Mechanika vedení

1. Mechanika vedení Literatúra: Otčenášová, A.: Mechanika vonkajších silových vedení, ŽU v Žiline, EDIS, 2010 Varga, L.: Vonkajšie vedenia, návody na cvičenia, ES VŠT Košice, 1989 Varga, L. a kol: Výpočet mechanických pomerov vonkajších silových vedení, EVS, FEI TU Košice, 2002 Fecko, Š. a kol.: Vonkajšie elektrické vedenia, Renesans, s.r.o. Bratislava 2010, ISBN 80-89402-35-9 STN 33 3300, 1983: Stavba vonkajších silových vedení, od 1.4.2006 platná len pre napätia do 45 kV STN EN 50341-1(33 3300), 2006: Vonkajšie el. vedenia so striedavým napätím nad 45 kV. Časť 1: Všeobecné požiadavky. Spoločné špecifikácie STN EN 50341-3-22 (33 3300), 2006: Vonkajšie el. vedenia so striedavým napätím nad 45 kV. Časť 3: Národné normatívne aspekty. Oddiel 22: Národné normatívne aspekty pre SR www.kves.uniza.sk Katedra výkonových elektrotechnických systémov doc. Ing. Alena Otčenášová, PhD.

2. Rozvod elektrickej energie Na prenos a rozvod elektrickej energie slúžia normalizované trojfázové napäťové sústavy s frekvenciou 50 Hz a menovitým napätím: vedenia ultra vysokého napätia (nad 800 kV), vedenia zvn – vedenia zvlášť vysokého napätia, od 300 kV do 750 kV(750kV, 400 kV), vedenia vvn – veľmi vysokého napätia, od 45 kV do 300 kV (220 a 110 kV), vedenia vn – vedenia vysokého napätia, od 1 kV do 45 kV (35, 22, 10,6 a 3 kV), vedenia nn – vedenia nízkeho napätia do 1 kV (660, 500, 400 a 230 V). Elektrická energia vyrobená v elektrárňach sa k spotrebiteľom dostáva pomocou elektrických vedení (sietí) a elektrických staníc. Elektrárne (výroba el. energie), siete, elektrické stanice a spotrebiče spolu tvoriaelektrizačnú sústavu. Rozvod elektrickej energie zabezpečuje prenos, premenu, elektroinštaláciu a napájanie elektrickou energiou. Tieto úlohy je možné zabezpečiť: vonkajším vedením ─ vzdušným, káblovým vedením, vnútorným vedením.

3. Rozvoj elektrizácie na území ČR a SR 1. etapa – do roku 1919 – vznik malých obecných elektrární, 2. etapa – 1919 – 1945 – vznik všeužitočných elektrárenských spoločností (1930 – 1. 110 kV vedenie Žilina – Třebovice), 3. etapa – 1945 – 1954 – prechod od miestnych sústav k jednotnej celoštátnej elektrizačnej sústave (výstavba 220 kV vedení), 4. etapa – 1954 – 1963 – ďalší rozvoj ES a začiatky medzinárodnej spolupráce, 5. etapa – 1963 – 1990 – vznik ES CDO (centrálna dispečerská organizácia) so sídlom v Prahe, 6. etapa – po roku 1990 – prechod elektrárenských spoločností od štátnych podnikov na akciové spoločnosti a začlenenie ES Slovenska do UCTE.

4. Podľa významu sa elektrické vedenia delia: Distribučné (rozvodné) vedenies rozvodnými (distribučnými) stanicami, odbočkami a pripojenými odberateľmi, vedenie 110, 22 a 6,3 kV – zabezpečuje prenášanie elektrickej energie po oblastiach (mestá, dediny) až po napájaciu stanicu (transformovňu). Je realizované ako vonkajšie silové vedenie (AlFe laná) alebo káblové vedenie (CYKY). Závisí to od zložitosti terénu a zasahovania inžinierskych sietí. Distribučná sústava – v transformačnej stanici sa veľmi vysoké napätie 400 a 220 kV transformuje na napätie 110 kV, časť elektrickej energie sa privádza do veľkých podnikov ťažkého priemyslu a do trakčných transformovní zaisťujúcich napájanie elektrifikovaných železničných tratí. Zvyšná časť sa distribuuje k ďalším spotrebiteľom (ľahký priemysel, mestá, obce), kde sa transformuje na napätie 22 kV. K poslednej transformácii na nízke napätie 230 V a 400 V dochádza v samotných podnikoch, obciach a mestských štvrtiach. Do domácností tak prichádza elektrický prúd nízkeho napätia, ktorý rozsvieti žiarovku alebo poháňa elektromotor vysávača.

5. Miestne vedenia– zabezpečujú rozvod vn alebo nn na území mesta alebo obce. Napájacie vedenie (prípojky)–je to vedenie, ktoré odbočuje od miestnehovedenia – verejného rozvodu k odberateľovi. Zabezpečuje napájanie bytového a priemyselného rozvodu napätím 400 V/230 V. Realizované je káblovým vedením (CYKY). Ukážka rozvodu elektrickej energie

6. Prenosové vedenie – zabezpečuje prenášanie veľkých výkonov na veľké vzdialenosti – vvn (400 kV, 220 kV). Je realizované ako vonkajšie silové vedenie pomocou AlFe (hliník, železo) lán. Prenosová (elektrizačná) sústava – diaľkový prenos energie zaisťuje prenosová sieť vedenia veľmi vysokého napätia. Vedenia prepájajú jednotlivé zdroje a transformačné stanice, aby bolo možno operatívne riadiť prenos energie v závislosti od okamžitej spotreby elektrickej energie v rôznych oblastiach i v prípade poruchy na niektorej časti siete. 1995 – naša prenosová sieť prepojená so západoeurópskou sústavou UCTE(Union for the Coordination of the Transmission of Electricity), prepojených29 operátorov z 24 krajín Európy), 1.7.2009 – Združenie európskej siete prevádzkovateľov prenosových sústav - ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity), združenie 41operátorov z 34 krajín Európy.

10. Podľa uloženia vodičov sa elektrické vedenia delia: • na vonkajšie vedenia – sú vedenia postavené nad zemou, mimo budov, môžu byť holé, alebo izolované, • káblové vedenia – sú to vodiče úplne izolované a príslušne chránené, obyčajne uložené v zemi v káblových kanáloch, alebo na podperách nad zemou, • vnútorné vedenia– sú to inštalácie v budovách a v prevádzkach, obyčajne s izolovanými vodičmi pod omietkou alebo na omietke. Podľa počtu vedení na jednej podpere na: • jednoduché, • dvojité, • viacnásobné.

11. HLAVNÉ ČASTI VONKAJŠIEHO SILOVÉHO VEDENIA • stožiar, • základy, • uzemnenia, • vodiče, • izolátory, • uzemňovacie laná. • Stožiar– nosná konštrukcia, na ktorej sú umiestnené vodiče. Časti stožiara: základ, driek, hlava, most, priečky, konzoly, vzpery, zakotvenie. Výška stožiara – dĺžka stožiara vrátane časti v zemi až po zemniace lano. Výška závisí od usporiadania vodičov na hlave stožiara, od priehybu vodičov, od dĺžky izolátorových reťazcov a od výšky zemného lana nad vodičmi.

12. Typy stožiarov: • N – nosné, • R – rohové, • V – výstužné (aspoň každé 3 km vedenia), • odbočné, • Ko – koncové, • Rz – rozvodné, • K – križovatkové.

13. Vodiče • Ako vodiče pre vonkajšie silové vedenia sa používajú: • drôty, • laná, • závesné káble. • Lanású výhodnejšie ako drôty. Sú ohybnejšie a bezpečnejšie. • Lano má rovnomernú konštrukciu jednotlivých tenších drôtov. • Pri drôtoch jediná materiálová chyba znehodnotí celý vodič. • Materiál, ktorý sa na vodiče používa: tvrdá meď, polotvrdá meď, mäkká vyžíhaná meď, hliník, zliatiny hliníka. • SR: AlFe laná – hliníkové lano s oceľovou dušou.

14. Izolátory– pre bezpečný chod siete vn a vvn veľmi dôležité • – zabezpečujú odizolovanie vodičov od kovovej konštrukcie stožiara, • – pre napätie 110 kV a viac musia mať ochranné armatúry. • Materiál – keramika (porcelán), ušľachtilé sklo a umelé hmoty (epoxid, silikón, EVA materiál – tzv. kompozitné izolátory). • Tvary a druhy: • podperné – musia vydržať 2,5-násobok sily vyvodenej ťahom vodiča. Používajú sa väčšinou do 35 kV. Sú lacné, majú ľahkú montáž, môžu sa používať nižšie stožiare, izolátory možno upevniť pomocou hákov, • závesné – musia vydržať trojnásobok najväčšieho ťahu vodiča. Používajú sa pre vedenia s napätím 22 kV a viac. Dajú sa ľahko skladať na reťazce a pridaním ďalšieho článku – taniera možno zvýšiť ich izolačnú pevnosť. Pri poškodení sa vymení len konkrétny tanier. Nevýhoda – sú menej odolné voči prierazu, a preto sú v znečistených oblastiach (priemyselné) veľmi poruchové. • Sú tam časté preskoky.

15. Poveternostné vplyvy na vodiče Pri navrhovaní a výpočte vodičov nás zaujíma: maximálna a minimálna teplota – vplyvom teploty sa mení namáhanie vo vodiči a priehyb vodiča. Pri vyšších teplotách sa zmenšuje pevnosť materiálu, preto pre návrh vedení musíme poznať maximálnu a minimálnu hodnotu teploty daného terénu, vietor– jeho vznik je spôsobený nerovnomerným zahrievaním zemského povrchu a nadzemných vrstiev vzduchu. Pri pôsobení vetra je rozhodujúci tlak vetra na kolmú plochu vodiča, námraza – na zavesený vodič pôsobia rozličné prídavné zaťaženia, ako napr. námraza. Pre vznik námrazy je potrebný teplotný zvrat (inverzia). Znamená to, že je teplejšie vo vyšších polohách a chladnejšie v nižších polohách. Pre zabezpečenie prevádzky je najdôležitejšia hmotnosť námrazy. Námraza spôsobí previs vodiča a po jej náhlom opadnutí (prechodom prúdu sa vodič zahrieva) dochádza k prudkému rozkmitaniu vodiča, búrky, súčasné pôsobenie javov: teplota + vietor, teplota + námraza, teplota + vietor + námraza, teplota + búrka.

16. Základné údaje prenosovej sústavy Vonkajšie elektrické vedenia – dĺžky vedení - počet stožiarov

18. NÁVRH VONKAJŠÍCH SILOVÝCH VEDENÍNÁZVOSLOVIE A TRIEDENIE PRE ELEKTRICKÝ ROZVOD Základné pojmy pre vedenia

19. Vonkajšie silové vedenie (VSV) – zariadenie na prenos elektrickej energie postavené nad zemou (s výnimkou základov a uzemnenia) mimo budov a bez ochranného obloženia. Oznamovacie vedenia – vedenia určené na prenos informácií akéhokoľvek druhu elektrickou cestou. Námraza – všetky druhy námrazovej vrstvy, ako mráz, inovať, sneh, poľadovica a pod., ktoré pôsobia ako prídavné zaťaženia na vodič a ostatné časti VSV. Námrazok – hmotnosť námrazovej vrstvy na 1 m vodiča, udáva sa v kgm–1. Pole– časť VSV medzi dvoma susednými podperami. Rozpätie poľa – vodorovná vzdialenosť azávesných bodov vodiča. Priehyb vodiča – vzdialenosť f medzi spojnicou závesných bodov vodiča a vodičom. Kotevný úsek – časť vonkajšieho vedenia medzi dvoma najbližšími kotevnými stožiarmi, t. j. stožiarmi, na ktorých je vodič upevnený pomocou kotevného izolátorového závesu.

20. Výstužný úsek – časť VSV medzi dvoma najbližšími výstužnými (príp. rohovými výstužnými alebo odbočnými) stožiarmi, ktoré vyhovujú podmienkam pre výstužné (rohové výstužné, odbočné) stožiare. Bežná trať, bežná trasa – časť vedenia bez špeciálnych úsekov (napr. križovatiek). Križovatka – priestor, v ktorom sa VSV nachádza nad alebo pod križovaným objektom. Pole križovatky – pole VSV, v ktorom sa nachádza aspoň jeden križovaný objekt. Križovatkový úsek – časť VSV medzi dvoma najbližšími kotevnými stožiarmi okrem vložených stožiarov, ktoré obsahujú aspoň jedno pole križovatky. Vložený stožiar – nosný alebo rohový kotevný stožiar v križovatkovom úseku. Súbeh – priblíženie VSV alebo viacerých VSV k trase iných vedení, pri ktorom môžu pôsobením VSV vzniknúť v týchto vedeniach nebezpečné alebo rušivé vplyvy.

21. Podpery, podperný bod – všeobecný názov konštrukcie, ktorá nesie vodiče VSV, napr. stožiar, konzola, hák a pod. Stožiar – konštrukcia, ktorá nesie vodič a zemné lano s výstrojom;  drevený, železobetónový, oceľový, zo zliatin hliníka a pod. Armatúry – kovové prvky izolačného zariadenia: - spojovacie, ktoré slúžia na trvalý alebo prechodný prenos síl, prípadne na udržanie vzdialenosti medzi paralelnými izolátorovými reťazcami, - ochranné, ovplyvňujúce elektrický oblúk, ktorý vznikne pri skrate na izolačnom závese tak, aby sa čo najviac zabránilo jeho škodlivým účinkom. Nosný izolátorový záves – izolátorový záves, na ktorom vodiče nie sú zakotvené, možno ho použiť v priamej i zalomenej trati. Izolátorové reťazce v zostave nosných izolátorových závesov sú usporiadané spravidla zvislo alebo šikmo. Kotevný izolátorový záves – izolátorový záves, na ktorom sú vodiče ukotvené a zachycujú jednostranný ťah vodičov. Izolátorové reťazce v zostave kotevných izolátorových závesov sú usporiadané spravidla vodorovne alebo šikmo.

22. Vodiče – všeobecne všetky laná a drôty na podperných bodoch VSV, ako napr. fázové vodiče, uzemňovacie laná, ochranné laná, vodiče energetických oznamovacích vedení, miestneho rozhlasu; v užšom význame len vodiče fázové. Závesný kábel – kábel zavesený na nosné lano pomocou páskových príchytiek alebo samostatný kábel, kde nosné lano tvorí s káblom jeden konštrukčný celok. Zväzkový vodič – sústava dvoch alebo viacerých mechanicky a elektricky paralelne spojených jednoduchých lán, pričom konštantná vzdialenosť medzi jednotlivými lanami, ktoré tvoria zväzok, je vytvorená pravidelne rozmiestnenými rozperkami. Základ– súčasť podperného bodu, ktorý prenáša sily pôsobiace na stožiar do zeme. Súčasti drevených stožiarov – drevený stĺp, priečka, podvaly, svorník, bočná konzola, horná konzola. Súčasti oceľových stožiarov – rohový uholník, priečka kolmá alebo šikmá na rohový uholník, styková doska, rám horný a dolný, uzemňovacia príchytka a pod.

23. Izolátorový reťazec – niekoľko závesných izolátorov (článkov) spojených za sebou; podľa počtu spojených článkov je reťazec dvojčlánkový, trojčlánkový, atď. Izolačný záves – izolačné zariadenie používajúce izolátory, resp. izolátorové reťazce; podľa počtu izolátorových reťazcov je izolačný záves jednoduchý, dvojitý, atď. Uzemňovacie lano – lano upevnené na najvyššom mieste stožiara na ochranu VSV pred účinkami blesku a spojené priamo alebo cez iskrište na viacerých miestach so zemou. Výbehové lano – uzemňovacie lano, ktoré vybieha od rozvodne na vedenie do určitej vzdialenosti; chráni vedenie pred priamym zásahom blesku do vodičov v blízkosti rozvodne.