VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ

ÚSTAV ELEKTROENERGETIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF ELECTRICAL POWER ENGINEERING

NÁVRH ROZVOJE DISTRIBUČNÍ SÍTĚ 22KV E.ON V ZADANÉ OBLASTI

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER‘S THESIS

AUTOR PRÁCE AUTHOR

BRNO 2012

Bc. JIŘÍ ŘEHOŘ

>>Vložit zadání práce<<

Bibliografická citace práce: ŘEHOŘ, J. rozvoje distribuční sítě 22kV E.ON v zadané oblasti. Diplomová práce. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií 2012, 68 stran. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Vladimír Blažek CSc.

Jako autor uvedené diplomové (bakalářské) práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této diplomové (bakalářské) práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení části druhé, hlavy VI. Díl 4 Trestního zákoníku č. 40/2009 Sb. ……………………………

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav elektroenergetiky

Diplomová práce

Návrh rozvoje distribuční sítě22kV E.ON v zadané oblasti Jiří Řehoř

vedoucí: doc. Ing. Vladimír Blažek, CSc. Ústav elektroenergetiky, FEKT VUT v Brně, 2012

Brno

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Faculty of Electrical Engineering and Communication Department of Electrical Power Engineering

Master’s Thesis

Design of the expansion of 22kV distribution network in a specific area by

Jiří Řehoř

Supervisor: doc. Ing. Vladimír Blažek, CSc. Brno University of Technology, 2012

Brno

Abstrakt

6

ABSTRAKT Cílem této práce je návrh rekonstrukce a rozvoje distribuční sítě DS pro zajištění dodávky elektrické energie v požadované kvalitě stávajícím odběratelům a pro připojování nových odběratelů v plánované průmyslové zóně Šlapanice. První část práce se zabývá zařazením distribuční sítě v elektrizační soustavě, jejím rozdělením a složením. Následně se práce zabývá popisem vedení distribučních sítí, venkovním a kabelovým vedením a jejich parametry. Dále obsahuje obecné zásady pro návrh sítí VN. Konec první části je věnován výpočtu ustáleného chodu sítě. V druhé části práce je navrhován projekt pomocí programu PAS DAISY Offline v. 4.00 Bizon. Na základě dostupných podkladů je vypracován chod ustáleného stavu. Zjistili jsme, která vedení jsou přetížená nebo budou muset být posílena s ohledem na rozvoj průmyslové zóny a provedeme úpravu sítě pro zajištění bezpečného a spolehlivého provozu. Závěr je zaměřen na ekonomické vyhodnocení navržených variant.

KLÍČOVÁ SLOVA:

Distribuční síť (DS), vysoké napětí (VN), ustálený chod, kabelové vedení, venkovní vedení

Abstract

7

ABSTRACT The aim of this work is the reconstruction and development of the distribution network of DS to ensure electricity supply in the required quality to existing customers and new customers connecting to the planned industrial zone Šlapanice. The first part deals with the inclusion of a distribution network in power system, its distribution and composition. Subsequently, the work deals with the description of the management of distribution networks, cable and outdoor leadership and their parameters. It also contains guidelines for the design of high voltage networks. The end of the first part is devoted to calculating the steady operation of the network. In the second part, the proposed project using the PAS DAISY Off-line v 4.00 Bizon. Based on the available evidence is developed steady state operation. We found that lines are overloaded and need to be strengthened with regard to the development of industrial zones and adjusting the network to ensure safe and reliable operation. The conclusion focuses on the economic evaluation of proposed alternatives.

KEY WORDS:

Distribution network (DS),high voltage (VN), steady operation, cable line, overhead line

Obsah

8

OBSAH SEZNAM OBRÁZKŮ ..........................................................................................................................11 SEZNAM TABULEK...........................................................................................................................12 SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK...................................................................................................13 1 ÚVOD.................................................................................................................................................15 2 ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVA.........................................................................................................16 2.1 DĚLENÍ ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVY .............................................................................................17 2.1.1 PŘENOSOVÉ SÍTĚ ................................................................................................................17 2.1.2 DISTRIBUČNÍ SÍTĚ...............................................................................................................17 3 DISTRIBUČNÍ SÍTĚ.........................................................................................................................18 3.1 ROZDĚLENÍ DISTRIBUČNÍCH SÍTÍ PODLE NAPĚTÍ ........................................................................18 3.2 KONFIGURACE DISTRIBUČNÍCH SÍTÍ ...........................................................................................18 3.2.1 PAPRSKOVÉ SÍTĚ ................................................................................................................18 3.2.2 OKRUŽNÍ SÍTĚ ....................................................................................................................19 3.2.3 ZAUZLENÉ, MŘÍŽOVÉ SÍTĚ ..................................................................................................19 3.3 ELEKTRICKÉ VEDENÍ ..................................................................................................................21 3.3.1 VENKOVNÍ VEDENÍ VN.......................................................................................................22 3.3.2 KABELOVÁ VEDENÍ VN......................................................................................................22 3.3.3 KABELY VN, POUŽÍVANÉ SPOLEČNOSTÍ E.ON....................................................................24 3.4 PARAMETRY KABELOVÉHO VEDENÍ ...........................................................................................26 3.4.1 PODÉLNÍ IMPEDANCE .........................................................................................................26 3.4.2 PŘÍČNÁ ADMITANCE ...........................................................................................................27 3.5 ELEKTRICKÉ STANICE V DS .......................................................................................................29 3.5.1 TRANSFORMOVNY..............................................................................................................29 3.5.2 SPÍNACÍ STANICE................................................................................................................29 3.5.3 MĚNÍRNY ...........................................................................................................................29 3.5.4 KOMPENZAČNÍ STANICE .....................................................................................................29 4 OBECNÉ ZÁSADY PRO NÁVRH SÍTÍ VN ....................................................................................30 4.1 DRUHY STANIC A ÚSEKOVÝCH SPÍNAČŮ V SÍTÍCH VN ................................................................31 4.2 TRANSFORMOVNY A SPÍNACÍ STANICE – ČÁST 22KV..................................................................31 4.3 HODNOCENÍ ZAJIŠTĚNOSTI DODÁVKY ........................................................................................32 4.4 DIMENZOVÁNÍ VODIČŮ ...............................................................................................................32 4.4.1 DIMENZOVÁNÍ PODLE PROVOZNÍ TEPLOTY .........................................................................33 4.4.2 DIMENZOVÁNÍ PRŮŘEZU Z HLEDISKA HOSPODÁRNOSTI ......................................................33 4.4.3 DIMENZOVÁNÍ VODIČŮ PODLE MECHANICKÉ PEVNOSTI ......................................................33 4.4.4 DIMENZOVÁNÍ VODIČŮ PODLE ÚBYTKŮ NAPĚTÍ ..................................................................33 4.4.5 DIMENZOVÁNÍ PODLE ÚČINKŮ ZKRATOVÝCH PROUDŮ........................................................34 4.5 VÝSTAVBA NOVÝCH SÍTÍ V ZASTAVĚNÉM ÚZEMÍ........................................................................35 5 ZPŮSOBY VÝPOČTU SÍTÍ VN V USTÁLENÉM STAVU ............................................................36

Obsah

9

5.1 OBECNÁ METODA ŘEŠENÍ UZLOVÝCH SÍTÍ .................................................................................36 5.2 ŘEŠENÍ ROVNIC USTÁLENÉHO CHODU SÍTĚ ................................................................................40 5.2.1 VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU JAKO LINEÁRNÍ ÚLOHA ......................................................40 5.2.2 VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU JAKO NELINEÁRNÍ ÚLOHA..................................................40 5.2.3 GAUSS-SEIDELOVA METODA ..............................................................................................41 5.2.4 NEWTON-RAPSHONOVA ITERAČNÍ METODA........................................................................43 5.3 DALŠÍ ZPŮSOBY VÝPOČTU USTÁLENÉHO CHODU SÍTĚ ................................................................43 5.3.1 ŘEŠENÍ USTÁLENÉHO CHODU SÍTĚ POMOCÍ STEJNOSMĚRNÉHO MODELU ..............................43 5.3.2 REDUKCE ODBĚROVÝCH UZLŮ ...........................................................................................43 6 PROGRAM PAS DAISY OFF – LINE V.4.00.BIZON....................................................................44 6.1 VÝPOČETNÍ METODY ..................................................................................................................45 6.1.1 VÝPOČET TOPOLOGIE .........................................................................................................45 6.2 VÝPOČET USTÁLENÉHO CHODU SÍTĚ – LFOFF..........................................................................45 6.3 VÝPOČET ZKRATOVÝCH POMĚRŮ SÍTĚ – ZKOFF ......................................................................45 6.4 VÝPOČET ZABEZPEČENOSTI CHODU SÍTĚ CNOFF .....................................................................45 7 CHARAKTERISTIKA DISTRIBUČNÍ SÍTĚ MĚSTA ŠLAPANICE A JEJÍHO OKOLÍ............47 7.1 VÝPOČET AKTUÁLNÍHO USTÁLENÉHO STAVU DS MĚSTA ŠLAPANICE........................................48 7.1.1 ZHODNOCENÍ ZATÍŽENÍ KMENOVÝCH LINEK .......................................................................48 8 ÚPRAVY V SÍTI V OBLASTI BRNO-ČERNOVICE, BRNO-SLATINA A ŠLAPANIC .............49 8.1 PROPOJENÍ LINKY VN320, O. MOKRÁ – HOŠTĚNICE S LINKOU VN107, O. HOŠTĚNICE ............50 8.2 PROPOJENÍ STÁVAJÍCÍ KABELOVÉ SMYČKY VN320 U TS ŠLAPANICE KRYTINA A ŠLAPANICE INPACTS NOVĚ VYBUDOVANÝM ZEMNÍM KABELOVÝM VEDENÍM Z VR ŠLAPANICE K TS MASARYKOVO NÁMĚSTÍ ...................................................................................................................51 8.3 PROPOJENÍ VR ŠLAPANICE S VR TUŘANKA PRODLOUŽENÍM KABELOVÉHO VEDENÍ VN1358 MEZI AREÁLEM CTP U LETIŠTĚ S VR ŠLAPANICE ...........................................................................53 8.4 PROPOJENÍ ROZVODNY ČERNOVICE SE VSTUPNÍ ROZVODNOU TUŘANKA TŘEMI KABELOVÝMI VEDENÍMI 22KV................................................................................................................................54 8.5 ZAÚSTĚNÍ PRŮBĚŽNÉ LINKY V 259 MEZI ROZVODNOU BRNO-TEPLÁRNA A VSTUPNÍ ROZVODNOU VR TUŘANKA DO ROZVODNY BRNO ČERNOVICE .......................................................55 8.6 VÝPOČET USTÁLENÉHO STAVU DS K ROKU 2015 PO DOKONČENÍ VŠECH PLÁNOVANÝCH ÚPRAV ..........................................................................................................................................................56 8.6.1 MOŽNOST NAPÁJENÍ MĚSTA ŠLAPANICE A JEHO OKOLÍ V BEZPORUCHOVÉM STAVU V BUDOUCNOSTI ............................................................................................................................56 8.6.2 ZHODNOCENÍ ZATÍŽENÍ KABELOVÝCH A VENKOVNÍCH VEDENÍ ...........................................57 9 URČENÍ TRENDU SPOTŘEBY ELEKTRICKÉ ENERGIE .........................................................58 9.1 VÝPOČET TRENDU SPOTŘEBY POMOCÍ EXPONENCIÁLNÍ FUNKCE NA VEDENÍ VN320 ZE SMĚRU SOKOLNICE.......................................................................................................................................58 9.2 STANOVENÍ VÝVOJE ZATÍŽENÍ NA VEDENÍ VN320......................................................................61 10 INVESTIČNÍ NÁKLADY ...............................................................................................................63 11 ZÁVĚR.............................................................................................................................................65 POUŽITÁ LITERATURA ...................................................................................................................67

Obsah

10

SEZNAM PŘÍLOH...............................................................................................................................68

Seznam obrázků

11

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 2-1 Zjednodušené schéma elektrizační soustavy................................................................. 16 Obr. 3-1 Paprsková síť [4]......................................................................................................... 19 Obr. 3-2 Okružní síť [4]............................................................................................................. 19 Obr. 3-3 Zauzlená síť [4]........................................................................................................... 20 Obr. 3-4 Zjednodušení síť [4] .................................................................................................... 20 Obr. 3-5 Klasická mřížová síť [4] .............................................................................................. 21 Obr. 3-8 Kabel AXEKVCEY....................................................................................................... 24 Obr. 3-9 Kabel NA2XS(F)2Y...................................................................................................... 25 Obr. 3-10 Kabel AXCEL-LT ...................................................................................................... 25 Obr. 3-11 Příklad způsobu uložení kabelů VN v multikanálu...................................................... 26 Obr. 5-1 K modifikované metodě uzlových napětí [1]................................................................. 37 Obr. 8-1 Jednopólové schéma propojení linek VN320 a VN107venkovním................................. 50 Obr. 8-2 Jednopólové schéma propojení kabelové smyčky VN320 u Šlapanice Impact nově vybudovaným kabelovým vedením z VR Šlapanice k TS Masarykovo nám........................... 52 Obr. 8-3 Jednopólové schéma propojení kabelové smyčky VN320 u Šlapanice Impact nově vybudovaným kabelovým vedením z VR Šlapanice k TS Masarykovo nám........................... 53 Obr. 8-4 Jednopólové schéma propojení rozvodny Černovice se vstupní rozvodnou Tuřanka společně se zaústěním průběžné linky V 259 do rozvodny Brno-Černovice ......................... 55 Obr. 9-1 Vývoj zatížení vedení do roku 2012.............................................................................. 58 Obr. 9-3 Vývoj zatížení do roku 2017......................................................................................... 62 Obr. 10-1 Peněžní tok investora................................................................................................. 64

Seznam tabulek

12

SEZNAM TABULEK Tab. 7-1 Přehled transformátorů v TR Sokolnice a Brno-Líšeň .................................................. 47 Tab. 7-2 Přehled významnějších odběrů..................................................................................... 47 Tab. 7-1 Zatížení vedení v běžném provozu ................................................................................ 48 Tab. 7-1 Zatížení vedení při poruše nebo rekonstrukci v rozvodně Sokolnice (Brno-Líšeň)......... 48 Tab. 8-1 Zatížení vedení v běžném provozu ................................................................................ 57 Tab. 8-2 Zatížení vedení při poruše nebo rekonstrukci v rozvodně Sokolnice (Brno-Líšeň)......... 57 Tab. 9-1 Zatížení vedení VN320 ................................................................................................. 58 Tab. 9-2 Tabulka hodnot parametrů a a b exponenciální funkce ................................................ 60 Tab. 9-3 Vývoj zatížení............................................................................................................... 61 Tab. 9-4 Předpokládané nové odběry dle trendu ........................................................................ 62 Tab. 10-1 Předpokládané investiční náklady pro všechny úpravy............................................... 63 Tab. 10-2 Předpokládané investiční náklady pro všechny úpravy............................................... 63 Tab. 10-3 Předpoklad efektivnosti investice ............................................................................... 64 Tab. 10-4 Výsledky efektivnosti investice.................................................................................... 64

Seznam symbolů a zkratek

SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK Bk

- kapacitní susceptance vedení na jednotku délky

BNC9 - transformační stanice Černovice BNT9

- transformační stanice Brno-teplárna

ČEPS

- provozovatel české energetické přenosové soustavy

ČSN

- česká státní norma

DS

- distribuční síť

ES

- elektrizační soustava

F

- funkce

Gk

- konduktance vedení na jednotku délky

̅ J

- fázor proudu v i-tém uzlu soustavy ̅∗ ̅

- komplexně sdružený fázor - fázor proudu mezi uzly i a j - Jacobián

k

- pořadí iterace

NN

- nízké napětí

P

-činný výkon

Pi

- činný výkon v i-tém uzlu soustavy

PS

- přenosová síť

Qi

- jalový výkon v i-tém uzlu soustavy

R

- rozvodna

Rk

- rezistance

SO9

- transformační stanice Sokolnice

̅

vedení na jednotku délky

- zdánlivý výkon v i-tém uzlu soustavy ̅

U

∗

- komplexně sdružený fázor zdánlivého výkonu - napětí - fázor napětí v uzlu i

VN

- vysoké napětí

VR

- vstupní rozvodna

xk

- induktivní reaktance vedení na jednotku délky - podélná admitance mezi uzly i a j

̅

- příčná admitance vedení na jednotku délky - podélná impedance vedení na jednotku délky

13

Seznam symbolů a zkratek - zadaná přesnost výpočtu - fázový posun mezi fázory napětí a proudu

14

1 Úvod

15

1 ÚVOD Návrh rozvoje distribuční sítě se všeobecně provádí z důvodu rostoucího počtu průmyslových, obchodních a obytných zón v dané lokalitě. Provádí se tak, aby byla vždy spotřebitelům zajištěna dodávka elektrické energie v požadovaném množství a v předepsané kvalitě s možností dalšího rozšíření v budoucnosti. Sítě VN jsou obecně navrhovány jako co nejjednodušší a nejpřehlednější s minimem redundantních propojení. Tato zásada je uplatňována s cílem: 1. Přehlednosti pro řízení provozu a lokalizaci poruch 2. Úspory investičních nákladů Obecným trendem při výstavbě a obnově sítí vysokého napětí ve městech a pozemcích přilehlých k zastavěným oblastem je příklon ke kabelovým sítím, které jsou obvykle navrhovány jako kruhové. Nedílnou součástí rozvoje distribuční sítě je komplex elektrických zařízení (elektrických vedení, transformátorů, kompenzačních prostředků atd.) Předkládaná práce se zabývá návrhem rekonstrukce stávajících, především venkovních sítí 22 kV, které budou nahrazeny v současnosti nejvíce používanou technologií distribučních sítí vysokého napětí, zemními kabelovými vedeními s plastovou izolací, a rozšířením distribuční sítě 22 kV v nových obytných a průmyslových zónách města Šlapanice. Nově navrhovaná kabelová síť bude navazovat na kabelovou síť průmyslové zóny Černovická terasa, která bude po úpravách propojena se vstupní rozvodnou (VR) Šlapanice a dále na rekonstruovanou síť 22 kV města Šlapanice. Návrh rozvoje distribuční soustavy 22 kV v této oblasti zajistí připojování nových odběratelů v plánované průmyslové zóně Šlapanice, výstavbu nových obytných domů a současně zajistí zvýšenou spolehlivost dodávky elektrické energie v městě Šlapanice.

2 Elektrizační soustava

16

2 ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVA Elektrizační soustava slouží pro přenos elektrické energie od výrobce až ke konečnému spotřebiteli. Zahrnuje v sobě proces výroby, přenosu, distribuce a spotřeby elektrické energie. Kromě hlavního výrobního, přenosového a distribučního zařízení, které tvoří hlavní prvky tohoto systému, ES obsahuje řadu dalších prvků zajišťujících měření, kontrolu, ochranu, regulaci a řízení. Množství vyráběné elektrické energie musí v každém okamžiku odpovídat energii spotřebovávané. V místě výroby získáváme elektrickou energii přeměnou jiných forem energií v přírodě a v místě spotřeby ji zase přeměňujeme na jiné, námi požadované druhy energie. K výhodám elektrické energie patří její získání z jiných forem energie s poměrně dobrou účinností přeměny a v požadovaném množství, snadná přeměna na jiné druhy energie, snadnou a přesnou měřitelnost dodávaného množství, aj. Samozřejmě má i své nevýhody, mezi které patří například nemožnost její výroby do zásoby a skladování, nákladné zařízení na její výrobu, přenos atd.

Obr. 2-1 Zjednodušené schéma elektrizační soustavy.

2 Elektrizační soustava

17

2.1 Dělení elektrizační soustavy Podle hladiny napětí dělíme elektrizační soustavu na přenosové sítě (PS) a distribuční sítě (DS).

2.1.1 Přenosové sítě Představují subsystém elektrizační soustavy České republiky, která propojuje všechny významné subjekty v soustavě a zajišťuje rozhodující podíl zahraniční spolupráce. Přenosovou soustavu České republiky vlastní společnost Čeps, a.s. Tuto soustavu tvoří sítě napěťových hladin 400kV, 220kV a 110kV. [1]

2.1.2 Distribuční sítě Tvoří soubor zařízení pro rozvod elektrické energie z přenosové soustavy nebo ze zdrojů zapojených do ní ke koncovým uživatelům. Jedná se sítě napěťových hladin, podle normalizované řady, která slouží především k dosažení optimálních podmínek pro zásobování elektrickou energií. [1]

3 Distribuční sítě

18

3 DISTRIBUČNÍ SÍTĚ 3.1 Rozdělení distribučních sítí podle napětí Napětí v distribučních sítích je dáno podle normalizované řady napětí, která slouží především k dosažení optimalizačních podmínek zásobování elektrickou energií. Sítě s napětím 110kV slouží k přenosu velkých výkonů na poměrně velké vzdálenosti, z transformační stanice 400(220)/110kV do místa, kde dochází k transformaci napětí 110/22kV nebo k zásobování velkoodběratelů (velkých průmyslových podniků). Distribuční sítě jsou provozovány s uzemněným uzlem. Sítě s napětím 22kV slouží k rozvodu elektrické energie do center spotřeby jako jsou obce, města atd., a k zásobování středoodběratelů. Sítě 22kV transportují elektrickou energii na střední vzdálenosti. Distribuční sítě 22kV se provozují s izolovaným uzlem nebo s uzlem připojeným přes zhášecí tlumivku nebo přes rezistor na zem. Sítě s napětím 400/230V slouží k dodávce elektrické energie jednotlivým uživatelům (maloodběratelům). Sítě 400/230V transportují elektrickou energii na malé vzdálenosti. Distribuční sítě 400/230V se provozují převážně s uzemněným uzlem.

3.2 Konfigurace distribučních sítí Distribuční sítě se podle hospodárnosti, kvality a spolehlivosti dodávky elektrické energie musí vhodně propojit. Podle toho se dělí na:   

Paprskové sítě Okružní sítě Zauzlené, mřížové sítě -

Zjednodušené Klasické

3.2.1 Paprskové sítě Jsou to takové sítě, u nichž vedení vychází z napájecího uzlu (ze spínací stanice nebo transformovny). Každý vývod je samostatný a nelze je vzájemně spojovat. Tento způsob rozvodu je obvykle nejlevnější, ale jistota zásobováni je nejmenší. Tento druh sítí se převážně používá ve venkovských obcích, malých městech a v průmyslu pro napětí 22kV a 6kV, ale také u 400/230V, kde není nutná velká spolehlivost dodávky elektrické energie. Na koncích paprskových vedení se vyskytuje značné kolísání napětí.


19

Obr. 3-1 Paprsková síť [4]

3.2.2 Okružní sítě Okružní síť se skládá z okružního vedení, které má oba konce připojeny na totéž napájecí místo, takže každý odběr se může napájet ze dvou stran, což zlepšuje spolehlivost dodávky elektrické energie, oproti paprskové síti, ale je zároveň finančně náročnější. Nastane-li porucha, tak trvá několik sekund případně minut. Okružní síť vykazuje menší kolísání napětí v odběrových místech, má menší průřezy a složitější ochrany než síť paprsková. Je také vhodná pro paralelní spolupráci několika elektráren spojených v jejím okruhu, neboť zabezpečuje lépe dodávku energie jak mezi elektrárnami, tak i do společné odběrové oblasti. Tento způsob rozvodu se používá především k napájení větších měst a větších obcí pro nízké, ale i vysoké napětí.

Obr. 3-2 Okružní síť [4]

3.2.3 Zauzlené, mřížové sítě Zauzlené sítě se používají především u sítí nn ve větších městech s velkou hustotou zástavby. Uzlová síť zabezpečuje provoz a zlepšuje bezpečnost dodávky elektrické energie, jelikož každý odběr se může napájet z několika stran. Napěťové poměry jsou v této síti nejvýhodnější, kolísání napětí je v ní nejmenší a rozloženo rovnoměrněji a průřezy vodičů jsou menší než u okružních sítí. Rozšířit síť nebo zvýšit počet stanic je snadné, ochrana proti zkratům je však složitější, protože v ní vznikají větší zkratové proudy.


20

Obr. 3-3 Zauzlená síť [4]

Zjednodušená síť Zjednodušenou síť lze vytvořit tehdy, pracují-li do společné sítě alespoň dva transformátory. Mezi těmito stanicemi je spojení hlavními vedeními (magistrálami) obvykle s většími průřezy, jištěnými výkonovými pojistkami. Ve vhodných místech těchto magistrál, nejlépe v místech tzv. kritického průřezu, jsou slabší pojistky zvané pojistky slabé vazby. Zjednodušená síť reaguje na poruchu na straně NN, nikoliv na straně VN. Ze schématu je zřejmé, že distribučn í transformovny jsou napájeny jedním vedením.

Obr. 3-4 Zjednodušení síť [4]


21

Klasická síť Klasické mřížové sítě se hodí do větších měst, kde je několik transformoven napájených nejméně dvěma, lépe třemi až pěti napáječi VN. V klasické síti se projeví lepší bezpečnost zásobování odběratelů při poruše některého napáječe VN. Výhody: 

Lepší využití transformátorů i vedení



Zmenší se úbytky napětí i kolísání napětí



Zmenší se ztráty v síti



Lze připojovat větší soustředná zatížení

Obr. 3-5 Klasická mřížová síť [4]

3.3 Elektrické vedení Je základním prvkem distribučních sítí a představuje soubor vodičů a izolačních materiálů a konstrukci určených pro transport elektrické energie mezi dvěma body elektrické sítě – uzly. Uzlem rozumíme místo připojení zdroje, spotřebiče nebo místo rozvětvení vedení, změny jeho druhu (přechod kabelového ve venkovní apod.) nebo elektrickou stanici. Elektrická vedení jsou technologická zařízení přenášející požadované elektrické výkony buď od primárních zdrojů (elektráren), nebo od sekundárních zdrojů (rozvoden, transformoven) na urč itá místa, tj. do rozvoden nižší soustavy nebo ke spotřebiteli (distribuční sítě).


22

3.3.1 Venkovní vedení VN Venkovní elektrická vedení mají elektrické výkony přenášet hospodárně (s nejmenšími ztrátami), spolehlivě (tj. s nejmenší poruchovostí provozu), bezpečně (tj. bez ohrožování zdraví nebo života lidí a zvířat) a nejmenšími zásahy do životního prostředí. Výchozím podkladem pro mechanický návrh elektrického vedení je výpočet zavěšeného vodiče, který určuje rozmístění stožárů podél trasy i dimenzování ostatních prvků elektrického venkovního vedení. Maximální rozpětí (vzdálenost mezi stožáry) je 600 m. Elektrická vedení se navrhují a staví zhruba s padesátiletou životností (životnost stožárů je 50 - 70 let, životnost vedení 25 - 50 let). Vliv na návrh vedení mají kromě velikosti přenášeného výkonu také klimatické poměry (max. a min teplota, vítr, námraza, bouřky a jejich kombinace)[9]. Vodiče venkovních vedení se zhotovují nejčastěji z hliníku nebo z mědi, výjimečně z oceli nebo bronzu. Vodiči venkovních vedení jsou dráty nebo lana. Při potřebě větší mechanické pevnosti se používají dvoumateriálová – ocelohliníková. Vnitřní ocelový drát (resp. Lano) slouží ke zlepšení mechanických vlastností a je opředen hliníkovými dráty, které zajišťují požadovanou vodivost celého lana. Pro vedení napětí do 22kV se také používají izolované vodiče. K izolaci vedení se používá podpěrných a závěsných izolátorů různého provedení. Izolátory bývají porcelánové nebo skleněné V hlavě stožáru mohou být vodiče uspořádány v jedné rovině (se stejnou výškou nad zemí) nebo v trojúhelníku. U dvojnásobných vedení (dvě trojfázová vedení umístěná nespolečných podpěrách) se užívá uspořádání ve tvaru soudku nebo dvou rovnostranných trojúhelníků.

3.3.2 Kabelová vedení VN Úseky kabelových sítí můžeme v principu rozdělit na [6]:  



Běžnou distribuční síť – převažující část distribučních sítí 22kV E.ON sloužící zejména pro napájení běžných distribučních a velkoodběratelských trafostanic. Přímé (páteřní) kabely – Propojují transformovny a spínací stanice. Jejich použití je omezeno na městské aglomerace, kde slouží ke spolehlivému napájení spínacích stanic nebo k rychlému obnovení napájení při rozsáhlých výpadcích (např. výpadek napájecí transformovny). Často jsou tato kabelová vedení provozována paralelně a to u pohledu jak zatížení, tak spolehlivosti. Ostatní případy – samostatné vývody pro významné zákazníky nebo výrobny.

Kabelové sítě VN jsou navrhovány jako kruhové. Trafostanice v těchto sítích jsou připojovány vysmyčkováním průběžného kabelu (tj. 2 přívody). Každý napájecí kruh začíná odbočením od přípojnice napájecí transformovny a je ukončen buď: 1. Na jiné přípojnici téže napájecí transformovny. 2. Ve spínací stanici. 3. Na přípojnici jiné transformovny. Tyto kruhy jsou provozovány jako otevřené – tj. ve zvolené trafostanici je kruh rozpojen, tj. jedná se o dva paprsky, které je možné propojit sepnutím spínače.


23

Propoje mezi 2 okruhy (příp. na venkovní vedení) jsou zřizovány pouze v případě, že to vyžaduje:  

Zajištění spolehlivosti dodávky konfigurace sítě v daném místě – úsek sítě s více trafostanicemi by nebylo možné (efektivně) zkruhovat na přípojnici v rozvodně Minimalizace nároků na dimenzování tlumivek.

Materiály a konstrukce silových vodičů Jako materiály jader silových kabelů se používá měď nebo hliník. Měď má lepší vodivost, větší pevnost v tahu, ale oproti hliníku je dražší. Hliníkové vodiče mají některé nepříznivé vlastnosti, na které je třeba při jejich používání brát ohled:  Pevnost Al je menší, lehce se deformuje, vytahuje a láme, proto je třeba zabránit vícenásobným ohybům.  Ve spojích vodičů Cu a Al tam, kde jsou vystaveny vlhku, dochází k elektrolytickému rozkladu. Vzniká galvanický článek, kde Al tvoří zápornou elektrodu, která se rozkládá. Tomu se dá zabránit použitím ocelových pozinkovaných plechu.  Teplotní roztažnost Al je větší než Cu. Při větších proudech se následkem střídavého ohřívání uvolňuje tlak ve svorkách, tomu přispívá i tzv. tečení za studena. Proto se šroubové spoje musí opakovaně dotahovat. Jádra vodičů se zhotovují dvojím způsobem: a) Jádra plná jsou tvořena jediným vodičem. b) Jádra složená jsou tvořena lanem, tedy větším počtem slaněných drátů. Hlavní rozdíl ve vlastnostech plných jader a lan je ohebnost. Na vnitřní straně ohybu dochází k namáhání tlakem a zkracování jádra, na vnější straně se jádro namáhá tahem a prodlužuje se. U plného vodiče dochází k deformování materiálu silou úměrnou jeho pevnosti. U lan, kde dráty mohou měnit svoji polohu a vzájemně se posouvat je ohýbání značně ulehčeno. Rozhodující vliv na ohebnost lana má průřez drátů, z nichž je lano složeno, použitím většího počtu tenčích drátů je lano ohebnější, ale dražší. [2]

Používané základní VN kabely Používají se jednožilové plastové kabely s izolací ze zesítěného polyetylenu (XLPE), kabely dvouplášťové (PE+PVC) a kabely jednoplášťové.

Kabely dvouplášťové (PE+PVC) Plášť z polyethylenu zaručuje mechanickou ochranu kabelu. Horní vrstva pláště z PVC zaručuje požadavek nešíření požáru po plášti kabelu. Dvouplášťové kabely VN se používají tam, kde je nutná ochrana kabelu proti šíření požáru. Jedná se o delší trasy kabelu VN vedené na vzduchu, popřípadě i v souběhu s dalšími vedeními. Dvouplášťový kabel se používá v těchto aplikacích:  Vývody z rozvoden  Kabelový propoj VN mezi transformátorem a rozvaděčem VN


24

Kabely jednoplášťové (PE) Plášť z polyethylenu zaručuje mechanickou ochranu. Jednoplášťové kabely VN se používají tam, kde není nutná ochrana proti šíření požáru po kabelu a nemůže dojít k případnému ohrožení ostatního zařízení. Jednoplášťový kabel se používá v těchto aplikacích:  V trasách mezi jednotlivými distribučními trafostanicemi včetně ukončení kabelu v rozváděči  Kabelový svod z venkovního vedení  Zaústění kabelu v odběratelské trafostanici

3.3.3 Kabely VN, používané společností E.ON Kabel typu AXEKVCEY Je dvouplášťový kabel určen pro instalaci ve venkovním prostředí, v zemi, pro vnitřní prostředí a v kabelových kanálech. Používá se jako propojovací vedení mezi distribučním transformátorem a rozvaděčem, v rozvodnách, kabelových kolektorech a tam, kde je nutná ochrana proti šíření plamene po plášti. Konstrukce - Kabel se skládá z laněného kruhového jádra z hliníkových vodičů. Na jádře je nanesena vnitřní polovodivá vrstva a izolace ze zesítěného polyethylenu. Na izolaci je nanesena vnější polovodivá vrstva. Dále je na kabelu polovodivá vodoblokující páska, měděné stínění z drátků s páskovou protispirálou a vodoblokující páska. Jako mechanická ochrana je kabel potažen pláštěm z polyetylenu černé barvy. Na tento plášť je nanesen vrchní plášť z PVC černé barvy.

Obr. 3-6 Kabel AXEKVCEY Specifikace značení kabelu AXEKVCEY: A-hliníkové jádro, XE izolace ze sítěného polyetylenu, K- silnoproudý kabel, VC – měděné kovové stínění s ochranou proti podélnému šíření vody pod pláštěm, E – plášť z PE, Y – plášť z PVC

Kabel typu NA2XS(F)2Y Je jednoplášťový kabel určen pro pevné uložení, pro prostředí základní a vlhké dle ČSN 3 0300. Používá se jako propojovací vedení mezi jednotlivými distribučními trafostanicemi a jako kabelový svod z venkovního vedení. Konstrukce – Kabel je téměř stejný jako kabel AXEKVCEY. Chybí mu pouze vrchní plášť z PVC. Tento typ se ovšem z požárních důvodů nesmí instalovat do kolektorů a kabelových prostor v budovách.


25

Obr. 3-7 Kabel NA2XS(F)2Y Specifikace značení kabelu: N – odpovídající VDE normám, A – hliníkové jádro, 2X – izolace ze zesítěného polyetylenu, S – měděné drátové stínění, (F) ochrana proti podélnému šíření vody pod pláštěm, 2Y – Plášť z PE

Nové typy plastových kabelů V posledních letech se ve specifických požadavcích na uložení používají třížilové plastové kabely 22 kV. Třížilové kabely je výhodné použít především tam, kde není dostatek prostoru pro uložení klasických platových kabelů. V distribuční soustavě E.ON jsou takto použity kabely VN typu AXCEL–LT, určený pro uložení ve volném terénu, kanálech apod., a AXCEQ-LT se sníženou hořlavostí, určený např. při pokládce v kolektorech. Jejich výhodou jsou nižší pořizovací náklady, relativně menší požadovaný prostor pro uložení. Nevýhodou těchto kabelů je ovšem náročnější oprava, náročnější manipulace při pokládce, absence stínění každé žíly.

Obr. 3-8 Kabel AXCEL-LT Třížilové kabely je např. možno uložit v kabelovém kanálu dle obr. 3-11, kdy je i při dodržení vzdálenosti kabelů oddělených přepážkou možno uložit až čtyři třížilové kabely nam ísto dvou kabelů tvořených třemi žíly.

26


Kabel 3x 22-AXEKVCE 1x240mm2

Kabel 22-AXCEL-LT 3x240mm2

Obr. 3-9 Příklad způsobu uložení kabelů VN v multikanálu

3.4 Parametry kabelového vedení Elektrická energie se v prostoru šíří prostřednictvím tří polí – proudového, magnetického a elektrického. Proudové pole zaujímá vodivou část prostoru – vodiče. Zbývající dvě zaujímají přibližně řečeno okolí vodičů. Vzájemné souvislosti elektrických a magnetických veličin všech tří polí v přechodném nebo ustáleném stavu vyjadřují Maxwelovy rovnice. [3] Protože energie vyzářená při průmyslové frekvenci z prostoru ES (Elektrickým a magnetickým polem) je malá proti energii přenášené vodiči, je výhodné řešit ES pomocí obvodů proudového pole a integrálních veličin, tj. napětí a proudu. Za těchto zjednodušujících podmínek je souvislost mezi veličinami pole proudového, magnetického a elektrického vyjádřena pomocí Ohmova zákona a zákonů Kirchhoffových, ve kterých se vyskytují komplexní operátory prvků soustavy. Elektrické stavy soustavy jsou tedy závislé na dvou komplexních operátorech – parametrech prvků soustavy, tj. podélné impedanci a příčné admitanci

3.4.1 Podélní impedance Podélná impedance vedení na jednotku délky je ̅ =

+

(/km)

(3.1)

Kde: Rk … rezistance vedení na jednotku délky Xk … induktivní reaktance vedení na jednotku délky

Rezistance vedení U energetických výpočtů pro kabelové vedení se předpokládají tyto vlivy stejně jako pro venkovní vedení[3]. 

Vliv materiálu – rezistence je dána materiálovou konstantou. Při ustáleném stejnosměrném proudu a teplotě je odpor:

=

∙ (

∙

,km,mm2)

(3.2)

27

3 Distribuční sítě Kde:

0

l s 

je materiálová konstanta, měrný odpor při ustálené teplotě je délka vodiče je plocha průřezu

Vliv rozdílné teploty – na odpor oproti základní se uvažuje pomocí vztahu =

= 1 + ( − 20) + ( − 20 ) (− , ° , ° )

(3.3)

Kde: α, jsou teplotní součinitele odporu R0, R jsou odpory při teplotě a 

 

0

= 20°C

Skinefekt – způsobuje při průchodu střídavého proudu zvětšování proudové hustoty ve směru k povrchu vodiče. Nerovnoměrnost rozložení proudu po průřezu závisí na kmitočtu proudu, materiálu, velikosti a tvaru průřezu vodiče a působí zvětšení odporu proti odporu pro stejnosměrný proud. Zvýšení rezistence skinefektem je pro hliníkové dráty a lana i dvoumateriálová lana při kmitočtu 50Hz zanedbatelné – nepřesahuje hodnotu 1,5%. U měděných vodičů (drátů i lan) dosahuje hodnoty větší než 1% až od průřezu 240mm2. Průhybem zavěšeného vodiče – venkovní vedení způsobuje zvětšení délky vodiče proti topografické délce vedení Kroucení drátů v lanech – způsobuje, že lano je kratší než dráty, ze kterých bylo spleteno. Lano má proto větší rezistenci než drát stejné délky, průřezu a materiálu. U měděných lan dosahuje zvýšení asi 2%, u lan hliníkových a dvoumaterálových asi 2% až 5%.

Indukčnost kabelového vedení Indukčností vyjadřujeme na vedení zpětný vliv magnetických polí působených proudy ve vedení. Časově proměnné proudy způsobují střídavé magnetické pole v prostoru vedení, které indukuje do vodičů napětí. Přivedené napětí musí být vyšší nejen o úbytek napětí na činném odporu, ale i o indukovaná napětí. U vícevodičových vedení je každý proudový obvod vystaven indukčním účinkům magnetického pole od vlastního proudu a od proudu ostatních vodičů. Vzhledem k menší vzdálenosti vodičů kabelových vedení je provozní indukčnost kabelů podstatně menší než u venkovního vedení stejných průřezů. Dosahuje asi 25-30% provozní indukčnosti venkovních vedení. [3]

3.4.2 Příčná admitance Příčná admitance vedení na jednotku délky je = Kde:

+

(S/km)

Gk – konduktance vedení na jednotku délky (svod) Bk – kapacitní reaktance vedení na jednotku délky

(3.4)

28


Konduktance kabelového vedení (svod) Příčinou jsou především ztráty v dielektriku, vznikající při namáhání izolace střídavým napětím. V menší míře také konečnou hodnotou izolačního odporu. K přibližnému stanovení svodu lze užít rovněž měření naprázdno. =3∙ Kde:

∙ ∙

=>

=

(S/km)

∙∙

(3.5)

P0 – trojfázový činný výkon při chodu naprázdno l – délka vedení U0 – napětí naprázdno

Kapacita kabelového vedení Účinky elektrického pole v prostoru mezi vodiči v kabelu závisí na tvaru pole, tj. především na tom, zda vodiče mají společný nebo samostatný vodivý plášť a na hodnotě dielektrické konstanty izolačního materiálu. Proto jsou provozní a dílčí kapacity závislé na typu kabelu a druhu i vrstvení dielektrika. Vlastnosti dielektrika se podstatně mění s teplotou. Přesné stanovení kapacit výpočtem je proto obtížné. Zjišťuje se měřením naprázdno. Impedanci naprázdno kabelového vedení o délce l lze přibližně považovat za převrácenou hodnotu příčné vodivosti. = Kde:

̅

≅

∙ =(

+

)

(3.6)

= ∟0° … je fázové napětí naprázdno ̅ = ∟ °… je proud naprázdno

Provozní kapacitu stanovíme měřením napětí, proudu a výkonu naprázdno dle: =

=

∙

∙∙

∙ 10

(nF/km)

(3.7)

Kapacita kabelového vedení je v porovnání s kapacitou venkovního vedení poměrně velká a vyvolává značný proud naprázdno Ic, proto se s ní musí při výpočtech počítat. Kapacita rozsáhlejší kabelové sítě pomáhá značně zlepšovat účiník k hodnotě 0,9. Kapacita je však příčinou, že nezatížená síť odebírá z elektrárny proud, což má za následek ztráty.


29

3.5 Elektrické stanice v DS 3.5.1 Transformovny Transformovna je elektrická stanice, která obsahuje výkonové transformátory propojující dvě nebo více sítí s rozdílnými napětími. Uskutečňuje se v ní transformace elektrické energie na jiné napětí a její rozvod [6].

3.5.2 Spínací stanice Je souhrn zařízení a staveb umožňující spínání elektrických obvodů (vedení) stejného jmenovitého napětí a stejné proudové soustavy a tím umožňující potřebný rozvod elektrické energie. Spínací stanice jsou vybaveny spínacími přístroji a obvykle i přípojnicemi. Mohou v nich být instalovány i výkonové transformátory, obvykle pro vlastní spotřebu. Budují se buď samostatně, nebo jako součást jiné elektrické stanice (transformovny, elektrárny) [6].

3.5.3 Měnírny Měnírna je elektrická stanice, ve které se přeměňuje střídavý elektrický proud na proud jiného kmitočtu nebo na proud stejnosměrný a zajišťuje jeho rozvod. Měnírna může rovněž měnit proud stejnosměrný na proud střídavý (tzv. střídač) [6].

3.5.4 Kompenzační stanice Kompenzační stanice používáme pro paralelní nebo sériovou kompenzaci. V praxi se používá většinou paralelní kompenzace, která nám umožňuje zmírnit nepříznivý vliv jalové složky proudu, kterou odebírá spotřebič. Společnost E.ON, a.s. kompenzační stanice nepoužívá, kompenzace na účiník 0,95 se provádí u zákazníka. V případě nedodržení uvedeného účiníku je zákazník distribuční společností penalizován.

4 Obecné zásady pro návrh sítí VN

30

4 OBECNÉ ZÁSADY PRO NÁVRH SÍTÍ VN Sítě VN jsou zásadně navrhovány jako co nejjednodušší a nejpřehlednější s minimem redundantních propojení. Tato zásada je uplatňována s cílem: 1. Přehlednosti pro řízení provozu a lokalizaci poruch 2. Úspory investičních nákladů Obecným trendem při výstavbě a obnově sítí vysokého napětí ve městech a pozemcích přilehlých k zastavěným oblastem je příklon ke kabelovým sítím. Tento trend je podporován s ohledem na: 1. Zvýšení spolehlivosti provozu sítí, tj snížení poruchových i plánovaných přerušení dodávky. 2. Respektovat ustanovení stavebního zákona a jeho vyhlášek o řešení sítí v zastaveném území. 3. Snížení provozních nákladů – zde je nutné vždy uvažovat varianty, tak aby byly zvýšené investiční náklady na kabelové sítě vyváženy odpovídající úsporou provozních nákladů. Z hlediska obecných zásad pro zajištění dodávky je síť navrhována tak, aby jen manipulacemi na stávajícím zařízení bylo možno v plném rozsahu obnovit dodávku při poruchovém výpadku i v případě max. zatížení:   

Jednoho transformátoru v napájecí transformovně. Jednoho vývodu z transformovny nebo spínací stanice. Uvolnění jedné přípojnice (části přípojnice)VN v transformovně nebo spínací stanici.

V případě, že do uzlové oblasti je vyveden výkon např. z teplárny, tak pro náhradní napájení není tento výkon započítáván a je zohledněn požadavek na zajištění vlastní spotřeby teplárny. Dále tak, aby pro plánované práce bylo v době nižšího zatížení možné krátkodobě uvolnit:   

Dva transformátory v transformovně¨celou rozvodnu/spínací stanici 22kV (v krajním případě za použití provizorních propojení transformátorů a vybraných vývodů) Oba potahy dvojnásobného vedení VN Uvolnění jednoho přímého kabelu mezi napájecí rozvodnou a spínací stanicí.

Transformovny jsou zpravidla budovány v první fázi pouze s jedním transformátorem 25MVA. K instalaci druhého transformátoru je přistupováno na základě nárůstu zatížení v souladu s platnou koncepcí rozvoje distribuční soustavy VVN s přihlédnutím k možnosti náhradního napájení po síti 22kV při výpadku transformátoru. Obecně je přípustné považovat jediný transformátor v transformovně za konečný stav. Pak je toto, ale třeba vždy zohledňovat při návrhu dalšího rozvoje sítě 22kV.


31

4.1 Druhy stanic a úsekových spínačů v sítích VN Transformovny 110/22kV Jedná se o napájecí body pro síť 22 kV. Jsou vždy vybaveny vypínači, ochranami a dálkovým přenosem informací a ovládáním. U distribučních transformoven se předpokládá v cílovém stavu použití max. dvou transformátorů o výkonu max. 40 MVA. Ve výjimečných případech může být osazen třetí transformátor např. tam, kde je nutno vyčlenit samostatný transformátor pro odběr s velkými výkonovými nároky.

Spínací stanice (vstupní rozvodny) Jedná se o významné manipulační body v síti, kde se zpravidla setkává více směrů možného napájení. Technické řešení rozvodny 22kV je obdobné jako u transformoven. Vývodová pole jsou vybavena vypínači a ochranami, v případě venkovních linek je použita automatika opětovného zapnutí. Stanice jsou vybaveny dálkovým přenosem informací a ovládáním.

Rozpadové body Jedná se o trafostanice v kabelových sítích velkých měst, kde přívodní pole 22kV jsou vybavena vypínači a ochranami. Stanice vždy musí být vybavena signalizací stavu vypínače a působení ochrany na dispečink. Dále je umožněno dálkové ovládání přívodních polí z dispečinku. Tyto rozpadové body jsou zřizovány pouze v zdůvodněných případech rozsáhlých sítí v městských aglomeracích, tak aby byly omezeny dopady poruchových vypínání na zákazníky.nm

Dálkově ovládané trafostanice Jedná se o trafostanice v kabelových sítí měst, kde jsou přívodní pole vybavena odpínači s motorovým pohonem s možností dálkového ovládání z dispečinku. Stanice je zpravidla vybavena indikátory průchodu zkratového proudu.

Trafostanice Rozdělujeme na distribuční a běžné velkoodběratelské. V kabelové síti jsou přívodní pole vybavena odpínači s pojistkami. Ve venkovních sítích sloupová (příhradová) trafostanice nebo kiosková trafostanice s jedním přívodem.

4.2 Transformovny a spínací stanice – část 22kV Rozvodny 22kV napájecích transformoven jsou přednostně provedeny s jednoduchým systémem přípojnic s podélným dělením, s vypínačem v podélném dělení. Dvojitý systém přípojnic (bez podélného dělení je používán pouze v případě:    

Městských sítí, kde se předpokládá provoz jednoho transformátoru s tlumivkou a jednoho s odporem v uzlu Velkých průmyslových zón, kde je to nutné z hlediska potřeby operativní změny rozložení odběru mezi transformátory V případě, že je v transformovně využíváno vyhřívání vedení a je tedy nutné jeden transformátor pro toto vyhřívání vyčlenit Vyvedení výkonů z velkých zdrojů


32

Při rozhodování, zda použít jeden systém přípojnic s podélným dělením, nebo dva systémy přípojnic je nutno vždy zvážit, že dvojitý systém přípojnic sice poskytuje větší možnosti manipulací, ale na druhé straně je jeden systém přípojnic s podélným dělením výhodnější. V případě poruch v samostatné rozvodně nebo požadavku na uvolnění části rozvodny. V případě zapouzdřených rozváděčů, kdy se upouští od podélného dělení u dvojitého systému přípojnic, nelze běžnými manipulacemi uvolnit pouze část rozvodny a ani u těchto zapouzdřených rozváděčů nelze vyloučit požadavek na vypnutí (ztráta tlaku, porucha napěťových měničů na přípojnicích, porucha přípojnicového odpojovače, revize, rozšiřování počtu polí atd.).

Rozvodny 22kV spínacích stanic Jsou v případě menšího zatížení a jednoho směru trvalého napájení zpravidla provedeny jako jednopřípojnicové bez podélného dělení. V případě vyššího zatížení dvou a více směrů trvale využívaného napájení je možné použít dvojitý systém přípojnic, tak aby bylo možné rozdělit zatížení napájecích vedení dle potřeby a přenosových možností.

4.3 Hodnocení zajištěnosti dodávky Při návrhu sítí je nutno zohlednit nediskriminačním způsobem zajištěnost dodávky pro všechny zákazníky. Žádným způsobem nelze zajistit stejnou spolehlivost dodávky všem zákazníkům, na všech místech síti a to bez ohledu na vyžadované investiční náklady. Přesto je nutné najít způsob, jak porovnat spolehlivost dodávky na různých místech sítě a tím i kritérium, podle kterého bude ověřena navrhovaná síť, příp. rozhodnuto o způsobu řešení nevyhovujícího stavu. Nelze zajistit stejnou spolehlivost dodávky pro všechny zákazníky, a proto nelze použít kritérium, které zohlední situaci pouze z pohledu konkrétního zákazníka. Spolehlivost dodávky při návrhu sítě je možné hodnotit pomocí „mezní odpadlé práce“. Toto kritérium je vztaženo pouze na konkrétní poruchový stav. Není zohledněna četnost, s jakou tento stav může nastávat a není rozhodující ani počet postižených zákazníků. Hodnotí se pouze výkon, který následkem dané poruchy odpadne. Na základě tohoto výkonu a mezní odpadlé práce je určen čas, ve kterém je nutno obnovit napájení tak, aby nebyla překročena hodnota „mezní odpadlé práce“. Na základě času, který je k dispozici, je navržena taková úprava konfigurace sítě, která umožní tuto dobu dodržet. Je patrné, že při konstantní „ mezní odpadlé práci“ je doba pro obnovení dodávky nepřímo úměrná odpadlému výkonu.

4.4 Dimenzování vodičů Vodiče silnoproudého elektrického rozvodu se musí v provozních poměrech dimenzovat tak, aby: 1. 2. 3. 4. 5.

Jejich provozní teplota nebyla vyšší, než je dovoleno Průřezy vodičů byly v hospodárných mezích Vodiče byly dostatečně mechanicky pevné Úbytek napětí ve vodičích byl ve stanovených mezích Vodiče odolávaly dynamickým a tepelným účinkům zkratových proudů


33

4.4.1 Dimenzování podle provozní teploty Z hospodářských a bezpečnostních důvodů nelze připustit, aby oteplení vodičů dosáhlo v provozu velkých hodnot. Vysoké teploty vedou k rekrystalizaci materiálu a tím ke změně mechanických vlastností. Spoje vodičů zvyšují vlivem vysokých teplot svůj přechodový odpor. Izolace vodičů vlivem teploty rychleji stárne a znehodnocuje se. Z těchto důvodů se normativně stanoví nejvyšší dovolená trvalá provozní teplota dov a tím proud, kterým lze vodič při daných podmínkách trvale zatěžovat [2]. Provozní teplota z a tím i přípustné zatížení vodičů v normálních provozních stavech (tj. ustálená teplota) závisí na:     

Typu vodiče (kabelu) Druhu provozu Charakteristice prostředí Způsobu uložení Charakteristice zátěže

4.4.2 Dimenzování průřezu z hlediska hospodárnosti Vodiče a kabely mají být dimenzovány tak, aby nebyly zatěžovány více než hospodárným proudem. Celkové roční náklady na jejich pořízení, provoz a údržbu byly optimální. Hospodárný průřez se určí jako [2]:

Kde

=

∙

2 √ (mm ;A,s)

(4.1)

k … je dle ČSN 341610

Iz … je výpočtový proud T … je doba plných ztrát

4.4.3 Dimenzování vodičů podle mechanické pevnosti Vodiče a kabely mají být dimenzovány tak, aby odolaly mechanickým namáháním, kterým mohou být vystaveny při běžném provozu. U kabelových rozvodů jsou vodiče mechanicky namáhány zejména při pokládce kabelů, při zatahování vodičů do trubek apod. [2].

4.4.4 Dimenzování vodičů podle úbytků napětí Odchylka napětí na svorkách spotřebičů od jmenovité hodnoty a její kolísání je kvalitativním ukazatelem dodávky. Proto i vodiče a kabely jednotlivých částí elektrického rozvodu musí být dimenzovány tak, aby při předpokládaném zatížení nezpůsobily nedovolený pokles napětí spotřebičů. Je-li z rozvodné soustavy napájen spotřebič s velkými špičkovými proudy, je nutno rovněž kontrolovat k jakému poklesu napětí dojde na svorkách ostatních spotřebičů vlivem těchto špiček. Pro většinu spotřebičů jak motorických tak odporových se dovoluje maximální kolísání napětí ±5% Un. Dovolená tolerance napětí jiných spotřebičů je vždy udána příslušnou normou. Napětí v jednotlivých místech rozvodu, jeho úbytky a odchylky, se stanoví běžnými metodami řešení ustáleného stavu sítí.


34

Úbytek napětí se vypočte podle [2] = Kde

∙ ∙

+

∙ ∙

(V)

(4.2)

R … je elektrický odpor vodiče X … je reaktance vodiče

4.4.5 Dimenzování podle účinků zkratových proudů 4.4.5.1 Dimenzování podle tepelných účinků zkratových proudů Toto namáhání zkratovým proudem se týká všech druhů a typů vedení. Při dimenzování se určuje minimální průřez jader vodičů, při kterém nastane ohřátí vodiče nad dovolenou teplotu vodiče po zkratu. Tato dovolená teplota je charakteristikou vodičů při krátkodobém oteplení zkratovým proudem. Je stanovena zejména s ohledem na podmínky stárnutí izolace a zmenšení mechanické pevnosti při tepelném nárazu [2].

4.4.5.2 Dimenzování podle dynamických účinků zkratových proudů Protéká-li proud I vodičem, vytvoří se kolem vodiče magnetické pole, jehož intenzita H ve vzdálenosti a od vodiče má velikost =

∙ ∙

(A/m)

(4.3)

Dva vodiče protékané elektrickým proudem I působí na sebe vzájemně silou o velikosti: = Kde

∙ ∙ ∙

(N,T,A,m)

(4.4)

B … je velikost magnetické indukce ve vzdálenosti a od vodiče l … je délka vodičů I … je proud protékající vodiči  … je úhel, který svírá vektor síly s osou vodiče a u rovnoběžných dlouhých vodičů je α = /2.

Po dosazení: =

∙

∙ ∙ ∙ 10

(4.5)


35

Uvedené vztahy jsou definovány pro nekonečně dlouhé vodiče malého průřezu. Protože nemůžeme uvažovat nehmotné vodiče a výpočet se provádí zpravidla pro trojfázovou soustavu. Při uvažování souměrného trojfázového zkratu, je třeba výše uvedený vztah upravit na tvar, který odpovídá síle působící mezi fázovými vodiči F m [2]:

Kde

= 2∙

∙

∙ ∙ 10 (N)

(4.6)

l … je délka vodiče mezi podpěrkami

K … je koeficient respektující uspořádání vodičů a fázový posun proudů v jednotlivých vodičích. am … je účinná vzdálenost mezi vodiči, která se zavádí kvůli respektování geometrického tvaru a velikosti průřezu vodiče. Ikm … je nárazový zkratový proud

4.5 Výstavba nových sítí v zastavěném území I s ohledem na platné předpisy pro územní plánování a stavební řád by měly být nové sítě v zastavěném území navrhovány jako kabelové. Pojmem zastavěné území zde rozumíme i území, kde se výstavba již připravuje. Není ale důvod v takovémto území neponechat a nevyužít stávající venkovní vedení. U stávajících venkovních vedení v zastavěném území, která bezprostředně nevyžadují rozsáhlou rekonstrukci, není třeba přistupovat ke kabelizaci, neboť nelze očekávat výrazné dopady na ukazatele spolehlivosti. V případě potřeby připojit novou trafostanici na stávající venkovní vedení v zastavěném území, volíme přednostně variantu kioskové nebo vestavěné trafostanice s jedním kabelovým přívodem (svod z venkovního vedení). V trafostanici je ponechána rezerva pro přívodní kabel (resp. Třetí – podle koncepce rozvoje v daném místě sítě). Případné venkovní trafostanice se umisťují jen na okraji zastavěného území. Při použití venkovní trafostanice je nutno zvážit, zda nelze ve výhledu očekávat nahrazení stávajícího venkovního vedení kabelovým, jestliže ano, tak vždy volíme kioskovou stanici [6].

5 Způsoby výpočtu sítí vn v ustáleném stavu

36

5 ZPŮSOBY VÝPOČTU SÍTÍ VN V USTÁLENÉM STAVU Ustáleným stavem rozvodných sítí rozumíme takové provozní stavy, při kterých v zařízení neprobíhají krátkodobé přechodné děje související s poruchami, s údery blesku do vedení nebo jeho blízkosti, připojováním a odpojováním vedení, zdrojů, kompenzačních prostředků, přepínáním odboček vinutí regulačních transformátorů za provozu apod. Ve skutečnosti ustálený stav, měřeno časovou změnou U a I v elektrizační soustavě nenastane nikdy, příčinou je neustále se měnící zatížení spotřebičů a zdrojů připojených v soustavě. Tyto změny bývají obvykle malé, proto se při výpočtu zanedbávají. Obvykle nás zajímá rozdělení napětí a proudů v síti v mezních podmínkách ustáleného stavu, tj. například ve stavu ročního maxima či minima. Výpočet napětí a proudu všech prvků dané sítě v mezních stavech je základním výpočtem, který umožňuje kontrolu správnosti chodu nebo návrhu sítě. Způsob výpočtu rozdělení napětí a proudů, případně ztrát výkonu se liší podle jmenovitého napětí sítě. Ustálený chod ES do jmenovitého napětí sítě. Ustálený chod ES do jmenovitého napětí 35kV obvykle řešíme s těmito zjednodušujícími předpoklady [1].     

Neuvažuje se příčná admitance všech prvků soustavy. Parametry vedení a ostatních prvků jsou konstanty nezávislé na proudu nebo napětí. Napětí zdrojů a proudy odběrů jsou harmonickými funkcemi času s frekvencí 50Hz. U trojfázových soustav předpokládáme symetrii. Odběry jsou zadány pomocí proudů nezávislých na napětí, které je na jejich svorkách.

5.1 Obecná metoda řešení uzlových sítí Z výše uvedených předpokladů lze k výpočtu použít všechny metody řešení lineárních obvodů tj. metoda smyčkových proudů, metoda uzlových napětí, superpozice, Theveninova věta a transfigurace. Vhodnost použití těchto metod se posuzuje podle počtu neznámých, které je v daném obvodu třeba vyčíslit a podle zadání spotřebičů. Podrobnou analýzou schémat rozvodných soustav lze prokázat výhodnost metody uzlových napětí. Ve stručnosti to lze zdůvodnit takto [1].  

 

Kostra schématu sítě má téměř vždy více paralelních větví, než je počet nezávislých smyček. Zdroje jsou z důvodu zatížitelnosti častěji zadávány jako ideální zdroje proudu a odběry pomocí na napětí nezávislých proudů nebo výkonů, což je v souladu pro používaní metody uzlových napětí Případné křížení větví schématu nekomplikuje u této metody jeho popis Kostra schématu sítě má téměř vždy více paralelních větví, než je počet nezávislých smyček.

37


Vzhledem ke zmíněnému zadání odběrů a zdrojů a k zanedbávání příčných admitancí všech prvků sítě nelze použít metodu uzlových napětí bez úprav. Modifikace spočívá v nahrazení neznámých uzlových napětí fázory úbytků napětí v uzlech. Odvození provedeme na trojúhelníkové síti se dvěma zdroji a s jedním odběrem dle obr 5-1.

Obr. 5-1 K modifikované metodě uzlových napětí [1]. Proudy v podélných impedancích vyjádříme pomocí uzlových napětí. Pro proud v podélné admitanci platí: ̅ =(

−

)∙

(5.1)

Podle I. Kirchhoffova zákona platí pro proudy do uzlu 1 ̅ =(

)∙

−

+(

−

)∙

=

∙(

+

)−

−

(5.2)

Tímto způsobem vyjádříme i zbývající proudy ̅

̅ −̅ Kde

=

+ − −

− + −

− − +

∙

(5.3)

[̅ , ̅ , ̅ ] Jsou známé uzlové proudy. Kladné hodnoty jsou u proudů dodávek a záporné u proudů odběrů.

[

[ zákona.

,

]

,

]

jsou vektory neznámých uzlových napětí

Jsou prvky admitanční matice vyplívající z druhého Kirchhofova


38

V obecném případě sítě s n uzly obdržíme soustavu n lineárních komplexních rovnic, ve kterých jsou neznámé veličiny uzlová napětí. [ ]̅ = [ ] ∙ [ ]

(5.4)

Admitanční matice má tyto vlastnosti 

Je souměrná podle hlavní diagonály. Pro její prvky platí =



≠

(5.5)

Prvky hlavní diagonály jsou kladné a jsou to součty admitancí všech větví, které v náhradním schématu vycházejí z i-tého uzlu.

=

(5.6)

Kde m je počet větví, které jsou spojeny v i-tém uzlu.  

Mimodiagonální prvky jsou záporně uvažované admitance větví spojujících v náhradním schématu uzly i aj. Protože náhradní schéma neobsahuje ani jedno vodivé spojení – větev připojenou do referenčního uzlu pro (0-tého uzlu), platí pro každý řádek nebo sloupec matice

+∑

=0

i=1,2,…n

(5.7)

Tj. součet prvků v každém řádku nebo sloupci je nula. Matice je tedy singulární – její determinant je roven 0 soustava rovnic je rovna nemá řešení pro neznámá uzlová napětí. Abychom dosáhli poslední vlastnost soustavy, vyjádříme uzlová napětí pomocí fázorů úbytků napětí měřených k jednomu z uzlů sítě (např. k uzlu 1) a napětí tohoto uzlu (referenčního uzlu fázorů úbytků napětí). =

+

i=1,2,…n

=0

(5.8)

39

5 Způsoby výpočtu sítí vn v ustáleném stavu Dosazením 5.8 do rovnice 5.3 dostaneme ̅ =(

=

∙(

+

−

)∙

−

−(

)+

+

∙

)∙

−

−(

)∙

+

−

=

(5.9)

Po této substituci bude mít soustava rovnic 5.4 tvar [ ]̅ = [ ] ∙ [

]

(5.10)

Protože úbytek napětí v referenčním uzlu pro fázory úbytků napětí je roven 0 ( = 0), sníží se počet neznámých v soustavě rovnic 5.10 o jednu. První rovnici proto nemusíme uvažovat. Vzhledem k tomu, že první člen v každé rovnici je nula, lze soustavu pro náhradní schéma se třemi uzly přepsat na tvar ̅ −̅

=

+ −

− +

∙

(5.11)

V případě sítě s n uzly, ve kterém byl uzel 1 zvolen za referenční uzel pro fázory úbytků napětí, řeší se neznámé fázory úbytků napětí ze soustavy n-1 rovnic [ ]̅ = [ ]´ ∙ [

]

(5.12)

Matice s admitancí [ ]´ má nenulový determinant, protože uzel 1 je obsažen v náhradním schématu a součet prvků této matice alespoň v jednom řádku a sloupci není nulový. Ze soustavy 5.12 lze vypočítat úbytky napětí.

[

] =

[ ]̅ [ ]´

A případně při známém napětí referenčního uzlu pro fázory úbytků napětí pomocí 5.8 a proudové rozdělení podle 5.1[1].

(5.13) i uzlová napětí

Vzhledem ke zmíněnému zadání odběrů a zdrojů a k zanedbání příčných admitancí všech prvků sítě nelze použít metodu uzlových napětí bez úprav. Je zapotřebí provést modifikaci této metody, nahradit neznámá uzlová napětí fázory úbytků napětí v uzlech. Odvození provedeme pro síť na Obr. 4-1.

40


5.2 Řešení rovnic ustáleného chodu sítě 5.2.1 Výpočet ustáleného chodu jako lineární úloha Při výpočtu ustáleného chodu předpokládáme, že jsou zadány odebírané a dodávané proudy do uzlů sítě. Jednotlivé prvky sítě jsou zadány jejich podélnými a příčnými admitancemi. Pro výpočet nahrazujeme transformátory „Γ“ nebo „Π“ články, přenosová vedení nahrazujeme nejčastěji „Π“ články.

5.2.2 Výpočet ustáleného chodu jako nelineární úloha V praxi odběry a dodávky bývají do jednotlivých uzlů zadávány pomocí známých činných a jalových výkonů dodávaných příp. odebíraných z uzlu. Soustavu potom musíme řešit jako nelineární úlohu některou z iteračních metod [10]. Pro i-tý uzel tedy platí: ̅ =

+

∗̅

=

(5.14)

Kde ∗̅ je komplexně sdružený proud k proudu ̅ .

Znaménka u činného a jalového výkonu jsou dle následujícího schématu: Dodávka výkonu

P > 0, Q > 0

pro induktivní charakter proudu (

Q<0 Odběr výkonu

pro kapacitní charakter proudu (

P < 0, Q < 0

pro induktivní charakter proudu (

Q>0

pro kapacitní charakter proudu (

> 0) < 0) > 0) < 0)

Je však nutno připomenout, že trojfázová síť je v našich úvahách nahrazena jednofázovým ekvivalentem a tudíž rovnice platí pro fázové hodnoty napětí a výkon přenášený jednou fází. Vyjádříme-li z rovnice (5.14) proud: ̅ =

̅∗

∗

=

−

∗

(5.15)

Pro obecnou elektrickou síť určíme pomocí metody uzlových napětí proud v jejím i-tém uzlu, při tom předpokládáme eliminaci bilančního uzlu (odhad napětí v uzlu 1) ̅ =

,

= 2, 3, … ,

(5.16)


41

Položíme-li do rovnosti pravé strany rovnic 5.15 a 5.16, obdržíme důležitý vztah popisující poměry v ES −

∗

=

,

= 2, 3, … ,

(5.17)

Vzhledem k tomu, že jsou zadány výkony v uzlech sítě (dodávky a odběry), napětí bilančního uzlu a admitance vede výpočet neznámých uzlových napětí k řešení soustavy nelineárních rovnic. Přesný výpočet nezávisle proměnných veličin chodu sítě z rovnic je obtížný. Řeší se proto přibližně pomocí iteračních metod, kterých je několik. Liší se množstvím početních operací nutných k dosažení téže přesnosti výsledku a veličinou, která je v průběhu výpočtu testována požadovanou přesností. Jsou-li vyšší nároky na přesnost výpočtu napětí, jsou vhodné metody Gausova a GaussSeidelova. Mají-li být v požadované toleranci výkony, je lepší použít Newtonovu nebo relaxační metodu [3].

5.2.3 Gauss-Seidelova metoda Naším úkolem je řešit soustavu nelineárních rovnic ve tvaru: ( ,

( ,

,…,

,…,

)=

)=

(5.18)

⋮ ( ,

,…,

)=

Tuto soustavu upravíme do tvaru vhodného pro iteraci: =

=

+Φ ( ,

+Φ ( ,

⋮ =

+Φ ( ,

,…,

)

,…,

)

,…,

)

(5.19)


42

Iterační předpis pak zapíšeme následovně: (

)

(

)

=

=

+Φ ( +Φ

(

+Φ

(

⋮ (

)

=

,

)

,

,…,

),

,…,

(

)

(5.20)

), … ,

Kde horní index označuje 1.,2., …iteraci, přičemž při první iteraci (k=0) vycházíme z odhadu kořenů ( ) , ( ) , … , ( ) . Iterační výpočet končí tehdy, platí-li podmínka: (

Kde

)

−

( )

≤

š ℎ

= 1,2, … ,

(5.21)

je požadovaná přesnost výsledku.

Nyní budeme aplikovat tuto iterační metodu na řešení soustavy nelineární rovnic (5.17), kterou nejprve upravíme do tvaru vhodné pro iteraci podle (5.19). Postupujeme následovně: Výraz ∑

z pravé rovnice rozepíšeme takto:

=

+

+

=

−

∗

(5.22)

A odtud vypočteme napětí Ui. Tím získáme tvar rovnic, který je již vhodný pro iterační výpočet:

=

1

−

∗

−

−

= 2, 3, … ,

(5.23)

43


Převedením rovnice (5.23) do iteračního tvaru podle (5.20) získáme iterační přepis, který již můžeme využít např. pro samočinný výpočet rovnice ustáleného chodu na PC:

(

)

=

1

−

∗

−

(

)

−

= 2, 3, … ,

(5.24)

Výpočet je ukončen platí-li podmínka dle (5.21).

5.2.4 Newton-Rapshonova iterační metoda Newton- Raphsonova iterační metoda v porovnání s Gauss-Seidlovou metodou velmi rychle konverguje a potřebný počet iterací k dosažení požadované přesnosti řešení málo závisí na rozlehlosti sítě. Její nevýhodou je poměrně značný nárok na paměť počítače při výpočtu diferencí kořenů [10].

5.3 Další způsoby výpočtu ustáleného chodu sítě K výpočtu sítí jsou použitelné všechny metody řešení lineárních obvodů, tj. metoda smyčkových proudů, uzlových napětí, superpozice, Théveninův princip, metoda stejnosměrného modelu, ekvivalentního odporu, řetězová metoda a transfigurace. Vhodnost některé z těchto hodnot se posuzuje podle počtu neznámých, které je v daném obvodu třeba vyčíslit a podle způsobu zadání zdrojů a spotřebičů.

5.3.1 Řešení ustáleného chodu sítě pomocí stejnosměrného modelu Proudy v uzlech a napětí na úsecích stejnosměrné sítě se sčítají algebraicky. Střídavou síť lze proto modelovat stejnosměrným modelem jen v případě, že komplexní sčítání proudů a úbytků těchto rozvodných zařízení se zjednoduší na algebraické.

5.3.2 Redukce odběrových uzlů Tato metoda slouží ke zjednodušení schématu uzlových sítí, ve kterých se většinou nachází velký počet odběrů, což vede k velkému počtu uzlových napětí a tedy i dlouhým časům výpočtu chodu sítě. Zjednodušení řešení dosáhneme přemístěním jednotlivých odběrů do nejbližších uzlů, ve kterých dochází k větvení vedení. Podmínkou přemístění je zachování úbytků napětí v těchto uzlech. Počet uzlů je tak zmenšen na počet uzlů větvení.

6 Program PAS Daisy Off – Line v.4.00.Bizon

44

6 PROGRAM PAS DAISY OFF – LINE V.4.00.BIZON Produkt Bizon je členem tradiční produktové řady PAS DAISY Off-line. Je to programový systém pro výpočty režimů elektroenergetických sítí. Je určen především pro plánování rozvoje, projektování a dlouhodobou i krátkodobou přípravu provozu rozvodných sítí NN,VN a VVN. Obsahuje podporu pro výpočty nastavení ochran a jištění pojistkami a jističi. Systém je veden s velkým důrazem na snadnou modifikaci výpočetních metod. Uživatel zakreslí část sítě a okamžitě může začít s výpočty. Program především zahrnuje:          

   

Snadné vytváření a modifikace schématu sítě přímo v obrázku; databáze se vytváří současně s tvorbou obrázku – nakreslené schéma je okamžitě použitelné pro výpočty Snadné napojení na reálná data ze systémů PAS DAISY On-line a SCADA Okamžité vyhodnocení a zobrazení topologie Soustavu logických kontrol, zachycujících většinu hrubých chyb v datech Automatický návrh jištění v sítích nn, kontrola selektivity jištění Rozpočet odběrů po kmenových linkách a možnost přiřazovat uzlům odběrová místa (koncoví spotřebitelé, funkce pro VN a NN Plnohodnotné výpočetní modely trojvinuťových transformátorů a souběžných vedení. Grafické odlišení vedení venkovních a kabelových, jejich typů a funkce, původních a nově přidávaných částí sítě Analýza ustáleného chodu elektrické sítě s využitím plného matematického modelu s kontrolou přetížení linek Analýza zkratových poměrů v síti: úplný výpočet symetrických, nesymetrických nebo vícenásobných poruch (zkratů, přerušení fází) včetně údajů pro nastavení ochran, možnost výpočtu při definici vícenásobných zkratů, průběhy zkratů na linkách Kontrola úrovně zabezpečenosti sítě proti náhodným výpadkům Trendování odběrů s možností kategorizace trendů po oblastech Zobrazení výsledků ve schématech sítě, v tabulkových a tiskových sestavách Možnost porovnání výsledků různých variant výpočtům zvýrazněním odchylek a možností třídění podle absolutních i relativních rozdílů.

Rekonstrukci městské distribuční sítě ve Šlapanicích a jeho budeme provádět ve výše uvedeném programu firmy Daisy, s.r.o.. Tento software pracuje pod operačním systémem Microsoft Windows, je víceuživatelský, po jeho spuštění se provádí přihlášení uživatele klasickým způsobem pomocí uživatelského jména a hesla. Program se může nacházet celkem ve dvou režimech činností. Základní režim, který je iniciován po startu je režim „výpočty“. V tomto režimu může uživatel provádět jednotlivé výpočty na již zadané studii, ale nelze však provádět zásahy do obrázků a přidávat nebo rušit elektrické objekty. K modifikaci databáze a obrázků studie slouží režim „Editor“. Ten uživateli poskytuje sadu pomůcek pro úpravu studií [11].


45

6.1 Výpočetní metody 6.1.1 Výpočet topologie Topologie sítě je výpočetní metoda, která v síti vyhledává a označuje galvanické spojené souvislé části nebo ostrovy. Každé takové topologicky souvislé jinam nepřipojené části celé sítě říkáme topologická komponenta sítě nebo jen komponenta sítě. Každá komponenta je označena číslem a barva komponentu je převzata z barvy zdroje, který komponentu napájí. Tento způsob zbarvení topologie lze využívat v sítích VN, kde jednotlivé oblasti jsou napájené transformovny VVN/VN. Pokud bychom nezapnuli výpočet topologie zvlášť pro každou napěťovou hladinu, byla by celá síť barvena jednou barvou a to barvou v síti VVN, což je nežádoucí. Při použití tohoto způsobu výpočtu topologie bude síť VVN barvena červeně a sítě VN budou barveny dle svých napájecích transformátorů. Tento způsob barvení lze s výhodou využít v modelu sítě VN, kde jednotlivé oblasti jsou napájené transformátory VVN/VN a při tom jsou všechny tyto oblasti na straně VVN propojeny nadřazenou soustavou[11].

6.2 Výpočet ustáleného chodu sítě – LFOFF Výpočet je určen pro výpočty ustáleného chodu elektrických sítí. Jeho cílem je poskytnout přehled o současném stavu sítě a umožňuje porovnávat jednotlivé provozní varianty s ohledem např. na minimalizaci ztrát v síti nebo na napěťový profil. Výpočet probíhá modifikovanou metodou Newton-raphson, čímž je zaručena rychlá a spolehlivá konvergence výpočtu. V této metodě není nutné provádět sestavení a triangulaci Jakobiánu v každé iteraci. Podle požadované přesnosti a stavu sítě končí výpočet za 3-6 iterací. Výpočet probíhá samostatně pro každou uzlovou soustavu v síti[11].

6.3 Výpočet zkratových poměrů sítě – ZKOFF Je určen pro výpočty zkratových poměrů v elektrických sítích. Poskytuje přehled o současném stavu sítě a umožňuje porovnávat jednotlivé provozní varianty s ohledem např. na nastavení ochran. Výpočet probíhá metodou souměrných složek. Pro jednotlivé složkové soustavy se sestaví impedanční matice, které se triangularizují a připraví se transformační vektory pro zpětný chod. S pomocí těchto matic se pro každý požadovaný uzel sítě provede pouze zpětný chod a určí se složková napětí v soustavě a z nich zkratové poměry v požadovaném rozsahu sítě. Můžeme počítat kterýkoliv druh zkratu (třífázový, jednofázový, dvoufázový nebo dvoufázový zemní). Program umožňuje provádět výpočet složkových a fázových napětí ve všech nebo zvolených uzlech, dále výpočet zkratových proudů a napětí ve všech zvolených vedeních soustavy[11].

6.4 Výpočet zabezpečenosti chodu sítě CNOFF Je určen pro kontrolní výpočty zabezpečenosti chodu elektrické sítě VVN/VN. Umožňuje poskytnout přehled o současném stavu zajištění bezpečnosti chodu sítě a nástroj umožňující ověřovat přípustnost plánovaných zásahů do provozu sítě. Výpočet umožňuje trvalou kontrolu odolnosti stavu sítě proti náhodné poruše v síti (vedení, transformátor, generátor, uzel atd.) a ověřovat možnosti pro další provoz soustavy při poruše. Mezi závažné poruchy patří například přetížení linek vedoucí po určité době k dalším výpadkům. Pravidelné provádění výpočtů dává možnost zabránit vzniku nebezpečných provozních situací


46

např. včasnou změnou konfigurace sítě, přerozdělením výkonu, změnou nastavení převodů transformátoru atd. Základní metodou je cyklické využití výpočtu ustáleného chodu sítě pro všechny kontrolované poruchy[11].

7 Charakteristika distribuční sítě města Šlapanice a jejího okolí

47

7 CHARAKTERISTIKA DISTRIBUČNÍ SÍTĚ MĚSTA ŠLAPANICE A JEJÍHO OKOLÍ Město Šlapanice a okolní obce jsou v současnosti v základním provozním stavu napájeny z rozvodny Sokolnice, pomocí venkovního vedení VN320, které je propojeno s transformační stanicí Brno-Líšeň. V případě poruch nebo plánovaných oprav na této lince je napájení tohoto vedení v mimořádném provozním stavu zajištěno z rozvodny Brno-Líšeň. Kmenové venkovní vedení VN320 napájí kromě Šlapanic také „Starou“ Líšeň, Podolí, Velatice, Horákov Mokrá. Vedení VN320 je v rozvodně Sokolnice v základním stavu napájeno z transformátoru 110/22 kV T103 s instalovaným výkonem 40MVA. Pomocí tohoto transformátoru je také napájeno vedení VN821 a VN137, kterými je napájen např. Újezd u Brna a Sokolnice. V rozvodně Brno-Líšeň je tato linka napájena z transformátoru 110/22 kV T102 s instalovaným výkonem 40MVA. Tento transformátor mimo tohoto vedení napájí např. linku VN1256 a VN1257, která napájí BrnoSlatinu, linku VN317, která napájí Líšeň, Ochoz a Hoštěnice a linku VN286, která napájí průmyslovou zónu. Tab. 7-1 Přehled transformátorů v TR Sokolnice a Brno-Líšeň Název Trafostanice Sokolnice SO 9

Líšeň LI

Trafo T101 T102 T103 T101 T102

Instalovaný výkon 40MVA 25MVA 40MVA 25MVA 40MVA

Soudobé zatížení 14,75MW 0MW 29,16MW 10,73MW 14,61MW

Zatížení [%] 36,9 0 72,9 42,9 36,5

Významější odběry na vedení V320 ve Šlapanicích Tab. 7-2 Přehled významnějších odběrů Popis 8162 Šlapanice u přejezdu 4196 Šlapanice Švehlova 8161 Hybésovo 8388 Šlapanice Čegan trading 8212 Šlapanice Konekta 4199 Šlapanice Papírny 4198 Šlapanice Jednota 4195 Masarykovo nám. 8156 Šlapanice Brněnská 8096 Šlapanice u hřbitova 8208 Šlapanice škola 8095 Šlapanice Jiřikovická 8401 Šlapanice Na Zahrádkách 4197 Šlapanice Krytina 701010 Šlapanice Impact

kmenová linka KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320 KM_SO9_VN320

S-inst [kVA] 400 630 400 400 400 2000 650 650 400 400 630 400 400 3000 400

P-odběr [kW] 51,346 80,87 51,346 51,346 51,346 256,73 83,4373 83,4373 51,346 51,346 80,87 51,346 51,346 385,095 51,346

Q -odběr[kvar] 7,3 11,5 7,3 7,3 7,3 36,6 11,9 11,9 7,3 7,3 11,5 7,3 7,3 54,9 7,3

U relativní [%] 101 101 101 101 101 101 101 101 100 101 101 101 101 100 100

7 Charakteristika distribuční sítě města Šlapanice a jejího okolí

48

7.1 Výpočet aktuálního ustáleného stavu DS města Šlapanice Ustálený chod DS města Šlapanice jsme vypočítali pro stav, v němž je současné době za normálních provozních podmínek provozována společností E.ON Distribuce, a.s.. Výpočet jsme provedli v programu PAS Off-Line Bizon v4.0. Před samotným výpočtem ustáleného chodu sítě bylo nutné aktualizovat stávající výpočetní model města Brna a okolí o úpravy sítě provedené v letech 2009-2011. V těchto letech byly v uvažované oblasti provedeny významné úpravy distribuční soustavy 22 kV. Za zmínku stojí především: -

rekonstrukce odbočky Dlouhá ve směru k trafostanici Papírny a dále ve směru k ulici Hybešova, výstavba vstupní rozvodny Šlapanice v návaznosti na výstavbu bytových domů v lokalitě Brněnská Pole, výstavba kabelových vedení VN1370 a VN1371 od vstupní rozvodny do centra města Šlapanice (k trafostanici Šlapanice Jednota a dále k trafostanici Šlapanice Masaryko náměstí.

Pro výpočet bylo potřeba zadat max. hodnoty proudu kmenových linek z měření, které bylo provedeno 18.1.2012. Při výpočtu jsme se zaměřili na to, zda nejsou přetížena elektrická vedení v síti. Grafické znázornění zatížení vedení je uvedeno v příloze A, výsledky výpočtu ustáleného stavu jsou přiloženy diplomové práci na CD.

7.1.1 Zhodnocení zatížení kmenových linek Tab. 7-3 Zatížení vedení v běžném provozu Úsek vedení SO9_VN320 LI9_VN320 BNT9_VN259 SO9_VN1369 BNC9_VN1352 BNC9_VN1353

Typ Průřez [mm2] SAX 120 120 SAX 120 120 AXEKVCEY 240 NA2XS(F)2Y 240 AXEKVCEY 240 AXEKVCEY 240

Imax [A] 362 362 417 417 417 417

Zatížení [%] 32,9 13,3 15,6 3,1 19,4 15,6

I [A] 119 48 65 13 81 65

Tab. 7-4 Zatížení vedení při poruše nebo rekonstrukci v rozvodně Sokolnice (Brno-Líšeň) Úsek vedení SO9_VN320

Typ SAX 120

Průřez [mm2] 120

Imax [A] 362

Zatížení[%] 94

I [A] 340

V běžném provozu bývá zatížení vedení do 50%, což vyhovuje dispečerům pro zajištění kapacit v případě mimořádných provozních stavů (poruch, přepojování sítě, atd.). Nyní je plánovaný odběr v průmyslové zóně Šlapanic 3MW. Tento odběr se bude v budoucnosti s neznámým trendem zvětšovat, proto je nutné naplánovat změny, které zajistí spolehlivou dodávku el. energie.

8 Úpravy v síti v oblasti Brno-černovice, Brno-slatina a Šlapanic

49

8 ÚPRAVY V SÍTI V OBLASTI BRNO-ČERNOVICE, BRNOSLATINA A ŠLAPANIC V návaznosti na výše uvedené úpravy sítě 22 kV města Šlapanice realizované v minulých letech, budoucí plánovaný rozvoj průmyslové zóny Šlapanice a rozšiřující se průmyslovou zónu Černovické terasy, ve kterých lze v následujících letech očekávat připojení významných odběrných míst. Pro odlehčení venkovního vedení VN320, zvýšení přenosové schopnosti vedení, zvýšení spolehlivosti napájení města Šlapanic je nutné realizovat další významné úpravy distribuční sítě 22 kV. V současnosti známé požadavky na navýšení rezervovaného výkonu představuje např. navýšení příkonu z 3500kW na 5100kW Areál Slatina v transformační stanici TS 2792 Tuřanka 115 Sigma areál společnosti CTP Invest v Černovické terase v trafostanici č. 701132 Průmyslová CTP, jehož výstavba začala v roce 2011 a dosavadního odběr s rezervovaným výkonem 3000 kW a plánovaným příkonem 5000kW se dosud neprojevil. V průmyslové zóně Šlapanice se prozatím výhledově počítá s výstavbou nové transformační stanice CTP s rezervovaným příkonem 5000kW. Tento nový objekt mezi TS 700773 Šlapanice CTP východ a VR Šlapanice společnosti CTP bude navazovat na stávající objekty společnosti v blízkosti Letiště Brno. Kompeltní přehled všech úprav je znázorněn v příloze B.


50

8.1 Propojení linky VN320, o. Mokrá – Hoštěnice s linkou VN107, o. Hoštěnice

Obr. 8-1 Jednopólové schéma propojení linek VN320 a VN107venkovním.


51

Propojením linky V320 s linkou V107 (dále V317) (obr. 8-1) zajistíme možnost napájení obcí Podolí, Velatice, Horákov, Mokrá Hostěnice, Hoštěnice a Ochoz ze dvou rozvoden (BrnoLíšeň a Sokolnice). Zároveň se tak odlehčí linka V320 ze směru R Sokolnice. U transformační stanice U vodojemu TS8198 o. Mokrá Hoštěnice se stávající venkovní vedení napojí na nové venkovní vedení SAX120, které pokračuje do o. Hoštěnic, kde se napojí na stávající vedení u transformační stanice U samoobsluhy TS8335. Celková vzdálenost mezi oběma trafostanicemi je cca 2470m.

8.2 Propojení stávající kabelové smyčky VN320 u TS Šlapanice Krytina a Šlapanice Inpacts nově vybudovaným zemním kabelovým vedením z VR Šlapanice k TS Masarykovo náměstí Předkládaná stavba řeší propojení stávající kabelové smyčky VN320, která napájí průmyslové objekty Tondach ČR (TS Šlapanice krytina) a Impact Industry Brno (TS Šlapanice Inpact),s nově vybudovaným zemním kabelovým vedením ze VR Šlapanice k TS Masarykovo náměstí. Tato stavba navazuje na výstavbu vstupní rozvodny VR Šlapanice v obytné zóně Brněnská pole, výstavbu kabelových vedení z VR Šlapanice do centra města přes TS Jednota a TS Masarykovo náměstí a jiné související stavby. Touto stavbou tak pokračuje kabelizace města Šlapanice severovýchodním směrem, zajišťuje tak propojení kabelové sítě ze západu na východ. Tato úprava tak zajistí dokončení propojení města Šlapanice kabelovým vedením 22kV, zvýší spolehlivost napájení a současně vytvoří s nově vybudovanou VR Šlapanice a předchozí úpravou předpoklad pro napájení města z rozvodny Černovice. Propojení stávajícího kabelového vedení VN1370 a VN1371 ve směru kabelové smyčky VN320 bude začínat v trafostanici TS 4195 Masarykovo náměstí. Z této trafostanice bude kabelové vedení značeno VN1370 ze směru TS Nad Parkem. Bude provedeno kabelem 3x(22NA2XS(F)2Y 1x240mm2) o délce 860m, bude uložen v nové trase přes Zámečnické náměstí, Hřbitovní ulici, Pod Žurání, až po spojkoviště u objektu Impact. Zde se přeruší stávající vedení VN320 ze směru Šlapanice Impact, kde se sespojkuje s tímto novým úsekem kabelu. Zpátky bude kabel uložen v odlišné trase z důvodu zvýšení spolehlivosti distribuční sítě. Toto vedení bude označováno VN1371. Naznačení propojení stávající kabelové smyčky s novým zemním vedením je naznačeno v příloze obr.8-2.


52

Obr. 8-2 Jednopólové schéma propojení kabelové smyčky VN320 u Šlapanice Impact nově vybudovaným kabelovým vedením z VR Šlapanice k TS Masarykovo nám.


53

8.3 Propojení VR Šlapanice s VR Tuřanka prodloužením kabelového vedení VN1358 mezi areálem CTP u letiště s VR Šlapanice Propojení dosáhneme prodloužením kabelového vedení VN1358 mezi areálem CTP u letiště s VR Šlapanice. Touto úpravou bude zajištěno připojení nových plánovaných objektů CTP ve směru ke šlapanicím a propojení nově vybudované kabelové sítě 22kV ve městě Šlapan ice a přepojení na napájení z rozvodny Tuřanka. Kabelové vedení VN bude nasvorkováno z trafostanice TS 700773 CTP Východ a bude pokračovat přes novou TS CTP Průmyslová, na které budeme rezervovat výkon 5000kW. Vedení VN1358 bude propojeno do nové VR Šlapanice, která bude zároveň propojena s rozvodnou VR Tuřanka (obr.8-3). Kabelové vedení bude provedeno kabelem 3x(22NA2XS(F)2Y 1x240mm 2) o délce cca 1750m.

Obr. 8-3 Jednopólové schéma propojení kabelové smyčky VN320 u Šlapanice Impact nově vybudovaným kabelovým vedením z VR Šlapanice k TS Masarykovo nám.


54

8.4 Propojení rozvodny Černovice se vstupní rozvodnou Tuřanka třemi kabelovými vedeními 22kV Předkládaná stavba řeší propojení kabelového vedení VN 1353 a VN1354 se stávajícím zemním kabelovým vedením VN 1352 v průmyslové zóně Černovická terasa. Stavba přímo navazuje na připojení nového areálu CTP. Připojovaného stavbou Brno průmyslová, CTP Invest. V současnosti jsou jednotlivé odběry v průmyslové zóně Černovické terasy napájeny, jedním přímým kabelovým vedením VN1352 mezi R Černovice a VR Tuřanka a jednou kabelovou smyčkou VN1353, VN1354 z R Černovice. Postupně s připojováním nových odběrných míst dochází k prodlužování a vzájemnému přibližování těchto smyček. Propojením těchto kabelových smyček novým dvojitým zemním kabelovým vedením bude dokončeno propojení R Černovice a VR Tuřanka třemi kabelovými linkami. Tato úprava zvýší zabezpečenost napájení odběrů z VR Tuřanka, umožní stávající napáječ VR Tuřanka VN1350 z R Komárov využít jako distribuční kabelové vedení. Vytvoří předpoklad pro vyvedení výkonu ve směru k průmyslové zóně Šlapanice mezi stávajícím letištěm Brno a městem Šlapanice. Přerušením vedení VN1351 mezi CTP invest a TS2773 Plastic 1, se naspojkuje nové kabelové vedení VN 1354 ve směru TS Švédské šance, Nitto Denko. Ve směru Daikin 2, Daidometal a Bosch se naspojkuje stejný kabel a vedení bude značeno VN1354. Smyčka nového zemního kabelového vedení bude provedena kabelem 3x(22-NA2XS(F)2Y 1x240mm2) v délce trasy cca 540m.


55

Obr. 8-4 Jednopólové schéma propojení rozvodny Černovice se vstupní rozvodnou Tuřanka společně se zaústěním průběžné linky V 259 do rozvodny Brno-Černovice

8.5 Zaústění průběžné linky V 259 mezi rozvodnou Brno-Teplárna a vstupní rozvodnou VR Tuřanka do rozvodny Brno Černovice Úprava zvýší přenosovou schopnost vedení, umožní připojení odběrného místa Slatina Tuřanka 115 po navýšení rezervovaného příkonu z 3500kW na 5000kW. Sníží se tak počet transformačních stanic na kabelovém vedení z 25 na 16+9.


56

Kabelové vedení VN bude rozpojeno u trafostanice TS1522 Bělohorská, kde bude nasvorkováno na kabelovou smyčku vedení 3x(22NA2XS(F)2Y 1x240mm2) o délce cca 890m, která bude zaústěna do rozvodny Brno-Černovice na přípojnici. Z druhé přípojnice bude dokončena smyčka zpět k trafostanici. Na vedení mezi BNT (Brno–Teplárna) a BNC (Brno– Černovice) bude ponechán stávající název linky VN259 a vedení mezi BNC (Brno-Černovice) a VR Tuřanka se přejmenuje na VN1356 (obr 8-4).

8.6 Výpočet ustáleného stavu DS k roku 2015 po dokončení všech plánovaných úprav Ustálený chod DS města Šlapanice a jeho okolí jsme počítali po navýšení rezervovaného výkonu TS 2792 Tuřanka 115 Sigma, TS 701132 Průmyslová CTP a po zařazení nové TS Švédské šance a CTP v průmyslové zóně ve Šlapanicích. Po provedených úpravách jsme ustálený chod vypočítali pro stav, v němž by měla být provozována distribuční síť provozována od roku 2015 společností E.ON Distribuce, a.s.. Výpočet jsme provedli v programu PAS Off-Line Bizon v4.0. Pro výpočet bylo potřeba zadat max. hodnoty proudu kmenových linek z měření, které bylo provedeno 18.1.2012. Při výpočtu jsme se zaměřili na to, zda nejsou přetížena elektrická vedení v síti. Grafické znázornění zatížení vedení je uvedeno v příloze C, výsledky výpočtu ustáleného stavu jsou přiloženy diplomové práci na CD. Po těchto úpravách by město Šlapnice mohlo být napájeno z těchto transformačních stanic 110/22kV: Černovice BNC9, Brno-Líšeň LI, Sokolnice SO9. Uvedené transformační stanice jsou řešené dvojitým systémem přípojnic podélným dělením.

8.6.1 Možnost napájení města Šlapanice a jeho okolí v bezporuchovém stavu v budoucnosti Nově postavená vstupní rozvodna Šlapanice by byla napájena přes kabelové vedení VN 1358 z VR Tuřanka. Na toto kabelové vedení by se napojily stávající a nové CTP objekty z průmyslové zóny Šlapanic. Příkon odebíraný z VR Tuřanka do VR Šlapanic by byl dodáván z rozvodny Brno-Černovice pomocí tří kabelových vedení VN1352, VN1353, VN1354. Po dokončení kabelového vedení s VR Šlapanice bude rozvodna napájet kabelové vedení VN 1371(tzn. TS Jednota, Masarykovo nám., Šlapanice Impact a Krytina Šlapanice), VN1369 (tzn. TS Papírny,TS Potrusil, TS konekta, TS Husova atd.). Možnost napájení města a jeho okolí je znázorněno na jednopólovém schématu v příloze D, v němž jednotlivé barvy znázorňují napájení vedení z transformátorů příslušné rozvodny.

57

0

8.6.2 Zhodnocení zatížení kabelových a venkovních vedení Tab. 8-1 Zatížení vedení v běžném provozu Úsek vedení

Typ

SO9_VN320 LI9_VN320 BNT9_VN259 BNC9_VN1358 BNC9_VN1356 BNC9_VN1352 BNC9_VN1353 BNC9_VN1354

SAX 120 SAX 120 AXEKVCEY NA2XS(F)2Y NA2XS(F)2Y NA2XS(F)2Y NA2XS(F)2Y NA2XS(F)2Y

Průřez [mm2] 120 120 240 240 240 240 240 240

Imax [A] Zatížení [%] 362 362 417 417 417 417 417 417

13,9 13,3 6 9,9 41 20,33 29,9 60,5

I [A] 50,3 48 22,9 41,4 170,88 85 124,7 252,6

Z tabulky a přiložené přílohy lze vidět, že zatížení vedení VN320 ze směru R sokolnice je po plánovaných změnách rezervovaného příkonu a po všech úpravách o 21% menší. Vedení VN320, které je napájeno z části rozvodny Brno-Líšeň je zatíženo stejně jako před úpravami, protože zatíženo stejnými trafostanicemi. Jelikož do VR Šlapanice a do nově připojených CTP objektů je dodáván příkon z VR Tuřanka, tak stávajícím (VN1352) a nově propojeném vedení (VN1353 a VN1354) s rozvodnou Černovice vzroste zatížení. Na lince VN 1353 to bude o 1,5% a na linkách 1353 (1354), které byly propojeny smyčkou přes TS Nitto Denko, TS Nová CTP,Daikin 2, Daidimetal a Bosch mezi přípojnicemi v Černovické rozvodně je to u vedení VN1353 na 29,9% a 60,5%. U vedení VN259 to bude o 9,6%. V případě, že by došlo k poruše nebo nutnému odstavení rozvodny v Brno-Líšeň, bylo by vedení VN320 zatěžováno 40%. Provedením těchto úprav by tak vznikla dostatečná rezerva pro další odběry v průmyslové i obytné zóně ve šlapanicích. Tab. 8-2 Zatížení vedení při poruše nebo rekonstrukci v rozvodně Sokolnice (Brno-Líšeň) Úsek vedení

Typ

SO9_VN320

SAX 120

Průřez [mm2] Imax [A] 120

362

Zatížení [%]

I [A]

40

144,5

58

9 Určení trendu spotřeby elektrické energie

9 URČENÍ TRENDU SPOTŘEBY ELEKTRICKÉ ENERGIE V praxi se sleduje vývoj zatížení každý rok pro posouzení možného vzrůstu zatížení celé elektrizační části nebo jejich jednotlivých částí vedení. V některých časových obdobích bývá růst zatížení větší, některých nižší. Má na to vliv především hospodářství. Investiční náklady úprav distribuční sítě. Metody stanovující vývoj spotřeby umožňují určit s dostatečnou přesností vývoj zatížení na dobu 5-10let dopředu. Vždy je potřeba vycházet ze zkušenosti, ze studia rozvoje energetiky, společnosti, vývoje elektrických spotřebičů atd. Vývoj mohou ovlivnit i dlouhodobé klimatické změny, cena energie, nové technologie vytápění či chlazení objektů. Ke stanovení vývoje spotřeby elektrické energie se v praxi nejčastěji používá metoda rozpočtová a metoda extrapolační. Metoda rozpočtová určuje spotřebu elektrické energie součtem potřeb v jednotlivých odvětvích hospodářství, kde tyto potřeby stanovíme podle předpokl ádané výroby. Jedná se o krátkodobou metodu, kdy je známa dynamika výroby s dostatečnou přesností. Metoda extrapolační vychází z vyrovnání dosavadního vývoje a extrapoluje vývoj do budoucnosti, a to za předpokladu, že vlivy působící na vývoj v budoucnosti se nebudou podstatně lišit od vlivů v minulosti. Z matematických funkcí, které vystihují skutečný trend se používá lineární a nejčastěji exponenciální funkce [12].

9.1 Výpočet trendu spotřeby pomocí exponenciální funkce na vedení VN320 ze směru Sokolnice Pro výpočet použijeme hodnoty (tab. 9-1) ze soudobého zatížení rozvodny Sokolnice venkovního vedení VN 320. Tab. 9-1 Zatížení vedení VN320 rok I [A] P [kW]

2001 173 6862

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 155 191 205 177 183 181 194 192 189 207 215 6148 7576 8131 7021 7259 7179 7695 7615 7496 8210 8528

Příklad výpočtu pro rok 2012 = √3 ∙

∙ ∙

= √3 ∙ 22900 ∙ 215 ∙ 1 = 8528kW

Vývoj zatížení vedení VN320 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

P [kW]

Obr. 9-1 Vývoj zatížení vedení do roku 2012


59

K vypočteným hodnotám z Tab. 8-3 budeme hledat pomocí nejmenších čtverců exponenciální funkci, která bude nejlépe charakterizovat rozložení v souřadném systému x,y. Rovnice exponeciály log

= log +

log

(9.1)

log − log )

(9.2)

Dále hledáme minimum funkce

=

Z podmínky

(log +

= 0 vyplývá ∑

(log +

log −

)

=0

(9.3)

(9.4)

Po úpravě obdržíme

∙ log + log

Z druhé podmínky

=

= 0 dostaneme po úpravách log

+ log

=

(9.5)


60

Podrobné odvození rovnic (9.4) a (9.5) potřebných pro určení parametrů a a b je uvedeno v [12]. Tab. 9-2 Tabulka hodnot parametrů a a b exponenciální funkce rok 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

xi 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

yi 6861 6148 7576 8131 7021 7259 7179 7695 7615 7496 8210 8528

xi2 0 1 4 9 16 25 36 49 64 81 100 121

Ln yi 8,834 8,724 8,933 9,003 8,857 8,89 8,879 8,948 8,938 8,922 9,013 9,051

xi.Ln yi 0 8,724 17,87 27,01 35,43 44,45 53,27 62,64 71,5 80,3 90,13 99,56

∑

66

89719

506

107

590,9

Dosazením hodnot z Tab. 8-3 do rovnic (8.4) a (8.5) dostaneme parametry a a b 12 ∙ ln + 66 ∙

Po úpravách bude a a b:

66 ∙ ln + 506 ∙

= 107

= 590,9

= 6671,24

Hledaná funkce má potom tvar:

= 0,01697 = 6671 ∙

,

(9.6)

61


Závislost příkonu P na čase s exponenciální spojnicí trendu 9000 8000 7000 6000

y = 6671,5e0,017x

5000

P [kW]

4000

Expon. (P [kW])

3000 2000 1000 0 2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

Obr. 9-2 Závislost příkonu na čase s exponenciální spojnicí trendu. Trend růstu spotřeby je směrnice této křivky, kterou získáme derivací této funkce podle proměnné x v bodě pro rok 2012 dy = a ∙ b ∙ e trend =

= 6671 ∙ 0,017 ∙ e

,

∙

= 136,73

dy 136,73 ∙ 100 = ∙ 100 = 1,603% y 8528

Z výpočtu vyplívá že, zatížení vedení VN320 roste s trendem 1,6% ročně.

9.2 Stanovení vývoje zatížení na vedení VN320 Z důsledku finanční krize se zpomalil zájem tuzemských i zahraničních investorů o realizaci nových projektů a tak se obtížně stanovuje trend zatížení vedení. Pro naše vedení VN320 ze směru Sokolnice jsme i z výše uvedených důvodů vypočítali roční trend 1,6%. Jelikož má společnost E.ON Distribuce seznam velkoodběratelů, kteří mají zájem o výstavbu nových CTP objektů v průmyslové zóně Šlapanic může v nejbližší době stoupnout trendzatížení i o několik desítek procent. Vývoj zatížení dle námi vypočítaného trendu stanovíme pomocí rovnice (9.6) Tab. 9-3 Vývoj zatížení Rok Yi= P [kW]

2013 8181

2014 8321

2015 8464

2016 8609

2017 8756

xi

12

13

14

15

16

62

0 Příklad výpočtu: = 6671 ∙

,

= 6671 ∙

,

∙

(9.6)

= 8181

10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0

vývoj zatížení Exponenciální vyrovnání

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

Naměřené zatížení

2001

P[kW]

Vývoj zatížení

Obr. 9-3 Vývoj zatížení do roku 2017 Z předpokládaného vývoje by měl odběr vzrůstat ročně o cca 145kW. Předpokládané nové odběry by mohly vypadat jako v tabulce Tab. 9-4 Tab. 9-4 Předpokládané nové odběry dle trendu objekt

termín realizace

odebíraný výkon [kW]

S-inst [kVA]

Plánovaný objekt 1

2013

250

2000


2015

250

2000


2017

250

2000

10 Investiční náklady

63

10 INVESTIČNÍ NÁKLADY Investiční náklady jednotlivých úprav jsou složeny z: 

    

Projektová dokumentace – územní řízení a stavební povolení vč. nabytí práv. moci, sml. o smlouvě věcného břemena, zvýšení ceny při rozdělené územního a stavebního povolení Společné náklady stavby – správních poplatků, geodetického zaměření, manipulace, přepojení,archeologický dozor a revizí Kabelové (venkovní) vedení –VN kabelu (kombinovaného lana SAX 120), kabelové spojky, kabelové koncovky, materiál ke kabelům. Přechod, protlak – přechod vozovky překopem, startovací jámou, protlak řízený,trubka ochranná, doprava zařízení pro protlak Zádlaby – vozovka- asfalt, chodník, obrubník Ostatní – trubka HDPE pro optiku, uzemnění, odstranění dřevitého porostu, rekultivace, náhrady škod a rezerva

V Tab. 10-1 jsou uvedeny investiční náklady jednotlivých úprav a jejich předpokládaná realizace. Jako nejnákladnější se jeví propojení vstupní rozvodny Tuřanka s novou vstupní rozvodnou Šlapanice. Je to dané tím, že na tuto akci bude potřeba cca 3500m kabelu, jehož měrné náklady jsou: 22-NA2XS(F)2Y 1x240mm2- 2201 Kč/m. V Tab. 10-2 jsou pro přehled sečteny náklady všech úprav pro jednotlivé práce. Pomocí tohoto rozdělení můžeme zadat výběrové řízení pro jednotlivé úkony. Tab. 10-1 Předpokládané investiční náklady pro všechny úpravy úprava Propojení linky VN320 s linkou VN107 Kabelová smyčka vedením VN1370 a 1371 Prodloužení VR Šlapanice s VR Tuřanka Propojení R Černovice s VR Tuřanka Zaústění linky VN259 Celkem

Investice [Kč] 1 944 450 3 968 400 6 353 100 4 369 100 5 277 500 21 912 550

rok realizace 2014 2014 2015 2015 2015

Tab. 10-2 Předpokládané investiční náklady pro všechny úpravy Projektová dokumentace Společné náklady stavby Kabelové A venkovní vedení VN Rozváděče VN Přechod, protlak Zádlažby Ostatní Celkem

565 450 2 125 700 13 398 500 1 300 000 2 578 300 944 800 999 800 21 912 550

Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč Kč

64

10 Investiční náklady

Pro výpočet hodnocení efektivnosti investic byl použit výpočetní model v programu Microsoft Excel, který používá firma E.On a.s. Do tohoto modelu se zadávají celkové náklady, délka vedení, výkon vedení, meziroční nárůst a dobu odpisování vedení. Tab. 10-3 Předpoklad efektivnosti investice Doba využití maximálního zatížení Průměrné zatížení vedení Doba odpisování vedení VN meziroční nárůst zatížení vedení

2000h r-1 8000kW 40let 1,6%

Tab. 10-4 Výsledky efektivnosti investice KdCF (zisk investora po odpisování) IRR (vnitřní výnosové procento) PBP (doba návratnosti)

8,5 mil. Kč 10,6 18let

15 000 10 000 5 000 0 -5 000

2012

2017

2022

2027

2032

2037

2042

-10 000 -15 000 -20 000 -25 000

KdCF investora

Obr. 10-1 Peněžní tok investora Výsledky hodnocení efektivnosti investic jsou uvedeny v Tab. 10-4, na obr 10-1 je graficky znázorněn peněžní tok investora. Investice by se podle výše uvedených výsledků měla vrátit po 18 letech a v dalších letech by měla celá akce vydělávat. Po 40 letech by měl být výtěžek být 8,5mil. Kč

11 Závěr

65

11 ZÁVĚR Tato diplomová práce v první části popisuje rozdělení elektrizační soustavy. Následuje rozdělení distribuční sítě podle napětí a konfigurace sítí, kde jsou stručně popsány paprskové, okružní a zauzlené (mřížové) sítě. V další části se práce zabývá elektrickým vedením, a to venkovního, tak i kabelového, které je v současnosti obecným trendem při výstavbě a obnově sítí vysokého napětí ve městech a pozemcích přilehlých k zastavěným oblastem. Jsou zde uvedeny druhy kabelů, které jsou používány společností E.ON. Distribuce.V následující kapitole jsou rozebrány parametry kabelového vedení. Dále práce charakterizuje obecné zásady pro návrh sítí VN. V této části práce se popisuje návrh vedení jako co nejjednodušší a nejpřehlednější, se zvýšenou spolehlivostí a s minimalizací provozních nákladů. V kapitole obecné zásady pro návrh sítí VN také nalezneme rozdělení elektrických stanic a úsekových spínačů. Dále je zde rozebráno dimenzování vodičů podle provozní teploty, z hlediska hospodárnosti, mechanické pevnosti, úbytků napětí a podle účinků zkratových proudů. V další kapitole se diplomová práce věnuje metodám výpočtu ustáleného chodu sítě. K výpočtu je možné používat všechny způsoby řešení lineárních obvodů, tj. metoda smyčkových proudů, superpozice, Theveninova věta, transfigurace a metoda uzlových napětí, která je v práci podrobně rozepsána. Protože jsou v praxi odběry a dodávky zadávány do jednotlivých uzlů pomocí známých činných a jalových výkonů dodávaných (odebíraných) z uzlu, soustava se potom řeší jako nelineární úloha některou z iteračních metod tj. Gauss-Seidelova metoda, Newton-Raphsonova metoda, s kterou počítá program PAS Daisy Off-line v.4.00. Bizon, pomocí kterého byl počítán ustálený chod sítě VN ve Šlapanicích a jejich okolí. Tomuto programu je věnována další kapitola ve které je uvedeno použití programu. Tento program také dokáže počítat zkratové poměry a zabezpečenost chodu sítě. Důležitou částí pro rozvoj distribuční sítě bylo vypočítat ustálený chod sítě VN ve Šlapanicích a jejich okolí. A to především venkovního vedení VN 320 a kabelového vedení VN259. Pro výpočet jsme zadávali maximální hodnoty proudů kmenových linek z lednového měření letošního roku. Z výsledků je vidět, že vedení VN320 je zatíženo na pouhých 32,9%, ale při plném zatížení vedení VN 320 ze směru R sokolnice, tzn. v rozvodně VR BrnoLíšeň se vyskytne porucha nebo by procházela renovací, tak by zatížení vzrostlo na 94%. Navíc je v plánu nová transformační stanice CTP Průmyslová s rezervovaným příkonem 5000kW. Tato transformační stanice bude v průmyslové zóně Šlapanic, kde by s nespecifikovaným trendem měly přibývat další odběrná místa. Z tohoto důvodu bude muset dojít k úpravám distribučních sítí VN. Jako první úprava je navrhováno propojení linky VN320, o. Mokrá-Hoštěni s linkou VN107. Došlo by tím k odlehčení linky VN320 a zajistilo by se napájení přilehlých obcí ze dvou stran. Další úpravou, tj. propojením stávající kabelové smyčky VN320 u TS Šlapanice Krytina a Šlapanice Impact s TS Masarykovo náměstí, by byla dokončena s nově vybudovanou VR Šlapanice kabelizace města a vznikl předpoklad pro napájení města z rozvodny VR Černovice. Třetí změnou by bylo propojení VR Šlapanice s VR Tuřanka, čímž by bylo zajištěno přepojení napájení z rozvodny R Černovice a zároveň by se zajistilo připojení plánovaných objektů CTP. Předposlední úpravou by se zajistilo propojení rozvodny Černovice se vstupní rozvodnou Tuřanka. Zajistí se tak vyvedení výkonu k průmyslové zóně města Šlapanice. Poslední úpravou této práce by bylo zaústění průběžné linky VN259 mezi rozvodnou Brno. Teplárna a vstupní rozvodnou VR Tuřanka. Zvýšila by se tak přenosová schopnost vedení a snížil by se počet trafostanic na jednom kabelovém vedení. Po provedení všech úprav se vypočetl ustálený chod sítě VN kroku 2015. Zatížení vedení VN320 by kleslo na 14Na nově vybudovaných linkách 1353

11 Závěr

66

(1354), které byly propojeny smyčkou přes TS Nitto Denko, TS Nová CTP,Daikin 2, Daidimetal a Bosch mezi přípojnicemi v Černovické rozvodně je to u vedení VN1353 na 29,9% a 60,5%. Úpravami by tak vzniklé velké rezervy pro budoucí výstavby nových CTP odběrů. Při plném zatížení VN320 ze směru R sokolnice by bylo vedení zatíženo na 40%. V další části práce jsme stanovili vývojový trend zatížení vedení VN320 ze směru Sokolnice, který nám vyšel 1,6% ročně. Z důsledku finanční krize se prozatím zpomalil zájem tuzemských i zahraničních investorů o realizaci nových projektů a protože má společnost E.On a.s. seznam velkoodběratelů, kteří mají zájem o výstavbu nových CTP objektů v průmyslové zóně Šlapanic může v nejbližší době stoupnout trend zatížení i o několik desítek procent. Závěr práce je věnován investičním nákladům jednotlivých úprav sítě, které byly tvořeny za pomocí podkladů dodaných firmou E.ON, Distribuce. Odhadované náklady na rozvoj distribuční sítě ve Šlapanicích a jejich okolí se blíží 22mil. Kč.

Použitá literatura

67

POUŽITÁ LITERATURA [1] [2]

BLAŽEK, V.: SKALA, P. Distribuce elektrické energie, Brno VUT 2005. ORSÁGOVÁ, J.: Rozvodná zařízení, Brno VUT 2009.

[3]

KUČERA, D.: Přenos a rozvod elektrické energie, Brno VUT 1982.

[4]

PAVLOVSKÝ, B.: Elektrické sítě v městech a sídlištích, SNTL, Praha 1975.

[5]

Nkt cablo, s.r.o. 11/2011, www.nktcables.cz

[6]

MIKULÁŠ, L.: Koncepce sítí 22kV, E.ON Česká republika, s.r.o., směrnice ECZR-PP-AO056.0, 2008.

[7] [8]

VRZAL, J.: Kabelové vedení VN, E.ON Česká republika, s.r.o., směrnice ECR-TNS-AO-52 1711.00, 2007. ORSÁGOVÁ, J.: Elektrické stanice a vedení, Brno VUT 2008.

[9]

HODINKA, M.: Elektrické sítě I., Brno VUT 1980

[10] Haluzík, E.: Řízení provozu elektrizačních soustav, VUT v Brně 1983 [11] Kolektiv Autorů: Uživatelská příručka program PAS DAISY. DAISY, s.r.o., Praha 2006 [12] KOZÁK, M.: Koncepce rozovje distribuční soustavy VVn.E-ON Distribuce, a.s., 2007

Použitá literatura

68

SEZNAM PŘÍLOH Příloha A – Proudové zatížení DS města Šlapanice při výpočtu aktuálního ustáleného stavu Příloha B – Přehled všech úprav při rozvoji DS města Šlapanice a jeho okolí Příloha C – Proudové zatížení DS města Šlapanice při výpočtu ustáleného stavu po provedení všech změn v roce 2015 Příloha D – Možnost napájení města a jeho okolí

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Recommend Documents