MEХАНИЧКИ ПРОРАЧУН НАДЗЕМНИХ ВОДОВА ЕЛЕМЕНТИ ЕЕС-а MEХАНИЧКИ ПРОРАЧУН НАДЗЕМНИХ ВОДОВА

Uvod Nadzemni vod je sredstvo koje omogućava prenos snage pri visokom naponu na velika rastojanja. Nadzemni vodovi dominantno sačinjavaju distributivne i prenosne mreže EES-a. Pouzdanost EES-a zavisi od pouzdanosti veza u njemu U fazi projektovanja potrebno je što bolje sagledati realne uslove eksploatacije. U mehaničkom pogledu na sigurnost voda dominantno utiču mehanička naprezanja koja potiču od sopstvene težine provodnika, dodatnog opterećenja usled leda i vetra, kao i promene temperature provodnika.

Elementi nadzemnog voda Nadzemni vod sastoji se od: provodnika, izolatora, opreme za pričvršćivanje izolatora za stub i provodnika za izolator (takozvane ovesne opreme) i stubova.

Materijali za izradu provodnika nadzemnih vodova Materijali koji se koriste za izradu provodnika moraju da imaju zadovoljavajuće električne i mehaničke osobine: Bakar (velika specifična provodnost; relativno dobra mehanička čvrstoća, velika specifična težina, visoka cena) Aluminijum (specifična električna provodnost 61% u odnosu na bakar; mala mehanička čvrstoća, mala specifična težina, jeftiniji od bakra) Čelik (loš električni provodnik; velika mehanička čvrstoća, sklon koroziji, velika specifična težina) Bronza (bakar, kalaj), aldrej (aluminijum, magnezijum, silicijum, gvožđe), almelek (aluminijum, silicijum, magnezijum)

Materijali za izradu provodnika nadzemnih vodova (IEC 1089)

Vrste i karakteristike čelika koji se koristi za užad nadzemnih vodova (IEC 1089) S1-normalna zatezna čvrstoća, S2-velika zatezna čvrstoća i S3-ekstra velika zatezna čvrstoća A-normalno pocinkovanje i B-ekstra debelo pocinkovanje

Konstrukcijski oblici provodnika za nadzemne vodove Do poprečnog preseka od 16 mm2 provodnici se izrađuju u vidu jedne žice. Za preseke veće 16 mm2 provodnici se izrađuju u vidu užadi da bi se obezbedila fleksibilnost. Aluminijumski provodnici preseka ispod 16 mm2 ne koriste se za nadzemne vodove. Homogeno uže Kombinovano uže

Primeri homogenih užadi za nadzemne vodove Prednosti homogene bakarne i aliminujumske užadi: Dobre električne osobine; bolje podnosi temperaturne varijacije u odnosu na nehomogenu užad Mane: Loše mehaničke karakteristike

Primeri standardnih nehomogenih užadi za nadzemne vodove

Standardni nazivni preseci za homogenu i kombinovanu užad do preseka 240 mm2 Stvarni preseci mogu malo da odstupaju od nazivnih i dati su u priručnicima i katalozima proizvođača.

Primeri nestandardnih nehomogenih užadi za nadzemne vodove

Specijalno uže Al-Če 45/305 formirano je od 19 elementarnih užadi i šest čeličnih žica prečnika 1,8mm. Elementarna užad sastoje se od jedne aluminijumske žice prečnika 1,73mm i šest čeličnih žica prečnika 1,8mm (slika a i b). Ovo specijalno uže ima veliku čvrstoću i koristise za premošćavanje velikih rastojanja jednim rasponom (rasponi preko 1000m). a) elementarno uže za formiranje specijalnog provodnika Al-Če 45/305; b) konstrukcija specijalnog užeta Al-Če 45/305

Najveći rapon na svetu - Ameralik fjord Naponski nivo: 132 kV Raspon: 5376 m Provodnik : čelik 40 mm

OPGW (Optical Power Ground Wire) užad 1 - Al žica; 2 - alumoveld žica; 4 - cev od nerđajućeg čelika sa optičkim vlaknima ; 5 - optičko vlakno.

STM-16 (2.488 Gb/s), STM-4 (622 Mb/s), STM-1 (155 Mb/s).

Izbor poprečnog preseka faznih provodnika nadzemnog voda Propis: Presek provodnika sa kojim će se izgraditi neki dalekovod mora biti toliki da mu temperatura usled strujnog opterećenja ne pređe 80 0C. Stvarni presek provodnika za neki dalekovod može se odrediti na osnovu kriterijuma: pada napona, gubitaka aktivne snage i ekonomskog. Minimalni preseci provodnika koji se mogu upotrebiti pri izgradnji nadzemnih vodova definisani su propisom i iznose: za bakar 10mm2, za aluminijum i njegove legure 16 mm2 , za kombinovanu užad 16 mm2 i za čelik 16 mm2 .

Izbor poprečnog preseka zaštitnih užadi Termička granica voda Strujno opterećenje dalekovoda koje pri spoljašnjoj temperaturi od 400C zagreje provodnik na 800C naziva se TERMIČKA GRANICA VODA. Izbor poprečnog preseka zaštitnih užadi Presek zaštitnih provodnika bira se tako da struje asimetričnih kvarova ne izazovu njegovo termičko preopterećenje, odnosno da ga ne zagreju na temperaturu veću od 80 0C.

Termička granica za neke standardne provodnike nadzemnog voda Temperturni korekcioni faktor

Nastavljanje provodnika i užadi Propis traži da spojnica mora biti takva da izdrži najmanje 90% sile kidanja provodnika, odnosno užeta: Ako spojnice obezbeđuju 100% silu kidanja provodnika (to su kompresione spojnice) spojevi izvedeni njima ne smatraju se nastavcima.

MEHANIČKI PRORAČUN NADZEMNOG VODA

MEHANIČKI PROJEKAT NADZEMNOG VODA TREBA DA OBEZBEDI: Da u opsegu propisom definisanih normalno mogućih stanja provodnika naprezanje u svim tačkama provodnika ne pređe normalno dozvoljenu vrednost koju deklariše proizvođač provodnika - užeta. Da u opsegu propisom definisanih normalno mogućih stanja provodnika rastojanje bilo koje tačke provodnika od okolnih objekata ili tla ne bude manje od vrednosti koja je propisima definisana. Da u svim eksploatacionim uslovima rastojanje između faznih provodnika, kao i rastojanje između faznih provodnika i uzemljenih delova stuba ne bude manje od propisanog siguronosnog rastojanja koje zavisi od naponskog nivoa dalekovoda i definisano je propisima

Da obezbedi propisan nivo mehaničke sigurnosti provodnika koji zavisi od terena, odnosno objekata preko kojih prelazi vod, odnosno, da obezbedi da u slučaju zadatog izuzetnog dodatnog opterećenja (usled leda ili vetra) naprezanje u provodnicima voda ne pređe izuzetno dozvoljeno naprezanje koje deklariše proizvođač provodnika - užeta. Da obezbedi da svakodnevne male vibracije provodnika, odnosno posledice koje uzrokuju ovakve vibracije na mehaničke karakteristike provodnika, budu u prihvatljivim granicama. Da spreči pojavu galopiranja provodnika

TERMIČKI EKSPLOATACIONI USLOVI ZA PROVODNIK NADZEMNOG VODA Snaga Džulovih gubitaka Snaga apsorpcije sunčevog zračenja Snaga hlađenja zračenjem Snaga hlađenja strujanjem

ZALEĐIVANJE PROVODNIKA Dodatni teret od leda koji je izazvao havariju na DV 110 kV Kraljevac-Makarska

Klimatski uslovi merodavni za proračun dalekovoda Temperatura: Nacionalni propis definiše da se provodnici i zaštitna užad proračunavaju pod pretpostavkom da su: minimalna temperatura provodnika tmin=-20 0C, maksimalna temperatura provodnika tmax=40 0C (?), temperatura pri kojoj se hvata led na provodnike tL=-5 0C. Dodatna specifična težina usled leda: Nacionalni propis definiše minimalnu normalnu dodatnu specifičnu težinu usled leda kao srednju vrednost najvećih vrednosti koje se javljaju u klizećim petogodišnjim periodima, ali ne manju od: -prečnik provodnik; - površina poprečnog preseka provodnika.

Normalna dodatna specifična težina usled leda: Standardne vrednosti koeficijenta leda k Izuzetna dodatna specifična težina usled leda: Definisana je kao srednja vrednost najvećih vrednosti koje se javljaju u klizećim dvadesetogodišnjim periodima, ali ne manja od:

Uticaj vetra na nadzemni vod Pritiska vetra na provodnik nadzemnog voda: v (m/s) - srednja vrednost maksimalnih brzina vetra koje se na posmatranom mestu javljaju u klizećim periodima od 5 godina.

Dodatno opterećenje provodnika usled pritiska vetra: U nekim oblastima vetar može biti kritičniji od leda u pogledu dodatnog opterećenja provodnika, pa je on merodavan za izbor provodnika i proračun izuzetnog dozvoljenog naprezanja! Ako je , onda treba usvojiti

Mehaničko naprezanje provodnika 1.σnd (MPa)-normalno dozvoljeno naprezanje provodnika, odnosno zaštitnog užeta 2. σid (MPa)-izuzetno dozvoljeno naprezanje provodnika, odnosno zaštitnog užeta. 3. σmax rad (MPa)-maksimalno radno naprezanje provodnika, odnosno zaštitnog užeta.

Karakteristične vrednosti naprezanja i ostalih parametara za homogenu i Al-Če užad n-odnos preseka Al/Če Za materijale za koje po propisu nisu date vrednosti za naprezanja uzima se:

Jednačina linije provodnika u jednom rasponu Оsobine lančanice: Pretpostavke: Idealno gipko uže (zanemarljiva otpornost na savijanje) Homogeno opterećeno

Za definisane a, h, γ i σ jednoznačno su određene koordinate tačaka vešanja provodnika u sopstvenom koordinatnom sistemu:

Promena dodatnog i totalnog raspona sa promenom temperture i dodatnog opterećenja provodnika t2<t1

Naprezanje i sile u provodniku Horizontalna komponenta naprezanja provodnika je: Ukupno naprezanje provodnika u nekoj tački (x,y) je: Veza izmedju horizontalne komponente naprezanja i ukupnog naprezanja u provodniku

Odredjivanje znaka vertikalne komponente sile zatezanja u tačkama vešanja kosog raspona Vertikalna komponenta sile zatezanja u višoj tački vešanja jednog raspona je uvek pozitivna Znak vertikalne komponenta sile zatezanja u nižoj tački vešanja jednog raspona se može odrediti na osnovu: Znaka apscisa tačaka vešanja Odnosa stvarnog i dodatnog raspona

Definicija i proračun ugiba provodnika kod proizvoljnog kosog raspona Proračun ugiba kosog raspona: Proračun ugiba pravog raspona:

Približan proračun ugiba kosog raspona bez određivanja ordinata tačaka vešanja

Jednačina promene stanja provodnika -izduženje uslovljeno promenom temperature -izduženje uslovljeno promenom naprezanja.

Jednačina promene stanja provodnika definisana sistemom nelinearnih algebarskih jednačina Zadate (poznate) veličine: Vektor nepoznatih je:

Rešavanje jednačine stanja Njutnovom iterativnom metodom Vektor funkcija je: Vektor nepoznatih u tekućoj iteraciji:

Izbor početnih (referentnih) uslova u jednačini stanja provodnika Moguća referentna (početna) stanja provodnika: 1. 2. Proračun početnih vrednosti za promenljive stanja:

Promena naprezanja u provodniku sa promenom njegove temperature

Uprošćena jednačina stanja provodnika za umerene raspone → Promena dužine provodnika sa promenom temperature i naprezanja:

≈0 Jednačina stanja provodnika za umerene i kose raspone:

Proračun horizontalne komponente naprezanja provodnika (σ) za određeno stanje (t, γ)

Izbor referentnog stanja (t0, γ0, σ0) KRITIČNI RASPON je onaj raspon pri kojem bi naprezanje provodnika na temperaturi t=-200C bez leda i na t = -5 0C sa normalnom dodatnom težinom usled leda bilo jednako.

Izbor referentnog stanja (t0, γ0, σ0) Za izbor referentnog stanja provodnika u rasaponu potrebno je uporediti stvarni raspon a sa proračunatim kritičnim rasponom akr:

Proračun maksimalnog ugiba provodnika u opsegu propisanih mogućih stanja provodnika KRITIČNA TEMPERATURA je ona temperatura provodnika pri kojoj je ugib provodnika, bez dodatnog opterećenja, jednak ugibu provodnika na t = -5 0C koji je opterećen sa normalnom dodatnom težinom usled leda.

Kriterijum za određivanje stanja pri kojem je ugib provodnika maksimalan Maksimalan ugib se može javiti pri t=tmax (bez dodatnog oprerećenja) ili pri t=tL=-50C sa dodatnim opterećenjem usled leda. KRITERIJUM: tk<tmax → maksimalni ugib je pri stanju t=tmax (bez dodatnog oprerećenja) tk>tmax → maksimalni ugib je pri stanju t=tL=-50C sa dodatnim opterećenjem usled leda.

MEHANIČKA SIGURNOST PROVODNIKA Koeficijent mehaničke sigurnosti provodnika: Proračun koeficijenta mehaničke sigurnosti: ili

→ → Po propisu najmanja dozvoljena vrednost koeficijenta mehaničke sigurnosti je mmin=2. m3 - za ukrštanje nadzemnog voda sa telekomunikacionim vodom; m 4 - za ukrštanje nadzemnog voda sa železničkom prugom.

Njamanju mehaničku sigurnost kod nadzemnog voda obično ima stub

GRANIČNI RASPON Granični raspon je onaj raspon pri kome se javlja izuzetno dozvoljeno naprezanje σ=σid pri m puta većoj dodatnoj specifičnoj težini usled leda od normalno dozvoljene dodatne specifične težine.

Provera mehaničke sigurnosti provodnika korišćenjem graničnog raspona → Projektant treba da uporedi svoj najveći TOTALNI raspon at sa graničnim rasponom za upotrebljeni provodnik (nd i id), zahtevani koeficijent mehaničke sigurnosti m i normalnu dodatnu spec. težinu usled leda γnd. Mehanička sigurnost je zadovoljena ako je:

MONTAŽNE KRIVE

PRORAČUN ZATEZNOG POLJA POMOĆU IDEALNOG RASPONA

Promena raspona u zateznom polju pri promeni stanja provodnika

Jenačina stanja provodnika u zateznom polju

PRORAČUN ZATEZNOG POLJA BEZ KORIŠĆENJA IDEALNOG RASPONA

Referetne vrednosti promenljivih u ,,jednačini stanja,,

Rešavanje ,,jednačine stanja,,

Numeričke početne vrednosti promenljivih Problem izbora referentnog stanja!

GRAVITACIONI RASPON Gravitacioni raspon služi za izračunavanje vertikalnih sila koje deluju na stub i sastoji se od delova dva susedna raspona, koji su definisani rastojanjem od stuba do temena linije provodnika.

Proračun tega za kompenzaciju negativne komponente vertikalne sile u nosećem izolatorskom lancu

EKONOMSKI RASPON

EKONOMSKI RASPON Cena dalekovodnog stuba (Cst) zavisi nelinearno od visine: K - konstanta koja zavisi od materijala korišćenog za izradu stuba H - visina stuba.

NORMALAN RASPON Normalan raspon Prevelik raspon Da bi se bar grubo moglo oceniti da li je vod projektovan sa rasponima velike ili normalne dužine, koristi se odnos ugiba i raspona. Normalan raspon Prevelik raspon

MEHANIČKO OSCILOVANJE PROVODNIKA Oscilacije sa malim amplitudama Prinudna učestanost vibracija provodnika usled dejstva vetra je empirijskom formulom: Učestanost n-tog harmonika slobodnih oscilacija provodnika: Problem rezonancije!

Projektantske mere za smanjenje svakodnevnog stresa provodnika (EDS-everyday stress) Izbor maksimalnog radnog naprezanja: Iskustvia Elektroprivrede Srbije:

Upotreba antivibracionih prigušivača

GALOPIRANJE PROVODNIKA Oscilacije sa velikim amplitudama Uzroci pojave galopiranja provodnika: Hvatanje leda uz istovremeno dejstvo vetra Naglo otapanje leda sa provodnika Nepovoljna konfiguraciji terena i vetar Posledice galopiranja provodnika: Prevelika dinamička naprezanja provodnika Kratki spojevi

Suzbijanje galopiranja na postojećim vodovima Međuprovodnički odstojnici:

Tegovi sa torzionom armaturom:

aerodinamički spojleri Promenom aerodinamičkih osobina provodnika: aerodinamički spojleri aerodinamički prigušivači

Sistemi za odleđivanje provodnika: uređaji koji se kreću po provodnicima voda duž trase i toplotom ili mehanički odstranjuju led i sneg. topljenje leda velikom strujom (snagom gubitaka). fazni provodnik se omota žicom od legure sa niskom Kirijevom temperaturom (oko 00C ). sistemi sa strujnim ili naponskim impulsima koji stresaju led sa provodnika

Mehaničko odstranjivanje leda i snega

Impulsno elektromagnetno stresanje leda i snaga sa provodnika

Projektantske metode za suzbijanje galopiranja na novim vodovima Primena odstojnih obručeva kod provodnika u snopu Primena specijalnih tipova provodnika: - dvostruko uvijeni provodnik - provodnik ovalnog preseka. Primena specijalne ovesne opreme

GALOPIRANJE PROVODNIKA https://www.youtube.com/watch?v=C8wCAbuSzUE

OSCILOVANJE PROVODNIKA U SNOPU

RASPORED PROVODNIKA I ZAŠTITNE UŽADI U GLAVI STUBA U svim pogonskim uslovima udaljenost između delova voda pod naponom od uzemljenih delova voda i stuba mora biti veća ili jednaka sigurnosnom razmaku:

Proračun maksimalnog otklona izolatora na nosećem stubu usled dejstva vetra

Proracun tega za smanjenje otklona nosećeg izolatorskog lanca usled pritiska vetra na provodnik

Otklon nosećeg izolatorskog lanca na ugaono-nosećim stubovima Maksimalna sila provodnika na izolator:

Jednačina ravnoteže momenata sila:

Proracun tega za smanjenje otklona nosećeg izolatorskog lanca na ugaono-zateznim stubovima

Proračun potrebnih rastojanja između provodnika u sredini raspona Razmaci u sredini raspona između provodnika pri asinhronom njihanju ne smeju biti manji od sigurnosnog razmaka.

Vrednosti koeficijenta k

Proračun ugla otklona provodnika na sredini raspona usled pritiska vetra

Razmak između faznih provodnika ili provodnika i zaštitnog užeta kod niskonaponskih vodova

ZAŠTITNA ZONA ZAŠTITNE UŽADI Fazni provodnici se moraju nalaziti u granicama zaštitne zone duž svih raspona i na svim temperaturama od 00C do +400C u uslovima bez vetra.

Fiksiranje zaštitnog užeta za stub

IZOLATORI

Kapasti izolatori

Silikonski štapni izolatori

Potporni izolatori

Mehaničko dimenzionisanje izolatora Za izolatore na nosećim stubovima mora biti zadovoljeno Za izolatore na zateznim stubovima mora biti zadovoljeno

Za izolatore na nosećim stubovima mora biti zadovoljeno Za izolatore na zateznim stubovima mora biti zadovoljeno

Električno dimenzionisanje izolatora

Stadndardni udarni naponski talas

Pri električnom dimenzionisanju izolatora treba voditi računa o stepenu zagađenosti atmosfere što je čest slučaj u okolini većih industrijskih centara.

Mehaničko i električno ojačavanje izolatora za nadzemne vodove

Mehanički i električno ojačan 110 kV zatezni izolatorski lanac

OPREMA ZA VEZIVANJE IZOLATORA ZA STUB I PROVODNIKA ZA IZOLATOR

Zatezni 35 kV izolatorski lanci

STUBOVI ZA NADZEMNE VODOVE

Podela stubova Prema obliku Prema materijalu od kojeg su napravljeni Prema funkciji Prema mestu ugradnje

Označavanje stubova

Noseći stub

Zatezni stub

Prikazivanje stuba u projektima

ODREĐIVANJE VISINE STUBA Visine stubova nadzemnog voda moraju obezbediti da pri maksimalnim ugibima minimalno vertikalno rastojanje provodnika od tla ili objekta preko koga vod prelazi bude jednako ili veće od SIGURNOSNE VISINE

Rezerva sigurnosne visine (projektantska rezerva u ugibu), prema iskustvima "Elektroistoka" za vodove 110kV: min 1,8m, za vodove 220kV: min 2,0m za vodove 400kV: min 2,3m. Rezerva sigurnosne visine obuhvata greške pri: - snimanju i crtanju uzdužnih profila trase voda, - određivanju ugiba zbog netačnosti geometrije raspona, - merenju temperature pri montaži i - kompenzuje uticaj trajnog izduženja provodnika

IZBOR ILI PRORAČUN STUBOVA Stubovi moraju biti izabrani ili proračunati tako da naprezanje materijala u bilo kom elementu stuba ne prekorači maksimalno dozvoljenu vrednost ni u jednom od definisanih slučajeva opterećenja stuba. normalni slučajevi opterećenja stuba kada su svi delovi voda ispravni vanredni slučajevi opterećenja stuba kada je jedan provodnik ili zaštitno uže prekinuto i to samo u jednom od raspona oslonjenih na taj stub

Normalni slučajevi opterećenja nosićih i zateznih stubova

Vanredni slučajevi opterećenja stubova

UZEMLJENJE STUBOVA Pojam impedansa uzemljenja stuba

STUBNI UZEMLJIVAČI IMPEDANSA STUBNOG UZEMLJENJA (koja se sastoji od više otpornosti stu-bnih uzemljivača međusobno povezanih zaštitnim užetom) merodavna je za napon koraka i dodira koje generiše (50Hz) struja jednofaznog kvara. Za zaštitu od udara groma merodavna je UDARNA IMPEDANSA STUBA I STUBNOG UZEMLJIVAČA.

Udarna impedansa stuba i stubnog uzemljivača

Uzdužni profil trase voda