkonu v systéme.

32. Odtavovanie metódou prúdu nakrátko, pri ktorej nesmie byť prekročená dovolená tepelná a dynamická stabilita Odtavovanie námrazy v čase niekoľkých sekúnd priamym skratovým prúdom, ktorý niekoľkonásobne prevyšuje prevádzkový prúd. Spôsob je vhodný pre hlavné vedenie a musí sa pri ňom kontrolovať tak tepelná stabilita zariadenia, aby sa nikde neprekročilo prípustné oteplenie, ako aj dynamická stabilita celého systému. Dovolený čas pretekania prúdu (s), kde

33. Vzťah pre definovanie dovolenej hodnoty prúdu, ktorý by nespôsobil zohriatie vyššie ako dovoľuje norma podľa Burgsdorfa: kde 1 je teplota zohriateho vodiča (°C), 2– teplota okolitého prostredia (°C), d – priemer vodiča (cm), – koeficient sálania pre Al vodiče = 0,11; pre Cu vodiče = 0,6, v– rýchlosť vetra (m·s-1), I– prúd odtavovania (A), r 2 – odpor vodiča na 1 m dĺžky pri 2 °C (Ω·m-1),  – teplotný koeficient odporu (K-1).  nutnosť brať do úvahy aj poveternostné podmienky, z ktorých sa uvažujú teplota okolia a rýchlosť vetra.

34. Metódy odtavovania vyhrievaním vedenia prevádzkovým prúdom Prednostne je snaha (aj sa vykonáva) vykonávať vyhrievanie prevádzkovým prúdom. Postup je celkom individuálny a závislý na možnostiach prepojenia a napájania siete. Pomerne ľahko sa dosiahne potrebného vyhrievacieho prúdu u menších prierezov. Predpokladom je samozrejme možnosť kruhového napájania a dosiahnutie odpovedajúcej záťaže. Pri realizácii tejto metódy dochádza k značným úbytkom napätia. Je celý rad metód a zapojení, ktorými môžeme dosiahnuť potrebný vyhrievací prúd.

35. Rýchle očistenie vodičov od námrazy: menšie náklady a menšia námaha, ako keď sa námraza nechá narásť do nebezpečných rozmerov. Prerušenia dodávky spôsobuje aj samotné odstraňovanie veľkých námraz, nakoľko môže dôjsť k preskokom medzi fázovými vodičmi pri odpadávaní námrazy v dôsledku vyšvihnutia vodiča. Preto je nutné poznať priebeh narastania námrazy a vedieť odhadnúť okamih, kedy jej odstraňovanie neprináša riziká prerušenia dodávky. Montujú sa snímače priehybu na každom rozpätí, na ktorom je pravdepodobnosť omrznutia, GPRS prenos Prevádzkové meteorologické stanice – kompaktné zariadenia na monitorovanie a spracovanie meteorologických dát. Namerané údaje stanica vyhodnocuje, archivuje a poskytuje nadriadenému systému. V prípade potreby je schopná vysielať alarmy pri prekročení nastavených parametrov sledovaných veličín. So stanicou je možné komunikovať buď vzdialene pomocou servisu pre mobilné dáta GPRS alebo pripojením PC v mieste stanice cez Ethernet.