Elektrotechnika. Mérnökasszisztens. Dr. Tarnik István docens. ELEKTROTECHNIKA előadás :

Dr. TARNIK István 2008

Elektrotechnika Mérnökasszisztens Dr. Tarnik István docens

Kisfeszültségű hálózatok vezetékeinek méretezése. A vezetékméretezés szükségessége, különböző szempontjainak áttekintése. Termikus terhelhetőség, feszültségesés. Tápvezeték méretezés. Áramnyomaték, terhelési súlypont, egyenértékű terhelés. Különböző vezetői alakzatok méretezése feszültségesésre, termikus igénybevételre. Egy oldalról táplált egyszerű nyitott vezeték méretezése Sugaras vezeték méretezése .

Elektrotechnika MA

ELEKTROTECHNIKA – előadás : A villamos energia-rendszerek áttekintése az erőműtől fogyasztóig. A rendszer alkotóelemei, felépítése és működése Villamos fogyasztói berendezések csoportosítása A fogyasztói berendezések fontosabb jellemzői és a velük szemben támasztott fő követelmények A fogyasztók energiaellátásának biztonsági igényei Váltakozó áramú áramrendszerek. (Ismétlés). Egyfázisú rendszer jellemzői. Háromfázisú rendszer jellemzői.

Túláram védelem. Alapkövetelményei. Vezetékek és kábelek, túlterhelés és zárlatvédelme. Védelmi készülékek. Érintésvédelem. (Közvetett érintés elleni védelem.) Érintésvédelemi előírások, osztályok, módok. Védővezetős érintésvédelmi módok. Védővezető nélküli érintésvédelmi módok Az érintésvédelem ellenőrzése.

VILLAMOSENERGIA-RENDSZEREK ÁTTEKINTÉSE ELEKTROTECHNIKA – gyakorlat :

1. Villamosenergia-ellátás folyamata A természeti energiahordozók átalakítása villamos energiává

Vezeték ellenőrzése termikus igénybevételre. Vezetékek méretezése. Közvetett érintés elleni védelem mérése. Védővezetős érintésvédelmi módok. Védővezető nélküli érintésvédelmi módok Az érintésvédelem ellenőrzése.

Az emberi civilizáció fejlődésével szorosan együtt jár a különböző energiafajták (mechanikai energia, hőenergia, fényenergia stb.) hasznosítása a termelőfolyamatokban és a mindennapi életben. Az egyes energiafajták anyagi megtestesítői az energiahordozók. A természeti energiahordozók vagy más néven primer energiahordozók (szén, olaj, földgáz, víz, hasadó-anyagok stb.) eredeti megjelenési formájukban és előfordulási helyükön általában nem alkalmasak közvetlen felhasználásra.

1


Elektrotechnika MA

A különféle energiafogyasztók - az ipar, mezőgazdaság, közlekedés, háztartások stb. - az energia olyan formáját igénylik, amely amellett, hogy viszonylag gazdaságosan állítható elő, a felhasználás helyén állandóan rendelkezésre áll, nem

A villamos energia termelésének, átvitelének és felhasználásának - vagyis a villamosenergia-ellátás folyamatának elvi vázlatát a következő ábra szemlélteti. A villamos energia az ipari országok gazdaságának vala-

kíván tárolást és egyszerűen alakítható át mechanikai munká-

mennyi fogyasztói szektorában már napjainkban is jelentős

vá, hővé, fénnyé stb. Ez az energia a villamos energia, amely

szerepet játszik. Felhasználásának terjedése és növekedése

a primer energiahordozók célszerűen átalakított közvetítő for-

vitathatatlan előnyeivel magyarázható:

mája.

- viszonylag gazdaságosan állítható elő;

A természeti energiahordozók energia tartalmát villamos energiává az erőművekben alakítják át. Az erőművekben termelt villamos energia szállítása és elosztása a hálózatok feladata, míg a fogyasztói berendezések a villamos energiát a szükségleteiknek megfelelő formába alakítják át és hasznosítják.

- nagy távolságokra is kevés veszteséggel szállítható; - nem igényel tárolást, ill. nem tárolható; - a kívánt energiafajtává egyszerűen átalakítható; - a felhasználás helyén állandóan rendelkezésre áll; - tiszta, kényelmes a felhasználása.

A villamos energia a természetben közvetlenül – számunkra hasznosítható formában - nem fordul elő, ezért előállításáról, majd pedig szállításáról és elosztásáról az ún. energetikai berendezések segítségével kell gondoskodni. A villamos energia előállítása, szállítása, elosztása és felhasználása a villamosenergia-ellátás folyamatában valósul meg.

Azok a berendezések, gépek, készülékek, amelyek a villamos energiát

előállítják,

szállítják,

átalakítják

ill.

elosztják

a

villamosművek. A villamosművek, és azok irányítása valamint együttműködő üzeme alkotja a villamosenergia-rendszer -t. A villamosenergia-ellátás folyamatához szervesen kapcsolódnak az alapenergia-források (primer, vagy elsődleges energiahordozók), valamint a fogyasztók igényelte energia-fajták. A legfontosabb energiafajták a következők: - mechanikai; - hő;

Az energiafajták anyagi megtestesítőjét energiahordozóknak nevezzük. A leggyakrabban felhasznált primer energiahordozók, mint bányászott energiahordozók a következők: - szilárd tüzelőanyagok (lignit, barnaszén, feketeszén, antracit); - folyékony tüzelőanyagok (ásványolaj); - gáznemű tüzelőanyagok (földgáz); - hasadó anyagok (uránium, tórium). Az alapenergia-források másik kategóriáját az ún. természeti energiaforrások alkotják:

- fény;

- mechanikai energia (víz, szél);

- vegyi energia.

- hőenergia (napsugárzás, melegvíz-források).

2


Azt a villamosművet, amely valamely primer energiahordozó felhasználásával villamos energiát, vagy villamos energia fejlesztésével egybekötötten hőenergiát fejleszt, erőműnek

Elektrotechnika MA

2. Villamosművek (erőmű, hálózat) 2.1. Erőművek

nevezzük. Az erőműveket

a villamos energia termeléséhez

felhasznált primer energiahordozók fajtájától függően három nagy csoportba sorolhatjuk:

A primer energiahordozó energiáját előbb az erőgépben mozgási energiává alakítják át, majd a vele összekapcsolt áramfejlesztő berendezésben (villamos generátorban) jön létre

- hőerőművek; - vízerőművek; - atomerőművek.

a villamos energia.

A hőerőművekben felhasznált primer energiahordozókat tüzelőanyagnak nevezzük: A hőerőművek tüzelőanyaga lehet: szén, olaj vagy olajszármazékok és földgáz. A primer energiaforrások megoszlása a villamos-energia termelésben a következő ábrán látható. A széntüzeléses hőerőművekben általában az olyan, viszonylag kis fűtőértékű szeneket tüzelik el, amelyeket az ipar más ágazatai (pl. vegyipar) vagy a lakosság (fűtési célokra) már nem tud hasznosítani. A hazai széntüzeléses hőerőművekben használt ún. energetikai barnaszenek fűtőértéke 10.000..12.000 kJ/kg, az energetikai lignité 6000...6500 kJ/kg.

Az olajtüzeléses erőművek tüzelőanyagai a kőolajlepárlás ún. "nehéz" származékai (pakura, goudron), amelyek fűtőértéke 40.000...41.000 kJ/kg között van. A hazai gyakorlatban a hőerőművekben eltüzelt földgáz fűtőértéke 35.000 kJ/kg körül mozog. A hőmennyiség átszámítása :

1 kWh  3,6 10 6Ws  3,6 10 6 J  3,6 10 3 GJ  0,0036GJ 1GJ 

1 kWh  277,77 kWh 0,0036

3


Elektrotechnika MA

A főbb kiegészítő folyamatok:

2.1.2. Hőerőművek A hőerőművekben az energia átalakításának alapvető munkafolyamatai az alábbiak. A fő technológiai folyamatok : - a tüzelőanyag kémiai energiájának átalakítása hőenergiává (a tüzelőanyag elégetése), (kazán); - a hőenergia átadása a közvetítő közegnek (hőcseré-

- a tüzelőanyaggal kapcsolatosak (a tüzelőanyag beérkezése, tárolása és az erőműn belüli szállítása, az elégetés utáni salak, pernye gyűjtése és elszállítása); - a hűtővízzel kapcsolatosak (a víz kinyerése és bevezetése az erőműbe, visszahűtése vagy visszavezetése); - a pótvízzel kapcsolatosak (szűrés, vegyi előkészítés, a fő technológiai folyamatba juttatás).

lő); - a közvetítő közeg hőenergiájának átalakítása mechanikai energiává (turbina); - a mechanikai energia átalakítása villamos energiává (generátor).

Az erőmű hősémájának nevezzük azt az elvi (hő) kapcsolási vázlatot, amely a víz-, a gőz- vagy a gázkörfolyamatot

tartalmazza,

és magába foglalja mindazon

berendezéseket, amelyekben a közvetítőközeg (víz, gőz vagy gáz) valamilyen változáson megy keresztül. A hősémában feltüntetik a közvetítő közeg legfontosabb állapotjellemzőit is (nyomás, hőmérséklet). A nagyobb hőmérséklet és nyomás javítja a körfolyamat

A tüzelőanyag elégetésének módja, illetve az alkalmazott közvetítő közeg szerint megkülönböztetünk gőzerőműveket és gázturbinás erőműveket. A gőzerőművekben a tüzelőanyagot gőzkazánban égetik el, ahol vízből gőzt fejlesztenek, vagyis a közvetítő közeg a kazánban előállított nagynyomású, magas hőmérsékletű vízgőz. A gőz hajtja a gőzturbinát, amelynek tengelyéről levett mechanikai energia a villamos generátorban alakul át villamos energiává (a., ábra)

termikus hatásfokát és ezáltal az erőmű gazdaságosságát. Hatásfok növelő megoldások az erőműben a megcsapolásos tápvíz-előmelegítés és a közvetítőközeg újrahevítése. a., Gőzerőmű folyamatábrája

A gázturbinás erőművekben a tüzelőanyag a sugárhajtású

A gázturbinát elhagyó, még mindig magas hőmérsékletű

repülőgépek hajtóművéhez hasonló elven működő gázturbiná-

(névleges teljesítmény mellett kb. 500 °C-os) kipufogógáz

ban égethető el. (Az ún. égetőkamrában nagynyomású levegő

hőtartalmának hasznosítása - ezzel a teljes folyamat hatás-

és a tüzelőanyag - földgáz, vagy speciális tüzelőolaj - elegyét

fokának növelése - érdekében, főleg az elmúlt évtizedben

égetik el. Az így keletkező kb. 1000 °C-os, nagynyomású égési

egyre nagyobb mértékben terjedtek el az ún. kombinált

gáz működteti a turbinát.) A közvetítő közeg itt tehát az igen

ciklusú, gáz, -gőz körfolyamatú erőművek.

intenzív égés során keletkező gáz. A gázturbina hajtja a villamos generátort (b., ábra).

b., Gázturbinás erőmű folyamatábrája

c., Kombinált ciklusú gázturbinás erőmű folyamatábrája

4


Elektrotechnika MA

Ennél az erőműfajtánál a gázturbina kipufogó gázát egy

2.1.2.1. Gőzturbinás erőművek

gőzkazánba (az ún. hőhasznosító kazánba) vezetik és az itt előállított gőzt, vagy közvetlenül hasznosítják (pl. ipari folyamatokban, fűtésre stb.), vagy gőzturbinába vezetve villamos energiát termelnek vele (c., ábra).

A gőzerőműnek - a fő technológiai folyamatnak megfelelően három főberendezése van : - kazán, - gőzturbina, - villamos generátor. A gőzerőművek hősémáját az energetikai rendszer alapján való csoportosítás szerint tárgyaljuk. A tiszta kondenzációs erőműben a teljes fejlesztett gőz-mennyiség villamosenergia- termelésre szolgál.

A felhasználandó tüzelőanyagot (szén, fűtőolaj vagy föld- gáz) levegő hozzáadásával a kazánban elégetik, a keletkező

Az ún. gőzkondenzátorban hő elvonásával a fáradt gőzt

füstgázt kéménybe vezetik, míg az égés utáni maradék (salak,

lecsapatják, nyomását lecsökkentik, majd a kondenzvizet (a

hamu) a salaktérbe kerül.

csapadékot) szivattyúval ellátott táptartályba nyomják. Innen a

A kazánban termelt gőzt - a túlhevítőben továbbhevítve - a

vizet a tápszivattyú, - újabb előmelegítőn át - a kazánba

turbinába vezetik, amely a villamos generátort hajtja. (A

nyomja vissza. A tápvíz-előmelegítés céljára szolgáló gőz-

generátorhoz egyrészt transzformátor csatlakozik, amely a

mennyiséget a turbina különböző fokozataiból (megcsapo-

generátorfeszültséget a kívánt nagyobb feszültségre emeli,

lásaiból) veszik el.

másrészt egy leágazás, amely a segédüzemeket táplálja.)

gőz csapadék víz

túlhevítő füstgáz

transzformátor

levegő

Ellennyomású erőművekben (következő ábra) a turbinából

KAZÁN tüzelőanyag Nagynyomású

salak és hamu

TURBINA

G 3~

gőzmennyiséget a hőfogyasztók kapják, amelyek azt részben technológiai, részben fűtési célokra használják fel.

előmelegítő

A turbina ez esetben is a villamos generátort hajtja, azonban

Tápszivattyú Táptartály gáztalanítóval

távozó gőz nem a kondenzátorba jut, hanem a teljes

a termelt villamos energia mennyisége a fogyasztók igényelte Kondenzátor

gőzmennyiségtől függ.

Megcsapolás kondenzátum szivattyúja

Kisnyomású előmelegítő

Kondenzvíz szivattyú

5


Elektrotechnika MA

Ellennyomású erőmű elvi hőkapcsolási vázlata

gőz víz

túlhevítő füstgáz

Gőzelvételes az erőmű, ha a gőznek csak egy hányadát

levegő

vezetik a hőfogyasztókhoz, a többi része a turbinában

KAZÁN tüzelőanyag

TURBINA

salak és

expandál egészen a kondenzátornyomásig (következő ábra).

G 3~

hamu

Az elvételes gépeket tehát elvileg két részre, egy tisztán

Tápszivattyú Kondenzvizet

Kondenzvizet Tápvíztartály

visszaszolgáltató

felhasználó

fogyasztó

fogyasztó

ellennyomású gépre és egy kondenzációs gépre lehet bontani (elvételes-kondenzációs erőmű).

Kondenzvíz szivattyú

Gőzelvételes erőmű elvi hőkapcsolási vázlata

gőz víz

Gőzturbinás erőművek alkalmazási területe : túlhevítő

- a kondenzációs erőművek, a villamosenergia-rendszer

füstgáz

legfontosabb erőművei, amelyek teljes egészében a közcélú

levegő

KAZÁN tüzelőanyag

Kisnyomású,

Nagynyomású,

salak és

ellennyomású

kondenzációs

turbina

turbina

hamu

villamosenergia-ellátást szolgálják. A villamos energiát olG 3~

Tápszivattyú

csón termelő (legjobb hatásfokú, legkorszerűbb) kondenzációs erőművek alaperőműként (állandó jellegű alapterheléssel) üzemelnek, a közepes költségűek menetrend

Hőfogyasztók

szerint követik a napi fogyasztói terhelésingadozásokat (a

Kondenzátor

változó teljesítmény-igény kielégítése), míg a nagy fajlagos Tápszivattyú

Kondenzátor hűtőszivattyú

Táptartály

költségűek csúcserőműként (a csúcsigényekre) vehetők számításba,

Tápszivattyú

- kapcsolt (kombinált) villamosenergia- és hőfejlesztésre szolgálnak az ellennyomású és az elvételes erőművek. Ezek az ún. hőszolgáltató erőművek, amelyekben a fejlesztett villamos energia mennyiségét nem az együttműködő villamosenergiarendszer követelményei, hanem a hőfogyasztók igényei (hőszolgáltatási igények) szabják meg. A hő- és a villamosenergia-szolgáltatás aránya nagymértékben befolyásolja a hőszolgáltató erőmű műszaki-gazdasági mutatóit. Fontos jellemzőjük, hogy az egyik szolgáltatás csupán a másik rovására javítható, ill. növelhető. A hőszolgáltató erőmű alapvető válfajai: az ipari hőszolgáltató erőmű, amely ipari hőfogyasztó berendezéseket lát el hőenergiával, a másik a fűtőerőmű, amely fűtési hőigényt (pl. városok, városrészek hőfogyasztói) elégít ki.

Hazai példák A magyar villamosenergia-rendszer hőerőműveinek (MVM Rt. hőerőművek) fő feladata a közcélú villamosenergia-termelés, azonban az erőművek egyes gépegységei, ill. egyes régebbi építésű erőművek hőszolgáltatást végeznek. Alaperőmű, pl. a Gyöngyösi Hőerőmű, menetrendtartó erőmű, pl. a Tiszai Hőerőmű, míg csúcserőművé vált a Mátravidéki Hőerőmű. A kelenföldi és az inotai gázturbinás erőművek csúcserőműnek létesültek. A Dorogi Hőerőmű a környező ipari üzemeknek, valamint két város kommunális fogyasztóinak szolgáltat nyomású gőzt, ill. forró vizet. Oroszlány város távfűtése az Oroszlányi

Hőerőműből

történik.

6


Erőmű Dunamenti I.E. Kelenföldi HE. Kispesti HE. Borsodi E. Pécsi E. Kőbányai HE. Debreceni HE. Ajkai E. Újpesti HE. Egyéb erőművek Összesen

Elektrotechnika MA

Hőteljesítőképesség [MW] 1119,8 907 483,2 469 441 421,3 411,8 404 403 2178,5 7238,6

2.1.2.2. Gázturbinás erőművek

A gázturbinás erőműben a gőzturbinás erőművekben leírt főberendezések közül a kazán elmarad. Az erőmű hatásfokát alapvetően a következő jellemzők határozzák meg: - turbina- és a kompresszorhatásfok, - a megvalósított körfolyamat, - a turbinába beömlő gáz hőmérséklete, - a turbinából kilépő gázok hőtartalma hasznosításának foka.

A következő hatásfokjavító megoldások alkalmazhatók: - hőcserélő beépítése a szabadba távozó füstgázok hőjé-

A gázturbinás erőművek tüzelőanyaga elsősorban olaj vagy földgáz (nyílt rendszerű körfolyamatnál), de újabban a folyé-

nek levegő-előmelegítésre való felhasználására; - többfokozatú kompresszió és expanzió alkalmazása, amelynek során a kompressziós fokozatok között hűtik, az

kony és a gáznemű tüzelőanyagokon kívül szilárd tüzelőanyag (főleg szénpor) is felhasználható (zárt rendszer).

expanziós fokozatok között pedig újrahevítik a hőhordozó-

A gyakorlati megoldásokra egy-egy példát a következő ábra

közeget és a turbinából kilépő gáz hőtartalmát hőcserélőben

hősémái mutatnak. Az egyszerű nyitott rendszerű körfolya-

részben visszanyerik,

matban a kompresszor által a szabadból beszívott levegő a

- nyitott körfolyamat helyett zárt rendszerű körfolyamat alkalmazása,

kompresszorból az égőkamrába kerül, ahol az oda bejuttatott tüzelőanyag a levegővel keveredve elég. A keletkező füst-

- kombinált gáz-gőz körfolyamatok bevezetése, amely a gázturbina és a hőerőmű kombinációs lehetőségeiben valósul

gázok hőenergiája a turbinában mechanikai munkává alakul. A turbina hajtja a villamos energiát termelő generátort.

meg.

Nyitott rendszer kétfokozatú kompresszorral,

Egyszerű nyitott rendszer hősémája

levegőhűtővel és hőcserélővel

Tüzelőanyag Tüzelőanyag

Füstgáz

Füstgáz Égéskamra Hőcserélő

Égéskamra

Kompresszor

Gáz

G

turbina

3~

Kompresszor

Gáz

G

turbina

3~

Levegőbeszívás Levegőbeszívás

Levegőhűtő

7


Elektrotechnika MA

Zárt rendszer Az előző ábra olyan nyitott rendszert ábrázol, amelyben kétfokozatú

kompresszor,

levegőhűtő

és

hőcserélő

is

található. A levegőhűtő a kompresszor hatásfokát növeli. A

Tüzelőanyag

hőcserélő a termikus hatásfokot javítja, hiszen a füstgázok a sűrített levegőt előmelegítik.

Légkazán Hőcserélő

A zárt rendszernek (követekző ábra) - a rendszerjellegén kívül- két fő különbsége van a nyitotthoz képest. Az egyik, hogy az égőkamra helyett légkazán állítja elő a közvetítő közeget. A másik, hogy a közvetítő közeg többnyire levegő,

Füstgáz

Légturbina

G

Kompresszor

3~

mely zárt körfolyamatban áramlik a kompresszorból az ábrán jelzett berendezéseken át vissza a kompresszorba.

Gázturbina és gőzerőmű egy lehetséges kombinációja Lehetséges a gázturbina és a gőzerőmű kombinációja is. Tüzelőanyag

A gázturbinában munkát végzett gázokat a kazántüzeléshez adagolják, ezáltal a gázok még meglevő oxigéntartalmát

FüstÉgéskamra

(kb. 18 %) hasznosítják.

Kazán

gáz

G

A gázturbinás erőmű előnyei: - gyors üzemkészség; - a berendezés és kezelésének egyszerűsége;

Kompresszor

Gáz turbina

3~ ~

Szivattyú

- a hűtővíz-ellátástól való teljes, vagy részleges függetlenítés,

Hőfogyasztó Levegőbeszívás

A gázturbinás erőművek hátrányai: - a gőzerőművekénél rosszabb hatásfok, - szerkezeti okokból csak kisebb egységteljesítményű (10-120MW) turbinák készíthetők. Gázturbinás erőművek alkalmazási területe :

- sajátos erőművi alkalmazási területe a földalatti szén elgázosítás termékeivel üzemeltetett gázturbinás erőmű, - kohóüzemekben a hulladékenergiák (pl. kohógáz) felhasználására, - gőz- és gázturbinás erőmű kombinációjaként.

- a nagyobb egységteljesítményű gázturbinás erőműveket csúcserőműként alkalmazzák a villamosenergia-rendszerekben (pl. az inotai gázturbinás erőmű), - bizonyos esetekben gazdaságos lehet hőszolgáltató erőműként alkalmazni (akár nyitott, akár zárt körfolyamatú kivitelben),

8


Elektrotechnika MA

2.1.3. Vízerőművek A vízerőművek a felszíni vizek helyzeti energiáját alakítják át villamos energiává úgy, hogy a víz helyzeti energiáját

először

a

vízturbina

átalakítja

mechanikai

munkává, és a vízturbina által hajtott villamos generátor termeli a villamos energiát. Vízturbina

Villamos

Villamos

generátor

energia

Vízerőmű elvi folyamatábrája

A primer energiahordozó a víz, amely egyben közvetítő

A vízerőművekben a víz helyzeti, ill., mozgási energiáját hasznosítják oly módon, hogy az esésmagasságnak és a vízmennyiségnek megfelelő típusú vízturbinákkal (szabadsugár- és réstúlnyomásos turbinák) hajtják a villamos generátort. A vízerőművek összefoglaló osztályozását a következő táblázat mutatja. A folyóvízi erőművek kis-, vagy legfeljebb közepes esésűek, és lehetnek: - üzemvízcsatornás vagy; - folyómederbe épített erőművek.

közeg is, mely a hidrológiai körforgás során mindig megújul.

Vizierőművek osztályozása 2.1.3.1. Üzemvízcsatornás erőmű

Osztályozási szempont Energiaforrás

Megnevezés

Vízfolyás Természetes tározó Szivattyús tározó Tengervíz ár-apály Esési magasság Kis esés Közepes esés Nagy esés

Megjegyzés Üzemvízcsatomás erőműben a víznek a folyómederhez képest kedvezőbb lefolyását oly módon érik el, hogy a víz egy részét a természetes folyómeder helyett mesterséges mederbe, az ún. üzemvíz-csatornába terelik. A víz e mesterséges csatornában jut el az erőtelephez, onnan

0-15m 15-50m 50m-nél nagyobb

ugyancsak csatornán vissza a természetes folyómederbe. A hasznos esés elérésére a vízkivétel helyén rendszerint vízlépcsőt (a duzzasztó-gáttal, zsilipekkel stb.) kell létesíteni.

A vízlépcsőhöz csatlakozik a vízkivételi mű, amelytől kezdődik és a folyómederig tart maga az üzemvízcsatorna. Ennek a csatornának az erőtelep feletti szakaszát felvízcsatornának, az erőtelep utáni szakaszát alvízcsatornának nevezzük. Üzemvízcsatornás erőmű elvi elrendezése 1 vízlépcső, 2 vízkivételi mű, 3 felvízcsatorna, 4 erőtelep, 5 alvízcsatorna

A folyómederhez képest kedvezőbb vízlefolyást, pl. az üzemvízcsatorna szabályos és előnyös szelvénykialakításával, a szelvények növényzettől való mentesítésévei, a csatorna hosszának kedvező megválasztásával (rövidebb legyen a természetes medernél) lehet elérni.

9


Elektrotechnika MA

2.1.3.2. Folyómederbe épített erőmű

A

folyómederbe

épített

erőmű

magában

a

folyómederben foglal helyet. A beépítés helyén a vízszállításhoz szükséges esést az áramlási sebesség apasztásával lecsökkentik, amely a vízmélység megnövelése révén érhető el duzzasztómű létesítésével. A folyó hajózhatóságát az ún. hajózózsilip beépítésével továbbra is biztosítani tudják. A mederben egymás mellett van az erőtelep, a duzzasztómű és a zsilip (előző ábra).

Mederbe épített folyami erőmű elvi elrendezése a, telepítési vázlat; b, vízerőmű metszete 1 víztisztító (gereb), 2 csigaház, 3 vízturbina, 4 szívócsatorna, 5 hidrogenerátor, 6 gépház

2.1.3.3. Tározós erőművek A tározós erőművek elsősorban hegyvidéken építhetők vagy természetes tavak kihasználásával, vagy pedig a vízfolyás völgyzárógátas elrekesztésével. Ha az erőművet a magas völgyzárógát tövében helyezik el, csupán kisebb esést tudnak elérni, így az erőmű - jellegét tekintve - a folyómederbe épített erőműhöz hasonló. Ha a folyómeder erősen kanyarog, főleg pedig, ha az egész völgy ír le éles, esetleg hajtűszerű kanyarulatot, akkor kiváló lehetőség nyílik ennek csatornával (vagy alagúttal) való átvágására. Ez esetben nagyobb esés érhető el és az erőművet a tározómedencétől távolabb helyezik el.

1 duzzasztógát, 2 tározómedence, 3 nyomóvízcsatorna, 4 kiegyenlítőmű, 5 nyomócső, 6 erőmű, 7 alvíz

Az erőmű elvi elrendezését az előző ábra mutatja. A vizet a tározóból csatornán vezetik a kiegyenlítőműhöz, amelyet leg-

2.1.3.4. Szivattyús tározós erőművek

inkább a szabadban elhelyezett nyomócsővezeték köt össze az erőművel. A kiegyenlítőmű (vízzár) olyan kiegyenlítő tar-

A szivattyús tározós erőművek leggyakoribb elren-

tályból vagy medencéből áll, amely befogadja az utánáramló

dezését, a felsőmedencés kivitelt, a következő ábra

vizet, és tárolja is az esetben, ha a turbinákat valamilyen oknál

mutatja. Egy alsó vízfolyásból vagy vízfolyás által táplált

fogva az erőműben lezárják.

tározómedencéből az erőmű szivattyúi a felső, kizárólag

A kiegyenlítő mű révén meg tudják akadályozni, hogy a nyo-

e célra létesített, - természetes hozzáfolyás nélküli -

mócsőben a nyomás a megengedett értéknél nagyobbra nö-

medencébe nyomják fel a vizet egy csővezetéken

vekedjék.

(feltöltési üzemmód). Amikor az erőműnek villamos

Ugyanez az elrendezés alkalmazható abban az esetben is,

energiát kell termelnie (kisütési üzemmód), a víz a felső

ha a tározómedencét természetes tó képezi. A víz szintjét

medencéből ugyanazon a csővezetéken keresztül folyik

mesterséges felduzzasztással lehet emelni.

vissza az erőmű turbináira.

10


Elektrotechnika MA

A vízerőműveknél a tározás mértéke szerint beszélhetünk napi, heti, évszakos és éves tározási lehetőségről. A folyami vízerőművek közül a kisesésű tározás nélküli, vagy legfeljebb napi (meder) tározású, a közepes esésű tározási mértéke napi, vagy heti. A tározós erőművekben a tároló nagyságától függően bármely fokú tározás lehetséges. A szivattyús tározós erőműveknél a tározómedence magas költségei miatt az éves tározás nem jöhet szóba, a legjel1 felső medence, 2 alsó medence, vagy folyó, 3 szivattyú,

lemzőbb a heti tározás és a nappali - éjszakai üzemmód.

4 vízturbina, 5 szinkrongép, 6 közös nyomóvezeték

Vizíerőművek alkalmazási területe : - folyami vízerőművek : a kisesésű vízerőmű villamosenergia-

- szivattyús tározós erőművek : ezen erőműveknek az

termelése ingadozó, esetleg szakaszos, a közepes esésű,

energiarendszerbeni alkalmazásával biztosítani lehet a hő-

kisebb ingadozású, folytonos. Mindkét fajta erőművet koope-

és az atomerőművek egyenletes terhelését, gazdaságos

rációs alaperőműként alkalmazzák.

üzemét. ui. kisterhelésű időszakban (pl. éjszaka) gépei vizet

- tározós erőművek : a tározómedencéből a vizet nem kell a

szivattyúznak a tározóba, a csúcsidőben lebocsátva a vizet

hozzáfolyás ütemében felhasználni, így az erőmű teljesít-

gépegységeikkel energiát szolgáltatnak (csúcserőmű). A hő-

ménye a villamosenergia-fogyasztás ingadozásainak megfe-

és az atomerőművek fejlődési irányzata (valamint az ener-

lelően szabályozható. Az ilyen erőművek igen alkalmasak az

giarendszerek üzemviteli követelményei) a szivattyús tározó-

energiarendszer csúcsterheléseinek fedezésére (csúcserő-

művek fokozódó alkalmazását segítik elő.

művek);

Hazai példák A tiszalöki vízlépcsők villamosenergia-termelési, vízgazdálkodási és hajózhatósági célokat szolgálnak.

Üzemvízcsatomás vízerőművünk a mindössze 0,5 MW-os

Az első vízlépcső a tiszalöki kanyar átvágásában, tehát új

Gibárti Vízerőmű, amely 1903-ban létesült a Hernád folyó

mederben létesült. Három Kaplan-turbinája függőleges ten-

éles kanyaránál, Gibárt községnél. A vízenergiát két, víz-

gelyelrendezésben 4,8 MVA-es generátorokat hajt (12,5MW). A második tiszai vízlépcső Kiskörénél létesült a Tisza-kanyar átvágásával, új mederben. Az erőtelep 4 db csőturbinás generátoregységgel létesült, 28MVA névleges teljesítmény-

szintes tengelyű Francis-turbina hasznosítja. A 12kV-os GANZ-generátorok egyenként 250kW teljesítményűek. Évi villamosenergia-termelése 2,8 millió kWh. (Hazánkban van még néhány további kis teljesítőképességű vízerőmű is.)

nyel. A két erőmű átlagos éves villamosenergia-termelése 160 millió kWh.

11


Elektrotechnika MA

2.1.4. Atomerőművek Az

atomerőművekben

az

atommagok

átalakulásakor,

hasadásakor keletkező energiát hasznosítják. A klasszikus hőerőmű és az atomerőmű között az a lényeges különbség, hogy az utóbbinál a hőtermelés a kazán helyett az atom-

A hőtermelés a kazán helyett az ún. reaktorban megy végbe. A reaktorban keletkezett hőt közvetítő közeg (hűtő-közeg) juttatja el a hőcserélőbe. Ez a folyamat a primer körben játszódik le.

reaktorban megy végbe. A reaktorban fejlesztett hővel vala-

A hőcserélőben gőz keletkezik, amelyet a szekunder körben

milyen célszerű módon vízgőzt termelnek, amellyel a

lévő turbinába vezetnek.

szokásos gőzturbina- villamos generátor egységet hajtják és ez utóbbi szolgáltatja a villamos energiát.

A turbinából a gőz a kondenzátorba jut, ahonnan a csapadék a hőerőműveknél megismert módon kerül vissza a hőcserélőbe (szekunder kör). Egy ilyen rendszerű atomerőmű hőkapcsolási rajzát mutatja az ábra.

Atomerőmű elvi folyamatábrája

Hőcserélő Atomreaktor

Túlhevítő

Egy atomerőmű főbb részei tehát a hőfejlesztő reaktor, a

Gőztartály

Gőz

G 3~

turbina Tápszivattyú

hőátadási rendszer, az erőgépcsoport, valamint az ezekhez szervesen hozzátartozó segédberendezések (szabályozóberendezések, üzemanyag-előkészítés és kezelés stb.). A hőerőgép lehet gőz- vagy gázturbina. A gyakorlatban egységes erőművi reaktortípus nem alakult

Cirkulációs szivattyú

Előmelegítők

Átemelő szivattyú

Kondenzátor

ki, így a különböző atomerőmű típusokat az alkalmazott reaktortípusok határozzák meg.

Atomerőmű hősémája

Az atomerőmű működésének megértéséhez tekintsük át a főbb nukleáris folyamatokat a maghasadást, a láncreakciót. Az elemek atommagjainak tömege, mint ismeretes, mindig kisebb, mint az őt felépítő protonok és neutronok (nukleonok) tömegének összege. Ez a tömeghiány úgy értelmezhető, hogy az atommag felépülése során a tömeg egy része

A fajlagos tömeghiány nem minden elem atommagjánál azonos értékű. A nehéz elemek atommagjai hasíthatók, éspedig a gyors (1000eV-náI nagyobb energiájú) neutronokkal, a közepes sebességű neutronokkal (1-1000eV), valamint lassú, termikus neutronokkal (0,1eV alatt).

energia (kötési energia) formájában távozott a folyamatból. A

A magok hasadásakor két közepes atomsúlyú mag jön létre

rendkívül stabilis atommaggal tehát igen nagy energiát kell

(hasadási termékek), és gyors neutronok válnak szabaddá.

közölni ahhoz, hogy a hiányzó tömeget pótoljuk és az egyes

A hasadási termékek mozgási energiájaként nagy meny-

nukleonokat képessé tegyük arra, hogy ismét szabaddá

nyiségű energia szabadul fel, amely hővé alakul.

váljanak.

12


Elektrotechnika MA

A reaktor fő szerkezeti elemei : - az üzemanyag elhelyezésére szolgáló aktív zóna (reaktormag), A keletkezett neutronok meghatározott körülmények között újabb magok hasítására alkalmasak és ezekből további neutronok válnak ki. Így jön létre a láncreakció, amelynek fenntartásához szabályozásra van szükség. A láncreakció szabályozott fenntartásara és a fejlődő hő hasznosítására épített berendezések az atomreaktorok.

- az aktív zónát körülvevő neutronlassító közeg, azaz a moderátor (termikus reaktoroknál), - az aktív zónából a reaktorból kilépni igyekvő neutronok visszaverésére szolgáló reflektor, - a maghasadás során keletkezett hőt elvezető hűtőközeg, - a szabályozó és mérőberendezések, - sugárvédelmi berendezések.

a) Heterogén termikus reaktor : 1 beton, 2 reflektor, 3 szabályozórudak, 4 moderátor, 5 üzemanyag, 6 hűtőközeg beömlés, 7 hűtőközeg kiömlés. b) Heterogén szaporitó reaktor : 1 beton, 2 reflektor, 3 szabályozórúd, 4 tenyészanyag, 5 üzemanyag, 6 hűtőközeg beömlés, 7 hűtőközeg kiömlés. c) homogén reaktor : 1 beton, 2 reflektor, 3 szabályzórúd (szükség szerint beépítve), 4 üzemanyag és hűtőközeg Atommagreaktorok elvi felépítése

beömlés, 5 üzemanyag- és hűtőközeg kiömlés.

Heterogén rendszerű a reaktor, ha az üzemanyag és a moderátor elkülönített közeg. Homogén rendszerű reaktornál az üzemanyag és a mode-

Az orosz gyártású PWR-reaktorok VVER típusjelűek. Ez a

rátor homogén keveréket alkot. A kétféle rendszer elvi

reaktor-, ill. erőműtípus képezte a bázisát a volt szocialista

felépítését az előző ábra mutatja.

országok atomerőmű-fejlesztési programjának.

Nagy teljesítményű atomerőművekben elterjedten alkalmazzák a termikus reaktorokat. (A termikus neutronokkal végzett maghasadásnál nagy előnye, hogy a termikus reaktorok jól szabályozhatók. Termikus neutronokkal - a természetben

Hazai példa A Paksi Atomerőmű első, 1760 MW-os kiépítése 4 db VVER-440 típusú reaktorral létesült.

előforduló elemek közül - egyedül az urán 235-ös tömegszámú izotópja, az U235 hasítható. A termikus reaktorok üzemanyaga természetes, vagy U235-ben dúsított urán.

13


2.1.5. Egyéb erőművek A természetben a tüzelőanyagokon, a víz energiáján és az

Elektrotechnika MA

Napenergia A napsugárzás teljesítőképességét kb. 40*1013 TW-ra becsülik. Ebből átlagosan 1,8*109 MW éri a Földet.

atommag-átalakulások energiáján kívül más energiahor-

A napsugárzás felületi teljesítménye az atmoszféra külső

dozók is találhatók. Ezek az ún. természeti energiahordozók.

határán - a sugárzásra merőleges felületen - kb. 1,4 kW/m2,

Ide tartoznak a következők: - a Nap sugárzási energiája; - a szélenergia; - a geotermikus energia (vagyis a hőforrások gőzének, ill. meleg vizének az energiája); - a tengerek árapály-energiája. Ezeknek az energiahordozóknak közös jellemzője a kis energiasűrűség, a helyhezkötöttség és az esetlegesség (pl. időjárási tényezők).

amely a föld felszínén (a világűrbe történő visszaverődés, valamint az atmoszféra elnyelése miatt) csak kb. 0,6 kW/m2. (Ez mintegy 30-ad része egy modern kazán fűtőfelület terhelésének). A kutatások mai szintjén a napsugárzás átalakítása villamos energiává – történjék közvetlenül, félvezetős fényelemekkel, vagy közvetve, hőkörfolyamattal - ma még lényegesen költségesebb a gyakorlatban eddig bevált előállítási módszereknél.

Ha a napsugárzás átalakítása villamos energiává a

Szélenergia

jelenlegi módszerekkel versenyképes lesz, beillesztése a

A Föld évi szélenergia készletét 9*1015 kWh-ra becsülik,

többi energia-források közé már nem jelent majd problémát.

amelynek legfeljebb 0,3%-a hasznosítható gazdaságosan. A

Mivel a napenergia rendelkezésre állása szinte korlátlan,

szélsebesség lényegesen befolyásolja a szélenergia kihasz-

csak a felhasználható energiatermelési költsége a döntő, az

nálhatóságát és emellett fontos körülmény az egyenetlen

átalakítás hatásfoka nem.

rendelkezésre állás. A szélenergia előnye a villamos ener-

A napenergia hasznosítása állandóan növekszik, éspedig helyiségek fűtésére és meleg víz előállítására (USA, Ausztrália, Franciaország). Foglalkoznak a tengervíz és a kissé sós vizek sótalanítására való felhasználására is.

giaipar szempontjából az, hogy közvetlenül mechanikai és ebből villamos energiává alakítható át. Azonban a szélkerék optimális hatásfoka 60%, ami éves átlagban 6-15% körüli. A légtömegek teljesítménysűrűsége kicsi (kb. 0,2 kW/m2, 7 m/s közepes szélsebesség esetén), ezért igen nagy berendezéseket kellene építeni ahhoz, hogy elfogadható teljesítményeket lehessen elérni.

Geotermikus energia A Föld természetes melegforrásai adják az alapot a geotermikus energia kinyerésének és hasznosításának. A földkéregben fúrásokat végeznek, amelyeken át 2002000m mélységből túlhevített gőzt, gőz-forróvíz keveréket, vagy forró vizet hoznak fel (100-300 °C). Minimálisan 1 MWos telep létesítése gazdaságos. Komplex hasznosításra is lehetőség nyílik, hiszen a meleg víz hője, pl. a mezőgazdaságban hasznosítható, a vízben levő vegyi anyagok kinyerhetők.

Ár-apály erőmű Az ár-apály erőművek a tenger ár-apály jelenségéből származó nagy vízszint különbséget használják fel. Az ún. egymedencés, kettős működésű erőműben dagály idején, a turbinákon keresztül feltöltik a tárolómedencét tengervízzel, apály idején pedig a vizet ugyancsak a turbinákon keresztül visszabocsátják a tengerbe. Jellemzője, hogy az erőmű szolgáltatta teljesítmény periódikus a szintkülönbség változásának a függvényében. A szintkülönbség különösen nagy a kanadai partokon, Franciaország atlanti óceáni partjain, valamint a Fehér tenger keleti partvidékén. A világ első árapály-erőművét 1959-ben helyezték üzembe (Franciaország, San Malo).

14


Elektrotechnika MA

A kutatások eredményeképpen ma már a világ számos

(Megjegyezzük, hogy a folytonosan megújuló energiahordo-

országában üzemelnek – elsősorban kísérleti célú – nap-,

zók közül a vízenergiának kiemelkedően fontos szerepe van,

szél-, geotermikus- és árapály- erőművek.

a villamos energia előállításában, hiszen a világ jelenlegi

Ipari méretű elterjedésüket azonban ma még egyrészt

villamos energia szükségletének kb. 24 %-át vízenergiából

technikai, technológiai problémák, másrészt - és talán döntő-

fedezik.)

en - a hagyományos erőművekhez képest sokszorta nagyobb fajlagos létesítési költségeik és az általuk előállított villamos energia igen magas termelési költségei akadályozzák.

A megújuló energiatermelés – főleg a szélerőművi termelés térhódítása következtében (különösen Spanyolországban és Németországban) – jelentősen nőtt, UCTE szinten jelenleg

Ugyanez mondható el a villamos energiát közvetlenül előállító

már megközelíti a teljes termelés 15%-át (az EU célja 2010-re

magnetohidrodinamikus (MHD) generátorok, atomelemek és

a 22% elérése). A szélerőművekben termelt energia elszállí-

tüzelőanyag-cellák alkalmazásával kapcsolatos kutatások

tása nagy teljesítményáramlásokat (és szűk keresztmetsze-

eredményeiről is.

teket) okozott.

Biomassza-erőmű A hőerőművek egy speciális formája, ahol a kazán átalakításra kerül, oly módon, hogy alkalmas legyen főként faapríték eltüzelésére. A faapríték egy speciális fluid-ágy segítségével elgázosításra kerül és ez a gáz a befúvott levegővel együtt táplálja az égést. A fluid ágy egy speciális kavicskeverékből áll, mely a befúvott levegő hatására lebeg a kazánban. Hőmérséklete kb. 850 °C.

Kazán faapríték ellátás sémája

15


Elektrotechnika MA

Faapríték tüzelésű kazán sémája

2.1.6. Az erőművek csoportosítása. Az erőművekben a primer energiahordozó energiáját előbb az erőgépben (hajtógépben) mozgási

energiává

alakítják át, majd a vele összekapcsolt áramfejlesztő berendezésben (villamos generátorban) jön létre a villamosenergia. A gyakorlatban alkalmazott erőműveket különböző szempontok (pl. energiaforrás, terhelés jellege) szerint csoportosíthatjuk. A csoportosítási lehetőségeket a táblázat foglalja össze. Turbina áttekintő sémája

Csoportosítási szempont Energiaforrás

Erőműtípus

Tüzelőanyagok

Hőerőmű

Folyóvíz, tárolt víz, tengervíz

Vízerőmű

Magenergia

Atomerőmű

Napsugárzás

Naperőmű

Levegőmozgás

Szélerőmű

Hőerőgép-típus

Csoportosítási szempont

Erőműtípus

Fogyasztói csatlakozás

Együttműködő (kooperációs) erőmű Elszigetelt erőmű

Gőzturbinás erőmű Gázturbinás erőmű Belsőégésű motoros erőmű

Ellátási terület

Országos (körzeti) erőmű Üzemi erőmű

Energetikai rendszer

Kondenzációs erőmű Ellennyomású erőmű Elvételes erőmű

16


Elektrotechnika MA

Csoportosítási szempont

Erőműtípus

Terhelési jelleg

Alaperőmű Menetrendtartó erőmű Csúcs erőmű

Rendeletetés

Beépített teljesítményegység

Villamosenergiaszolgáltatás Hőszolgáltatás, kapcsolt hőés villamos energiaszolgáltatás

<50MW

Kiserőmű

50-500MW

Középerőmű

>500MW

Nagyerőmű

A fűtőerőmű hő- és villamosenergia-termelésre egyaránt

A továbbiakban tekintsünk át még néhány fontos meghatározást. A villamosmű lehet közcélú, vagy üzemi villamosmű. A közcélú villamos erőmű az ipar, a mezőgazdaság, a közlekedés, a lakosság és a különféle intézmények villamosenergia-szükségletét elégíti ki. Az üzemi (ipari) villamos erőmű elsősorban az üzembentartó villamosenergia-igényét elégíti ki. A közcélú villamos erőművek kivételével ide tartozik minden más erőmű, amelyek közül a jelentősebbek tagjai az együttműködő villamosenergia-rendszernek.

Menetrendtartó erőművek feladata

a napi terhelés-

alkalmas gépi berendezésű villamos erőmű, amelynek terme-

ingadozások felvétele, változó teljesítményigények fedezése.

lésében az elsőrendű feladat a hőfogyasztók igényeinek

Ezen erőművek rugalmasan szabályozhatóak és jó a hatás-

kielégítése, míg a hőszolgáltatással egybekötötten, gazdasá-

fokuk (pl.: hőerőművek).

gosan termelt villamos energia csak melléktermék jellegű. Alaperőművek a villamosenergia-rendszer legjobb hatásfoCsúcserőműveknek a csúcsterhelést ellátó, nagy terhelés-

kú, legkisebb fajlagos hőfogyasztású erőművei, amelyeket a

ingadozású, általában szakaszosan üzemben tartott erőműve-

beépített

ket nevezik. Rossz hatásfokkal rendelkeznek. Gyorsan indít-

optimális üzemállapotban járatnak (pl.: atomerőművek).

teljesítőképességük

maximális

kihasználásával

hatóak ill. leállíthatóak (pl.: vízierőművek).

Fogalom meghatározások:

A magyar villamosenergia-rendszer (röv. VER) a közcélú és az együttműködésbe bevont (kooperáló) üzemi villamos erőműveket, valamint az igen nagy-, nagy-, közép- és kisfeszültségű villamos távvezetékeket és az idetartozó transzformátorállomásokat foglalja magába. Irányítását a Magyar Villamosenergia-ipari Rendszerirányító Rt. (röv. MAVIR Rt.) látja el. (www.mavir.hu)

Beépített teljesítőképesség az erőműben beépített gépegységek generátorkapcsokra vonatkoztatott teljesítőképessége. Gépegységen értjük az összekapcsolt turbinát és a generátort. Terhelésen a fogyasztók által igénybe vett teljesítményt értjük. Csúcsterhelés egy meghatározott időpontban előforduló legnagyobb igénybe vett teljesítmény.

17


Elektrotechnika MA

Adott erőműben az egyes gépek által termelt teljesítmény értékeit

meghatározott

időközben

(például

óránként)

regisztráljuk és összegezve azt az idő függvényében felrajzoljuk, akkor megkapjuk az erőmű napi terhelési görbéjét pl. egy jellemző nyári és téli napra, amely megmutatja a fogyasztás napi ingadozását.

A magyar villamosenergia-rendszer (VER) közcélú erőművei

2.2. Hálózatok

Szabadvezetéken megfelelő oszlopokra erősített szigetelőkön elhelyezett csupasz, vagy szigetelt vezetéket, sodronyt értünk. A vezetékek egymástól és földtől történő szigetelését az oszlopokon a szigetelők, oszlopközben a légköri levegő

Feladatuk a villamos energia továbbítsa és szétosztása

biztosítja megfelelő távolságok betartása mellett.

a hálózat különböző feszültségű csomópontjai között. A hálózat elemei a következők:

Kábel alatt természetes (textil, papír, gumi) vagy mesterséges

A távvezetékek, a csomópontok között a villamos

(PVC, polietilén) szigeteléssel ellátott vezetéket értünk. A

energia továbbítására szolgálnak. A távvezeték lehet

különböző potenciálú felületek minimális távolsága az alkal-

szabadvezeték és kábel.

mazott szigetelőanyagtól függ. A kábeleket föld alá, csatornákba, alagútba, aknába, kábelfolyosóra, levegőbe, álló- és folyóvízbe, édes- és sósvízbe fektethetik, szerelhetik.

18


Az alállomások, amelyek a villamos energia szétosztására szolgálhatnak, mind azonos, mind különböző feszültségszinten. Az alállomások jelentik a hálózati csomópontokat. Az alállomás lehet: - kapcsolóállomás, amikor azonos feszültségszinten az áram útjának kijelölése a feladata; - transzformátorállomás, amikor különböző feszültségszintű hálózatok összekapcsolására szolgál. A hálózat a villamosenergia-rendszerben betöltött szerepétől függően lehet: - nemzetközi kooperációs hálózat, amikor a hálózat különböző országok alaphálózatait köti össze, biztosítva ezzel a nemzetközi villamosenergia-szállítást. Szokásos feszültség szintje 220,400 és 750 kV;

Elektrotechnika MA

- országos alaphálózat, amely egyes nemzeteken belül az erőművek és nagy alállomások üzemszerű összekapcsolását végzi nagymennyiségű energiaszállítás céljából. Szokásos feszültségszintje 220, 400 kV; - főelosztóhálózat feladata a villamos energia elosztása az alaphálózati csomópontokból az elosztóhálózatok táppontjaihoz, ezek feszültségszintje 120, /35/ kV; - elosztóhálózat rendeltetése a villamos energia eljuttatása a fogyasztóhoz, ezen belül beszélhetünk: nagyfeszültségű elosztóhálózatokról: 3, 6, 10, 20, 35 kV és kisfeszültségű elosztóhálózatokról: 230, 400V névleges feszültségszint mellett.

2.2.1. Hálózattípusok 2.2.1.1. Sugaras hálózat Egyik végéről táplált, esetleg többszörösen elágazó, nyitott vezetékrendszer, amelynek minden fogyasztójához az áram csak egy irányból, egy úton juthat el. A szokásos kialakítása a következő ábrán látható. A vastag vonallal rajzolt vezetékrészt gerinc-, vagy fővezetéknek, míg a többi szakaszt szárnyvezetéknek nevezzük. Az egyes fogyasztók a szárnyvezetékekhez csatlakozó, leágazó vezetékek végén helyezkednek el. A megszakítók és szakaszolók (oszlopkapcsolók) beépítése bontási lehetőséget biztosít karbantartás idejére és üzemzavar során megsérült terület leválasztására.

A magyar villamosenergia rendszer nagyfeszültségű hálóza-

Sugaras hálózat képe

2.2.1.2. Gyűrűs hálózat

tai közül tipikusan sugaras hálózatok a 20 kV-os szabadvezetékes-, valamint a 10 kV-os kábelhálózatok. A kisebb biztonsági igényű ipari fogyasztók belső villamosenergiaellátása is kialakítható sugaras jelleggel. Ezek általában 10, 6, 3, 0,4 kV-os kábelhálózatok. Sugaras a kisfeszültségű, kis teljesítményű, szétszórt, vidéki fogyasztók 0,4 kV-os szabadvezetéki ellátási alakzata. A sugaras alakzat előnye a jó áttekinthetőség, egyszerű kezelés, az egyszerű és olcsó létesítés, hátránya, hogy a tápponthoz közeli hibák az egész sugaras rendszer kiesését és ezzel az energiaszolgáltatás megszakadását okozhatja.

A sugaras alakzatnál gyakran előforduló tartós villamosenergia kimaradás elkerülésére a sugaras vezeték nyomvonalát úgy alakítják ki, hogy az azonos táppontból kiinduló sugaras alakzatok gerincvezetékei egy pontban találkozzanak. A találkozás helyén bontási lehetőséget alakítanak ki, amely biztosítja, hogy bármelyik oldal tápponthoz közeli hiba esetén, megfelelő, gerincvezetéki bontás után, a fogyasztók egy része a másik irányból, esetleg rosszabb minőségi feltételek mellett látható el villamos energiával. Előfordulás területei és feszültségszintjei a sugaras hálózati alakzatoknál már említettekkel azonos.

19


Elektrotechnika MA

2.2.1.3. Íves hálózat

Kialakítását tekintve azonos a gyűrűs hálózatéval, csak különböző táppontból indulnak az egyesíthető gerincvezetékek. Előnye, - mint a gyűrűs alakzatnál - a kisegítő energiaellátás a másik gerincvezeték felől, valamint - a független táppont miatt - az egyik táppont kiesése esetén is biztosítható az energiaellátás. Az alkalmazás területei és feszültségszintjei a sugaras hálózati alakzatoknál említettekkel azonos. Tipikus Gyűrűs, íves hálózat képe

kialakítási képe az előző ábrán látható.

2.2.1.4. Körvezeték Üzemszerűen zárt, azonos táppontból táplált olyan vezetékalakzat, amely a táppontból kiindulva az összes fogyasztót érintve ismételten visszatér a táppontba. Az egyes fogyasztói gyűjtősíneket összekötő vezeték-szakaszokról további leágazások nincsenek. Kialakítása a következő ábrán látható. Előnye, hogy bármely fogyasztó üzemszerűen két oldalról kap táplálást, ami az ellátás minőségét és üzembiztonságát növeli, mert bármely fogyasztói csomópont (gyűjtősín) meghibásodásánál a villamosenergia-ellátás igaz, hogy egy irányból, de fenntartható.

Körvezetékes hálózat képe

2.2.1.5. Párhuzamos vezeték Hátránya a nagyobb beruházási költség és az egy táppontból történő táplálás. Alkalmazási területe a villamosenergia-rendszer 35 és 10 kV-os üzembiztos energiaellátást kívánó, nagyobb teljesítményű fogyasztói. A villamosenergia-szolgáltatás megszakadására érzékeny ipari fogyasztóknál mind a külső 20 és 10 kV, mind a belső 10, 6, 3, 0,4 kV-os feszültségszinten szóba jöhet a fogyasztói körvezetéki megoldás.

A villamosenergia szolgáltatás szempontjából fontos csomópontok összekötésére, vagy a nagyüzemi fogyasztók üzembiztos ellátására kialakult vezeték-alakzat, amikor két csomópont között több vezetékösszeköttetés teremt kapcsolatot. Főleg nagy teljesítmények, üzembiztos villamos energia-ellátása esetén alkalmazott rendszer. Alkalmazása minden feszültségszinten szóba jöhet, mind a villamosenergia rendszerben, mind az ipari fogyasztók külső, belső energia-ellátásában. A kialakítás elvi lehetőségét szemlélteti a következő ábra. Előnye a nagyfokú üzembiztonság, hátránya a magas létesítési költség és a bonyolult védelem.

20


Elektrotechnika MA

2.2.1.6. Hurkolt hálózat

Párhuzamos vezeték hálózat képe

Alapvető jellemzője, hogy különböző táppontok és fogyasztói helyek között egyidejűleg több, különböző összeköttetés üzemel. A többirányú energiaellátás miatt a hurkolt hálózati csomópontokhoz csatlakozó fogyasztók üzembiztonsága a villamos energiával történő ellátás szempontjából a legnagyobb. A többszörös hurkoltság az optimális kapcsolási állapotok létrehozását teszi lehetővé, amely mellett az energiaszolgáltatás minőségi paraméterei a legkedvezőbbek. A rendszer hátránya a magas létesítési költsége, bonyolultsága, a körülményes üzemvitel és fenntartás és a minden üzemállapotban szelektív védelmi rendszer szükségessége.

2.2.2. Hálózatrendszerek

Hurkolt hálózati alakzat

Az ismertetett hálózati alakzatok szerves egységet képezve - egymással és a fogyasztókkal összhangban egy ország teljes villamosenergia-átviteli és -elosztó hálózati rendszerét alkotják. Egy ország hálózatrendszerében a legfontosabb szerepet az országos alaphálózat tölti be. Feladata az erőművek és a csomóponti nagy transzformátor-állomások összekapcsolása, a villamos energia nagy mennyiségű szállítása. Az országos alaphálózat vezetékei alakítják ki tulajdonképpen a kooperációs villamos energia rendszert.

A magasabb rendű nemzetközi együttműködés kooperációs vezetékei az országos alaphálózat egy-egy fontos csomópontjához csatlakoznak. A nemzetközi kooperációs hálózat feszültségszintjei a legnagyobb feszültségszinteket jelentik /220kV, 400kV/. Hálózati alakzatukra a hurkoltság jellemző. Az országos alaphálózat ugyancsak fontos csomópontjaihoz csatlakoznak nagy erőműveink. Látható, hogy a magyar villamosenergia-rendszer alaphálózatát képező 220, 400kV kevésbé, de a 120kV erősen hurkolt jellegű. Az alaphálózat elemeit képező távvezetékek kizárólag szabadvezetékek.

21


Az alaphálózati térképen is látható már, hogy egyes hálózatrészek sugaras jelleggel csatlakoznak a hurkolt rendszert képező 120 kV-os hálózathoz. Itt már az energiaáramlás iránya kötött, hiszen a vezeték egy-egy hálózati csomópontot lát el energiával. Ezek a távvezetékek már a főelosztóhálózat részeit képezik. Ugyancsak a főelosztóhálózat részét képezi a Budapestet ellátó, hurkolt jellegű távvezetékrendszer. A főelosztóhálózat e távvezetékei 120 kV-os feszültségszinten üzemelnek, részben szabad-vezetékek, részben Budapest belterületén 120 kV-os kábelek. Ugyancsak főelosztóhálózati szerepet tölt be a vidéki ipari körzetekben /Pécs, Borsod, Inota, Dorog/ a részben kihalásra ítélt 35 kV-os szabadvezetéki hálózat. A 35 kV-os rendszer hurkolt, hurkolható vagy körvezeték alakzatban üzemel.

Elektrotechnika MA

Az alaphálózathoz vagy főelosztóhálózathoz csatlakozik a középfeszültségű elosztóhálózat, amely vidéken 20 kV-os szabadvezetéki, városokban 10 kV-os kábelhálózat. Az ipari körzetekben, ipartelepeken, bányáknál megtalálható a 0,55; 3; 5,5; 5,7; 6; 10 kV-os feszültségszint is. A 20 kV-os hálózat sugaras alakzatú szabadvezetékekből, a többi feszültségszint sugaras, hurkolt, ill. hurkolható kábelekből épül fel. Várhatóan az ipari teljesítményigények növekedésével hazánkban is megjelennek a közvetlenül 10 kV-ról, valamint a 660V-ról üzemeltethető villamos motorok. A 660V választását az indokolja, hogy ugyanaz a motor csillagkapcsolásban 660V-ról, deltakapcsolásban a hagyományos kisfeszültségű 3x400V-os hálózatról üzemeltethető.

A főelosztó- és a középfeszültségű elosztóhálózatról táplálják a fogyasztók nagy részét villamos energiával ellátó 3x400/ 230V-os kisfeszültségű elosztóhálózatot.

Alaphálózat

A közcélú energiaelosztó-hálózat vidéken és városok külterületein szabadvezetékek, ipartelepeken és városok belterületén kábel. A kisfeszültségű elosztóhálózat jellegét tekintve lehet sugaras, vagy üzemszerűen egy pontból táplált hurkolt -

Főelosztóhálózat

de szükség esetén másik táppontra áttéríthető - jellegű. A hálózatrendszerek jelentőségének és szerepének megítélé-

Elosztóhálózat

séhez tájékoztatásként a következő táblázatban megadjuk a magyar villamosenergia-rendszer különböző feszültségszintű hálózatainak hosszadatait (ipari hálózatok nélkül).

Feszültségszint [kV] 750 400 220 120 120 35 30 20 10 0,4

Szabadvezeték Kábelhossz hossz [km] [km] 268 903 1246 2924 1680 56 3816 52 293 41 289 1094 122 5300 50 000 13 000

2.3. Fogyasztók

Az energiafelhasználás célja szerint a fogyasztók az alábbiak szerint csoportosíthatók: termikus fogyasztók; motorikus

fogyasztók;

világítási

fogyasztók;

egyéb

fogyasztók; elektrolízis. Termikus

fogyasztók

közé

tartoznak

azok

a

fogyasztók, amelyek a villamos energiát hőfejlesztésre hasznosítják (ívkemencék, ellenállásfűtés, egyéb melegfejlesztés).

22


Elektrotechnika MA

Iparifogyasztók Motorikus fogyasztók a villamos hajtások, amelyek a villamos energiát mechanikai energiává alakítják át. Világítási fogyasztók a villamos energiát fénykeltésre hasznosítják. Elektrolízis fogyasztói a villamos energiát vegyi átalakulások létrehozásánál hasznosítják. Egyéb fogyasztók közé sorolhatók az előző négy csoporton kívüliek.

a

villamos

energia

segítségével

ipari

tevékenységet fejtenek ki. Teljesítményigény néhány kW-tól több MW -ig terjed a munkafolyamattól és a technológiától függően. Mezőgazdasági fogyasztók általában kis teljesítményigényű fogyasztók, amelyek villamosenergia-igénye a korszerű állattartás, növénytermesztés elterjedésével dinamikusan növekszik. Kommunális fogyasztók alatt értjük a művelődési, kulturális, oktatási, kereskedelmi intézményeket, szolgáltató cégeket, középületeket, egészségügyi létesítményeket. Háztartási fogyasztók alatt az igen nagy számú, de egyedileg

A felhasználási területek szerint beszélhetünk: Ipari, mezőgazdasági, kommunális, háztartási és egyéb villamosenergia-fogyasztókról.

kis teljesítményt képviselő lakásfogyasztókat értjük. Egyéb fogyasztók alatt az előző csoportokba nem sorolható fogyasztókat (vontatás, honvédség stb.) értjük

A villamosenergia-szolgáltatás minősége akkor megfelelő, ha 2.3.1. A fogyasztó és az áramszolgáltató helyzete a villamosenergia-szolgáltatásban A villamos energia fogyasztói elvárják az illetékes áramszolgáltatótól, hogy a villamos energia folyamatosan, a megfelelő minőségben és üzembiztosan álljon a csatlakozási pontban rendelkezésükre. A villamosenergia-szolgáltatás folytonossága azt jelenti, hogy a fogyasztó számára a villamos energia az időbeli igényeinek megfelelően a kellő mennyiségben rendelkezésére áll.

a feszültség és frekvencia értéke a névleges értéknek megfelelően a szabványos tűréshatáron belül van. Az erre vonatkozó követelményeket az MSZ EN 50 160:2001 (A közcélú elosztó hálózatokon szolgáltatott villamos-energia jellemzői) szabvány írja elő. A minőségi követelmények közé soroljuk a háromfázisú feszültségrendszer szimmetrikus voltát, a feszültség időbeli állandóságát, lüktetésmentességét, felharmonikus-mentességét. A fogyasztó számára az üzembiztos rendelkezésre állás azt jelenti, hogy a minőségi villamos-energia-szolgáltatás kiesési valószínűsége kicsi, azaz a megbízhatósága nagy.

Az üzembiztosan szolgáltatott, csatlakozás helyén átvett villamos energia biztonságos és gazdaságos eljuttatása az egyes fogyasztói berendezésekhez már a fogyasztó feladata. A fogyasztó és az áramszolgáltató szoros kapcsolatából

A fogyasztó feladata a saját hálózati rendszerének és a

következik, hogy a fogyasztó ne "szennyezze" a villamos

csatlakozás módjának olyan megválasztása, hogy az a

hálózatot, azaz ne okozzon áram- ill., feszültség- felharmoni-

szolgált

kusokat (számítógépek, vezérelt egyenirányítók), feszültség-

megfelelő és gazdaságos legyen.

technológiával

összhangban

levő,

annak

lüktetéseket (ívkemencék), feszültség-szimmetria torzulásokat (aszimmetrikus terhelés). Sokszor ezek kiküszöbölése, megelőzése komoly műszaki berendezések beépítését teszi szükségessé, melyre már a beruházás idején gondolni kell.

23


Elektrotechnika MA

Példa az MSZ EN 50 160:2001 szabvány szerinti mérésekre. Mérések a PMMK transzformátor utáni szekunder elosztó gyűjtősínjén. Az áram effektív érték 10 perces átlagának időbeli változása alapján látható, hogy az egyik terhelési csúcs kb. 13:30-kor van. Az ehhez az időponthoz tartozó feszültség- és az áram hullámformákból látható, hogy a terhelés jelentős nemlineáris elemeket is tartalmaz, mivel az áram függvény jelalakja erősen eltér a szinuszostól. Továbbá kiemelendő, hogy a nulla gyűjtősínen is jelentős nagyságú áram folyik, annak ellenére, hogy az egyes fázisok terhelése között nincs lényeges asszimetria.

A fázisfeszültségek és az áramok jelalakjai.

Az ehhez az időponthoz tartozó feszültség- és az áram effektív értékek 10 perces átlagából látható, hogy a transzformátor nincs túlterhelve, de a szekunder feszültsége növelhető, mert a mért értékek a tűrési sáv alsó harmadába esnek. A három fázis áramából számítható átlagos áram effektív érték ekkor Iave=531A.

Az áram effektív érték 10 perces átlagának időbeli változása az L1 fázisban A terhelési csúcs értéke 13:30-kor.

A fázisfeszültségek, áramok és teljesítmények értékei.

Az I4=211A-es áramot, mely a nulla gyűjtősínen folyik a terhelés aszimmetria nem indokolja. Ez az áram főként a transzformátor utáni nemlineáris terhelésekből (pl.: számítógépek, kompakt fénycsövek, stb.) adódik, továbbá ennek az áramnak a hatására létrejövő feszültségesés torzítja a hálózati feszültséget is.

A látszólagos teljesítmény értéke, mely Ssum=355kVA, a transzformátor 630kVA-es teljesítményének 56%-a, tehát a

Az áram

transzformátor teljesítmény a jelenlegi fogyasztáshoz még

felharmonikus a legnagyobb. Ezt az épületen belüli számító-

megfelelő.

gép tápegységek okozzák, melyek egyfázisú csúcsegyen-

A teljesítmény tényező PFsum(cosφ)=0,95, mely szintén

irányítot tartalmazó egységek.

FOURIER spektrumából

látszik, hogy a 3.

megfelelő értékű.

24


A fázisfeszültség, az áram és a teljesítmény FOURIER spektruma.

Elektrotechnika MA

A felharmonikus feszültségek és áramok értékei.

A feszültség FOURIER spektrumában a 3. és az 5. a legjelentősebb, de ezek értékei a megadott határértéken belül maradnak. A 3. harmonikusra megengedett relatív feszültég 5%, míg az 5. harmonikusra megengedett relatív feszültség 6%. A mért adatok alapján ezen terhelési állapotban a 3. harmonikus 2%, míg az 5. harmonikus 4,35%. A feszültségre vonatkozó teljes harmonikus torzítás a

Az áram effektív érték 10 perces átlagának időbeli változása alapján látható, hogy a terhelési minimum kb. 3:30-kor van.

THDU=4,85%, mely a megengedett 8%-os értéken belül van. A fenti mérési eredmények alapján az energiaellátás minőségi mutatói a 13:30-kor mért terhelési csúcsnál a transzformátor szekunder oldali gyűjtősinén mérve megfelelőek.

A három fázis áramából számítható átlagos áram effektív érték ekkor Iave=159A. A látszólagos teljesítmény értéke, mely Ssum=106kVA, a transzformátor 630KVA-es teljesítményének 17%-a. A transzformátor szekunder oldalán a gyűjtősínen mérve rögzítettük a fázisfeszültségek effektív értékének a 10 perces átlagát is a szabványnak megfelelően. Ezekből látható, hogy a feszültség maximum kb. éjjel 3 óra körül van. Ez egybe esik a terhelés minimummal. Az egyes fázis feszültségek értékei

ekkor 231,31V, 229,66V és

226,60V. Az ezekből számítható átlagos fázisfeszültség Az áram effektív érték 10 perces átlagának időbeli változása az L1 fázisban

effektív érték ekkor Uave=229,19V.

A terhelési minimum értéke 3:30-kor.

25


Elektrotechnika MA

A feszültség maximum kb. nappal 10-11 óra között van. Az egyes fázis feszültségek értékei ekkor 221,62V, 220,51V és 218,93V. Az ezekből számítható átlagos fázisfeszültség effektív érték ekkor Uave=220,35V. Az

áramszolgáltatóknak

a

kisfeszültségű

hálózaton

az

MSZ 1:2003 szabvány szerint, a mérőhely csatlakozási pontján a feszültséget Un = 230 V + 5,2% - 8,7% kell tartani 2008 január 1.-ig. Ez az Un = 210 – 242 V-os feszültség sávnak felel meg. A fázisfeszültség effektív értékének maximuma a transzformátornál.

A transzformátor szekunder oldalán a gyűjtősínen mért és rögzített fázisfeszültségek effektív értékének a 10 perces átlaga a szabvány által megkövetelt sávon belül van, tehát az áramszolgáltató

által

szolgáltatott

feszültség

értéke

a

transzformátornál még megfelelő. A transzformátor szekunder oldalán a gyűjtősínen mérve rögzítettük az egyes fázisfeszültségekre vonatkozó harmonikus torzítást is a szabványnak megfelelően. A maximális feszültség torzítás az L2 fázisban van és maximuma 20 – 21 óra között mérhető. A feszültségre vonatkozó teljes harmonikus torzítás maximuma THDU=5,47%, mely a megengedett 8%-os értéken belül van, így az áramszolgáltató által szolA fázisfeszültség effektív értékének minimuma a transzformátornál.

gáltatott feszültség jelalakja a transzformátornál még megfelelő.

A transzformátor szekunder oldalán a gyűjtősínen mérve rögzítettük az egyes fázisfeszültségekre vonatkozó feszültségingadozást is. A feszültségingadozás amplitúdója 0,063 V, mely nem számottevő és ezen érték un. villogás (flicker) jelenséget nem okoz. Kiugró amplitúdók nem mérhetőek.

A fázisfeszültségekre vonatkozó torzítás maximuma a transzformátornál.

26


Elektrotechnika MA

B kategória: Az energiaszolgáltatás 5...15 percre maradhat ki. 2.3.2. A fogyasztók biztonsági igényei a villamosenergia-ellátással szemben

Ellenkező esetben anyaghiba, selejt, az üzemszünet idejét lényegesen meghaladó, vagy nagy értékű termeléskiesés jöhet

A fogyasztók a feszültség-kimaradásra való érzékenységük alapján különböző biztonsági kategóriákba sorol-

létre (pl. kohóüzem, ívkemence, hengersorok stb.). C kategória: Az energiaszolgáltatás 2...4 órára kimaradhat, legfeljebb ugyanannyi időtartamnak megfelelő termeléskiesés

hatók: A kategória: Az energiaszolgáltatás gyakorlatilag nem maradhat ki. A megengedett üzemszünet legfeljebb 0,5...5 s-on belül lehetséges, ellenkező esetben rob-

mellett. Itt csak pótolható termeléskiesés keletkezik (pl. egyműszakos, az előző kategóriába nem tartozó üzem, textilgyár, hűtőház stb.).

banás, súlyos baleset, közvetlen életveszély vagy hosszú

D kategória: Az energiaszolgáltatás hosszabb időre kimarad-

idejű termeléskiesés következik be (vegyi üzem, repü-

hat lényegtelen termeléskiesés mellett (pl. segédüzemi munka-

lőtéri irányítás, kórházi műtő, hírközlés stb.).

helyek, javítóműhelyek, igénytelen termelőfolyamatok.).

2.3.3. A villamosenergia-felhasználás hatékonysági kérdései A különböző kategóriába sorolt fogyasztók, fogyasztóberendezések általában a tartalékok nagyságában, ill. a tartalék kiépítési mélységében különböznek egymástól. Ez az ipartelepek villamosenergia-elosztási és -csatlakozási rendszerét már terv szinten befolyásolja.

A különböző primer energiahordozókból előállított és a felhasználási helyre eljuttatott villamos energia közvetlen, hőfejlesztési, motorikus, világítási, vegyi és egyéb célú átalakítása a fogyasztóknál történik. A különböző célú felhasználás más és más jellegű berendezésekben, eltérő hatásfokú eszközökkel történhet.

Termikus

fogyasztóknál

a

villamos

energia

teljes

mértékben hőenergiává alakul, azaz a villamos energia hasznosítása szempontjából a hatásfok majdnem 100%osnak tekinthető. Meg kell azonban említeni, hogy általában a hőenergia egy része elszökik, azaz már itt veszteség jelentkezik a felhasználási cél szempontjából (pl. kemencénél, sütés-főzésnél a környezetnek átadott hő).

Helyiségfűtés esetén, még ezen ideális hatásfokú felhasználásnál sem szabad elfelejteni azt, hogy a villamos energia mindig magával hordozza a primer energia átalakítása, valamint szállítása során, már a felhasználást megelőzően keletkezett veszteségeket is. Pl. Magyarországon, ahol 31%-os eredő erőművi hatásfok mellett, a szállítás átlagos hatásfoka 91,3%, a vételezés helyén még 100%-os hatásfokú hőfejlesztő berendezés esetén is 0,31*0,913 = 0,283 = 28,3% azaz 28,3%-os villamosenergia-szolgáltatási hatásfok adódódik ki. Ha a fogyasztó villamosenergia- felhasználása nem ezen ideális hatásfokkal történik, akkor ez a különbség még nagyobb lesz.

27


Elektrotechnika MA

Motorikus fogyasztóknál a villamos energia egy része mechanikai energiává alakul, más része a motor, a hajtás különböző helyein keletkező veszteségeket fedezi (vasveszteség, tekercsveszteség, súrlódási és ventillációs veszteség). Így itt már nem beszélhetünk 100%-os elvi fogyasztási hatásfokról sem.

Mivel a motort a névleges teljesítményre méretezik, ezért hatásfoka akkor maximális, amikor az állandó és a terhelés függvényében változó veszteségek értéke azonos. Így a hatásfok terhelésfüggő. Ezért rendkívül fontos adott hajtáson belül a hajtómotor és a hajtott berendezés teljesítményeinek

A villamos motorok hatásfoka a motortípus (szinkron, aszinkron, különleges motorok), valamint a motor terhelési

összehangolása az optimális energia-felhasználás biztosítása érdekében.

állapotának a függvénye. A villamos motorok hatásfoka a hajtásnak

megfelelően

megválasztott

különböző

motor-

típusoknál névleges terhelés mellett 55...97% között változhat.

Világítási fogyasztóknál a villamos energia egy része fényenergia formájában hasznosul, míg további része a veszteségek (hőképződés, esetleg tekercs- és vasveszteség) fedezésére fordítódik. Külön beszélni kell az alkalmazott lámpatestek hatásfokáról is, amely a fénykeltő eszközök által kibocsátott és a lámpatest által kibocsátott fényáramok viszonyából határozható meg.

1.3. A villamosenergia-termelés és fogyasztás fő jellemzői

Rendkívül sokoldalúan hasznosítható és a felhasználóknál a "legtisztább" energiaforrásként jelentkezik. Ezt igazolja az a tény is, hogy a villamos energia felhasználás mindig nagyobb

A világ energiamérlegére jellemző, hogy állandóan növekszik benne a villamos energia részaránya. 1920-ban az összes energia-felhasználásban a villamos energia részaránya kb. 7% volt, 1970-ben 25%, 1980-ban meghaladta a 30%-ot és valószínűsíthető, hogy e tendencia a jövőben is érvényesül. Ezt az indokolja, hogy á villamos energia viszonylag gazdaságosan állítható elő, nagy távolságokra is kevés veszteséggel szállítható.

ütemben nő, mint az összes energia-felhasználás. A villamos energia termelését - mivel a "termék" nem raktározható alapvetően a mindenkori fogyasztói igények határozzák meg. Egy ország villamosenergia-fogyasztásának volumene, a fogyasztás struktúrája számos tényező függvénye. Ilyenek például: az iparosítás mértéke, az ipar struktúrája, az ipari technológiák energiaigényessége, a mezőgazdaság üzemszerűsége, az infrastruktúra fejlettsége, a háztartások villamosítottságának mértéke stb.

28


Elektrotechnika MA

A világ országainak villamosenergia-felhasználását elemez-

Például, az egy főre jutó beépített teljesítő-képesség Nyugat-

ve tényszerűen igazolódik, hogy a világ villamos energia

Európában (3700W/fő) harmincszor akkora, mint a fejlődő

igénye folyamatosan nő.

országokban (120W/fő), vagy pl. az egy főre jutó villamos

A világon beépített villamosenergia-termelő kapacitások pél-

energia

felhasználás

Észak-Amerikában

meghaladja

a

dául 1960-ban 520GW, 1970-ben 1126GW, 1995-ben pedig

10000kWh/fő, Dél-Ázsiában pedig alig több mint 180kWh/fó

1803,6GW teljesítményt reprezentáltak. Ezek természetesen

értéket (1980-as adatok).

átlagértékek és a föld egyes régióiban és az egyes országokban is egymáshoz képest jelentős eltérések mutatkoznak, a meglévő gazdasági és szociális különbségeknek megfelelően.

Európa 15 legnagyobb villamos energia fogyasztó országa 1995-ben 2052GWh villamos energiát fogyasztott. Általában igaz az, hogy a villamos energia felhasználás szoros korrelációban van a gazdasági teljesítmények, a nemzeti össztermék (GDP) alakulásával.

Európa néhány országa és az USA villamos energia felhasználásának változása.

A

villamosenergia-felhasználás növekedését

korunkban

jelentősen befolyásolják a primer energiahordozó készletek – elsősorban a kőolaj – egyre csökkenő mértéke, a villamosenergia-termelés ezzel együtt növekvő költségei, valamint az előállítás és hasznosítás különböző módszereinek a környezetre gyakorolt káros hatásai (környezet-szennyezés). Magyarország villamos energia termelésének és –felhasználásának alakulása - 1930 és 1990 között -látható a 1.3.-1. ábrán. Az ábrán szaggatott vonallal jelölt görbe mutatja az erőművek nettó termelését TWh-ban. (1 TWh = 1012Wh = 1 milliárd kWh). A pontvonallal jelölt görbe az importált villamos energia mennyiségének változását mutatja.

Az üzemi erőművekben termelt villamos energia mennyisége Az ország összes villamosenergia-felhasználása - amely a teljes fogyasztást, az erőművek önfogyasztását és a hálózati veszteségeket is tartalmazó mutató - a folytonos vonallal rajzolt görbe szerint alakult.

éves szinten kevesebb, mint 1TWh (1,6%). Az üzemi erőművek általában a nagyüzemek gyártási technológiájához szükséges gőzigények fedezésére létesítik oly módon, hogy a kazánokban termelt gőzt turbinába vezetik, amely generátort hajt, és így villamos energiát termel. A turbinából távozó gőz-

A 1.3.-2. ábrán a villamosenergia-termelés és -felhasználás

nek vagy a teljes mennyisége (ún. ellennyomású rendszer),

éves folyamatábrája látható (1990). Az összes villamos-

vagy egy meghatározott - az ún. turbina megcsapolásokon

energia-termelés Magyarországon, 1990-ben 39,2TWh volt.

elvett - hányada (ún. elvételes rendszer) táplálja az üzem

Jellegének megfelelően itt termelő kapacitásnak vettük a

gőzfogyasztóit. Az alapvető cél itt tehát a gőzfogyasztók

tervszerű villamosenergia-importot, melynek részaránya látha-

ellátása, azonban emellett az erőmű villamos energiát termel,

tóan igen jelentős, több mint 28% (11,1TWh).

amit a kooperációs hálózatba táplálnak be. Ezt a megoldást nevezik hőszolgáltatással kapcsolt villamosenergia-termelésnek.

29


Elektrotechnika MA

31

1.3.-1. ábra

Magyarország villamos-energia termelésének

és felhasználásának alakulása 1930 és 1990 között

1.3.-2. ábra A hazai villamosenergiatermelés és felhasználás éves folyamatábrája 1990-ben

A 1.3.-2. ábrából látható, hogy a termelt villamos energia döntő (63,6%) hányadát a kooperáló közcélú MVM erőművekben állítják elő. Az erőművekben termelt villamos energia egy része az erőművek önfogyasztásának fedezésére szükséges. Az erőművek fő- és segédberendezései rendeltetésszerű működésükhöz ugyanis jelentős mennyiségű villamos energiát használnak. Ilyen erőművi nagyfogyasztók, pl. a tüzelőanyag szállításához és előkészítéséhez használt nagyteljesítményű villamos motorok (pl. szénőrlő malmok hajtómotorjai), a kazánokat vízzel ellátó tápszivattyúk hajtómotorjai, a füstgázokat elszívó ventillátorok motorjai stb. Az erőművi berendezések üzemeltetéséhez szükséges villamos energiát szolgáltató kapcsoló- és elosztó-berendezéseket összefoglaló néven segédüzemi vagy házüzemi berendezésnek nevezik.

Egy erőmű önfogyasztásának nagysága számos tényező függvénye. Mindenekelőtt függ az erőműben átalakított primer energiahordozó fajtájától. A vízerőművek önfogyasztása jóval kisebb, mint a hőerőműveké (nincs kazán, tehát sem a tüzelőanyag-előkészítő és -szállító berendezések, sem pedig a kazánt kiszolgáló segédberendezések nem jelennek meg mint villamosenergia-fogyasztók). A hőerőművek közül az olajtüzelésű erőművek önfogyasztása valamivel kisebb a széntüzelésűeknél. Előbbieknél a tüzelőanyag szállítás és előkészítés egyszerűbb, kevesebb számú és kisebb villamosenergia-fogyasztású berendezésekkel valósítható meg. Még az elvileg azonos felépítésű erőműveknél is jelentős eltérést mutat az önfogyasztás mértéke az alkalmazott technológia, a gépészeti és villamos berendezések kialakítása stb. függvényében (pl. a szénportüzelésű erőművek önfogyasztása az erőmű teljesítményének 6...12%-a között mozog).

Az ábra baloldalán a kisfeszültségű, jobb oldalán pedig a Hazai erőműveink átlagos önfogyasztása 1990-ben kb.

nagyfeszültségű fogyasztók jellemző csoportjai láthatók. Ez alól

2,5TWh volt,

kivétel a "hálózati veszteség"-gel jelölt "fogyasztói csoport",

ami az erőművek által termelt villamos

energiának mintegy 9%-a, (a 1.3.-2. ábrán az önfogyasztás

amely rajztechnikai okokból került a kisfeszültségű oldalra. A

részarányaként feltüntetett 6,4% az importtal növelt összes

villamos energiát szállító hálózatokon ugyanis - függetlenül azok

termelt villamos energiára vonatkoztatott érték).

feszültségszintjétől - a rajtuk átfolyó villamos áram veszteséget

Ha a termelt villamos energiából levonjuk az erőművek önfogyasztását, akkor megkapjuk a rendszer részére rendelkezésre álló, tehát az adott évben fogyasztott villamos energia mennyiségét.

okoz, amelyek többnyire Joule-hő formájában a környezetnek adódnak át. E veszteségek nagysága, fajtája már függ a vezeték kialakításától, elhelyezésétől stb. Az 1.3.-2. ábrából látható, hogy 1990-ben a VER összes hálózati vesztesége az összvillamosenergia fogyasztás 10,4%-

A 1.3.-2. ábra alsó része a villamosenergia-fogyasztás főbb

át képviselte, ami önmagában jelentős érték, de nem haladja

fogyasztói csoportok szerinti megoszlását mutatja.

meg a hasonló nagyságú külföldi villamos energia rendszerek hálózati veszteségének mértékét.

30


A villamosenergia-fogyasztás megoszlásának vizsgálatánál több szempontból is eltérő jellegük miatt - alapvetően két nagy fogyasztási csoportot kell megkülönböztetni egymástól: a nagyfeszültségű hálózatra csatlakozó (röviden: nagyfeszültségű) és a kisfeszültségű hálózatról vételező (a következőkben kisfeszültségű) fogyasztókat. A nagyfeszültségű fogyasztók gyakorlatilag az ipari fogyasztókat jelentik. Az ipari fogyasztók napi terhelési görbéje kiegyenlített jellegű (1.3.-3. ábra), ugyanis a nagyipari létesítmények közül viszonylag sok üzem dolgozik két vagy három műszakban. A 1.3.-3. ábrából látható, hogy az ipari fogyasztók terhelési csúcsa a délelőtti órákban lép fel, s az esti csúcsterhelésük ennél kisebb. (1990-ben például az ipari fogyasztók maximális délelőtti csúcsterhelése 2280 MW, az esti pedig 2067 MW volt.)

Elektrotechnika MA

A nagyfeszültségű fogyasztókat a villamosenergia-gazdálkodásért felelős országok hatóság (Magyar Energia Hivatal) kötelezi arra, hogy havonta egy meghatározott napon óránként és ugyanazon a napon az esti csúcsidőszakban (jelenleg télen, 16.30..21.00, illetve 18.00..21.00 között) negyedóránként mérjék és regisztrálják a tényleges terhelésüket, mely adatokat a fenti hatóság részére kell, hogy szolgáltassanak. Ezért ezeket a fogyasztókat mérésköteles fogyasztóknak is szokás nevezni. 1.3.-3. ábra Az ipari fogyasztók napi terhelési görbéje

A nagyfeszültségű fogysztókra jellemző a nagy „terheléssűrűség”. Ezen fogysztók száma viszonylag kevés, azonban egy-egy fogysztó

viszonylag nagy mennyiségű energiát

használ fel, ami érthető is, hiszen ezek döntő többsége energiaigényes technológiával termelő, koncentrált ipari nagyüzem. 1981-ben például az összes villamosenergia-fogyasztó (4 053 100) 0,08%-át képviselték a mérésköteles fogysztók (3100), viszont a termelt villamos energia 48,4%-át használják fel. Az ipari fogyasztók villamosenergia-felhasználása évente mérsékeltebb ütemben - jó közelítéssel az ipari termelés éves növekedési ütemével azonos mértékben - növekszik, és terhelési görbéjének a 1.3.-3. ábrán látható jellegét hosszabb

A

kisfeszültségű

fogyasztók

száma

nagy

(1990-ben

4781280), egy-egy fogyasztó teljesítménye pedig kicsi. Ide tartoznak a háztartási és a mezőgazdasági fogyasztók, valamint a közvilágítás. A 1.3.-2. ábrán "Egyéb fogyasztás"ként jelölt fogyasztói csoport igen változatos összetételű, ide tartoznak például a különféle intézmények, hivatalok, a szállítás és hírközlés, a kereskedelem, a vendéglátóipar, a kisipar stb. A

kisfeszültségű,

nem

mérésköteles

fogyasztók

napi

terhelésgörbéje meglehetősen rapszodikus, kiegyenlítetlen jellegű (1.3.-4. ábra).

távon is megtartják.

E fogyasztók napi csúcsterhelése az esti csúcsidőszakban jelentkezik, és ennél mindig kisebb a délelőtti csúcsterhelés értéke. 1990-ben például a nem mérésköteles fogyasztók maximális esti csúcsterhelése 3126 MW, a délelőtti pedig 2610

A háztartási fogyasztás napi egyidejűsége, vagyis a szokásos napi életritmushoz való igazodása döntő mértékben megszabja a nem mérésköteles fogyasztók eredő napi terhelési görbéjének a 1.3.-4. ábrán bemutatott lefolyását.

MW volt. A legnagyobb csúcs és a "legmélyebb" völgy terhelési értékei között, mintegy 500 MW különbséget láthatunk. A kisfeszültségű fogyasztók között a legnagyobb fogyasztást a háztartások villamosenergia-felhasználása képviseli (1990-

1.3.-4. ábra A nem mérésköteles (döntően kisfeszültségű) fogyasztók napi terhelési görbéje

ben a termelt villamos energia 25 %-át fogyasztották el a háztartások, vagyis - a 1.3.-2. ábra szerint - többet, mint önmagában bármelyik nagyfeszültségű ipari fogyasztói csoport).

31


Elektrotechnika MA

A háztartási hőtároló berendezések felfűtésvezérlésének A

háztartási

fogyasztás

napi

alakulása

viszonylag

eszközei hazai gyakorlatban az egyes fogyasztókhoz vagy

kismértékben befolyásolható. Ennek egyik hatásos - és hazai

fogyasztói

gyakorlatban is alkalmazott - módszere a háztartási hőtároló

korszerűbb, - de viszonylag nagy beruházás-igényessége

csoportokhoz

felszerelt

kapcsolóórák,

ill.

a

berendezések (bojlerek és hőtároló villamos kályhák) üzemé-

miatt csak mérsékelt ütemben terjedő - hangfrekvenciás köz-

nek oly módon való vezérlése, hogy azok éjszaka - tehát a

ponti vezérlés.

rendszer terhelési völgyidőszakában - üzemeljenek. E mód-

A villamosenergia-fogyasztás struktúrájának a 1.3.-2. ábrán

szer alkalmazása energetikailag azért előnyös, mert a hőtá-

bemutatott adatai egy adott év tényhelyzetét tükrözik. Az

roló berendezések fogyasztása így nem a rendszer szempont-

egyes fogyasztói csoportok tényleges villamosenergia- fel-

jából kritikus csúcsidőszakban jelentkezik, hanem kitölti a

használása természetesen évről évre változik, azonban a

terhelési völgyet, vagyis növeli a rendszer terhelésének

fogyasztás e csoportok közötti megoszlásának arányai csak

egyenletességét (nő a csúcskihasználási óraszám).

viszonylag hosszabb távon módosulnak különféle, a fogyasztási szerkezetet befolyásoló műszaki, gazdasági tényezők hatására.

Az egy lakosra jutó bruttó villamosenergia-fogyasztás évenkénti változását 1951 és 1990 között a 1.3.-5. ábra szemlélteti. Az ENSZ 1998 évi statisztikai adatai alapján e vonatkozásban Magyarország az európai "középmezőnyben" foglal helyet. 1988-ban, hazánkban az egy lakosra jutó bruttó villamosenergia-fogyasztás 3579, míg 1997-ben 3412kWh. Ez az

érték,

pl.

Franciaországban

5977kWh,

Ausztriában

5765kWh, Svájcban 7358kWh volt ugyanebben az évben. Érdekes, hogy a világ országai között ez a mutató Norvégiában a legnagyobb (1988-ban 24 367kWh/lakos), ott ugyanis meglehetősen sok erőmű - elsősorban vízi erőmű - üzemel, lakosainak száma viszont kevés (mintegy 4 millió).

1.3.-5. ábra Egy lakosra jutó villamosenergia felhasználás változása Magyarországon 1951-1990 között

1.4. Villamosenergia-rendszerek kialakulása, jellemzői 1.4.1. Az együttműködő magyar villamosenergiarendszer főbb jellemzői Az együttműködő magyar villamosenergia-rendszer (a továbbiakban VER) beépített teljesítőképessége 1996ban kereken 7500MW volt. Beépített teljesítőképességnek nevezzük az erőművekben felszerelt generátorok névleges teljesítményeinek összegét MW-ban). E beépített teljesítőképesség 29,5%-át képviselik a széntüzelésű erőművek, 45,3%-át a szénhidrogén (olaj és földgáz) tüzelésű erőművek, 25,4%-ot reprezentál az atomerőműbe beépített teljesítőképesség, míg a vízerőművek részaránya mindösszesen 0,7%.

A VER 45 erőművéből 12 erőmű beépített teljesítőképessége nagyobb 100 MW-nál, ezek a nagy erőművek 1996-ban a rendszer beépített teljes teljesítőképességének 93,8%-át szolgáltatták. A legnagyobb üzemelő erőműveink 1996-os adatok alapján: a Dunamenti Hőerőmű (1870 MW), a Paksi Atomerőmű (1840 MW), a Tisza II. Erőmű (860 MW) és a Mátrai Erőmű (800 MW). A VER erőműveiben 1996-ban termelt villamos energia 29,2%-át energetikai szénféleségekből, 12%-át fűtőolajból, 14,1%-át földgázból, 44,7%-át atomenergiából állították elő.

32


A VER erőművei jelentős mértékű hőszolgáltatói tevékenységet is folytatnak, mind az ipari, mind pedig a kommunális hőigények kielégítésére. Az MVM hő szolgáltatása főleg az utolsó öt évben jelentősen csökkent, elsősorban az ipari igények visszaesése miatt. Ugyanakkor javult a villamosenergia termeléssel kapcsolt hőszolgáltatás aránya. A VER erőművei összesen 45,5 PJ energiát állítanak elő. A kiadott hőből 22 PJ gőzszolgáltatás, 23,5 PJ pedig forróvízszolgáltatás (1996).

Elektrotechnika MA

Az erőművekben termelt villamos energiát a villamos hálózatok szállítják és osztják el. A VER országos alaphálózatának sémája látható a következő ábrán. Az ábrán megfigyelhetjük a 400 kV-os és a 220 kV-os alaphálózat szabadvezetékeit, valamint a 400 kV-os és 750 kV-os rendszerösszekötő ún. kooperációs távvezetékeket is. A következő ábrán bejelöltük a 100 MW-nál nagyobb beépített teljesítőképességű erőműveket is, amelyek egy része a korábban alaphálózati szerepet betöltő 120 kV-os hálózaton keresztül kooperál.

A szomszédos rendszerek közötti kapcsolatok bővülése 1.4.2. Nemzetközi kooperációs villamos energia rendszerek Európában

szükségesség tette a nemzetközi villamos energia forgalom egységes koordinálását és rendszerszintű irányítását, ezért 1962-ben megalakult a KGST tagországok villamos energia

Magyarország a rendszerváltás előtt a volt KGST országok villamosenergia-rendszerei egyesülésének (CDUVERE) volt a tagja. Az egykori KGST országok között már 1953-ban megindult a villamosenergia-átvitel először éppen Magyarország és Csehszlovákia között -, majd a többi ország között is rendre épültek a kisebbnagyobb energiaforgalmat lebonyolító nagyfeszültségű, nemzetközi távvezetékek. Ezek létrehozásának alapvető indoka a szomszédos országok közötti tervszerű, kölcsönös előnyökön alapuló villamosenergia-szállítások lebonyolítása volt.

rendszer egyesülése (VERE) párhuzamos üzemének központi irányító, koordináló szerve a Prágában lévő nemzetközi teherelosztó (CDU). Megjegyezzük, hogy az egyesített rendszer tagja volt az egykori Szovjetunió déli energiarendszere - a 11 nagy villamos energia rendszerének egyike - beépített teljesítőképessége 1990-ben 51 000 MW-ot tett ki. A CDU- VERE-ben, 1990-ben 31 nemzetközi távvezeték üzemelt, a rajtuk elméletileg átvihető teljesítmény 38 700 MVA volt.

33


A CDU-VERE erőműveinek beépített teljesítőképessége 1990-ben 175 000 MW volt, ennek 76%-a hőerőművi, 11%-a vízerőművi, 13%-a pedig atomerőművi teljesítmény. Az 1990-es évben termelt villamos energia 770TWh, az éves energiaforgalom a CDU-VERE országai között 55TWh volt. A CDU-VERE esetében a tervszerű villamosenergiaszállítások beépültek a szállító és vételező országok energiamérlegébe, tehát pl. Magyarország villamosenergia-mérlegének készítésénél elvileg úgy számoltak a tervszerű villamosenergia-importtal, mintha azt egy hazai erőműben termelték volna meg. Mivel a párhuzamos üzemben résztvevő országok közül hosszú időn keresztül csak a Szovjetunió volt villamos energia exportáló, a CDU-VEREben , megvalósult villamos energia szállítások is alapvetően kelet-nyugat irányúak voltak.

Elektrotechnika MA

Ezt a stratégiát tükrözte a nemzetközi összeköttetések viszonylag hosszú, nagy átvivőképességű távvezetékekből kialakult struktúrája is, amely lehetővé tette a tervszerű szállításokat és meghatározott mértékig az üzemzavari kisegítéseket is. Ez a struktúra viszont egyértelműen függő helyzetbe hozta a tagországok villamos energia ellátását a Szovjetuniótól. A CDU-VERE kooperációs üzemének megerősítése céljából épültek meg a Déli Energiarendszert Magyarországgal, majd Lengyelországgal illetve Romániával és Bulgáriával összekötő 750kV-os távvezetékek.

A magyar rendszerösszekötő 750 kV-os távvezeték 1978-ban

Ezen országok villamos energia rendszereivel a magyar VER

került üzembe Albertirsa és a nyugat-ukrajnai Vinnyica alállo-

nem lehetett szinkron kapcsolatban, hiszen a VERE és az

mások között. Bár e vezeték és a végponti berendezéseinek

UCPTE rendszerek ilyen "villamosan laza" összeköttetése

nagy része műszakilag korszerű létesítmény, az együttműködő

különféle technikai okok miatt (például stabilitási problémák)

rendszer üzembiztonsága mégsem nőtt az elvárt mértékben,

nem engedhető meg. Ezért a rendszeres energiacserét ún.

elsősorban a szovjet belső rendszer különböző műszaki prob-

szigetüzemben ill. irányüzemben bonyolítottuk le, ami úgy

lémái miatt. A 750 kV-os vezetéken megnövekedett villamos

történt, hogy vételezéskor a csereteljesítménynek megfelelő

energia szállítások viszont tovább növelték az energetikai

nagyságú fogyasztói területet a saját rendszerünkből le-

függőséget, amely a legnagyobb mértékben a magyar villamos

választottuk és az osztrák vagy a jugoszláv rendszerre

energia rendszert érintette.

kapcsoltuk (szigetüzem), míg energia kitápláláskor ugyanezt

A magyar villamos energia rendszer egyébként a CDU-VERE

megfelelő számú erőművi gépegységgel végeztük el (irány-

tagjaként is együttműködött a szomszédos UCPTE tag rend-

üzem). A szigetüzemre ill. irányüzemre való áttérést a magyar

szerekkel. Energiacserét bonyolított le az osztrák és a

mérnökök által kifejlesztett pszeudó-szinkron automatika

jugoszláv villamos energia rendszerekkel.

alkalmazása tette lehetővé.

Az 1980-as években aszinkron kapcsolatot jelentő egyen-

Az UCPTE (Union pour la Coordination de la Production et du

áramú betét is épült a magyar és osztrák rendszerek között

Transport de l’Electricité) rendszert 1951-ben nyolc nyugat-

(névleges teljesítménye 550 MW).

európai ország (Ausztria, Belgium, Franciaország, Hollandia,

A CDU- VERE rendszer-együttműködés hátrányai voltak: - nagy importhányad, - egyoldalú importfüggőség a volt Szovjetuniótól, - nem elegendő tartalékteljesítmény, amely nem tette lehetővé a villamosenergia-ellátás egyik legfontosabb minőségi jellemzőjének, az 50 Hz frekvenciának a nyugat-európai normáknak megfelelő értékhatárok között tartását, -magyar VER egyoldalúan erős kapcsolata a volt KGST országokkal és igen gyenge kapcsolat az európai országok egyesített villamosenergia-rendszerével az UCPTE-vel.

Luxemburg, a volt Német Szövetségi Köztársaság, Olaszország és Svájc) mértékadó villamos-energia termelő és szállító társaságai hozták létre. Célja, hogy biztosítsák a villamos-energia termelő és átviteli rendszerek optimális és hatékony kihasználását, és hogy elősegítsék a villamosenergia nemzetközi cseréjét. A szervezethez 1978-ban csatlakoztak Spanyolország, Portugália, Görögország és Jugoszlávia villamos társaságai is, így 12 nyugat-európai ország nemzeti villamos energia rendszere üzemel párhuzamosan az UCPTE rendszeregyesülés keretében.

34


Elektrotechnika MA

Az UCPTE keretében kiegyensúlyozott teljesítménymérlegű villamos energia rendszerek valósítanak meg párhuzamos üzemet elsősorban rövid idejű üzemzavari kisegítés, szezonális jellegű villamos-energiacsere, a pillanatnyi gazdaságos villamosenergia-termelést segítő kölcsönös szállítások formájában. E rendszerben a villamos energia rendszeres, huzamos ideig tartó export, ill. import szállításai csak viszonylag kismértékben valósulnak meg. Ezt tükrözi az UCPTE tagországai közötti nemzetközi vezetékek nagyszámú, viszonylag rövid összeköttetésekből kialakított struktúrája is, amely általában nagy tartalékkal stabil párhuzamos üzemet biztosít. 1990-ben az UCPTE rendszer országai között több mint 100 nemzetközi rendszerösszekötő távvezeték üzemelt, kereken 60 000 MVA összátviteli teljesítőképességgel.

A rendszer erőműveinek beépített teljesítőképessége 1990ben kereken 380 000 MW volt, amelynek 48%-a hőerőművi, 27%-a vízerőművi, 25%-a pedig atomerőművi teljesítmény. A rendszer villamos energia termelése 1990-ben 1470TWh, a rendszer országai közötti villamos energia forgalom pedig kereken 120TWh volt. Az UCPTE rendszerrel szinkron kapcsolatban üzemelnek Dánia szárazföldi részei és Albánia. Aszinkron kapcsolatban üzemelnek a NORDEL és Nagy-Britannia hálózataival, tenger alatti nagyfeszültségű egyenáramú kábeleken keresztül. Ez jellemezte kezdetben a kelet-európai rendszerrel is a lehetséges együttműködést, azaz az osztrák és cseh valamint az osztrák és a magyar hálózat közötti egyenáramú betéteken át. A nem UCPTE országokkal 1990-ben lebonyolított villamos energia forgalom elérte a 24TWh-t.

1990-ben a magyar, 1991-ben a lengyel, a cseh és a szlovák villamosenergia-társaságok bejelentik csatlakozási szándékukat az UCPTE-hez. 1992-ben a négy ország villamosenergiatársaságai megalakítják az együttműködés intézményes formáját" a CENTREL-t. 1993-ban politikai és gazdasági problémák miatt a CDU-VERE szinkron üzemben működő villamosenergia-rendszeregyesülés szétvált. Igen komoly szakmai előkészületek után 1995 elejére megteremtődött a lehetősége az UCPTE-vel párhuzamosan kapcsolásnak is, majd 1995. október 18-án a CENTREL rendszeregyesülést szinkron próbaüzem jelleggel össze-kapcsolták az UCPTE-vel. A közel egy éves párhuzamos próbaüzem sikeres lezárása után a CENTREL országok villamosenergia-rendszerei szinkron üzemben együtt járnak az UCPTE rendszerrel.

A centrel helyzete Euróbában

1.5. A villamosenergia rendszer irányítása

A NORDEL a skandináv országok (Svédország, Norvégia,

A

Dánia, Finnország és Izland) villamos energia rendszer-

felépítésűek. A kooperációs rendszer alapja a nagy-

egyesülése. A beépített erőművi teljesítőképesség 1990-ben

feszültségű hurkolt alaphálózat, amely a teljesítményt a

85 000 MW volt, ennek 30%-a hőerőművi, 55%-a vízerőművi,

főelosztó hálózati csomópontokig szállítja és amelyhez a

15%-a atomerőművi teljesítmény. A rendszerben 1995-ben

közcélú nagy erőművek csatlakoznak. A főelosztó és az

272TWh

villamos

energiát

termeltek,

mennyisége ebben az évben 30TWh volt.

az

energiacsere

modern

villamosenergia-rendszerek

hierarchikus

elosztó hálózat jellemzően sugaras kialakítású és nagy, illetve középfeszültségű. Ebből a hálózatból vételeznek a nagy ipari fogyasztók és a közcélú fogyasztói transzformátor állomások. A kommunális fogyasztók a kisfeszültségű elosztóhálózatra kapcsolódnak.

35


Elektrotechnika MA

A kooperációs energiarendszer üzemének e központi irányító A nemzeti kooperációs energiarendszerek az alaphálóza-

és ellenőrző szervére azért van szükség, hogy a fogyasztók

tukon keresztül nemzetközi kooperációban egyesülnek, így

mindig a leggazdaságosabban termelt, átvitt és elosztott villa-

igen nagy kiterjedésű, esetenként földrésznyi nagyságú

mos energiát kapják, az előírt frekvencia- és feszültséghatárok

rendszeregyesülések alakulnak ki.

betartásával. Ezeknek mindenkor kellő áttekintése van az

Az együttműködő energiarendszerek biztonságos, jó minő-

energiarendszer egészéről. A teherelosztónak ehhez megfele-

ségű villamosenergiát optimális körülmények között szolgál-

lő információval kell rendelkeznie az energiarendszer erőmű-

tató üzemének fenntartása olyan méretű irányítási feladat,

veinek, illetve fontosabb, csomópont jellegű álállomásainak pil-

amely hierarchikus felépítésű rendszerirányítással oldható

lanatnyi teljesítményhelyzetéről a csomópontok feszültségéről,

meg.

a rendszer frekvenciájáról, az erőművek és alállomások pilla-

Az energiarendszer erőműveinek és hálózatainak üzemirányítását és az üzemmenet állandó ellenőrzését a teherelosztók végzik.

natnyi teljesítményhelyzetéről, villamos kapcsolási állapotáról stb. Ezeket az információkat a teherelosztó a különféle távbeszélő-, távmérő- és távjelző-összeköttetéseken keresztül kapja meg.

Kiterjedt kooperációs energiarendszerben egyetlen teherelosztó technikailag nem képes a rendszer egészét összefogni, ezért az együttműködő rendszeren belül a teherelosztók többsíkú megosztásban végzik a feladataikat. A körzeti alteherelosztó (vagy közismertebb nevén körzeti diszpécser szolgálat - KDSZ) a főelosztó-hálózat és az elosztóhálózat valamely elhatárolt körzetének, illetve ugyanerre a hálózatra dolgozó kisebb helyi erőműveknek az üzemirányítását végzi. A főelosztó-hálózat növekedésével a KDSZek a középfeszültségű elosztóhálózatok közvetlen üzemirányítását átadják az e célból létrehozott üzemirányító központnak (ÜIK).

Az országos teherelosztó közvetlen irányítása alá tartoznak az országos erőművek, az országos alaphálózat, valamint a körzeti alteherelosztók. A nemzetközi főteherelosztó az országos teherelosztók közbeiktatásával végzi a nemzetközi kooperáció üzemirányítását és ellenőrzését. A magyar villamosenergia-rendszer központi üzemirányítását Országos Villamos Teherelosztó (OVT, MAVIR – Magyar Villamosenergia-ipari Rendszerirányító Rt.) végzi. Az OVT főbb üzemirányítási feladatai: - az alaperőművek-; - az országos alaphálózat-; - a nemzetközi kooperációs összeköttetések-; - a körzeti teherelosztók (KDSZ) üzemvitelének operatív irányítása.

A magyar energiarendszer operatív üzemirányításának kapcsolati rendszere a 1.5.-1. ábrán látható. Az OVT állandó kapcsolatot tart a szomszédos országok nemzeti teherelosztóival is.

I

A hazai rendszeren belül közvetlen kapcsolata a 1.5.-1. ábrán I.-gyel jelölt szinten található objektumokkal, (alaperőművek, KDSZ-ek, az országos alaphálózat csomóponti alállomásai) van. A II. szintet közvetlenül a KDSZ-ek

II

irányítják, a III. szinten elhelyezkedő közép-feszültségű elosztóhálózat

operatív

üzemirányítását

az

üzemirányító

központok (ÜIK) végzik, míg a fogyasztók általában a KDSZ-

III

ekkel állnak kapcsolatban. (Ez a kapcsolat közvetlenül csak az ipari nagyfogyasztókkal kiépített.)

1.5.-1. ábra A VER operatív üzemirányításának rendszere

36


Elektrotechnika MA

A gazdaságos teherelosztás egyik eszköze az erőművek számára készített napi menetrend. A teherelosztó - több éves A

teherelosztónak

egyrészt üzem-előkészítő,

másrészt

közvetlen üzemirányító és ellenőrző feladatai vannak. Az üzem-előkészítő munka során fel kell mérni a fogyasztói teljesítményigényeket, ehhez biztosítani kell az erőművi teljesítmények rendelkezésre állását a karbantartások és egyéb munkák figyelembevételével, meg kell tervezni az erőművek közötti gazdaságos teherelosztást, össze kell állítani a szükséges hálózatképet, koordinálni kell az erőművi és hálózati karbantartási, javítási munkákat.

mérési

eredmények

birtokában,

statisztikai

számítások

segítségével, valamint az erőművi gépegységek várható rendelkezésre állásának ismeretében az erőművek számára előre olyan menetrendet készít, amely előírja az erőmű következő napi terhelésének lefutását. A kérdéses üzemi napon azután a menetrendnek megfelelően, a jellemző paraméterek figyelembevételével vezénylik az üzemtartást. Az üzem-előkészítési feladatokat a teherelosztónak naponta el kell végezni, mindig a következő napi optimális rendelkezésre állás és a zavartalan üzemmenet biztosítása érdekében. Ezen kívül hosszabb távú (heti, havi és éves szintű) üzem-előkészítési terveket is ki kell dolgozniuk.

A közvetlen üzemirányítási és ellenőrzési munka során

A villamosenergia-termelés optimalizálásához a bonyolult

folyamatosan ellenőrizni kell az erőművek menetrendtartását, a

nemzetközi és hazai hálózat üzembiztos működésének

hálózat feszültségét és frekvenciáját, a teljesítmény elosztását,

ellenőrzéséhez és korszerű üzemirányításához ma már egyre

és szükség esetén azonnali beavatkozásokat kell foganatosí-

inkább szükséges munkaeszközzé válik a számítógép.

tani a kívánt paraméterek biztosítása érdekében. A teher-

Elsőként a 1.5.-1. ábrán I-gyel jelölt szint objektumainak

elosztó feladatát képezi az üzemi berendezések (kazán,

számítógépes irányítása realizálódott az OVT-ben elhelyezett

turbina, generátor, transzformátor, távvezeték) karbantartási

folyamatirányító számítógép segítségével. A folyamatirányító

munkálatainál a berendezések leállításának és újbóli üzembe

számítógép alkalmazásának kulcskérdése a megfelelő táv-

helyezésének engedélyezése. Üzemzavarok esetén azonnali

közlési kapcsolatok kiépítése, mivel ez ad lehetőséget arra,

intézkedésekkel kell a zavar kiterjedését megakadályozni, a

hogy az alaperőművi blokkokat és az alaphálózat csomóponti

fogyasztók energiaellátását a lehető leggyorsabban helyre-

alállomásait közvetlenül (on-line) a rendszerszabályozásba be

állítani.

lehessen vonni.

Az OVT főbb üzemirányítási feladatai a következők: a) Adatgyűjtés és feldolgozás -Távmérés: végső kiépítésben 650 digitális mérés fut be ez OVT -be (pl. erőművek wattos és meddő teljesítményei, erőművi és alállomási gyűjtősínek feszültségei, fontosabb távvezetékek terhelései stb.). A számítógép gyűjti és rögzíti a távmérési információkat. -Távjelzések: az alállomási kapcsoló-berendezések állásjelzéseit, valamint a védelmek és automatikák jelzéseit gyűjti a gép. -Távszámlálás: a nemzetközi kooperációs pontokon átáramló energia meghatározott időtartamra vonatkozó értékeit rögzíti a gép és elvégzi az ezekkel kapcsolatos elszámolási műveleteket.

b) Megjelenítési és naplózási feladatok Képernyőn jeleníti meg a kívánt adatokat (pl. a távmérés adatait), elvégzi az előre meghatározott adatok gépi naplózását. c) Hálózatfelügyelet Egyrészt tájékoztat a hálózat tényállapotáról másrészt megfelelő szimulációs programok futtatásával előre megvizsgálhatók egy kívánt hálózati üzemállapot beállításának következményei. d) Az energiarendszer szabályozása Egyrészt biztosítja a termelés és fogyasztás állandó frekvencián való egyensúlyát (szekunder szabályozás), másrészt az erőművi blokkok terhelését úgy szabályozza, hogy a villamosenergia-termelés rendszer szinten gazdasági optimumot eredményezzen (tercier szabályozás).

37


Elektrotechnika MA

A szabályozási műveletek során együttműködik az erőművi belső számítógépekkel oly módon, hogy azokkal szemben mindig elsőbbséget élvez, ami természetes is, hiszen az energia rendszer egészének érdekei mindig magasabb rendűek, mint az egyes erőművek érdekei. Az aktuális fogyasztási és import adatok megtekinthetőek a www.mavir.hu honlapon.

1.6. Villamos-energia törvény (VET) 2001. évi CX. törvény a

villamos

energia

szolgáltatásáról,

termeléséről,

egységes

szállításáról

szerkezetben

a

és

végre-

hajtásáról szóló 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelettel I. Fejezet BEVEZETŐ RENDELKEZÉSEK II. Fejezet KÖZIGAZGATÁSI HATÁSKÖRÖK

III. Fejezet

VIII. Fejezet,

VILLAMOSENERGIA-ELLÁTÁS

A TEVÉKENYSÉGEK SZÉTVÁLASZTÁSA

IV. Fejezet ENGEDÉLYEZÉS V. Fejezet AZ IDEGEN INGATLANOK TULAJDON- ÉS HASZNÁLATI JOGÁNAK KORLÁTOZÁSA

IX. Fejezet AZ ENGEDÉLYES VÁLLALKOZÁSOKBAN TÖRTÉNÖ RÉSZESEDÉSSZERZÉSEK KORLÁTOZÁSA X. Fejezet

VI. Fejezet

A VILLAMOSENERGIA-ELLÁTÁS ZAVARA

A KÖZÜZEMI SZOLGÁLTATÁS

XI. Fejezet

VII. Fejezet

MŰSZAKI-BIZTONSÁGI RENDELKEZÉSEK

ÁRMEGÁLLAPÍTÁS, ÁRSZABÁLYOZÁS

XII. Fejezet ZÁRÓ RENDELKEZÉSEK

38


3. Váltakozó áramú áramrendszerek 3.1. A szinuszosan váltakozó áramú körök számítása

Elektrotechnika MA

Az  kezdő fázisszög határozza meg a feszültség értékét a t=0 pillanatban. Az ábrán a szinuszos váltakozó feszültség kezdő fázisszöge

3.1.1. Az impedancia fogalma, reaktancia



Az időben szinuszosan váltakozó feszültséget a követ-

  60 3

kező összefüggéssel írhatjuk le :

u (t )  U max sin(t   ) A függvényben Umax a feszültség maximális (csúcs)

U  () 

értéke, ω a feszültség körfrekvenciája,  pedig a kezdő fázisszög.

um T(2)

Állandó feszültségről táplált hálózatainkon az áram nagyságát (Imax) és a feszültséghez viszonyított szöghelyzetét () a terhelés, más néven a fogyasztás nagysága és milyensége határozza meg. Az áram jellegének leírására szolgáló egyenlet :

i (t )  I max sin(t     )

Egy R ellenálláson átfolyó áram és a sarkain fellépő feszültség között váltakozó feszültség esetén is minden pillanatban az Ohm-törvény által meghatározott nagyság áll fenn. A feszültség és az áram jelalakja azonos és fáziseltérés

A  fázisszög pozitív előjelű, ha a terhelés induktív jellegű,

nincs közöttük =0.

azaz az áram késik a feszültséghez képest és ha negatív előjelű, akkor a terhelés kapacitív jellegű, azaz az áram siet a feszültséghez képest.

39


Elektrotechnika MA

Egy L induktivitáson átfolyó áram és a kapcsain levő feszültség közötti összefüggés tetszőleges jelalak esetén:

u (t )  L

Látható, hogy az induktivitás feszültsége is szinuszosan váltakozik, de nincs fázisban a rajta átfolyó árammal, hanem 90o-kal siet az áramhoz képest. (Ez a fáziseltérés egyszerű fizikai kép alapján is könnyen értelmezhető. Az induktivitás

di (t ) dt

feszültségét az áramával arányos fluxus változása indukálja (A gerjesztési törvény szerint N = Li ). Amikor az áramnak maximuma van, akkor a változása a di/dt éppen nulla, tehát az

Ha az áram szinuszos változású, azaz :

indukált feszültség is nulla. Az áram változása a nullátmenet-

i (t )  I max sin(t )

kor a legnagyobb, az indukált feszültség ekkor éri el a csúcsértékét.)

a feszültség:

 u (t )  L  I max  cos(t )  U max sin(t  ) 2

U max 2U U   L  XL I max I 2I

2

A feszültség és az áram maximális értékének viszonya az induktív reaktancia:

U max  L  X L I max

Egy C kapacitás feszültségét minden pillanatban meghatározza a töltése:

u (t ) 

A gyakorlatban a feszültség effektív értékét (U), és az áram effektív értékét (I) használjuk. (Emlékeztetőül: valamely váltakozó

áram

effektív

értéke

a

jel

egy

periódusra

A töltés és az áram időfüggvényeinek kapcsolata:

meghatározott négyzetes középértéke. Fizikailag az effektív

q (t )   i (t ) dt

érték azt az egyenáram nagyságot jelenti, amely egy ellenálláson a periódusidő alatt a váltakozó áram által termelt hővel azonos mennyiségű hőt termel. Szinuszosan váltakozó jel effektív értéke a csúcsérték

2 -ed része.) A reaktancia

Az előző összefüggésbe beírva megkapjuk a kapacitás feszültségének és áramának összefüggését :

értéke az effektív értékekkel kifejezve:

U XL  I

q (t ) C

u (t ) 

H V mértékegys ége   s A

1 i (t ) dt C

A kapacitás feszültsége is szinuszosan változik, de 90°-kal Szinuszosan váltakozó áramot behelyettesítve:

1 1 1 u (t )   I max sin(t )dt  I max  cos(t ) C C 

késik az áramához képest. A 90°-os fáziseltérés egyszerű fizikai kép alapján is értelmezhető. Az áram negatív nullátmenetkor előjelet vált. Előzőleg pozitív volt a kapacitás töltése és a feszültsége növekedett, utána negatív lesz a töltése, a kapacitás ki fog sülni, ami a töltés és a feszültség csökkenését jelenti. Az elmondottakból következik, hogy az

Szinusz függvényre és effektív értékre áttérve:

u (t )  2

1 I sin(t   / 2) C

áram nullátmenetekor a feszültségnek éppen maximuma van, vagyis a fáziskülönbség 90°. A feszültség és az áram effektív értékeinek a hányadosa a kapacitív reaktancia :

XC 

U 1  I  C

mértékegysége

s  F

40


Elektrotechnika MA

Ellenállást (R) és reaktanciát (X) tartalmazó terhelés esetében a feszültség és az áram hányadosa az impedancia,

3.2. Egyfázisú váltakozó áram

amelynek jelölése : Z. Az ellenállás (R) és a soros reaktancia (X) esetében az impedancia (Z) nagyságának az értéke: A következőkben csak szinusosan váltakozó mennyi-

Z  R2  X 2

ségekkel foglalkozunk, egyrészt mert az erősáramú

Az áram feszültséghez viszonyított helyzetét az impedancia jellege határozza meg. A fázishelyzetet megadó szög értéke:

R cos   Z

R   arccos Z X illetve   arctg R

gyakorlatban

a

legtöbbször

ezek

fordulnak

elő,

másrészt mert minden periodikusan váltakozó mennyiség a Fouriersorfejtéssel egy állandóra és sok, különböző frekvenciájú, szinusosan váltakozó mennyiségre bontható.

Az időben szinusosan váltakozó mennyiségeket az ismert

3.2.1. Forgó síkvektorok

módon, forgó síkvektorokkal ábrázolhatjuk. A forgó síkvektor vetülete (egy tetszőlegesen felvett tengelyre) adja a váltakozó

Az időben szinusosan váltakozó feszültséget az

u (t )  U max sin t

mennyiség pillanatértékét. (A forgó síkvektort szinornak nevezzük.)

egyenlet írja le. Ha az áram  szöggel késik a feszültséghez képest, akkor az áram időfüggvénye:

i (t )  I max sin(t   )

A szinusosan váltakozó mennyiség effektív értéke (négyzetes középértéke) a maximális érték gyök-ketted része. Az effektív feszültség érték tehát :

U

U max 2

A vektorábrák felrajzolása csak akkor egyértelmű, ha a kapcsolási rajzba a pozitív irányokat is berajzoljuk. Példaképpen fogyasztóból

vizsgáljunk álló

egyszerű

egy

termelőből

áramkört

és

(3.2.1a

egy ábra).

Tételezzük fel, hogy a fogyasztó induktív jellegű, tehát a Az effektív áramerősség pedig:

I

I max

fogyasztó árama késik a kapocsfeszültséghez képest. A

2

felvett pozitív irányokkal a fogyasztói körre a jól ismert vektorábrát kapjuk (3.2.1b ábra). Minthogy a termelő IT

Minthogy számításainkban legtöbbször effektív értékek

áramának pozitív irányát az I tényleges áram iránnyal

szerepelnek, és a műszerekről is ez olvasható le, ezért a

ellentétesen vettük fel, ezért a termelői kör vektorábrájában

váltakozó mennyiségeket ábrázoló vektorábrákat célszerű a

az áram iránya ellentétes a fogyasztói kör áramának

maximális értékekkel arányos effektív értékekkel megrajzolni.

irányával (3.2.1c ábra).

41


Elektrotechnika MA

B a., ábra

T

IT

+ U φF

3.2.2. Komplex írásmód

U

F

IF

+

A

U φT=180°-φF

IF

Célszerű a feszültséget és az áramot ábrázoló forgó vektorokat komplex alakban megadni. A pillanatértékek komplex kifejezése:

+j

+j

u (t )  U max e j (t  )

IT b., ábra

i (t )  I max e j (t   )

c., ábra

3.2.1. ábra Felvett pozitív irányoknak megfelelő fogyasztói és termelői vektorábra

2 -ed

A komplex amplitúdót, ill. annak A komplex feszültség, ill. áram a t = 0 időpillanatban:

u (0)  U max e i (0)  I max e

j

ábrán a komplex effektív értékek fázorjait ábrázoltuk. Minthogy az áram fázishelyzetét a feszültséghez szoktuk

 U max

j (  )

részét, a komplex

effektív értéket, álló síkvektor ábrázolja, neve fázor. A 3.2.2a

 I max

viszonyítani,

ezért

célszerű

a

koordináta-rendszert

úgy

felvenni, hogy a feszültségfázor a pozitív valós tengely irányába essék (3.2.2b ábra). Ekkor  = 0, és a komplex effektív érték :

Látható, hogy  a feszültség, - az áram kezdő fázisszöge.

U U I  Ie  j

A feszültség, ill. áram szinorát, a t=0 pillanatban leíró komplex értéket komplex amplitúdónak nevezzük, és Umax, ill. Imax -al jelöljük. 3.2.2a.,

3.2.2b.,

A feszültség és az áram komplex időfüggvénye a komplex

Az összefüggésből látjuk, hogy a komplex szám képzetes

amplitúdókkal kifejezve :

része éppen a pillanatértéket adja. Ezt matematikailag az

u (t )  U max e és

j (t  )

 U max e

j t

i(t )  I max e j (t   )  I max e jt

Az Euler-reláció értelmében,  = 0 választással:

u (t )  2Ue jt  U max cos t  jU max sin t u (t )  2U cos t  j 2U sin t

u (t )  Im( 2Ue jt )  2U sin t kifejezéssel írhatjuk fel. Itt az Im jelzés mutatja, hogy a mögötte álló kifejezésnek csak a képzetes részét kell figyelembe venni (Im az imaginárius = képzetes szó rövidítése). Hasonló módon írjuk fel az áram pillanatértékét is:

i(t )  Im( 2 Ie jt ), mivel I  Ie j , ezért i(t )  Im( 2Ie j  e jt )  Im( 2Ie j (t  ) )  2I sin(t   )

42


Elektrotechnika MA

Ha

u (t )  U max sin t  2U sin t

3.2.3. Teljesítmény és Könnyen kimutatható, hogy az egyfázisú váltakozó áram teljesítménye az időben periodikusan változik. A teljesítmény időbeni változását leíró görbe a wattgörbe.

i (t )  I max sin(t   )  2 I sin(t   ) akkor

p (t )  2UI sin t  sin(t   )

Ha u(t) és az i(t) pozitív irányát egyezőnek választjuk, a fogyasztott pillanatnyi teljesítmény időfüggvénye :

p(t )  u (t )  i(t )

I.

Ámde:

sin(t   )  sin t  cos   cos t  sin 

Ennek figyelembevételével:

p (t )  UI (2 sin 2 t  cos   2 sin t  cos t  sin  ) de mivel

2 sin 2 t  1  cos 2t , és 2 sin t  cos t  sin 2t Így végezetül az egyfázisú váltakozó áram pillanatteljesítménye:

p(t )  UI cos  (1  cos 2t )  UI sin   sin 2t

A jobb oldal első tagja olyan 2ω körfrekvenciával lengő coszinusgörbe,

amelyiknek

a

szimmetriatengelye

az

A meddő teljesítmény egysége a Var (voltamper reaktív, reaktív = nem hatásos)

időtengely felett UI·cos magasságban van, és e körül leng

A következő ábrán felrajzoltuk a hatásos és a meddő

UI·cos amplitúdóval. A görbe időtengely feletti átlaga ép-

teljesítmény görbéjét, valamint e két görbe eredőjét, a

pen a hatásos teljesítmény:

wattgörbét.

P  UI cos 

(W )

II.

A jobb oldal második tagja 2ω körfrekvenciával lengő UI·sin amplitúdójú szinusgörbe, de ennek a szimmetriatengelye az időtengely, így átlagértéke nulla. Ez a meddő teljesítmény. Minthogy a meddő teljesítménynek nincsen átlagértéke, ezért az amplitúdójával jellemezzük:

Q  UI sin 

(VAr )

A (I.)-et másképpen is átalakíthatjuk. Ugyanis a trigono1 sin  sin   cos(   )  cos(   )

metriából ismert mintára, hogy

2

1 sin t sin( t   )  cos   cos( 2t   ) 2 Helyettesítéssel:

p (t )  UI cos   UI cos( 2t   )

III.

43


Elektrotechnika MA

A jobb oldal első tagja a hatásos teljesítmény. Ez a wattgörbe szimmetria tengelye, e körül leng 2ω körfrekvenciával az a coszinusgörbe, amelyiknek az amplitúdója UI a látszólagos teljesítmény:

S  UI

(VA)

IV.

A látszólagos teljesítmény egysége a VA (voltamper). A (III.)-al felírt wattgörbe a fogyasztóra adja meg a teljesítmény időbeni változását. A 3.2.1c ábrára pillantva láthatjuk, hogy a termelőben a fáziseltolás mértéke 180°-,. ezért a termelőre a wattgörbe egyenlete:

p (t )  UI cos(180   )  UI cos(2t  (180   )) ill.:

Tehát - mint ahogyan az várható volt - a fogyasztói wattgörbének tükörképe a termelői wattgörbe.

p (t )  UI cos   UI cos ( 2ωt  )

A (II.) és (IV.)-ből láthatjuk, hogy a hatásos és a látszólagos teljesítmény hányadosa a teljesítménytényező:

P  cos  S Komplex alakban is felírhatjuk a teljesítményt. Ha a komplex feszültség U  Ue j a komplex áram pedig I  Ie j (  ) akkor a komplex teljesítményt megkapjuk, ha a feszültséget az áram konjugáltjával megszorozzuk: *

S  U  I  Ue j  Ie j (  )  UIe j S  UI cos   jUI sin 

A komplex teljesítmény valós része a hatásos teljesítmény (P), képzetes része a meddő teljesítmény (Q), abszolút értéke pedig a látszólagos teljesítmény (S): *

S  U  I  UI cos   jUI sin   P  jQ

| S |  | P  jQ |

| S |  S  P2  Q2 Feszültség u(t), áram i(t) és a teljesítmény p(t) időfüggvénye

44


Elektrotechnika MA

3.3. Háromfázisú rendszer

A gyakorlatban, a villamos energia termelésében, elosztásában és felhasználásában csaknem kivétel nélkül a háromfázisú rendszer terjedt el. Ennek okát nemcsak a háromfázisú energiaátvitel gazdaságosságában, hanem a háromfázisú aszinkron motorok nagy üzembiztonságában kell keresnünk. Szimmetrikusnak mondjuk a négyvezetékes rendszert, ha a 3.3.1. ábrán látható vezetékek között a feszültségek időbeni lefolyása rendre: Egyfázisú teljesítmény p(t) és összetevői időfüggvénye

u A (t )  U max sin t  2U sin(t ) u B (t )  U max sin(t  120)  2U sin(t  120) uC (t )  U max sin(t  240)  2U sin(t  240) Tehát az uA feszültséghez képest az uB 120°-kal, az uC pedig 240°-kal késik (3.3.2. ábra).

A komplex írásmóddal is felírhatjuk a három feszültséget. Mutasson UA komplex effektív érték a pozitív valós tengely irányába, ekkor a feszültségek komplex effektív értékei rendre:

U A  U e  j 0  U

U B  U e  j120

U C  U e  j 240 

Háromfázisú rendszer feszültségeinek komplex effektív értékeit leíró álló síkvektorok (fázorok).

3.3.2 ábra A háromfázisú rendszer

Ha a pozitív valós tengely függőlegesen felfelé mutat, akkor a

Feszültségeinek időbeni változása

három feszültségvektort a 3.3.3. ábrán látható módon lehet ábrázolni.

Pozitívnak mondjuk a fázissorrendet, ha az óra járásával ellentétes irányban forgó vektorok egy képzelt jel előtt A; B;

3.3.1. Csillagkapcsolás (Y kapcsolás)

C sorrendben haladnak el. Negatív a fázissorrend, ha a képzelt jel előtt az egyes vektorok A; C; B sorrendben

a) Csillagkapcsolás kivezetett csillagponttal

haladnak el.

Kapcsoljunk a négy vezetékes háromfázisú rendszerre három-három különböző értékű impedanciát (3.3.1.1. és 3.3.1.2. ábra) ( Z A  Z B  Z C ), és határozzuk meg az AB; B-C és C-A kapcsok közötti feszültséget! A huroktörvény:

3.3.1. ábra Négyvezetékes háromfázisú rendszer 3.3.3. ábra A háromfázisú rendszer feszültségvektorai

az I. körre

U A  U AB  U B  0

a II. körre

U B  U BC  U C  0 U C  U CA  U A  0

és a III. körre

45


E három egyenletből rendre :

Elektrotechnika MA

Az UA, UB és UC feszültséget fázisfeszültségnek, az UAB , UBC

U AB  U B  U A

és az UCA feszültséget vonali (láncolt) feszültségnek nevezzük.

U BC  U C  U B

I.

A (I.) alapján felrajzolhatjuk a fázis és a vonali feszültségek vektorábráját (3.3.1.3. ábra). Láthatjuk, hogy a vonali feszült-

U CA  U A  U C

ségek is 120°-os szöget zárnak be egymással, ezért a vonali feszültségekből alkotott háromszög szabályos háromszög. E szabályos háromszög középpontja a fázisfeszültségek nullapontja : a csillagpont (3.3.1.4. ábra). A fogyasztók áramainak komplex amplitodói rendre:

3.3.1.2. ábra

3.3.1.1 ábra Csillagkapcsolás

IA 

UA ZA

IB 

UB ZB

IC 

UC ZC

kivezetett csillagponttal

A 3.3.1.1. ábrára pillantva láthatjuk, hogy a fogyasztókon keresztülfolyó áram, a fázisáram, megegyezik a vonalon folyó ún. vonali árammal. Az N-nel jelzett nullavezetéken folyó áramot megkapjuk, ha a 0 csomópontra felírjuk a csomóponti egyenletet (3.3.1.1. ábra):

I0  I A  I B  IC

Minthogy a háromfázisú rendszer szimmetrikus, a fázisfeszültségek abszolút értékei egyenlők egymással: 3.3.1.3. ábra

| U A | |U B | |UC |  U f

3.3.1.4. ábra

A vonali feszültségek is 120°-os szöget zárnak be egymással. A szabályos háromszög középpontja a fázisfeszültségek

Hasonló módon a vonali feszültségek abszolút értékei is egyenlők egymással:

| U AB |  | U BC |  | U CA |  U v

nullapontja : a csillagpont

Könnyen megállapíthatjuk az Uf fázisfeszültség és az Uv vonali feszültség abszolút értékei közötti kapcsolatot a 3.3.1.4. ábra vonalkázott egyenlő szárú háromszögében:

b) Csillagkapcsolás kivezetett csillagpont nélkül (Háromvezetékes rendszer) Szimmetrikus terhelés esetén (3.3.1.5. ábra).

Z A  Z B  ZC

U AB  U v  2U f cos 30  3U f

Ekkor a szimmetria miatt a fogyasztóra jutó fázisfeszültségek és a vonali feszültségek abszolút értékei egyenlőek egymással:

U f  |U A ||U B ||UC |

U v  | U AB |  | U BC |  | U CA |

46


Elektrotechnika MA

U v  3U f

továbbá:

A fogyasztók fázisáramainak abszolút értékei pedig:

| I A |  | I B |  | I C | I f  I v 

Uf |Z |

Az egyes fázisáramok az impedanciák jellegétől függően  szöggel késnek vagy sietnek a saját feszültségükhöz képest,

3.3.1.5. ábra Csillagkapcsolás

és a csillagpont a vonali feszültségekből alkotott szabályos

kivezetett csillagpont nélkül

háromszög középpontjában van (3.3.1.6. ábra).

3.3.1.6. ábra

Aszimmetrikus terhelés esetén a vonali feszültségekből alkotott háromszög megmarad szabályos háromszögnek, mert a hálózat feszültsége rögzített, de az impedanciák különbözősége miatt a fogyasztók fázisfeszültségei aszimmetrikusak. Emiatt a csillagpont (0) most nem esik egybe a szabályos háromszög (K) középpontjával. Tételezzük fel, hogy a csillagpont U0 feszültséggel tolódott el (3.3.1.6. ábra). Ha a szimmetrikus fázisfeszültségeket vesszővel, az aszimmetrikus fázisfeszültségeket vessző nélkül jelöljük, akkor a huroktörvény alapján :

3.3.1.7. ábra Aszimmetrikus terhelés hatására A csillagpont a szabályos háromszög súlypontjából eltolódik

Fázisfeszültségek :

U A  U 'A  U 0

Ez a három egyenlet négy ismeretlent tartalmaz. A negyedik

U B  U 'B  U 0

egyenletet a csillagpontra felírt csomóponti törvény adja:

U C  U 'C  U 0 Ha az egyes fázisimpedanciák : Fázisáramok :

Z A ; Z B ; ZC

IA 

U A U ' A U 0  ZA ZA

IB 

U B U 'B U 0  ZB ZB

U U ' U 0 IC  C  C ZC ZC

I A  I B  IC  0 Ide behelyettesítve a fázisáramok értékét:

U ' A  U 0 U 'B  U 0 U 'C  U 0   0 ZA ZB ZC Ha az impedanciákkal tagonként osztunk, akkor rendezés után:

 1 U ' A U 'B U 'C 1 1      U 0     ZA ZB ZC Z Z Z B C   A

47


Elektrotechnika MA

innen a csillagpont-eltolódás:

Optikai fázissorrend-mutató.

U ' A U ' B U 'C   Z ZB ZC U ' Y  U ' B YB  U 'C YC U0  A  A A 1 1 1 YA  YB  YC   Z A Z B ZC A behelyettesítéskor ügyeljünk, hogy a szimmetrikus feszültségek effektív értékeinek álló sík vektorai (fázorai):

U U' A  U f  v 3 U'B  U f e  j120 U'C  U f e  j 240

A szimmetrikus fázisfeszültségek rendre :

U'A  U f U'C  U f e

U fe

1  jY XA

U 0  U f  ( 0,2  0,6 j )

vektorábrát. A vektorábra alapján már könnyen

U f jY  U f Y  e  j120  U f Y  e j120

U0  U f

YA 

rajzoltuk az ábrán látható j120

A csillagpont-eltolódás

U0 

A számítások elvégzése után:

1 R  C 1 YB  YC   Y R XA 

Az előbbi képlet alapján meg-

U'B  U f e  j120  j 240

A gyakorlatban sokszor szükséges a fázissorrendet ismernünk (pl. háromfázisú rendszerek párhuzamos kapcsolásakor). Könnyen megállapíthatjuk a fázissorrendet, ha a hálózatra az ábra szerint két izzólámpát és egy kondenzátort kapcsolunk. Feltételezzük, hogy a két izzólámpa ellenállása megegyezik egymással, és a kondenzátor kapacitív reaktanciájának abszolút értéke megegyezik az izzólámpák ellenállásával, akkor az ábra jelöléseivel :

jY  Y  Y j  e  j120  e j120 1 j U f j2 2 j

megállapítható

a

fázissorrend. Ha A fázisnak nevezzük azt, amelyikbe

a

kondenzátort

kapcsoltuk, akkor az a B fázis, amelyiknek a lámpája fényesebben világít.

3.3.2. Háromszögkapcsolás (Δ kapcsolás)

Szimmetrikus a terhelés, ha a fogyasztók impedanciái azonosak, Z AB  Z BC  Z CA  Z ekkor :

| I AB |  | I BC |  | I CA | I f  A fogyasztókat (impedanciákat) a 3.3.2.1, ill. a 3.3.2.2

Uf Z



Uv Z

ábra szerint is kapcsolhatjuk. Az ábrából látható, hogy ebben az esetben a fogyasztóra jutó feszültség megegyezik a vonali feszültséggel, tehát

U f  Uv 3.3.2.1. ábra

A háromszögkapcsolás

3.3.2.2 ábra

48


Elektrotechnika MA

A fázisáramok az impedanciák jellegétől függően 

Szimmetrikus terhelés esetén a vonali áramok abszolút

szöggel késnek vagy sietnek a saját feszültségükhöz képest

értékei is megegyeznek egymással, és a közöttük levő szög

(3.3.2.3. ábra), tehát a fázisáramok egyenlőek egymással,

120°. A 3.3.2.3. ábrába a vonali áramokat is berajzoltuk. Az

és irányuk 120°-kal tér el egymástól.

ábrára pillantva, beláthatjuk, hogy:

A vonali áramokat megkapjuk, ha a 3.3.2.1. ábra A, B, C

I v  2 I f cos 30  3I f

pontjaira felírjuk a csomóponti egyenleteket:

I A  I AB  I CA

Aszimmetrikus terhelés esetén a fázisáramok rendre:

I B  I BC  I AB

I.

I C  I CA  I BC

A vonali áramokat pedig (I.) egyenletrendszerrel számíthatjuk ki. A behelyettesítéskor ne felejtsük el, hogy:

| U AB | U V  U F

U AB  U v

U AB Z AB

I BC 

U BC Z BC

I CA 

U CA Z CA

3.3.3. Háromfázisú teljesítmény

Minthogy a háromfázisú rendszer három egyfázisúból tevődik össze, ezért a fázis- teljesítmények összege

U BC  U v e  j120 U CA  U v e

I AB 

adja a háromfázisú teljesítményt. Ha az egyes fázisokban az u(t) és az i(t) pozitív irányát

 j 240 

egyezőnek választjuk, a fogyasztott pillanatnyi teljesítmény időfüggvénye :

p(t )  pA (t )  pB (t )  pC (t ) 3.3.2.3. ábra A háromszögkapcsolás vektorábrája

A háromfázisú rendszerben az egyes teljesítmények. A hatásos teljesítmény :

P  PA  PB  PC

A meddő teljesítmény :

Q  Q A  QB  QC

A látszólagos teljesítmény :

S  P2  Q2

p (t )  u A (t )  i A (t )  u B (t )  iB (t )  uC (t )  iC (t )

Szimmetrikus terhelés esetén az egyes fázisok teljesítménye és teljesítmény tényezője azonos, ezért :

PA  PB  PC  U f  I f  cos  és így a hatásos teljesítmény :

P  3  U f  I f  cos 

Hasonló módon : Aszimmetrikus terhelés esetén mindegyik fázisban más

Q A  QB  QC  U f  I f  sin 

és más a fáziseltolás, ezért a

cos  

P PA  PB  PC  S S A  S B  SC

képletből számított közepes teljesítmény tényezőnek fizikai értelme nincsen.

és így a meddő teljesítmény :

Q  3  U f  I f  sin 

Minthogy szimmetrikus terhelés esetén mind a három fázisban azonos a fáziseltolás, ezért :

cos  

P S

49


A vonali értékekkel is kiszámíthatjuk a teljesítményt : Csillagkapcsolásban, mivel a fázis- és vonali mennyiségek : U Uf  v I f  Iv 3 ezért a hatásos teljesítmény : U P  3 v I v cos   3U v I v cos  3 Háromszögkapcsolásban, mivel a fázis- és vonali mennyiségek : I U f  Uv If  v 3

Elektrotechnika MA

Ezek szerint mind csillag-, mind háromszögkapcsolásban a vonali értékekkel kifejezett hatásos teljesítmény:

P  3U v I v cos  Hasonlóképpen kimutatható, hogy a meddő teljesítmény:

Q  3U v I v sin  és a látszólagos teljesítmény:

S  3U v I v

ezért a hatásos teljesítmény : I P  3U v v cos   3U v I v cos  3

A szimmetrikusan terhelt háromfázisú rendszer teljesít-

A B fázis az A-hoz képest 120°-kal késik, ezért pillanatnyi

ményének pillanatértéke az időben nem változik, és meg-

teljesítménye :

egyezik az átlagteljesítménnyel, ugyanis a három pillanatnyi teljesítmény összege:

p (t )  p A (t )  p B (t )  pC (t )

p B (t )  U f I f cos   U f I f cos( 2(t  120)   ) p B (t )  U f I f cos   U f I f cos( 2t  240   ) A C fázis 240o-kaI késik az A-hoz képest, ezért pillanatnyi teljesítménye :

Az A fázis pillanatny teljesítménye az egyfázisú teljesítmény alapján :

pC (t )  U f I f cos   U f I f cos( 2(t  240)   )

p A (t )  U f I f cos   U f I f cos( 2t   )

pC (t )  U f I f cos   U f I f cos( 2t  120   )

Minthogy az egyes fázisok pillanatnyi teljesítményének változó részei egymáshoz 120°-kal eltolt 2 körfrekvenciával lengő cosinusgörbék, ezért összegük minden idő-pillanatban nulla, így valóban a szimmetrikusan terhelt háromfázisú rendszerben a pillanatnyi teljesítmény megegyezik a hatásos teljesítmény értékével :

p (t )  P  3U f I f cos  A pillanatnyi teljesítmény állandósága a háromfázisú rendszer egyik jelentős előnye. Ugyanis P = M·ω összefüggés alapján, a háromfázisú motorok nyomatéka is állandó. Háromfázisú teljesítmény p(t) időfüggvénye

50


Elektrotechnika MA

3.4. Teljesítménytényező 3.4.1. A meddő teljesítményfelvétel káros következményei Mind a fogyasztóknál, mind a termelőknél, mind az átvitelnél jelentkeznek káros következmények. Nevezetesen a transzformátorokat, a generátorokat a látszólagos teljesítmény alapján kell kiválasztani. A látszólagos teljesítmény pedig :

S  P2  Q2 Háromfázisú teljesítmény p(t) időfüggvénye egy fázis hiányakor

A képletből világosan látszik, hogy adott P hatásos teljesítmény esetén annál nagyobb a generátor, a transzformátor

I  I h2  I m2

látszólagos teljesítménye, minél nagyobb a Q meddő

ahol Ih a hatásos (wattos)-, Im

teljesítmény.

pedig a meddő áram.

Ebből következik, hogy a meddő teljesítményfogyasztás többletberuházást jelent a termelőnek is és a fogyasztónak is. Az elmondottakon túlmenően a gépek és a hálózatok vesztesége is annál nagyobb, minél nagyobb az áram

A teljesítményveszteség pedig

Pv  I 2 Rv  I h2 Rv  I m2 Rv

meddő összetevője, tehát megnő az üzem energiafogyasztása is, más szóval nagyobb lesz az energiaköltség. A következő ábra alapján :

A termelő a többlet beruházási költségekből származó megnövekedett amortizációs költségeket és a veszteség-

Megnő a teljesítmény veszteség, más szóval nagyobb lesz az energiaköltség.

3.4.2. A teljesítménytényező javítása

többletet részben a fogyasztóra hárítja oly módon, hogy cos

felárat fizettet. A teljesítménytényező felárat az

energia szolgáltató állapítja meg.

Lényege,

hogy

a

meddő

teljesítményt

igénylő

fogyasztók részére a szükséges meddő teljesítményt a

Minden olyan váltakozó áramú fogyasztó, amelyiknek

helyszínen, a fogyasztó közvetlen közelében termeljük.

üzeméhez mágneses fluxus fenntartása szükséges, meddő

Ezáltal mentesítjük a generátorokat a meddő teljesít-

teljesítményt fogyaszt. Ilyen fogyasztók: a fojtótekercsek, a

mény termelésétől, az energiaátvitelt pedig a meddő

transzformátorok, az aszinkron gépek, az indukciós hevítő

teljesítmény szállításától.

berendezések és az újabban egyre jobban terjedő fénycsövek és higanygőzlámpák, mert ez utóbbiak üzeme csak sorba kapcsolt fojtótekerccsel tartható fenn.

A meddő teljesítményt kondenzátortelepekkel lehet a legegyszerűbben termelni. Ez a fázisjavító kondenzátor.

51


Elektrotechnika MA

A fázisjavító kondenzátortelepet - hogy minél hosszabb vezetékszakasz mentesüljön a meddő teljesítmény szállítása alól - a fogyasztó közelében célszerű felállítani.

A teljesítmény tényező javításához szükséges meddő teljesítményt a teljesítmény-háromszögből határozhatjuk meg. Ha cos -t cos '-re kell javítani, akkor az ábra alapján egyszerűen kiszámíthatjuk a szükséges Qc kapacitív meddő teljesítményt. Ugyanis:

Q  P  tg  Q  P  tg   és QC  Q  Q  P  (tg  tg  ) QC  C 3.4.2.1. ábra A fázisjavító kondenzátor elhelyezése

U2    C U 2  C Xc

Qc Qc  F    U 2 2f  U 2

4. Kisfeszültségű hálózatok vezetékeinek méretezése 4.1. A vezeték méretezés szempontjai. A leggyakrabban kisfeszültségű vezetékek látják el a fogyasztókat villamos energiával. Az energiaszolgáltatás minőségét, biztonságát és gazdaságosságát is meghatározza a vezeték műszakilag helyes kiválasztása. A kisfeszültségű vezetéket ezért méretezni és ellenőrizni kell. Vezetékméretezésre akkor kerül sor, ha - új villamos hálózat, vagy hálózatrész létesül, - meglévő hálózat kerül bővítésre vagy teljes felújításra.

Műszaki szempontok A létesítés első részfeladatát, - a tervezésen belül - a kiválasztott

vezetéktípus

megfelelő

keresztmetszetének

A műszaki követelményeket szabványok rögzítik. A fogyasztók számára alapvető fontosságú a csatlakozási

meghatározását vezetékméretezésnek nevezzük.

ponton rendelkezésre álló feszültség nagysága és annak

A vezetékméretezés általános szempontjai:

vezetéken feszültségesést hoz létre. Az időben változó nagy-

változásai. A fogyasztói áram a tápláló vezetéken átfolyva a

- műszaki szempontok, - személyi biztonsági szempontok, - gazdaságossági szempontok, - jogi szempontok.

ságú fogyasztói áram miatt a fogyasztói feszültség nemcsak a helytől, hanem az időtől is függő érték. Az áramszolgáltatóknak a kisfeszültségű hálózaton az MSZ 1:2002 (Szabványos villamos feszültségek) szabvány szerint, a mérőhely csatlakozási pontján a feszültséget Un = 230 V

+ 7,8%

- 7,4%

kell tartani. (2008 január 1.-ig

megengedett az Un + 5,2% - 8,7%)

52


Elektrotechnika MA

Az MSZ 447:1998 (Kisfeszültségű, közcélú elosztóhálózat-

Amennyiben a feszültség nagyobb a fogyasztóra megenge-

ra csatlakozás) szabvány a csatlakozóvezeték és a főveze-

dett Un +10% értéknél, akkor a fogyasztónál gyorsított

ték együttes feszültségesésére együttesen legfeljebb 2%-ot

élettartam csökkenésre (szigetelés elöregedésre), vesztesé-

enged meg.

gek növekedésére lehet számítani. A feszültség további nö-

Ennek megfelelően, helyesen méretezett csatlakozó- és

vekedése (15% fölé) a berendezések gyors tönkremenetelé-

fővezeték esetében a fogyasztók feszültsége, a legrosszabb

hez vezetnek.

esetben is az

A feszültség csökkenése egy ideig csak teljesítmény csökke-

Un = 230 V

+ 10%

- 10%

feszültség tűrésmezőn belül kell

lenni. Ez összhangban van az MSZ EN 50 160:2001 (A közcélú

néshez vezet (pl.: izzólámpák fényárama, motorok nyomatéka stb.). További feszültségcsökkenés az IT (információtechnológiai) berendezésekben és a teljesítmény-elektronikát

elosztóhálózatokon szolgáltatott villamos energia feszültség-

tartalmazó berendezéseknél hibás működéshez (pl. RESET

jellemzői) szabvánnyal is.

kiváltása) illetve tönkremenetelhez vezethet.

Egyes fogyasztók viselkedése névlegestől eltérő üzemi feszültségen A feszültség mérését az MSZ EN 61000-4-7:1995 és az MSZ EN 50160:2001 szabványok szerint valósidejű effektív érték (négyzetes középérték) mérése alapján kell elvégezni. Ez

Fogyasztó

UÜ < Un

UÜ > Un

wolframszálas izzólámpa fénycső

élettartama nő, fényáram csökken gyújtási zavarok (0,85Un) élettartam csökken a kívánt hőmérséklet lassabban áll be kevésbé élvezhető kép

élettartam erősen csökken, fényáram nő

billenőnyomaték, fordulatszám csökken, felvett áram nő, tekercs túlmelegszik

mágnesező áram nő, vastest túlmelegszik

vonatkozik a gyors változások értékelésére is. A villamos fogyasztókat az úgynevezett névleges feszültség-

villamos fűtőtest

en való üzemeltetésre tervezik, amelytől való eltérés a berendezés nem optimális működését, esetleg meghibásodását, tönkremenetelét okozhatja és számos következménnyel és kárral járhat.

rádió, és TVkészülékek aszinkron motorok

veszélyes túlmelegedés élettartam csökken

Személyi biztonsági szempontok A műszaki szempontoknak való megfelelés azt jelenti, hogy

A személyi biztonsági szempontok az üzembiztonságra és

a villamosenergia-ellátásnak a fogyasztók csatlakozási pont-

az érintésvédelemre vonatkoznak.

jain meg kell felelnie egyrészt a minőségi jellemzőknek, más-

-

részt a vezetékeknek és a készülékeknek meg kell felelni :

Az üzembiztonsággal kapcsolatos követelmények kielé-

gítése az alkalmazási hely jellegének és a tűzrendészeti

- üzemi melegedés,

besorolásának megfelelő vezetékfajta és szerelési mód

- zárlati melegedés,

alkalmazását jelenti, melyet az MSZ 2364:2003 5. rész

- üzemszerű mechanikai igénybevétel,

(Épületek villamos berendezéseinek létesítése, 5. rész

- zárlati mechanikai igénybevétel szempontjából is.

Villamos szerkezetek kiválasztása és szerelése) szabvány rögzít.

53


Elektrotechnika MA

Gazdaságossági szempontok Az érintésvédelem („közvetett érintés elleni védelem”) azon védelmi módszerekkel foglalkozik, amelyek a villamos berendezések üzemszerűen feszültség alatt nem álló (tehát

A gazdaságossági követelmények kielégítése a beruházási és üzemeltetési költségek együttes minimalizálása, továbbá a rövid létesítési időre és hosszú élettartamra való törekvés.

szabályosan megfogható, megérinthető) részeinek érintés-

Jogi szempontok

éből adódik akkor, ha a berendezésben hiba pl. testzárlat

A törvényi előírások (egyes direktívák, jogszabályok, ren-

lép fel.

deletek) betartása teszi lehetővé az esetleges vitás kérdések

Az érintésvédelemi szabályok betartása biztosítja az

jogi elbírálását. Ezek közt a legfontosabbak a

ember védelmét a villamos berendezések üzemeltetése

2001 évi CX törvény, a „Villamos energia termeléséről, szál-

során, melyet az MSZ 2364:2003 4. rész (Épületek villamos

lításáról és szolgáltatásáról”, más néven VET (Villamos

berendezéseinek létesítése, 4. rész Biztonságtechnika)

energia törvény), továbbá az

szabvány rögzít.

1959 évi IV. törvény a „Polgári Törvénykönyv” más néven Ptk.

A követelmények nagy része a vezeték szükséges keresztA Villamosenergia-ellátás I. tantárgy azokkal a vezetékméretezési szempontokkal foglalkozik, amelyek a fogyasztói feszültség szabványos tűréshatárokon belüli tartását biztosítják a vezeték üzeme során, - ezek a műszaki szempontok -, továbbá amelyek a villamos berendezések üzemszerűen feszültség alatt nem álló vezető részeinek érintéséből adódó veszélyek elhárítására vonatkoznak, - ezek az érintésvédelmi szempontok. A fenti követelmények egy részére minden esetben méretezni, illetve ellenőrizni kell, míg mások egyes vezetékfajtáknál automatikusan teljesülnek.

metszetére vonatkozik. A vezeték keresztmetszete akkor megfelelő, ha minden követelmény által támasztott szükséges keresztmetszetnek megfelel. Ez a méretezés során adódó legnagyobb keresztmetszet. A kisfeszültségű vezetékeket általában feszültségesésre méretezzük. A vezetéket melegedés szempontjából is ellenőrizni kell. A vezeték melegedését a rajta keletkező teljesítmény veszteség okozza. A kábeleknél még figyelembe kell venni a szigetelésben létrejövő dielektromos veszteséget is. A vezeték szükséges keresztmetszetét úgy kell megválasztani, hogy az említett veszteségek hatására se melegedjen fel annyira, hogy a szigetelésükben, akár a környezetükben tűzveszély forrásai legyenek.

A vezetékek nem hibásodhatnak meg a rajtuk átfolyó zárlati áramok és a környezet mechanikai behatásai következtében

4.2. Méretezés feszültségesésre

sem. Érintésvédelmi szempontból is vizsgálnunk kell,

hogy

védővezetős érintésvédelmi mód (TN rendszer) esetén, a vezetékek ellenállása megfelelő-e.

Az energiaszállításnál a vezetékeken feszültségesés jön létre. Az épületen belül a különböző jellegű kisfeszült-

Összefoglalva a vezeték méretezése és ellenőrzése:

ségű elosztóvezetékeken (kábeleken) a megengedett és

- feszültségesésre,

egyben a méretezés alapjául is szolgáló feszültségesés

- termikus igénybevételre,

szokásos értékeit az MSZ 447:1998 szabvány tartalmaz-

- zárlati igénybevételre,

za.

- érintésvédelmi és - gazdaságossági szempontok alapján történik.

54


Megengedett

Elektrotechnika MA

feszültségesés-értékek

az

MSZ

447:1998 A vezetéken eső feszültség

szabvány szerint:

A villamosenergiával ellátni kívánt fogyasztó bizonyos távolMegengedett, illetve szokásos legnagyobb feszültségesés (%)

Hálózatrész Csatlakozóvezetéken és betápláló fővezetéken együttesen Valamennyi (felszálló és leágazó) fővezetéken együttesen ha csak világítási Fogyasztásmérő fogyasztókat lát el utáni hálózaton általános esetben alkalmazott gyakorlati értékek ha csak motorikus fogyasztókat lát el

1 1

UT

jIXV

RV

XV

villamosenergia

rendelkezésre

állási

A táppont és a fogyasztó közötti távolságon a vezeték szállítja a villamos energiát. A vezeték rendelkezik ellenálegyes vezetők-, valamint a vezetők és a földpotenciálú

3

pontok között.

5

UT

I

IZV IRV

UF

a

lással, induktivitással és párhuzamos kapacitásokkal az

jIXV

IZV

létesül

helyétől, a tápponttól.

1

A 4.2.1. ábra szerinti kapcsolási rajz az UT feszültségű táppontra csatlakozó vezetéket RV ellenállásával és XV induktív reaktanciájával veszi figyelembe, ami a legtöbb kis- és nagyfeszültségű vezeték esetén megfelelő közelítést jelent.

IRV

ságra

ZF

A vezetéken folyó áram potenciálkülönbséget idéz elő annak ellenállásán és induktív reaktanciáján egyaránt.

A soros kör I áramát a megfelelő méretezés esetén a vezeték ZV impedanciájánál sokkal nagyobb ZF impedanciával rendelkező fogyasztó határozza meg. A vizsgálat körébe tartozó fogyasztók többsége ohmos-induktív jellegű, a feszültség-áram vektorábrán az áramkör árama  fázisszöggel elmarad a fogyasztó UF feszültségétől. A forrásból, a vezetékből és a fogyasztóból álló kör feszültségeinek vektoros egyensúlya :

 UF 

U T  I  ZV  U F  0 I

a vezetéken eső teljes vektoros feszültségesés :

4.2.1. ábra: A vezetéken fellépő feszültségesés

U T  U F  I  ZV

A fogyasztó számára a feszültségvektor abszolút értéke az

ahol Ih az áram hatásos (wattos), illetve az Im a meddő

érdekes, ezért az e jelű feszültségesés definíciója:

e  UT  U F

összetevője. Felírható, hogy

U T  U F  I  Z v  ( I h  jI m )  ( RV  jX V )

[V ]

U T  U F  I h RV  I m X V  j ( I h X V  I m RV )

A feszültségesés százalékos értéke:



e  100 [%] UT

A feszültségesés közelítő számításához figyelembe véve, hogy a fogyasztó induktív jellegű, ekkor :

ZV  RV  jX V

I  I h  jI m

Ennek

a

vektoros

feszültségesésnek

a valós

részét

hosszirányú feszültségesésnek, míg a képzetes részét keresztirányú feszültségesésnek nevezzük (4.2.2. ábra):

U H  I h RV  I m X V U K  I h X V  I m RV

55


Elektrotechnika MA

A vektoros feszültségesés a hossz- és keresztirányú feszültségesés segítségével felírva:

UT  U F  U H  jU K

e  UT  U F

[V ]

Ha a tápponti és a fogyasztói feszültségvektor közötti  szög kicsi, akkor a feszültségesés pontos értékénél, az e és az UH hosszirányú

feszültségesés

elhanyagolható, így:

közötti

különbség

e  U H  I h RV  I m X V

Az ilyen közelítéssel számított feszültségesés tehát a hatásos (wattos) áramösszetevő és a vezeték ellenállás szorzatának, valamint a meddő áramösszetevő és az induktív reaktancia szorzatának az összege.

Ha a fogyasztói áram kapacitív jellegű, illetve üresen járó kábelek esetén a kapacitív meddő áram a vezeték induktivitásán a tápponti feszültségnél nagyobb fogyasztói feszültséget is létre hozhat. Üresen járó hosszú távvezeték esetén ezt Ferranti-jelenségnek hívják (alábbi 4.2.3. ábra). IC2RV IC2RV jIC2XV RV C 2

UT

XV IZV

jIC2XV

IZV

IC2 C 2

UF

UF

UT

4.2.2 ábra: Hossz- és keresztirányú feszültségesés a vezetéken

Egyenáramú és egyfázisú váltakozóáramú körben a fogyasztót tápláló áram a táppont és a fogyasztó közötti távolság kétszeresét teszi meg. Egyszer a vezeték egyik erén - a pozitív vezetőn vagy fázisvezetőn - a fogyasztóhoz, majd a vezeték másik erén - a negatív vezetőn vagy a nullavezetőn - vissza a táppontig. Az e feszültségesés a két vezetőn keletkező feszültségesés kétszerese, így az egy vezetőéren eső e’ mértékadó feszültségesés számítása a névleges feszültség és az  megengedett százalékos feszültségesés segítségével: L1

e’; l F

Ufn N

IC2

Háromfázisú

váltakozóáramú

rendszerben

szimmetrikus

terhelés esetén a nullavezetőn áram nem folyik, feszültség nem esik, csak a fázisvezetőkön esik feszültség. Háromfázisú rendszerben a vezetéken mérhető feszültség a fázisfeszültségre vonatkozik, így az egy vezetőéren eső e’ mértékadó feszültségesés számítása a névleges vonali feszültség segítségével :

Uvn

Uvn Uvn

L1

e’; l

L2

e’; l

L3

e’; l

e' 

 U vn e   3 100 3

[V ]

e  U fn   2 100 2

[V ]

e’; l

Aszimmetrikus háromfázisú fogyasztó esetén, amikor a nullavezetőn is folyik áram, ha az aszimmetria pontosan nem ismert, akkor megengedhető a következő összefüggés használata az egy vezetőéren eső e’ mértékadó feszültségesés számítására:

e'  0,75

F

e' 

 U vn  100 3

[V ]

ahol Uvn a névleges vonali feszültség.

ahol Uvn a névleges vonali feszültség.

56


Elektrotechnika MA

Abban az esetben ha a vezeték ellenállása sokkal nagyobb, mint a reaktanciája (Rv >>Xv) pl. belsőtéri hálózatoknál,

A vezetékek feszültségesésére történő méretezésének lépései:

akkor az e feszültségesés számításakor az UH hosszirányú

Kiszámítjuk a fogyasztó teljesítmény felvételét. A villamos

feszültségesésnél a második tag elhanyagolható, így :

motorok adattábláján a motor tengelyén leadott Pt tengely

e  U H  I h RV

akkor, ha Xv  0.

teljesítményt adják meg. Ez a motor hatásfoka miatt mindig kevesebb a P felvett teljesítménynél, mert a motorban az energiaátalakítás folyamán veszteségek keletkeznek.

Ekkor a kisfeszültségű belsőtéri hálózatok méretezésénél elegendő csak a vezeték hatásos ellenállásával számolni. A

A hatásfok értékét

feszültségesést az áram hatásos (wattos) összetevője hozza



Pt P

képlet

létre a vezeték ohmos ellenállásán. Ez a későbbiekben a

tengely-, P a felvett teljesítmény;

különböző teljesítménytényezőjű fogyasztók által terhelt

ebből a felvett teljesítmény :

P

vezeték feszültségesésre történő méretezését leegyszerűsíti.

A felvett teljesítményből a hálózatot terhelő áramerőség hatásos összetevője a következő módon számítható ki :

 I

P U

Egyfázisú váltakozó áramú két- és háromvezetős rendszer esetén :

P  U  I  cos   U  I h

 Ih 

P U

Háromfázisú váltakozó áramú szimmetrikus rendszer esetén :

P  3  U f  I f  cos   3 

ki,

ahol

Pt

a

Pt 

melyből a háromfázisú váltakozó áramú szimmetrikus rendszer esetén :

Egyenáramú két- és háromvezetős rendszer esetén :

P U I

fejezi

I fh 

P P  3 U f 3 U v

ahol :

cos 

P

a villamos hálózatból felvett hatásos teljesítmény

Uf

a fogyasztó fázis feszültsége (háromfázisú rendszerben)

Uv

a fogyasztó vonali feszültsége (háromfázisú rendszerben)

cosφ a váltakozó áramú fogyasztó teljesítménytényezője.

Uv  I f  cos   3  U v  I fh 3

A vezetők szükséges keresztmetszetét a terhelő áram és a megengedett feszültségesés ismeretében az egy vezetőéren eső e’ mértékadó feszültségesés alapján határozzuk meg. Az egy vezetőéren megengedett feszültségesés:

e'  I h  Rv  I h   

l    Ih l A A

Egy adott vezeték esetén – mivel a fajlagos ellenállás és a vezeték keresztmetszete állandó -, az egy vezetőéren létrejövő feszültségesés a következőképp is felírható

e'  k  I h  l

t Az egy vezetőéren létrejövő e’ feszültségesés értéke az Ih·l t értékétől, az úgynevezett áramnyomaték nagyságától függ. A vezeték szükséges keresztmetszete a fentiekből : f e s z ahol : ü

A

  Ih l e'

l t s é Feszültségesésre méretezésnél mindig az I áram Ih hatásos g (wattos) összetevőjével kell számolni !!! e s

57


Elektrotechnika MA

A veszteségi teljesítménynek az összes fogyasztáshoz viszonyított arányát az  százalékos teljesítményveszteség adja meg : PV

4.3. Méretezés teljesítményveszteségre



A vezetéken átfolyó áram azon veszteségi teljesítményt okoz, amelyet a vezeték hőenergia formájában a környezetnek ad át. Az energiaellátás szempontjából ezt a veszteséget célszerű minimalizálni.

P

 100 (%)

Fk

k

A gyakorlatban a százalékos teljesítményveszteség elfogadható értéke 5 %.

A tápponton leadott PT teljesítmény a fogyasztó PF

Az egy vezetőéren keletkező p’ mértékadó teljesítmény-

teljesítménye mellett a vezeték PV veszteségi teljesít-

p ,  I 2 Rv

veszteség :

ményét is fedezi. A vezeték veszteségi teljesítménye :

PV  PT  PF

ahol I a fogyasztó látszólagos árama, Rv pedig egy vezető ér

[W ]

ellenállása.

Egyenáramú és egyfázisú váltakozóáramú táplálás esetén :

p '  I 2 Rv 

PV    2 100

P

4.4. A vezetékméretezés feltételének megválasztása

Fk

k

2

[W ] Az alábbiakban egy példa kapcsán vizsgáljuk meg, hogy a méretezésnél a feszültségesésre, vagy a teljesít-

Szimmetrikus, háromfázisú táplálás esetén az egy vezetőéren a mértékadó teljesítményveszteség :

p'  I 2 Rv 

PFk PV     k 3 100 3

Ismertek a fogyasztó adatai : pl.:

ha

Az I. egyenletet osztva a II. egyenlettel :

XV  0

 l  2 100  I       cos   l  A 2 100  I       cos  U  I  cos    A U   l  l  2  2 100  I      2 100 U  I 2       A  A U  I  cos 

p'  I 2 RV Egyfázisú táplálást figyelembe véve, egy vezetőéren

e' 

a

figyelembe venni.

[W ]

Az egy vezetőéren a mértékadó teljesítmény veszteség :

a mértékadó feszültségesés :

U, I, cos,

vezetéket pedig elegendő csak az ohmos ellenállásával

Az egy vezetőéren a mértékadó feszültségesés :

e'  U H  I h RV  I m X V  I h RV  IRV cos 

mény veszteségre történő méretezéssel számolunk.

 U  l   I      cos  100 2  A

I.

  cos 2  

a mértékadó teljesítmény veszteség : p' 

 P  UI cos   l      I 2    100 2 100 2  A

II.

összefüggést kapjuk az egyfázisú táplálás esetén.

58


Elektrotechnika MA

Háromfázisú rendszerben, szimmetrikus terhelés esetén, egy

Az I. egyenletet osztva a II. egyenlettel :

fázisvezető éren

l   3  100  I       cos  l    A 3 100  I       cos   3  U v  I  cos Uv  A  l  l    3  100  I 2      3  100  U v  I 2       A  A 3  U v  I  cos 

a mértékadó feszültségesés :

 Uv  l    I      cos  e'  100 3  A

I.

  

  cos 2  

a mértékadó teljesítmény veszteség :

p' 

 P  3U v I cos   l     I 2    100 3 100 3  A

II. összefüggést kapjuk a háromfázisú rendszerben, szimmetrikus terhelés esetén.

Kérdés : a szokásosan betartandó  értékekre milyen cos

4.5. A vezeték ellenőrzése melegedésre

mellet adódik azonos keresztmetszet?  = 3 % és  = 5 % értékeket figyelembe véve kb. cos = 0,8

A vezetékek feszültségesésre- vagy teljesítmény vesz-

teljesítménytényező esetén egyezik meg mindkét méretezési

teségre történő méretezése során kiszámított, illetve

mód esetében a keresztmetszet. Ebből következik, hogy

kiválasztott szabványos vezető keresztmetszetet mele-

cos > 0,8 esetén, ami a legtöbb esetben teljesül a vezetéket

gedésre mindig ellenőrizni kell!

feszültségesésre kell méretezni, az alatt pedig teljesítményveszteségre. Az áramszolgáltató elosztóhálózatok átlagos teljesítménytényezője cos  0,95 körüli érték.

A vezeték melegedését a rajta átáramló elektronok súrlódása következtében a vezeték belsejében keletkező hő okozza. Hőegyensúlyról akkor beszélünk, ha – időegység alatt a keletkező- és a vezeték felületén leadott hő azonos. Ehhez tartozik egy vezeték hőmérséklet.

Az hogy a hőegyensúly milyen hőmérsékleten alakul ki, függ a vezeték anyagától, annak kialakításától, elhelyezésétől és

Q  Pdt  cmd (t )  F (t )dt [ J ]

a környezeti hőmérséklettől. Ennek a hőtechnikai számítása differenciál egyenlet módszerrel lehetséges. A vezetékben keletkező hőenergia egy része a vezeték tömegét melegíti, míg másik része hőátadás útján a környezetbe távozik. Az elemi dt időszeletre felírható mérlegegyenlet :

Q  Pdt  cmd (t )  F (t )dt [ J ]

ahol : P [W] t [s]

- a vezetéket melegítő teljesítmény - az idő

c [J/KgK] m [kg]  [K]

- a melegedő tömeg átlagos fajhője - a melegedő tömeg nagysága - a vezetéket és a környezet hőmérsékletének a különbsége - a vezetéket hőleadó felülete - a fajlagos hőátadási tényező

F [m2]  [W/m2K]

59


Elektrotechnika MA

Az egyenletet (t)-re megoldva megkapjuk a környezeti hőmérséklethez képesti túlmelegedés időfüggvényét, melyből a környezeti hőmérséklet ismeretében a vezeték üzemi hőmérséklete számítható. A vezeték üzemi hőmérséklete :

A gyakorlatban a vezeték melegedésre való ellenőrzését nem számítással, hanem szabványban közölt terhelési táblázat felhasználásával történik, mely egy adott környezeti hőmérsékletre és egy adott megengedett vezeték hőmérsékletre vonatkozik. A melegedésre történő ellenőrzésnél mindig az eredő áramot (látszólagos áramot)

I

 ü (t )   k   ( t )

Ih cos 

kell meghatározni és ennek alapján a terhelési táblázatból a szükséges keresztmetszetet kiválasztani. A vezeték és minden villamos gép, berendezés melegedését a rajta átfolyó eredő áram hatására kialakuló I2·RV teljesítményveszteséget hozza létre.

A vezeték melegedésre való ellenőrzését az MSZ 2364-

A alapterhelhetőségi értékhez tartozó környezeti feltételektől

523:2002 (A kábel- és vezetékrendszerek megengedett

való eltérés esetén az alapterhelési értéket módosító

áramai) szabvány alapján végezhetjük.

tényezőkkel kell megszorozni, amely tényezők táblázatokból,

A szabvány által az egyes, szabványos keresztmetszetekhez megadott alapterhelhetőségi áramértékek a vezeték üzemi

diagramokból vagy összefüggésekből állapíthatók meg. A szigetelt vezetékek megengedett áramterhelhetőségét a

melegedésére történő kiválasztásának kiindulási értékét

vezeték megengedett legmagasabb hőmérséklete szabja

képező, időben állandó, tartós terhelőáram.

meg, amit pedig a vezetőanyag és a szigetelés anyaga határoz meg.

A vezetékek áramterhelhetősége függ :

Polivinil-klorid (PVC) szigetelőanyag esetén a megengedett,

- a vezetőanyag és a szigetelés anyagától,

legmagasabb tartós vezetékhőmérséklet 70C, térhálós

- az elhelyezés módjától,

polietilén (XLPE) vagy etilén-propilén gumi (EPR) esetén

- a környezeti hőmérséklettől.

90C.

A vezeték külső felülete a keresztmetszet értékének csupán A vezeték hűlési viszonyai jelentősen befolyásolják az

négyzetgyökével

áramterhelhetőséget. A hűlési viszonyok függnek a szigetelés

vezeték viszonylag jobban hűl, mint a vastagabb vezetékek.

hővezetőképességétől.

A szabvány ezért adja meg az egyes keresztmetszetekhez

rendelkező

Kisebb

vastagságú

szigeteléssel

vezetékek terhelhetősége nagyobb,

mint

a

vastagabb szigeteléssel rendelkezőké. Befolyásoló tényező a vezeték felülete is, amely F  f

 A

ahol A a vezeték keresztmetszet.

növekszik,

ezért

kis

keresztmetszetű

tartozó alapterhelhetőségi értéket és nem a négyzetmilliméterre vonatkoztatottat. Kisebb hűtőfelülettel lehet számolni, ha sok vezetőér vezet áramot a közös szigetelésen belül, de akkor is, ha több vezetéket helyeznek szorosan egymás mellé.

60


Elektrotechnika MA

A szigetelt vezetékek megengedett áramterhelhetőségét

B2

befolyásolja az elhelyezés módja is. A szabvány un.

lából készült falra szerelt védőcsőben.

referenciamódokat határoz meg. Ezeknél a referencia-

C

módoknál a megengedett áramokat vizsgálattal vagy számítással határozták meg. Ezen referenciamódok : A1 Köpeny nélküli vezetékek vagy egyerű kábelek vagy köpenyes vezetékek hőszigetelő anyagú falban lévő védőcsőben. A2 Többerű kábel vagy köpenyes vezeték hőszigetelő anyagú falban lévő védőcsőben.

Többerű kábel vagy köpenyes vezeték fából vagy tégEgy- vagy többerű kábel vagy köpenyes vezeték fából

készült falra szerelve. D

Többerű kábel vagy köpenyes vezeték földben elhe-

lyezett alagútcsatornában. E, F, G Egy- vagy többerű kábel vagy köpenyes vezeték levegőben. A szigetelt vezetékek megengedett áramterhelhetőségét a környezeti hőmérséklet is befolyásolja. A szabványban

B1 Köpeny nélküli vezetékek vagy egyerű kábelek vagy

közölt táblázatokból kiolvasható áramterhelhetőséghez leve-

köpenyes vezetékek fából vagy téglából készült falra szerelt

gőben elhelyezett vezetékekhez 30C levegő-, míg a földben

védőcsőben.

elhelyezettekhez 20C föld környezeti hőmérséklet tartozik.

A megengedett áramterhelhetőségét a különböző elhelyezési módokra, három terhelt vezető esetén az 52-C3 táblázat tartalmazza. Több a szabványostól eltérő körülmény – alapterhelést módosító tényező – együttes jelenléte esetén a módosító tényezők szorzata lesz a tényleges csökkentő tényező. Ekkor a megengedhető üzemi terhelőáram

I m  k1  k 2  k3  I A ahol IA az alapterhelhetőség értéke.

61


Elektrotechnika MA

k1 a környezeti hőmérsékletet figyelembe vevő módosító tényező 10C és 95C közötti hőmérsékletekre adja meg az alapérték szorzótényezőjét, ami természetesen a szabvány szerinti 30C-nál vesz fel az 1 értéket. Ez alatt 1-nél nagyobb, fölötte 1-nél kisebb értékű. (52-D1 táblázat.) k2 a több áramkört figyelembe vevő módosító tényező az áramkörök számától függően adja meg az alapérték szorzótényezőjét. (52-E1 táblázat) k3 a több védőcsövet figyelembe vevő módosító tényezőt akkor kell figyelembe venni, ha egymás mellett közvetlenül védőcső, illetve védőcsatorna, kötegelt vezeték illetve kábelszerű vezeték úgy van elhelyezve., hogy köztük 500mm-nél kisebb a távolság. (52-E2 táblázat)

Az MSZ 2364-523:2002 szabvány a korábbiakkal ellentétben foglalkozik a felharmonikus áramok figyelembe vételével is. A „C” mellékletben meghatározza a csökkentő tényezőt – négyvagy öterű kábelek és köpenyes vezetékek esetén – a harmonikus áramokra. (C52-1 táblázat) Ez a szimmetrikusan terhelt háromfázisú rendszer nullavezetőjében folyó zérus sorrendű áramokból (3., 9., 15., 21. stb. felharmonikusok) adódó többlet terhelést veszi figyelembe. Ez az áram nagyobb is lehet, mint a fázisvezető árama, mivel az egyes fázisokban folyó zérus sorrendű összetevők a nulla vezetőben algebrailag összegződnek.

62


Elektrotechnika MA

Ilyen harmonikus áramokat okoz az elektronikus előtéttel ellátott fénycső világítás, a számítógépek-, monitorok-, nyomtatók csúcsegyenirányítót tartalmazó tápegységei, az egyfázisú betáplálással rendelkező frekvenciaváltók, stb.. A nulla vezető terhelése még kedvezőtlenebb, abban az esetben, ha a három fázisból csak kettő van terhelve. Ekkor a nullavezetőben az aszimmetrikus áramon kívül harmonikus áram is folyik. Ez a nullavezető túlterheléséhez vezethet. Ha a nullavezető árama várhatóan nagyobb lesz mint a fázisáram, akkor a kábel méretét a nulla áram alapján kell meghatározni. A szabvány szerint, ha az áram felharmonikus tartalma – az alpharmonikushoz (50Hz-es összetevő) viszonyítva -, 35%-nál kisebb, akkor a fázisáram alapján, ha annál nagyobb, akkor a nullavezető árama alapján kell a vezetéket melegedésre ellenőrizni.

Periodikus jelek Fourier spektrumának magyarázata.

Példa : Egyfázisú csúcsegyenirányítós tápegység

Elvi kapcsolás

Feszültség és áram függvény

A T illetve a 2 szerint periodikus függvények Fourier sorba fejthetők 



k 1

k 1

f (t , T )  F0   ( Ak cos k t  Bk sin k t )  F0   ( Fk cos k t   k ) Amplitúdó effektív érték

az együtthatók :

F0  Ak  Frekvenciatartomány Időtartomány

1 T

T

1

2

 f (t ) dt  2  f ( t ) d ( t ) 0

0

T

2 1 f (t ) cos k t dt  T 0 

 f ( t ) cos k t d ( t) 0

2T 1 2 Bk   f (t ) sin k t dt   f ( t ) sin k t d ( t ) T 0  0

Idő

Fk  Ak2  Bk2

Egyfázisú csúcsegyenirányítós tápegység, normál üzemben

2

tg k  

Bk Ak

Egyfázisú csúcsegyenirányítós tápegység, alapharmonikus

63


Elektrotechnika MA

Egyfázisú csúcsegyenirányítós tápegység, 3. harmonikus

Harmonikusok a háromfázisú rendszerben A hálózatokon a gyakorlatban csak a páratlan felharmofelharmonikusok fordulnak elő. Ekkor az „a” fázis feszültsége:

u a (t )  U 1 cos  t  U 3 cos 3 t  U 5 cos 5 t  ... Szimmetrikus rendszernél a „b” fázis feszültsége 120°-ot késik: u b (t )  U 1 cos(  t  120 )  U 3 cos 3 ( t  120  )  U 5 cos 5 ( t  120  )  ...

A „c” fázis feszültsége az „a” fázishoz képest 240°-ot késik, azaz 120°-ot siet, így „c” fázis feszültsége : u c (t )  U 1 cos(  t  120 )  U 3 cos 3 ( t  120 )  U 5 cos 5 ( t  120  )  ...

A beszorzást elvégezve és 180°-nál kisebb szögeket írva :

u a ( t )  U 1 cos  t  U 3 cos 3 t  U 5 cos 5 t  ... u b (t )  U 1 cos(  t  120 )  U 3 cos 3 t  U 5 cos( 5 t  120 )  ...

uc (t )  U1 cos(t  120)  U 3 cos 3t  U 5 cos(5t  120)  ... Ábrázolva a forgó vektorokat : Im

ω

Im

Re

Pozitív sorrend  = 1+6k 1, 7, 13, 19, stb.

Csillag kapcsolás, nulla vezetővel Itt a vonali feszültségek pillanatértékeit az egyes fázisfeszültfázisfeszültségek különbségeként kapjuk: u AB ( t )  u b ( t )  u a (t ) u BC ( t )  u c ( t )  u b (t )

u CA ( t )  u a (t )  u c (t ) 3ω

Im

Re

Re

Zérus sorrend  = 3+6k 3, 9, 15, 21, stb.

A vonali feszültségek görbealakja más mint a fázisfeszültségeké. Ha nullavezető is van és a terhelés szimmetrikus, akkor – mivel a fázisfeszültségekben az összes felharmonikus megtalálható -, így a fázisáramokban és az ezekkel azonos vonali áramokban is megjelenik a teljes felharmonikus tartomány.

5ω

Negatív sorrend  = 5+6k

k=0, 1, 2 ..

5, 11, 17, 23, stb.

A nullavezető áramát a fázisáramok összege adja:

i0 ( t )  i a ( t )  ib ( t )  i c ( t )

Nulla vezető árama Az összegzésnél az alapharmonikus, alapharmonikus, a pozitív sorrendűsorrendű- és a negatív sorrendű harmonikusok kiesnek, míg a zérus sorrendűek összegződnek. Emiatt a nullavezető árama még szimmetrikus terhelés esetén sem zérus, hanem a három fázisvezetőben folyó zérus sorrendű áramok összege fog folyni: i0 ( t )  3 I 3 m sin( 3 t   3 )  3 I 9 m sin( 9 t   9 )  ... A nulla vezető áramának effektív értéke a zérus sorrendű áramok effektív értékének a négyzetösszege alapján számítható :

I 0  3 I 32  I 92  I 152  I 212  I 272  I 332  I 392  I 452  ... !!! Ez a nulla vezetőben lényeges többlet terhelést eredményez !!! (Olyan helyeken, ahol a terhelések zöme nem-lineáris pl. irodaházak, a fázisvető áramának a 2-3 szorosa is folyhat a nullavezetőben.)

Fázisfeszültség u(t) időfüggvénye (15% harmadik harmonikus)

64


Elektrotechnika MA

Fázisáram i(t) időfüggvénye (15% harmadik harmonikus)

A nullavezető árama harmadik harmonikus esetén.

Az

MSZ

2364-523:2002

szabvány

meglehetősen

sok

táblázatot ad, melyek közül a választás nem egyszerű. Ezért engedi meg, hogy a nemzeti bizottságok ezekhez képest egyszerűsítő táblázatokat is készíthessenek. Ilyen táblázatok egyenlőre nem készültek, de ezek esetleges kiadásáig használhatók a régi MSZ 14550 táblázatai is. (MSZ 14550 táblázat)

Példa : A fázisfeszültségek és az áramok jelalakjai a transzformátornál.

65


Elektrotechnika MA

Az MSZ 14550-1:1979 szerint

Az MSZ 14550-1:1979 szerint

A 4.6 Vezetékek méretezése zárlati melegedésre Zárlat esetén a vezetéket az általa villamosenergiával ellátott készülék névleges impedanciája helyett annál sokkal kisebb értékű impedancia terheli, amely többnyire megegyezik magának a vezetéknek az impedanciájával. A feszültségesésre történő méretezésnél láttuk, hogy a vezetéken eső feszültség, így annak impedanciája is néhány százaléka csupán a fogyasztóénak. Ha tehát csak ez képezi a táppont terhelését, akkor az ilyenkor fellépő áram, - a zárlati áram -, több tízszerese a névleges áramnak, a Joule-veszteség pedig több százszorosa az üzem közben fellépőnek.

Az Iz zárlati áram hatására t idő alatt az l hosszúságú, A keresztmetszetű,  fajlagos ellenállású vezetékben keletkező hőenergia :

Q  I z2  t  

l A

(J)

a vezeték hőmérsékletét üzemiről zárlati hőmérsékletre növelő hőmennyiség :

Q  c  m   z  ü  (J ) ahol

 J  c   a fajhő, m (kg) pedig a tömeg.  kg  K 

zárlati

áramhoz

tartozó

állandósult

hőmérsékletet

meghatározva, az olyan nagy érték lenne, amelyen már a vezetőér is megolvadna. A zárlati áram nem csak a vezetéket, hanem az útjába eső többi készüléket és berendezést is igénybe veszi. Mindezek miatt a zárlati áramot a lehető leghamarabb célszerű lekapcsolni. A villamos hálózat berendezéseit, így a vezetéket is zárlatvédelemmel kell ellátni. A zárlat fellépésétől annak megszűnéséig, azaz a zárlatvédelem működéséig a zárlati áram melegedést okoz a vezetékben. A számításkor a rövid időtartam miatt a hőleadás elhanyagolható és a keletkező hőmennyiség teljes egészében a vezeték anyagát melegíti. A különböző vezetéktípusok zárlatkor megengedett legmagasabb hőmérsékletét táblázatok tartalmazzák.

A vezető minimális keresztmetszete ebből a szempontból tehát:

I z2  t  

l  c  m   z  ü   A

A  I z2  t 

 l c  m   z  ü 

mm  2

A legtöbb esetben ez a méretezés elhagyható, ha zárlat esetén az olvadóbiztosító vagy a megszakító egy másodpercen belül megszünteti a zárlatot.

66


Elektrotechnika MA

4.7. Különböző alakzatú vezetékek méretezése.

4.7.1. Tápvezetékek méretezése

A A kisfeszültségű fogyasztók villamos energiával történő ellátása a különböző hálózat alakzatok egy vagy több táppontján keresztül történik.

fogyasztókat

a

tápponttal

közvetlen

összekötő

vezetékeket tápvezetékeknek nevezzük. A tápvezetékre jellemző, hogy csak a vezeték végén van terhelés.

A következőkben a különböző alakzatú belsőtéri elosztóvezetékek szükséges keresztmetszetét határozzuk meg

UT

l

UF

feszültségesésre történő méretezéssel és melegedésre

P

történő ellenőrzéssel. Továbbá meghatározzuk a vezeté-

I

cosφ

ken létrejövő teljesítmény veszteséget is.

Az előzőekben elmondottak alapján számpélda keretében egy tápvezetéket méretezzünk feszültségesésre, ellenőrizzük melegedésre és meghatározzuk a vezetéken létrejövő teljesítményveszteség értékét is. 1. Példa A tápponttól 100 m távolságban lévő 400/230 V háromfázisú feszültségű, 22 kW tengely-teljesítményű fogyasztót kívánunk villamos energiával ellátni. A fogyasztó teljesítmény tényezője cosφ = 0,8; hatásfoka  = 0,85; 1 mm 2 m

a réz vezeték fajlagos ellenállása   56

A megengedett feszültségesés százalékos értéke  = 5%; a teljesítményveszteség százalékos értéke  = 5% lehet. A vezeték az „A” szerelési csoportba tartozik. (Védőcsőbe szerelt egyéb vezeték.)

A fogyasztó által felvett hatásos teljesítmény:

P 

22 Pt   25,88kW 0 ,85 

A vezetéket terhelő hatásos (wattos) áram:

Ih 

P



3U v

25880  37,35 A 3  400

A vezetéket terhelő eredő (látszólagos) áram:

I

Ih 37,35   46,69 A cos  0,8

A vezetékek melegedésére történő ellenőrzése a 4.2. táblázat felhasználásával történik. Az egy vezetőéren megengedett feszültségesés:

A 6mm2 keresztmetszetű réz vezető A csoportú alapterhelhetősége 35A (25 °C levegő környezeti hőmérsékleten).

e' 

5 400  Uv    11,55 V 100 3 100 3

Ez kisebb mint a vezetéket terhelő 46,69A eredő (látszólagos) áramerősség. Ezért nagyobb szabványos keresztmetszetű vezetéket kell választani. A következő szabványos kereszt-

A szükséges vezeték keresztmetszete:

A

1   Ih l   37,35 100  5,77mm2 e' 56  11,55

Ehhez legközelebb álló szabványos keresztmetszet: 6 mm2

metszet 10 mm2-es amely 48A-el terhelhető. Ez a keresztmetszet feszültségesés szempontjából megfelelő. Teljesítményveszteség számítása, melyet a látszólagos áram alapján kell elvégezni.

p'  I 2  R  I 2  

l 1 100  46,69 2    389,28 W A 56 10

67


Elektrotechnika MA

Ennek százalékos értéke a

p' 

 P  100 3

A vezetékek melegedésére történő ellenőrzését az MSZ 2364523:2002 szabvány 52-C3 táblázata alapján is végezzük el.

képletből fejezhető ki.

A 6mm2 keresztmetszetű réz vezető, védőcsőbe szerelve, B1 csoportú alapterhelhetősége 36A (30 °C levegő környezeti

300 p ' 389, 28   300   4,51% 25880 P

hőmérsékleten). Ez kisebb mint a vezetéket terhelő 46,69A

Ez kisebb mint a megengedett 5%-os érték. Tehát a 10 mm 2es vezeték keresztmetszet teljesítmény veszteség szempontjából is megfelelő.

eredő (látszólagos) áramerősség. Ezért nagyobb szabványos keresztmetszetű vezetéket kell választani. A következő szabványos keresztmetszet 10 mm2es amely 50A-el terhelhető. Ez a keresztmetszet megfelelő. Tehát hasonló keresztmetszetet kaptunk.

4.7.2. Elosztóvezeték méretezése 1. Feladat Teljesítményveszteségre való méretezéssel számítsuk ki a A táppontból táplált elosztóvezetékeket a fogyasztók

háromfázisú motor tápvezetékének keresztmetszetét.

nemcsak a végén, hanem közbenső pontjaiban is A hálózati feszültség 400/230 V;

terhelik.

1 mm

2

a vezeték hossza l = 100 m;   56 m a fogyasztó tengelyteljesítménye 20 kW; cos φ = 0,6;

Ilyen elosztóvezeték például az utcán fektetett kisfeszültségű kábel, amelyről minden háznál van egy-egy

a teljesítményveszteség megengedett értéke  = 5%.

leágazás; vagy a bérházak fölszálló fővezetékei, továbbá a lakásokon belül a világítási áramkörök is.

A fogyasztók áramait i1, i2, … ix –szel, a tápponttól való

A méretezés a végigfutó keresztmetszetek elve alapján

távolságukat L1, L2, … , Lx -szel, az egyes fogyasztói

történik, figyelembe véve azt, hogy a legutolsó fogyasztónál

leágazások egymásközti távolságát I1, I2 … Ix -szel, az

sem léphet fel a megengedetnél nagyobb feszültségesés.

elosztóvezeték egyes szakaszain folyó áramokat I1, I2... Ix szel jelöltük.

Ebből következik, hogy az egyes szakaszok feszültségeséseinek összege egyenlő a megengedett feszültségeséssel.

Ln

e'  e1'  e2'  ...  ex'  ...en' 

Lx

     I1h  l1   I 2 h  l2  ...   I xh  l x  ...   I nh  ln A A A A

L2 L1 e’1

UT

e’ 2

I1 l1

e’x

I2 i1

l2

e’ n

Ix i2

lx

In ix

ln

e' 

  xn  ( I1h  l1  I 2 h  l2  ...  I xh  l x  ...  I n  ln )   I xh  lx A A x 1

in

68


Elektrotechnika MA

melyből az A keresztmetszetet kifejezve :

A

 x n   I xh  l x e' x 1

képletet, amellyel az elosztóvezeték keresztmetszete szintén meghatározható. Ha feszültségesésre méretezünk, akkor az áramok mindig

A képlet segítségével a szükséges elosztóvezeték kereszt-

csak a hatásos (wattos) áramok.

metszete meghatározható.

Az Ixh·lx és az ixh·Lx szorzatokat áramnyomatéknak nevezzük.

Az előbbi egyenletben az I1, I2, … Ix elosztóvezeték szakaszáramai és az l1, l2, … lx fogyasztói leágazások egymásközti távolsága helyébe az i1, i2, … ix fogyasztói áramokat és L1, L2, ... Lx fogyasztók tápponttól való távolságát behelyettesítve, beszorzás, összevonás és i szerinti rendezés után az A keresztmetszetre eredményül kapjuk :

A

 x n   ixh  Lx e' x 1

2. Példa Méretezendő feszültségesésre a 400/230V feszültségű háromfázisú elosztó hálózat.

1 mm 2 és az MSZ 236456 m 523 szerint B1 (falra szerelt védőcsőben lévő vezeték) szerelé-

A vezeték anyaga vörösréz  

si csoportba tartozik. A megengedett feszültségesés 5 %.

Az egyes fogyasztói terhelések: P1 = 30 kW, cosφ1 = 0,7; P2 = 20 kW, cosφ2 = 0,8; P3 = 10 kW,

Pk

30kW

20kW

10kW

cosφk

0,7

0,8

1

sinφ, tgφ, értékeket és ezek segítségével a Q meddő telje-

sinφk

0,714

0,6

0

sítmény értékeket. Meghatározzuk a hatásos (wattos) és a

tgφk

1,02

0,75

0

Qk = Pk · tgφk

30,6kVAr

15kVAr

0

43,3A

28,9A

14,43A

44,22A

21,67A

0

cosφ3 = 1. Az egyes fogyasztókhoz az ismert képletekkel kiszámítjuk a

meddő fogyasztói terhelő áram értékeket is. L3

ikh 

L2 l1=50m

UT

I1

l2=100m

i1

I2

ikm = ikh · tgφk

l3=50m

i2

I3

i3

Az egy vezetékre megengedett feszültségesés értéke:

e' 

5 400  Uv    11,55 V 100 3 100 3

Az elosztóvezeték szükséges keresztmetszete a hatásos áramok alapján :

A

  (i1h  L1  i2 h  L2  i3h  L3 )  e'

1  (43,3  50  28,9 150  14,43  200)  14,51 mm2 56 11,55 A feszültségesésre méretezés eredményeként a következő szabványos vezeték-keresztmetszetet a 16mm2-et választjuk. Ezt melegedésre ellenőrizni kell!!!

Pk 3U

A melegedésre történő ellenőrzéshez az I1 szakasz áram (látszólagos áram) nagyságát kell meghatározni. Mivel az egyes fogyasztók különböző cosφ értékűek, ezért először az első vezetékszakaszt terhelő összes hatásos (wattos)- és meddő áram nagyságát kell külön - külön meghatározni. I1h = i1h + i2h + i3h = 43,3 + 28,9 +14,43 = 86,63 A I1m = i1m + i2m + i3m = 44,22 + 21,67 + 0 = 65,89 A Az I1 eredő áramot (látszólagos áram nagyságát) Pithagorasz tétel segítségével számíthatjuk ki:

I1  I12h  I12m  86,632  65,892  108,84 A

69


Elektrotechnika MA

Az első szakasz eredő terhelő árama 108,84A.

Az I2 eredő áramot (látszólagos áramot) Pithagorasz tételével

Ehhez a B1 szerelési csoportot (falra szerelt védőcsőben

számíthatjuk ki:

lévő vezeték) figyelembe véve a táblázat szerint a 16 mm2-es

I 2  I 22h  I 22m  43,332  16,232  46,27 A

vezeték keresztmetszet nem felel meg, hanem 35 mm2-es vezeték szükséges. Ennek terhelhetősége 110 A, ami megfelelő.

A harmadik szakasz eredő terhelő árama: I3h = i3h = 14,43 A

Határozzuk meg az elosztóvezetéken létrejövő teljesítmény-

I3m = i3m = 0 A

veszteség nagyságát és százalékos értékeit! Az I3 eredő áramot (látszólagos áramot) Pithagorasz

Az első szakasz eredő terhelő árama: 108,84A

tételével számíthatjuk ki:

A második szakasz eredő terhelő árama:

I 3  I 32h  I 32m  14,43 2  0 2  14, 43 A

I2h = i2h + i3h = 28,9 +14,43 = 43,33A I2m = i2m + i3m = 16,23 + 0 = 16,23A

Az egyes szakaszokon az egy vezetéken létrejövő teljesítményveszteség értéke:

p1'  I 12  R1v  108,84 2 

p2'  I 22  R2v  46,27 2 

50  302,2 W 56  35

100  109, 23 W 56  35

p3'  I 32  R3v  14,432 

50  5,31 W 56  35

Az összes teljesítményveszteség egy vezetéken :

Ez a teljesítményveszteség egy fázisvezetőn jön létre, ezért a százalékos érték meghatározásánál a fogyasztó hatásos teljesítmények harmadával (az egy fázison átvitt teljesítménnyel) kell számolni.

p' 

 P  100 3

ebböl  

300  p ' 300  416,74   2,08 % P 60000

ahol P az összes fogyasztói teljesítmény : P = P1 + P2 + P3 = 30 + 20 + 10 = 60 kW = 60 000 W A tápponti teljesítménytényező :

p’ = p’1 + p’2 + p’3 = 302,2 + 109,23 + 5,31 = 416,74 W

cos T 

I1h 86,63   0,7959 I1 108,84

2. Feladat Feszültségesésre méretezendő a 4.7.3. ábrán látható 230 V feszültségű izzólámpás világítási fogyasztókat tápláló elosztóA

megengedhető

teljesítményveszteség,

a

megengedett

feszültségesés alapján:

5 m m    7,89 % cos 2 T 0,79592

vezeték. A megengedett százalékos feszültségesés  = 2 %; a vezető fajtagos ellenállása  = 0,03·10-6 m. Ellenőrizzük a vezetéket melegedésre is. l1=15m

l2=20m

l3=30m

l4=15m

l5=20m

4.7.3. ábra

Tehát a vezeték teljesítményveszteségre is megfelelő, mivel a tényleges teljesítmény veszteség 2,08%, mely kisebb mint a megengedhető.

I1

I2 i1

P=2,5kW

I3

I4

i2

i3

i4

i5

1kW

5kW

2kW

5kW

70


Elektrotechnika MA

3. Feladat Egy 400 / 230 V feszültségű háromfázisú elosztó hálózatot a

4.7.3. Sugaras elosztóvezeték méretezése

következő fogyasztók terhelik. A tápponttól : 40 m távolságra,

P1 = 40 kW teljesítményű, cosφ1 = 0,8;

100 m távolságra P2 = 20 kW teljesítményű, cos φ2 = 1; 200 távolságra

P3 = 60 kW teljesítményű, cosφ3 = 0,6

teljesítménytényezőjű fogyasztó. A megengedett százalékos feszültségesés  = 5 %;

Sugaras vezetékeknek nevezzük az olyan egyik végéről táplált szétágazó nyílt vezetékalakzatot, amelyben a fogyasztóhoz az áram csak egyetlen meghatározott úton juthat el (4.7.4. ábra).

az alumínium vezető fajlagos ellenállása  = 0,03·10-6 m Méretezzük feszültségesésre az elosztó vezetéket, majd ellenőrizzük melegedésre is!

l2, A2

l0, A0

UT

l1, A1 A

(képzetes hosszúságú) vezetékké alakítjuk át, úgy hogy a

l3, A3

l4, A4

l5, A5

A méretezés elve, hogy a sugaras vezetéket egyetlen i1

B

C

vezeték végén van a teljes terhelés. A 4.7.5. ábrán látható módon a sugaras vezetéket végeredményben egy tápveze-

i2

tékké alakítjuk át. Így az eredeti sugaras hálózatot helyettesítő tápvezetéken

i3 i4

4.7.4. ábra

A vezetékek méretezésénél itt is alkalmazzuk a végigfutó keresztmetszet elvét, ami azt jelenti, hogy minden elágazás

létrejövő feszültségesésnek ugyanakkorának kell lenni, mint a valóságban az elágazások utáni végpontokon. Ennek alapján meghatározható a képzetes hosszúságú () vezeték. A vezetéken létrejövő feszültségesés az

után a vezeték keresztmetszetek összege egyenlő az

e' 

elágazás előtti vezető keresztmetszetével (lásd a fenti ábrán A0 = A1 + A4, illetve A1 = A2 + A3).

képlet szerint az Ih · l áramnyomatékkal arányos.

12 l1, A1

i1 + i 2

Az alábbi ábrán a két elágazó vezetéket helyettesitő tápvezeték képzetes hosszúságának meghatározása a következő-

l0, A0

UT

  Ih  l  k  Ih l A

képpen történik. l4, A4

34

i1

l1

i1·l1

12 i3 + i 4 UT

l0, A0

 = 12+34 i = i1 + i2 + i3 + i4

i1+i2

(i1+i2) 12

l2 i2·l2 i2

4.7.5. ábra

71


A

feszültségesések

Elektrotechnika MA

egyenlőségével

kapcsolatban – a

mechanikai hasonlat alapján - az i1 és az i2 áramoknak (mint erőknek) az l1 és az l2 hosszúságú karon létrehozott nyomatéka (feszültségesése) az elágazási pontra ugyanakkora, mint

Ezt általánosítva n darab elágazó vezeték esetén az egyenértékű vezeték képzetes hosszúságát az alábbi egyenlőségből kapjuk:

n

i

az

x 1

n

x

    ix  l x

(i1 + i2) áramoknak (mint erőknek) a 12 képzetes hosszúságú karon létrehozott nyomatéka (feszültségesése) az elágazási pontra. Az áramnyomatékok arányosak a vezetéken létrejövő



feszültségeséssel. i1· l1 + i2· l2 = (i1+i2) · 12

Az elmondottak alkalmazására a 4.7.4. ábrán látható egyfázisú sugaras vezeték feszültségesésre történő méretezését végezzük el az ábrán feltüntetett adatokkal (alábbi ábra). l2=20m

i1=10A

B

l3=30m

C

l5=25m

i2=30A i3=40A

i4=20A

i1  l2  i2  l3 10  20  30  30 200  900 1100     27,5 m 10  30 40 i1  i2 40

34 

1234 

i

x

feszültségesés  = 3 %, a rézvezető fajlagos ellenállása 

1 mm 2 56 m

, a cosφ = 1. A terhelési csoport E (többerű kábel

fali konzolon, levegőben). A környezeti hőmérséklet 35 °C. Közvetlen egymás mellett 3db kábel van. B és C elágazások után terhelésmódosítást nem kell figyelembe venni. Az egy vezetékre megengedett feszültségesés :

e' 

 U 3 230    3,45 V 100 2 100 2

A sugaras hálózatot átalakítjuk a képzetes hosszúságok kiszámításával egyetlen tápvezetékké.

12=27,5m l0=100m

i3  0  i4  l5 20  25 500    8,33 m 20  40 60 i3  i4

l1=50m

(10  30)  (50  27,5)  (40  20)  (50  8,33) 10  30  40  20 40  77,5  60  58,33  66 m 100

B

i1+i2= 40A

A l4=50m C  34= 8,33m

(i1  i2 )  (l1  12 )  (i3  i4 )  (l4  34 )  i1  i 2  i3  i4



 lx

A hálózat feszültsége U = 230 V, a megengedett százalékos

A képzetes vezetékhosszak számítása:

12 

x

megfelelően - az áram hatásos összetevőjével kell számolni.

3. Példa

l4=50m

x 1 n

ahol értelemszerűen – a feszültségesésre méretezésnek

i l  i l 12  1 1 2 2 i1  i2

UT

i

x 1

Ebből az egyenlőségből a

l1=50m l0=100m A

x 1

n

i3+i4= 60A l0 = 100m

A

1234= 66m i = 100A

72


Ezután a 4.7.5. ábrán látható (l0+ 1234) hosszúságú tápvezeték keresztmetszetét határozzuk meg.

A

  (i1  i2  i3  i4 )  (l0  1234 )  e'

1  (10  30  40  20)  (100  66)  142,63 mm 2 56  3, 45 A választott szabványos keresztmetszet 150mm2. Ennek

Elektrotechnika MA

Ezt követően meghatározzuk az l0 vezetéken keletkező tényleges feszültségesést.

e'l0  

a  1234 képzetes hosszúságú vezetékre, azaz az A pontból leágazó két elágazó vezetékre maradó feszültségesés:

e'1234  e'el'0  3, 45  1,19  2,26 V

alapterhelhetőségi értéke It = 379A, (E szerelési mód), amit a módosító tényezőkkel korrigálva a megengedett áramterhelhetőség Im = k1·k3·It = 0,94 · 0,65 · 379 = 231,6 A Tehát melegedésre megfelel, mivel a i = 100A.

A választott szabványos keresztmetszet 25mm2. Ennek alapterhelhetősége It= 119A, amit a módosító tényezőkkel korrigálva a megengedett árama Im = k1·k3·It = 0,94 · 0,65 · 119 = 72,7 A Ezért melegedésre is megfelel, mivel a terhelő árama 40A. A B pontból leágazó vezetékek méretezéséhez szükségünk van a leágazó l2, l3 hosszúságú vezetékekre megengedhető

1 100 l0  (i1  i2  i3  i4 )  100    1,19 V 56 150 A0

A következőkben hasonló módon az l1 és az l4 hosszúságú vezetékek keresztmetszetét határozzuk meg: 1  A1   (i1  i2 )(l1  12 )   (10  30)  (50  27,5)  24,49 mm 2 e'1234 56  2,26

így az l2 és az l3 vezetékekre maradó megengedhető feszültségesés:

e'l2  e'l3  e'1234  e1'1  2,26  1,43  0,83 V az l2 hosszúságú vezeték keresztmetszete:

A2 

feszültségesés értékére is. Ennek meghatározásához kiszámítjuk az l1 vezetéken létrejövő feszültségesést:

e'l1  

1 50 l1  (i1  i2 )  (10  30)    1,43 V 56 25 A1

Az l3 vezetéken megengedhető feszültségesés e‘3 = 0,83 V. Az l3 hosszúságú vezeték A3 keresztmetszete:

1  A3   i2  l3   30  30  19,36mm 2 e'l 56  0,83 3

A választott szabványos keresztmetszet 25 mm2, mely melegedésre is megfelel, mert 119 A-el terhelhető és csak 30A terheli.

1   i1  l2  10  20  4,3 mm 2 e'l2 56  0,83

A választott szabványos keresztmetszet 6 mm2. Ez 51 A -ral terhelhető. Melegedésre megfelelő, mivel csak 10A terheli.

A választott szabványos A4 keresztmetszet 35 mm2. Ennek megengedett terhelhetősége 148 A. A módosító tényezőkkel: Im4 = k1·k3·It4 = 0,94 · 0,65 · 148 = 90,4A Tehát melegedésre is megfelel, mivel csak 60A terheli. Az l5 hosszúságú vezeték A5 keresztmetszetének meghatározásához szükség van az l4 vezetéken létrejövő tényleges feszültségesés meghatározására is. Ennek értéke :

Az l4 hosszúságú leágazó vezeték A4 keresztmetszete:

A4 



e'1234

 (i3  i4 )  (l4  34 ) 

1  (40  20)  (50  8,33)  27,65mm 2 56  2, 26

e'l4  

1 50 l4  (i3  i4 )  (40  20)    1,53 V 56 35 A4

e'l5  e'1234 el'4  2,26  1,53  1,73 V

73


Elektrotechnika MA

Összefoglalva :

e’=3,45V

A5 

2,26V

1,19V

Az A5 keresztmetszet:

1,43V 0,86V

1   i4  l5   20  25  5,16 mm 2 e' l 56  1,73

l2=20m

5

B

heli.

i1=10A

l3=30m l1=50m 25mm2 25mm2 l0=100m A 2

A választott szabványos keresztmetszet 6 mm2, ami melegedésre is megfelelő, mert 51 A-ral terhelhető és csak 20A ter-

6mm2

UT

150mm

l4=50m

35mm2 C

l5=25m

i2=30A

6mm2 i3=40A

i4=20A

4. Feladat Az alábbi ábrán látható sugaras vezetékhálózatot méretezze feszültségesésre és ellenőrizze melegedésre. A hálózat U= 230 V feszültségű; a megengedett százalékos feszültségesés  = 2%; a fogyasztók teljesítménytényezője cosφ= 1; az alumínium vezető fajlagos ellenállása ς = 0,03 · 10-6 m. A fogyasztói terhelések és vezeték méretek az ábrán láthatók. 20m

i1=40A

100m

i5=10A

UT

20m

60m 20kW

i4=10A

cosφ=1

i3=20A

a) azonosak (például körvezeték esetén), UA = UB

A két végén táplált elosztóvezetékek a fogyasztókat két táppontból látják el villamos energiával. L

Ha a két tápponton a feszültségek egyenlők (UA = UB), akkor LBx

A kétoldali táplálás helyén kettévágva a vezetéket két elosztóvezetéket kapunk, amelynek méretezési elvét már ismerjük.

LA1

LBn

K

A i’k i1

b) különbözőek (például íves vezetékeknél). UA  UB

meghatározzuk a kétoldalról táplált fogyasztó helyét (K).

LA2

IA

60kW cosφ=0,6

A táppontok feszültségei lehetnek:

4.7.4. Két végén táplált elosztóvezeték méretezése

LAx

cosφ=0,8

100m

i2=10A 50m

40kW

40m

30m

100m

UT

5. Feladat Méretezze az alábbi ábra sugaras hálózatát feszültségesésre és melegedésre. A hálózat 400/230 V feszültségű; az alumínium vezető fajlagos ellenállása  = 0,03·10-6 m; a megengedett százalékos feszültségesés  = 5%. A fogyasztói terhelések és vezeték méretei a következő ábrán láthatók.

i2

B i’’k

ix

in

A K pontban a legnagyobb a feszültségesés, tehát a feszültségesésre történő méretezéshez ezt kell meghatározni.

IB

74


Elektrotechnika MA

Először kiszámítjuk a tápponton befolyó áramerősségek

Az A táppontra felírva az áramnyomatékok egyenlőségét: IB·L = i1·LA1+ i2·LA2+…+ ix·LAx+…+ in·LAn

nagyságát, a táppontok terheléseit. Számítása mechanikai analógia alapján egyszerű.

ebből az egyenlőségből a B táppont áramát meghatároz-

A két végén táplált elosztóhálózatot fogyasztói áramaival egy

hatjuk: n

kéttámaszú tartónak tekinthetjük, ahol a függőleges terhelő erők a fogyasztók áramai, a kéttámaszú tartó A és B pontján fellépő reakció erők pedig a táppontok áramainak felelnek meg. Az egyensúlyi feltétel alapján bármelyik alátámasztási pontra felírt terhelő erők nyomatéka egyenlő a másik alátámasztási

IB 

terhelő és tápponti áramok nyomatékait.

Az IA tápponti áramot Kirchoff csomóponti törvénye alapján is kiszámíthatjuk, illetve ellenőrizhetjük a számítást :

x 1

x

 LAx

L

hasonlóképpen határozhatjuk meg a B pontra felírt áramnyomatékok egyenlőségéből az IA tápponti áramot: n

pont reakcióerőjének nyomatékával. Ezen elven írhatjuk fel a két ponton táplált elosztóvezetéket

i1  L A1  i2  L A2  ...  i x  L Ax  ...  in  LAn  L

i

IA 

i1  LB1  i2  LB 2  ...  i x  LBx  ...  in  LBn  L

i x 1

x

 LBx

L

Ha az egyik irányból befolyó áram nem tudja a fogyasztó áramigényét kielégíteni a különbséget a másik táppont

xn

I A  I B  i1  i 2    i x    i n   i x

irányából kell biztosítani.

x 1

xn

I A   ix  I B

Erre a fogyasztóra az is jellemző, hogy itt a mindkét táppont

x 1

felől számított feszültségesések összege egyenlő. Ezt a

Megkeressük azt a fogyasztót, amelyik mindkét oldalról kap táplálást. Valamelyik táppontból kiindulva az áram folyásának

fogyasztói

helyet

az

elosztóvezeték

súlypontjának

is

nevezhetjük.

irányában haladva egymás után vonjuk ki a tápponti áramból (az IA- vagy az IB-ből) az egyes fogyasztók terhelő áramait, míg az eredmény negatív nem lesz. IA - i1 - i2 - … < 0

A két oldalról táplált fogyasztónál a vezetéket elvágjuk és így kapunk két egy ponton táplált elosztóvezetéket (következő ábra).

 K meghatározható

A

B

4. Példa A példában a 400/230 V feszültségű két végén azonos feszültséggel táplált elosztóvezetéket az alábbi ábrán feltüntetett távolságokban különböző fogyasztói teljesítmények

IA

i1

i2

i’3

i”3

i4

IB

terhelik. A megengedett százalékos feszültségesés  = 5 %; az alumínium vezető fajlagos ellenállása  = 0,03·10-6 m.

Az egy ponton táplált bármelyik vezetékrész méretezését a 4.5. pontban tárgyaltak szerint végezzük el.

A

300m

200m 400m

I1

Ily módon a két a végén táplált vezeték méretezését vissza-

I2

100m

I3

B

I4

vezettük az egy ponton táplált vezetékek méretezésére. A két végén táplált vezetéknek feszültségesésre történő

IA

1

2

3

IB

méretezését a 4. példában láthatjuk.

75


Elektrotechnika MA

n

P1 = 20kW

P2 = 50kW

P3 = 70kW

cosφ1 = 1

0,8

0,6

IA 

i x 1

xh

 LBx

L



28,86  700  72,17  500  101,04 100  66,39 A 1000

n

I B   i x  I A  (28,86  72,17  101,04)  66,39  135,68 A x 1

ih 

P  28,86 A 3U

72,17A

2. Megkeressük azt a fogyasztót, amelyik mind a két táppont

101,04A

felől kap áramot. Például az IA áramból egymás után levonjuk az egyes fogyasztók áramait, vagyis kiszámoljuk az egyes

Feszültségesésre méretezünk, ezért a hatásos áramokkal

vezetékszakaszok terhelőáramait. I1 = IA = 66,39A

kell számolununk.

I2 = I1- i1 = 66,39 - 28,86 = 37,53A I3 = I2 - i2 = 37,53 - 72,17 = -34,64A

1. Meghatározzuk az IA és IB tápponti áramokat:

I4 = I3 + i3 = IB = 34,64 + 101,04 = 135,68A

Megállapítható, hogy a második fogyasztó az i2 áramát két oldalról kapja.

Kiszámítjuk az egyik elosztóvezeték keresztmetszetét. Az egy vezetékre megengedett feszültségesés:

3. Itt a vezetéket elvágjuk és kapunk két egy ponton táplált

e' 

vezetéket (alábbi ábra). A

300m

200m

66,39A

lA = 66,39A

400m

37,53A

28,86A

72,17A

34,64A

100m

A szükséges keresztmetszet: B

135,68A

101,04

5 400   11,55V 100 3

lB =135,68A

A

0,03 10 6    I xh  l x   (66,39  300  37,53  200)  e' 11,55 71,42 10 6 m 2  71,42mm 2

A vezetékek méretezése a végigfutó keresztmetszetek elvén történt, ezért mind a két egy pontból táplált elosztóvezeték méretezésénél ugyanazt a keresztmetszetet kell kapnunk.

6.Feladat Például a másik elosztóvezeték keresztmetszete a

Méretezze feszültségesére az alábbi ábrán látható két végén

„B” pont felöl számítva :

táplált elosztóvezetéket. Az ábrán az egyes fogyasztók teljesít-

0,03 10 6  A    I xh  lx   (33,64  400  135,68 100)  e' 11,55

teljesítménytényezője cosφ = 1.

ményei és az egymástól való távolságuk láthatók. A fogyasztók

71,23 106 m 2  71,23mm2 A választott szabványos keresztmetszet 95mm2.

A hálózat feszültsége 400/230 V; a megengedett százalékos feszültségesés = 2%; az alumínium vezető fajlagos ellenállása  = 0,03·10-6 m. A

250m

IA

200m

P1=10kW

240m

P2=16kW

250m

P3=20kW

B

IB

76


Elektrotechnika MA

7. Feladat Méretezze feszültségesésre az alábbi ábrán látható két

4.7.5. Körvezeték

végén táplált elosztóvezetéket. Az ábrán feltüntettük az elosztóvezeték méreteit és a fogyasztók teljesítményeit. A két táppont feszültsége 400/230V; a megengedett

Ha a két végén azonos tápponti feszültséggel (UA = UB)

százalékos feszültségesés  = 5%; az alumínium vezető

táplált elosztóvezetéket összekötjük körvezetéket kapunk.

fajlagos ellenállása  = 0,03·10-6 m. A

200m

300m

200m

i2 300m

100m

i3

ix

B l3

lx

ln-1

in-1

l2

i1 IA

P1=30kW cosφ1=0,8

P2=60kW P3=20kW cosφ2=1

i2

P4=100kW

lx

A B

Méretezése teljesen hasonló a két végéről táplált elosztóbetáplálásánál elvágva, majd kiterítve egy két végén táplált

ln

ln+1

elosztóvezetéket kapunk.

in

L LAx

5. példa

LBx

Egy 400/230 V feszültségű körvezetékről a következő ábrán láthatóan tápláljuk a fogyasztókat villamos-energiával. Az

LA1

ábrán láthatjuk a hálózat méreteit és a fogyasztók teljesítmé-

K

A i’K l1

l2 i1

l3 i2 i3

B

i”K

lx

ln-1 ix

100m

P1=50kW

ln in-i

nyeit, cosφ értékeit. A megengedett százalékos feszültségesés = 5%; az alumínium vezető fajlagos ellenállása = 0,03·10-6

ln+1 in

100m

cosφ1=1

IB

m.

A 100m

P4=40kW

50m

200m

50m

100m B

IB

IA

50m

P1=50kW

P2=30kW

P3=20kW

cosφ2=0,8

cosφ3=0,8

P2=30kW

P3=20kW

P4=40kW

cosφ2=0,8

cosφ3=0,8

cosφ4=0,6

cosφ1=1

A A betáplálásnál elvágjuk a körvezetéket és így két betáp-

B 108,26A

36,09A

lálási pont keletkezik, majd a következő ábrán látható módon kiterítjük.

200m

cosφ4=0,6

50m

1.

in

vezetékéhez. Az előző ábrán látható módon a körvezetéket a

in-1 l1

ln+1 IA

ln-1

l2

IA

IB

ix

l3

i1

A l1

cosφ3=0,6 cosφ4=0,8

i3

ln

IA

i’2 i1

7,22A

36,09A

93,83A

i”2 i3

i4

IB

77


Elektrotechnika MA

P1 =50kW

P2 =30kW

P3 =20kW

P4 =40kW

cosφ1 = 1

0,8

0,8

0,6

n

I B   ixh  I A  (72,17  43,3  28,86  57,74)  108, 25  93,83 A x 1

P

ih 

3U

3. Megkeressük az a fogyasztót, amely mindkét táppont felől kap áramot. Kiszámítjuk az egyes vezetékszakaszokat terhelő

 72,17 A

43,3A

28,87A

57,74A

áramokat. IA = I1 = 108,26A I’2 = 108,26 - 72,17 = 36,09A

2. Meghatározzuk az IA és IB áramokat a B pontra felírt nyomatékok segítségével. n

IA 

i

Ez az áramerősség már nem elegendő a második gyűjtősín fogyasztóinak ellátására.

 LBx

72,17  400  43,3  350  28,87 150  57,74 100   L 500 28868  15155  4330,5  5774 54127,5   108,25 A 500 500 xh

I’’2 = I’2 - i2 = 36,09 - 43,3 = -7,21A

x 1

I3 = I’’2 + i3 = 7,21 + 28,87 = 36,08A I4 = I3 + i4 = 36,08 + 57,74 = 93,82A

Tehát a második gyűjtősín fogyasztói két oldalról kapnak áramot. A vezetéket itt elvágjuk és két egy pontból táplált

A végigfutó keresztmetszetek elve alapján a másik elosztó-

elosztóvezetéket kapunk, melynek méretezése már az is-

vezeték keresztmetszetét is ugyanekkorára kell választani.

mert módon történik. Ellenőrzés:

Egy vezetékre megengedett feszültségesés:

e' 

5 400   11,55V 100 3

0,03 106    I xh  lx   (7,2  200  36,09  50  93,83 100) 11,55 e' 0,03 106 0,03 10 6  (1444  1804,5  9383)  A 12631,5  11,55 11,55 32,81106 m 2  32,81mm 2

A

0,03 10 6    I xh  l x   (108,26 100  36,09  50) 11,55 e' 0,03 10 6 0,03 10 6  (10826  1804,5)  A 12630,5  11,55 11,55 A

32,8110 6 m 2  32,81mm 2

9. Feladat Méretezzük feszültségesésre az alábbi ábrán látható 400/230V feszültségű körvezetéket. Az ábrán láthatók a körvezeték méretei és a gyűjtősínek terhelései, valamint teljesítménytényezőik értékei. A megengedett százalékos feszültségesés =5%; az alumínium vezető fajlagos ellenállása  = 0,03·10-6m.

4.7.6. Kétoldalról különböző feszültséggel táplált vezeték méretezése Íves hálózatoknál a két táppont feszültsége általában nem azonos: UT1UT2 L

30m P1=80kW cosφ1=0,8

10m

LAx

40m 20m

LBx

LA2 P3=60kW cosφ3=0,6

UT1

LA1 i’k

P2=20kW cosφ2=0,8

II=I’I+I0

LBn

K

i1

i2

UT2

i”k ix

in

III=I’II-I0

78


Elektrotechnika MA

Ebben az esetben - függetlenül attól, hogy a fogyasztók rá 1. Az UT1 tápponti áram előzetes értéke, a kiegyenlítő áram figyelembe vétele nélkül.

I 'I 

vannak-e kapcsolva a vezetékre -, a nagyobb tápponti feszültségű helytől kiindulva

I0 

i1  LII 1  i 2  LII 2  ...  i n  LIIn L

UT1  U T 2 R

(ahol R a vezeték ellenállása) kiegyenlítő áram folyik. Ez hatásos áramnak tekinthető, mert a kisfeszültségű háló-

2. A két oldalról táplált fogyasztó helyének előzetes meghatározása:  K’ meghatározható.

I’I - i1 - i2 - … - ik < 0

zatok induktivitása elhanyagolható. Ez a tényleges tápponti áramokat megváltoztatja. A vezeték méretezésénél először feltételezzük, hogy UT1= UT2, ezzel kiszámítjuk a fogyasztói áramok miatt fellépő fiktív tápponti áramokat a 4.7.4. pont szerint.

Ehhez meghatározzunk egy feltételezett szükséges vezeték keresztmetszetet, amely ismeretében már meghatározható a vezeték ohmos ellenállása. UT Mivel a táppontok ténylegesen különböző feszültségűek,

e’1

e’2

… e’k …

e’n

UT

ezért fellép egy kiegyenlítő áram, amely a vezeték ellenállását ismerve már számítható. Ezzel a valódi tápponti áramok – feltételezve, hogy UT1 > UT2:

A vezeték mentén az egyes szakaszok egy vezetékére eső

II = I’I + I0

feszültségesések változása ha a tápponti feszültségek

III = I’II - I0

azonosak.

Ennek ismeretében a tényleges K pont helyét meghatározva méretezni tudjuk a vezetéket.

UT1

e’ük e’1

e’2

e’k

UT2

e’k’

4.1. táblázat

Ha a tápponti feszültségek különbözőek, akkor a vezetéken a nagyobb feszültségű táppontból kiegyenelítő áram folyik (I0) a kisebb feszültségű táppontba. A vezeték mentén az egyes szakaszok egy vezetékére eső feszültségeséseket a kiegyenlítő áram hatására eső feszültség megváltoztatja.

79


5. Túláramvédelem 5.1. A túláram meghatározásai

Elektrotechnika MA

A gyakorlati életben a túlterhelési áram a névleges áramot legfeljebb 50...60%-kal haladja meg, a zárlati áram áramerőssége ennél lényegesen nagyobb. A túlterhelés sok esetben kezelői tevékenység következtében külön – kifejezet-

Túláram minden olyan áram, amely az adott áramkörben az áramkör méretezésének alapját adó névleges áramot meghaladja. A túláramvédelem a túlterhelésvédelem és a zárlatvédelem összefoglaló elnevezése. A túlterhelés és a zárlat között az az elvi alapvető különbség, hogy a túlterhelési áram villamosan ép áramkörben a rá kapcsolt fogyasztók igénybevétele következtében-, a zárlati áram pedig az áramkör villamos hibája következtében lép fel.

Mechanikai ok gépészeti berendezés esetében az alkalmazott technológia valamely rendellenessége is lehet, ha pl. a mechanikai terhelés szakaszosan, vagy állandóan a névlegesnél nagyobb. Villamos ok lehet, ha a gépet tápláló hálózat feszültsége jelentős mértékben csökken, esetleg részleges menetzárlat, kismértékű földzárlat, a háromfázisú hálózat egyik fázisának kimaradása, vagy a villamos gép egyéb meghibásodása, esetleg a hálózatszakaszon lévő több nagy teljesítményű fogyasztó egyidejű üzembe lépése következtében. A túlterhelés az esetek jelentős számában magától, ill. üzemviteli beavatkozás következtében megszűnik.

ten hibaelhárítási jellegű - beavatkozás nélkül, még a kár fellépése előtt is megszűnik; a zárlat megszüntetésére viszont azonnali önműködő beavatkozás szükséges. A túlterhelési áram olyan túláram, amely a villamosan ép áramkörben lép fel, például többfogyasztós áramkörben a fogyasztók egyidejűségének nem várt növekedése, a villamosmotoros hajtás esetén pedig akár mechanikai ok, akár a tápláló hálózat egyik fázisának kiesése miatt.

Azt a kedvező tulajdonságot, hogy a villamos eszközökön a túlterhelés bizonyos ideig fennállhat, célszerű az üzem állandósága érdekében kihasználni, és csak olyan túlterhelés ellen kell védeni, amely a berendezésre káros hatású lehet. Ennek megfelelően az a biztos és gazdaságos túlterhelésvédelem, amely csak akkor kapcsolja le a fogyasztókészüléket a hálózatról, amikor annak túlmelegedése megközelíti a megengedett legnagyobb értéket; az ezt követő visszakapcsolás pedig csak akkor lehetséges, ha a fogyasztó-készülék hőmérséklete már ennél kisebb. Ez a követelmény csak akkor teljesül, ha a védelem érzékelő-működtető szerve a fogyasztókészülék pontos hőmása.

80


Elektrotechnika MA

Zárlati áram olyan túláram, amely az áramkör üzemszerűen különböző potenciálon lévő pontjai között egy elhanyagolhatóan kis értékű ellenállás vagy impedancia formájában megjelenő hibából (szigetelés leromlásából, véletlen vagy szándékos összekötéséből) származik.

A túláramok hatására bekövetkező kedvezőtlen változások a villamos részek túlmelegedése, vagy a zárlati hatásokra előforduló mechanikai károsodások. Ezek ellen a villamos

A zárlatvédelmet úgy kell kialakítani, hogy a védelem

berendezéseket feltétlenül meg kell védeni. E védelem ritkáb-

működésekor lehetőleg csak a meghibásodott berendezés-

ban csak jelzés, de általában önműködő kikapcsolás. A kikap-

rész kapcsolódjon ki (szelektivitás), és a zárlat fennállása

csolást vagy jelzést érzékelő relék vezérelhetik.

minél rövidebb időre korlátozódjon.

5.2. Védőkészülékek

A védő és kikapcsolóberendezések : a megszakítók, az olvadóbiztosítók, a kismegszakítók és a motorvédő-kapcsolók.

A szakmai köznyelvben motorvédőkapcsolónak azt a megszakítót nevezik, amely (függetlenül attól, hogy az adott helyen a zárlati áram megszakítására önmagában vagy csak előtétbiztosítóval képes), alkalmas az általa védett motorok gyakori kapcsolására, és el van látva túlterhelés-, valamint feszültségcsökkenés védelemmel. A megszakítók az univerzális és az áramkorlátozó megszakítók csoportjaira oszthatók. A korszerű kisfeszültségű megszakítók - a korábbi készülékek néhányszor 10 kA-es megszakítóképességéhez képest -, már 100...150 kA effektív értékű független zárlati áramok megszakítására is képesek. (Független zárlati áramnak nevezzük azt az áramot, amely akkor folyna az áramkörben, ha a megszakító, vagy az adott készülék, berendezés minden egyes pólusát vagy áramkörét elhanyagolható impedanciájú vezetővel helyettesítenénk.)

5.2.1. Megszakítók Megszakító, az olyan mechanikus kapcsolókészülék, amely üzemszerű áramköri viszonyok között a névleges áramának megfelelő áramok bekapcsolására, korlátlan ideig tartó vezetésére és kikapcsolására; továbbá a rendellenes áramköri viszonyok, pl. zárlatok esetén a fellépő áramok bekapcsolására, meghatározott ideig tartó vezetésére és önműködő megszakítására alkalmas. A megszakító az élet- és vagyonvédelemre is alkalmas, mivel egy berendezés meghibásodásakor előforduló zárlat esetén a berendezést a hálózatról lekapcsolja.

Ezen megszakítók névleges árama (amely az általa tartósan vezethető áramerősséget jelenti) általában 100 A-tól 6300 A-ig terjed. Az univerzális megszakítók általában túlterhelési és zárlati, továbbá feszültségcsökkenési (vagy feszültséghiány-, nullafeszültség-) és távvezérlés céljára ún. munkaáramú (sönt) kioldókkal vannak felszerelve. A távműködtetés megvalósíthatóságára általában motoros vagy mágneses hajtószerkezettel, a pillanatszerű megszakítás érdekében pedig erőtárolós kioldómechanizmussal vannak ellátva. Ezek a készülékek alkalmasak a zárlati áramok vezetésére akár 600...800 ms-ig is, ezért késleltetést létrehozó időzítőszerkezet is beépíthető, így időlépcsőzött, vagy más néven szelektív zárlatvédelem kialakítására is megfelelnek.

81


Elektrotechnika MA

A szelektivitás két vagy több sorbakapcsolt túláramvédelmi

Az áramkorlátozó megszakító igen gyors működésű, ezért az

eszköz működése közötti olyan koordináció, amely akkor

érintkezők gyors szétválása következtében az ívfeszültség az

működik helyesen, ha a terhelés felöli oldalon lévő védelmi

érintkezők közötti feszültségnél gyorsabban növekszik, a

eszköz kellően rövid idő alatt befejezi megszakítási működését

megszakítási idő 4...6 ms-nál rövidebb, vagyis a megszakító a

ahhoz, hogy ezzel megakadályozza a másik eszköz működés-

váltakozó áram csúcsértékének elérése előtt kikapcsol (ezek

ének indulását. A kisfeszültségű megszakítók konstrukciós kialakítás szempontjából tovább oszthatók fémvázas és kompakt kivitelre. A kompakt kivitelű vázszerkezet és burkolata műanyag, általában csak kézi működtetésű, és max. 630 A, ritkábban 1000 A névleges áramúra tervezik. Néhány gyártó terméke alkalmas távműködtető szerkezet felszerelésére is.

alkalmazása esetén tehát a ténylegesen fellépő zárlati áramerősség lényegesen kisebb a zárlati számításokból kiadódó független zárlati áramnál). Az áramkorlátozó megszakító időlépcsőzésű zárlatvédelem kialakítására nem alkalmas, mivel zárlati kioldója nem késleltethető. (Késleltetés esetén ugyanis 10 ms - vagyis egy félperiódus ideje - után a zárlati áram csúcsértéke kifejlődne, és ekkor az áramkorlátozó hatás nem érvényesülhetne.)

DPX készülékek választéka Az áramkorlátozó megszakítók érintkező rendszere és

DPX630

DPX1600

áramköre nem alkalmas a zárlati áram csúcsértékének átve-

Icu: 36(70) kA

Icu: 50(70) kA

400 A

800;1250;1600 A

zetésére, ívoltó rendszere is alkalmatlan a zárlati áram csúcs-

630 A

értékéhez tartozó ív oltására. Az áramkorlátozó megszakítók között is találhatók kompakt kivitelűek. Ezek általában kevesebb kapcsolási számra ké-

DPX125

DPX250ER

DPX250

Icu: 25 kA

Icu: 36 kA

Icu: 36(70) kA

25 A

160 A

160 A

40 A

250 A

250 A

63 A 100 A 125 A

szülnek, mint a fémvázas kivitelűek. (Ezzel a változattal a

DPX-I 1600

gyártók egy olcsóbb készüléket kívántak kialakítani. Ennek

1250 A

800 A

DPX-I 630

megfelelően gyakori kapcsolású fogyasztók üzemi kapcsolás-

DPX-I 250 DPX-I 250 ER

ára nem célszerű ezeket alkalmazni.) DPX-I 125 125 A

1600 A

400 A

250 A

160 A 250 A

5.2.2. Olvadóbiztosítók

Az olvadóbiztosítók olyan különleges, az áramkörbe iktatott vezetékrészek, amelyek túláram vagy zárlat esetén a létrejövő hő hatására elolvadnak, és ha az áram adott értéket - elegendő ideig - meghalad, akkor az áramkört megszakítják, ezáltal a mögöttük lévő vezetékrészt, berendezéseket és fogyasztókészülékeket megóvják.

82


Elektrotechnika MA

Az olvadóbiztosítókkal megvalósított védelem sok szemAz olvadóbiztosítók igen nagy teljesítmények lekapcsolására képesek olyan módon, hogy kiolvadásukkor a zárlati áramot a tört részére korlátozzák, így a hálózatot és a fogyasztókészülékeket nagymértékben megkímélik a zárlati áram termikus és dinamikus romboló hatásától. (Olvadóbiztosítók alkalmazása esetén a ténylegesen fellépő zárlati áram töredéke lehet a zárlati számításokból kiadódó független zárlati áramnak.)

pontból előnyös lehet. Ha megfelelően építik be, akkor nem robbanás- és tűzveszélyes, semmilyen karbantartást nem igényel, a zárlati áramot rendkívül gyorsan és nagyon rövid idő alatt megszakítja, gyakorlatilag veszélytelen túlfeszültség mellett. Beépítésük és alkalmazásuk igen olcsó annak ellenére, hogy minden kioldás után betétet kell cserélni, teljesítőképességük a betétek cseréjével könnyen változtatható és olyan helyeken való alkalmazásuk, ahol csak ritkán kell kapcsolni, a lehető legolcsóbb, leggazdaságosabb és legegyszerűbb.

Hátrányuk viszont, hogy leoldás után a betét távműködtetéssel nem cserélhető, csak a helyszínen, így ez hosszabb ideig tart, mint a megszakítók visszakapcsolása. Ezen túlmenően cseréjük bizonyos villamos ismereteket is igényel. Működésüket a környezeti hőmérséklet nagyban befolyásolja, háromfázisú áramkörökben az egyik fázis biztosítóbetétjének kiolvadása az épen maradt fázisok túlterhelődését okozhatja, amiért azok (de legalább az egyik) biztosítója is rövid időn belül kioldhat, és így a teljes háromfázisú áramkör lekapcsolódhat a táphálózatról.

Az alábbi ábrán az olvadóbiztosító - 100 kA effektív értékű független zárlati áram hatására bekövetkezett - kiolvadásáról felvett oszcillogramon a biztosító áramkorlátozó hatása, és a kiolvadási jelenség időtartama látható.

A különböző kivitelű biztosítóbetétek általában kerámia-testben elhelyezett olvadószálból állnak. Az olvadószálat a kerámiatestben kvarchomok veszi körül, amely kisebb túláramokok esetén csak hűtőhatást fejt ki. Nagyobb zárlati áramok esetén a megolvadt fémszál a környező kvarchomokot is megolvasztja és ez áramvezetés szempontjából negatív karakterisztikájú kvarc-fém olvadék félvezető csövet képez. A környező homok hűtőhatása folytán ennek a vezetőképessége gyorsan csökken, így a zárlati áramot igen gyorsan korlátozza. Ez a jelenség nagyon gyorsan, (2...3 ms-nál rövidebb idő alatt) játszódik le, tehát az olvadóbiztosítónak áramkorlátozó hatása is van.

Az olvadóbiztosítót névleges árama, határárama, kiolvadási jelleggörbéje és megszakítóképessége jellemzi. A névleges áram az az áram, amelyre a biztosító készül és amely állandóan átfolyhat rajta. A határáram az a legnagyobb áram, amellyel a biztosító még éppen terhelhető (ez a kiolvadási jelleggörbe aszimptotájához tartózó áram). A kiolvadási jelleggörbe a biztosító kiolvadási idejét mutatja a rajta áthaladó áram függvényében. A megszakítóképesség az az A-ben kifejezett érték, amelyet a biztosító üzembiztosan, szétrobbanás nélkül meg tud szakítani.

83


Elektrotechnika MA

- gR jelöli a teljes tartományban megszakítóképes, félvezetőA korszerű biztosítóbetétek szabványos jelölésében az első

védő biztosítóbetéteket;

betűvel a megszakítási tartományt, a második betűvel az alkal-

- gN jelöli a teljes tartományban megszakító képes, nem

mazási kategóriát adják meg.

késleltetett (normál) biztosítóbetéteket. Teljes tartományban megszakítóképes az a biztosítóbetét,

- gG jelöli a teljes tartományban megszakítóképes, általános

amely a névleges áramtól a maximális megszakítóképességig

alkalmazású biztosítóbetéteket. (Ezeket a betéteket gyakran

terjedő áramtartományba eső bármely áramértéket képes

alkalmazzák motoráramkörök védelmére is, bár elsősorban

megszakítani (pl. 63 A-tól 120 kA-ig). Résztartományban megszakítóképes az a biztosítóbetét,

vezetékvédelemre alkalmasak.) - gM jelöli a teljes tartományban megszakítóképes, motor-

amely a gyártó által megadott, a biztosítóbetét névleges áramánál nagyobb értéktől a maximális megszakítóképessé-

áramkörök védelmére alkalmazható biztosítóbetéteket; - aM jelöli a résztartományban megszakítóképes, motoráram-

gig terjedő áramtartományba eső bármely áramértéket képes megszakítani (pl. 63 A-es biztosítóbetét esetén 200 A-tól 120

körök védelmére használható biztosítóbetéteket;

kA-ig), de a kisebb áramokat nem feltétlenül.

A vonatkozó szabványelőírások szerint a biztosítók a

Biztosító kiolvadási jelleggörbe

névleges áramerősség 1,5-szeresével tartósan (a biztosítók ellenőrző vizsgálatai során az egyezményes ideig) terhelhetők anélkül, hogy az olvadószál maradandóan elváltozna. Az átfolyó áram hatására az olvadószál természetesen melegszik, az így keletkezett veszteség az előírások szerint 100 A-re vonatkoztatva 10...15 W-nál nem lehet nagyobb. A biztosítók kiolvadási áram-idő jelleggörbe (jelleggörbesáv)

„a” gyors kioldású biztosító „b” lomha kioldású biztosító Ih

határáram

az alapja a védelem méretezésének. Az olvadószálnak a névleges áramerősség 1,5...2,1-szerese között kell kiolvadnia. A biztosítókra megadott kiolvadási jelleggörbéhez tartozó tűrésre a gyártó szavatosságot vállal, amelynek nagysága általában 20%. Az ábrán a biztosítók biztosítók jelleggörbéje látható.

A biztosítókra vonatkozó szabványokban a következő táblázatban összefoglalt egyezményes időket és egyezményes áramokat adják meg a leggyakrabban alkalmazott gG biztosítóbetétekre. Névleges áram, A

Nem-kioldó áram, Inf

Kioldó áram, If

Egyezményes idő, h

In<4

1,5

2,1

1

4 In<16

1,5

1,9

1

16 In<63

1,25

1,6

1

63 In<160

1,25

1,6

2

160 In<400

1,25

1,6

3

400 In

1,25

1,6

4

Az olvadóbetéteknek a nem-kioldó árama hatására az egyezményes időn belül nem szabad kioldania, míg a kioldó áram hatására az egyezményes időn belül ki kell oldania, és az áramkört meg kell szakítani.

Idő-áram tartomány gG biztosítóbetétekhez

84


Elektrotechnika MA

A rendszer aljzatból, biztosítóbetét-fejből, biztosítóbetétből és illesztőelemből áll. A biztosító aljzat és a biztosítóbetét-fej szigetelőrésze Magyarországon a

D típusú becsavarható; a nagyteljesít-

ményű késes és hengeres biztosítókat alkalmazzák.

kerámiából, vagy

más

nagy

hőállóságú

anyagból készül, a biztosító betét, és az illesztőelem mindig kerámia alapú. Az illesztőelem akadályozza meg azt, hogy biztosítóbetéteket nagyobb áramerősségűre cserélhessék. Emiatt kialakítása olyan, hogy ennek az aljzatba való

D típusú, becsavarható biztosító A D típusú (Diazed rendszerű) biztosítót

szakképzetlen

személyek, azaz bárki (főleg háztartási és hasonló célokra) használhatja. Ezen biztosítók névleges árama legfeljebb 100 A, névleges feszültsége legfeljebb 500 VAC, vagy VDC.

behelyezése, ill. cseréje szakképzetlen személyek számára hozzá nem férhető speciális kézifogóval lehetséges. A kvarchomokkal töltött biztosítóbetét belsejében a fő olvadószál mellett egy vékonyabb acélszál is van, amelyet rugó feszít. Ez a segédszál az ún. jelzőszál, amely szintén kiolvadva a megfeszített rugót kioldja, és ez által a színes kiolvadásjelző a helyéről kiesik.

A jelzőszem

megléte a biztosító-betétfej

üvegablakán

keresztül közvetlenül megfigyelhető. A jelzőszem színjelölése a biztosítóbetét névleges áramértékére is utal. A D típusú becsavarható biztosítók hat méretnagyságban készülnek (DO1, DO2, DO3, DII, DIII, DIV). Késes biztosítók Ezeket a biztosítókat elsősorban nagyteljesítményű hálózatokhoz alkalmazzák. Használatuk és kezelésük csak feljogosított, legalább villamosan kioktatott személyek számára enge-

A betétek két végén egy-egy kés alakú érintkező található. A betétek ezen érintkezőkkel csatlakoznak az aljzat érintkezőihez. A betétek és aljzatok rézből készült érintkezőinek felülete bevonatos, általában ezüstözött. A betéttest kerámiából vagy nagy hőállóságú műanyagból, az abba két oldalról becsavarozott, a késérintkezőket tartó, és a kezelő-fogantyút csatlakoztató szerelvénnyel ellátott véglapokból, a véglapokat összekötő olvadószalagokból és jelzőszálból, valamint az olvadószalagokat körülvevő kvarchomok töltetből és jelzőszemből épül fel.

déélyezett.

E biztosítók névleges árama max. 1250 A, névleges feszültségük 660 VAC, vagy 440 VDC. A késes biztosítók előnyös tulajdonsága az, hogy a betétet viszonylag egyszerűen ki lehet emelni az aljzatból, így azok szakaszolóként is használhatók, mivel teljes biztonsággal, és jól látható módon bontják az áramkört. A késes biztosítók méretnagyságaihoz a névleges áramok következő táblázat szerinti tartományai tartoznak: Méretnagyság

Névleges áramtartomány, A

00

6-160

A késes biztosítóbetétek kiolvadásjelző színe nincs előírva a névleges áramhoz, ellentétben a D típusú biztosítókéval. Korábban már utaltunk a kvarchomokkal töltött biztosítóbetétek áramkorlátozó tulajdonságára, amikor is az olvadóbetét a zárlati áram csúcsértékének kialakulása előtt az áramot megszakítja Az áramkorlátozó hatás, leginkább a késes biztosítók esetében figyelhető meg. Az olvadóbiztosítók szavatolt áramkorlátozó hatásáról a

0

6-160

gyártók diagramban szoktak tájékoztatást adni. A koordináta-

1

80-250

rendszer vízszintes tengelyén a független zárlati áram effektív

2

125-400

3

315-630

4

500-1000

4a

500-1250

értéke, a függőleges tengelyén pedig a ténylegesen fellépő áram csúcsértéke látható (lásd a következő ábrát).

85


Elektrotechnika MA

A kisfeszültségű berendezésekben előforduló Irz zárlati áram állandósult effektív értéke és az első periódusban adódó csúcsértéke közötti összefüggést a diagram két meredek egyenese mutatja. A 2,5·Irz-vel jelzett egyenes a független zárlati áram első periódusban fellépő csúcsértéke a zárlati áram 2,5-szerese, míg a másik egyenes az állandósult zárlati áram

1,414-szeres

csúcsértékét

mutatja.

A

különböző

névleges áramerősségű biztosítóbetétek esetén a különböző, független zárlati áram esetén kialakuló legnagyobb zárlati áram csúcsértékét a kisebb meredekségű egyenesek mutatják. Ez utóbbiak segítségével meghatározható, hogy az adott független zárlati áramerősség esetén, a választott névleges áramerősségű biztosítóbetéten mekkora lehet az átfolyó zárlati áram csúcsértéke.

A diagram szemlélteti a biztosító áramkorlátozó hatását. Látható, hogy adott független zárlati áramnál nem a 2,5·Irz (vagy 1,414·Irz) egyenes által meghatározható csúcsérték, hanem helyette a különböző névleges áramú betétek kisebb meredekségű egyenesei által meghatározható áram alakul ki. A diagramból látható, hogy ha a független zárlati áram értéke az áramkörben pl. 30 kA, akkor a 100 A névleges értékű betéten csak kb. 15 kA alakul ki az 1,414-szeres csúcs-

Hengeres biztosítók A hengeres érintkezősapkás biztosítóbetétes biztosítók két féle kivitelben készülhetnek. Az egyik, a C változatot szakképzetlen személyek általi használatra szánták, míg a másik változat csak feljogosított és szakképzett személyek által használható.

tényezőjű 42 kA, ill. a 2,5-szeres csúcstényezőjű 73 kA helyett.

A C hengeres biztosító legfeljebb 63A névleges áramú és legfeljebb 400 VAC névleges feszültségű lehet. A biztosító érintkezősapkái általában réz-ón ötvözetből készülnek, nikkel bevonatosak. A betéttest kerámia alapanyagú, de nagy hőállóságú műanyagból is lehet. Az olvadóelemek réz-nikkel ötvözetből vagy konstantánból készülnek, és az érintkezősapkákhoz keményforrasztással rögzítettek. Az ívoltóközeg itt is kvarchomok szokott lenni. E biztosítókat öt méret nagyságban gyártják. Az egyes méretnagyságokhoz a következő táblázat szerinti névleges áramerősségek tartoznak.

A hengeres biztosítókra előírt egyezményes időket és áramokat foglalja össze a következő táblázat Névleges áram, In·A

Nem-kioldó áram, Inf, A

Kioldó áram, If, A


2…4

1,5·In

2,1·In

1

6…10

1,5·In

1,9·In

1

16 In 63

1,2·In

1,6·In

1

A C típusú hengeres biztosítók megengedett legnagyobb vesztesége 2,5…7 W A feljogosított személyek általi használatra szánt hengeres

Névleges áram, A

biztosítók névleges árama 125 A–ig, névleges feszültségük

0 (8,8x31,5)

2; 4; 6; 10; 16; 20

660 VAC váltakozó feszültségig terjed. Ezeket a biztosítókat

1 (9x36)

2; 4; 6; 10; 16; 20; 25

2 (10,2x38)

20; 25; 32

3 (13,7x50)

32; 40; 50

feszültségre 10x38mm, 25A; 14x51mm, 50A; 22x58mm,

4 (22x50)

40; 50; 63

100A).

Méretnagyság, mm

három méretnagyságban gyártják (gG típus esetén 500VAC

86


Elektrotechnika MA

5.2.3 Túláramvédelmi megszakítók háztartási és hasonló berendezések számára (kismegszakítók)

A biztosítóbetétek megengedett legnagyobb vesztesége

A címben meghatározott készülékeket a köznyelvben

1,2...9,5 W. Ezekre a biztosítóbetétekre is a késes érintkező-

kismegszakítóknak (korábban kisautomatáknak) szok-

vel ellátott betétekre előírt egyezményes idők és egyezmény-

ták nevezni. A továbbiakban a szakemberek nagy több-

es áramok vonatkoznak.

sége által ismert és használt megnevezést fogjuk használni a rájuk vonatkozó szabvány pontos megnevezése helyett.

Az 50 vagy 60 Hz-en működő, a fázisok között legfeljebb 440 V névleges feszültségű, legfeljebb 125 A névleges áramú és

A készülék a meghibásodott vezeték vagy fogyasztóberen-

legfeljebb 25 000 A névleges zárlati megszakítóképességű,

dezés önműködő kikapcsolásával megakadályozza a további

váltakozó áramú, légmegszakítású készülékeket nevezzük

károsodást.

kismegszakítónak.

A kismegszakítók egyik legfontosabb előnye a biztosítókkal

Ezek a megszakítók épületek vezetékes villamos beren-

szemben az, hogy önműködő kikapcsolása esetén egyszerű-

dezéseinek és hasonló alkalmazásoknak túláramok elleni

en visszakapcsolható, az üzemvitel helyreállítható, és nem

védelmei, melyet szakképzetlen személyek kezelhetnek és

kell betétet cserélni. További előnye az, hogy az adott áram-

karbantartás nélkül használhatják. E megszakítók rendelteté-

kör a méretezés szerinti villamos energiaigénynél jobban nem

se kisebb teljesítményű fogyasztói leágazásokban; háztar-

terhelhető, és nem fordulhat elő a biztosítóbetétek esetében

tásokban és hasonló jellegű helyeken az üzemi áramok

oly gyakori patkolás, továbbá az áramkör főkapcsoló jellegű

vezetése, üzemszerű (de csak ritkább) be- és kikapcsolása,

ki- és bekapcsolása is elvégezhető a kismegszakítóval.

túlterhelés vagy zárlat esetén az áramkör önműködő kikapcsolása, a zárlati áram megszakítása.

Az elosztóhálózatok zártati teljesítményének növekedésével ma már nem tekinthető különlegesnek, ha 6 000 vagy 10 000 A-es zártati megszakítóképességű kismegszakítókat kell alkalmazni. A nagyobb zárlati megszakítóképesség azért is előnyös, mert az jobban védi a kezelő személyeket, ugyanis a kézi működtetésű kismegszakító sikertelen működése, esetleges meghibásodása személyi sérülést is okozhat. Különösen fontos az üzembiztos működés a háztartásokban, ahol nem szakavatott személyek is kezelik a kismegszakítókat.

A nagyobb zárlati megszakítóképességű kismegszakítók áramkorlátozó kivitelben készülnek, ezek kikapcsolásakor a felszabaduló hőmennyiség a nem áramkorlátozó kivitelűekének csak kb. 20%-át teszik ki, ami a készülékek igénybevétele szempontjából igen lényeges. Ennek megfelelően viszont az egymással sorba kötött kismegszakítók működése nem lehet szelektív. Egy 6 A-es kismegszakító után bekövetkező zárlat esetén az ez előtti elosztóba beépített nagyobb (pl. 25 A-es) névleges áramerősségű kismegszakító is kikapcsol (ha a zárlat áramerőssége ennek gyorskioldójának a beállítási értékét is meghaladta).

87


Elektrotechnika MA

A korszerű kismegszakítók termikus túlterhelés- és mágneses zárlatvédelmi kioldókat tartalmaznak. Az alapkészülék az egypólusú változat, ahol a kilincsműves működtető mechanizmus, a deionlemezes ívoltó-rendszer, az érintkező, a csatlakozókapcsok és a kioldók két félből álló, rendszerint 17,5 mm széles műanyag házban helyezkednek el. A pólusok egymás mellé szerelésévei hozzák létre a többpólusú változatokat, amelyekben a működtető karokat közösítik, vannak olyan változatok is, amelyeknél külön kiegészítő elemmel oldják meg az egyszerre történő megszakítást. Készülnek olyan pólusok is, amelyekben a kioldókat nem építik be, ezeket nem védett pólusoknak nevezzük. A nem védett pólusok egy különleges változata a nullvezető-pólus, amelynek érintkezője általában a vele egybeépített pólusnál előbb zár és később nyit, így az áram bekapcsolása ill. megszakítása meg mindig a védett pólusban megy végbe.

A többpólusú kismegszakítók kettő, három és négy védett pólusú, ill. egypólus+nulla és hárompólus+nulla kivitelűek lehetnek. A korszerű készülékek 35x7mm-es szerelősínre rögzíthetők, és elsősorban elosztótáblába építhető kivitelűek. Csatlakozókapcsaik általában a névleges áramhoz előírt méretű vezetéken kívül az un. sorolósín használatára is alkalmasak.

A

készülékek

működtető

karja mellett

a

műanyagházon található furatokon részben az engedély nélküli energiavételezés megakadályozására hivatott ólomzár zsinórja fűzhető át, részben a be- vagy kikapcsolás letiltására alkalmazott huzal átfűzésére készült. Az következő ábrán egy kismegszakító szerkezeti felépítése látható.

A kismegszakítókat elsősorban vezetékek védelmére használják, ezért fontos szempont, hogy a vezeték termikus igénybevétele a zárlati áram megszakításakor a vezetékre megengedett határérték alatt maradjon. Ennek érdekében szükséges ismerni a zárlati megszakításkor átvezetett energiamennyiségre utaló Joule-integrál (I2t) értékét, amely a kismegszakító zártati működésekor a független zárlati áramértékkel együtt jellemző paraméter. A kismegszakítók névleges zárlati megszakítóképességének szokásos értékei: 3000; 4500; 6000; 10000; 15000; 20000 és 25000 A.

A megszakítók névleges áramerősségének ajánlott értékei: 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100 és 125 A. Vannak 6 A alatti névleges áramerősségű változatok is, elsősorban C és D típusú gyorskioldókkal, úgymint 0,5, 1, 2 és 4 A-osok. A kismegszakítók túlterhelési kioldójának egyezményes árama és idő értékeit (azon az áram- és időértékek, amelyek mellett a vizsgálatkor a kismegszakítónak még éppen nem szabad kioldania), függetlenül a gyorskioldó típusától) a következő táblázat tartalmazza. Névleges áram, A

Egyezményes áram, A


In 63

1,13·In

1

In >63

1,13·In

2

In 63

1,45·In

<1

In >63

1,45·In

<2

A készülékeknél a termékszabvány szerint a névleges áram 1,13-szorosánál, - hideg állapotból indulva -, az egyezményes időn belül nem jöhet létre kioldás, míg a névleges áram 1,45szörösénél kioldásnak kell bekövetkeznie, ha a készülék korábban üzemmeleg állapotban volt. Ezek a feltétetek a gyakorlat nyelvére lefordítva azt jelentik, hogy pl. egy 10 A-es kismegszakító az 1,13·10 = 11,3 A-es terhelőáramot 1 órán túl is vezetni képes kioldás nélkül, továbbá, hogy az 1,45·10 = 14,5 A-es terhelőáram hatására viszont 1 órán belül meg fogja szakítani az áramkört.

88


Elektrotechnika MA

A kismegszakítók zárlati gyorskioldóinak szabványos kioldási tartományait foglalja össze a következő táblázat. Gyorskioldó típusa

Kioldási tartomány

B

3·In felett 5·In -ig bezárólag

C


D


A gyakorlatban leginkább a B és C típusú gyorskioldóval szerelt változatok használatosak. Általában úgy fogalmazhatunk, hogy a B típust akkor alkalmazzák, amikor nagyobb áramlökést okozó fogyasztók bekapcsolására nem kell számítani. C típust főleg motoros készülékek, a D típust pedig a főként izzólámpákból álló világítási fogyasztók áram köreinek védelmére használják (ha az egyszerre bekapcsolt izzók névleges árama megközelíti a kismegszakító névleges áramát).

A készülékek működési értékeit a gyártók diagramokban adják meg. A kismegszakítók tömeggyártásából adódóan működésük adatai - az olvadóbiztosítókhoz hasonlóan - nem jelleggörbét, hanem jellegsávot határoznak meg. Az következő ábrán B és C típusú gyorskioldóval szerelt készülékek jellegsávjai láthatók.

B vezetékvédő karakterisztika C motorvédő karakterisztika D nehézüzemi karakterisztika

Fel kell hívnunk a figyelmet arra, hogy a közforgalomban beszerezhető kismegszakítókat váltakozó feszültségű hálózatokban való alkalmazásra tervezték, ezért azok egyenfeszültségű áramkörökben csak erősen korlátozott mértékben (a névlegesnél kisebb üzemi és a megszakító-képességre, a megadottnál kisebb zárlati áramerősségre) használhatók. A gyártók különleges alkalmazásnak tekintik az ilyen felhasználást, katalógusaikban nem adják meg az idevonatkozó adatokat. Ha tehát egyenfeszültségű áramkörökben való alkalmazás igénye merül fel, akkor a lehetséges műszaki paramétereket és az alkalmazhatóság feltételeit a gyártókkal folytatandó külön konzultáció alkalmával kell tisztázni és rögzíteni.

89


6. Villamos biztonságtechnika

Elektrotechnika MA

A villamos berendezések üzemszerűen feszültség alatt álló vezető anyagú részeinek megérintéséből eredő balesetek nem

A villamos berendezések nagy része, még a kisfeszültségű berendezések is, veszélyes nagyságú feszültséggel üzemelnek. Az üzemi feszültségen levő vezető anyagú részek megérintése halálos balesetet is eredményezhet. A feszültség önmagában, mint a villamos térerősség távolság szerinti integrálja, nem jelent közvetlen veszélyt. A káros hatást a vezető anyagú emberi testben a rákapcsolt feszültség hatására átfolyó áram fejti ki. A villamos áram un. élettani hatásokkal rendelkezik, ami ugyanazon feszültségérték esetén az emberi test ellenállásától függően más és más lehet.

6.1 A villamos berendezések védettsége

A védettségei fokozatokra vonatkozó követelményeket az MSZ EN 60529:2001 szabvány rögzíti. A védettség megnevezése angolul: degree of protection, németül: Schutzart. A villamos berendezések (gyártmányok) védettségét az üzemszerűen feszültség alatt álló részek megérintése elleni, valamint az idegen anyagoknak és a víznek a berendezésbe való bejutása elleni intézkedések összessége képezi.

2 - emberi ujjal nem érinthetők meg a feszültség alatt álló részek, (12,5mm-nél nagyobb idegen testekkel szembeni védelem) 3 - 2,5 mm-es illetve nagyobb átmérőjű huzallal nem érinthetők meg a feszültség alatt álló részek, 4 - az 1 mm-es illetve nagyobb átmérőjű huzallal nem érinthetők meg a feszültség alatt álló részek, 5 – teljes védelem a feszültség alatt álló, vagy belső mozgó alkatrészek érintése ellen. A por behatolása nincs teljes mértékben megakadályozva, azonban olyan mennyiségben nem hatolhat be, hogy károsan befolyásolni tudná a működőképességet vagy a biztonságot. 6 - Feszültség alatt álló, vagy belső mozgó alkatrészek érintése elleni teljes védelem. A por behatolása elleni teljes védelem.

képezik az érintésvédelem tárgyát. Az üzemszerűen feszültség alatt levő részek legtöbbször üzemi szigeteléssel vagy egyéb intézkedéssel vannak elválasztva a feszültség alatt nem álló részektől és a veszélyes részeket megérinthető, illetéktelen személyektől. A villamos berendezések üzemszerűen feszültség alatt álló részeinek megérintésének megakadályozása a villamos berendezések védettségének tárgykörébe tartoznak. A villamos biztonságtechnika tárgykörébe tartozik még a villámvédelem is.

Valamely villamos berendezés védettségi fokozatát a következőképpen jelölik: IP xy. Az IP rövidítés az International Protection (nemzetközi védettség) angol szavak kezdőbetűiből áll, amit két számjegy követ. Az első számjegy (x) az idegen tárgyak bejutása elleni és illetéktelen személyeknek a feszültség alatt álló részek megérintése elleni védelem-, a második (y) pedig a víz bejutása elleni védelem fokozatát jelzi. A védettségi fokozat jelében az első számjegy, a veszélyes részek érintése és az idegen testek mechanikai behatolása elleni védettség fokát fejezi ki, jelentése: 0 - nincs védettség, a feszültség alatt álló részek szabadon megérinthetők, 1 - tenyérrel nem érinthetők meg a feszültség alatt álló részek, (50mm-nél nagyobb idegen testekkel szembeni védelem)

A védettség jelében a második számjegy, a víz behatolása elleni védettség fokát fejezi ki, jelentése: 0 - nincs védve víz bejutása ellen a villamos berendezés, 1 - függőlegesen csöpögő vízcseppek bejutása ellen védett a berendezés, 2 - függőlegesen csöpögő vízcseppek bejutása elleni védelem a tokozás max. 15-os dőlése esetén, 3 - vízpermet elleni védelem, a függőlegeshez képest tetszőleges, legfeljebb 60-os szögben permetezett víz nem okozhat károkat, 4 - bármilyen szögű fröccsenő víz ellen védett a berendezés, 5 - bármilyen szögű, nyomással rendelkező vízsugár ellen védett a berendezés, 6 - bármilyen szögű, erős nyomással rendelkező vízsugár ellen védett a berendezés, 7 - rövid idejű vízbe merítés ellen védett a berendezés, 8 - tartós vízbe merítés ellen védett a berendezés.

90


Elektrotechnika MA

A 6. fokozatú vízbejutás elleni védettségű berendezéseket hajók fedélzetére szánják. A 7. fokozat esetén a berendezést például tisztítás céljából vízbe lehet meríteni.

Áramütés elleni védelem normál üzemben (ez az un. meg-

A mágneskapcsolók védettsége például általában IP 20, ami

érintés elleni védelem), melynek védelmi módjai :

azt jelenti, hogy ujjal nem érinthetők meg a feszültség alatt levő

• védelem az aktív részek elszigetelésével,

csatlakozókapcsok sem. A víz bejutása ellen viszont egyáltalán

• védelem védőfedéssel vagy burkolattal,

nem védettek a szokásos mágneskapcsolók. Bizonyos szám-

• védelem védő akadállyal,

párok természetesen feltételezik egymást, egy búvár-szivattyú

• védelem az elérhető tartományon kívül (2,5m) történő

védettsége szükségszerűen IP68. Az nem képzelhető el, hogy

elhelyezéssel,

tartósan vízbe meríthető a berendezés és akár tenyérrel is

• kiegészítő védelem áramvédő kapcsolóval (normál üzem-

megérinthetők a feszültség alatt álló részei. (IP 08 jelű

ben ez más védelmi módok hatékonyságát növeli).

védettség tehát nem létezik.) Ha a gyártmány esetén valamelyik szám közömbös, akkor azt X-szel jelölik, pl.: IP X2.

A 25 mA jelenti az elengedési küszöböt, azaz megfogva egy 6.2 A villamos áram élettani hatása

vezetéket ilyen áramerősség mellett azt, az ember az izomgörcs miatt, már nem képes elengedni.

Az alábbiakban elsőként az ipari frekvenciás (50 60Hz) váltakozó áram élettani hatásának összefogla-

Az áram hatással van a szív villamos vezérlőrendszerére is, 60 mA esetén szívkamraremegés áll elő.

lása szerepel.

80 mA fölött pedig a szív megáll, a balesetet szenvedett

Az ember 1-2 mA legkisebb áramerősség esetén érzé-

személy a klinikai halál állapotába kerül.

keli először, hogy rajta villamos áram halad át, ezt az

Az áramütött embert azonnal ki kell szabadítani az áram-

értéket nevezik érzetküszöbnek.

körből, ha lehet, akkor a villamos berendezés kikapcsolásával,

A 10 mA áramerősség esetén már erős rázásérzet

vagy ha ez nem lehetséges, valamilyen szigetelő eszköz segít-

tapasztalható. Az emelkedő áramerősség egyre foko-

ségével el kell távolítani az áramkörből.

zódó izomgörcsöt okoz.

Ha a sérült légzése vagy a szíve leállt, a lehető leghamarabb meg kell kezdeni a légzés és szívműködés helyreállítását. Az emberen átfolyó áram nagyságát a rákapcsolódott feszültség és az érintkezési pontok közötti emberi test ellenállása határozza meg. Száraz bőr esetén az ellenállás akár több tízezer ohm is lehet. Tovább növeli az áramkör ellenállását például az abba beiktatott cipő ellenállása is. Izzadt, vizes vagy sérült bőr esetén az emberi test ellenállása akár nagyságrendekkel is kisebb lehet. A villamos biztonságtechnika szempontjából az emberi test ellenállását 800 ohm értékkel szokták figyelembe venni.

Az előbbiekben leírtak a viszonylag kis áramok tartományára jellemzőek. Ha az emberi testen áthaladó áram nagyobb mint 1 A, akkor más élettani hatások lépnek fel. Nagyfeszültségű (10, 20, 35kV) áramkörbe került emberek általában nem halnak meg azonnal, haláluk egy-két héttel később következik be, valamely belső szervük, sok esetben a veséjük tönkre menetele miatt. Ha az embert villámcsapás éri, annak több tízezer amper csúcsértékű árama legnagyobb részt a test felületén halad. A balesetet szenvedett személy szíve a legtöbb esetben leáll és a test valamint a ruházat nagy ellenállású részei, például a haj meggyulladhat. A villámsújtotta ember újjáélesztését azonnal meg kell kísérelni, ami a tapasztalatok szerint az esetek 50 %ában sikerrel jár.

91


Elektrotechnika MA

6.3 Közvetett érintés elleni védelem (Érintésvédelem) A villamos biztonságtechnikával az MSZ 2364-410:2002 szabvány 4. rész foglalkozik. Ezen belül a 41. kötet tárgyalja az „Áramütés elleni védelem” különböző lehetőségeit. A

korábbi

érintésvédelemmel

foglalkozó,

magyar

szabvány, az Érintésvédelmi szabályzat, az MSZ 172 számú szabványsorozat volt. A jelen fejezet tárgyát a kisfeszültségű, azaz 1000 V-nál nem nagyobb feszültségű villamos berendezések érin-

Az érintésvédelem a villamos berendezések üzemszerűen feszültség alatt nem lévő, de zárlat következtében feszültség alá kerülhető, vezető anyagú részeinek megérintéséből származó balesetek elkerülésére irányuló intézkedések összességét foglalja magába. Az érintésvédelem tárgykörébe tartozik még a lépésfeszültség elleni védelem is. Az érintésvédelem tehát a nem üzemszerűen feszültség alatt levő részek, hanem a normál üzemben feszültségmentes de vezető részek érintéséből adódó veszélyek elkerülésére irányul.

tésvédelme képezi.

A villamos berendezéseknek üzemszerűen feszültség alatt nem lévő, olyan vezető anyagú részeit, amelyek feszültség alá kerülésével meghibásodás esetén számolni kell, a villamos berendezés testjének nevezik. A berendezéseknek tehát nem minden, feszültségmentes, vezető anyagú része test. A dobozkapcsolók falon belül elhelyezkedő fém szerkezeti részeit, vagy a fém vezetékrögzítő szerelvényeket nem kell testnek tekinteni. A villamos berendezések testjén tartósan csak a megengedett, - a legnagyobb érintési feszültségnél nem nagyobb -, feszültség lehet jelen, melyet élettanilag veszélytelen.

A veszélyesnek minősített érintési feszültség határértéke (ULimit) UL : Általános esetben ipari frekvenciás (50 Hz) váltakozóáram esetén

50VAC,

egyenáram esetén

120VDC.

Fokozott veszély esetén (pl. nagy fémrészek, fodrászat, kozmetika és gyermekjátékok) ipari frekvenciás (50 Hz) váltakozóáram esetén

25VAC,

egyenáram esetén

60VDC.

Fokozott veszély esetén (pl. orvostechnika) ipari frekvenciás (50 Hz) váltakozóáram esetén

12VAC,

egyenáram esetén

30VDC.

Ha meghibásodás következtében a berendezés testjén a veszélyesnek minősített érintési feszültség határértékénél (UL–

6.3.1 Érintésvédelmi osztályok

nél) nagyobb feszültség lép fel, akkor a hibás berendezést az élettanilag veszélytelennek tartott időn belül le kell kapcsolni., - élettanilag veszélytelennek tartott idő

0,2 s,

Az alábbi érintésvédelmi osztályokat különböztetjük meg:

a hordozható vagy üzem közben áthelyezhető berendezéseket

- 0 érintésvédelmi osztály:

ezen belül kell lekapcsolni,

a villamos berendezés önmagában nincs ellátva érintés-

- rögzítetten elhelyezett villamos szerkezeteknél, megengedett

védelemmel, védővezetőhöz nem csatlakoztathatóak,

az

- I érintésvédelmi osztály:

5 s alatti,

- helyi egyenpotenciálra hozás (EPH) esetén megengedett a 10 s alatti kikapcsolási idő is.

a villamos berendezés rendelkezik védővezető csatlakoztatására alkalmas kapoccsal, bármely védővezetős érintésvédelemhez csatlakoztatható,

92


Elektrotechnika MA

Az I érintésvédelmi osztály un. aktív érintésvédelmi mód, ami azt jelenti, hogy a módszer nem akadályozza meg a - II érintésvédelmi osztály:

veszélyes feszültség, azaz a veszélyesnek minősített érintési

a villamos berendezés testjét kettős vagy megerősített szige-

feszültségnél nagyobb feszültség kialakulását a villamos

telés (érintésvédelmi szigetelés) választja el az üzemszerűen

berendezés

feszültség alatt álló részektől. Érintésvédelme a „villamos szer-

következtében megjelenik, akkor a védelem az előírt – az

kezet elszigetelése” érintésvédelmi móddal van megoldva.

élettanilag veszélytelennek tartott - időn belül kikapcsolja a

-III érintésvédelmi osztály:

hibás berendezést.

testjén.

Azonban,

ha

az

meghibásodás

a villamos berendezés külső táplálású érintésvédelmi törpefe-

A II és III érintési védelmi osztályokba az un. passzív

szültséggel (max. 50VAC vagy 120VDC) üzemel.

érintésvédelmi módok tartoznak, ugyanis ezeknél eleve megakadályozzák veszélyes érintési feszültség kialakulását a villamos berendezés testjén.

Az

a. ábra mutatja a jelzést, amely az I. érintésvédelmi

osztályú berendezés védővezető csatlakoztatására szolgáló kapcsát jelöli. a.

b.

c.

6.1 ábra: Jelölések a gyártmányokon az egyes érintésvédelmi osztályok esetén. Az egyes érintésvédelmi osztályok esetén a gyártmányokon megjelenő jelölések a 6.1 ábrán láthatók.

Az MSZ 2364-410:2002 szabvány szerinti törpefeszültség (ELV „extra-low voltage”) a max. 50VAC váltakozó, illetve a max. 120VDC egyenfeszültség.

A b. ábra a II. érintésvédelmi osztályú, azaz kettős szigetelésű gyártmány jelét mutatja, míg a c. ábra a III. érintésvédelmi osztályú gyártmányt jelzi, amely csak érintésvédelmi külső törpefeszültségre csatlakoztatható.

6.3.2 Áramütés elleni védelem hiba esetén (Közvetett érintés elleni védelem) Áramütés elleni védelem hiba esetére (közvetett érintés elleni védelem) védelmi módjai:

A törpefeszültségű áramkörök fajtái : SELV (Safety extra-low voltage) Biztonsági (érintésvédelmi)

• védelem a táplálás önműködő lekapcsolásával (A

törpefeszültség, földeletlen áramkörökkel.

lekapcsolásnak be kell következnie legfeljebb 5s-on

PELV

(Protective

extra-low

voltage)

Érintésvédelmi

(biztonsági) törpefeszültség, földelt vagy földeletlen áramkö-

belül, ha az UL érintési feszültség meghaladja az 50VAC illetve a 120VDC értéket),

rökkel. FELV (Functional extra-low voltage) Üzemi (nem biztonsági)

• védelem II érintésvédelmi osztályú (kettős vagy

törpefeszültség, földelt áramkörökkel.

megerősített szigetelésű) villamos szerkezet használatával,

93


Elektrotechnika MA

6.3.2.1 Védelem a táplálás önműködő lekapcsolásával • védelem a környezet elszigetelésével, • védelem földeletlen helyi egyenpotenciálú összekötéssel (a

környezet

elszigeteléséhez

hasonló,

igen

ritkán

alkalmazott módszer),

Aktív, vezetékes érintésvédelmi mód, ide tartozik a nullázás és a védőföldelés. Mindkét esetben védővezető csatlakozik a villamos berendezés testjén kialakított érintésvédelmi kapocsra

• védelem villamos elválasztással.

és testzárlat esetén a kikapcsoló szerv az előírt, – az élettanilag veszélytelennek tartott időn belül -, lekapcsolja a hibás berendezést a hálózatról.

A szabvány háromféle érintésvédelmi módot ismer el, ezeket kétbetűs rövidítésekkel jelöli. Az első betű a táphálózat tápponti földelésére (T = közvetlenül

6.3.2.1.1 TN rendszer „Nullázás”

földelt (terra = föld), I= földeletlen, vagy impedancián keresztül földelt (isolated, impedancia = szigetelt, impedancia)), míg a második betű arra vonatkozik, hogy a védett testet mivel köti össze a védővezető (T = közvetlen földeléssel, N = a táphálózat nullavezetőjével (neutral = semleges)). A védővezetőt nullázás esetén nullázóvezetőnek, védőföldelés esetén földelővezetőnek nevezik. A védővezető betűjele a PE, ami a Protective Earth (védőföld)

Az

MSZ

2364-410:2002

szerint

a TN

rendszer

(nullázás) ott alkalmazható, ahol annak feltételei teljesülnek, illetve az adott alkalmazási esetre nem vonatkozik szigorúbb előírás. Nullázás ott alkalmazható, ahol a nullázás külső vagy belső feltételei teljesülnek.

angol szavak kezdőbetűi. A védővezető szabványos színjelölése zöld-sárga.

A nullázás külső feltételeit az áramszolgáltató biztosítja és ennek alapján nyilvánítja hálózatát nullázottnak. Az áramszolgáltató a következő feltételek teljesülése esetén nyilváníthatja a hálózatát nullázottnak: 1. a nullázási hurokimpedancia az áramszolgáltató minden villamos szerkezeténél megfelel a kioldási követelményeknek, 2. a nullapont közvetlenül földelt, és szabadvezeték esetén, az a végpontban, valamint 350 m-enként földelt; 3. a fogyasztói csatlakozópontnál a nullavezető - PEN vezető legalább 10 mm2 keresztmetszetű, 4. a hálózatra csatlakozó, 16 A-nél nagyobb (a fogyasztásmérőnél levő) túláramvédelmű fogyasztóknál, nullázás helyett nincs védőföldelés kiépítve áram-védőkapcsolás nélkül.

Nullázottnak nem minősíthető hálózatra csatlakozó berendezések esetén is alkalmazható a nullázás, ha teljesülnek a nullázás belső feltételei, amelyek a következők: 1. az áramszolgáltatói csatlakozási pontnál rendelkezésre áll a legalább 10 mm2 (illetve a fázisvezetők keresztmetszetének fele) keresztmetszetű, közvetlenül földelt áramszolgáltatói nullavezető, 2. a fogyasztói vezetékhálózat teljes területén kiépítették az egyenpotenciálra hozó (EPH) hálózatot, és erre vagy betonalap-földelést, vagy egy méréssel igazoltan 10 -nál nem nagyobb földelési ellenállású földelést kötöttek; 3. az épületen belüli-, valamint az épület fogyasztói vezetékhálózatáról ellátott, szabadtéri fogyasztók mindegyikét (tehát az áram-védőkapcsolással védetteket is) nullázzák.

94


Elektrotechnika MA

Nullázáskor a nullázóvezető a védett villamos berendezés testjét a villamos hálózat földelt üzemi vezetőjével köti össze,

A 6.2 ábra a nullázás vázlatos kapcsolási rajzát mutatja,

impedancia szándékos közbeiktatása nélkül. A háromfázisú,

amikor a legalább 10 mm2 keresztmetszetű nullavezető

kisfeszültségű elosztóhálózat közvetlenül földelt üzemi veze-

egyúttal védővezető is (PEN vezető). Az üzemszerűen

tője a nullavezető.

áramot vivő nullavezető a védővezetővel közös. Az ilyen rendszer betűjele a TN - C. Az első T betű (terra = föld) a közvetlen üzemi földelésre

6.2 ábra Nullázott villamos berendezés; TN - C rendszer

utal, vagyis arra, hogy a középfeszültségű / 0,4 kV-os transzformátor szekunder oldalának csillagpontja és így az ahhoz kapcsolódó nullavezető közvetlenül földelt. A második N betű a védett berendezés nullázását jelzi, a harmadik C betű pedig azt, hogy a nullavezető és a védővezető közös (common).

A 6.3 ábrán külön vezetett nulla- és védővezetővel rendelkező TN-S nullázás látható, ahol a harmadik S betű a

Végül a 6.4 ábrán az un. vegyes rendszer TN-C-S nullázás

különálló (separated) nulla- (N) és védővezetőre (PE) utal.

látható.

6.3 ábra Nullázott villamos berendezés; TN S rendszer

A TN-C-S rendszer lényege, hogy a hálózati táppontból közösített nulla és védővezetőt (PEN vezetőt) építenek, majd pedig elkülönítve szerelik a nulla (N) és a védővezetőt (PE). Az áramszolgáltatói hálózatok döntően ilyen tipusúak. Ha a PEN ≥ 10 mm2 vezető egy berendezésrészhez (pl. elosztóhoz) csatlakozik, akkor a PEN vezetőt mindig a PE kapocsra kell kötni és innen kell áthidalást készíteni az N kapocsra. Fontos tudni, hogy szétválasztás után az egyfázisú fogyasztókat csak a fázis- és a nullavezetőről (N) szabad táplálni, szétválasztás után a nullavezetőt (N) már nem szabad földelni, szétválasztás után az N és a PE vezetőt már tilos ismét összekötni !!!

A nullázás működésének elve az, hogy ha a villamos berendezés testpontján a zárlat következtében megjelenik valamelyik fázis feszültsége, akkor a zárlati áramkörben folyó áram a berendezés tápvezetékeibe beépített érintésvédelmi kikapcsolószervnek az előírt időn belül történő kioldását eredményezi, leválasztva így a hibás berendezést a hálózatról és megszüntetve a berendezés testpontján megjelenő veszélyes érintési feszültséget. A legtöbb esetben az érintésvédelmi kikapcsolószerv a villamos berendezés zárlatvédelmi szerve, azaz olvadóbiztosító vagy kismegszakító. Ahhoz, hogy a zárlatvédelmi eszköz működjön, a zárlati áramkör hurokimpedanciájának kisebbnek kell lennie, mint a zárlatvédelmi eszköz megengedett kioldási időhöz tartozó kioldási áramának megfelelő értéknél. Azaz ennél nagyobb zárlati áramnak kell kialakulni.

95


Elektrotechnika MA

Az MSZ 2364-410:2002 szerint a TN rendszer (nullázás) esetén megengedett kioldási idők

A nullázásos érintésvédelmi mód méretezési képlete így: ZS  Ia  UO ahol

U0 [V] váltakozó feszültség effektív értéke

Lekapcsolási idő [s]

ZS a zárlati áramkör hurokimpedanciája (amit az esetek nagy

230 400 400 felett

0,4 0,2 0,1

szoktak azonosnak venni), Ia az érintésvédelmi kikapcsolószerv kioldási (megszólalási) árama.

Helyhezkötött berendezésnél

5s

Az olvadóbiztosító és kismegszakító esetén a kioldási áram a hazai gyakorlat szerint közelíthető :

részében a reaktancia elhanyagolásával a hurokellen-állással

A megszabott lekapcsolási időhöz tartozó kioldási áram, így az olvadóbiztosító vagy a kismegszakító jelleggörbéje alapján

Ia =  In áram-védőkapcsoló esetén a kioldási áram :

határozható meg.

Ia = ∆In UO a fázisfeszültség.

Abban az esetben, ha az érintésvédelmi kikapcsolószerv

A zártlati áramkörre a 6.5. ábra mutat egy példát.

megegyezik

a

zárlatvédelmi

eszközzel,

akkor

az

érintésvédelmi kikapcsolószerv kioldási (megszólalási) árama a hazai gyakorlat szerint közelíthető : Ia =   In ahol



= kiolvadási / kioldási szorzó melyet a

In

= az olvadóbiztosító vagy kismegszakító

jelleggörbék alapján határoznak meg névleges árama. Az MSZ 2364-410:2002 szabvány az  tényezőt nem használja. A gyakorlati számításokhoz azonban használható abban az esetben, ha a pontos kioldási jelleggörbék nem állnak rendelkezésre. További problémát jelent az is, hogy a gyártók jelleggörbe sávot adnak meg.

Az  kiolvadási szorzó értéke

Az olvadóbiztosító vagy kismegszakító típusa

hordozható vagy üzem közben áthelyezhető villamos berendezés.

áramszolgáltatói berendezések

Általános (egyéb berendezések) (5 s-os)

Egyéb berendezések (EPH-ba kötve) esetén (10 s-os)

Az  kiolvadási szorzó értéke

Az olvadóbiztosító vagy kismegszakító típusa

érintésvédelme esetén gR (NOR, NOSi, NOGe) olvadóbetét

6

2

2,5

2

gG, gM Késleltetett kiolvadású olvadóbetét

7

4

5

2

gG, gM Gyors kiolvadású olvadóbetét

6

hordozható vagy üzem közben áthelyezhető villamos berendezés.

áramszolgáltatói berendezések

Általános (egyéb berendezések) (5 s-os)

Egyéb berendezések (EPH-ba kötve) esetén (10 s-os)

érintésvédelme esetén

4

4

2

6.1 táblázat: A kiolvadási / kioldási szorzó értéke az egyes zárlatvédelmi eszközök esetén

Motorvédő jellegű kismegszakító (C, D) Minden egyéb kismegszakító

10 5

-

4

2

4

2

6.1 táblázat: A kiolvadási / kioldási szorzó értéke az egyes zárlatvédelmi eszközök esetén

96


Elektrotechnika MA

6.3.2.1.2 TT rendszer „Védőföldelés” A védőföldelés olyan védővezetős érintésvédelmi mód, amely során a védett villamos berendezés testpontját védővezetőn keresztül leföldelik anélkül, hogy azt a tápláló hálózat bármelyik vezetőjével fémes összeköttetésbe hoznák. A védőföldelés elvi kapcsolási rajzát a 6.6 ábra mutatja. A rendszer jele ebben az esetben TT, ahol a második T a villamos berendezés védőföldelésére utal (terra). A védett berendezést akkor kell leválasztani a tápláló hálózatról, ha annak testpontján a megengedet-nél (ULnél) nagyobb érintési feszültség jelenik meg

6.6 ábra: Védőföldeléssel ellátott villamos berendezés; TT rendszer

Védőföldelés szigetelt (isolated) vagy impedancián keresztül

A védőföldelés működésének elve az, hogy ha a villamos

földelt üzemi földeléssel rendelkező rendszerben is lehetséges

berendezés testpontján - a zárlat következtében - megjelenik a zárlati áram és a földelési ellenállás szorzatának megfelelő

(alábbi ábra), a rendszer jele ekkor IT.

feszültség. Ennek a megengedett UL érintési feszültség alatt kell maradni. A 6.7. ábrán látható, hogy ebben az esetben a testen megjelenő feszültséget a földelési ellenállás és a zárlati áram szorzata határozza meg. A védőföldelés méretezési képlete így: RA  Ia  UL ahol RA

a védőföldelés földelési ellenállása,

Ia

az érintésvédelmi kikapcsolószerv megszólalási (kioldási) árama,

olvadóbiztosító és kismegszakító esetén a kioldási áram : Ia =  In áram-védőkapcsoló esetén a kioldási áram : Ia = In UL

a

tartósan

megengedett

legnagyobb

érintési

feszültség (általában 50VAC vagy 120VDC).

6.7. ábra: Testzárlatos villamos berendezés zárlati áramköre védőföldelés esetén

97


Elektrotechnika MA

6.3.2.1.3 Áram-védőkapcsoló (ÁVK) Ez különösen a nagyobb teljesítményű villamos berendezésAz MSZ 2364-410:2002 szabvány szerint ez nem önálló érintésvédelmi

mód,

érintésvédelmi

módok

hanem

a

védővezetős

kikapcsoló

készülékének

egyik fajtája. A védővezetős érintésvédelem kioldási követelményei bizonyos esetekben nem teljesülnek; például akkor, ha a hurokimpedancia

vagy

a

földelési

ellenállás

ek védőföldelése esetén igaz, amikor az olvadóbiztosító vagy a kismegszakító névleges árama nagy és a földelési ellenállás nem elég kis értékű a kioldáshoz szükséges áram létrehozásához. Ebben az esetben kell alkalmazni az áram-védőkapcsolást az érintésvédelmi kioldás céljára. Az áram-védőkapcsoló kapcsolási vázlatát az 6.8. ábra mutatja

nem

elegendően kicsi, azaz a zárlati áram nem elég nagy a zárlatvédelmi szerv kioldásához.

6.8. ábra Az áramvédőkapcsolás kapcsolási vázlata

6.9. ábra Az áram-védőkapcsolás (ÁVK) bekötése

Az áramvédő kapcsolás működése tehát független a Az áram-védőkapcsolás működésének elve az, hogy ha egy

védett berendezés teljesítményétől. A legérzékenyebb

váltakozó áramú fogyasztóhoz csatlakozó összes üzemi

áramvédő kapcsolók – (FI-relék) - már 30 mA különbségi

vezető

hibamentes

áramra is működésbe lépnek. Ezzel már az emberen

berendezés esetén a fluxus nulla, mert a vasmagon áthaladó

áthaladó áram hatására is megszólalnak és rövid idő alatt

áramok összege is szükségszerűen nulla és ezzel a gerjesztés

lekapcsolnak.

is nulla. A fluxus csak akkor lesz nullától eltérő értékű a

Az áramvédő kapcsolás nem önálló érintésvédelmi mód,

vasmagban, ha az áramok összege nem nulla, azaz áram

hanem a vezetékes érintésvédelem kikapcsoló szerveként

halad a vasmagon kívüli a védővezetőben is. A nullától eltérő

alkalmazható, azok legkedvezőbb érintésvédelmi kapcsoló-

váltakozó fluxus ekkor feszültséget indukál a vasmagon

szervének tekinthető.

elhelyezett tekercsben, ami áramot indít egy kioldó relében,

Áramvédő kapcsoló alkalmazásakor nem szabad termé-

áthalad

egy

vasmagon,

amelyben

ami viszont bontja a berendezés kapcsolóját és így leválasztja

szetesen a védővezetőt átvezetni a vasmagon és az

a hibás berendezést a hálózatról.

áramvédő kapcsolás után a védővezetőt nem szabad újra összekötni a nullavezetővel.

98


Elektrotechnika MA

6.11 ábra Az áram-védőkapcsoló jelölések 6.10. ábra Az áram-védőkapcsoló szerkezeti felépítése

a) csak tiszta váltakozó áramra érzékeny áram-védőkapcsoló b) váltakozó áramra és lüktető egyenáramra is érzékeny áram-védőkapcsoló c) tiszta egyenáramra érzékeny áram-védőkapcsoló d) szelektív áram-védőkapcsoló jelölése e), f) 10 ms késleltetésű áram-védőkapcsoló jelölései g), h) „villámbiztos” áram-védőkapcsoló jelölései i) -25 °C hőmérsékleten is működő áram-védőkapcsoló

A

védővezetős

érintésvédelmek

(TN,

TT)

méretezési

képletében, ha kioldó szervként áram védőkapcsolót (ÁVK) alkalmazunk, akkor áram-védőkapcsoló esetén a kioldási áram : Ia = In Az áram-védőkapcsolók kioldási áramát (érzékenységét), úgy kell megválasztani, hogy a szokásos üzemi szivárgó áramok ne okozhassanak kikapcsolást.

6.12 ábra Az áramvédőkapcsoló kioldási

A javasolt érzékenységek :

jelleggörbéje

- lakások, nyaralók 30mA - gépek, berendezések 100mA, - daruk esetén 300mA. Az áram-védőkapcsoló kioldási jelleggörbéje a 6.12 ábrán látható.

6.3.2.2. Védővezető nélküli érintésvédelmi módok A kioldást előidéző áramot (testzárlati áram) a fellépő érintési

A szabvány ebbe a csoportba sorolja azokat az

feszültség és az eredő ellenállás hányadosa határozza meg.

érintésvédelmi módokat,

A beépítés helyén kialakulható legnagyobb zárlati áram ellen –

védett villamos szerkezetek testét nem kell védővezetővel

ha

összekötni:

az

áram-védőkapcsoló

áramkorlátozó

biztosítót

kell

ezt

nem

tudná

alkalmazni.

(Ez

elviselni

-,

különösen

transzformátorhoz közeli csatlakozásnál fordulhat elő).

amelyek alkalmazásához

a

1. Érintésvédelmi törpefeszültség alkalmazása. 2. A villamos szerkezetek elszigetelése. 3. A környezet elszigetelése. 4. Földeletlen egyenpotenciálra hozás. 5. Védőelválasztás.

99


Elektrotechnika MA

6.3.2.2.1. Érintésvédelmi törpefeszültség alkalmazása Törpefeszültség alkalmazása csak akkor tekinthető

megengedett értéke váltakozó áram esetén legfeljebb 50

A III. érintésvédelmi osztályú berendezéseknél az érintésvédelem megköveteli, hogy a nagyobb feszültség áthatolását megakadályozzuk (például megfelelő elhelyezéssel, az áramforrás biztonságos kivitelezésével). Az érintésvédelmi törpefeszültség előállítható szárazelem,

VAC, egyenáramnál 120 VDC (ennél kisebb értéket is

akkumulátor, mechanikusan hajtott generátor, elektronikus

előírhat a szabvány, például gyermekjátékok esetén

feszültségátalakító vagy biztonsági transzformátor segítsé-

stb.). Ezen kívül a törpefeszültségű hálózatnak és a

gével.

érintés-védelemnek, ha az így védett villamos szerkezeteket kizárólag érintésvédelmi törpefeszültség előállítására

alkalmas

berendezésről

táplált.

Ennek

a

fogyasztó berendezéseknek a szabvány által előírt követelményeket is ki kell elégítenie.

Az ipari gyakorlatban legtöbbször (az MSZ EN 60742:1998 előírásai szerint készített) biztonsági transzformátorokat használjuk erre a célra. Ezeket az adattáblán feltüntetett jelről vagy a szabványszám alapján ismerhetjük fel.

Törpefeszültségű biztonsági transzformátorok jelei a) burkolt biztonsági transzfonnátor; b) beépítendő biztonsági transzformátor; c) zárlatbiztos biztonsági transzformátor; d) játékTörpefeszültség előállítása

Fontos tudni, hogy ha a tápforrás nem érintésvédelmi törpefeszültségű, hanem csak üzemi törpefeszültségű akkor a berendezés érintésvédelméről külön kell gondoskodni. Az érintésvédelmi törpefeszültségű rendszerben nem szabad védővezetőt használni, mert a védővezető esetleg más, meghibásodott berendezés feszültségét "áthurcolhatja" az ép berendezésünkre. Az érintésvédelmi törpefeszültséggel táplált szerkezetek testét nem szabad szándékosan (védővezetőn, EPH vezetőn keresztül) összekötni földdel, földeléssel, más villamos szerkezetek testével (védővezetőjével) és egyéb fémszerkezetekkel. Ha ilyen összeköttetés üzemi vagy szerkezeti okokból nem kerülhető el (például szervomotorok, fémcsőbe épített érzékelők stb.), akkor azt kell megakadályozni, hogy a szerkezet testén a törpefeszültségnél nagyobb, veszélyes feszültség megjelenhessen.

transzformátor; e) és f) csengőtranszformátor; g) és h) kézilámpa-transzformátor

A nagyobb feszültségű rendszerek üzemszerűen vezető részeitől az érintésvédelmi törpefeszültségű rendszerek üzemszerűen vezető részeit legalább a nagyobb feszültségnek megfelelő megerősített szigeteléssel kell elválasztani. Az érintésvédelmi törpefeszültségű rendszerek vezetékeit lehetőleg el kell különíteni más rendszerek vezetékeitől. Ha ez nem lehetséges, akkor vagy a törpefeszültségű vezetékeket is az előforduló legnagyobb feszültségnek megfelelő szigetelésre kell választani, vagy pedig a különböző feszültségszintű vezetékeket földelt fémburkolattal (vagy szerkezettel) kell elválasztani. A törpefeszültségű rendszerekben a fogyasztókat többnyire dugós csatlakozókkal csatlakoztatjuk. Ezeknek a dugaszolóknak olyanoknak kell lenni, hogy ezeket ne lehessen csatlakoztatni nagyobb feszültségű aljzatba. Az aljzatoknak nincs védőérintkezője (következő ábra).

100


Elektrotechnika MA

6.3.2.2.2 A villamos szerkezet elszigetelése

Törpefeszültségű dugaszolóaljzat a) 42V; b) 24V

Ez az érintésvédelmi mód a gyárilag készült és vizsgált

Fontos, hogy nem elegendő ezeknek a dugaszolóknak és

II. érintésvédelmi osztályú gyártmányokra közvetlenül

aljzatotoknak felirattal vagy színezéssel való megkülönbözteté-

alkalmazható. Ezeknél csak arra kell ügyelni, hogy a

se.

helyszíni felszereléskor (rögzítés, vezetékekhez való

Egy törpefeszültségű transzformátorra (áramforrásra) elvben bármennyi fogyasztó csatlakoztatható. Biztonsági szempontok

csatlakozás stb.) a gyártmány védőhatását ne rontsuk el (követekző ábra).

nem korlátozzák az alkalmazható vezeték hosszát sem. (Természetesen a megengedhető feszültségesés és teljesítmény igény ismerete szükséges a méretezéshez.)

Fontos tudni, hogy ezek a gyártmányok a jelzésről ismerhetők fel. A csak üzemi szigetelést tartalmazó (tehát 0. és I. érintésvédelmi osztályú) gyártmányoknál, a szerelés során kiegészítő (védő-)szigetelést kell létesíteni. Ez tulajdonképpen a berendezés szigetelő tokba (burkolatba) helyezését jelenti.

II. Érintésvédelmi osztályú (kettős vagy megerősített szigetelésű) készülék

A toknak legalább IP 2X védettséggel le kell fednie a szerkezet üzemi szigetelésű részeit. A burkolaton figyel-

6.3.2.2.3

A környezet elszigetelése

meztető feliratot kell elhelyezni. A burkolaton belüli testeket vörös színű villám jellel kell megjelölni vagy vörös színűre festeni. A burkolatnak a várható mechanikai, villamos és hő igénybevételekkel szemben ellenállónak kell lennie. A burkolaton nem vezethetők át olyan fémrészek, amelyek a veszélyes érintési feszültséget kihozhatnák. Fontos tudni, hogy csak olyan szerkezeteket szabad így védeni, amelyek kezeléséhez nem szükséges, hogy villamosan szakképzetlen személyek a burkolatot kinyissák.

Olyan érintésvédelmi megoldás, amely a villamos szerkezet testét érinthető személyeket szigeteli el a környezetben lévő földpotenciálú (vezető) részektől. Tehát nem elegendő a berendezés testének közelében lévő talajt elszigetelni, hanem a testtel együtt érinthető minden földeltnek tekinthető fémszer-kezetet is el kell szigetelni (követekző ábra).

101


Elektrotechnika MA

Ezeknek a szigeteléseknek megbízhatónak, állandó jellegűnek és időtállónak, 500 V névleges feszültségig legalább 50 kΩ szigetelési ellenállásúnak kell lenniük. Gondoskodni kell arról, hogy a testzárlatossá vált berendezés potenciálja a szigetelő környezetén kívülről ne legyen érinthető. Elszigetelés

Ezért az így védett berendezésekhez védővezetőt nem szabad

a) az ember elszigetelése a földtől;

alkalmazni.

b) kézzel elérhető távolságban lévő gépek fém burkolatainak összekötése

6.3.2.2.4 Földeletlen egyenpotenciálra hozás

Csak olyan földeletlen rendszerű hálózatról szabad táplálni, amely kielégíti a védőelválasztás táplálására előírt biztonsági

A villamos szerkezetek érintésvédelmének olyan

követelményeket.

megoldása, amelyben az egyidejűleg érinthető villamos

Ez az önálló érintésvédelmi mód csak kivételesen és olyan

szerkezetek teste villamosan vezető összekötéssel

szigorúan körülhatárolt területen (például javítóműhely, próba-

azonos potenciálra hozott. Továbbá megakadályozza,

hely) lehet előnyös, ahol az üzemszerűen feszültség alatt álló

hogy az ezeket megérinthető személyek (akár az

részek közvetlen érintésével számolni kell.

összekötéseken, akár más fémszerkezeteken keresztül) földpotenciált érinthessenek.

6.3.2.2.5

A

Védőelválasztás

villamos

berendezések

olyan

érintésvédelmi

megoldása, amelynél a villamos táplálást egy, csak ezt az egyetlen fogyasztót ellátó földtől szigetelt rendszerrel oldják meg.

102


Elektrotechnika MA

A védőelválasztott áramkört a kiterjedt villamos hálózattal fémesen össze nem függő módon a következő áramforrásokról táplálhatjuk: - biztonsági transzformátorról, illetve biztonsági tápegységről (amely kielégíti az MSZ EN 60724: 1998, korábban az MSZ a

b

a) a védőelválasztás esetén tilos az üzemi földelés, továbbá azonos transzformátorra egynél több villamos fogyasztó nem kapcsolódhat; b) egyetlen szigetelő transzformátorra kapcsolt két készülék testzárlata esetén fellép az áramütés veszélye

9229 /1 előírásait) (következő ábra); - olyan átalakítókról (például motorgenerátor gépcsoportról), amelynek a táplálóhálózattal való (biztonsági transzformátornak megfelelő) szigetelése megoldott; - a villamos hálózattól és a földtől teljesen független áramforrásokról (például független akkumulátorról, robbanó-motoros meghajtású aggregátorról).

A hordozható kivitelű tápláló áramforrás érintésvédelmét a villamos szerkezet elszigetelésével kell megoldani. (

)

A védőelválasztott áramkör ismérvei : - névleges feszültsége maximum 500 V lehet; - üzemszerűen vezető részei fémesen nem csatlakozhatnak sem földeléshez, sem más áramkör vezetőihez; - hajlékony csatlakozóvezetékei teljes hosszukon szemmel ellenőrizhető elhelyezésűek, a környezeti igénybevételnek Védő elválasztáshoz alkalmas biztonsági transzformátor jelei a) burkolt biztonsági transzformátor; b) beépítendő biztonsági transzformátor; c) zárlatbiztos biztonsági transzformátor; d) és

ellenállóak, legalább 380 V -os tömlővezetékek legyenek; - vezetékeit a többi áramkörtől elkülönítetten (más nyomvonalon, más védőcsőben) kell vezetni;

e) elválasztó transzformátor; f) és g) borotva transzformátor

- fogyasztó berendezéseink testét sem védővezetővel, sem más áramkörről táplált villamos szerkezet testével nem szabad összekötni; - nem vezethető át olyan fémtestű villamos szerkezeten (például elosztó tábla, biztosító, tokozott berendezés stb.), amelynek fémteste - szerkezeti okból - nincs összeépítve a védőelválasztással védett fogyasztó készülékkel.

103

Elektrotechnika. Mérnökasszisztens. Dr. Tarnik István docens. ELEKTROTECHNIKA előadás :

Recommend Documents