ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΓΩΓΟΙ ΚΑΙ ΚΑΛΩΔΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΓΩΓΟΙ ΚΑΙ ΚΑΛΩΔΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ ΤΣΙΧΛΗΣ ΧΡΗΣΤΟΣ Α.Ε.Μ ΝΑΛΜΠΑΝΤΗΣ Λ. ΣΤΕΦΑΝΟΣ ΔΙΠΛ. ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ Μ.SC. ΚΑΒΑΛΑ 2012

2 Πίνακας περιεχομένων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο : ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΑΛΩΔΙΑ Ιστορία των ηλεκτρικών καλωδίων Μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας μέσω καλωδίων Κατηγορία Καλωδίων Ορολογία Αγωγοί... 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο : ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εισαγωγή Εναέρια δίκτυα μεταφοράς Χαρακτηριστικά μεγέθη μεταφερόμενης ενέργειας Στοιχεία γραμμών μεταφοράς Αγωγοί γραμμών μεταφοράς ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΑΓΩΓΟΙ ΚΑΙ ΚΑΛΩΔΙΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ Αντιστοιχία νέων τύπων καλωδίων με παλαιούς τύπους Χρώματα και διάκριση των αγωγών Χαρακτηριστικά των καλωδίων Τύποι καλωδίων και η χρήση τους Επεξήγηση συμβόλων Επιτρεπόμενη Ένταση Αγωγών Οι μικρότερες αποδεκτές διατομές αγωγών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο : ΚΑΛΩΔΙΑ ΑΓΩΓΟΙ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ Εισαγωγικά Σύνθεση των καλωδίων μέσης τάσης Κατασκευαστικά στοιχεία για κάθε μέρος των καλωδίων μέσης τάσης [1]

3 Αγωγοί Εξομαλυντικά (ημιαγώγιμα) στρώματα Μόνωση Μανδύας (ή μεταλλικός μανδύας ή μεταλλική θωράκιση ή ηλεκτρική θωράκιση) Ζώνη μηχανικής ενίσχυσης Εξωτερικό προστατευτικό στρώμα (ή εξωτερικός μανδύας) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο : ΚΑΛΩΔΙΑ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ Σύντομη Περιγραφή Δικτύου Μεταφοράς Ηλεκτρικού Ρεύματος Καλώδια Υπερύψηλης Τάσης με Μεταλλική Περιέλιξη Γραμμές μεταφοράς (Γ.Μ.) & καλώδια Υ.Τ Τυποποιημένα Είδη Εναέριων Γ.Μ Θερμικό Όριο Χαρακτηριστικά Καλωδιακών Γ.Μ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΗΓΕΣ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟΥ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι: ΠΙΝΑΚΕΣ ΚΑΛΩΔΙΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ. 42 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ IΙ: ΠΙΝΑΚΕΣ ΚΑΛΩΔΙΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΧΡΗΣΕΩΝ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙIΙ: ΠΙΝΑΚΕΣ ΚΑΛΩΔΙΩΝ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙV: ΑΓΩΓΟΙ CU ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ V: ΚΑΛΩΔΙΑ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ [2]

4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο : ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΚΑΛΩΔΙΑ 1.1. Ιστορία των ηλεκτρικών καλωδίων Τα καλώδια εμφανίστηκαν αμέσως μετά την ανακάλυψη του συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος. Μέχρι τότε δεν υπήρχε ανάγκη μεταφοράς του, παρά μόνο το ηλεκτρικό φορτίο που παραγόταν από χημικές ουσίες ή άλλες διαδικασίες μεταφερόταν σε δοχεία Leden μέσω χάλκινων συρμάτων. Μετά την ανακάλυψή τους άρχισαν να διαδίδονται σιγά-σιγά σε ορισμένες βιομηχανικές και βιοτεχνικές μονάδες μαζί με περιορισμένες ηλεκτρικές ανακαλύψεις. Μετά από καιρό ανακαλύφθηκε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ένας πολύ καλός φορέας ενέργειας και η κατασκευή και χρήση των καλωδίων συστηματοποιήθηκε. Άρχισαν να εμφανίζονται τα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και δημιουργήθηκαν τα πρώτα εκτεταμένα δίκτυα καλωδίων για τη διανομή του παραγόμενου ρεύματος Μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας μέσω καλωδίων Ένα σημαντικό φαινόμενο των καλωδίων είναι η απώλειες ενέργειας σε θερμική ενέργεια Joule. Η ποσότητά της Q είναι: όπου R είναι η ωμική αντίσταση του υλικού, I η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος, t o χρόνος διέλευσης του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα στο καλώδιο. Παρόλα αυτά τα καλώδια παραμένουν η καλύτερη επιλογή για την μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας Κατηγορία Καλωδίων Υπάρχουν πολλών ειδών καλώδια και εξυπηρετούν διαφορετικούς σκοπούς: - Καλώδια υψηλής τάσης: Για τη μεταφορά ρεύματος από τα εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος στις εγκαταστάσεις. - Καλώδια χαμηλής τάσης: Για τη διανομή του ρεύματος σε κτίρια. - Καλώδια για εντοιχισμό: Για τη μεταφορά ρεύματος εντός των κτηρίων ως μόνιμη ηλεκτρολογική εγκατάσταση. [3]

5 - Υπόγεια καλώδια: Για την υπόγεια μεταφορά ρεύματος. - Υποθαλάσσια καλώδια. - Καλώδια συσκευών: Μεταφέρουν ρεύμα από την πρίζα στη συσκευή. Εκτός από ενέργεια τα καλώδια μεταφέρουν και οτιδήποτε άλλο μεταφέρεται μέσω του ρεύματος. Έτσι υπάρχουν και: - Καλώδια τηλεφωνίας (PSTN): Για τη μεταφορά ηλεκτρικών σημάτων φωνής, χαμηλής πιστότητας. - Καλώδια μεταφοράς ήχου: Για τη μεταφορά ήχου υψηλής πιστότητας, όπως στα μεγάφωνα και τα μικρόφωνα. - Καλώδια δεδομένων (data) για τοπικά δίκτυα (LAN): Μεταφέρουν δεδομένα υπολογιστή σε μέτριες σχετικά αποστάσεις. Βασική διαφορά τους με τις εσωτερικές καλωδιώσεις των υπολογιστών είναι πως στις δεύτερες οι μεταβολές των σημάτων είναι πολύ πιο απότομες, ώστε να επιτυγχάνεται μέγιστος ρυθμός μετάδοσης. Αντίθετα, στα καλώδια δεδομένων για τοπικά δίκτυα, τα δεδομένα μεταφέρονται διαμορφωμένα πάνω σε αναλογικό σήμα, θυσιάζοντας τον ρυθμό μετάδοσης υπέρ της αξιόπιστης μεταφοράς του σήματος. - Καλώδια δικτύου WAN (ISDN ή ADSL): Για τη μεταφορά πληροφοριών δικτύου και Διαδικτύου σε μεγάλες αποστάσεις. Όπως και στα καλώδια δεδομένων για τοπικά δίκτυα, χρησιμοποιείται αναλογική διαμόρφωση με σκοπό την επίτευξη ακόμη πιο μεγάλων αποστάσεων σύνδεσης. - Καλώδια ηλεκτρονικών συσκευών: Μεταφέρουν σήματα από περιφερειακές συσκευές στον υπολογιστή, πχ μέσω του πρωτοκόλλου USB ή Firewire. - Καλώδια μεταφοράς σημάτων: Εμφανίζονται στην τηλεόραση το ραδιόφωνο τις κεραίες και τα λοιπά. - Οπτικές ίνες: Δε μεταφέρουν ρεύμα, αλλά φως. Καταχρηστικά εντάσσονται στα καλώδια λόγω της ομοιότητας στην εξωτερική εμφάνιση και την κατασκευή. Μεταφέρουν φως είτε για να χρησιμοποιηθεί σε άλλο σημείο από την πηγή, ή ως σήμα. Θεωρείται ότι θα φέρουν επανάσταση στον τομέα των καλωδίων. [4]

6 1.4. Ορολογία Σύρμα: Μεταλλικό γραμμικό αντικείμενο. Έχει άμεση σχέση με την ολκιμότητα των μετάλλων. Λόγω του σχήματος του μπορεί να παραμορφωθεί εύκολα όταν ασκούνται πλάγιες δυνάμεις. Έχει μεγάλη αντοχή στον εφελκυσμό και είναι ηλεκτρικά αγώγιμο λόγω του υλικού του. Αγωγός: Κάθε σώμα που χρησιμοποιείται για τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος μέσα σε αυτό. Συνήθως έχουν το σχήμα των συρμάτων και ένα τουλάχιστον από τα υλικά τους είναι μέταλλο. Μονοπολικό καλώδιο: Καλώδιο που αποτελείται από ένα σύρμα ή μεταλλικό πυρήνα (αναφέρεται και ως μονόκλωνο). Πολυπολικό καλώδιο: Καλώδιο που αποτελείται από πολλά επιμέρους σύρματα ή νήματα ή μεταλλικούς πυρήνες, που δεν είναι απομονωμένα μεταξύ τους (αναφέρεται και ως πολύκλωνο) Αγωγοί Η μεταφορά ηλεκτρικού ρεύματος για την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ή μετάδοση ηλεκτρικών σημάτων γίνεται με τους αγωγούς. Οι αγωγοί μπορούν να είναι: - Μονόκλωνοι: οι οποίοι αποτελούνται από ένα συμπαγές σύρμα κυκλικής διατομής, - Πολύκλωνοι: οι οποίοι αποτελούνται από πολλά σύρματα ομοκεντρικά στριμμένα σε διαδοχικά στρώματα και - Λεπτοπολύκλωνοι, οι οποίοι είναι πολύκλωνοι αλλά το κάθε στριμμένο σύρμα αποτελείται από αρκετά συρματίδια. Όσους περισσότερους κλώνους έχει ένας αγωγός συγκεκριμένης διατομής τόσο περισσότερη ευκαμψία παρουσιάζει. Οι πολύκλωνοι αγωγοί μπορούν να πάρουν κυκλική μορφή ή μορφή κυκλικού τομέα. Η κατασκευή των αγωγών με μορφή κυκλικού τομέα παρουσιάζει το [5]

7 πλεονέκτημα της μικρότερης εξωτερικής διαμέτρου σε σύγκριση με την αντίστοιχη διάμετρο των αγωγών κυκλικής διατομής και ίσης ηλεκτρικής διατομής και συνήθως συναντάται στα καλώδια ενέργειας. Το επικρατέστερο υλικό κατασκευής των αγωγών είναι ο χαλκός με διάφορες μορφές επεξεργασίας (μαλακός, σκληρός, ανωπτημένος). Σε ειδικές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται βέργες χαλκού, επικασσιτερωμένος χαλκός, γυμνοί αγωγοί αλουμινίου με ή χωρίς χαλύβδινη ψυχή. Οι αγωγοί μπορεί να είναι γυμνοί ή μονωμένοι. Η μόνωση των ηλεκτροφόρων αγωγών κατασκευάζεται με ομοιόμορφο πάχος, κυρίως από θερμοπλαστική ύλη με βάση το χλωριούχο πολυβινύλιο (PVC) και το πολυαιθυλένιο (PE) ή από ελαστικό (γόμα). Το κυριότερο χαρακτηριστικό κάθε αγωγού είναι το μέγεθος της αγώγιμης διατομής του, π.χ. 10mm 2, 16mm 2 κ.λπ. (συχνά το mm 2 ονομάζεται και καρέ) [6]

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο : ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 2.1. Εισαγωγή Είναι απαραίτητο, τα δίκτυα που μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια να λειτουργούν με υψηλή τάση, πολύ μεγαλύτερη από την παραγόμενη τάση από τις γεννήτριες. Ο βασικός λόγος είναι η μείωση του ρεύματος μεταφοράς ώστε έτσι να μειωθούν οι απώλειες μεταφοράς και η πτώση τάσης στις γραμμές μεταφοράς. Για τον λόγο αυτό οι γεννήτριες συνδέονται σε σειρά με μετασχηματιστές, συνήθως κάθε γεννήτρια συνδέεται σε ένα μετασχηματιστή ώστε να είναι δυνατή η ανεξάρτητη λειτουργία τους. Πριν από κάθε μετασχηματιστή τοποθετούνται οι αυτόματοι διακόπτες προστασίας που προστατεύουν την γεννήτρια σε περίπτωση βραχυκυκλώματος. Η λειτουργία τους βασίζεται στην διέγερση ορισμένων ηλεκτρονόμων και θα περιγραφεί στο κεφάλαιο των υποσταθμών. Μετά την ανύψωση της τάσης δεν μένει παρά η σύνδεση του σταθμού στο δίκτυο και το βασικό πρόβλημα είναι ο παραλληλισμός των γεννητριών του σταθμού με το δίκτυο ώστε να αποδίδεται η ίδια τάση και συχνότητα με εκείνα του δικτύου. Κάθε γεννήτρια με τον μετασχηματιστή της συνδέεται σε ένα κοινό σύστημα ζυγών του σταθμού το οποίο συνδέεται με το εθνικό δίκτυο. Αμέσως μετά τους ζυγούς υπάρχει ένας αυτόματος διακόπτης με σκοπό να προστατεύει τον σταθμό από κάθε μη ομαλή κατάσταση της γραμμής μεταφοράς Εναέρια δίκτυα μεταφοράς Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα της ηλεκτρικής ενέργειας είναι η δυνατότητα μεταφοράς της εύκολα σε μεγάλες αποστάσεις με μικρές απώλειες. Η μεταφορά αυτή είναι απαραίτητη λόγω των μεγάλων αποστάσεων των ενεργειακών κέντρων παραγωγής (υδροηλεκτρικοί σταθμοί σε λίμνες ή ποτάμια, ατμοηλεκτρικοί σταθμοί κοντά σε ορυχεία λιγνίτη, αιολικά πάρκα σε περιοχές με ισχυρό άνεμο, σταθμοί diesel κοντά σε λιμάνια και μακριά από κατοικημένες περιοχές λόγω πιθανής μόλυνσης) από τα μεγάλα κέντρα ηλεκτρικής κατανάλωσης (μεγάλες πόλεις, βιομηχανικά συγκροτήματα). [7]

9 Για την μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας από τα σημεία παραγωγής στα σημεία κατανάλωσης χρησιμοποιούνται οι ηλεκτρικές γραμμές μεταφοράς, το μήκος των οποίων μπορεί να φτάσει μέχρι μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα. Οι γραμμές αυτές εκτός από την μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούνται και για την πολλαπλή σύνδεση των σταθμών παραγωγής με τις καταναλώσεις ώστε σε περίπτωση που κάποιες μονάδες δεν λειτουργούν (βλάβη, προγραμματισμένη συντήρηση, έλλειψη καυσίμου) οι άλλες μονάδες του δικτύου να καλύπτουν την ζήτηση ενέργειας. Οι γραμμές μεταφοράς δεν μπορούν να τροφοδοτήσουν άμεσα τους καταναλωτές που χρησιμοποιούν χαμηλές τάσεις (220/380V) αλλά φθάνουν μέχρι ορισμένα σημεία όπου γίνεται υποβιβασμός της τάσης του δικτύου. Από αυτά τα σημεία στα οποία βρίσκονται οι υποσταθμοί μεταφοράς αρχίζουν οι γραμμές διανομής που καταλήγουν στους υποσταθμούς διανομής όπου γίνεται υποβιβασμός της τάσης στην τάση που χρησιμοποιούν οι καταναλωτές χαμηλής τάσης. Η διάκριση μεταξύ των δύο τύπων δικτύων γίνεται από την περιοχή των τιμών της τάσης της ηλεκτρικής ενέργειας. Η ηλεκτρική ενέργεια κατά την μεταφορά της πρέπει να παρουσιάζει σταθερή τάση και συχνότητα και τις ελάχιστες δυνατές απώλειες. Για να επιτευχθούν τα παραπάνω χαρακτηριστικά η γραμμή μεταφοράς πρέπει να παρουσιάζει κατάλληλα χαρακτηριστικά. Κατά την μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις εμφανίζεται πάνω στη γραμμή πτώση τάσης που οφείλεται στην σύνθετη αντίσταση της (ωμική, επαγωγική, χωρητική) και εξαρτάται από την ένταση του ρεύματος, δηλαδή την μεταφερόμενη ισχύ. Η σύνθετη αντίσταση της γραμμής εξαρτάται μόνο από τον τρόπο που είναι κατασκευασμένη η γραμμή. Πρόβλημα όσον αφορά την συχνότητα δεν υπάρχει αφού αυτή δεν μεταβάλλεται κατά την μεταφορά της ενέργειας. Για την ομαλή λειτουργία ενός τριφασικού δικτύου έχει σημασία η εξασφάλιση εξισορροπημένης λειτουργίας, δηλαδή πρέπει τα μονοφασικά συνήθως φορτία να [8]

10 ισοκατανέμονται στις τρείς φάσεις ώστε οι τριφασικοί καταναλωτές να έχουν συμμετρικές τάσεις τροφοδοσίας. Πρέπει να αποφεύγεται με κάθε τρόπο η διακοπή τροφοδοσίας οποιουδήποτε αριθμού καταναλωτών έστω και για μικρό χρονικό διάστημα διότι αυτό συνεπάγεται μεγάλες οικονομικές ή άλλου είδους ζημιές. Αυτό πραγματοποιείται με τις πολλαπλές συνδέσεις και την τοποθέτηση οργάνων ελέγχου και διακοπτών που επισημαίνουν και εντοπίζουν κάθε βλάβη που θα μπορούσε να οδηγήσει σε δυσάρεστο αποτέλεσμα. Μιά τέτοια περίπτωση είναι η χρήση γραμμών με παράλληλα κυκλώματα οπότε σε περίπτωση βλάβης του ενός θα χρησιμοποιείται το άλλο. Ενας τελευταίος τομέας είναι η ασφαλής λειτουργία των γραμμών μεταφοράς, δηλαδή πρέπει οι τιμές των ηλεκτρικών μεγεθών να μην ξεπερνούν ορισμένες προκαθορισμένες χαρακτηριστικές τιμές για την ακίνδυνη λειτουργία της γραμμής, πράγμα που επιτυγχάνεται με την βοήθεια μετρητικών και ρυθμιστικών οργάνων που βρίσκονται σε κατάλληλα σημεία Χαρακτηριστικά μεγέθη μεταφερόμενης ενέργειας Η μεταφερόμενη ενέργεια χαρακτηρίζεται από την τάση και την συχνότητα ενώ η μεταφερόμενη ισχύς καθορίζει την ένταση που διαρρέει την γραμμή. Τα πλεονεκτήματα της μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας με υψηλή τάση είναι κύρια οικονομικά διότι η ισχύς μεταφέρεται με χαμηλή ένταση οπότε χρειάζονται αγωγοί μικρότερης διατομής με αποτέλεσμα οικονομία υλικού και μικρότερες απώλειες ισχύος λόγω του μικρότερου ρεύματος. Έχει επικρατήσει η χρησιμοποίηση συχνότητας 50 ή 60 Hz. Οι χρησιμοποιούμενες τάσεις μεταφοράς δεν είναι τυποποιημένες και η ΔΕΗ χρησιμοποιεί γραμμές 400KV (υπερυψηλή τάση), 150Κν(υψηλή τάση) και σε ορισμένες πυκνοκατοικημένες περιοχές 66 KV. Στην διανομή υπάρχει η τυποποιημένη τιμή των 20KV αλλά υπάρχουν ακόμα τάσεις 22KV, 15KV και 11KV. [9]

11 Κάθε τάση μεταφοράς παρουσιάζει ορισμένη εμβέλεια, δηλαδή απόσταση στην οποία συμφέρει από οικονομική άποψη να χρησιμοποιηθεί. Ετσι με 15KV είναι σωστό να μεταφέρεται ισχύς μέχρι 1000KW το πολύ μέχρι 50 χιλιόμετρα. Αν η απόσταση ή ισχύς αυξηθούν, η τάση αυτή δεν είναι πιά κατάλληλη Στοιχεία γραμμών μεταφοράς Με τον όρο γραμμή μεταφοράς εννοείται το σύνολο των συσκευών και εγκαταστάσεων που απαιτούνται για την μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας στις κατάλληλες συνθήκες. Οι πιο βασικές από τις εγκαταστάσεις και συσκευές είναι: - Οι αγωγοί που μεταφέρουν την ηλεκτρική ενέργεια. Στις γραμμές υψηλής τάσης είναι συνήθως τρείς και στις διπλές γραμμές είναι έξι. Για λόγους οικονομίας δεν χρησιμοποιείται ουδέτερος αγωγός. - Οι στύλοι ή πυλώνες στους οποίους στηρίζονται οι αγωγοί - Οι μονωτήρες που αφ ενός συγκρατούν τους αγωγούς στούς στύλους και αφ ετέρου εξασφαλίζουν την μόνωσή τους ως προς γή - Οι μετασχηματιστές που μετασχηματίζουν την τάση στους υποσταθμούς μεταφοράς και διανομής - Τα συστήματα ελέγχου και προστασίας που ελέγχουν τις τιμές των χαρακτηριστικών μεγεθών κατά μήκος των γραμμών και τις προστατεύουν από ενδεχόμενες βλάβες που προκαλούνται λόγω προβλημάτων στην λειτουργία τους Μια άλλη διάκριση των γραμμών μεταφοράς θα μπορούσε να γίνει σε σχέση με τη θέση τους (εναέριες - αυτές που κρέμονται σε στύλους, και υπόγειες - αυτές που αποτελούνται από ένα καλώδιο και βρίσκονται μέσα στο έδαφος). Επειδή τα έξοδα κατασκευής μιας υπόγειας γραμμής είναι σαφώς μεγαλύτερα εκείνων μιάς εναέριας (παρά το ότι οι τελευταίες χρειάζονται στύλους, μονωτήρες κλπ) οι γραμμές μεταφοράς είναι κατά κανόνα εναέριες. [10]

12 2.5. Αγωγοί γραμμών μεταφοράς Οι αγωγοί αποτελούν το μέσο μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας. Ανάλογα με την κατασκευή τους διακρίνονται σε μονόκλωνους (από ένα σύρμα) και σε πολύκλωνους (από περισσότερα του ενός συνεστραμμένα σύρματα με συνολική διατομή μεγαλύτερη από 6 mm 2 ). Οι πολύκλωνοι αγωγοί είναι πιο ακριβοί αλλά χρησιμοποιούνται περισσότερο λόγω της μεγαλύτερης ευκαμψίας τους και της μεγαλύτερης μηχανικής αντοχής τους. Τα υλικά κατασκευής των αγωγών είναι ο χαλκός και το αλουμίνιο. Ο πρώτος παρουσιάζει μεγαλύτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα και αρκετά μεγάλη μηχανική αντοχή, έχει όμως μεγάλο κόστος και μεγάλο βάρος. Έτσι χάλκινοι αγωγοί χρησιμοποιούνται σχεδόν αποκλειστικά στις γραμμές διανομής. Το αλουμίνιο με την μορφή κραμάτων έχει μικρό βάρος και παρά την μικρότερη ηλεκτρική αγωγιμότητά του χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά στις γραμμές μεταφοράς. Για να αυξηθεί η μηχανική αντοχή οι πολύκλωνοι αγωγοί από αλουμίνιο έχουν ένα εσωτερικό χαλύβδινο αγωγό υψηλής αντοχής γύρω από τον οποίο είναι συνεστραμμένοι οι αγωγοί από αλουμίνιο. Οι αγωγοί κατασκευάζονται σε κομμάτια ορισμένου μήκους και για να σχηματισθεί γραμμή μήκους πολλών χιλιομέτρων πολλά τέτοια κομμάτια ενώνονται μεταξύ τους με την βοήθεια συνδετήρων ή σφιγκτήρων. [11]

13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΑΓΩΓΟΙ ΚΑΙ ΚΑΛΩΔΙΑ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ 3.1. Αντιστοιχία νέων τύπων καλωδίων με παλαιούς τύπους Τα καλώδια των εσωτερικών εγκαταστάσεων αποτελούνται από αγωγούς χαλκού. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι καλωδίων που χρησιμοποιούνται στις εσωτερικές εγκαταστάσεις είναι οι ΝΥΑκαι NYM (με βάση τους γερμανικούς κανονισμούς V.D.E.), των οποίων όμως η ονοματολογία έχει αλλάξει τελευταία από τον ΕΛ.Ο.Τ. για εναρμόνιση με τα διεθνή πρότυπα. Νέος τύπος (κατά ΕΛ.Ο.Τ.) H07V-K H07V-U H07V-R A05VV-U A05VV-R H05VV-F H03VV-F H03VH-H H05RR-F H07RN-F J1VV-U J1VV-R J1VV-S Παλαιός τύπος (κατά V.D.E.) NYAF NYA(re) NYA(rm) NYM(re) NYM(rm) NYMHY NYLHY NYFAZ NMH NSHou NYY(re) NYY(rm) NYY(sm) 3.2. Χρώματα και διάκριση των αγωγών Για να διακρίνονται οι διάφοροι αγωγοί μεταξύ τους σε ένα καλώδιο, χρησιμοποιείται υλικό μόνωσης με διαφορετικά χρώματα, που καθορίζονται από τις προδιαγραφές κατασκευής του καλωδίου. Στα καλώδια εσωτερικών εγκαταστάσεων για τις τρεις φάσεις χρησιμοποιούμε τους αγωγούς με τα χρώματα καφέ, μαύρο, μαύρο. [12]

14 Για τον ουδέτερο το μπλε ανοικτό και για τη γείωση το πράσινο/κίτρινο (κίτρινο με πράσινη ρίγα). Σε καλώδια παλαιάς κατασκευής συναντάμε ως χρώμα μιας φάσης το κόκκινο, του ουδέτερου το γκρι και της γείωσης το κίτρινο. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές του ΕΛ.Ο.Τ. τα εύκαμπτα καλώδια και τα καλώδια για μόνιμη εγκατάσταση φέρουν στη μόνωση των αγωγών τους τα παρακάτω χρώματα. Αριθμός αγωγών Πίνακας 1 - «Χρώματα αγωγών εύκαμπτων καλωδίων» Καλώδια με αγωγό γείωσης Καλώδια χωρίς αγωγό γείωσης 1 πράσινο/κίτρινο μπλε ανοικτό ή άλλα χρώματα 2 μπλε ανοικτό, καφέ 3 πράσινο/κίτρινο, καφέ, μπλε ανοικτό μαύρο, μπλε ανοικτό, καφέ 4 πράσινο/κίτρινο, μαύρο, μπλε ανοικτό, καφέ μαύρο, μπλε ανοικτό, καφέ, μαύρο 5 πράσινο/κίτρινο, μαύρο, μπλε ανοικτό, καφέ, μαύρο μαύρο, μπλε ανοικτό, καφέ, μαύρο, μαύρο Αριθμός αγωγών Πίνακας 2 - «Χρώματα αγωγών καλωδίων για μόνιμη εγκατάσταση» Καλώδια με αγωγό γείωσης Καλώδια χωρίς αγωγό γείωσης 1 πράσινο/κίτρινο μπλε ανοικτό ή άλλα χρώματα 2 μαύρο, μπλε ανοικτό 3 πράσινο/κίτρινο, μαύρο, μπλε ανοικτό μαύρο, μπλε ανοικτό, καφέ 4 πράσινο/κίτρινο, μαύρο, μπλε ανοικτό, καφέ μαύρο, μπλε ανοικτό, καφέ, μαύρο 5 6 και άνω πράσινο/κίτρινο, μαύρο, μπλε ανοικτό, καφέ, μαύρο πράσινο/κίτρινο, λοιποί πόλοι μαύροι με λευκή αρίθμηση, τυπωμένοι με αριθμούς από το κέντρο και προς τα έξω, αρχίζοντας με ένα, ο πράσινος / κίτρινος πόλος στην εξωτερική στρώση μαύρο, μπλε ανοικτό, καφέ, μαύρο, μαύρο πόλοι αγωγών μαύροι τυπωμένοι με αριθμούς από το κέντρο και προς τα έξω αρχίζοντας με ένα Ο συνδυασμός δύο χρωμάτων επιτρέπεται μόνο για το πράσινο/ κίτρινο της γείωσης. Οι αγωγοί δεν επιτρέπεται να φέρουν μόνο πράσινο ή μόνο κίτρινο χρώμα για να μη γίνει μπέρδεμα με τη γείωση. [13]

15 Σε παλαιές εγκαταστάσεις πιθανόν να βρούμε τον αγωγό της γείωσης με κίτρινο χρώμα, τον ουδέτερο με γκρι και τη μία από τις τρεις φάσεις με κόκκινο. Ο ηλεκτρολόγος που καλείται να επισκευάσει μία εγκατάσταση οφείλει να ελέγξει πρώτα- πρώτα, για λόγους προσωπικής του ασφάλειας, εάν τα χρώματα των αγωγών ανταποκρίνονται στους κανονισμούς Χαρακτηριστικά των καλωδίων Ο κάθε τύπος καλωδίου φέρει ορισμένα σύμβολα (λατινικά κεφαλαία γράμματα ή αριθμούς), σύμφωνα με τα πρότυπα του ΕΛ.Ο.Τ., τα οποία προσδιορίζουν ορισμένα χαρακτηριστικά του. Ας πάρουμε ως παράδειγμα το καλώδιο H05VV-F Το πρώτο σύμβολο υποδηλώνει το πρότυπο με το οποίο έχει κατασκευαστεί το καλώδιο, π.χ. το Η σημαίνει καλώδιο εναρμονισμένο με πρότυπο, δηλ. γερμανικό, αγγλικό κ.λπ. Το δεύτερο και τρίτο σύμβολο, δηλ. οι δύο αριθμοί, αναφέρονται στην ονομαστική τάση του καλωδίου. Π.χ. το 05 δηλώνει ότι το καλώδιο μπορεί να λειτουργήσει μέχρι 500V πολική τάση (300V φασική). Το τέταρτο σύμβολο αναφέρεται στο υλικό μόνωσης των αγωγών. Π.χ. το V σημαίνει ότι η μόνωση του αγωγού είναι από PVC. Το πέμπτο σύμβολο αναφέρεται στο υλικό του μανδύα του καλωδίου (εξωτερική επένδυση). Π.χ. το V σημαίνει ότι το υλικό του μανδύα είναι από PVC. Τα πεπλατυσμένα (πλακέ) καλώδια χωρίς μανδύα φέρουν ειδική διάκριση το σύμβολο Η. Το τελευταίο σύμβολο αναφέρεται στο είδος του αγωγού. Π.χ. -F σημαίνει εύκαμπτος αγωγός. [14]

16 3.4. Τύποι καλωδίων και η χρήση τους Τα καλώδια εσωτερικών εγκαταστάσεων είναι κατασκευασμένα από μονόκλωνο, πολύκλωνο ή λεπτοπολύκλωνο μαλακό ανωπτημένο χαλκό και μπορούν να είναι: - μονοπολικά (με έναν αγωγό): - με μόνωση από PVC - πολυπολικά (από δύο έως έξι αγωγούς) - με μόνωση των αγωγών από PVC ή ελαστικό, - με εξωτερική επένδυση (μανδύα) από PVC ή ελαστικό. Ορισμένα πολυπολικά φέρουν επιπλέον εσωτερική επένδυση από ελαστικό (π.χ. A05VV-U και A05VV-R), ενώ άλλα δε φέρουν εξωτερική επένδυση π.χ. τα εύκαμπτα πλακέ (H03VH-H) και τα καλώδια για υψηλή θερμοκρασία με μόνωση ελαστικού σιλικόνης (H05SJ-K). Οι τύποι των καλωδίων με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους, τις προδιαγραφές κατασκευής τους και τις χρήσεις τους, δίνονται παρακάτω. Το είδος του καλωδίου που θα επιλέξουμε τελικά εξαρτάται από τη χρήση για την οποία προορίζεται. [15]

17 Τύπος καλωδίου Παλαιά ονομασία Ονομαστική τάση V Χρήσεις - Μονοπολικά καλώδια με μόνωση P.V.C. χωρίς μανδύα για γενικές H07V-K H07V-U H07V-R NYAF NYA(re) NYA(rm) 450/750 χρήσεις. - Με δύσκαμπτο αγωγό, H07V-R - Με εύκαμπτο αγωγό, H07V-K Εγκατάσταση σε σωλήνες ορατούς ή εντοιχισμένους ή σε παρόμοια κλειστά συστήματα. - Μονοπολικά καλώδια με μόνωση P.V.C. χωρίς μανδύα για εσωτερική εγκατάσταση. H05V-U H05V-K 300/500 - Με μονόκλωνο αγωγό, H05V-U - Με εύκαμπτο αγωγό, H05V-K Σταθερές προστατευμένες εγκαταστάσεις μέσα σε συσκευές και μέσα ή πάνω σε βάσεις φωτιστικών. - Ελαφρύ καλώδιο με μόνωση P.V.C. και με μανδύα από P.V.C.. Α05ΥΥ-U A05VV-R H05VV-F NYM(re) NYM(rm) NYMHY 300/500 - Με δύσκαμπτο αγωγό (μονόκλωνο ή πολύκλωνο), H05VV-U, H05VV-R - Με εύκαμπτο αγωγό, H05VV-F Σταθερές εγκαταστάσεις σε ξηρούς ή υγρούς χώρους. H03VV-F NYLHY 300/300 - Ελαφρύ καλώδιο με μόνωση P.V.C. και με μανδύα από P.V.C. με εύκαμπτους αγωγούς. Σε κατοικίες, κουζίνες, γραφεία. Για ελαφρές μηχανικές καταπονήσεις, για ελαφρές φορητές συσκευές. H03VH-H NYFAZ 300/300 H05SJ-K 300/500 H05RR-F NMH 300/500 - Πεπλατυσμένο καλώδιο με μόνωση P.V.C. χωρίς μανδύα. - Σε κατοικίες, κουζίνες, γραφεία. Για ελαφρές μηχανικές καταπονήσεις, για ελαφρές φορητές συσκευές. - Καλώδια με μόνωση ελαστικού - σιλικόνης για υψηλές θερμοκρασίες (180 C) - Καλώδια με μόνωση ελαστικού και μανδύα ελαστικού με εύκαμπτους αγωγούς. Για γενική χρήση σε κατοικίες, μαγειρεία, γραφεία και για την τροφοδότηση συσκευών στις οποίες τα καλώδια υποβάλλονται σε μικρές μηχανικές καταπονήσεις. J1VV - U J1VV - R J1VV - S NYY(re) NYY(rm) NYY(sm) - Για τοποθέτηση σε εσωτερικούς χώρους, σε σωλήνες στο ύπαιθρο, για σταθμούς παραγωγής, σταθμούς διανομής, βιομηχανικές εγκαταστάσεις, εφόσον δεν υπόκει- νται σε μηχανικές καταπονήσεις. [16]

18 3.5. Επεξήγηση συμβόλων Στις παλαιές ονομασίες οι εντός παρενθέσεως ενδείξεις των γερμανικών κανονισμών υποδηλώνουν: - re = στρογγυλός μονόκλωνος αγωγός (Το r από το Round = στρογγυλός και το e από το ein = ένα, μονό-) - rm = στρογγυλός πολύκλωνος αγωγός (Το r από το Round = στρογγυλός και το m από το multi = πολλαπλό) - sm = πολύκλωνος αγωγός σχήματος κυκλικού τομέα (Το s από το sector = τομέας και το m από το multi = πολλαπλό) Για την κατανόηση της σύγχρονης ονοματολογίας των καλωδίων, χρήσιμες είναι οι παρακάτω διευκρινήσεις: Στη συνέχεια, ακολουθεί μια αναλυτικότερη περιγραφή κάθε καλωδίου, όπου φαίνονται στοιχεία όπως η εικόνα του και τα κύρια χαρακτηριστικά του. [17]

19 3.6. Επιτρεπόμενη Ένταση Αγωγών Για κάθε μονωμένο αγωγό υπάρχει ένα ανώτατο όριο έντασης ρεύματος που επιτρέπεται να διαρρέει αυτόν συνεχώς. Αν το όριο αυτό ξεπεραστεί, φθείρονται οι μονώσεις των αγωγών, δημιουργούνται βραχυκυκλώματα και προκαλούνται πυρκαγιές. H μεγαλύτερη επιτρεπόμενη ένταση για ένα αγωγό εξαρτάται από τρεις παράγοντες: - τη διατομή - το είδος της μόνωσης - τις συνθήκες τοποθέτησης και λειτουργίας. Όπως περνάει το ρεύμα μέσα από τους αγωγούς, λόγω της ωμικής των αντίστασης R, μέρος της ηλεκτρικής του ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα (φαινόμενο Τζάουλ, Q=I 2 * Rt). Όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του ρεύματος, τόσο περισσότερη είναι η εκλυόμενη θερμότητα και συνεπώς υψηλότερη η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στον αγωγό. H αντίσταση R του αγωγού είναι αντιστρόφως ανάλογη προς τη διατομή του (R = κ.ρ.l/s, όπου - κ = συντελεστής πλέξης καλωδίων, - ρ = ειδική αντίσταση αγωγού, - l = μήκος του αγωγού, - S= διατομή του αγωγού). Συνεπώς όσο μικρότερη είναι η διατομή του αγωγού τόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στον αγωγό και αντιστρόφως, όσο μεγαλύτερη είναι η διατομή τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία. H αντοχή της μόνωσης των αγωγών σε υψηλές θερμοκρασίες εξαρτάται από το υλικό της μόνωσης με το οποίο είναι κατασκευασμένοι οι διάφοροι τύποι καλωδίων. Τα καλώδια εσωτερικών εγκαταστάσεων με τις συνηθισμένες μονώσεις των αγωγών από ελαστικό ή PVC αντέχουν σε θερμοκρασίες μέχρι τους 60 ή 70 o C περίπου αντίστοιχα. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες η μόνωση καταστρέφεται (γίνεται σκληρή [18]

20 και θρυμματίζεται). Γι αυτό επιδιώκουμε η ένταση του ρεύματος που περνάει μέσα από αυτούς τους αγωγούς να μην προκαλεί άνοδο θερμοκρασίας μεγαλύτερη από τα παραπάνω όρια. Για ειδικές χρήσεις υπάρχουν καλώδια με κατάλληλη μόνωση αγωγών που αντέχουν σε πολύ χαμηλές και πολύ υψηλές θερμοκρασίες (π.χ. η μόνωση από σιλικόνη αντέχει από -60 έως 180 C). H θερμοκρασία του χώρου στον οποίο βρίσκεται ή διέρχεται το καλώδιο επηρεάζει προφανώς την απαγωγή θερμότητας των αγωγών. Γι αυτό αποφεύγουμε τη διέλευση των καλωδίων από ιδιαίτερα θερμά σημεία (π.χ. καμινάδες), ενώ σε περιπτώσεις που έχουμε καλώδια σε θερμαινόμενους χώρους με θερμοκρασία υψηλότερη των 25 C (π.χ. φούρνους) λαμβάνουμε υπόψη μας ορισμένους συντελεστές διόρθωσης για τη μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση. H απαγωγή της θερμότητας των αγωγών γίνεται δυσκολότερα όταν τα καλώδια βρίσκονται π.χ. μέσα σε προστατευτικούς σωλήνες και ευκολότερα όταν βρίσκονται στον αέρα με κάποια ελάχιστη απόσταση μεταξύ τους. Γι αυτό ανάλογα με την τοποθέτησή τους τα καλώδια εσωτερικών εγκαταστάσεων χωρίζονται σε τρεις ομάδες. Πίνακας 3 - Ομάδες καλωδίων εσωτερικών εγκαταστάσεων ΟΜΑΔΑ Α ΟΜΑΔΑ Β ΟΜΑΔΑ Γ Ένα ή περισσότερα μονοπολικά καλώδια σε σωλήνες. Πολυπολικά καλώδια, πεπλατυσμένα καλώδια, εύκαμπτα καλώδια. Μονοπολικά καλώδια στον αέρα με ελάχιστη μεταξύ τους απόσταση τη διάμετρό τους. Ο παρακάτω πίνακας δίνει τη μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση συνεχούς ροής για καλώδια με μόνωση ελαστικού ή PVC και για θερμοκρασία περιβάλλοντος 25 C. [19]

21 Πίνακας 4 Ονομαστική διατομή καλωδίων ΟΜΑΔΑ Α Ένα ή περισσότερα μονοπολικά καλώδια σε σωλήνες (π.χ. H07V-R) ΟΜΑΔΑ Β Πολυπολικά καλώδια, πεπλατυσμένα καλώδια, εύκαμπτα καλώδια ΟΜΑΔΑ Γ Μονοπολικά καλώδια στον αέρα με ελάχιστη μεταξύ τους απόσταση τη διάμετρό τους 0, , , Όταν η θερμοκρασία του χώρου που βρίσκονται τα καλώδια είναι μεγαλύτερη των 25 o C για να υπολογίσουμε τη μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση, πολλαπλασιάζουμε την ένταση του παραπάνω πίνακα των 25 o C με τον κατάλληλο συντελεστή διόρθωσης, αφού λάβουμε υπόψη μας και το υλικό της μόνωσης των καλωδίων. Πίνακας 5 Θερμοκρασία περιβάλλοντος σε o C Μόνωση ελαστικού Συντελεστές διόρθωσης Μόνωση P.V.C. 25 1,00 1, ,92 0, ,85 0, ,75 0, ,65 0, ,53 0, ,38 0,58 Μέσα σε ένα καλώδιο όσο περισσότεροι ενεργοί αγωγοί υπάρχουν, τόσο περισσότερο θερμαίνονται και συνεπώς μειώνεται η μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση για κάθε αγωγό. (Ενεργοί αγωγοί ονομάζονται εκείνοι που διαρρέονται από ρεύμα, δηλ. οι αγωγοί των φάσεων και ο ουδέτερος στα μονοφασικά και στα ασύμμετρα τριφασικά συστήματα). [20]

22 Σε περίπτωση που τοποθετήσουμε πολυπολικά καλώδια, τριών το πολύ ενεργών αγωγών, μέσα σε σωλήνες, για περισσότερη προστασία, σε ορατές ή χωνευτές εγκαταστάσεις, υπολογίζουμε τη μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση από τον παρακάτω πίνακα σύμφωνα με το άρθρο 126 των Κ.Ε.Η.Ε. και για θερμοκρασία περιβάλλοντος 30 ο C Πίνακας 6 Ονομαστική διατομή καλωδίων Πολυπολικά καλώδια σε σωλήνα ,5 14 2, Για καλώδια με περισσότερους από τρεις αγωγούς ισχύουν οι παρακάτω συντελεστές διόρθωσης: ΑΡΙΘΜΟΣ ΕΝΕΡΓΩΝ ΑΓΩΓΩΝ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ 0,8 0,7 Σε περίπτωση που έχουμε περισσότερους από τρεις αγωγούς και θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 30 ο C οι δύο συντελεστές των πινάκων πολλαπλασιάζονται. Επίσης, όταν ένα καλώδιο βρίσκεται μέσα στο έδαφος, επειδή επικρατούν πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες σε σχέση με τον αέρα το καλοκαίρι, η μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση των αγωγών είναι αρκετά υψηλότερη. Στον παρακάτω πίνακα δίνονται ενδεικτικές μέγιστες επιτρεπόμενες εντάσεις για τα καλώδια ενέργειας J1VV-U, J1VV-R, J1VV-S (ΕΛ.Ο.Τ. 843/85). [21]

23 Πίνακας 7 Ονομαστική διατομή αγωγού Μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση για καλώδια στο έδαφος / στον αέρα 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 1,5 36 / / / / / 18 2,5 50 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /155 Στον παρακάτω πίνακα 8 δίνονται ενδεικτικές μέγιστες επιτρεπόμενες εντάσεις για γυμνούς αγωγούς στον αέρα. Πίνακας 8 Ονομαστική διατομή αγωγών χαλκού mm 2 Μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση κατά DIN [22]

24 Οι παραπάνω τιμές ισχύουν για διαφορές θερμοκρασίας: - θερμοκρασία περιβάλλοντος 35 ο C - θερμοκρασία αγωγού 70 ο C - καθώς επίσης για 60Hz, ταχύτητα ανέμου 0,6 m/sec και ηλιοφάνεια. Σε εξαιρετικές περιπτώσεις, οι παραπάνω τιμές μειώνονται μέχρι και 30%. Για καλώδια ειδικών χρήσεων δίνονται από τους κατασκευαστές οι μέγιστες επιτρεπόμενες εντάσεις καθώς και οι συντελεστές διόρθωσης όπου απαιτούνται. Οι μικρότερες αποδεκτές διατομές αγωγών Ανεξάρτητα από το προβλεπόμενο φορτίο προβλέπονται κατά περίπτωση ορισμένες ελάχιστες διατομές αγωγών. mm 2 Χρήσεις Τάση < 50V 0,5 - Τηλεφωνικές εγκαταστάσεις: Φωτεινές και ακουστικές σημάνσεις: Κυκλώματα ελέγχου ρελέ και μετρητών, που λειτουργούν με τάση μικρότερη των 50 V. Κρεμαστός αγωγός 0,75 - Για την τροφοδότηση ξεχωριστών λαμπτήρων και ηλεκτρικών συσκευών. 1,5 - Για την τροφοδότηση ξεχωριστών συσκευών φωτισμού ή ξεχωριστών λήψεων πριζών με ονομαστική δυναμικότητα μικρότερη από 16 Α. Αγωγοί 2,5 διακλάδωσης 4 - Για την τροφοδότηση ξεχωριστών λήψεων πριζών από 16 Α ή για την τροφοδότηση περισσότερων από μια λήψεων με δυναμικότητα χαμηλότερη από 16 Α. - Για δευτερεύουσα διακλάδωση, που προορίζεται για την τροφοδότηση περισσότερων από μία λύσεων με δυναμικότητα 16 Α ή για σταθερές συσκευές κατανάλωσης. Επίσης, για την τροφοδότηση λήψης από 2,5 Α και πάνω. 6 - Για την κύρια διακλάδωση. [23]

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο : ΚΑΛΩΔΙΑ ΑΓΩΓΟΙ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗΣ 4.1. Εισαγωγικά Μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας με καλώδια συναντάται στην περίπτωση που το περιβάλλον δεν προσφέρεται για εναέρια μεταφορά ή όταν δεν μπορούν να στηριχθούν οι αγωγοί λόγω μεγάλων ανοιγμάτων. Οι καλωδιακές γραμμές είναι πολυδάπανες και παρουσιάζουν δυσκολία στη συντήρηση. Από την άλλη, τα καλώδια σε αντιδιαστολή με τους απλούς μονωμένους αγωγούς μπορούν να ενταφιασθούν ή να ποντισθούν, χωρίς αυτό να επηρεάζει αρνητικά τη λειτουργία τους. Το κόστος των υπόγειων γραμμών είναι πολλαπλάσιο του κόστους των εναέριων και δικαιολογείται μόνο όταν σημαντικοί λόγοι αισθητικής του περιβάλλοντος, ή λόγοι ασφαλείας ή δυσχέρειες στην εξεύρεση ζωνών διέλευσης καθιστούν ανεπιθύμητη ή και ανέφικτη τη μεταφορά με εναέριες γραμμές. Τέτοιες συνθήκες συναντώνται στις πόλεις και γενικώς στις κατοικήσιμες περιοχές, για διαφόρους λόγους σε κάθε περίπτωση. Ανάλογα με την τάση του δικτύου διακρίνουμε τα παρακάτω είδη καλωδίων : - Καλώδια Χαμηλής Τάσης : UN < 1 kv - Καλώδια Μέσης Τάσης : 1 kv < UN < 45 kv - Καλώδια Υψηλής Τάσης : UN > 60 kv Στo κεφάλαιο αυτό θα ασχοληθούμε με καλώδια Μέσης Τάσης Σύνθεση των καλωδίων μέσης τάσης Τα καλώδια μέσης τάσης αποτελούνται από τα παρακάτω στοιχεία: - Αγωγοί: Ένας ή τρεις αγωγοί φέρουν το ρεύμα του φορτίου. Είναι από αλουμίνιο ή χαλκό. - Εξομαλυντικά (ημιαγώγιμα) στρώματα: Εφαρμόζονται πάνω σε αγωγούς με ανώμαλη επιφάνεια, επιφέροντας μείωση του ηλεκτρικού πεδίου και ανύψωση της διηλεκτρικής αντοχής. - Μόνωση: Η μόνωση είναι συνήθως χαρτί εμποτισμένο με λάδι ή παχύρρευστη μάζα, PVC, PE, XLPE κ.α. [24]

26 - Εξωτερικός γειωμένος αγωγός (ή μανδύας ή μεταλλικός μανδύας ή ηλεκτρική θωράκιση ή μεταλλική θωράκιση): Είναι σχετικά λεπτός και δε φέρει μεγάλα ρεύματα παρά μόνο σε περίπτωση σφαλμάτων. - Ζώνη μηχανικής ενίσχυσης: Είναι περίβλημα από ατσάλινα σύρματα ή ταινίες. - Εξωτερικό προστατευτικό στρώμα (ή εξωτερικός μανδύας): Προστατεύει από την υγρασία. Κατασκευάζεται από συνθετικό (PVC), μόλυβδο ή ίνες γιούτας με πίσσα. Ο μόλυβδος παίζει ταυτόχρονα το ρόλο του μανδύα. Τα καλώδια κατά την εγκατάσταση και λειτουργία τους συνοδεύονται συνήθως από τις παρακάτω διατάξεις: - Ακροκιβώτια: Χρησιμοποιούνται στα άκρα των καλωδίων για να αποφευχθούν εκεί υπερπηδήσεις και δημιουργία ηλεκτρικών τόξων. - Σύνδεσμοι ή μούφες: Χρησιμεύουν για τη σύνδεση δύο καλωδίων, για διακλαδώσεις και σαν παγίδες υδροστατικής πίεσης. - Σύστημα επιβολής και ελέγχου πίεσης: Χρησιμοποιείται σε καλώδια με λάδι ή αέριο υπό πίεση. - Σύστημα κυκλοφορίας ψυκτικού υγρού: Χρησιμοποιείται όταν γίνεται ψύξη με βεβιασμένη κυκλοφορία νερού ή λαδιού. Εικόνα 1-1) Πολύκλωνος στρογγυλός αγωγός χαλκού (ή αλουμινίου), 2)Εσωτερικό ημιαγώγιμο στρώμα XLPE, 3) Μόνωση XLPE, 4) Εξωτερικό ημιαγώγιμο στρώμα XLPE, 5) Ηλεκτρική θωράκιση αποτελούμενη από σύρματα χαλκού τυλιγμένα ελικοειδώς (χάλκινη ταινία προαιρετική κατόπιν παραγγελίας), 6)Πλαστική ταινία (προαιρετική), 7) Εξωτερικός μανδύας PVC [25]

27 4.3. Κατασκευαστικά στοιχεία για κάθε μέρος των καλωδίων μέσης τάσης Αγωγοί Υλικό: Οι αγωγοί των καλωδίων κατασκευάζονται από ηλεκτροτεχνικό χαλκό Ε- Cu ή ηλεκτροτεχνικό αλουμίνιο Ε-Al. Ο όρος ηλεκτροτεχνικός (Ε) δείχνει ότι πρόκειται για τεχνικό υλικό υψηλής αγωγιμότητας. Τα μέταλλα αυτά είναι κατεργασμένα θερμικά ώστε να είναι εύκαμπτα. Ο χαλκός έχει υψηλή αγωγιμότητα και όταν είναι σκληρής ολκήσεως, εμφανίζει μεγάλη μηχανική αντοχή. Βασικό τεχνικό μειονέκτημα είναι το βάρος του. Το αλουμίνιο είναι κατώτερο του χαλκού σε αγωγιμότητα και αντοχή, αλλά είναι φθηνότερο και πολύ ελαφρύτερο από το χαλκό. Μειονέκτημά του είναι επίσης ότι δε συγκολλείται με μαλακή κόλληση χαμηλού σημείου τήξεως (π.χ. κασσιτεροκόλληση) και ότι διαβρώνεται ευκολότερα λόγω ηλεκτροχημικών δράσεων. Διατομή: Η μορφή της διατομής μπορεί να είναι κυκλική ή να αποτελείται από κυκλικούς τομείς. Οι κυκλικές διατομές μπορεί να είναι συμπαγείς μέχρι 16mm 2 για E-Cu και 50mm 2 για Ε-Α1. Για μεγαλύτερες διατομές οι αγωγοί γίνονται για λόγους ευκαμψίας πολύκλωνοι. Για πολυπολικά καλώδια μεγάλων διατομών χρησιμοποιούνται διατομές κυκλικού τομέα. Αν σε πολύκλωνους αγωγούς επιβάλλουμε μια συμπίεση των συρματιδίων (συμπιεσμένοι αγωγοί), εξοικονομούμε όγκο, μειώνοντας τη γεωμετρική διατομή του αγωγού. Πάνω από 35mm 2 πολύκλωνοι αγωγοί συμπιέζονται. Κοίλες και ελλειπτικές διατομές συναντώνται σε καλώδια με μόνωση χαρτιού - λαδιού και εξωτερικής πίεσης αντίστοιχα, για να κυκλοφορεί το λάδι και να μεταδίδεται καλύτερα η πίεση. Σε μεγάλες διατομές μπορεί ο αγωγός κάθε φάσης να διαμοιρασθεί σε πολλούς αγωγούς παράλληλους, με διατομή μορφής κυκλικού τομέα, όπου οι τομείς είναι μεμονωμένοι μεταξύ τους και οι επί μέρους αγωγοί είναι συνεστραμμένοι. Έτσι μειώνεται η αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα σε σχέση με αγωγούς όπου δεν έχουμε μονωμένους τομείς. Αυτό προκύπτει λόγω του επιδερμικού φαινομένου. [26]

28 Εικόνα 2-1) πλήρης στρογγυλή διατομή ( r ), 2) πλήρης κυκλικός τομέας (s), 3) πολύκλωνη στρογγυλή διατομή (rm), 4) πολύκλωνη στρογγυλή συμπιεσμένη διατομή (rm/v), 5) πολύκλωνος κυκλικός τομέας (sm) 6) πολύκλωνη στρογγυλή διατομή συμπιεσμένη με κανάλι ψύξης 7) διατομή με επιμέρους τομείς μονωμένους, για μείωση του επιδερμικού φαινομένου, με κανάλι ψύξης στο κέντρο Εξομαλυντικά (ημιαγώγιμα) στρώματα Λόγω της ανωμαλίας που παρουσιάζει η επιφάνεια των πολύκλωνων αγωγών, η πεδιακή ένταση (kv/mm) στην επιφάνεια τους είναι αυξημένη σε σχέση με τους μονόκλωνους. Για να μειωθεί η πεδιακή ένταση στην επιφάνεια των πολύκλωνων αγωγών, τοποθετούνται στρώματα από ημιαγώγιμα υλικά (όπως χαρτί με γραφίτη ή πλαστικά με γραφίτη). Τα ημιαγώγιμα αυτά στρώματα εξασφαλίζουν επίσης το να μη δημιουργούνται κενά μεταξύ αγωγού και μόνωσης, που θα οδηγούσαν σε ηλεκτρικές εκκενώσεις και βαθμιαία καταστροφή της μόνωσης. Τέλος τα στρώματα αυτά μειώνουν τη θερμική και μηχανική καταπόνηση της μόνωσης κατά τη διάρκεια βραχυκυκλωμάτων. Εικόνα 3 - Επίδραση των εξομαλυντικών στρωμάτων στη μορφή του ηλεκτρικού πεδίου ενός πολύκλωνου αγωγού. [27]

29 Μόνωση Το μονωτικό και το πάχος του προσδιορίζει την ηλεκτρική αντοχή του καλωδίου σε τάση, αλλά και την επιτρεπόμενη ένταση του ρεύματος φόρτισης του αγωγού, γιατί αυτή είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας στην οποία αντέχει το μονωτικό. Το είδος της μόνωσης καθορίζει τόσο τη μέγιστη συνεχή όσο και την παροδικά επιτρεπόμενη θερμοκρασία. Η εκλογή της μόνωσης γίνεται ανάλογα με την εφαρμογή, λαμβάνοντας υπόψη τις ηλεκτρικές, θερμικές και μηχανικές ιδιότητες, καθώς και τη δυνατότητα εύκολης εγκατάστασης του καλωδίου, σε σχέση με την ευκαμψία του ή τη μηχανική αντοχή του. Οι μονωτικές ιδιότητες στα καλώδια χαρακτηρίζονται κυρίως από τη διηλεκτρική αντοχή σε kv/mm, την ωμική αντίσταση του υλικού, το συντελεστή απωλειών και το μέγεθος των μικρο-εκκενώσεων (μη αυτοσυντηρούμενες εκκενώσεις στο διηλεκτρικό). Οι μικρο-εκκενώσεις προκαλούν βαθμιαία διάβρωση του υλικού και καταστροφή του. Η μονωτική ικανότητα ενός καλωδίου δίνεται κατά VDE 0271 από τις ονομαστικές τάσεις του U0 και UN. Συγκεκριμένα, η ονομαστική τάση U0 είναι η τάση μεταξύ αγωγού και γης (ή μεταξύ αγωγού και μεταλλικής επένδυσης του καλωδίου), ενώ η ονομαστική τάση UN είναι η τάση μεταξύ αγωγών και φάσεων. Τα βασικά μονωτικά που χρησιμοποιούνται στα καλώδια είναι θερμοπλαστικές ύλες, ελαστικές ύλες, χαρτί και χαρτί ποτισμένο με λάδι Μανδύας (ή μεταλλικός μανδύας ή μεταλλική θωράκιση ή ηλεκτρική θωράκιση) Τα καλώδια μέσης τάσης περιβάλλονται από ένα γειωμένο αγωγό, σκοπός του οποίου είναι να απομονωθούν οι φέροντες τάση αγωγοί, έτσι ώστε να μην υπάρχει κίνδυνος να τεθούν υπό τάση τα περί το καλώδιο τμήματα της εγκατάστασης. Επίσης μέσω των γειωμένων αγωγών ρέουν τα ρεύματα (τα χωρητικά ή των βραχυκυκλωμάτων) δια μέσου μικρής αντίστασης και κατά τρόπο ελεγχόμενο. Ο [28]

30 αγωγός αυτός έχει συχνά και θέση προστατευτικού στρώματος κατά της εισβολής της υγρασίας ή άλλων χημικών επιδράσεων από έξω προς τη μόνωση. Ο μεταλλικός μανδύας κατασκευάζεται από μόλυβδο ή αλουμίνιο. Στην τελευταία περίπτωση το καλώδιο αποκτά και μηχανική αντοχή έναντι εξωτερικών αιτίων, την οποία δεν έχει ο μόλυβδος. Ο μόλυβδος είναι εύκαμπτος, δεν επιτρέπει τη διείσδυση υγρασίας και αντέχει σε χημικές επιδράσεις του εδάφους. Μειονέκτημά του είναι ότι δεν αντέχει σε κραδασμούς, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ρωγμών. Το αλουμίνιο έχει αυξημένη αντοχή στους κραδασμούς, υψηλότερη μηχανική αντοχή και αγωγιμότητα. Μειονέκτημά του είναι ότι δεν είναι εύκαμπτο και η ευαισθησία του στη διάβρωση. Σε καλώδια με πλαστικές μονώσεις ο αγωγός γης είναι από συρματίδια χάλκινα πλεγμένα ή από ταινίες χάλκινες με πρόσθετες διασταυρούμενες ταινίες για τη βελτίωση της αγωγιμότητας σε όλες τις κατευθύνσεις. Οι μεταλλικοί μανδύες των καλωδίων γειώνονται στο ένα τουλάχιστον άκρο τους, για να αποφευχθούν ηλεκτρικές διασπάσεις σε περίπτωση σφαλμάτων και για να μην υπάρχει κίνδυνος εμφάνισης τάσης ως προς γη υπό κανονική λειτουργία. Η πιο συνηθισμένη πρακτική είναι οι μεταλλικοί μανδύες να γειώνονται και στα δύο άκρα τους και να βραχυκυκλώνονται. Στην περίπτωση αυτή επάγονται δινορρεύματα στους μανδύες που προέρχονται από το πεδίο των ρευμάτων των φορτίων, δημιουργώντας έτσι πρόσθετες απώλειες μανδύα, που μπορούν να μειωθούν βάζοντας σύνθετες αντιστάσεις μεταξύ των μανδυών. Επίσης χρησιμοποιείται και η τεχνική διασταύρωσης των μεταλλικών μανδυών (Cross Bonding), όπου ο μεταλλικός μανδύας κάθε μονοπολικού καλωδίου χωρίζεται σε τρία μέρη (ή πολ/σια του τρία) που είναι μονωμένα μεταξύ τους με κατάλληλες μούφες. Οι επιμέρους μανδύες βραχυκυκλώνονται χιαστί, ώστε να έχουμε αθροιστικά μηδενική ροή στους βρόχους που δημιουργούνται από τους μανδύες. [29]

31 Ζώνη μηχανικής ενίσχυσης Τα καλώδια μπορεί να καταπονούνται σε ειδικές περιπτώσεις μηχανικά και να καταστραφούν αν δεν έχουν κατάλληλη μηχανική ενίσχυση. Οι καταπονήσεις εμφανίζονται κυρίως κατά τη μεταφορά, την εγκατάσταση και λειτουργία : - όταν τραβιέται το καλώδιο από μηχανές έλξης μέσα σε σωλήνες ή χαντάκια σε μεγάλα μήκη (>20m). Το καλώδιο για να περάσει μέσα από ένα σωλήνα χρειάζεται μία δύναμη εφελκυσμού ανάλογη με το μήκος, για να υπερνικηθεί η τριβή, - όταν ποντίζεται στη θάλασσα σε μεγάλα βάθη, - όταν αναρτάται σε μεγάλες αποστάσεις. Σε όλες τις περιπτώσεις πρέπει να εξασφαλιστεί από τον κατασκευαστή ότι το καλώδιο είναι κατάλληλο για τέτοιες καταπονήσεις. Συνήθως για καλώδια μόνιμης εγκατάστασης επιτυγχάνεται μηχανική προστασία με χαλύβδινες ταινίες, ή, σε καλώδια που ποντίζονται, με χαλύβδινα σύρματα. Οι χαλύβδινες ταινίες τοποθετούνται πάνω από το μανδύα, έχουν μερικά εκατοστά πλάτος, είναι τυλιγμένες αντίστροφα η μία ως προς την άλλη και επικαλύπτει η μία τα κενά της άλλης. Το πάχος τους εκλέγεται ανάλογα με τη διάμετρό του καλωδίου και είναι της τάξης του 0,1-1mm. Τα καλώδια με πλαστική μόνωση και τα καλώδια με μανδύες από αλουμίνιο, σε αντιδιαστολή προς τα καλώδια με μόνωση χαρτιού, είναι συνήθως ανθεκτικά και ενισχύονται μόνο για την περίπτωση υψηλών καταπονήσεων. Τέλος, μεταξύ της ενίσχυσης και του μολύβδινου εξωτερικού αγωγού τοποθετούνται στρώματα από πλαστικές ταινίες και ίνες με πίσσα, ώστε να μην πληγώνεται ο μανδύας του καλωδίου από τα χαλύβδινα σύρματα της ενίσχυσης Εξωτερικό προστατευτικό στρώμα (ή εξωτερικός μανδύας) Το καλώδιο, ο μεταλλικός του μανδύας και η μηχανική ενίσχυση πρέπει να προστατευθούν κατά της διάβρωσης, κατά των χημικών επιδράσεων και κατά της [30]

32 διείσδυσης υγρασίας. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται στρώματα από συνθετικά υλικά ή ίνες εμποτισμένες με πίσσα. Σε καλώδια με μηχανική ενίσχυση υπάρχουν στρώματα προστατευτικά μεταξύ μεταλλικού μανδύα και μηχανικής ενίσχυσης και επιπρόσθετα στρώματα έξω από τη μηχανική ενίσχυση. Όσον αφορά την προστασία με ίνες εμποτισμένες με πίσσα, οι ίνες είναι φυτικές (γιούτα) ή υαλοίνες ή συνθετικές ίνες, ενώ μεταξύ τους συνήθως υπάρχουν πλαστικές ταινίες για να δημιουργούνται φράγματα στην υγρασία. Το καλώδιο στην περίπτωση αυτή επικαλύπτεται με σκόνη κιμωλία ή με τάλκ για να μην κολλάει πάνω στο τύμπανο που ευρίσκεται κατά τη μεταφορά του και επίσης για να μη δυσχεραίνεται η εγκατάστασή του. Σε καλώδια με ηλεκτρική θωράκιση από αλουμίνιο ή χάλυβα γίνεται χρήση προστατευτικών στρωμάτων από PVC ή πολυαιθυλένιο. Οι μεταλλικοί μανδύες περιβάλλονται κατ αρχήν με αυτοβουλκανιζόμενες, αυτοκόλλητες ταινίες μερικών mm πάχους και ακολούθως συμπιέζεται πάνω τους ένας μανδύας χωρίς ραφή, από PVC ή πολυαιθυλένιο, πάχους 4-6mm. Τα καλώδια ΜΤ μπορεί να είναι μονοπολικά (μονοφασικά) ή τριπολικά (τριφασικά). Στα μονοπολικά καλώδια κάθε μια φάση με τον μανδύα της είναι αυτόνομη, όπου τα τρία καλώδια που σχηματίζουν ένα τριφασικό σύστημα μπορεί να είναι συνεστραμμένα μεταξύ τους, ή τρία καλώδια μπορεί να εγκαθίστανται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Η κατασκευή μονοπολικών συναντάται συνήθως στα πλαστικά καλώδια, όπου μια τριφασική κατασκευή θα οδηγούσε σε δυσκαμψία. Επίσης έχουμε το πλεονέκτημα ότι αν χαλάσει μια φάση αντικαθιστούμε μόνο αυτή τη φάση. Τα τριπολικά καλώδια ΜΤ είναι δυνατό να έχουν ένα κοινό μανδύα ή τρεις μανδύες (ένα ανά φάση). Στην πρώτη περίπτωση πέρα από τη χωριστή μόνωση κάθε αγωγού υπάρχει και κοινή μόνωση, η οποία περιβάλλει και τους τρεις μονωμένους αγωγούς και επάνω στην οποία βρίσκεται ο κοινός μανδύας. Στα καλώδια τριών μανδυών κάθε αγωγός έχει τη δική του μόνωση και επάνω από αυτή το δικό του μανδύα. Ο τελευταίος τύπος προσφέρει καλύτερη κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου στο εσωτερικό του καλωδίου, η οποία σε συνδυασμό και με ορισμένα πλεονεκτήματα [31]

33 κατασκευής και λειτουργίας έχει συντελέσει στην εξάπλωση της χρησιμοποιήσεως των καλωδίων τριών μανδυών κατά τα τελευταία χρόνια. Ενδιάμεσο τύπο αποτελούν τα καλώδια, τα οποία έχουν μεν κοινό μολύβδινο μανδύα, αλλά για την ομοιόμορφη κατανομή του πεδίου φέρουν επάνω από τη μόνωση κάθε φάσεως ένα λεπτό διάτρητο μεταλλικό διάφραγμα. Διακρίνουμε λοιπόν, ανάλογα με τη διάταξη της μόνωσης και του μανδύα τις εξής κατηγορίες : Περιζωμένα καλώδια Καλώδια ακτινικού πεδίου (Hochstadter) Καλώδια τριών μανδυών Οι παραπάνω κατηγορίες έχουν διαφορές στη μορφή του ηλεκτρικού πεδίου. Στα περιζωμένα καλώδια οι γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου δεν είναι όλες κάθετες στη μόνωση. Η μόνωση όμως δεν έχει τη μέγιστη αντοχή της σε πεδία με διεύθυνση λοξή στην επιφάνεια της μόνωσης. Για αυτό περιορίζεται η εφαρμογή των περιζωμένων καλωδίων σε τάσεις μέχρι 15 kv συνήθως. Αντίθετα, στα καλώδια τύπου Hochstadter, όπου τοποθετούμε σαν οδηγούς του ηλεκτρικού πεδίου λεπτά φύλλα αλουμινίου (φύλλα Hochstadter), και στα καλώδια τύπου τριών μανδυών το πεδίο γύρω από κάθε αγωγό είναι ακτινικό. Στην περίπτωση αυτή η μόνωση καταπονείται μόνο κατά την έννοια του πάχους της, η οποία είναι η κατεύθυνση της μέγιστης ηλεκτρικής αντοχής. Σχήμα 1 α) καλώδιο περιζωμένο, β) καλώδιο με τρεις μανδύες από αλουμινόφυλλα (Hochstadter), γ) καλώδιο τριών μανδυών, δ) τρία μονοπολικά καλώδια (1) αγωγός, 2) περίζωμα από μόνωση, 3) μανδύας, 4) συμπληρωματική μόνωση, 5) κυρίως μόνωση, 6) φύλλα Hochstadter, 7) προστατευτικό περίβλημα.) [32]

34 Εικόνα 4 - Καλώδια χαρτιού - μάζας περιζωμένα α) ΝΑΚΒΑ 6/10kV: 1) αγωγός, 2) μόνωση χαρτί μάζας, 3) γέμισμα κενού, 4) περίζωμα (ζώνη) από μονωτικό, 5) μόλυβδος, 6) ταινίες προστατευτικές, 7) ενίσχυση με χαλύβδινες ταινίες β) ΝΚΒΥ 6/10kV: όπως στο α) αλλά με εξωτερικό προστατευτικό μανδύα PVC. γ) NKRGbY 0,6/1kV...6/10kV, καλώδια ΜΤ με μηχανική ενίσχυση : 1) αγωγός, 2) μόνωση, 3) γέμισμα, 4) ζώνη από μονωτικό, 5) μόλυβδος, 6,7) προστατευτικά στρώματα για να μην πληγώνεται ο μόλυβδος, 8) ταινία χαλύβδινη, 9) σύρματα χαλύβδινα, 10) προστατευτικός μανδύας από PVC [33]

35 Καλώδια ΜΤ ακτινικού πεδίου : α.) Καλώδιο τριών μανδυών ΝΑΕΚΕΒΑ 12/ /30kV: 1) αγωγός, 2) εξομαλυντικό ημιαγώγιμο στρώμα, 3) μόνωση, 4) ταινίες από αλουμίνιο, 5) μόλυβδος, 6,7,8,9) προστατευτικά στρώματα, 10) ταινία χαλύβδινη, 11) προστατευτικό στρώμα από εμπεποτισμένες ίνες β.) Καλώδιο Hochstadter NHKRAA : 1) αγωγός, 2) μόνωση χαρτί-μάζα, 3) φύλλα αλουμινίου (Hochstadter), 4) γέμιση, 5) μόλυβδος, 6,7) προστατευτικά στρώματα, 8) ενίσχυση από χαλύβδινα σύρματα, 9,10) διπλό προστατευτικό στρώμα από εμπεποτισμένες ίνες. γ.) Καλώδιο μονοπολικό NAKLEY 12/20kV: 1) αγωγός, 2) εξομαλυντικό ημιαγώγιμο στρώμα, 3) χαρτί-μάζα, 4) ημιαγώγιμο χαρτί, 5) ταινία συγκράτησης, 6) μόλυβδος, 7,8,9) προστατευτικά στρώματα από μάζα παχύρευστη με ταινίες πλαστικού, 10) προστατευτικό στρώμα από PVC. [34]

36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο : ΚΑΛΩΔΙΑ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ 5.1. Σύντομη Περιγραφή Δικτύου Μεταφοράς Ηλεκτρικού Ρεύματος Από το εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (power plant) και τους υποσταθμούς μεταφοράς (Transmission Substations) το ηλεκτρικό ρεύμα φθάνει μέσω των γραμμών Yπερυψηλής Tάσης (High Voltage transmission lines), ανηρτημένων στους γνωστούς μας πυλώνες, μέχρι τους Υποσταθμούς Ισχύος (Power Substations). Σε αυτούς τους υποσταθμούς οι γραμμές διαμοιράζονται πάλι σε άλλες γραμμές υπερυψηλής τάσης, που είναι ανηρτημένες στους γνωστούς μας στύλους (Power poles). Από κει με τη βοήθεια μετασχηματιστών πάνω σε πιο κεντρικούς στύλους η τάση υποβιβάζεται στα συνήθη 230 Volts και μοιράζεται αναλόγως στα σπίτια με μικρότερους στύλους- συνδέσεις κλπ. Βλέπουμε λοιπόν ότι γραμμές υπερυψηλής τάσης δεν υπάρχουν μόνο πάνω στους πυλώνες αλλά μπορούν να εντοπιστούν ακόμη και πάνω στις συνήθεις κολώνες (στύλους), από τις οποίες τα καλώδια έρχονται στα σπίτια μας Καλώδια Υπερύψηλης Τάσης με Μεταλλική Περιέλιξη Εκτός από τα συνήθως χρησιμοποιούμενα εναέρια καλώδια υπερύψηλης τάσης, που είναι γυμνά (χωρίς μόνωση) και που είναι η κύρια αιτία τής ηλεκτρομαγνητικής ρύπανσης υπάρχουν και άλλα καλώδια, όπως αυτά της φωτογραφίας, τα οποία αντέχουν σε πολλές χιλιάδες Volts (π. χ kv, όπου 1 kv=1000 Volts), υψηλές θερμοκρασίες ( Celsius) και τα οποία δεν συνεισφέρουν στην ηλεκτρομαγνητική ρύπανση και δεν χτυπιόνται από κεραυνούς, λόγω της μεταλλικής περιέλιξης (ουδέτερο) πού έχουν γύρω τους και που δρα σαν "κλωβός Faraday". Τα καλώδια αυτά δεν είναι τεχνολογικά νέα αλλά συνεχώς βελτιώνονται ώστε να αντέχουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες και ρεύματα. Το κόστος των καλωδίων αυτών είναι υψηλότερο από εκείνο των γυμνών καλωδίων αλλά μέσα στις πόλεις, όπου οι αποστάσεις είναι μικρές, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται αντί για αυτά και προς όφελος της υγείας των κατοίκων. [35]

37 Σε πολλές χώρες μεταξύ των οποίων και στην Ελλάδα (σε μικρή έκταση ή σε ειδικές περιπτώσεις) τα γυμνά εναέρια καλώδια αντικαθίστανται σταδιακά με καλώδια τέτοιου τύπου, που αντέχουν στον ήλιο. Αντιλαμβάνεστε τη σημασία της χρήσης τέτοιων καλωδίων για τη μεταφορά ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από δάση. Στην φωτογραφία παραπλεύρως βλέπετε τέτοιου τύπου υπόγεια καλώδια μεταφοράς υπερύψηλης τάσης τοποθετημένα μέσα σε ένα τούνελ. Μια ακόμη πιο ασφαλής λύση αλλά όχι πάντοτε αναγκαία. Ο σχεδιασμός των καλωδίων αυτών και το είδος των υλικών από τα οποία φτιάχνονται δεν είναι μοναδικός. Για το λόγο αυτό άλλα καλώδια από αυτά προσφέρουν επαρκή προστασία από ακτινοβολία και άλλα όχι. Σάς υπενθυμίζω τα προβλήματα, που παρουσιάζονται στις τηλεφωνικές επικοινωνίες και στο Ιντερνέτ, όταν γραμμές τού ΟΤΕ διασταυρώνονται με υπόγεια καλώδια της ΔΕΗ. Αν η ποιότητα των καλωδίων ήταν καλή τότε αυτό δεν θα έπρεπε να συμβαίνει. Σε τέτοιες περιπτώσεις, έχουμε "διαρροή" ακτινοβολίας, η οποία πηγάζει από το έδαφος και μάλιστα από σχετικά μικρό βάθος. Γενικά, αν η ποιότητα των καλωδίων αυτού τού τύπου δεν είναι καλή τότε στα ελαττωματικά σημεία της κατασκευής τους θα παρατηρούνται από καιρό σε καιρό "εκρήξεις" από σπινθήρες με αποτέλεσμα ολόκληρες πόλεις να πέφτουν στο σκοτάδι! Ο σωστός σχεδιασμός των καλωδίων περιορίζει τις απώλειές τους και αυξάνει τη διάρκεια ζωής τους. [36]

38 Έχοντας εμπειρία από τον τρόπο πού λειτουργούν τα πράγματα και την υπάρχουσα ανεπάρκεια στην Ελλάδα, αναμένεται στο μέλλον ότι η ακτινοβολία από τα καλώδια υπερύψηλης ενέργειας θα προέρχεται από το έδαφος και όχι από τον αέρα. H εφαρμογή μιας τεχνολογίας έχει διάφορους κινδύνους και για το λόγο αυτό πρέπει να προκρίνονται σωστές αποφάσεις για βιώσιμες λύσεις σε ρεαλιστικό χρόνο μετά από συνεργασία με ειδικούς Γραμμές μεταφοράς (Γ.Μ.) & καλώδια Υ.Τ Τυποποιημένα Είδη Εναέριων Γ.Μ. Τα τυποποιημένα είδη εναέριων Γ.Μ. που χρησιμοποιούνται σήμερα στο Σύστημα είναι τα εξής: Πίνακας 9 - Τυποποιημένα Είδη Εναέριων Γ.Μ. ΕΠΙΠΕΔΟ ΤΑΣΗΣ (kv) ΚΥΚΛΩΜΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ Γ.Μ. ΑΡΙΘΜΟΣ & ΔΙΑΤΟΜΗ ΑΓΩΓΩΝ ΑΝΑ ΦΑΣΗ (ΤΥΠΟΣ ACSR) (MCM) (mm 2 ) 66 ΑΠΛΟ Ε/66 1 x 336,4 1 x ΑΠΛΟ Ε/150 1 x 336,4 1 x ΑΠΛΟ Β/150 1 x 636,0 1 x ΔΙΠΛΟ 2Β/150 1 x 636,0 1 x ΑΠΛΟ Β'Β'/400 2 x 954,0 2 x ΔΙΠΛΟ 2Β'Β'/400 2 x 954,0 2 x ΑΠΛΟ Β'Β'Β'/400 3 x 954,0 3 x 483 Ο χαρακτηρισμός μίας γραμμής αφορά τον τύπο της γραμμής (ελαφρού ή βαρέος ή υπερβαρέος τύπου, Ε, Β και Β' αντίστοιχα), τον αριθμό των κυκλωμάτων (το 2 υποδηλώνει γραμμή διπλού κυκλώματος) ενώ το Β'Β' στον χαρακτηρισμό των γραμμών 400kV αναφέρεται στη χρησιμοποίηση 2 αγωγών, στερεωμένων σε μικρή απόσταση μεταξύ τους ανά φάση (και κύκλωμα). Όλοι οι αγωγοί είναι τύπου ACSR, οι διατομές των αγωγών μεταφοράς εκφράζονται σε mil circular mils (MCM) σύμφωνα με την αμερικανική τυποποίηση και αναφέρονται στην επιφάνεια του Α1 της σύνθετης διατομής ACSR (1 MCM = 0,5067 mm 2 ). [37]

39 Εντός του χρονικού ορίζοντα της παρούσας ΜΑΣΜ, προβλέπεται η αναβάθμιση αριθμού Γ.Μ. Ε/150, η οποία συνίσταται στην αντικατάσταση του αγωγού ACSR διατομής 170 mm2 με οπλισμένο σύνθετο αγωγό αλουμινίου της ίδιας διατομής (χαρακτηρισμός γραμμής Ζ/150). Αυτός ο αγωγός «νέου τύπου» έχει, συγκριτικά με τον πρώτο, μικρότερο βάρος και αυξημένο θερμικό όριο (βλ. επόμενη παράγραφο) για τις ίδιες διαστάσεις. Η αναβάθμιση, επομένως, των Γ.Μ. Ε/150 σε Ζ/150 μπορεί να γίνει με χρήση των υφισταμένων πύργων (άρα αποφεύγονται οι εξαιρετικά χρονοβόρες διαδικασίες αδειοδοτήσεων, απαλλοτριώσεων κλπ.) και τα βέλη κάμψης θα είναι ελαφρά μειωμένα. Η εφαρμογή αγωγών «νέου τύπου» δεν υποκαθιστά την ανάγκη για αναβάθμιση Γ.Μ. απλού κυκλώματος σε διπλό, διότι ο αγωγός αυτός, πέρα από την αντοχή σε μεγαλύτερη θερμική καταπόνηση, παρουσιάζει παρεμφερή ηλεκτρικά χαρακτηριστικά (σύνθετη αντίσταση) με αυτόν που υποκαθιστά Θερμικό Όριο Η μέγιστη ικανότητα μεταφοράς ισχύος Γ.Μ. σε συνθήκες συνεχούς κανονικής λειτουργίας ώστε η θερμική καταπόνηση των αγωγών από το φαινόμενο Joule να μη δημιουργεί κίνδυνο μείωσης της μηχανικής τους αντοχής, καλείται θερμικό όριο της Γ.Μ. Ο πίνακας που ακολουθεί δίνει την τάξη μεγέθους του θερμικού ορίου υπό ονομαστική τάση σε MVA για τις γραμμές Υ.Τ. και Υ.Υ.Τ. που υπάρχουν στο Σύστημα. ΟΝΟΜ. ΤΑΣΗ (kv) ΚΥΚΛΩΜΑ Πίνακας 10 - Θερμικό Όριο Εναέριων Γ.Μ. ΧΑΡΑΚ/ΙΣΜΟΣ Γ.Μ. ΑΡΙΘ.&ΔΙΑΤ. ΑΓΩΓΩΝ/ΦΑΣΗ (ΤΥΠΟΣ ACSR) (MCM) ΘΕΡΜ. ΟΡΙΟ ΥΠΟ ΟΝΟΜ. ΣΥΝΘΗΚΕΣ (MVA) ΘΕΡΜ. ΟΡΙΟ ΥΠΟ ΔΥΣΜΕΝΕΙΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ (MVA)* 66 ΑΠΛΟ Ε/66 1 x 336,4 60, ΑΠΛΟ Ε/150 1 x 336, ΑΠΛΟ Β/150 1 x 636, ΔΙΠΛΟ 2Β/150 1 x 636,0 2 x x ΑΠΛΟ Β'Β'/400 2 x 954, ΔΙΠΛΟ 2Β'Β'/400 2 x 954,0 2 x x ΑΠΛΟ Β'Β'Β'/400 3 x 954, * Μείωση του ονομαστικού ορίου κατά 20% περίπου σε περίπτωση θερμοκρασίας περιβάλλοντος 40 C και πλήρους άπνοιας [38]

40 Το θερμικό όριο της Γ.Μ. Ζ/150 με οπλισμένο σύνθετο αγωγό αλουμινίου διατομής 170 mm2 (βλ. προηγούμενη παράγραφο) εκτιμάται σε 240 MVA περίπου υπό ονομαστικές συνθήκες και σε 223 MVA περίπου υπό δυσμενείς συνθήκες. Στην αγορά υπάρχουν διαθέσιμοι αγωγοί «νέου τύπου» με θερμικό όριο μεγαλύτερο του πιο πάνω. Η χρησιμοποίησή τους όμως δεν αυξάνει δραστικά την ικανότητα μεταφοράς στο Σύστημα λόγω: - των περιορισμών που επιβάλλονται από τον υφιστάμενο εξοπλισμό 150 kv των Υ/Σ (αποζεύκτες, διακόπτες, ζυγοί κλπ.), - της αύξησης των θερμικών απωλειών, αλλά και - της αμελητέας συνεισφοράς στις παρατηρούμενες πτώσεις τάσης, δεδομένου ότι η επαγωγική αντίδραση δεν μειώνεται εφόσον χρησιμοποιούνται οι ίδιοι πυλώνες Χαρακτηριστικά Καλωδιακών Γ.Μ. Στο Σύστημα υπάρχουν οι παρακάτω τύποι υποβρυχίων καλωδίων Υ.Τ., η διαχείριση των οποίων ανήκει στην αρμοδιότητα του ΔΕΣΜΗΕ: - Τριπολικά καλώδια 66kV, διατομής 300 mm 2 χαλκού, ισχύος 60 MVA - Τριπολικά καλώδια 150kV, διατομής 240 mm 2 χαλκού, ισχύος 125 MVA - Τριπολικά καλώδια 150kV, διατομής 310 mm 2 χαλκού, ισχύος 135 MVA - Τριπολικά καλώδια 150kV, διατομής 630 mm 2 χαλκού, ισχύος 175 MVA - Τριπολικά καλώδια 150kV, διατομής 400 mm 2 χαλκού, ισχύος 200 MVA - Μονοπολικά καλώδια 66kV, διατομής 150 mm 2 χαλκού, τριφασικής ισχύος 35 MVA - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 250 mm 2 χαλκού, τριφασικής ισχύος 175 MVA - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 300 mm 2 χαλκού, τριφασικής ισχύος 125 MVA - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 300 mm 2 χαλκού, τριφασικής ισχύος 145 MVA - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 300 mm 2 χαλκού, τριφασικής ισχύος 175 MVA [39]

41 - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 400 mm2 χαλκού, τριφασικής ισχύος 175 MVA Στο Σύστημα υπάρχουν επίσης οι παρακάτω τύποι υπογείων καλωδίων 150kV για τη μεταφορά ισχύος κατά κύριο λόγο μέσα στις κατοικημένες περιοχές της Πρωτεύουσας και της Θεσσαλονίκης: - Τριπολικά καλώδια 150kV, διατομής 310 mm 2 χαλκού, ισχύος 125 MVA - Τριπολικά καλώδια 150kV, διατομής 400 mm 2 χαλκού, ισχύος 200 MVA - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 250 mm 2 χαλκού, τριφασικής ισχύος 125 MVA - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 400 mm 2 χαλκού, τριφασικής ισχύος 125 MVA - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 650 mm 2 χαλκού, τριφασικής ισχύος 200 MVA - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 500 mm 2 χαλκού, τριφασικής ισχύος 200 MVA - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 600 mm 2 αλουμινίου, τριφασικής ισχύος 200 MVA - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 700 mm 2 αλουμινίου, τριφασικής ισχύος 200 MVA - Μονοπολικά καλώδια 150kV, διατομής 800 mm 2 αλουμινίου, τριφασικής ισχύος 200 MVA Η αρμοδιότητα για τη διαχείριση των περισσοτέρων υπογείων καλωδίων στην περιοχή Αττικής ανήκει στο Διαχειριστή Δικτύου. Οι καλωδιακές Γ.Μ. της περιοχής Θεσσαλονίκης είναι, προς το παρόν, της αρμοδιότητας του ΔΕΣΜΗΕ. [40]

42 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΉΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ - ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ, ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ» ΠΗΓΕΣ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟΥ - CE%B9%CE%BF [41]

43 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι: ΠΙΝΑΚΕΣ ΚΑΛΩΔΙΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ [42]

44 [43]

45 [44]

46 [45]

47 [46]

48 [47]

49 [48]

50 [49]

51 [50]

52 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ IΙ: ΠΙΝΑΚΕΣ ΚΑΛΩΔΙΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΧΡΗΣΕΩΝ [51]

53 [52]

54 [53]

55 [54]

56 [55]

57 [56]

58 [57]

59 [58]

60 [59]

61 [60]

62 [61]

63 [62]

64 [63]

65 [64]

66 [65]

67 [66]

68 [67]

69 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙIΙ: ΠΙΝΑΚΕΣ ΚΑΛΩΔΙΩΝ ΜΕΣΗΣ ΤΑΣΗ [68]

70 [69]

71 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙV: ΑΓΩΓΟΙ CU [70]

72 [71]

73 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ V: ΚΑΛΩΔΙΑ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ [72]

74 [73]

75 [74]

76 [75]