TEHNO-EKONOMSKA ANALIZA UPOTREBE BENTONITA U UZEMLJIVAČKOM SISTEMU 110 kV STUBA

1. UNIVERZITET CRNE GORE ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET Vučinić Aleksandar, dipl. ing. TEHNO-EKONOMSKA ANALIZA UPOTREBE BENTONITA U UZEMLJIVAČKOM SISTEMU 110 kV STUBA - I savjetovanje CG KO CIGRE - Miločer, oktobar 2009.

2. Primjenjena metoda koja precizno određuje teorijsku vrijedost otpora uzemljivača dalekovodnih stubova • U proračunima uzet u obzir prelazni otpor sa uzemljivača na okolno tlo • Izračunati troškovi realizacije uzemljivača i pri tome obuhvaćeni svi faktori koji utiču na formiranje njegove cijene • Izvršena komparativna analiza dobijenih rezultata i dati predlozi za najekonomičniju realizaciju uzemljivača u određenim uslovima, kao i tehničke karakteristike tako realizovanog uzemljivača.

3. UZEMLJIVAČ – jedan ili više provodnika položenih u tlo koji su sa njim u neposrednom kontaktu, ili jedan ili više provodnika koji su položeni u beton koji je po velikoj površini u dodiru sa tlom. Zaštitna Namjena uzemljivača Pogonska Gromobranska Namjena uzemljivača dalekovodnih stubova je odvođenje u tlo struja atmosferskih pražnjenja i zaštita ljudi i opreme pri tim pražnjenjima. Smanjivanjem vrijednosti otpora uzemljenja smanjuje se vjerovatnoća pojave prenapona određene vrijednosti na izolaciji, odnosno smanjuje se rizik preskoka na izolaciji, tj. redukuju se prekidi u prenosnim mrežama izazvani atmosferskim pražnjenjima.

4. Svako uzemljenje ima svoj otpor koji se sastoji od pet sastavnih otpora i to: • Otpora spoja • Sopstvenog otpora provodnika za uzemljenje mogu se zanemariti • Otpora samog uzemljivača • Prelaznog otpora sa uzemljivača na zemlju (kontaktni otpor) - obuhvata otpor između uzemljivača i okolne zemlje kao i otpor između stalne zemlje (nedirnute, pri kopanju rova za uzemljivač) i dijela zemlje koja je kopana. • Otpora rasprostiranja zemlje - zavisi od vrste zemlje i načina polaganja uzemljivača. Njegov uticaj je najveći na konačnu vrijednost otpora uzemljenja, pa se u proračunima najčešće on uzima kao otpor uzemljenja.

5. Na vrijednost otpora rasprostiranja uzemljenja utiču: • Dimenzije uzemljivača • Oblik uzemljivača • Svojstva zemlje u kojoj se postavlja uzemljivač • Vlažnost zemlje (tla) • Slanost zemlje • Temperatura zemlje • Geološki sastav zemlje • Stanje podzemnih voda i sadržaj rastvorljivih materija • Zbijenost zemlje Jedan od metoda za smanjenje specifične otpornosti zemlje jeste umetanje zemlje sa boljom provodnošću.Kao pokrivka uzemljivačkog sistema koristi se najčešće zemljišta sa specifičnim otporom manjim od 100 Ωm, kao što su: glina, ilovača, bentonit itd.

6. Bentonit • Osobine: • Ima malu specifičnu otpornost, • Dobro absorbuje i zadržava vodu i u takvom stanju prijanja za svaku površinu sa kojom dođe u dodir, • U kontaktu sa vodom povećava svoju zapreminu (i do 13 puta), • Odlično prijanja za uzemljivačku traku sa jedne strane, a sa druge za okolno tlo i smanjuje prelaznu otpornost sa uzemljivača na zemlju. • Nema korozivno dejstvo na materijale od kojih su izgrađeni uzemljivački sistemi. • Bentonit se kao pokrivka uzemljivačkih sistema može koristi u dva oblika : • Prah bentonita- pakuje se u vrećama, lako se transportuje do mjesta izgradnje uzemljivača, posipa se oko uzemljivačke trake a svoja puna svojstva dobija tek nakon kontakta sa vodom. U većini slučajeva ta voda se obezbjeđuje iz atmosferskih padavina. • Suspenzija bentonita - već ranije pripremljena smješa bentonita kojoj nije potrebno dodavanje vode da bi imala punu efikasnost. Pakuje se u buradima i to joj je mana jer iziskuje velike troškovo transporta, a naročito ukoliko se uzemljivač realizuje u teško pristupačnom terenu.

7. Legenda: 1 – pocinkovana čelična traka, 2 – cigla na kojoj se oslanja traka dok se ne ulije suspenzija bentonita, 3 – suspenzijabentonita, 4 – iskopana zemlja. Slika 1. Instalacija uzemljivačke trake u suspenziji bentonita

8. MODEL SLOŽENOG UZEMLJIVAČA Kao osnova za razvijanje matematičkog modela poslužili su oblici tipskih uzemljivača dalekovodnih stubova koje primjenjuje Elektroprivreda Crne Gore. Slika 2. Izgled standardnog uzemljivača postavljenog oko jedne stope 110 kV dalekovodnog stuba

9. Matematički model je razvijen za sljedeće oblike uzemljivača. Slika 3. Uzemljivač tipa A1 Slika 4. Uzemljivač tipa B1 Slika 5. Uzemljivač tipa C1 Slika 6. Uzemljivač tipa D1 Slika 7. Uzemljivač tipa D2

10. Zbog nesimetrično raspoređenih elemenata uzemljivača za proračun otpora rasprostiranja koristi se matrični metod koji se zasniva na metodu srednjeg potencijala.Ovaj metod uvažava sopstvene i međusobne otpornosti svih elemenata uzemljivača, za ma koji položaj elemenata uzemljivača. Teorijska vrijednost otpora rasprostiranja složenog uzemljivača, koristeći matrični metod, računa se na osnovu relacije: (1) - kvadratna matrica čiji su elementi sopstveni i međusobni otpori elemenatauzemljivača uz obuhvatanje uticaja likova

11. Otpor rasprostiranja uzemljivača koji ima konvencionalnu pokrivku osciluje tokom vremena jer u velikoj mjeri zavisi od količine vlage u okolnom tlu. • Otpor rasprostiranja uzemljivača koji ima pokrivku od bentonita praktično ne mijenja svoju vrijednost tokom vremena. Slika 8. Promjena otpora rasprostiranja za slučaj kamenitog tla • Prah bentonita absorbuje vodu iz atmosferskih padavina, vrši ekspanziju i kroz nekoliko mjeseci nakon instalacije posjeduje sve osobine koje karakterišu suspenziju bentonita. • Upotrebom bentonita prelazni otpor se može smanjiti. Slika 9. Promjena otpora rasprostiranja za slučaj pjeskovitog tla

12. Odnos teorijski sračunate vrijednosti otpora rasprostiranja i eksperimentalnoizmjerene vrijednosti otpora rasprostiranja istog tog uzemljivača mijenja zavisno od klimatskih uslova, vrste tla i upotrijebljene pokrivke. Pri računanju otpora uvažen je i prelazni otpor sa uzemljivača na zemlju čime je omogućeno da proračunata teorijska vrijednost otpora rasprostiranja bude približna rezultatima dobijenim mjerenjem otpora na terenu. Korekcioni koeficijentipokazuju koliko je puta stvarni otpor rasprostiranja veći od teorijski dobijenog otpora usljed prelaznog otpora sa uzemljivača na okolno tlo (kC= 2.44, ks=1.12, kP= 1.49). Mjerena vrijednost otpora rasprostranja Korekcioni koeficijent = Teorijska vrijednost otpora rasprostranja • Korekcioni koeficijentisu formirani na osnovu eksperimentalnih rezultata dobijenih trogodišnjim mjerenjima na terenu. • Favorizuju upotrebu konvencionalne pokrivke. • Upotreba bentonita postići će ekonomičnije rezultate nego što će ih sprovedena analiza pokazati.

13. Teorijska vrijednosti ukupnog otpora rasprostiranja složenog uzemljivača Rekv Teorijska vrijednosti ukupnog otpora rasprostiranja gornjih kontura uzemljivača R1ekv Teorijska vrijednosti ukupnog otpora rasprostiranja donjih kontura uzemljivača R2ekv Međusobni uticaj gornjih i donjih kontura zavisi samo od geometrije uzemljivača. (2) Stvarni otpor rasprostiranja uzemljivača R računa se preko relacije: (3) gdje su otprori R1 i R2 dobijeni množenjem teorijski dobijenih otpora R1ekv i R2ekvsa koeficijentima kC, kSili kP, zavisno od toga da li je upotrijebljena konvencionalna pokrivka, pokrivka od suspenzije ili praha bentonita.

14. TROŠKOVI REALIZACIJE UZEMLJIVAČA U slučaju da je neki uzemljivački sistem moguće realizovati na više načina, pri čemu svaki od tih načina zadovoljava zahtjevane vrijednosti otpora rasprostiranja, realizuje se onaj koji je ekonomski najisplativiji. Cijena praha bentonita Cijena suspenzije bentonita Cijena uzemljivačke Fe/Zn 30x4 mm2 trake Cijena razvlačenja i polaganja uzemljivačke trake Cijena ukrsnog komada Izrada spojeva Fe/Zn trake ukrsnim komadima • TROŠKOVI MATERIJALA Troškovi angažovanja prevoznog sredstva i ljudi za transport materijala do mjesta izgradnje uzemljivačkog sistema. Analiza je bazirana za slučajeve kada nije potreban ručni prenos materijala i kada jeste i to na udaljenosti od 50 m i 100 m. • TROŠKOVI TRANSPORTA • TROŠKOVI ZEMLJANIH RADOVA

15. Troškovi iskopa i zatrpavanja, mašinskim putem, kanala širine 0,4 m i dubine 0,8 m u koji se polaže uzemljivačka traka. • TROŠKOVI ZEMLJANIH RADOVA Tabela 1. Cijena iskopa kanala presjeka 0,4 x 0,8 m2 zavisno od kategorije tla

16. ANALIZA REZULTATA Razmatran je složeni uzemljivački sistem prikazan na slici 10koji je postavljen u homogenom tlu i sa kojim je potrebno postići otpor rasprostiranja manji od 10 Ω. • Kod razmatranog uzemljivačkog sistema vršene su promjene sljedećih parametara: • vrste pokrivke uzemljivačkog sistema, • specifične otpornosti tla(od 50 Ωm do 3000 Ωm), • kategorije tla u kojoj se postavlja uzemljivačka • traka(sedam kategorija tla), • udaljenosti na kojoj se vrši transport materijala, Slika 10. Uzemljivački sistem sa četiri kraka

17. Ulazni parametri na osnovu kojih je vršen proračun su: • dužina stranice uzemljivačke konture postavljena na manjoj dubini oko stope stuba a1= 2 m, • dužina stranice uzemljivačke konture postavljena na većoj dubini oko stope stuba a2= 2,7 m, • dubina ukopavanja gornjih uzemljivačkih kontura h1= 0,8 m, • dubina ukopavanja donjih uzemljivačkih kontura h2= 2,5 m, • koeficijenti uvažavanja prelaznog otpora zavisno od pokrivke: kc= 2,44, kp= 1,49, ks= 1,12.

19. Kategorija tla IV Slika 13. Promjena troškova realizacije uzemljivаča u funkciji specifičnog otpra tla u slučaju ručnog prenosa materijala na udaljenost od 100 m Slika 12. Promjena troškova realizacije uzemljivаča u funkciji specifičnog otpra tla u slučaju ručnog prenosa materijala na udaljenost od 50 m Slika 11. Promjena troškova realizacije uzemljivаča u funkciji specifičnog otpra tla u slučaju da nema ručnog prenosa materijala

20. I II III IV V VI VII Slika 14. Preporuke za pokrivku uzemljivača zavisno od kategorije tla i njene specifične otpornosti u slučaju kada nije potreban ručni prenos materijala

21. I II III IV V VI VII Slika 15. Preporuke za pokrivku uzemljivača zavisno od kategorije tla i njene specifične otpornosti u slučaju kada je potreban ručni prenos materijala na udaljenost od 50 m

22. I II III IV V VI VII Slika 16. Preporuke za pokrivku uzemljivača zavisno od kategorije tla i njene specifične otpornosti u slučaju kada je potreban ručni prenos materijala na udaljenost od 100 m

23. ZAKLJUČAK U ovom radu izvršena je tehno-ekonomska analiza upotrebe bentonita u sistemima uzemljenja 110 kV dalekovodnih stubova. • Za dobijanje otpora rasprostiranja kompleksnog uzemljivača primjenjena je veoma precizna metoda koja je prezentirana preko matematičkog modela složenog uzemljivača. • U proračunima je uvažen prelazni otpora (koji se oslanja na rezultate dobijane eksperimentalnim putem) između tla i uzemljivačkih traka prilikom računanja otpora složenog uzemljivača.

24. Izvršen je proračun otpornosti rasprostiranja uzemljivačkog sistema kao i izračunata cijena njegove realizacije u homogenom tlu, a pri tom su u proračune uključeni skoro svi parametari koji utiču na otpor i na troškove realizacije uzemljivača. • Pružena je mogućnost izbora najekonomičnije realizacije uzemljivačkog sistema za različite kategorije tla pri različitim specifičnim otpornostima tla. • Prikazan je pozitivan efekat upotrebe bentonita kao pokrivke u smanjivanju otpornosti rasprostiranja uzemljivačkog sistema.

25. HVALA NA PAŽNJI !!!