A L A J A A M A D I I

Transcript

1 TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Elekroenergeeika insiuu A L A J A A M A D I I AEK305 5,0 AP E K (eeldusaine AES3045 "Elekrivõrgud") TALLINN 009

2 Loengukursus AEK 305 ii SISUKORD 1. Sissejuhaus. Alajaama srukuur ja side elekrivõrguga.1. Alajaama põhiüübid ja seadmee üldiseloomusus.. Alajaamade alilusingimused.3. Elekrijaamade sidumine elekrivõrguga. 3. Alajaama põhiseadmed 3.1. Trafo ja auorafo Trafode ja auorafode kasuamine elekrisüseemis Trafo soojuslik alilus Trafo isolasiooni kulumine ja koormusvõime Trafole lubaavad ülekoormused Elekrivõrgu neuraali ühendamine maaga Isoleeriud neuraaliga elekrivõrk Resonansmaandaud elekrivõrk Jäikmaandaud neuraaliga elekrivõrk 3.. Kondensaaorpaarei 4. Alajaama kommuasiooniseadmed 4.1. Võimsuslülii Elekrikaar ja elekrikaare kusuamine Võimsuslüliie põhiüübid Võimsuslüliie valik 4.. Koormuslülii 4.3. Kaarekusuuskambria kommuasiooniaparaadid 4.4. Sulavkaise Sulavkaisme ööpõhimõe Sulavkaismee üübid Radiaalvõrgu selekiivne kaise sulavkaismeega 5. Alajaama elekriskeemid 5.1. Jaolae elekriskeemi koosamise üldpõhimõed Üldis _

3 Loengukursus AEK 305 iii Ühekordsee ja kahekordsee kogumislaidega skeemid Rõngasskeemid 5.. Alampinge- ja ülempingejaolae elekriskeemid 5.3. Ülempingejaolae lihsusaud elekriskeemid 5.4. Sõlmalajaamade elekriskeemid 5.5. Elekrijaamade jaolae elekriskeemid 6. Voolujuhivae osade arvuus 6.1. Voolujuh kesval voolul Voolujuhi kuumenemine kesval voolul Voolujuhi valik kesva voolu järgi 6.. Voolujuh lühisel Voolujuhi emperauuri õus lühisel 6... Lühisvoolu Joule'i inegraal Joule'i inegraali definisioon 6... Lühisvoolu perioodilise komponendi Joule'i inegraal Lühisvoolu aperioodilise komponendi Joule'i inegraal Lühisvoolu Joule'i inegraali lihsusaud arvuus Aparaaide ermilise aluvuse konroll 6.3. Lühisvoolu elekrodünaamiline oime Elekrodünaamilised jõud voolujuhivae osade vahel Elekrodünaamilised jõud kolmefaasilises voolujuhide süseemis Laide elekrodünaamilise aluvuse konroll Isolaaorie elekrodünaamilise aluvuse konroll 7. Lühisvoolu piiramine 7.1. Lühisvoolu piiramine võeega elekriskeemi koosamisel 7.. Voolupiiravae reakorie konsruksioon ja kasuamine 7.3. Voolupiiravae reakorie valik 8. Elekriseadmee maandamine 8.1. Maandusakisus 8.. Puue- ja sammupinge 8.3. Poensiaali ühlusamine 8.4. Maandusseadme konsruksioon ja arvuus _

4 Loengukursus AEK 305 iv 9. Jaolae konsruksioon 9.1. Elekriohuus ja aliluskindlus agavad nõuded 9.. Ohuusvahemikud 9.3. Lahised ja kinnised jaolad 9.4. Kohapeal koosaavad ja komplekjaolad 9.5. Lahise jaolae konsrukiivsed iseärasused 9.6. Alajaamade piksekaise 10. Alajaamade omaarve 11. Elekrimõõmised. Juhimine, konroll ja signalisasioon _

5 Loengukursus AEK Alajaama kommuasiooniseadmed 4.1. Võimsuslülii Elekrikaar ja elekrikaare kusuamine Võimsuslülii on kommuasiooniaparaa, mis on ee nähud lühisvoolude, koormusvoolude ja liinide ning ühijooksus rafode sisse- ja väljalüliamiseks. Vooluga elekriahela kakesamisel ekib vasaval elekromagneilise induksiooni reegliele kakesuskohal alai pinge, mille väärus sõlub ahela indukiivsuses ja voolu muuumiskiiruses. Kui elekriahelas on piisava võimsusega oieallikas, läheb sädelahendus seejärel üle elekrikaarlahenduseks e lühemal elekrikaareks. Elekrikaar on sõlumau elekrilahendus, mida iseloomusab lahenduskanali suhelisel suur läbimõõ (ulaub mime senimeerini), ugev valguskiirgus peamisel spekri punases ja kollases osas, väike pingelang kaare pikkusühiku koha, ajaline püsivus, kõrge emperauur ja vaba lahenduskanali kaardumine üles läbi kaare ülespoole liikuvae kuumenenud gaaside õu. Kui elekrikaar läbib vool ugevusega üle paarisaja ampri, võib see vabas õhus elekroodide eemaldumisel eineeises enne kakemis venida isegi 10 või enama meeri pikkuseks. Kuna lüliusseadmee konakide lahuamine sellisele vahekaugusele on prakikas võimau, siis ei ole näieks alalisvoolu elekrikaare kakesamine kõrgepingeel võimalik. Alalisvoolulüliid saavad oimida näieks nii, e suurendaakse elekrikaare akisus ja sellega vähendaakse vool kunslikul nullini 1. Elekrikaar vahelduvvooluahelas seevasu kusub voolu igal nullis läbimisel ja süib voolu aasumisel uuesi. Elekrikaare selline omadus võimaldab luua lüliusseadmeid, mis suudavad lahuada suure vooluga kõrgepingeahelaid. Selleks uleb akisada kaarlahenduse aassüimis päras kusumis voolu nulli läbimisel. Prosessi nimeaakse lühidal kaare kusuamiseks. Kaare aolisel viisil kusuamisel avaldub ka kaare posiiivne mõju elekriahelae kommueerimisele elekrivool ahelas kakeb alai voolu nulli läbimise hekel ja elekriseadmee põikiisolasioonile maa suhes ei eki ohlikul suuri liigpingeid Elekrikaare omadused 1 Kahjuks pole aoline meeod rakendaav kõrgeel pingeel ja neid lülieid käesoleva kursuse raames ei vaadelda. _

6 Loengukursus AEK 305 i 0 0,005 0,01 0,015 0,0 0,05 0,03 0,035 0,04 sec u k ,005 0,01 0,015 0,0 0,05 0,03 0,035 0,04 sec 3 4 Joonis 4.1. Pinge- ja voolukõver elekrikaarel _

7 Loengukursus AEK E k V/cm H 100 Veeaur 10 Õhk N Hg aur Joonis 4. Pingelang kaare pikkusühiku koha i, A L r u Um sin ω = i C i C i g g ik u k Joonis 4.3 Elekrikaarega elekrivõrgu aseskeem Võimsuslüliie põhiüübid _

8 Loengukursus AEK Joonis Elegaaslülii (esiplaanil voolurafo) _

9 Loengukursus AEK Võimsuslüliie valik 4.. Koormuslülii _ Joonis Koormuslülii koos sulavkaismega

10 Loengukursus AEK _

11 Loengukursus AEK Kaarekusuuskambria kommuasiooniaparaadid Joonis 4.ccc Horisonaalpinnas pöörduvae nugadega kahesambaline lahklülii Nimipinge 110 kv, nimivool 100 A _

12 Loengukursus AEK Joonis 4.ccc Horisonaalpinnas pöörduvae nugadega kahesambaline lahklülii _

13 Loengukursus AEK Joonis 4.ssss Panograaf-lahklülii _

14 Loengukursus AEK Sulavkaise Sulavkaisme ööpõhimõe _

15 Loengukursus AEK Sulavkaismee üübid Radiaalvõrgu selekiivne kaise sulavkaismeega _

16 Loengukursus AEK _

17 Loengukursus AEK Alajaama elekriskeemid 5.1. Jaolae elekriskeemi koosamise üldpõhimõed Üldis Elekrijaamade ja alajaamade primaar- e jõuahelae kommuasiooniaparaadid, mõõerafod, liigpingee piiramisseadmed, kõrgsagedusside vahendid ja kogumislaid koondaakse kompakseesse ervikuesse jaousseadmeesse e jaolaesse. Jaolas võeakse elekrienergia vasu oiefiidri(e)l, milleks võivad olla õhu- ja kaabelliinide ning jõurafode kesk- ja alampingemähise ühendused, ning suunaakse edasi väljuvaesse liinidesse. Jaolad koos alajaama põhiseadmeega (rafod, reakorid jms) moodusavad nn primaarkommuasiooniskeemi. Kõige levinuma üüpi alajaamas on kaks jaola (kõrge- ja keskpingele, või siis kesk- ja madalpingele), kuid elekrivõrgu sõlmedes ja suuremae arbimispiirkondade oimiseks kasuaakse ühes alajaamas isegi kuni vii eripingelis jaola. Suuremae elekrijaamade juures võib jaama sidumiseks ülekandevõrguga kasuada ka ühepingelis alajaama. Jaolaid erisaakse peamisel kogumislaide arvu, möödaviiklaide olemasolu ja kommuasiooniseadmee arvu ning kasuusviisi alusel. Enamikel juhudel kasuaakse kas ühe- või kahekordseid kogumislae ), kusjuures peeakse silmas, e la kujuab endas kolmefaasilis konsruksiooni, mida lihsuse mões kujuaakse primaarkommuasiooniskeemidel ühejoonelisena. Millis skeemi igal konkreesel juhumil kasuada, sõlub nõuees elekriedasuse öökindlusele, see aga omakorda alajaama ähsuses elekrisüseemis, vajaduses elekrivõrku eaud olukordades seksioneerida ja lühisvoolude suuruses. Silmas uleb pidada personali ohuus, seadmee hoolduse ja isolasiooni puhasamise võimalusi ning võimalusi laienduseks elekrisüseemi arengu jooksul. Kõrgepingejaolad on seouse õu ülekandevõrguga üldjuhul keerukama primaarskeemiga, keskpingejaolaele esiaavad nõuded on nõrgemad, erii kui on egemis piiraud ulausega arbijarühmade oimisega keskpinge/madalpinge (ingl. MV/LV) alajaamades. Elekrisüseemis uleb alai arvesada seadmee õrkevõimalusega. Elekrijaamades, elekriliinidel ja jaolaes võivad ekkida lühised, kommuasiooniseadmee ajamid võivad olla riknenud, võimsuslüliie kaarekusuuskeskkond on hävinud jne. Kuna suurimae voolude ekiajaks on lühised ja nende kaoamiseks uleb võrgu riknenud elemen võimsuslülii(e)ga välja lüliada, siis erii suur öökindlus nõudvaes võrguosades arvesaakse olukorraga, kus võrgu normaalaliluse ajal oimuva võimsuslülii hoolduse jooksul oleks lülii siiski vaja. Taolises olukorras saab lahenduseks olla vaid mingi fiidri ühendamine jaolaga läbi kahe rööbiise võimsuslülii. Selline võimalus ekib nn rõngasskeemide kasuamisega. Lihsamael juhudel piisab ahela kaiseks ühes võimsuslüliis. Kasuada võib ühe- ja kahekordseid kogumislae. ) Harvem kasuaakse mõiseid üks või kaks kogumislai ja ühe- või kahekordseid kogumislaide süseeme. _

18 Loengukursus AEK Ühekordsee ja kahekordsee kogumislaidega skeemid Lihsaim ja ühlasi odavaim on ühekordsee kogumislaidega jaola, milles iga ühendus seoakse kogumislaidega võimsuslülii, lailahklülii ja liinilahklülii abil (v jn 5.1). Lailahklülii Võimsuslülii Liinilahklülii Joonis 5.1. Ühekordsee kogumislaidega jaola skeem Skeemi puuduseks on jaola väljalüliumine lühise korral kogumislaidel ja lailahklüliis. Lühis võimsuslüliis ekiab sama olukorra. Mõnevõrra saab ühekordsee kogumislaidega jaola öökindlus õsa laide seksioneerimisega. (v jn 5.). I seksioon II seksioon Joonis 5.. Ühekordsee kogumislaidega seksioneeriud jaola skeem Seksioonide arv valiakse võrdseks rafode või väiksemaes elekrijaamades elekrivõrgu nimipingega võrdse nimipingega generaaorie arvuga. Seksioneerimiseks kasuaakse võimsuslülii või lahklülieid. Esimesel juhul ekib ühel laiseksioonil oie kadumisel reservi auomaase lüliamise (RLA) võimalus, eisel juhul see võimalus puudub. Kah jadamisi lahklülii kasuaakse siis, kui on vaja agada nende isolasiooni puhasamis laiseksiooni hoolduse ja remondi ajal. Seksioonide arv jaolas võib olla suurem kui kaks, kuid nelja või enama seksiooni korral kasvab oh elekrivõrgu jagunemiseks kahe eineeises sõlumausse ossa. _

19 Loengukursus AEK Kõige mahukamaeks öödeks jaolas on avalisel võimsuslüliie hooldus ja remon. Ühekordsee kogumislaidega jaola korral jääb sel ajal oiea ka vasav fiider. Toiekakesuse välimiseks kasuaakse mõnikord möödaviiklae (v jn 5.3). Töölaid Q1 Q Q3 Q4 MVL MVlaid Joonis 5.3. Ühekordsee kogumislaidega ja möödaviiklaidega jaola skeem Möödaviiklaid MVL koos möödaviiklüliiga Q5 ja möödaviik-lahklüliiega võimaldavad oide kakesamaa ükshaaval remonida võimsuslülieid Q1 kuni Q4, või puhasada nende isolasiooni. Mõeldav on nii kogumislaide kui mõõdaviiklaide seksioneerimine. Joonisel 5.4 on kujuaud üks selline võimalus. Hooldusööde paindlikumaks muumiseks võib äiendaval kasuada möödaviiklaide seksioneerimis lahklüliiga. I s II s SVL Q1 Q MVL 1 MVL Q3 Q4 MVlaid Joonis 5.4. Ühekordsee seksioneeriud kogumislaidega ja möödaviiklaidega jaola skeem _

20 Loengukursus AEK Seoses võimsuslüliie öökindluse kasvuga ja hooldusvälpade pikenemisega on ühekordsee kogumislaidega ning möödaviiklaidega jaola skeem oma ähsus kaoamas. I s Q5 Q1 Q Q3 Q4 II s Kahekordsee kogumislaidega ja ühekordsee kogumislaide ning möödaviiklaaidega jaolae eelpoolkirjeldaud juhudel on puuduseks ühenduse ülikas suunamine jaolas _ Joonis 5.5. Kahekordsee kogumislaidega jaola skeem Suuremaes jaolaes leiab kasuamis kahekordsee kogumislaidega jaola skeem (v jn 5.5). Selles jaolas on võimalikud erinevad kasuusvariandid: - Kõik fiidrid on ühendaud ühele kogumislaide süseemile I s või II s. Laidevaheline võimsuslülii Q5 võib olla sisse lüliaud ja koormus mie kandev laisüseem on pingesaud ning oimub pidev isolasiooni konroll. Koormaud laisüseemi lühise korral on võimalik fiidrid üle viia eisele laisüseemile. - Fiidrid on lailahklüliie abil jaoaud võimalikul võrdse koormuse alusel süseemide vahel nii, e lülii Q5 läbiv vool oleks minimaalne. Seda kasuusviisi nimeaakse fikseeriud ühendusega skeemiks. Skeem meenuab ühekordsee seksioneeriud kogumislaidega jaola skeemi, milles seksioonilülii rolli äidab Q5. Vajadusel võib fiidrid üle viia ühele laisüseemile ja remonida arbijaele elekrikakesus ekiamaa eis laisüseemi ja puhasada selle isolasiooni (NB! Lailahklüliie remon on keelaud. Eluohlik!). Kahekordsee kogumislaidega jaola puuduseks on ümberlüliuse keerukus, ses lahklüliiega koormaud ahelaid kommueerida ei ohi, ekib avaud elekrikaar. Samui ei ole võimalik remonida võimsuslülieid fiidreid välja lüliamaa. Viimases olukorras aiab välja pääseda möödaviiklaide süseem.

21 Loengukursus AEK vasassuundadesse. Kui liinide ühendamine peab oimuma vasassuundades, on kaks võimalus: - võimsuslüliid paiguaakse ühe ria ühele poole kogumislae vasaval joonisele 5.5. Sel juhul on liine ja rafosid mugav ühendada ühes suunas väljuvaena, kuid vasassuunas väljumiseks uleb ühendus eha üle kogumislaide, - võimsuslüliid paiguaakse kahe ria kahele poole kogumislae. Ühed kogumislaid võib ehiada U-kujulisel ümber eise laide (v jn 5.6). I s II s I s Joonis 5.6. Kahekordsee kogumislaidega kahes suunas avaneva jaola skeem Kahekordsee kogumislaidega jaolas on samui võimalik kasuada möödaviiklae, mis võimaldab ühendus kakesamaa hooldada ja asendada ühenduse võimsuslülii. Jaolaid saab iseloomusada kahe olulise näiajaga. Esieks on selleks öökindlus. Teiseks on jaolae ökonoomsuse näiaja võimsuslüliie arv ühe ühenduse (fiidri) koha N f. Suur võimsuslüliie arv näiab jaolale ehavae inveseeringue mahu ja ka hoolduskulusid. See võimsuslüliie erikulu N f ei ohiks olla liig suur. Joonisel 5.1 kujuaud skeemile N f = 1 VL/fiider. Seksioonidevahelise lülii kasuamisega saame erikuluks (jn 5.) Fiidrie arv + 1 N f =. Fiidrie arv Sama N f väärus saadakse möödaviiklülii kasuamisel (jn 5.3). _

22 Loengukursus AEK MVlaid MVLL MVLL MVL MVL I s III s SVL 1 SVL II s IV s Joonis 5.7 Seksioneeriud kahekordsee kogumislaidega ja möödaviiklaidega jaola skeem Seksioneerimise ja möödaviiklaide kasuamisega suureneb võimsuslüliie erikulu veelgi. Joonise 5.4 skeemile saame Fiidrie arv + 3 N f =. Fiidrie arv Võimsuslüliie suur erikulu sunnib osima lihsususi. Sellega seoses on joonisel 5.7 kujuaud jaolas ühiaud laidevahelise ja möödaviiklülii funksioon ja skeemi on lisaud odavam möödaviik-lahklülii MVLL. Võimsuslüliie erikuluks saame Fiidrie arv + 4 N f =. Fiidrie arv Edasiseks lihsusamiseks võib loobuda ühe kogumislai seksioneerimises ja koguni kasuada ühainsa möödaviiklülii. Kahjuks suurendavad kõik sellised võed käidu ebamugavus ja vähendavad jaola öökindlus. Olulisel lihsamaks kujuneb kombineeriud skeem, milles üh kogumislai võib kasuada nii öölaina kui ka möödaviiklaina (jn. 5.8). IIs / MV I s Joonis 5.8 Kahekordsee laidega kombineeriud öö- ja möödaviiklaidega skeem _

23 Loengukursus AEK Rõngasskeemid Elekrivarususe öökindluse õsmiseks kasuaakse jaolaes ühe fiidri kaiseks kah võimsuslülii. Sellise jaola kõige odavamaks variandiks on nn hulknurkskeem. Joonisel 5.9 on kujuaud kuusnurkskeem, milles võimsuslüliid Q1 Q6 on ühendaud kuusnurgaks ja fiidrid F1 F6 väljuvad kuusnurga ippudes. Normaalaliluses on kõik võimsuslüliid sisselüliaud asendis ja kõik lahklüliid on samui suleud. Lühise korral misahes fiidris lüliuvad välja selle fiidriga vaheul külgnevad võimsuslüliid ja kuusnurk kakeb. Selles seisneb hulknurkskeemide peamine puudus, kuna mingi võimsuslülii hoolduse ajal võib lühis mõnes fiidris lahuada hulknurga osadeks (näieks lülii Q1 hooldusel jäab lühis fiidris F5 omavahel ühendauks ühel pool ainul fiidrid F1 ja F6 ning eisel pool fiidrid F, F3 ja F4. Ülekandevõrgus võiks selline olukord ekiada mõne võrguosa saaraliluse. L1 L6 Q6 Q1 L Q5 Q L5 Q4 Q3 L3 L4 Joonis 5.9 Kuusnurkskeem Ülalkirjeldaud põhjusel ei kasuaa neljas suurema nurkade arvuga hulknurkskeeme. L1 L Q1 Q Q3 Q4 L3 _ L4 Joonis 5.10 Nelinurkskeem

24 Loengukursus AEK Enim on n 330 kv võrkudes levinud kolmnurkskeemid, ses siis ei ole enam süseemi osadeks lagunemine võimalik. On võimalik kogu jaola väljalüliumine, kuid jaola elemenide väikese arvu õu on see väheõenäone. Suurima öökindluse agavad kahekordsee laidega kahe võimsuslüliiga ahela kaiseks jaolad (jn. 5.11). Jaola kõik võimsuslüliid on sisse lüliaud ja neid lüliaakse välja ainul lülii või kogumislaide hoolduseks (isolasiooni puhasus, lülii ülevaaus) ja lühise korral fiidries või laidel. Joonisel ülemise või alumise rea võimsuslüliie väljalüliamine ei ekia jaola fiidrie ükseises eraldumis. I s Q1 Q3 Q5 Q7 Q Q4 Q6 Q8 II s L1 Joonis 5.11 Kahekordsee laidega ja kahe võimsuslüliiga fiidri koha jaola skeem Selles jaolas võimsuslüliie erikulu on Fiidrie arv N f = =. Fiidrie arv L Kuna N f on ülemäära suur ja jaolad osuuvad väga kalliks, siis kasuaakse lihsusaud variane, kus võimsuslüliie arv on olulisel väiksem ja öökindluse kadu ei samal ajal liig suur. Sellises jaola skeemides on sagedamini kasuaav nn 3/-skeem (nimeaakse veel pooleisskeemiks, v jn 5.1). Ka selle skeemi korral hoiakse kõiki võimsuslülieid sisselüliaud asendis. Välja lüliaakse neid ainul lühise puhul või hoolduseks. Võrreldes kahe lülii skeemiga ekib võimalus mõne ühenduse kakemiseks lülii hoolduse ajal. Näieks lülii Q1 hoolduse ajal oimuv lühis liinil L1 jäab ühendusea ka liini L5. Jaolaes lüliie arvu edasiseks vähendamiseks leiab harvemini kasuamis veel nn 4/3- skeem (1,33-skeem), milles laide vahele ühendaakse nelja võimsuslülii ahelad kolme fiidriga selles ahelas. L3 L4 _

25 Loengukursus AEK L5 L6 L7 L8 I s Q1 Q4 Q7 Q10 Q Q5 Q8 Q11 Q3 Q6 Q9 Q1 II s L1 L L3 L4 Joonis 5.1 3/-skeem (pooleisskeem) 5.. Ülempingejaolae elekriskeemid Jaoises 5.1 esiaud jaolae primaarskeemide kasuamine sõlub alajaama üübis (sõlm-, läbiv-, väljavõel või lõppalajaam), oiepiirkonna suuruses, alajaama ähsuses elekrisüseemis jms. Oluline on ka alajaama paiknemine kas linnaruumis või maapiirkonnas. Erinevad on jaolae skeemid ülem-, kesk- ja alampingel. Suurimad nõuded öökindlusele esiaakse sõlmalajaamade ülempingejaolaele pingega 110 kv ja enam. 330 kv jaolaes kasuaakse skeeme kahe võimsuslüliiga ahela kaiseks. Suure maksumuse õu jn 5.1 skeem kasuamis ei leia (võimsuslüliie arv fiidri koha on liig suur). Enama kasuamis leiab 3/-skeem, seda erii näieks suuremae elekrijaamade juures, kus plokkide generaaor-pinge õsev rafo arv võib olla suurem kui kolm. Juhul, kui alajaama ülempingelisse jaolasse on ühendaud kaks pinge alandava rafo, leiavad kasuamis nn laid-rafo plokkskeemid, kus loobuakse rafoühenduse võimsuslüliies (v jn 5.13). Skeemi koosamisel lähuakse rafode olulisel suuremas öökindluses võrreldes õhuliinidega. _

26 Loengukursus AEK 305 I s Q1 Q3 Q5 Q7 Q Q4 Q6 Q8 II s L1 L L3 T T1 Joonis 5.13 Skeem laid-rafod kahe võimsuslüliiga väljuva liini koha Juhul, kui õhuliinide arv on suurem, võib jn 5.13 kujuaud skeemis liinide ühendused asendada 3/-skeemi põhimõel loodud skeemiosadega. Erii olulise sõlmalajaamade ülempingejaolae skeemid koosaakse mõnikord ka ühainsa konkreese alajaama silmas pidades. Joonisel 5.14 on esiaud üks võimalik ülempingejaola skeem kolme rafo ja kolme õhuliiniga. Selles on loobuud ühe rafo (T1) fiidri võimsuslüliies ja rafo on ühendaud laidega plokki. L1 L L3 I s Q1 Q3 Q5 Q7 Q9 Q Q4 Q6 Q8 Q10 II s T1 T T3 _ Joonis 5.14 Sõlmalajaama ülempingejaola skeem

27 Loengukursus AEK Keskpinge- ja alampingejaolae elekriskeemid Käesolevas jaoises peeakse keskpingejaolaena silmas enama kui kahe pingeasmega alajaama keskmise (või keskmise, kui on miu) pingega jaolaid ja alampingejaolaena kõige madalama, kuid 35 kv mie üleava pingega jaolaid. Näieks nelja pingeasmega 330/110/35/10 kv alajaamas loeme keskpingejaolaeks 110 kv ja 35 kv jaolaid ning alampingejaolaks 10 kv jaola. Samal ajal 110 kv pingeklassi loeakse pinge vääruse alusel kõrgepingeks ja 35 kv pingeklassi keskpingeks. Keskpingejaolae elekriskeemi määrab jaola kaudu oideava elekrivõrgu ähsus süseemis. Kui pingeks on 110 kv kõrgepinge, siis sellel pingel elekrivõrk on reeglina silmusvõrk, mis on ee nähud suurema piirkonna ülekandevõrguks. Rikked jaolas oovad kaasa suuri kahjumeid nii arbijaele, aga ka elekrivõrgule müümaa jäänud energia ning võimalike kahjude kompenseerimisaolus rahuldamise õu. Sellise keskpingejaola öökindlus peab olema suur ja enamikel juhudel kasuaakse kahekordsee laide ja ühe võimsuslüliiga ahela kaiseks skeeme. Erii olulisel juhudel on lisaks veel kasuaud möödaviiklae. Alampingejaolad oidavad piiraud ulausega piirkondade radiaalvõrke ja nende arv võrreldes kõrgema pingega jaolae arvuga on suur. Esmaähsaks muuuvad inveseeringue suurus ja lisaks öökindlus Ülempingejaolae lihsusaud elekriskeemid _

28 Loengukursus AEK A B Alajaam väljavõel Joonis 5. Väljavõel, ühe siseneva liiniga alajaam _

29 Loengukursus AEK Alajaam A Alajaam B Alajaam väljavõel T1 Q1 Q3 T Q Q4 Q5 Joonis 5. Väljavõel kahe rafo alajaam _

30 Loengukursus AEK Voolujuhivae osade arvuus 6.1. Voolujuh kesval voolul Voolujuhi kuumenemine kesval voolul Vooluga juhi kuumenemis põhjusavad kaod juhi läbivas voolus, pöörisvoolukaod, ümbermagneeimiskaod ja dielekrikuskaod. Dielekrikuskaod võivad olla olulised kaablies ja läbiviikisolaaories, kuid nad ei põhjusa avalisel juhide emperauuri olulis õusu. Ümbermagneeimiskaod on väga olulised magnemaerjalides elekrivoolu kandvaes ahelaes (maanduselekroodid, erassõresikud jms.), pöörisvoolukaod võivad õsa juhe ümbrisevae kaisekaee emperauuri ja sellega kaudsel ka juhi emperauuri. Jaolae põhielemenideks on isoleerimaa paljasjuhid ja neile on peamiseks kadude allikaks läbiv vool. Voolujuhide emperauuriõusu uleb piiraa kolmel põhjusel: - isolasiooni majandusliku eluea agamiseks, - elekrikonakide öökindluse agamiseks ja - meallide mehaanilise ugevuse märgaava vähenemise ärahoidmiseks. Mainiud eesmärkide saavuamiseks uleb kehesada juhidele püsialiluse ja siirdeolukordade suurimad lubaavad emperauurid. Esimesena uleb vaadelda voolujuhide emperauuriõusu lubaud piire püsialiluses. Isolasiooni majandusliku eluea agamise aluseks on emperauurikindluse klassid, mis näiavad, millisel emperauuril võib isolasioon alileda vähemal 0000 undi. Temperauurikindluse klasside alusel leiakse emperauurid, millel isolasioon võib püsival alileda eenähud eluea kesel, milleks avalisel loeakse 0 kuni 30 aasa. Põhilised emperauurikindluse klassid on järgmised: Temperauurikindluse klassi ähis Y A E B F H C Temperauur, o C üle 180 Elekrikonakide öökindluse hindamisel uleb arvesada sellega, e konaki näivpindala (konaki mõõmeele vasav pindala) on pinnakareduse õu olulisel suurem konaki voolujuhivas pindalas. Voolu ülemineku kohas ühes konaki pooles eise ekkivad nn ahenemispiirkonnad, milles vooluihedus on suur ja nende piirkondade emperauur on muudes konaki osades kõrgem. Kõrgemal emperauuril võivad konaki pooled seeõu oksüdeeruda, nende vahele võib ekkida isegi sädelus ja emperauuri edasine õus, mille agajärjeks on konakipoole keeviumine või vasupidi elekrijuhivuse kadumine. Konakide lubaud kesevemperauur sõluv juhi maerjalis, ning on vasele ja alumiiniumile +70 C. Hõbeamisega või hõbedasulamie kasuamisega saab lubaud emperauuri õsa. _

31 Loengukursus AEK Meallide mehaanilise ugevuse vähenemine on peamisel seoud krisallvõre srukuuri muuusega - ümberkrisalliseerumisega. See on erii äheldaav madalama sulamisemperauuriga meallide, nagu alumiinium puhul. σ _ Jooni 6.1 Mealli õmbeugevuse sõluvus emperauuris Jn 6.1 kujuaud õmbeugevuse vähenemine võib viia elekri juhivae konsruksioonide lagunemiseni vibrasioonide ja elekrodünaamilise jõu löökide mõjul. Ülalkirjeldaud kolmes mõjueguris on kesval kuumenemisel kõige olulisem eine, s. konakidele lubaud emperauur ja seeõu lubaakse ka voolujuhivaele laidele jaolaes suurimaks püsiemperauuriks ϑ lub = + 70 C (6.1) Isoleerimaa lai emperauuri arvuamiseks lähume soojusasakaalu võrrandis I d = cg dϑ + ( Q Q )d, (6.) ra ko + kus I - lai läbiva siinuselise vahelduvvoolu efekiivväärus, A, r a - 1 m pikkuse lai akiivakisus, Ω/m, c - lai maerjali erisoojus, J/(kg K), G - 1 m pikkuse lai mass, kg/m, Q ko konvekiivne soojusülekanne 1 m pikkusel lail, W/m, Q ki kiirgussoojusülekanne 1 m pikkusel lail, W/m. ki Eeldame, e la on muuumau rislõikepindalaga ja homogeenses maerjalis. Püsialiluse arvuamisel lähume selles, e võrrandi parema poole esimene liideav on kesval muuumaul voolul null ( d ϑ = 0, s. emperauur on muuumau). Nendel ingimusel võrrand (6.) lihsusub kujule I r = Q + Q a ko 0 υ ki. (6.3) Võrrandis (6.3) on r a lai akisus vahelduvvoolule. See akisus on sama lai alalisvooluakisuses suurem pinnaefeki ja lähedusefeki õu. Esimene neis on seoud voolu koondumisega vahelduvvoolul juhi pinna lähedusse ja eine voolu koondumisega

32 Loengukursus AEK kahe rööbiise juhi lähimaesse või kaugeimaesse kihidesse sõluval selles, kas voolud neis juhides on samasuunalised või vasassuunalised. Teine efek on kõrgepingeseadmees väheoluline, kuna isolasiooninõuees lähuval on juhide vahekaugus piisaval suur. Vahelduvvoolu korral sõlub voolu koondumine juhi pinnakihidesse elekromagnelaine mealli ungimise sügavuses Z. Sügavusel Z on laine nõrgenenud e korda. Z = ωγµ, (6.4) kus ω - vahelduvvoolu ringsagedus, 1/s, γ - lai maerjali elekrierijuhivus, S/m, µ - lai maerjali absoluune magneiline läbiavus, H/m. Pinnaefeki mõju juhi akisusele arvesaakse pinnaefekieguri k p abil: r k r a = p. (6.5) Pinnaefekieguri määramisel võeakse valemi (6.4) põhjal argumendiks sagedus Hz ja r on 1000 m pikkuse lai alalisvooluakisus Ω: f r, kus f on ρ l r = S, (6.6) kus ρ lai maerjali eriakisus, Ωm l =1000 m lai pikkus, S lai rislõikepindala, m. Kuna pinnaefeki õu on voolujuhi pinnakihides vooluihedus suurem, on eelisaud lapikud äismeallis laid või õõneslaid. Joonisel 6. on oodud riskülikukujulise rislõikepinnaga äismeallis lai pinna- f efekieguri sõluvus argumendis r lai erinevae küljepikkuse suhe korral. Joonisel on näha, e suurim pinnaefekiegur ja seega ka akiivakisus on ruudukujulise rislõikepinnaga lail. Õõneslaidel uleb arvesada sellega, e lai igale välisläbimõõdule vasab opimaalne seinapaksus (v jn 6.3). _

33 Loengukursus AEK ,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1, k p h b b/h=1 1:8 1:16 1,1 f r 1, Joonis 6. Riskülikukujulisele lai pinnaefekieguri sõluvus argumendis erinevae suhee korral. f r lai külgede Ω 10-3 r a 0 D= 50 mm D= 75 mm D= 100 mm 0 D= 150 mm mm Joonis 6.3 Õõneslai seinapaksuse mõju lai akiivakisusele. Alumiiniumla, pikkus 1000 m, sagedus 50 Hz. Võrrandi (6.3) lahendamisel on lisaks pinnaefekile vaja arvesada ka lai alalisvooluakisuse sõluvus emperauuris. Selleks võib egeliku eksponensiaalse sõluvuse piisava äpsusega asendada lineaarsega (v jn 6.4). _

34 Loengukursus AEK Kui emperauuril ϑ 1 on eada juhimaerjali eriakisus ρ 1, siis avaldub akisuse sõluvus emperauuris r ϑ = r 1 τ ρ + ϑ ρ τ ϑ 1 l ρ + = τ + ϑ S τ + ϑ. (6.7) ρ 1 ρ 1 Avaldises (6.7) on Celsiuse nullkraadis vasakule jääva argumendilõigu väärused vasele τ = C ja alumiiniumile τ = 36 C. ρ ρ ρ υ ρ 1 Joonis 6.4 Elekrijuhi akisuse sõluvus emperauuris lihsusaul. Avaldises (6.3) esiaud Q ko arvuaakse lähuval konvekiivse soojusülekande seaduspärasuses. Verikaalse pinna konvekiivse soojusülekande saab arvuada, eades keha üleemperauuri õhu suhes Θ o C ja jahuaava pinna suurus m Q ko 1, 5 = 1, 81 a S Θ. (6.8) Tegur a avaldises (6.8) sõlub jahuava pinna mõõmees. Kui pinna kõrgus on 30 cm, on a = 1. Ainul 5 cm kõrguse pinna puhul on eguri vääruseks,7. Kiirgussoojusülekanne Q ki leiakse kahe võrdse suurusega pinna vahel Sefan- Bolzmann i seaduse alusel. Q ki 4 4 ( T ) 8 ε S 1, (6.9) = 5, T kus T 1 - keha pinnaemperauur, K T ümbruse emperauur, K, ε pinna mussus. τ ρ 0 o C υ 1 υ _

35 Loengukursus AEK Temperauuril alla 00 o C on pinna mussuse ε üüpilised väärused: Oksüdeeriud Al 0,5 Haljas Al 0,04 Oksüdeeriud Cu 0,6 Haljas Cu 0,05 Värvid 0,8 0,95 Pliimennik 0,9 Lai lubaud vooluugevuse leidmiseks uleb selle alalisvooluakisus ja soojusülekanne leida lai emperauuril +70 o C ja ümbruse emperauuril +5 o C. I lub = Q ko + Q r a ki (6.10) Siseruumidesse paigaldaud laide korral kasuaakse ka lai lubaud emperauuri +65 o C ja ümbruse emperauuri +35 o C. Tabelis 6.1 on näiena oodud lubaud vooluugevused vaskõõneslaile võrgusagedusega vahelduvvoolul, kui la asub kas siseruumis või väljas ja kas la on värviud või värvimaa (oksiidikihiga kaeud). Tabel 6.1 Vasklai lubaud vooluugevused _

36 Loengukursus AEK Voolujuhi valik kesva voolu järgi Voolujuhi valikul uleb lähuda suurimas kesevvoolus, mis võib voolujuhi läbida. Kesevvooluks loeakse voolusid, mis läbivad lai kauem kui minui, ses selle ajaga jõuab la kuumeneda püsiemperauurini. Arvuusliku vooluugevuse leidmisel peab hindama elekrivõrgus esineda võivaid erakorralisi olukordi, n ühe rafo väljalüliumis ja koormuse ülekandmis eisele alajaama rafodel, ülekandeliinide avariilisel väljalüliumisel alilusse jäänud liinide koormuse kasvu jms. Nendes hinnangues peab selguma nn forsseeriud alilus, mis on aluseks lai edasisel valikul. Kuna laidele anakse nende kesevvoolu aluvusvõime sandardseel lai ja ümbruse nimiemperauuridel, peab hindama egelikus käidus esineda võivaid kõrvalekaldeid neis nimiemperauurides. Näieks võib mõnes piirkonnas välisemperauur olulisel erineda nimiemperauuris ϑ 0 N = + 5 C või ϑ 0 N = + 35 C. Kuna lai lubaud emperauuri kesval üleada ei ohi, siis uleb sisse viia parandus valiud lai lubaud vooluugevusse. Paranduse egemisel lähuakse asjaolus, e lai üleemperauur on ligikaudu võrdeline seda läbiva vooluga eises asmes. Seega Θ I ja Θ lub I lub, milles järgneb parandusega vooluugevuse I par avaldis I par Θ ϑ ϑ lub 0 = I lub = I lub. (6.11) Θ lub ϑlub ϑ0 N 6.. Voolujuh lühisel Voolujuhi emperauuri õus lühisel Lühisvool üleab normaalalilusvoolu unduval, kuid on lühiajaline. Vasaval on palju suurem ka kaovõimsus lais. Juhi emperauuri õus oimub aja alla 1 s jooksul (releekaise rakendumise ja lülii oimimise aeg) ja soojusülekanne ümbrusesse selle jooksul prakilisel ei oimu. Elekrivõrkudes kasuaakse avalisel rikkega võrguelemenide (peamisel elekriliinide) auomaase aaslülius (TLA), kuna see aiab olulisel parandada elekrivarususe öökindlus. Auomaase aaslüliuse korral on lühisunud ahela esimesele väljalüliusele järgnev voolupaus avalisel lühem kui 1 sekund. Voolupausi jooksul erii suur soojusülekanne väliskeskkonda oimuda ei jõua ja lai emperauur märgaaval ei vähene. Voolupausile järgneval lüliamisel lühisele (TLA oli ebaedukas) oimub lai edasine kuumenemine ja seeõu võib lühise kesuseks lugeda kahe eineeisele järgneva lühise kogukesus vl (v jn 6.4). E voolujuhi kuumenemis võib vaadelda adiabaailisena ja avaldises (6.) võib ära jäa parema poole eise liideava, siis võab avaldis kuju i rϑ d = cgdϑ. (6.1) _

37 TLA voolupaus Loengukursus AEK Lai adiabaailine kuumenemine võiks oimuda prakilisel lineaarsel selle emperauuril enne lühis (algemperauuril) ϑ a kuni lõppemperauurini ϑ l, kuid arvesada uleb juhi elekriakisuse ja soojusmahuvuse kasvuga emperauuri õuses. υ l υ a Suurus B k nimeaakse lühisvoolu Joule i inegraaliks ja selle mõõühik on A s. _ Joonis 6.4 Juhi emperauuri sõluvus ajas lühisel Tehes emperauuriõusuga kaasnevad akisuse ja soojusmahuvuse suurenemis arvesavad asendused, saame võrrandi (6.1) ümber kirjuada kujul 1 i S kus S lai rislõikepindala, τ ρ + ϑ τc + ϑ ρ1 d = c1γ Sl dϑ τ + ϑ τ + ϑ c 1 lai maerjali erisoojus, ρ 1 c 1, (6.13) τ c lai maerjali erisoojuse muuumis arvesav konsan (eriakisuse muuumis arvesava konsandi analoog). Diferensiaalvõrrandi inegreerime rajades lühise alghekes = 0 ahela väljalüliamiseni hekel vl ja lühise algemperauuris lühisel ϑ a kuni selle lõppemperauurini ϑ l 1 S vl i Võrrandis (6.14) eeme asenduse B 0 k 1 0 = vl 0 τ ϑ ϑ c γ ρ + l 1 1 τ c + ϑ d = dϑ ρ τ + ϑ τ + ϑ i vl = c 1 ϑa ρ. (6.14) d. (6.15)

38 Loengukursus AEK Võrrandi lahendiks on B + + k c τ ϑ τ ϑ 1γ ρ 1 ρ l = ( ϑl ϑa ) + ( τ c τ ) ln ρ S ρ τ c + ϑ1 τ ρ + ϑ. (6.16) 1 a Kahjuks on lai osiav lõppemperauur lühisel ϑ l lahendis ilmuamaa kujul ja selle leidmiseks on osarbekas kasuada nomogrammi. Selleks ähisame võrrandis (6.16) A k = Bk. (6.17) S Kui eeldada lai algemperauuriks lühisel ϑ a = 0 o C, siis on kolmele erinevale elekriseadmees kasuaavale juhivmaerjalile võrrandi (6.16) alusel koosaud nomogramm esiaud joonisel 6.5. o υ C 300 Teras Al Cu υ l υ a Joonis 6.5 Lühise lõppemperauuri leidmise nomogrammid kolmele juhivmaerjalile. Kui lai egelik algemperauur on suurem kui 0 o C, siis saab nomogrammi kasuada egelikule algemperauurile vasava fikiivse Joule i inegraali A k1 leidmiseks, mis oleks lai emperauuri sellele emperauurile õsnud. Liies fikiivse Joule i inegraali egelikuga, saame lõppemperauurile vasava Joule i inegraali vääruse: A 0 k = Ak * 4 A υa 10 * * A υl Bk. (6.18) S * A k= B /S 4 k A s mm 4 _

39 Loengukursus AEK Leiud lõppemperauuri võrreldakse lai maerjalile lubaava emperauuriga lühisel, mis on kesval kuumenemisel lubaavas emperauuris olulisel kõrgem. Näieks lubaakse vasklaile lõppemperauuri ϑ = 300 o C ja alumiiniumlaile 00 o C. lub Kui on äideud ingimus ϑ ϑ l lub, on la lühis ermilisel aluv. Elekriseadmee projekeerimisel ja aliluse hindamisel on sageli vaja eelneva alusel leida ka pööraud lahendeid. Näieks võib osuuda vajalikuks leida suurim Joule i inegraal, millele la on veel aluv B k max = ( A k max A k1 ) S, (6.19) kus - A kmax on lai maerjalile lubaav suurim Joule i inegraali väärus. Teise sageli kasuaava arvuuse kohasel leiakse minimaalne lai rislõikepindala, mis agab anud Joule i inegraali korral lai ermilise aluvuse: S min = A k max Bk A k1. (6.0) Kui lähuakse lai algemperauuris, milleks on kesva kuumenemise lõppemperauur, siis on võimalik erinevaele juhivmaerjalidele anda ee väärused C = A k max Ak1 (6.1) ja võrrand (6.0) saab lihsa kuju Bk Smin = C. (6.) 6... Lühisvoolu Joule'i inegraal Joule'i inegraali definisioon Valemi (6.15) alusel määraleakse lühisvoolu Joule i inegraal lühisel kogukesusega vl B k vl d. _ = 0 i Avaldise võrdlemine Joule i seadusega näiab, e lühisvoolu Joule i inegraal on lühise kesusel vl akisuses 1 Ω eralduv soojushulk. Lühisvool koosneb perioodilises i p ja aperioodilises i a komponendis ning me võime kirjuada B k ( i + i ) d = ( i + i i i ) = i d = p a p a p a Märkus. Valemis on lihsuse eesmärgil aja vl asemel kirjuaud. d. (6.3)

40 Loengukursus AEK Aperioodiline lühisvool on ajakonsandiga T a ajas sumbuv alalisvool. Perioodiline lühisvool on võrgusageduslik vool, mis oleneval lühise paiknemises elekrivõrgus võib olla eaud piirides sumbuv või miesumbuv. Oma mõju on ka auomaaseel erguusregulaaoriel (v Ü. Treufeld. Lühised elekrisüseemides. TTÜ. Tallinn. 00). Joonisel 6.6 on kujuaud kogulühisvoolu ja selle komponenide muuumine ajas. Perioodiline komponen on joonisel esiaud nii ajas muuumau kui ka ajas sumbuva ampliuudväärusega. Joule i inegraali arvuamisel auomaase erguusregulaaori mõjuga avalisel ei arvesaa ja lähuakse generaaorie perioodilise ülimööduva ja mööduva voolukomponendi keskmises ajalises sumbuvuses ajakonsandiga T. Joonisel 6.6 esiaud kõverael on aperioodilise voolu ajakonsandiks võeud T a = 0,05 s ja perioodilise voolukomponendi sumbuvuse ajakonsandiks T = 0,3 s. 1,5 Lühisvoolu perioodiline ja aperioodiline komponen Kogulühisvool 1 0,5 Lühisvool, s.ü. 0-0,5 0 0,0 0,04 0,06 0,08 0,1 0,1 0,14 0,16 0,18 0, -1-1,5 Sumbumau perioodiline komponen Sumbuv perioodiline komponen Lühisvoolu aperioodiline komponen Kogulühisvool - Aeg, s _ Joonis 6.6 Lühisvoolu komponendid Lühisvoolu perioodilis komponeni esiaakse avalisel selle efekiivvääruse kaudu. Efekiivväärus I k ( ) leiakse lihsusaul nii, e võeakse perioodilise voolu ampliuudide mähisjoon, mis jagaakse siinuskõvera kujueguriga (v jn 6.7). Sellisel leiud lühisvoolu perioodilise komponendi efekiivväärus lühise alghekel on ülimööduv " lühisvool I k ja ampliuudväärus on I km = I " k. Kui lühis kesab elekrikaare kusumise hekeni vl sekundi, siis lühisvoolu perioodilise komponendi efekiivväärus on sel hekel I k. Eeloodu arvesades võib lühisvoolu komponenide avaldised kirjuada kujul a km T ip = Ikm e cosω. (6.4) T i = I e a

41 Loengukursus AEK Lühisvoolu perioodiline komponen 1,5 I km 1 I " k Sumbuv perioodiline komponen Voolu ampliuudide mähisjoon Efekiivväärus Ik() Sumbumau perioodiline komponen Lühisvool, s.ü. 0,5-0,5 I k ( ) 0 0 0,0 0,04 0,06 0,08 0,1 0,1 0,14 0,16 0,18 0, I k -1-1,5 Aeg, s vl Avaldis (6.3) võab kuju B k = I 0 km e Keeruka kujuga elekrisüseemis on Joule i inegraali äpne arvuamine väga keerukas, kuna lühisekoha suhes asuvad erinevae elekrijaamade generaaorid erinevael (elekrilisel) kaugusel. Kauguses sõlub generaaorie lühise perioodilise voolukomponendi reaksioon voolu äkkmuuusele. Elekrilisel kaugee lühise korral on perioodilise komponendi efekiivvääruse muuumine vähemärgaav, samas aga elekrijaamade lähedal on sõluvus suur. Sellises olukorras on sobiv eisendada egelik elekrisüseem ekvivalenseks kaheharuliseks, milles ühe harusse on koondaud elekrilisel lähedal asuvad suured elekrijaamad ja eise lühises elekrilisel kauged elekrijaamad. Esimese reaksioon lühisvoolu suurenemisele on ugev, eisi võime vaadelda nn süseemiharuna, mille perioodilise voolukomponendi efekiivväärus võib vaadelda konsandina. _ Joonis 6.7 Lühisvoolu perioodiline komponen ja selle määralused T cosω d + I 0 km e Ta d + I km cosω e 0 T e Ta d (6.5) Valemis (6.5) on parema poole viimane liideav kõrgema järku lõpmaa väike suurus ja läheneb kiiresi nullile ning seega võime kirjuada p 0 a 0 B k i d + i d = Bkp + B ka. (6.6) Avaldises (6.6) nähub, e Joule i inegraali arvuamiseks võib eineeises lahus arvuada lühisvoolu perioodilise ja aperioodilise komponendi Joule i inegraali.

42 Loengukursus AEK Joonisel 6.8 on kujuaud eelöeldule vasav elekrisüseemi kaheharuline aseskeem. G x g x s S I g I I s Joonis 6.8 Elekrisüseemi ekvivalenne kaheharuline aseskeem Selles aseskeemis on süseemiharu perioodilise voolukomponendi efekiivväärus ajas muuumau ( I " ks ks = = I cons ) ja generaaoriharu vasav voolukomponen ajas muuuv ( I kg ( ) = var ) algväärusega lühise ekkimise hekel " I kg Lühisvoolu perioodilise komponendi Joule'i inegraal Lühisvoolu perioodilise komponendi ja selle Joule i inegraali avaldamine analüüilisel kujul on keeruka konfigurasiooniga elekrisüseemis prakilisel võimau. Seevasu võib valemi (6.ss) alusel lühisvoolu perioodilise komponendi Joule i inegraali leida, asendades voolu analüüilise kuju voolu efekiivväärusega, ses I k ( ) leidmiseks on olemas lihsusaud arvuusmeeodid. Seega B kp p 0 = i d I 0 k ( ) Toeudes aseskeemile jn. 6.8 saab avaldada d (6.7) B kp [ I ( ) + I ] d = I ( ) d + I I I ( ) = kg ks kg ks + ks kg d (6.8) 0 0 Nagu eespool mainii, on avaldise (6.8) analüüiline lahendamine keerukas ja selle asemel kasuaakse järgmis lihsusaud meeodi. Valemis (6.8) ehakse asendused Ikg 0 * " I kg B = ( ) d ja ( ) Asenduse ulemusena saadakse algebraline avaldis Ikg d Q = 0 I. (6.9) * " kg 0 B kp = I " kg " B + I kg Iks Q+ Iks *. (6.30) * _

43 Loengukursus AEK B ja Q väärused on üüpseele urbo- ja hüdrogeneraaoriele eelneval välja arvuaud * * ja ehasekaseusega konrolliud, mille ulemusena on eamemaerjalina esiaud graafikud B = f ( ) ja Q = g( ). Vasavad graafikud on oodud joonisel 6.9. * * Indeks 1 urbogeneraaorid - hüdrogeneraaorid Joonis 6.9 Nomogrammid abisuuruse * B ja Q leidmiseks * Juhul, kui on egemis elekrilisel kauge lühisega, s. lühisvoolu perioodilise komponendi ampliuud ajas ei muuu, on B = Q = 1 ja avaldis (6.30) lihsusub kujule B kp ks * * = I. (6.31) _

44 Loengukursus AEK Lühisvoolu aperioodilise komponendi Joule'i inegraal Lühisvoolu aperioodilised voolukomponendid aseskeemi harudes avalduvad i ag kmg Tag " kg Tag = I e = I e (6.3) ja Seega i as kms Tas ks Tas = I e = I e (6.33) B ka a 0 i d = 0 I " kg e T ag + I ks e T as Sulgude ruuu võmise ja mõningae eisenduse järel saadakse järgmine avaldis: B 1 e + I 1 e + 4I d T 1 e (6.34) = Tas " Tag " Tas Tag ka I kstas kg Tag ks I kg 1 T as ag (6.35) Enamikel juhudel elekrisüseemis T as = 0,04 0, s, T ag = 0,09 0,45 s ja lühise kesus vl on minimaalsel 0,1 s ning suurimad väärused võivad ulauda kuni sekundini. Sel juhul võrrand lihsusub olulisel: B ka = I ks T as + I " kg T ag + I ks I " kg 1 T as T ag. (6.36) Lühisvoolu Joule'i inegraali lihsusaud arvuus Elekrijaamades kaugees elekrisüseemi osades on lühisvoolu perioodilise komponendi efekiivväärus prakilisel muuumau. Sellisel juhudel võib joonisel 6.8 kujuaud kaheharulise aseskeemi asendada veelgi lihsama üheharulise aseskeemiga, milles on ainul süseemiharu. Üheharulises aseskeemis saab avaldis (6.36) kuju B ka = IksTas. (6.37) Kuna lühisvoolu Joule'i inegraali avaldub kujul B = B + B, k kp ka siis lihsusaud arvuuse kohasel on lühisvoolu Joule'i inegraal _

45 Loengukursus AEK ( T ) Bk = Iks as +. (6.38) Aparaaide ermilise aluvuse konroll Aparaaide ermilise aluvuse arvuused on keerukad, kuna kasuaakse erineva rislõikepindalaga voolujuhe (rosekonaki, nugakonakid, ümar- ja lapikjuhid jms), erinevad võivad olla isegi voolujuhide maerjalid. Tavalisel sisaldavad aparaadid ka liug- ja rullkonake, ning polliieid. Temperauuriõusu arvuamine muuub ebaäpseks ja seeõu aparaae konrolliakse ermilisele aluvusele kaselisel. Termilise aluvuse kaseuseks kasuaakse suure rooori massiga urbogeneraaori üüpi elekrimasinaid, mille saaorimähised on arvuaud suurele vooludele madalael pingeel. _

46 Loengukursus AEK Lühisvoolu elekrodünaamiline oime Elekrodünaamilised jõud voolujuhivae osade vahel Kui lähesikku asuvad kaks vooluga juhi, siis võivad nende vahel ekkida jõud, mis on võimelised elekrivõrgus esinevae lühise korral purusama elekriseadmeid. Ühes lõpmaa väikese rislõikega juhis 1 voolava voolu i pool eise lõpmaa väikese rislõikega rööpjuhi asukohas ekkiv magnevälja induksioon B on eslades leiav µ 0i B = π a, (6.40) kus a juhidevaheline kaugus, m, µ 0 = 4π 10-7 H/m. Erineva ugevusega voolude i 1 ja i korral ekkivad erineva ugevusega induksioonid B 1 ja B. Vooluugevuse ja induksioonide erinevus juhides kompenseerub vasasikku nii, e elekrodünaamilised jõud mõlemas juhis on vasassuunalised, kuid moodulil võrdse väärusega. Jõud avalduvad df 1, = i B1, dl sinθ (6.41 ) Lõpmaa pikkades ja lõpmaul väikse rislõikega juhides voolavae voolude ja magneväljade vasasmõjul ekivad juhides ühlasel jaounud elekrodünaamilised jõud, mis on suunaud vasaval vasaku käe reeglile ja moodulil võrdsed: a dl 1 B d F 1 = df dl i 1 i B 1 1 Joonis 6.10 Elekrodünaamilise jõudude kujunemine kahe rööpse lõpmaul väikse rislõikega juhi vahel _

47 Loengukursus AEK df µ 0 i1 i 7 1 f = = = 10 i1 i, dl π a a N m (6.4) Juhul, kui juhide rislõige on lõplik, s. nullis erinev, uleb arvesada sellega, e vasasikusesse mõjusse asuvad juhide erinevaes elemenaarsees rislõigees voolavad voolud Elekrodünaamilised jõud kolmefaasilises voolujuhide süseemis Elekrodünaamilised jõud kolmefaasilises voolujuhide süseemis sõluvad nende paiguuses (kolmnurkne, rõhne vms), juhide vahelises kauguses, lühise liigis, lühise algfaasis jms. Jäikades juhides ekkivad jõud võivad ekiada mehaanilisi vigasusi/purunemisi. Paindjuhmees jõud vigasusi ei ekia, kuid juhide nihkumine oma algasendis võib ekiada uusi lühiseid. Joonis 6.11 Elekrodünaamilised jõud laide vahel kahefaasilisel lühisel. _

48 Loengukursus AEK Laide elekrodünaamilise aluvuse konroll Isolaaorie elekrodünaamilise aluvuse konroll 7. Lühisvoolu piiramine 7.1. Lühisvoolu piiramine võeega elekriskeemi koosamisel 7.. Voolupiiravae reakorie konsruksioon ja kasuamine 7.3. Voolupiiravae reakorie valik _

49 Loengukursus AEK Elekriseadmee maandamine 8.1. Maandusakisus Pinnase eriakisus võrgusagedusel (mõõmisel sageli saadud väärusvahemikud) Pinnase liik Eriakisus ρ E Ωm Soopinnas Liivsavi, savi, musmuld Liiv Kruus Murenenud kivim Enamasi alla 1000 Liivakivi Granii kuni Moreen kuni Niiskusesisalduse muuumine võib põhjusada pinnase eriakisuse ajalisi muuusi kuni mõne meeri sügavuseni. Lisaks sellele uleb arvesse võa, e pinnase eriakisus võib unduval muuuda koos sügavuse suurenemisega, kuna avalisel koosneb pinnas selgesi erisaavaes eri omadusega pinnasekihides. Võrkmaanduri valgumisakisus on ligikaudu R E ρ E =, D milles D on sellise ringjoone läbimõõ, mille pindala võrdub võrkmaanduri pindalaga. Riba- või ümarmaerjalis või kiudjuhmes rõhsae sirg- ja rõngasmaandurie valgumisakisus homogeenses pinnases on arvuaav järgmise valemiega: _

50 Loengukursus AEK sirgmaandur rõngasmaandur R R EB ER ρ E L = ln π L d ρ E πd = ln π D d L L sirgmaanduri pikkus m, D = rõngasmaanduri läbimõõ m, d ümarelekroodi või π kiudjuhme läbimõõ või ribaelekroodi pool laius m (joonis kehib d = 0,015 m puhul), ρ E pinnase eriakisus Ωm Homogeensesse pinnasesse süvisaud püsmaanduri valgumisakisus on arvuaav valemiga R E ρ E = π L 4L ln d L maandusvarda pikkus m, d maandusvarda läbimõõ m (joonis kehib d = 0,0 m puhul), ρ E pinnase eriakisus Ωm 8.. Puue- ja sammupinge 8.3. Poensiaaliühlusus 8.4. Maandusseadme konsruksioon ja arvuus _

51 Loengukursus AEK Jaolae konsruksioon 9.1. Elekriohuus ja aliluskindlus agavad nõuded Elekrialajaamade meallosad võivad olla pingesaud või pingealdis. Pingesaud meallosadeks on elekrijuhid, mida kasuaakse normaalaliluses elekrienergia edasamiseks. Pingesaud osadeks võivad olla ka mimesugused juhimisning mõõeahelad. Pingealdis juhivaeks osadeks on elekriseadme puuevõimalikud juhivad osad, mis normaalsel ei ole pingesaud, kuid võivad pingesuda isolasioonirikke agajärjel. Paigaldised peavad olema ehiaud sellisel, e pingesaud osade juhuslik puuduamine või juhuslik ulaumine pingesaud osade läheduses asuvasse ohusooni oleks väldiud. Seda nimeaakse osepuuekaiseks. Kaisud peavad olema nii pingesaud osad kui ka alilusisolasiooniga osad ja osad, mis võivad kanda ohlikku poensiaali. Talilusisolasiooni ei loea elekriohuuse seisukohal piisavaks. Kaise võib olla saavuaud mimesugusel viisil: o kaise ümbrise abil, o kaise piirde abil, o kaise õkke abil, o kaise pingesaud osade paiguamisega väljapoole puueküündivus. Loeleud kaiseviiside rakendamisel võeakse aluseks nõuava isolasiooni agavad vähimad õhkvahemikud. Need õhkvahemikud leiakse mõjuvae liigpingee alusel CENELEC i isolasiooni koordinasiooni sandardie EN ja EN põhjal (Eesi sandardid on vasaval EVS-EN ja EVS-EN ). Vähimad õhkvahemikud on oodud konspeki osas. Alajaamade alilusingimused. Joonisel ja 9.1. on kujuaud vähimae õhkvahemike sõluvusi võrgu nimipinges elekroodide erineva kuju korral ülikõrgepingelises elekripaigaldises. Sellesse pingee rühma kuuluvad Eesis 330 kv elekripaigaldised. Joonisel esiaud õhkvahemikud on esiaud ka järgnevas abelis Tabel Vähimad õhkvahemikud EVS-HD 637 S1:00 järgi Nimipinge, kv Juh- Tarind F-M 1 Varras- Tarind F-M 1 Juh- Rööpjuh F-F 1 Varras- Juh F-F 1 Juh- Tarind F-M Varras- Tarind F-M Juh- Rööpjuh F-F Varras- Juh F-F F-M faas-maa F-F faas-faas 1 - madalamad aluvuspinged - kõrgemad aluvuspinged _

52 Loengukursus AEK Tugevam isolasioon (suuremad liigpinged) Vähim õhkvahemik, mm Varras-juh (Faas-Faas) Juh-rööpjuh (Faas-Faas) Varras-arind (Faas-Maa) Juh-arind (Faas-Maa) Norm pingele 330 kv Norm pingele 330 kv Norm pingele 330 kv Norm pingele 330 kv Nimipinge, kv Joonis Vähimad õhkvahemikud C-pingepiirkonna võrkudes suuremae liigpingee esinemise korral (n õhuliinidega võrkudes) Nõrgem isolasioon (väiksemad liigpinged) Vähim õhkvahemik, mm Varras-juh (Faas-Faas) Juh-rööpjuh (Faas-Faas) Varras-arind (Faas-Maa) Juh-arind (Faas-Maa) Norm pingele 330 kv Norm pingele 330 kv Norm pingele 330 kv Norm pingele 330 kv Nimipinge, kv Joonis 9.1. Vähimad õhkvahemikud C-pingepiirkonna võrkudes väiksemae liigpingee esinemise korral (n kaabelliinidega võrkudes) Nõuded isolasiooni ugevusele sõluvad elekrivõrgu üübis (õhuliinidega või kaabelliinidega võrk) ja kasuaavas liigpingee piiramisasemes, s. valiud liigpingepiirikue või muude kaisevahendie kaiseasemes. _

53 Loengukursus AEK Ohuusvahemikud Vähimad õhkvahemikud peavad ühel pool agama elekriseadmee öökindluse, kuid eisel pool ka elekriohuuse. Nende vahemike alusel anakse vähimad lubaavad vahekaugused pingesaud osadeni. Neid vahekaugusi võib lugeda ohuusvahemikeks. Kaisepiireena võib kasuada lausseinu, uksi, võre- või raavõrkpiirdeid kõrgusega vähemal 1800 mm, mis peavad agama, e inimkeha misahes osa ei saa küündida pingesaud osade läheduses asuvasse ohusooni. Kaiseõkeeks võivad olla n kaed, õkkepuud, keid ja köied ning alla 1800 mm kõrgusega seinad, uksed, võre- ja raavõrkpiirded, mis oma madaluse õu ei kuulu piiree hulka. _

54 Loengukursus AEK Lahised ja kinnised jaolad _

55 Loengukursus AEK Kohapeal koosaavad ja komplekjaolad Elegaasisolasiooniga 110 kv komplekjaola 110 kv komplekjaola lõige _

56 Loengukursus AEK Lahise jaolae konsrukiivsed iseärasused _

57 Loengukursus AEK Alajaamade piksekaise Kaise välgu oselöökide ees Modelleerimine, mõõmised, vaalused ja paljude aasae kogemused näiavad, e välgu oselööke seadmeisse saab suure õenäosusega välida, kui kasuada alljärgneva piksevarrase või -rosside paiguusviisi. Joonisel kuni kujuaud kaisesoonid kehivad paigaldise puhul, mille kõrgus H on kuni 5 m (kasuusel 40 kv elekrivõrgus). Kõrgemae paigaldise korral on kaisesoonid suhelisel väiksemad. Alljärgnev on esiaud kui meeod, mis agab piisava kaiseaseme ilma isolasioonikoordinasiooni lähema käsilemisea. Üksik pikseross loob piki rossi elgikujulise kaisesooni, mille moodusajaks (rislõike piirjooneks) on rossis algav kaar raadiusega H (v joonis 9.6.1). Kaks pikserossi, mille omavaheline kaugus on väiksem kui H, loovad kaisesooni, mille piiri pikserosside vahel moodusab kõrguse H keskpunkis M R läbi rosside (raadiusega R) õmmaud kaar (v joonis 9.6.). Kaisesoon on rosside kogu ulauses pidev. M H M H H H H H Joonis Üksiku pikserossi kaisesoon M H M R M H H R H H H < H Joonis 9.6. Kahe pikserossi kaisesoon _