Villamos-energetika I

Dr. TARNIK István 2008

Villamos energetika I. BSc

VillamosVillamos-energetika I. BSc 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 .

VILLAMOS-ENERGETIKA I. – 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.

Két oldalról táplált vezeték méretezése, azonos és különböző támponti feszültség esetén.

VILLAMOSENERGIA-RENDSZEREK ÁTTEKINTÉSE VILLAMOS-ENERGETIKA I. – gyakorlat : A magyar villamosenergia -rendszer főbb jellemzői. Hőerőművek elvi kapcsolásai. Áramszolgáltatók szerepe az energiaellátásban. Villamosenergia törvény. Vezeték ellenőrzése termikus igénybevételre. Tápvezeték méretezése. Egy oldalról táplált vezeték méretezése. Egyenértékű áram, súlypont meghatározása. Sugaras vezeték méretezése. Két oldalról táplált vezeték méretezése.

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



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


1.1. Villamosművek (erőmű, hálózat) 1.1.1 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


A hőerőművekben az energia átalakításának alapvető munkafolyamatai az alábbiak: - a tüzelőanyag kémiai energiájának átalakítása hő-


A tüzelőanyag elégetésének módja, illetve az alkalmazott közvetítő közeg szerint megkülönböztetünk gőzerőműveket és gázturbinás erőműveket.

energiává (a tüzelőanyag elégetése), (kazán); - a hőenergia átadása a közvetítő közegnek (hőcseré-

A gőzerőművekben a tüzelőanyagot gőzkazánban égetik el, ahol vízből gőzt fejlesztenek, vagyis a közvetítő közeg a

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

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)

(generátor).

A gázturbinás erőművekben a tüzelőanyag a sugárhajtású a., Gőzerőmű folyamatábrája

repülőgépek hajtóművéhez hasonló elven működő gázturbinában égethető el. (Az ún. égetőkamrában nagynyomású levegő és a tüzelőanyag - földgáz, vagy speciális tüzelőolaj - elegyét égetik el. Az így keletkező kb. 1000 °C-os, nagynyomású égési

b., Gázturbinás erőmű folyamatábrája

gáz működteti a turbinát.) A közvetítő közeg itt tehát az igen intenzív égés során keletkező gáz. A gázturbina hajtja a villamos generátort (b., ábra).

c., Kombinált ciklusú gázturbinás erőmű folyamatábrája

A gázturbinát elhagyó, még mindig magas hőmérsékletű

A vízerőművek a felszíni vizek helyzeti energiáját alakítják

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

át villamos energiává úgy, hogy a víz helyzeti energiáját

hőtartalmának hasznosítása - ezzel a teljes folyamat hatás-

először a vízturbina átalakítja mechanikai munkává, és a

fokának növelése - érdekében, főleg az elmúlt évtizedben

vízturbina által hajtott villamos generátor termeli a villamos

egyre nagyobb mértékben terjedtek el az ún. kombinált

energiát.

ciklusú, gáz, -gőz körfolyamatú erőművek. Ennél az erőműfajtánál a gázturbina kipufogó gázát egy 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).

Vízturbina

Villamos

Villamos

generátor

energia

Vízerőmű elvi folyamatábrája

A vízerőművekben tehát a primer energiahordozó a víz, amely egyben közvetítő közeg is. A természetben közismert hidrológiai körforgás során a vízenergia mindig megújul.

4


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 atomreaktorban megy végbe. A reaktorban fejlesztett hővel valamilyen célszerű módon vízgőzt termelnek, amellyel a szokásos gőzturbina- villamos generátor egységet hajtják és

Világszerte hosszabb ideje folynak - és az olajáraknak a 70es években bekövetkezett robbanásszerű emelkedése miatt napjainkban jelentősen felgyorsultak - a kutatások az eddig még nem használt megújuló természeti energiák villamos energiává való átalakítására, ill. a villamos energia közvetlen - tehát az erőművi energiaátalakítási folyamatok veszteségeitől mentes - előállítására.

Atomerőmű elvi folyamatábrája

Ilyen folytonosan megújuló (regeneratív) természeti energiahordozók a villamosenergia-termelésre már régóta hasznosított vízenergián kívül a nap sugárzási energiája, a szélenergia, a geotermikus energia (vagyis a természetes hőforrások gőzének, ill. meleg vizének az energiája), a tengerek árapály-energiája.

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.)

ez utóbbi szolgáltatja a villamos energiát.

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.

Csoportosítási szempont Energiaforrás

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.

Erőműtípus

Tüzelőanyagok

Hőerőmű

Folyóvíz, tárolt víz, tengervíz

Vízerőmű

Magenergia

Atomerőmű

Napsugárzás

Naperőmű

Levegőmozgás

Szélerőmű

HőerőgépHőerőgép-típus

Gőzturbinás erőmű Gázturbinás erőmű Belsőégésű motoros erőmű

5



Csoportosítási szempont Fogyasztói csatlakozás

Erőműtípus Együttműködő (kooperációs) erőmű

Csoportosítási szempont

Erőműtípus

Terhelési jelleg

Alaperőmű Menetrendtartó erőmű

Elszigetelt erőmű Ellátási terület

Országos (körzeti) erőmű

Rendeletetés

Üzemi erőmű Energetikai rendszer

Kondenzációs erőmű Ellennyomású erőmű Elvételes erőmű

Beépített teljesítményteljesítményegység

Csúcs erőmű VillamosenergiaVillamosenergiaszolgáltatás Hőszolgáltatás, kapcsolt hőhőés villamos energiaszolgáltatás

<50MW

Kiserőmű

5050-500MW

Középerőmű

>500MW

Nagyerőmű

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.

A fűtőerőmű hő- és villamosenergia-termelésre egyaránt alkalmas gépi berendezésű villamos erőmű, amelynek termelésében az elsőrendű feladat a hőfogyasztók igényeinek kielégítése, míg a hőszolgáltatással egybekötötten, gazdaságosan termelt villamos energia csak melléktermék jellegű.

Az üzemi (ipari) villamos erőmű elsősorban az üzembentartó villamosenergia-igényét elégíti ki. A közcélú villamos

Csúcserőműveknek a csúcsterhelést ellátó, nagy terhelés-

erőművek kivételével ide tartozik minden más erőmű,

ingadozású, általában szakaszosan üzemben tartott erőműve-

amelyek közül a jelentősebbek tagjai az együttműködő villa-

ket nevezik. Rossz hatásfokkal rendelkeznek. Gyorsan indít-

mosenergia-rendszernek.

hatóak ill. leállíthatóak (pl.: vízierőművek).

Menetrendtartó erőművek feladata

a napi terhelés-

ingadozások felvétele, változó teljesítményigények fedezése. Ezen erőművek rugalmasan szabályozhatóak és jó a hatásfokuk (pl.: hőerőművek). Alaperőművek a villamosenergia-rendszer legjobb hatásfokú, legkisebb fajlagos hőfogyasztású erőművei, amelyeket a beépített

teljesítőképességük

maximális

kihasználásával

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)

optimális üzemállapotban járatnak (pl.: atomerőművek).

6


Fogalom meghatározások: Beépített teljesítőképesség az erőműben beépített gépegységek generátorkapcsokra vonatkoztatott teljesítőképessége. Gépegységen értjük az összekapcsolt turbinát és a generátort.


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.

Terhelésen a fogyasztók által igénybe vett teljesítményt értjük. Csúcsterhelés egy meghatározott időpontban előforduló legnagyobb igénybe vett teljesítmény.

1.1.2. Hálózatok

Feladatuk a villamos energia továbbítsa és szétosztása a hálózat különböző feszültségű csomópontjai között. A hálózat elemei a következők: A távvezetékek, a csomópontok között a villamos energia továbbítására szolgálnak. A távvezeték lehet szabadvezeték és kábel.

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 biztosítja megfelelő távolságok betartása mellett. Kábel alatt természetes (textil, papír, gumi) vagy mesterséges (PVC, polietilén) szigeteléssel ellátott vezetéket értünk. A különböző potenciálú felületek minimális távolsága az alkalmazott szigetelőanyagtól függ. A kábeleket föld alá, csatornákba, alagútba, aknába, kábelfolyosóra, levegőbe, álló- és folyóvízbe, édes- és sósvízbe fektethetik, szerelhetik.

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;

7


- országos alaphálózat, amely egyes nemzeteken belül az erőművek és nagy alállomások üzemszerű összekapcsolását


1.2. Fogyasztók

végzi nagymennyiségű energiaszállítás céljából. Szokásos feszültségszintje 220, 400 kV; - főelosztóhálózat feladata a villamos energia elosztása az

Az energiafelhasználás célja szerint a fogyasztók az

alaphálózati csomópontokból az elosztóhálózatok táppontjaihoz,

alábbiak szerint csoportosíthatók: termikus fogyasztók;

ezek feszültségszintje 120, /35/ kV;

motorikus

- 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.

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.

világítási

fogyasztók;

egyéb

Termikus

fogyasztók

közé

tartoznak

azok

a

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

Iparifogyasztók Motorikus fogyasztók a villamos hajtások, amelyek a

fogyasztók;

fogyasztók; elektrolízis.

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 1.2.1. 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.

8



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.

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

A fázisfeszültségek, áramok és teljesítmények értékei.

9


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 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.

A fázisfeszültség, az áram és a teljesítmény FOURIER spektruma.

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.

10



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.

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.

11



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.

B kategória: Az energiaszolgáltatás 5...15 percre maradhat ki. 1.2.2. A fogyasztók biztonsági igényei a villamosenergia-ellátással szemben A fogyasztók a feszültség-kimaradásra való érzékenységük alapján különböző biztonsági kategóriákba sorolhatók: A kategória: Az energiaszolgáltatás gyakorlatilag nem maradhat ki. A megengedett üzemszünet legfeljebb 0,5...5 s-on belül lehetséges, ellenkező esetben rob-

Ellenkező esetben anyaghiba, selejt, az üzemszünet idejét lényegesen meghaladó, vagy nagy értékű termeléskiesés jöhet létre (pl. kohóüzem, ívkemence, hengersorok stb.). C kategória: Az energiaszolgáltatás 2...4 órára kimaradhat, legfeljebb ugyanannyi időtartamnak megfelelő termeléskiesés 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.).

1.2.3. 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.

12


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.

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.

1.3. A villamosenergia-termelés és fogyasztás fő jellemzői 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.

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.

13



Rendkívül sokoldalúan hasznosítható és a felhasználóknál a

A világ országainak villamosenergia-felhasználását elemez-

"legtisztább" energiaforrásként jelentkezik. Ezt igazolja az a

ve tényszerűen igazolódik, hogy a világ villamos energia

tény is, hogy a villamos energia felhasználás mindig nagyobb

igénye folyamatosan nő.

ütemben nő, mint az összes energia-felhasználás. A villamos energia termelését - mivel a "termék" nem raktározható alapvetően a mindenkori fogyasztói igények határozzák meg.

A világon beépített villamosenergia-termelő kapacitások például 1960-ban 520GW, 1970-ben 1126GW, 1995-ben pedig 1803,6GW teljesítményt reprezentáltak. Ezek természetesen

Egy ország villamosenergia-fogyasztásának volumene, a

átlagértékek és a föld egyes régióiban és az egyes országok-

fogyasztás struktúrája számos tényező függvénye. Ilyenek

ban is egymáshoz képest jelentős eltérések mutatkoznak, a

például: az iparosítás mértéke, az ipar struktúrája, az ipari

meglévő gazdasági és szociális különbségeknek megfele-

technológiák energiaigényessége, a mezőgazdaság üzem-

lően.

szerűsége, az infrastruktúra fejlettsége, a háztartások villamosítottságának mértéke stb.

Európa néhány országa és az USA villamos energia felhaszPéldául, az egy főre jutó beépített teljesítő-képesség Nyugat-

nálásának változása.

Európában (3700W/fő) harmincszor akkora, mint a fejlődő országokban (120W/fő), vagy pl. az egy főre jutó villamos energia

felhasználás

Észak-Amerikában

meghaladja

a

10000kWh/fő, Dél-Ázsiában pedig alig több mint 180kWh/fó értéket (1980-as adatok). 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.

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

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. A 1.3.-2. ábrán a villamosenergia-termelés és -felhasználás éves folyamatábrája látható (1990). Az összes villamosenergia-termelés Magyarországon, 1990-ben 39,2TWh volt. Jellegének megfelelően itt termelő kapacitásnak vettük a tervszerű villamosenergia-importot, melynek részaránya láthatóan igen jelentős, több mint 28% (11,1TWh).

energia mennyiségének változását mutatja.

14



Az üzemi erőművekben termelt villamos energia mennyisége 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-

31

nek vagy a teljes mennyisége (ún. ellennyomású rendszer), vagy egy meghatározott - az ún. turbina megcsapolásokon elvett - hányada (ún. elvételes rendszer) táplálja az üzem gőzfogyasztóit. Az alapvető cél itt tehát a gőzfogyasztók ellátása, azonban emellett az erőmű villamos energiát termel, amit a kooperációs hálózatba táplálnak be. Ezt a megoldást nevezik hőszolgáltatással kapcsolt villamosenergia-termelés-

1.3.-1. ábra

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).

Magyarország villamos-energia termelésének

és felhasználásának alakulása 1930 és 1990 között

nek.

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

Hazai erőműveink átlagos önfogyasztása 1990-ben kb. 2,5TWh volt,

ami az erőművek által termelt villamos

energiának mintegy 9%-a, (a 1.3.-2. ábrán az önfogyasztás részarányaként feltüntetett 6,4% az importtal növelt összes termelt villamos energiára vonatkoztatott érték). Ha a termelt villamos energiából levonjuk az erőművek önfogyasztását, akkor megkapjuk a rendszer részére rendelkezésre álló, tehát az adott évben fogyasztott villamos energia mennyiségét. A 1.3.-2. ábra alsó része a villamosenergia-fogyasztás főbb fogyasztói csoportok szerinti megoszlását mutatja.

15



Az ábra baloldalán a kisfeszültségű, jobb oldalán pedig a nagyfeszültségű fogyasztók jellemző csoportjai láthatók. Ez alól kivétel a "hálózati veszteség"-gel jelölt "fogyasztói csoport", amely rajztechnikai okokból került a kisfeszültségű oldalra. A villamos energiát szállító hálózatokon ugyanis - függetlenül azok feszültségszintjétől - a rajtuk átfolyó villamos áram veszteséget 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%át képviselte, ami önmagában jelentős érték, de nem haladja meg a hasonló nagyságú külföldi villamos energia rendszerek hálózati veszteségének mértékét.

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.

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.)

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

1.3.-3. ábra Az ipari fogyasztók napi terhelési görbéje

mérsékeltebb ütemben - jó közelítéssel az ipari termelés éves növekedési ütemével azonos mértékben - növekszik, és terhelési görbéjének a 1.3.-3. ábrán látható jellegét hosszabb távon is megtartják.

E fogyasztók napi csúcsterhelése az esti csúcsidőszakban (1990-ben

jelentkezik, és ennél mindig kisebb a délelőtti csúcsterhelés

4781280), egy-egy fogyasztó teljesítménye pedig kicsi. Ide

értéke. 1990-ben például a nem mérésköteles fogyasztók

tartoznak a háztartási és a mezőgazdasági fogyasztók,

maximális esti csúcsterhelése 3126 MW, a délelőtti pedig 2610

valamint a közvilágítás. A 1.3.-2. ábrán "Egyéb fogyasztás"-

MW volt. A legnagyobb csúcs és a "legmélyebb" völgy

ként jelölt fogyasztói csoport igen változatos összetételű, ide

terhelési értékei között, mintegy 500 MW különbséget látha-

tartoznak például a különféle intézmények, hivatalok, a

tunk.

A

kisfeszültségű

fogyasztók

száma

nagy

szállítás és hírközlés, a kereskedelem, a vendéglátóipar, a kisipar stb.

A kisfeszültségű fogyasztók között a legnagyobb fogyasztást a háztartások villamosenergia-felhasználása képviseli (1990-

napi

ben a termelt villamos energia 25 %-át fogyasztották el a

terhelésgörbéje meglehetősen rapszodikus, kiegyenlítetlen jel-

háztartások, vagyis - a 1.3.-2. ábra szerint - többet, mint

legű (1.3.-4. ábra).

önmagában bármelyik nagyfeszültségű ipari fogyasztói cso-

A

kisfeszültségű,

nem

mérésköteles

fogyasztók

port).

16



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.

A

háztartási

fogyasztás

napi

alakulása

viszonylag

kismértékben befolyásolható. Ennek egyik hatásos - és hazai gyakorlatban is alkalmazott - módszere a háztartási hőtároló berendezések (bojlerek és hőtároló villamos kályhák) üzemének oly módon való vezérlése, hogy azok éjszaka - tehát a rendszer terhelési völgyidőszakában - üzemeljenek. E mód-

1.3.-4. ábra A nem mérésköteles (döntően kisfeszültségű)

szer alkalmazása energetikailag azért előnyös, mert a hőtá-

fogyasztók napi terhelési görbéje

roló berendezések fogyasztása így nem a rendszer szempontjából kritikus csúcsidőszakban jelentkezik, hanem kitölti a terhelési völgyet, vagyis növeli a rendszer terhelésének egyenletességét (nő a csúcskihasználási óraszám).

A háztartási hőtároló berendezések felfűtésvezérlésének eszközei hazai gyakorlatban az egyes fogyasztókhoz vagy

Az egy lakosra jutó bruttó villamosenergia-fogyasztás éven-

fogyasztói

a

kénti változását 1951 és 1990 között a 1.3.-5. ábra

korszerűbb, - de viszonylag nagy beruházás-igényessége

szemlélteti. Az ENSZ 1998 évi statisztikai adatai alapján e

miatt csak mérsékelt ütemben terjedő - hangfrekvenciás köz-

vonatkozásban Magyarország az európai "középmezőnyben"

ponti vezérlés.

foglal helyet. 1988-ban, hazánkban az egy lakosra jutó bruttó

csoportokhoz

felszerelt

kapcsolóórák,

ill.

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

villamosenergia-fogyasztás 3579, míg 1997-ben 3412kWh. Ez

bemutatott adatai egy adott év tényhelyzetét tükrözik. Az

az

egyes fogyasztói csoportok tényleges villamosenergia- fel-

5765kWh, Svájcban 7358kWh volt ugyanebben az évben.

érték,

pl.

Franciaországban

5977kWh,

Ausztriában

használása természetesen évről évre változik, azonban a

Érdekes, hogy a világ országai között ez a mutató Norvégiá-

fogyasztás e csoportok közötti megoszlásának arányai csak

ban a legnagyobb (1988-ban 24 367kWh/lakos), ott ugyanis

viszonylag hosszabb távon módosulnak különféle, a fogyasz-

meglehetősen sok erőmű - elsősorban vízi erőmű - üzemel,

tási szerkezetet befolyásoló műszaki, gazdasági tényezők

lakosainak száma viszont kevés (mintegy 4 millió).

hatására.

1.4. Villamosenergia-rendszerek kialakulása, jellemzői 1.4.1. Az együttműködő magyar villamosenergiarendszer főbb jellemzői

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

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%.

17



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,

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).

14,1%-át földgázból, 44,7%-át atomenergiából állították elő.

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.

1.4.2. Nemzetközi kooperációs villamos energia rendszerek Európában 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.

18


A szomszédos rendszerek közötti kapcsolatok bővülése szükségesség tette a nemzetközi villamos energia forgalom egységes koordinálását és rendszerszintű irányítását, ezért 1962-ben megalakult a KGST tagországok villamos energia 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.


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.

A magyar rendszerösszekötő 750 kV-os távvezeték 1978-ban 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

került üzembe Albertirsa és a nyugat-ukrajnai Vinnyica alállomások között. Bár e vezeték és a végponti berendezéseinek nagy része műszakilag korszerű létesítmény, az együttműködő rendszer üzembiztonsága mégsem nőtt az elvárt mértékben, elsősorban a szovjet belső rendszer különböző műszaki problémái miatt. A 750 kV-os vezetéken megnövekedett villamos energia szállítások viszont tovább növelték az energetikai függőséget, amely a legnagyobb mértékben a magyar villamos energia rendszert érintette. A magyar villamos energia rendszer egyébként a CDU-VERE

Lengyelországgal illetve Romániával és Bulgáriával össze-

tagjaként is együttműködött a szomszédos UCPTE tag rend-

kötő 750kV-os távvezetékek.

szerekkel. Energiacserét bonyolított le az osztrák és a jugoszláv villamos energia rendszerekkel.

Ezen országok villamos energia rendszereivel a magyar VER nem lehetett szinkron kapcsolatban, hiszen a VERE és az UCPTE rendszerek ilyen "villamosan laza" összeköttetése különféle technikai okok miatt (például stabilitási problémák)

Az 1980-as években aszinkron kapcsolatot jelentő egyenáramú betét is épült a magyar és osztrák rendszerek között (névleges teljesítménye 550 MW).

nem engedhető meg. Ezért a rendszeres energiacserét ún.

A CDU- VERE rendszer-együttműködés hátrányai voltak:

szigetüzemben ill. irányüzemben bonyolítottuk le, ami úgy

- nagy importhányad,

történt, hogy vételezéskor a csereteljesítménynek megfelelő

- egyoldalú importfüggőség a volt Szovjetuniótól,

nagyságú fogyasztói területet a saját rendszerünkből le-

- nem elegendő tartalékteljesítmény, amely nem tette lehető-

választottuk és az osztrák vagy a jugoszláv rendszerre

vé a villamosenergia-ellátás egyik legfontosabb minőségi jel-

kapcsoltuk (szigetüzem), míg energia kitápláláskor ugyanezt

lemzőjének, az 50 Hz frekvenciának a nyugat-európai nor-

megfelelő számú erőművi gépegységgel végeztük el (irány-

máknak megfelelő értékhatárok között tartását,

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

-magyar VER egyoldalúan erős kapcsolata a volt KGST or-

mérnökök által kifejlesztett pszeudó-szinkron automatika

szágokkal és igen gyenge kapcsolat az európai országok

alkalmazása tette lehetővé.

egyesített villamosenergia-rendszerével az UCPTE-vel.

19


Az UCPTE (Union pour la Coordination de la Production et du Transport de l’Electricité) rendszert 1951-ben nyolc nyugateurópai ország (Ausztria, Belgium, Franciaország, Hollandia, 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.

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.


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 centrel helyzete Euróbában

A NORDEL a skandináv országok (Svédország, Norvégia, Dánia, Finnország és Izland) villamos energia rendszeregyesülése. A beépített erőművi teljesítőképesség 1990-ben 85 000 MW volt, ennek 30%-a hőerőművi, 55%-a vízerőművi, 15%-a atomerőművi teljesítmény. A rendszerben 1995-ben 272TWh

villamos

energiát

termeltek,

az

energiacsere

mennyisége ebben az évben 30TWh volt.

20



A nemzeti kooperációs energiarendszerek az alaphálóza-

1.5. A villamosenergia rendszer irányítása

tukon keresztül nemzetközi kooperációban egyesülnek, így igen nagy kiterjedésű, esetenként földrésznyi nagyságú A

modern

villamosenergia-rendszerek

hierarchikus

felépítésűek. A kooperációs rendszer alapja a nagyfeszültségű hurkolt alaphálózat, amely a teljesítményt a főelosztó hálózati csomópontokig szállítja és amelyhez a közcélú nagy erőművek csatlakoznak. A főelosztó és az 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.

A kooperációs energiarendszer üzemének e központi irányító és ellenőrző szervére azért van szükség, hogy a fogyasztók mindig a leggazdaságosabban termelt, átvitt és elosztott villamos energiát kapják, az előírt frekvencia- és feszültséghatárok betartásával. Ezeknek mindenkor kellő áttekintése van az energiarendszer egészéről. A teherelosztónak ehhez megfelelő információval kell rendelkeznie az energiarendszer erőműveinek, illetve fontosabb, csomópont jellegű álállomásainak pillanatnyi teljesítményhelyzetéről a csomópontok feszültségéről, a rendszer frekvenciájáról, az erőművek és alállomások pillanatnyi teljesítményhelyzetéről, villamos kapcsolási állapotáról stb. Ezeket az információkat a teherelosztó a különféle távbeszélő-, távmérő- és távjelző-összeköttetéseken keresztül kapja meg.

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.

rendszeregyesülések alakulnak ki. Az együttműködő energiarendszerek biztonságos, jó minőségű villamosenergiát optimális körülmények között szolgáltató üzemének fenntartása olyan méretű irányítási feladat, amely hierarchikus felépítésű rendszerirányítással oldható meg. Az energiarendszer erőműveinek és hálózatainak üzemirányítását és az üzemmenet állandó ellenőrzését a teherelosztók végzik.

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).

A magyar energiarendszer operatív üzemirányításának kapcsolati rendszere a 1.5.-1. ábrán látható. Az OVT állandó kapcsolatot tart a szomszédos országok nemzeti teherelosztóival is. 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 irányítják, a III. szinten elhelyezkedő közép-feszültségű elosztóhálózat

operatív

üzemirányítását

az

üzemirányító

központok (ÜIK) végzik, míg a fogyasztók általában a KDSZekkel állnak kapcsolatban. (Ez a kapcsolat közvetlenül csak az ipari nagyfogyasztókkal kiépített.)

21



A I

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

II

egyéb munkák figyelembevételével, meg kell tervezni az erőművek közötti gazdaságos teherelosztást, össze kell állítani a szükséges hálózatképet, koordinálni kell az erőművi

III

és hálózati karbantartási, javítási munkákat.

1.5.-1. ábra A VER operatív üzemirányításának rendszere

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

eredmények

birtokában,

statisztikai

A közvetlen üzemirányítási és ellenőrzési munka során

számítások

folyamatosan ellenőrizni kell az erőművek menetrendtartását, a

segítségével, valamint az erőművi gépegységek várható

hálózat feszültségét és frekvenciáját, a teljesítmény elosztását,

rendelkezésre állásának ismeretében az erőművek számára

és szükség esetén azonnali beavatkozásokat kell foganatosí-

előre olyan menetrendet készít, amely előírja az erőmű

tani a kívánt paraméterek biztosítása érdekében. A teher-

következő napi terhelésének lefutását. A kérdéses üzemi

elosztó feladatát képezi az üzemi berendezések (kazán,

napon azután a menetrendnek megfelelően, a jellemző

turbina, generátor, transzformátor, távvezeték) karbantartási

paraméterek figyelembevételével vezénylik az üzemtartást.

munkálatainál a berendezések leállításának és újbóli üzembe

Az üzem-előkészítési feladatokat a teherelosztónak naponta

helyezésének engedélyezése. Üzemzavarok esetén azonnali

el kell végezni, mindig a következő napi optimális rendel-

intézkedésekkel kell a zavar kiterjedését megakadályozni, a

kezésre állás és a zavartalan üzemmenet biztosítása érdeké-

fogyasztók energiaellátását a lehető leggyorsabban helyre-

ben. Ezen kívül hosszabb távú (heti, havi és éves szintű)

állítani.

üzem-előkészítési terveket is ki kell dolgozniuk.

Az OVT főbb üzemirányítási feladatai a következők: A villamosenergia-termelés optimalizálásához a bonyolult

a) Adatgyűjtés és feldolgozás

nemzetközi és hazai hálózat üzembiztos működésének

-Távmérés: végső kiépítésben 650 digitális mérés fut be ez

ellenőrzéséhez és korszerű üzemirányításához ma már egyre

OVT -be (pl. erőművek wattos és meddő teljesítményei,

inkább szükséges munkaeszközzé válik a számítógép.

erőművi és alállomási gyűjtősínek feszültségei, fontosabb

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

távvezetékek terhelései stb.). A számítógép gyűjti és rögzíti a

számítógépes irányítása realizálódott az OVT-ben elhelyezett

távmérési információkat.

folyamatirányító számítógép segítségével. A folyamatirányító

-Távjelzések: az alállomási kapcsoló-berendezések állásjel-

számítógép alkalmazásának kulcskérdése a megfelelő táv-

zéseit, valamint a védelmek és automatikák jelzéseit gyűjti a

közlési kapcsolatok kiépítése, mivel ez ad lehetőséget arra,

gép.

hogy az alaperőművi blokkokat és az alaphálózat csomóponti

-Távszámlálás: a nemzetközi kooperációs pontokon átáram-

alállomásait közvetlenül (on-line) a rendszerszabályozásba be

ló energia meghatározott időtartamra vonatkozó értékeit rög-

lehessen vonni.

zíti a gép és elvégzi az ezekkel kapcsolatos elszámolási műveleteket.

22


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).

A rendszerirányítás (VER) története


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.

I. Villamosítás az 1800-as években 1878

A Ganz és Társa Vasöntő és Gépgyár Rt. vasöntödéjében villamos ívlámpákat állítottak be világításra.

1882

A villamos-energia szolgáltatás történetében három időszakot különböztethetünk meg.

A világ első közcélú villamos művének (New-York Edison E. J. Co) üzembe helyezése.

1884

Temesvárott általános célú villamosmű létesül utcai

közvilágí-

tás számára.

I. Villamosítás az 1800-as években

1888

Párizs közvilágítása.

II. Villamosítás a XX. század közepéig

1888

Mátészalka villamosítása.

III. A magyar villamosenergia-rendszer (VER) kialakulása

(A Tiszántúli Áramszolgáltató Rt. létrejöttével a magyar közigazgatás területén ekkortól számítjuk a magyar villamosenergia-ipar működésének kezdetét.)

23


1893

Budapest közcélú villamosítása.

1894

Eger, közcélú villamosítása.

1895

Kapuvár, Kisvárda, Pécs, Szeged, Salgótarján, Szombathely, Sárvár, Sátoraljaújhely közcélú villamosítása. Üzembe lép az Ikervári Vízerőmű.

1896

Szolnok villamosítása.

1897

Kecskemét, Nyíregyháza, Szentgotthárd villamosítása. Miskolcon


1900 –ig

tartozó hálózat létesült. Ezt az időszakot a szolgáltatás rendszerének sokfélesége jellemzi : egyenáram

elindul az első közúti villamos. 1898 1899 1900

Sopron villamosítása. Budafok, Gyula, Hódmezővásárhely, Miskolc, Makó

Magyarországon 40 villamos erőmű és hozzá

2x150V, 2x120V, 2x135V, 2x220V, 2x250V, 2x210V feszültséggel,

egy- és háromfázisú váltakozó áram

villamosítása.

1800V, 2850/105V, 2000/100V, 2000/120V,

Szekszárd villamosítása.

2100/105V , 3000/105V,feszültséggel, 50 Hz, 42 Hz, 26 Hz frekvenciával.

II. Villamosítás a XX. század közepéig 1911 -ben

a villamos művek száma 75 db. volt: egyenáramot szolgáltatott 44 42 Hz-es váltakozóáramot 19 50 Hz-e váltakozóáramot 12 A telepek többségében a dinamók illetve generátorok teljesítménye nem haladta meg a néhány száz kW-ot, hajtásukat gőzgép biztosította.

1913 -ra

a villamos-energiát szolgáltató telepek száma 200-ra nőtt. Az átlagosan 1,2 MW-os nagyságú erőművek energiáját a városokban, községekben lévő üzemek körül kialakuló hálózatok segítségével a közvilágításra, valamint a mezőgazdaságban és az ipariban hasznosították. A kis és közepes teljesítményű telepek erőgépe a nyersolajmotor volt, a nagyobb erőművekben gőzturbinákat használtak

1934 októberében lépett hatályba az első magyar villamos-energia törvény. Ez volt hivatva megvalósítani az egységes energia-gazdálkodási szempontokat a villamos hálózatok és átalakító-kapcsoló állomások létesítésénél, s védeni a lakosság, a fogyasztók érdekeit. A váltakozó áram és a transzformátor alkalmazása utat nyitott a villamos-energia nagyobb távolságra történő szállítására. Ezáltal lehetővé vált az erőművek teljesítményének növelése, egyre na-gyobb fogyasztói területek szigetüzem-szerű ellátása. A hálózaton megjelent a 35 kV, 60kV, és 100kV feszültség-szint. 1930-ban került üzembe a 100 kV-os kétrendszerű Bánhida-Budapest táv-vezeték,1932ben a Bánhida-Horvátkimle 100 kV-os távvezeték. 1935 -ben

1920-as évek

blokknagyságára és a szigetüzem-rendszerek fejlesztésére jellemző, hogy a helyi villamos műveknek egyedül kellett megoldaniuk a frekvencia-, a teljesítmény és feszültség-szabályozást, a tartalékok biztosítását, és ez rendkívül drága beruházásokat igényelt. A Kelenföldi Hőerőmű tervezésénél pl. egy db 30 MW-os gépet szántak a körzet fogyasztói terhelésének fedezésére, egy gépet a tervszerű karbantartások idejére, egyet pedig üzemzavari tartaléknak. Az erőmű beépített teljesítményének tehát 66 %-a nyújtotta a biztonságos szolgáltatáshoz szükséges tartalékot.

Technikai fejlődés 1945 után 1945 -ben a háború, a pusztítások miatt a villamosenergiafogyasztás a mélypontra zuhant. A megrongálódott közcélú és üzemi erőműveket, valamint a villamos hálózatokat a villamos művek dolgozói aránylag gyorsan kijavították, és hamarosan megindult a széntermelés is. A dinamikusan növekvő fogyasztói igény (1945: 700 GWh, 1949: 2200 GWh) csak a meglévő erőművek jobb kihasználásának segítségével volt fedezhető. Erre a megoldást a nemzetközi gyakorlat már jól ismerte: a helyi villamos-művek kooperációja, szinkron üzembe kapcsolása.

Magyarországon a városok teljes mértékben (56 db), a községeknek kb.30%-a (1020 db.) volt villamosítva.

24



1949 november 23

III. A magyar villamosenergia-rendszer (VER) kialakulása 1948

a Bánhida, Tatabánya, Kelenföld, Ajka, Mátravidéki, Salgótarján, Diósgyőr, Dorog, Kesznyéten, Kazincbarcika, és Újpesti erőműveknek a Budapest-BánhidaGyőr-Horvátkimle 100 kV-os, a Budapest-Mátravidéki 100 kV-os, valamint a Salgótarján-Szolnok 60 kV-os távvezetékek segítségével történő szinkron üzembe kapcsolása új fejezetet nyitott a hazai villamosenergetika történetében. Központi üzemirányítás alatt megkezdte működését a magyar villamos-energia rendszer. A frekvencia tartására a Kelenföldi Erőművet jelölték ki.

A magyar villamosenergia-ipar történetében alapvető változást jelentett az 1948-ban végrehajtott államosítás. Ennek során létrehozták az Állami Villamossági Rt.-t (ÁVIRt). Feladata volt összefogni Budapest és elővárosai, valamint a bányák villamos erőműveit és villamosenergia-elosztó szerveit, továbbá a dunántúli, az északmagyarországi és az alföldi egyéb közcélú villamos műveket: összesen 137 erőművet és 147 villamos elosztó vállalatot.

A villamosenergia-rendszer (VER) irányítását az Országos Villamos Teherelosztó (OVT) végezte.

Az Erőművek Ipari Központja (ERIK) alapítása ágazati minisztériumi felügyelet alatt. Feladata a nagy- és középerőművek központi irányítása.

1951

regionális áramszolgáltató vállalat: ÉDÁSZ, ÉMÁSZ, DÉDÁSZ, DÉMÁSZ, TITÁSZ. ( A hatodik áramszolgáltató, az ELMÜ már a század első fele óta működik.) Elkezdődik az Inotai Erőmű építése, amely 2 x 20 MW

Létrejön az Állami Villamos-energia Szolgáltató Vállalat

teljesítménnyel 1955-ben fejeződött be.

(ÁVESZ), a három nagy vidéki elosztó vállalat 20 üzletigazgatóságát és a kisebb körzeti erőműveket is összefogó szer-

1952

Megszűntetik az ERIK-et, feladatait a Bánya és Energiaügyi Minisztérium Villamosenergia-ipari Igazgatósága (VIPIG) veszi át. 100 kV-os feszültségszinten távvezetéki kapcsolat létesült Magyarország és Csehszlovákia (Kisigmánd-Érsekújvár) között, amelyen a magyar VER villamos-energiát importált. Ez volt az első lépés a kooperáció nemzetközi kiterjesztésének irányába.

1953

100 kV-ról 120 kV-ra növelték a hálózat feszültségét, ezáltal annak áteresztő képessége több, mint 40%-kal növekedett

vezet. 1949-ben megalakult a Mátravidéki Erőmű Vállalat, amely a Budapest Székesfőváros Elektromos művei által 1940-ben elkezdett, 1945-46-ban jóvátétel címén leszerelt és elszállított Mátravidéki Erőművet építette újjá. A teljes kiépítés (4x32 MW) 1953-ban fejeződött be.

1954

1955

elkezdődött a Borsodi Hőerőmű építése. Az erőmű teljes

1957

megkezdődött az 1959-ben elkészült Tiszapalkonyai Hőerőmű

kiépítése (6x30,5 MW+ 1x5 MW) 1957-ben fejeződött be.

január 15-én Minisztertanácsi rendelet lépett életbe a tervszerű villamos-energia- és teljesítmény-gazdálkodásról. Közel 2000 nagyfogyasztó szigorú vételezési menetrendet kapott, amely elsősorban csúcsidei teljesítményüket szorította le és villamosenergia-fogyasztásukat a kisterhelésű időszakokra igyekezett

(4x50 MW) építése. 1959

A

változó

ágazati

összetételű

1960 Ipari

Minisztériumban

az

Erőmű

Tröszt.

Tagvállalatai

az

országos

A Pécsi Hőerőmű I. fázisának (3x30,7+1x22,5MW) kezdete. A beruházást 1964-ben fejezték be.

a

Az Ajkai Hőerőmű építése (3x30,7 MW).

Villamosenergia-ipari Igazgatóság gazdasági irányítása alatt megalakul

Az első 220 kV-os távvezeték (Göd-Bistricany) és az első 220 kV-os transzformátor üzembe helyezése.

terelni. Ezzel megszűnt a másfél millió kisfogyasztó 1952-ben kezdődött rendszeres korlátozása.

Az ÁVESZ feloszlik, és megalakul öt, a közelmúltig is működő

1961

Hét európai szocialista ország kormányszintű egyezménnyel

jelentőségű erőművek, az Erőmű Javító és Karbantartó Vállalat

létrehozta energiarendszereik egyesülését, a CDU-t. A prágai

(ERŐKAR) és az Országos Villamos-távvezeték Vállalat (OVIT).

központú szervezet műszaki-koordinációs, elszámolási és opera-

Megalakul az Országos Villamos-energia Felügyelet a VIPIG

tív üzemirányítási feladatokat látott el.

irányítása alatt.

Az Oroszlányi Hőerőmű építésének kezdete. A 4x50 Mw-os létesítményt 1963-ra fejezték be.

25


1963

Az általános ipari átszervezés okán létrejött a Magyar Villamos Művek Tröszt (MVMT), amely átvette a megszűnt Erőmű Tröszt vállalatait, valamint a hat áramszolgáltató vállalat műszaki és


1964

A Pécsi Hőerőmű II. fázisa 1965-66-ban létesült (2x50 MW).

1968

Bánhidán üzembe áll a 100 MW-os blokk. Megépül az első 400 kV-os távvezeték (Göd-Munkács), üzembe helyezik az első 400 kV-os transzformátort.

1969

Hazánk legnagyobb széntüzelésű hőerőművének (2x100 + 3x200 MW), a visontai külszíni fejtésre települt Gagarin Hőerőmű (ma Mátrai Hőerőmű) építésének kezdete. Az építés 1973-ban zárult.

1973

Két, egyenként 85 MW-os gázturbinás gépegységgel bővítik az Inotai Hőerőművet. A második gép 1975-ben állt üzembe.

gazdasági irányítását is. A minisztériumban csupán a felügyelet és a távlati fejlesztési tevékenység irányítása maradt. Az MVMT szervezetének kialakításánál elsősorban a francia nemzeti villamos társaság (EdF) volt a minta, amely akkor a legkorszerűbbnek tartott szervezet volt Európában. Az MVMT végezte a teljes magyar villamosenergia-rendszer műszaki-gazdasági irányítását.Az MVMT 1991 végéig működött ebben a formában.

1974

Elkezdődött a Dunamenti I. Erőmű építése. Az 1x50 + 1x40 +

A Dunamenti Hőerőmű bővítése (6x 215 MW). A beruházás 1976-ban zárult.

3x150 + 2x25 MW teljesítményű erőmű a százhalombattai kőolajfinomítót is ellátta hőenergiával. A beruházás 1969-ben

1977

1978

A 750 kV-os Zapadnoukrainszkaja-Albertirsa távvezeték és az

A Tiszai erőmű létesítése. A 4x215 MW-os erőmű utolsó blokkját 1976-ban helyezték üzembe

fejeződött be.

1992

Az iparág részvénytársaságok kétszintű rendszerévé alakul át,

albertirsai 750/400 kV-os alállomás üzembe állítása. Az építés

melynek első szintjét a tulajdonosi és az irányítói szerepet is

1979-ben fejeződött be.

betöltő Magyar Villamos Művek Rt. (MVM Rt.), a második szintet

Az Országos Villamos Teherelosztó új, korszerűen felszerelt

alaphálózati társaság jelenteti.

pedig az erőművi, és az áramszolgáltató társaságok, valamint az 1979

épületbe költözött. Az OVT munkáját nagy teljesítményű számítógép üzembeállítása segíti.

1992 októberben megalakult a lengyel, a cseh, a szlovák és a magyar energiarendszerek közös szervezete, a CENTREL.

1982

1991

A Paksi Atomerőmű első reaktorának üzembe helyezése. Az atomerőmű jelenleg a legtöbb villamos energiát (8×235 MW) termelő egysége a villamosenergia-rendszernek. A Dunamenti Hőerőmű hőszolgáltató gázturbinával (145MW) illetve kombináltciklusú gázturbinával (156+60+24 MW) történő bővítésének kezdete. A beruházás 1998-ban fejeződött be.

1993

Szeptember 29-30-án kísérletet végeznek.

a

CENTREL

országok

szigetüzemi

1993 november 19-én megszűnt a CDU tagországok energiarendszereinek párhuzamos üzeme, a rendszer-egyesülés három részre vált szét.

1994

Új Villamos-energia Törvény és a kapcsolódó jogszabályok

2000

Október 19. A MAVIR Magyar Villamosenergia-ipari Rendszerirányányító (MAVIR) Rt. megalapítása

2001

A CENTREL energiarendszerek az UCTE teljes jogú tagjaivá váltak. Befejeződött az irányítástechnikai rendszer átfogó korszerűsítését szolgáló ÜRIK projekt.

megalkotása. 1995

Az év során lezajlott privatizációval új működési rend valósult meg a villamos energetikában, melyaz áramszolgáltatók és az erőművek önálló részvénytársaságokká váltak.

1995 októberben 18.-án a CENTREL tagországok párhuzamo-

Decemberben az Országgyűlés elfogadta az új Villamos-energia Törvényt, amely már tartalmazza a villamos-energia piac kialakításnak feltételeit.

san kapcsolódtak a Nyugat-európai energiarendszer-egyesüléssel, az UCPTE-vel. 1998

Üzembe állnak a litéri és a sajószögedi szekunder tartalék gázturbinák.

1999

A CENTREL energiarendszerek az UCTE társult tagjaivá váltak. Üzembe állt az új folyamatirányító számítógép.

2003

Január 1. A MAVIR Rt. saját jogon önálló rendszerirányítói működési engedélyt kapott.

26



II. Fejezet 1.6. Villamos-energia törvény (VET)

KÖZIGAZGATÁSI HATÁSKÖRÖK Állami feladatok A Magyar Energia Hivatal (a továbbiakban: Hivatal)

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 A törvény hatálya Általános követelmények Értelmező rendelkezések

III. Fejezet VILLAMOSENERGIA-ELLÁTÁS Általános szabályok Villamosenergia-ellátási szabályzatok A villamosenergia-ellátási szabályzatok kidolgozásának általános szabályai Szabályzati bizottságok Üzletszabályzatok

Szociális villamosenergia-ellátás Termelő

Rendszerirányításhoz szükséges távközlési eszközök hasz-

A megújuló energiaforrásból és a hulladékból nyert energi-

nálata és azok feletti rendelkezés

ával termelt villamos energia

A rendszerirányítónak a szervezett villamosenergia-piaci

A hálózatok üzemeltetése

engedélyessel kapcsolatos kötelezettségei

Hálózatok fejlesztése

Rendszerirányító és a mérlegkörök kapcsolata

A közcélú hálózathoz való hozzáférés

A villamosenergia-kereskedő

A villamosenergia-átvitel és -elosztás korlátozása és szü-

A közüzemi nagykereskedő

neteltetése

A közüzemi szolgáltató

A rendszerirányító

A feljogosított fogyasztó

Adatszolgáltatás

A villamos energia határon keresztül történő szállítása

Mérési adatgyűjtő rendszerek az elszámoláshoz

IV. Fejezet ENGEDÉLYEZÉS Az engedélyezés általános szabályai Pénzügyi biztosíték 50 MW, és ezt meghaladó teljesítményű erőmű létesítésére vonatkozó engedély Erőmű létesítésére vonatkozó engedély Az erőmű bővítésére, teljesítményének növelésére, tüzelőanyagának választására, megváltoztatására, valamint a villamosenergia-termelés és az erőmű megszüntetésére vonatkozó engedély Az erőmű-bővítési engedély

Erőmű teljesítményének növelésére vonatkozó engedély Tüzelőanyag választására, megváltoztatására vonatkozó engedély Villamosenergia-termelés és/vagy erőmű megszüntetésére vonatkozó engedély A villamos energia termelésére vonatkozó működési engedély Villamos energia termelésére vonatkozó működési engedély és a termelő tevékenység folytatásának feltételei A villamos energia átvitelére, illetve elosztására vonatkozó működési engedély Villamos energia átvitelére vonatkozó működési engedély Villamos energia elosztására vonatkozó működési engedély

27


A villamosenergia-rendszer irányítására vonatkozó működési engedély Villamosenergia-rendszer irányítására vonatkozó működési engedély A villamosenergia-kereskedelemre, a közüzemi nagykereskedelemre, és a közüzemi szolgáltatásra vonatkozó működési engedély Villamosenergia-kereskedelemre vonatkozó működési engedély Villamos energia közüzemi nagykereskedelemre vonatkozó működési engedély Villamos energia közüzemi szolgáltatására vonatkozó működési engedély


A szervezett villamosenergia-piac működtetésére vonatkozó engedély A szervezett villamosenergia-piac működtetésének engedélyezési feltételei A szervezett villamosenergia-piacon forgalmazott termékek, ügylettípusok és kereskedési módszerek jóváhagyása A szervezett villamosenergia-piac tulajdonosi szerkezetére vonatkozó szabályok A szervezett villamosenergia-piac engedélyezése során eljáró hatóságok A szervezett villamosenergia-piac rendszerirányítóval szembeni kötelezettségei A szervezett villamosenergia-piac működésére vonatkozó szabályok

Összeférhetetlenség

V. Fejezet

A szervezett villamosenergia-piacon való kereskedés tárgyi,

AZ IDEGEN INGATLANOK TULAJDON- ÉS HASZNÁLATI

szervezeti és személyi feltételei

JOGÁNAK KORLÁTOZÁSA

A szervezett villamosenergia-piac szabályzatai

Előmunkálati jog

A villamos energia határon keresztül történő szállítására

Vezetékjog

vonatkozó tevékenységi engedély

Használati jog

Villamos energia határon keresztül történő szállítása

Szolgalmi jog

Kizárólagossági jog és kötelezettség

Kisajátítás

A működési engedély módosítása

Közvetlen vezetékkel kapcsolatos jogok

A működési engedély megszegése

Biztonsági övezet

VII. Fejezet ÁRMEGÁLLAPÍTÁS, ÁRSZABÁLYOZÁS VI. Fejezet

VIII. Fejezet,

A KÖZÜZEMI SZOLGÁLTATÁS

A TEVÉKENYSÉGEK SZÉTVÁLASZTÁSA

A közüzemi szerződés A villamos energia továbbadása Mérés, elszámolás, díjfizetés A közüzemi szerződés megszegése

IX. Fejezet AZ ENGEDÉLYES VÁLLALKOZÁSOKBAN TÖRTÉNÖ RÉSZESEDÉSSZERZÉSEK KORLÁTOZÁSA

A közüzemi szerződés megszegésének következményei

X. Fejezet

A villamos energia szabálytalan vételezése

A VILLAMOSENERGIA-ELLÁTÁS ZAVARA XI. Fejezet MŰSZAKI-BIZTONSÁGI RENDELKEZÉSEK

28



XII. Fejezet ZÁRÓ RENDELKEZÉSEK

Közvilágítás

Vegyes és felhatalmazó rendelkezések

A lakossági fogyasztó személyében beállt változás

Módosuló jogszabályok

Szolgáltatás

Átmeneti rendelkezések

Szüneteltetés

Az Európai Közösségek jogszabályaihoz való közelítés

Vételezés

1/a. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez

Mérés

Villamos energia közüzemi szabályzat (VKSz)

Elszámolás

Általános rendelkezések

Kifogás a számla ellen

Fogyasztói igénybejelentés és szolgáltatói tájékoztatás

Elszámolás hibás mérés esetén

A közüzemi szerződés előkészítése, létrejötte és hatálya

Szerződésszegés, szabálytalan vételezés

A közüzemi szerződés tartalma

Vegyes és hatályba léptető rendelkezések

Bekapcsolás

1/b. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Villamos hálózati csatlakozási és hálózathasználati szabályzat (VHSz) Általános rendelkezések Rendszerhasználói igénybejelentés és a hálózati engedélyes által adott tájékoztatás A hálózati csatlakozási szerződés előkészítése, létrejötte és hatálya A hálózati csatlakozási szerződés tartalma A hálózathasználati szerződés előkészítése, létrejötte és hatálya A hálózathasználati szerződés tartalma A bekapcsolás

Rendelkezésre állás A hálózat rendelkezésre állásának szüneteltetése Vételezés és betáplálás Mérés A hálózathasználati díjfizetéssel kapcsolatos elszámolás Kifogás a számla ellen Elszámolás hibás mérés esetén Szerződésszegés Szabálytalan vételezés Vegyes és hatályba léptető rendelkezések 2/a. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez 2/b. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez

3/a. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rende-

6/b. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rende-

lethez

lethez


7. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez

lethez


4/a. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rende-


lethez




lethez


A vezeték létesítése és a vezetékjogi engedélyezési eljárás-


ban közreműködő szakhatóságok


5. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelet-


hez

Formanyomtatvány a VET alapján engedélyköteles tevékeny-

6/a. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelet-

ségekkel kapcsolatban benyújtandó kérelem

hez

29



16. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Formanyomtatvány a VET 103. § (1 )-(2) bekezdésében meghatározott, előzetes hatósági jóváhagyást igénylő ügyletekhez 17. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Az erőmű létesítési engedély kötelező tartalmi elemei 18. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Az erőmű működési engedély kötelező tartalmi elemei 19. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Tüzelőanyag választás és megváltoztatás engedélyének kötelező tartalmi elemei 20. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Erőmű megszüntetési engedély kötelező tartalmi elemei

26. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Villamos energia kereskedői engedély kötelező tartalmi elemei 27. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Szervezett

villamosenergia-piac

működtetésére vonatkozó

engedély kötelező tartalmi elemei 28. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Villamos energia határon keresztül történő szállítására vonatkozó engedély kötelező tartalmi elemei 29. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Erőművi üzleti terv független szaktanácsadók által történő vizsgálata A vizsgálat kötelező tartami elemei I. Általános rész

21. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez A rendszerirányítói engedély kötelező tartalmi elemei 22. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Átviteli engedély kötelező tartalmi elemei 23. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Az elosztó hálózati működési engedély kötelező tartalmi elemei 24. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez A közüzemi szolgáltatói működési engedély kötelező tartalmi elemei 25. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Közüzemi nagykereskedő működési engedély kötelező tartalmi elemei

II. Finanszírozási struktúra és költségek III. Cash-flow-k és várható megtérülések IV. A szaktanácsadói jelentés 30. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Erőmű létesítésére, bővítésére és teljesítmény növelésére irányuló kérelemhez csatolandó megvalósíthatósági tanulmány kötelező tartalmi elemei 31. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. Rendelethez Az üzletszabályzatok kötelező tartalmi követelményei 32. számú melléklet a 180/2002. (VIII. 23.) Korm. rendelethez Műszaki dokumentáció

2. Villamosművek kialakítása 2.1 Erőművek 2.1.1. Hőerőművek A villamos energia termelése érdekében a hőerőművekben lejátszódó leglényegesebb folyamatokat két csoportra oszthatjuk, nevezetesen: a fő technológiai és a kiegészítő folyamatokra. A fő technológiai folyamatok - amelyek az erőmű főberendezéseiben zajlanak - a következők: - a tüzelőanyag kémiai energiájának átalakítása hőenergiává (elégetési folyamat); - a hőenergia átadása a közvetítő közegnek;

30


- a közvetítő közeg hőenergiájának átalakítása mechanikai energiává; - a mechanikai energia átalakítása villamos energiává. A főbb kiegészítő folyamatok: - 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).


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

2.1.1.1. Gőzturbinás erőművek A felhasználandó tüzelőanyagot (szén, fűtőolaj vagy föld- gáz) A gőzerőműnek - a fő technológiai folyamatnak megfelelően három főberendezése van : - kazán,

levegő hozzáadásával a kazánban elégetik, a keletkező füstgázt kéménybe vezetik, míg az égés utáni maradék (salak, hamu) a salaktérbe kerül.

- gőzturbina,

A kazánban termelt gőzt - a túlhevítőben továbbhevítve - a

- villamos generátor.

turbinába vezetik, amely a villamos generátort hajtja. (A

A gőzerőművek hősémáját az energetikai rendszer

generátorhoz egyrészt transzformátor csatlakozik, amely a

alapján való csoportosítás szerint tárgyaljuk. A tiszta kondenzációs erőműben a teljes fejlesztett

generátorfeszültséget a kívánt nagyobb feszültségre emeli, másrészt egy leágazás, amely a segédüzemeket táplálja.)

gőz-mennyiség villamosenergia- termelésre szolgál.

gőz csapadék víz

túlhevítő füstgáz

transzformátor

levegő

Az ún. gőzkondenzátorban hő elvonásával a fáradt gőzt lecsapatják, nyomását lecsökkentik, majd a kondenzvizet (a

KAZÁN tüzelőanyag

csapadékot) szivattyúval ellátott táptartályba nyomják. Innen a

Nagynyomású

vizet a tápszivattyú, - újabb előmelegítőn át - a kazánba

előmelegítő

nyomja vissza. A tápvíz-előmelegítés céljára szolgáló gőzmennyiséget a turbina különböző fokozataiból (megcsapolásaiból) veszik el.

salak és hamu

TURBINA

G 3~

Tápszivattyú Táptartály gáztalanítóval

Kondenzátor

Megcsapolás kondenzátum szivattyúja

Kisnyomású előmelegítő

Kondenzvíz szivattyú

31



Ellennyomású erőmű elvi hőkapcsolási vázlata

gőz víz

túlhevítő

Ellennyomású erőművekben (következő ábra) a turbinából távozó gőz nem a kondenzátorba jut, hanem a teljes

füstgáz levegő

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

KAZÁN tüzelőanyag

G 3~

TURBINA

salak és hamu

A turbina ez esetben is a villamos generátort hajtja, azonban

Tápszivattyú

a termelt villamos energia mennyisége a fogyasztók igényelte

Kondenzvizet

Kondenzvizet

gőzmennyiségtől függ.

Tápvíztartály

visszaszolgáltató

felhasználó

fogyasztó

fogyasztó

Kondenzvíz szivattyú

Gőzelvételes erőmű elvi hőkapcsolási vázlata

gőz víz

túlhevítő füstgáz

Gőzelvételes az erőmű, ha a gőznek csak egy hányadát

levegő

KAZÁN

vezetik a hőfogyasztókhoz, a többi része a turbinában expandál egészen a kondenzátornyomásig (következő ábra). Az elvételes gépeket tehát elvileg két részre, egy tisztán

tüzelőanyag

Kisnyomású,

Nagynyomású,

salak és

ellennyomású

kondenzációs

turbina

turbina

hamu

G 3~

Tápszivattyú

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

Hőfogyasztók

Kondenzátor Tápszivattyú

Kondenzátor hűtőszivattyú

Táptartály Tápszivattyú

Gőzturbinás erőművek alkalmazási területe : - a kondenzációs erőművek, a villamosenergia-rendszer legfontosabb erőművei, amelyek teljes egészében a közcélú villamosenergia-ellátást szolgálják. A villamos energiát olcsón termelő (legjobb hatásfokú, legkorszerűbb) kondenzációs erőművek alaperőműként (állandó jellegű alapterheléssel) üzemelnek, a közepes költségűek menetrend szerint követik a napi fogyasztói terhelésingadozásokat (a változó teljesítmény-igény kielégítése), míg a nagy fajlagos költségűek csúcserőműként (a csúcsigényekre) vehetők számításba,

- 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.

32



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

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.

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

Az MVM közcélú erőművek 1996-ban felhasznált összes tüzelőanyag 85,7%-át (345,4PJ) fordították villamosenergiatermelésre, és 14,3%-át (58,1PJ) hőszolgáltatásra. Az alábbi táblázat mutatja a MVM Rt. vállalatcsoport erőműveinek legnagyobb beépített hőteljesítő képességgel rendelkező hőszolgáltatóit.

2.1.1.2. Gázturbinás erőművek

A következő hatásfokjavító megoldások alkalmazhatók: - hőcserélő beépítése a szabadba távozó füstgázok hőjének levegő-előmelegítésre való felhasználására;

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.

- többfokozatú kompresszió és expanzió alkalmazása, amelynek során a kompressziós fokozatok között hűtik, az expanziós fokozatok között pedig újrahevítik a hőhordozóközeget és a turbinából kilépő gáz hőtartalmát hőcserélőben részben visszanyerik, - nyitott körfolyamat helyett zárt rendszerű körfolyamat alkalmazása, - kombinált gáz-gőz körfolyamatok bevezetése, amely a gázturbina és a hőerőmű kombinációs lehetőségeiben valósul meg.

33



Egyszerű nyitott rendszer hősémája

A gázturbinás erőművek tüzelőanyaga elsősorban olaj vagy

Tüzelőanyag

földgáz (nyílt rendszerű körfolyamatnál), de újabban a folyékony és a gáznemű tüzelőanyagokon kívül szilárd tüzelő-

Füstgáz

anyag (főleg szénpor) is felhasználható (zárt rendszer). A gyakorlati megoldásokra egy-egy példát a következő ábra

Égéskamra

hősémái mutatnak. Az egyszerű nyitott rendszerű körfolyamatban a kompresszor által a szabadból beszívott levegő a kompresszorból az égőkamrába kerül, ahol az oda bejuttatott

Kompresszor

Gáz

G

turbina

3~

tüzelőanyag a levegővel keveredve elég. A keletkező füstgázok hőenergiája a turbinában mechanikai munkává alakul.

Levegőbeszívás

A turbina hajtja a villamos energiát termelő generátort.

Nyitott rendszer kétfokozatú kompresszorral, Az előző ábra olyan nyitott rendszert ábrázol, amelyben

levegőhűtővel és hőcserélővel Tüzelőanyag

kétfokozatú

Füstgáz

levegőhűtő

és

hőcserélő

is

hőcserélő a termikus hatásfokot javítja, hiszen a füstgázok a

Égéskamra

sűrített levegőt előmelegítik.

Hőcserélő

Kompresszor

kompresszor,

található. A levegőhűtő a kompresszor hatásfokát növeli. A

Gáz

G

turbina

3~

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, mely zárt körfolyamatban áramlik a kompresszorból az ábrán

Levegőbeszívás

jelzett berendezéseken át vissza a kompresszorba.

Levegőhűtő

Zárt rendszer Lehetséges a gázturbina és a gőzerőmű kombinációja is. Tüzelőanyag

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

Légkazán

(kb. 18 %) hasznosítják. Hőcserélő

A gázturbinás erőmű előnyei: - gyors üzemkészség;

Füstgáz

Légturbina

Kompresszor

G 3~

- a berendezés és kezelésének egyszerűsége; - a hűtővíz-ellátástól való teljes, vagy részleges függetlenítés,

34



Gázturbina és gőzerőmű

A gázturbinás erőművek hátrányai:

egy lehetséges kombinációja

- a gőzerőművekénél rosszabb hatásfok, - szerkezeti okokból csak kisebb egységteljesítményű

Tüzelőanyag

(10-120MW) turbinák készíthetők.

FüstÉgéskamra Kazán

Kompresszor

Gáz turbina

~

gáz

Gázturbinás erőművek alkalmazási területe : G

- a nagyobb egységteljesítményű gázturbinás erőműveket

3~

csúcserőműként alkalmazzák a villamosenergia-rendszerekben (pl. az inotai gázturbinás erőmű),

Szivattyú

- bizonyos esetekben gazdaságos lehet hőszolgáltató Hőfogyasztó Levegőbeszívás

erőműként alkalmazni (akár nyitott, akár zárt körfolyamatú kivitelben),

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

Ezen erőművekben a gőz-, ill. a gázturbina helyett a generátor hajtó gépeként Diesel-motort, vagy - egészen kis teljesítmények esetén - benzinmotort alkalmaznak. Belsőégésű motoros erőműveket a közcélú villamosenergia-termelés céljára, kevés kivételtől eltekintve (pl. USA) nem építenek. Ennek az az alapvető oka, hogy ez az erőműfajta a gazdaságosságot tekintve nem versenyképes a gázerőművekkel szemben.

Olyan ipari alkalmazásokban terjedt el, ahol a különleges üzemi sajátosságok mellett az áramfejlesztés önköltsége, az üzemeltetés gazdaságossága nem játszik döntő szerepet.

- olyan területek villamos energia szolgáltatójaként, ahová még nem lehetett a közcélú villamosenergia-szolgáltatást

Alkalmazási területek:

kiépíteni (pl. tanyák, távoli építkezések és olajvidékek).

- szükségáram-fejlesztő berendezésként olyan villamos-

Az alkalmazáskor a gépegységek egyértelmű előnyei a

energia-fogyasztóknál, amelyeknél váratlan áramkimaradás

mértékadók : gyors indíthatóság, egyszerű kezelés és szabá-

esetén azonnali helyettesítő áramszolgáltatást kell biztosítani

lyozás, vízszükségletük csekély, rugalmas üzemmenet.

(pl. vasútbiztonsági berendezések, híradástechnikai berendezések, kohóüzemek levegő- és gázellátása, stb.),

35



Vizierőművek osztályozása

2.1.2 Vízerőművek

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.

Osztályozási szempont Teljesítőképesség

Megnevezés

Megjegyzés

Törpe erőmű 0-100 kW-ig Kis erőmű 100-1000 kW-ig Közepes erőmű 1-10 MW-ig 10 MW felett Nagy erőmű Vízgazdálkodás Csak villamos energia fejlesztést szolgál Többféle Öntözés, hasznosítási hajózás, célt szolgál vízellátás, stb.

Osztályozási szempont Energiaforrás

Megnevezés

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

Megjegyzés

0-15m 15-50m 50m-nél nagyobb

2.1.2.1. Üzemvízcsatornás erőmű

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 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.

36



2.1.2.2. 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

2.1.2.3. 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-

2.1.2.4. 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.

37



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.

38



Hőcserélő

2.1.3. Atomerőművek Atom-

Az atomerőmű és a hagyományos hőerőmű között az a

reaktor

Túlhevítő Gőztartály

Gőz

G 3~

turbina

lényeges különbség, hogy a hőtermelés a kazán helyett

Tápszivattyú

az ún. reaktorban megy végbe. A reaktorban keletkezett hőt közvetítő közeg (hűtőközeg) juttatja el a hőcserélőbe. Ez a folyamat a primer körben játszódik le.

Cirkulációs szivattyú

Előmelegítők

Átemelő szivattyú

Kondenzátor

A hőcserélőben gőz keletkezik, amelyet a szekunder körben lévő turbinába vezetnek.

A turbinából a gőz a kondenzátorba jut, ahonnan a csapadék a hőerőműveknél megismert módon kerül vissza a

Atomerőmű hősémája

Az atomerőmű működésének megértéséhez tekintsük át a

hőcserélőbe (szekunder kör). Egy ilyen rendszerű atom-

főbb nukleáris folyamatokat a maghasadást, a láncreakciót.

erőmű hőkapcsolási rajzát mutatja az előző ábra.

Az elemek atommagjainak tömege, mint ismeretes, mindig

Egy atomerőmű főbb részei tehát a hőfejlesztő reaktor, a 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 ki, így a különböző atomerőmű típusokat az alkalmazott reaktortípusok határozzák meg.

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 energia (kötési energia) formájában távozott a folyamatból. A rendkívül stabilis atommaggal tehát igen nagy energiát kell közölni ahhoz, hogy a hiányzó tömeget pótoljuk és az egyes nukleonokat képessé tegyük arra, hogy ismét szabaddá váljanak.

A fajlagos tömeghiány nem minden elem atommagjánál azonos értékű. A nehéz elemek atommagjai hasíthatók, éspedig a gyors (1000eV-náI nagyobb energiájú) neutro-

A keletkezett neutronok meghatározott körülmények között

nokkal, a közepes sebességű neutronokkal (1-1000eV),

újabb magok hasítására alkalmasak és ezekből további

valamint lassú, termikus neutronokkal (0,1eV alatt).

neutronok válnak ki. Így jön létre a láncreakció, amelynek

A magok hasadásakor két közepes atomsúlyú mag jön létre (hasadási termékek), és gyors neutronok válnak szabaddá.

fenntartásához szabályozásra van szükség. A láncreakció szabályozott fenntartásara és a fejlődő hő hasznosítására épített berendezések az atomreaktorok.

A hasadási termékek mozgási energiájaként nagy menynyiségű energia szabadul fel, amely hővé alakul.

39



A reaktor fő szerkezeti elemei : - az üzemanyag elhelyezésére szolgáló aktív zóna (reaktormag), - 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,

Atommagreaktorok elvi felépítése

- sugárvédelmi berendezések.

Heterogén rendszerű a reaktor, ha az üzemanyag és a 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

moderátor elkülönített közeg. Homogén rendszerű reaktornál az üzemanyag és a moderátor homogén keveréket alkot. A kétféle rendszer elvi felépítését az előző ábra mutatja. 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

(szükség szerint beépítve), 4 üzemanyag és hűtőközeg

előforduló elemek közül - egyedül az urán 235-ös tömeg-

beömlés, 5 üzemanyag- és hűtőközeg kiömlés.

számú izotópja, az U235 hasítható. A termikus reaktorok üzemanyaga természetes, vagy U235-ben dúsított urán.

A termikus reaktorok közül két típus, a "gázgrafitos" és a "vizes" ma már kipróbált, teljesen megbízható, kereskedelmi típusnak tekinthető. Gázgrafit reaktoros (GGR) erőművek. A gáz-grafit reaktoros megoldás lényege, hogy a reaktortípus grafittal moderált és széndioxid gázzal hűtött. Űzemanyaga természetes urán. A reaktor magja nagyméretű grafitelemekből épített, többnyire hasáb, vagy kocka alakú test, amelynek csatornáiban vannak elhelyezve az üzemanyag-elemek. A hűtést és a reaktorban fejlődő hő kiszállítását az ugyanezen csatornákban áramló hűtőgáz végzi. A hűtőgáz hőjével a hőcserélőben termelnek gőzt.

Forraló vizes (BWR) reaktorok. Ennél a típusnál a moderátort és a hűtőközeget egyaránt könnyűvíz szolgáltatja és a hűtéskor a nyomás alatt levő hűtővízből gőz (ill. hevített gőz) lesz. A reaktorban fejlődő gőzt közvetlenül lehet a turbinába bevezetni, ami jobb termikus hatásfokot, egyszerűbb szerkezetet eredményez (a primer és a szekunder kör egyesítése révén a hőcserélő elhagyható) és olcsóbb létesítést tesz lehetővé. BWR-reaktorokat elsősorban Oroszországban és az USAban fejlesztettek ki. Az USA-ban kifejlesztett típusnál a moderátor a hűtőközeggel azonos, az Oroszországi reaktoroké pedig grafit. A Belojarszk II. atomerőmű (1967) teljesítőképessége 200MW, termikus hatásfoka 35,7%.

40


Nyomás alatti vízzel hűtött (PWR) reaktorok. Ennél a típusnál a moderátor és a hűtőközeg egyaránt könnyűvíz. Üzemanyaga enyhe (2-4%) dúsítású urán, ill. urán-oxid. A reaktorban termelt hőmennyiséget a hűtőközeg víz formájában veszi fel, a hőcserélőn keresztül termel telített gőzt, melyet a szekunder körben hasznosítanak (Atomerőmű hősémája ábra). A legfontosabb, előnyős jellemvonások: a hűtőközeg és a moderátor azonos anyag, a víz beszerzése és kezelése olcsó, a vízzel hűtött reaktor negatív hőfoktényezőjű lehet, ami azt jelenti, hogy - nukleáris szabályozás nélkül is - maga a hűtőközeg nem engedi meg a reaktor megszaladását, a fajlagos beruházási költsége kicsi.


Hátrányos

tulajdonságai

közül

kiemelendők:

dúsított

üzemanyag használata szükséges (emiatt a fűtőelemek drágák), termikus hatásfoka a többi reaktortípushoz képest valamivel rosszabb (nagy, 400-500MW egységeik azonban már versenyképesek), a gőzfejlesztéshez hőcserélőre van szükség, a viszonylag alacsony gőzjellemzők miatt a szabványoktól eltérő turbinák szükségesek. Elsősorban az USA-ban, Németországban és Oroszországban alkalmazzák. A világ legnagyobb atomerőművi blokkja 1300 MW teljesítményű és PWR-reaktorral üzemel (Németország, "Biblis B" atomerőmű, 1976.). A Novovoronyezsi Atomerőmű orosz gyártmányú reaktorai 210, 365, 440 és 1000 MW villamos teljesítményűek. Az üzemanyag dúsítási mértéke 2,8-4,4%.

További termikus reaktorok a nehézvizes (HWR) reaktorok. E típusnál a moderátor nehézvíz D2O és a hűtőközeg Az orosz gyártású PWR-reaktorok VVER típusjelűek. Ez a

D2O, vagy H2O. Főleg olcsó villamos energiával rendelkező

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

országok fejlesztik e típust (Kanada, Svédország) a drága

országok atomerőmű-fejlesztési programjának.

nehézvíz előállítás miatt. A termikus reaktorok közös jellemzője, hogy kevesebb hasadó anyagot termelnek (U238-

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

ból Pu239-et), mint amennyit fogyasztanak (U235-őt). A szaporító (tenyésztő) reaktorok elsősorban abban különböznek a termikus reaktoroktól, hogy több hasadó anyagot termelnek, mint amennyit fogyasztanak. Két fő csoportjuk van: a gyorsneutronos szaporítók (FBR-gyorsreaktorok) és a termikus szaporítók.

Napenergia 2.1.4. Egyéb erőművek A természetben a tüzelőanyagokon, a víz energiáján és az atommag-átalakulások energiáján kívül más energia-hordozók is találhatók. Ezek az ún. természeti energiahordozók. 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).

A napsugárzás teljesítőképességét kb. 40*1013 TW-ra becsülik. Ebből átlagosan 1,8*109 MW éri a Földet. A napsugárzás felületi teljesítménye az atmoszféra külső határán - a sugárzásra merőleges felületen - kb. 1,4 kW/m2, 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.

41


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 nape-nergia rendelkezésre állása szinte korlátlan,

szélsebesség lényegesen befolyásolja a szélenergia kihasz-

csak a felhasz-nálható 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).

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

42



Faapríték tüzelésű kazán sémája

Turbina áttekintő sémája

A magyar villamosenergia-rendszer (VER) közcélú erőművei

43



2.2. Hálózattípusok 2.2.1. 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

2.2.2. 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.

2.2.3. 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.

44



2.2.4. 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

2.2.5. 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.

2.2.6. 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.

45



2.2.7. 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.

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.

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.

46



A főelosztó- és a középfeszültségű elosztóhálózatról táplálják a fogyasztók nagy részét villamos energiával ellátó 3x400/ 230V-os kisfeszültségű elosztóhálózatot. 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 de szükség esetén másik táppontra áttéríthető - jellegű. A hálózatrendszerek jelentőségének és szerepének megítéléséhez tájékoztatásként a következő táblázatban megadjuk a magyar villamosenergia-rendszer különböző feszültségszintű hálózatainak hosszadatait (ipari hálózatok nélkül).

FeszültségFeszültség- Szabadvezeték Kábelhossz szint [kV] hossz [km] [km] Alaphálózat 750 268 400 903 220 1246 120 2924 120 1680 56 Főelosztóhálózat 35 3816 52 Elosztóhálózat 30 293 20 41 289 1094 10 122 5300 0,4 50 000 13 000

3. Váltakozó áramú áramrendszerek 3.1. A szinuszosan váltakozó áramú körök számítása 3.1.1. Az impedancia fogalma, reaktancia Az időben szinuszosan váltakozó feszültséget a következő összefüggéssel írhatjuk le :

u (t )  U max sin(t   ) A függvényben Umax a feszültség maximális (csúcs) értéke, ω a feszültség körfrekvenciája,  pedig a kezdő fázisszög.

Az  kezdő fázisszög határozza meg a feszültség értékét a

Állandó feszültségről táplált hálózatainkon az áram nagysá-

t=0 pillanatban.

gát (Imax) és a feszültséghez viszonyított szöghelyzetét () a

Az ábrán a szinuszos váltakozó feszültség kezdő fázisszöge

terhelés, más néven a fogyasztás nagysága és milyensége



  60 3

határozza meg. Az áram jellegének leírására szolgáló egyenlet :

i (t )  I max sin(t     )

U

um

A  fázisszög pozitív előjelű, ha a terhelés induktív jellegű, azaz az áram késik a feszültséghez képest és ha negatív

 ( ) 

T(2)

előjelű, akkor a terhelés kapacitív jellegű, azaz az áram siet a feszültséghez képest.

47



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

u (t )  L

Egy R ellenálláson átfolyó áram és a sarkain fellépő feszültség között váltakozó feszültség esetén is minden

di (t ) dt

pillanatban az Ohm-törvény által meghatározott nagyság áll Ha az áram szinuszos változású, azaz :

fenn.

i (t )  I max sin(t )

A feszültség és az áram jelalakja azonos és fáziseltérés nincs közöttük =0.

a feszültség:

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

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 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 indukált feszültség is nulla. Az áram változása a nullátmenetkor a legnagyobb, az indukált feszültség ekkor éri el a csúcsértékét.) A feszültség és az áram maximális értékének viszonya az induktív reaktancia:

U max  L  X L I max

 ) 2

U max 2U U   L  XL I max I 2I

2

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

áram

effektív

értéke

a

jel

egy

periódusra

meghatározott négyzetes középértéke. Fizikailag az effektív 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

értéke az effektív értékekkel kifejezve:

XL 

U I

mértékegys ége

H V   s A

Egy C kapacitás feszültségét minden pillanatban meghatározza a töltése:

q (t ) u (t )  C

A töltés és az áram időfüggvényeinek kapcsolata:

q (t )   i (t ) dt Az előző összefüggésbe beírva megkapjuk a kapacitás feszültségének és áramának összefüggését :

u (t ) 

Szinuszosan váltakozó áramot behelyettesítve:

u (t ) 

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

Szinusz függvényre és effektív értékre áttérve:

u (t )  2

1 I sin(t   / 2) C

1 i (t ) dt C

48



A kapacitás feszültsége is szinuszosan változik, de 90°-kal 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

Ellenállást (R) és reaktanciát (X) tartalmazó terhelés esetében a feszültség és az áram hányadosa az impedancia, amelynek jelölése : Z. Az ellenállás (R) és a soros reaktancia (X) esetében az impedancia (Z) nagyságának az értéke:

töltése, a kapacitás ki fog sülni, ami a töltés és a feszültség

Z  R2  X 2

csökkenését jelenti. Az elmondottakból következik, hogy az áram nullátmenetekor a feszültségnek éppen maximuma van,

Az áram feszültséghez viszonyított helyzetét az impedancia

vagyis a fáziskülönbség 90°.

jellege határozza meg. A fázishelyzetet megadó szög értéke:

A feszültség és az áram effektív értékeinek a hányadosa a

cos  

kapacitív reaktancia :

XC 

U 1  I  C

mértékegysége

s  F

R Z

  arccos

illetve   arctg

X R

R Z

3.2.1. Forgó síkvektorok

3.2. Egyfázisú váltakozó áram

Az időben szinusosan váltakozó feszültséget az A következőkben csak szinusosan váltakozó mennyiségekkel foglalkozunk, egyrészt mert az erősáramú 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 módon, forgó síkvektorokkal ábrázolhatjuk. A forgó síkvektor vetülete (egy tetszőlegesen felvett tengelyre) adja a váltakozó

u (t )  U max sin t 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 :

mennyiség pillanatértékét. (A forgó síkvektort szinornak

U

U max 2

nevezzük.) Az effektív áramerősség pedig:

I

I max 2

Minthogy számításainkban legtöbbször effektív értékek szerepelnek, és a műszerekről is ez olvasható le, ezért a váltakozó mennyiségeket ábrázoló vektorábrákat célszerű a maximális értékekkel arányos effektív értékekkel megrajzolni.

49



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

vizsgáljunk álló

egy

egyszerű

termelőből

áramkört

a., ábra és

(3.2.1a

T

egy ábra).

+

Tételezzük fel, hogy a fogyasztó induktív jellegű, tehát a

U φF

fogyasztó árama késik a kapocsfeszültséghez képest. A felvett pozitív irányokkal a fogyasztói körre a jól ismert

U IT

F

IF

+

A

U φT=180°-φF

IF

+j

+j

vektorábrát kapjuk (3.2.1b ábra). Minthogy a termelő IT

IT

áramának pozitív irányát az I tényleges áram iránnyal ellentétesen vettük fel, ezért a termelői kör vektorábrájában

b., ábra

az áram iránya ellentétes a fogyasztói kör áramának irányával (3.2.1c ábra).

c., ábra

3.2.1. ábra Felvett pozitív irányoknak megfelelő fogyasztói és termelői vektorábra

A komplex feszültség, ill. áram a t = 0 időpillanatban: 3.2.2. Komplex írásmód

u (0)  U max e j  U max

Célszerű a feszültséget és az áramot ábrázoló forgó

i (0)  I max e j (  )  I max

vektorokat komplex alakban megadni. A pillanatértékek komplex kifejezése:

u (t )  U max e j (t  )

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

i (t )  I max e j (t   )

komplex értéket komplex amplitúdónak nevezzük, és Umax,

2 -ed

A komplex amplitúdót, ill. annak

A feszültség, ill. áram szinorát, a t=0 pillanatban leíró ill. Imax -al jelöljük.

részét, a komplex

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

A feszültség és az áram komplex időfüggvénye a komplex

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

amplitúdókkal kifejezve :

viszonyítani,

ezért

célszerű

a

koordináta-rendszert

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

u (t )  U max e j (t  )  U max e jt

úgy

U U I  Ie  j

és

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

3.2.2a.,

3.2.2b.,

50



Az összefüggésből látjuk, hogy a komplex szám képzetes része éppen a pillanatértéket adja. Ezt matematikailag az

u (t )  Im( 2Ue jt )  2U sin t

3.2.3. Teljesítmény

Könnyen kimutatható, hogy az egyfázisú váltakozó

kifejezéssel írhatjuk fel. Itt az Im jelzés mutatja, hogy a mögötte álló kifejezésnek csak a képzetes részét kell figye-

áram teljesítménye az időben periodikusan változik. A teljesítmény időbeni változását leíró görbe a wattgörbe. Ha u(t) és az i(t) pozitív irányát egyezőnek választjuk,

lembe venni (Im az imaginárius = képzetes szó rövidítése).

a fogyasztott pillanatnyi teljesítmény időfüggvénye :

Hasonló módon írjuk fel az áram pillanatértékét is:

p(t )  u (t )  i(t )

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   )

Ha

Ennek figyelembevételével:

u (t )  U max sin t  2U sin t

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

és

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

de mivel

2 sin 2 t  1  cos 2t , és 2 sin t  cos t  sin 2t

akkor

p (t )  2UI sin t  sin(t   )

I. Így végezetül az egyfázisú váltakozó áram pillanatteljesítménye:

Ámde:

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

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

időtengely felett UI·cos magasságban van, és e körül leng UI·cos amplitúdóval. A görbe időtengely feletti átlaga éppen a hatásos teljesítmény:

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 )

51



A meddő teljesítmény egysége a Var (voltamper reaktív, reaktív = nem hatásos) A következő ábrán felrajzoltuk a hatásos és a meddő teljesítmény görbéjét, valamint e két görbe eredőjét, a wattgörbét. 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.

A jobb oldal első tagja a hatásos teljesítmény. Ez a wattgörbe szimmetria tengelye, e körül leng 2ω körfrekvenciával az a

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

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.:

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:

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

| S |  S  P2  Q2

52



Feszültség u(t), áram i(t) és a teljesítmény p(t) időfüggvénye

Egyfázisú teljesítmény p(t) és összetevői időfüggvénye

u A (t )  U max sin t  2U sin(t )

3.3. Háromfázisú rendszer

u B (t )  U max sin(t  120)  2U sin(t  120) 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

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).

üzembiztonságában kell keresnünk. Szimmetrikusnak mondjuk a négyvezetékes rend-

3.3.2 ábra A háromfázisú rendszer

szert, ha a 3.3.1. ábrán látható vezetékek között a

Feszültségeinek időbeni változása

feszültségek időbeni lefolyása rendre:

A komplex írásmóddal is felírhatjuk a három feszültséget.

Pozitívnak mondjuk a fázissorrendet, ha az óra járásával

Mutasson UA komplex effektív érték a pozitív valós tengely

ellentétes irányban forgó vektorok egy képzelt jel előtt A; B;

irányába, ekkor a feszültségek komplex effektív értékei

C sorrendben haladnak el. Negatív a fázissorrend, ha a

rendre:

képzelt jel előtt az egyes vektorok A; C; B sorrendben

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).

Ha a pozitív valós tengely függőlegesen felfelé mutat, akkor a három feszültségvektort a 3.3.3. ábrán látható módon lehet ábrázolni.

haladnak el.

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

53



E három egyenletből rendre : 3.3.1. Csillagkapcsolás (Y kapcsolás)

U AB  U B  U A U BC  U C  U B

a) Csillagkapcsolás kivezetett csillagponttal

I.

U CA  U A  U C

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: 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

3.3.1.2. ábra

3.3.1.1 ábra Csillagkapcsolás kivezetett csillagponttal

Az UA, UB és UC feszültséget fázisfeszültségnek, az UAB , UBC és az UCA feszültséget vonali (láncolt) feszültségnek nevezzük. A (I.) alapján felrajzolhatjuk a fázis és a vonali feszültségek vektorábráját (3.3.1.3. ábra). Láthatjuk, hogy a vonali feszültségek 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:

IA 

UA ZA

IB 

UB ZB

IC 

UC ZC

3.3.1.3. ábra

3.3.1.4. ábra

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

A 3.3.1.1. ábrára pillantva láthatjuk, hogy a fogyasztókon keresztülfolyó áram, a fázisáram, megegyezik a vonalon folyó

Könnyen megállapíthatjuk az Uf fázisfeszültség és az Uv

ún. vonali árammal. Az N-nel jelzett nullavezetéken folyó

vonali feszültség abszolút értékei közötti kapcsolatot a

áramot megkapjuk, ha a 0 csomópontra felírjuk a csomóponti

3.3.1.4. ábra vonalkázott egyenlő szárú háromszögében:

egyenletet (3.3.1.1. ábra):

I0  I A  I B  IC

Minthogy a háromfázisú rendszer szimmetrikus, a fázisfeszült-

U AB  U v  2U f cos 30  3U f

ségek abszolút értékei egyenlők egymással:

| U A | |U B | |UC |  U f Hasonló módon a vonali feszültségek abszolút értékei is egyenlők egymással:

| U AB |  | U BC |  | U CA |  U v

54



b) Csillagkapcsolás kivezetett csillagpont nélkül

U v  3U f

továbbá:

(Háromvezetékes rendszer) A fogyasztók fázisáramainak abszolút értékei pedig: Szimmetrikus terhelés esetén (3.3.1.5. ábra).

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

Z A  Z B  ZC Ekkor a szimmetria miatt a fogyasztóra jutó fázisfeszültségek és a vonali feszültségek abszolút értékei egyenlőek egymással:

Uf |Z |

Az egyes fázisáramok az impedanciák jellegétől függően  szöggel késnek vagy sietnek a saját feszültségükhöz képest, és a csillagpont a vonali feszültségekből alkotott szabályos

U f  |U A ||U B ||UC |

háromszög középpontjában van (3.3.1.6. ábra).

U v  | U AB |  | U BC |  | U CA |

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 3.3.1.5. ábra Csillagkapcsolás

háromszög (K) középpontjával. Tételezzük fel, hogy a

kivezetett csillagpont nélkül

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 : 3.3.1.6. ábra

Fázisfeszültségek :

U A  U 'A  U 0 U B  U 'B  U 0 U C  U 'C  U 0

Ha az egyes fázisimpedanciák : Fázisáramok :

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

Z A ; Z B ; ZC

IA 

U A U ' A U 0  ZA ZA

IB 

U B U 'B U 0  ZB ZB

IC 

U C U 'C U 0  ZC ZC

55



Ez a három egyenlet négy ismeretlent tartalmaz. A negyedik egyenletet a csillagpontra felírt csomóponti törvény adja:

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

innen a csillagpont-eltolódás:

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' A  U f 

Ha az impedanciákkal tagonként osztunk, akkor rendezés után:

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

Optikai fázissorrend-mutató.

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

A szimmetrikus fázisfeszültségek rendre :

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 :

A számítások elvégzése után:

Uv 3

U'A  U f U'B  U f e  j120 U'C  U f e  j 240  U f e j120 A csillagpont-eltolódás

1 XA  R  C 1 YB  YC   Y R YA 

U0 

U0  U f

1  jY XA

U 0  U f  ( 0,2  0,6 j )

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

 j120

 e j120 1 j U f j2 2 j

3.3.2. Háromszögkapcsolás (Δ kapcsolás)

Az előbbi képlet alapján megrajzoltuk az ábrán látható A fogyasztókat (impedanciákat) a 3.3.2.1, ill. a 3.3.2.2

vektorábrát. A vektorábra alapján már

ábra szerint is kapcsolhatjuk.

könnyen

Az ábrából látható, hogy ebben az esetben a fogyasz-

megállapítható

a

fázissorrend.

tóra jutó feszültség megegyezik a vonali feszültséggel,

Ha A fázisnak nevezzük azt, amelyikbe

a

kondenzátort

kapcsoltuk, akkor az a B fázis, amelyiknek a lámpája

tehát

U f  Uv

fényesebben világít.

56



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

| I AB |  | I BC |  | I CA | I f 

Uf Z



Uv Z

A fázisáramok az impedanciák jellegétől függően  szöggel késnek vagy sietnek a saját feszültségükhöz képest (3.3.2.3. ábra), tehát a fázisáramok egyenlőek egymással, és irányuk 120°-kal tér el egymástól. A vonali áramokat megkapjuk, ha a 3.3.2.1. ábra A, B, C pontjaira felírjuk a csomóponti egyenleteket:

I A  I AB  I CA I B  I BC  I AB 3.3.2.1. ábra

A háromszögkapcsolás

I.

I C  I CA  I BC

3.3.2.2 ábra

Szimmetrikus terhelés esetén a vonali áramok abszolút

A vonali áramokat pedig (I.) egyenletrendszerrel számít-

értékei is megegyeznek egymással, és a közöttük levő szög

hatjuk ki. A behelyettesítéskor ne felejtsük el, hogy:

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

| U AB | U V  U F

U AB  U v

ábrára pillantva, beláthatjuk, hogy:

I v  2 I f cos 30  3I f

U BC  U v e  j120 U CA  U v e  j 240 

Aszimmetrikus terhelés esetén a fázisáramok rendre:

I AB 

U AB Z AB

I BC 

U BC Z BC

I CA 

U CA Z CA

3.3.2.3. ábra A háromszögkapcsolás vektorábrája

A háromfázisú rendszerben az egyes teljesítmények. 3.3.3. Háromfázisú teljesítmény

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

A hatásos teljesítmény :

P  PA  PB  PC

A meddő teljesítmény :

Q  Q A  QB  QC

A látszólagos teljesítmény :

S  P2  Q2

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

Aszimmetrikus terhelés esetén mindegyik fázisban más

egyezőnek választjuk, a fogyasztott pillanatnyi teljesít-

és más a fáziseltolás, ezért a

mény időfüggvénye :

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

cos  

P PA  PB  PC  S S A  S B  SC

képletből számított közepes teljesítmény tényezőnek fizikai értelme nincsen.

57



Szimmetrikus terhelés esetén az egyes fázisok teljesít-

A vonali értékekkel is kiszámíthatjuk a teljesítményt :

ménye és teljesítmény tényezője azonos, ezért :

Csillagkapcsolásban, mivel a fázis- és vonali mennyiségek : U Uf  v I f  Iv 3

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

P  3  U f  I f  cos 

Hasonló módon :

Q A  QB  QC  U f  I f  sin  és így a meddő teljesítmény :

Q  3  U f  I f  sin 

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

P cos   S

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

A szimmetrikusan terhelt háromfázisú rendszer teljesítményének pillanatértéke az időben nem változik, és megegyezik az átlagteljesítménnyel, ugyanis a három pillanatnyi teljesítmény összege:

p (t )  p A (t )  p B (t )  pC (t ) Az A fázis pillanatny teljesítménye az egyfázisú teljesítmény alapján :

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

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

Minthogy az egyes fázisok pillanatnyi teljesítményének

teljesítménye :

változó részei egymáshoz 120°-kal eltolt 2 körfrekvenciával

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

lengő cosinusgörbék, ezért összegük minden idő-pillanatban

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

nulla, így valóban a szimmetrikusan terhelt háromfázisú

A C fázis

240o-kaI

késik az A-hoz képest, ezért pillanatnyi

teljesítménye :

pC (t )  U f I f cos   U f I f cos( 2(t  240)   ) pC (t )  U f I f cos   U f I f cos( 2t  120   )

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.

58


Háromfázisú teljesítmény p(t) időfüggvénye


Háromfázisú teljesítmény p(t) időfüggvénye egy fázis hiányakor

3.4. Teljesítménytényező 3.4.1. A meddő teljesítményfelvétel káros következményei Mind a fogyasztóknál, mind a termelőknél, mind az

A képletből világosan látszik, hogy adott P hatásos teljesítmény esetén annál nagyobb a generátor, a transzformátor látszólagos teljesítménye, minél nagyobb a Q meddő teljesítmény.

átvitelnél jelentkeznek káros következmények.

Ebből következik, hogy a meddő teljesítményfogyasztás

Nevezetesen a transzformátorokat, a generátorokat a

többletberuházást jelent a termelőnek is és a fogyasztónak

látszólagos teljesítmény alapján kell kiválasztani. A

is. Az elmondottakon túlmenően a gépek és a hálózatok

látszólagos teljesítmény pedig :

vesztesége is annál nagyobb, minél nagyobb az áram meddő összetevője, tehát megnő az üzem energiafogyasz-

S  P2  Q2

I  I h2  I m2 ahol Ih a hatásos (wattos)-, Im pedig a meddő áram. A teljesítményveszteség pedig

Pv  I 2 Rv  I h2 Rv  I m2 Rv

tása is, más szóval nagyobb lesz az energiaköltség. A következő ábra alapján :

A termelő a többlet beruházási költségekből származó megnövekedett amortizációs költségeket és a veszteségtöbbletet részben a fogyasztóra hárítja oly módon, hogy cos

felárat fizettet. A teljesítménytényező felárat az

energia szolgáltató állapítja meg. Minden olyan váltakozó áramú fogyasztó, amelyiknek üzeméhez mágneses fluxus fenntartása szükséges, meddő teljesítményt fogyaszt. Ilyen fogyasztók: a fojtótekercsek, a transzformátorok, az aszinkron gépek, az indukciós hevítő berendezések és az újabban egyre jobban terjedő fény-

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

csövek és higanygőzlámpák, mert ez utóbbiak üzeme csak sorba kapcsolt fojtótekerccsel tartható fenn.

59



A fázisjavító kondenzátortelepet - hogy minél hosszabb vezetékszakasz mentesüljön a meddő teljesítmény szállí-

3.4.2. A teljesítménytényező javítása

tása alól - a fogyasztó közelében célszerű felállítani. Lényege,

hogy

a

meddő

teljesítményt

igénylő

fogyasztók részére a szükséges meddő teljesítményt a helyszínen, a fogyasztó közvetlen közelében termeljük. Ezáltal mentesítjük a generátorokat a meddő teljesítmény termelésétől, az energiaátvitelt pedig a meddő teljesítmény szállításától. A meddő teljesítményt kondenzátortelepekkel lehet a legegyszerűbben termelni. Ez a fázisjavító kondenzátor. 3.4.2.1. ábra A fázisjavító kondenzátor elhelyezése

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

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

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

vezetéktípus

megfelelő

keresztmetszetének

meghatározását vezetékméretezésnek nevezzük. A vezetékméretezés általános szempontjai:

meghatározza a vezeték műszakilag helyes kiválasztá-

- műszaki szempontok,

sa. A kisfeszültségű vezetéket ezért méretezni és

- személyi biztonsági szempontok,

ellenőrizni kell.

- gazdaságossági szempontok,

Vezetékméretezésre akkor kerül sor, ha

- jogi szempontok.

- új villamos hálózat, vagy hálózatrész létesül, - meglévő hálózat kerül bővítésre vagy teljes felújításra.

60



Műszaki szempontok

Az MSZ 447:1998 (Kisfeszültségű, közcélú elosztóhálózat-

A műszaki követelményeket szabványok rögzítik.

ra csatlakozás) szabvány a csatlakozóvezeték és a főveze-

A fogyasztók számára alapvető fontosságú a csatlakozási

ték együttes feszültségesésére együttesen legfeljebb 2%-ot

ponton rendelkezésre álló feszültség nagysága és annak változásai. A fogyasztói áram a tápláló vezetéken átfolyva a vezetéken feszültségesést hoz létre. Az időben változó nagyságú 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%)

enged meg. Ennek megfelelően, helyesen méretezett csatlakozó- és fővezeték esetében a fogyasztók feszültsége, a legrosszabb esetben is az Un = 230 V

+ 10%

- 10%

feszültség tűrésmezőn belül kell

lenni. Ez összhangban van az MSZ EN 50 160:2001 (A közcélú elosztóhálózatokon szolgáltatott villamos energia feszültségjellemzői) szabvánnyal is.

Amennyiben a feszültség nagyobb a fogyasztóra megengedett Un +10% értéknél, akkor a fogyasztónál gyorsított élettartam csökkenésre (szigetelés elöregedésre), veszteségek növekedésére lehet számítani. A feszültség további növekedése (15% fölé) a berendezések gyors tönkremeneteléhez vezetnek. A feszültség csökkenése egy ideig csak teljesítmény csökkenéshez vezet (pl.: izzólámpák fényárama, motorok nyomatéka stb.). További feszültségcsökkenés az IT (információtechnológiai) berendezésekben és a teljesítmény-elektronikát tartalmazó berendezéseknél hibás működéshez (pl. RESET

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 vonatkozik a gyors változások értékelésére is. A villamos fogyasztókat az úgynevezett névleges feszültségen való üzemeltetésre tervezik, amelytől való eltérés a berendezés nem optimális működését, esetleg meghibásodását, tönkremenetelét okozhatja és számos következménnyel és kárral járhat.

kiváltása) illetve tönkremenetelhez vezethet.

Egyes fogyasztók viselkedése névlegestől eltérő üzemi feszültségen 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

villamos fűtőtest rádió, és TVkészülékek aszinkron motorok

A műszaki szempontoknak való megfelelés azt jelenti, hogy a villamosenergia-ellátásnak a fogyasztók csatlakozási pontjain meg kell felelnie egyrészt a minőségi jellemzőknek, másrészt a vezetékeknek és a készülékeknek meg kell felelni :

veszélyes túlmelegedés élettartam csökken

- üzemi melegedés, - zárlati melegedés, - üzemszerű mechanikai igénybevétel, - zárlati mechanikai igénybevétel szempontjából is.

61


Személyi biztonsági szempontok A személyi biztonsági szempontok az üzembiztonságra és az érintésvédelemre vonatkoznak. -

Az üzembiztonsággal kapcsolatos követelmények kielé-

gítése az alkalmazási hely jellegének és a tűzrendészeti besorolásának megfelelő vezetékfajta és szerelési mód alkalmazását jelenti, melyet az MSZ 2364:2003 5. rész (Épületek villamos berendezéseinek létesítése, 5. rész Villamos szerkezetek kiválasztása és szerelése) szabvány rögzít.


Az érintésvédelem („közvetett érintés elleni védelem”) azon védelmi módszerekkel foglalkozik, amelyek a villamos berendezések üzemszerűen feszültség alatt nem álló (tehát szabályosan megfogható, megérinthető) részeinek érintéséből adódik akkor, ha a berendezésben hiba pl. testzárlat lép fel. Az érintésvédelemi szabályok betartása biztosítja az ember védelmét a villamos berendezések üzemeltetése során, melyet az MSZ 2364:2003 4. rész (Épületek villamos berendezéseinek létesítése, 4. rész Biztonságtechnika) szabvány rögzít.

Gazdaságossági szempontok A gazdaságossági követelmények kielégítése a beruházási

A Villamos energetika I. tantárgy azokkal a vezeték-

és üzemeltetési költségek együttes minimalizálása, továbbá

méretezési szempontokkal foglalkozik, amelyek a fogyasztói

a rövid létesítési időre és hosszú élettartamra való törekvés.

feszültség szabványos tűréshatárokon belüli tartását bizto-

Jogi szempontok

sítják a vezeték üzeme során, - ezek a műszaki szempontok

A törvényi előírások (egyes direktívák, jogszabályok, ren-

-, továbbá amelyek a villamos berendezések üzemszerűen

deletek) betartása teszi lehetővé az esetleges vitás kérdések

feszültség alatt nem álló vezető részeinek érintéséből adódó

jogi elbírálását. Ezek közt a legfontosabbak a

veszélyek elhárítására vonatkoznak, - ezek az érintésvédel-

2001 évi CX törvény, a „Villamos energia termeléséről, szállításáról és szolgáltatásáról”, más néven VET (Villamos

mi szempontok. A fenti követelmények egy részére minden esetben mére-

energia törvény), továbbá az

tezni, illetve ellenőrizni kell, míg mások egyes vezeték-

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

fajtáknál automatikusan teljesülnek.

Ptk.

A követelmények nagy része a vezeték szükséges keresztmetszetére vonatkozik. A vezeték keresztmetszete akkor

A vezetékek nem hibásodhatnak meg a rajtuk átfolyó zárlati

megfelelő, ha minden követelmény által támasztott szüksé-

áramok és a környezet mechanikai behatásai következtében

ges keresztmetszetnek megfelel. Ez a méretezés során adó-

sem.

dó legnagyobb keresztmetszet.

Érintésvédelmi szempontból is vizsgálnunk kell,

A kisfeszültségű vezetékeket általában feszültségesésre

hogy

védővezetős érintésvédelmi mód (TN rendszer) esetén, a

méretezzük. A vezetéket melegedés szempontjából is ellen-

vezetékek ellenállása megfelelő-e.

őrizni kell. A vezeték melegedését a rajta keletkező teljesít-

Összefoglalva a vezeték méretezése és ellenőrzése:

mény veszteség okozza. A kábeleknél még figyelembe kell

- feszültségesésre,

venni a szigetelésben létrejövő dielektromos veszteséget is.

- termikus igénybevételre,

A vezeték szükséges keresztmetszetét úgy kell megválasz-

- zárlati igénybevételre,

tani, hogy az említett veszteségek hatására se melegedjen

- érintésvédelmi és

fel annyira, hogy a szigetelésükben, akár a környezetükben

- gazdaságossági szempontok alapján történik.

tűzveszély forrásai legyenek.

62



Megengedett

feszültségesés-értékek

Az energiaszállításnál a vezetékeken feszültségesés jön létre. Az épületen belül a különböző jellegű kisfeszültségű elosztóvezetékeken (kábeleken) a megengedett és egyben a méretezés alapjául is szolgáló feszültségesés szokásos értékeit az MSZ 447:1998 szabvány tartalmazza.

A vezetéken eső feszültség A villamosenergiával ellátni kívánt fogyasztó bizonyos távollétesül

a

villamosenergia

MSZ

447:1998

Megengedett, illetve szokásos legnagyobb feszültségesés (%)

Hálózatrész

ságra

az

szabvány szerint:

4.2. Méretezés feszültségesésre

rendelkezésre

állási

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 1 3 5

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.

helyétől, a tápponttól. A táppont és a fogyasztó közötti távolságon a vezeték

IRV

jIXV

szállítja a villamos energiát. A vezeték rendelkezik ellenál-

RV

XV

lással, induktivitással és párhuzamos kapacitásokkal az egyes vezetők-, valamint a vezetők és a földpotenciálú

UT

jIXV UT

I

IZV IRV

IZV

UF

ZF

 UF

pontok között.



A vezetéken folyó áram potenciálkülönbséget idéz elő

I

annak ellenállásán és induktív reaktanciáján egyaránt. 4.2.1. ábra: A vezetéken fellépő feszültségesés

A soros kör I áramát a megfelelő méretezés esetén a

A fogyasztó számára a feszültségvektor abszolút értéke az

vezeték ZV impedanciájánál sokkal nagyobb ZF impedan-

érdekes, ezért az e jelű feszültségesés definíciója:

ciával rendelkező fogyasztó határozza meg. A vizsgálat

e  UT  U F

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 :

U T  I  ZV  U F  0 a vezetéken eső teljes vektoros feszültségesés :

U T  U F  I  ZV

[V ]

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

63



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

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

összetevője. Felírható, hogy

UT  U F  U H  jU K

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

Ha a tápponti és a fogyasztói feszültségvektor közötti  szög

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

a

vektoros

feszültségesésnek

a valós

kicsi, akkor a feszültségesés pontos értékénél, az e és az UH részét

hosszirányú feszültségesésnek, míg a képzetes részét

hosszirányú

feszültségesés

elhanyagolható, így:

közötti

különbség

e  U H  I h RV  I m X V

keresztirányú feszültségesésnek nevezzük (4.2.2. ábra):

U H  I h RV  I m X V

Az ilyen közelítéssel számított feszültségesés tehát a

U K  I h X V  I m RV

szorzatának, valamint a meddő áramösszetevő és az

e  UT  U F

hatásos (wattos) áramösszetevő és a vezeték ellenállás 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).

[V ]

IC2RV IC2RV jIC2XV RV C 2

UT

XV IZV

jIC2XV

C 2

UF

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

F

Ufn N

e’; l

e' 

e    2 100 2

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

[V ]

UF

UT

IC2

e’; l

U fn

IZV

IC2

Uvn Uvn

L1

e’; l

L2

e’; l

L3

e’; l

F

e' 

 U vn e   3 100 3

[V ]

ahol Uvn a névleges vonali feszültség.

64



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

mint a reaktanciája (Rv >>Xv) pl. belsőtéri hálózatoknál, akkor az e feszültségesés számításakor az UH hosszirányú feszültségesésnél a második tag elhanyagolható, így :

e  U H  I h RV

számítására:

 U vn e'  0,75  100 3

Abban az esetben ha a vezeték ellenállása sokkal nagyobb,

akkor, ha Xv  0.

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

ahol Uvn a névleges vonali feszültség.

feszültségesést az áram hatásos (wattos) összetevője hozza létre a vezeték ohmos ellenállásán. Ez a későbbiekben a különböző teljesítménytényezőjű fogyasztók által terhelt vezeték feszültségesésre történő méretezését leegyszerűsíti.

A vezetékek feszültségesésére történő méretezésének lépései: Kiszámítjuk a fogyasztó teljesítmény felvételét. A villamos motorok adattábláján a motor tengelyén leadott Pt tengely teljesítményt adják meg. Ez a motor hatásfoka miatt mindig kevesebb a P felvett teljesítménynél, mert a motorban az energiaátalakítás folyamán veszteségek keletkeznek. A hatásfok értékét



Pt P

képlet

tengely-, P a felvett teljesítmény; ebből a felvett teljesítmény :

fejezi

ki,

ahol

Pt

a

P P t 

melyből a háromfázisú váltakozó áramú szimmetrikus rendszer esetén :

I fh  ahol :

P P  3 U f 3 U v cos

A felvett teljesítményből a hálózatot terhelő áramerőség hatásos összetevője a következő módon számítható ki : Egyenáramú két- és háromvezetős rendszer esetén :

P U I

 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 

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

P

a villamos hálózatból felvett hatásos teljesítmény

Uf

a fogyasztó fázis feszültsége (háromfázisú rendszerben)

Egy adott vezeték esetén – mivel a fajlagos ellenállás és a

Uv

a fogyasztó vonali feszültsége (háromfázisú rendszerben)

vezeték keresztmetszete állandó -, az egy vezetőéren létre-

cosφ a váltakozó áramú fogyasztó teljesítménytényezője.

jövő feszültségesés a következőképp is felírható

e'  k  I h  l

65



Az egy vezetőéren létrejövő e’ feszültségesés értéke az Ih·l értékétől, az úgynevezett áramnyomaték nagyságától függ.

4.3. Méretezés teljesítményveszteségre

A vezeték szükséges keresztmetszete a fentiekből :

  Ih l e'

A

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

ahol : 

ezt a veszteséget célszerű minimalizálni.

- a vezeték fajlagos ellenállása [Ωmm2/m],

e ’ - az egy vezetőéren megengedett feszültségesés [V],

A tápponton leadott PT teljesítmény a fogyasztó PF

Ih - az áram hatásos (wattos) összetevője [A], l

teljesítménye mellett a vezeték PV veszteségi teljesít-

- a vezeték hossza [m].

ményét is fedezi. A vezeték veszteségi teljesítménye :

Feszültségesésre méretezésnél mindig az I áram Ih hatásos (wattos) összetevőjével kell számolni !!!

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



P

 100 (%)

Fk

PV  PT  PF

[W ]

Egyenáramú és egyfázisú váltakozóáramú táplálás esetén :

p '  I 2 Rv 

PFk PV     k 2 100 2

[W ]

k

A gyakorlatban a százalékos teljesítményveszteség elfogadható értéke 5 %.

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

Az egy vezetőéren keletkező p’ mértékadó teljesítményveszteség :

p ,  I 2 Rv

p'  I 2 Rv 

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

PFk PV     k 3 100 3

[W ]

ellenállása.

Az egy vezetőéren a mértékadó feszültségesés : 4.4. A vezetékméretezés feltételének megválasztása

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

ha

XV  0

Az egy vezetőéren a mértékadó teljesítmény veszteség : Az alábbiakban egy példa kapcsán vizsgáljuk meg,

p'  I 2 RV

hogy a méretezésnél a feszültségesésre, vagy a teljesítmény veszteségre történő méretezéssel számolunk. Ismertek a fogyasztó adatai : pl.:

U, I, cos,

Egyfázisú táplálást figyelembe véve, egy vezetőéren a

a mértékadó feszültségesés :

e' 

vezetéket pedig elegendő csak az ohmos ellenállásával figyelembe venni.

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

I.

a mértékadó teljesítmény veszteség : p' 

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

II.

66


Az I. egyenletet osztva a II. egyenlettel :

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

  cos 2   összefüggést kapjuk az egyfázisú táplálás esetén.

Az I. egyenletet osztva a II. egyenlettel :

  

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 

  cos 2  


Háromfázisú rendszerben, szimmetrikus terhelés esetén, egy fázisvezető éren a mértékadó feszültségesés :

e' 

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

I.

a mértékadó teljesítmény veszteség :

p' 

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

II.

Kérdés : a szokásosan betartandó  értékekre milyen cos mellet adódik azonos keresztmetszet?  = 3 % és  = 5 % értékeket figyelembe véve kb. cos = 0,8 teljesítménytényező esetén egyezik meg mindkét méretezési mód esetében a keresztmetszet. Ebből következik, hogy cos > 0,8 esetén, ami a legtöbb esetben teljesül a vezetéket feszültségesésre kell méretezni, az alatt pedig teljesítményveszteségre. Az áramszolgáltató elosztóhálózatok átlagos teljesítménytényezője cos  0,95 körüli érték.

összefüggést kapjuk a háromfázisú rendszerben, szimmetrikus terhelés esetén.

4.5. A vezeték ellenőrzése melegedésre

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

A vezetékek feszültségesésre- vagy teljesítmény vesz-

a környezeti hőmérséklettől. Ennek a hőtechnikai számítása

teségre történő méretezése során kiszámított, illetve

differenciál egyenlet módszerrel lehetséges.

kiválasztott szabványos vezető keresztmetszetet melegedésre mindig ellenőrizni kell! 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.

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 ]

Ehhez tartozik egy vezeték hőmérséklet.

67



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

Az egyenletet (t)-re megoldva megkapjuk a környezeti hőmérséklethez képesti túlmelegedés időfüggvényét, melyből a környezeti hőmérséklet ismeretében a vezeték üzemi hő-

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]

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

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 teljesítmény-

mérséklete számítható. A vezeték üzemi hőmérséklete :

ü (t )   k   (t )

A vezeték melegedésre való ellenőrzését az MSZ 2364523:2002 (A kábel- és vezetékrendszerek megengedett áramai) szabvány alapján végezhetjük. A szabvány által az egyes, szabványos keresztmetszetekhez megadott alapterhelhetőségi áramértékek a vezeték üzemi melegedésére történő kiválasztásának kiindulási értékét képező, időben állandó, tartós terhelőáram. A vezetékek áramterhelhetősége függ : - a vezetőanyag és a szigetelés anyagától, - az elhelyezés módjától, - a környezeti hőmérséklettől.

veszteséget hozza létre.

A alapterhelhetőségi értékhez tartozó környezeti feltételektől való eltérés esetén az alapterhelési értéket módosító tényezőkkel kell megszorozni, amely tényezők táblázatokból, diagramokból vagy összefüggésekből állapíthatók meg.

A vezeték hűlési viszonyai jelentősen befolyásolják az áramterhelhetőséget. A hűlési viszonyok függnek a szigetelés

A szigetelt vezetékek megengedett áramterhelhetőségét a

hővezetőképességétől.

vezeték megengedett legmagasabb hőmérséklete szabja

rendelkező

meg, amit pedig a vezetőanyag és a szigetelés anyaga

vastagabb szigeteléssel rendelkezőké. Befolyásoló tényező a

határoz meg.

vezeték felülete is,

Polivinil-klorid (PVC) szigetelőanyag esetén a megengedett,

amely F  f

legmagasabb tartós vezetékhőmérséklet 70C, térhálós

Kisebb

vastagságú

szigeteléssel

vezetékek terhelhetősége nagyobb,

 A

mint

a

ahol A a vezeték keresztmetszet.

polietilén (XLPE) vagy etilén-propilén gumi (EPR) esetén 90C.

68



A szigetelt vezetékek megengedett áramterhelhetőségét A vezeték külső felülete a keresztmetszet értékének csupán négyzetgyökével

növekszik,

ezért

kis

keresztmetszetű

vezeték viszonylag jobban hűl, mint a vastagabb vezetékek. A szabvány ezért adja meg az egyes keresztmetszetekhez

befolyásolja az elhelyezés módja is. A szabvány un. referenciamódokat határoz meg. Ezeknél a referenciamódoknál a megengedett áramokat vizsgálattal vagy számítással határozták meg. Ezen referenciamódok : A1 Köpeny nélküli vezetékek vagy egyerű kábelek vagy

tartozó alapterhelhetőségi értéket és nem a négyzet-

köpenyes vezetékek hőszigetelő anyagú falban lévő védő-

milliméterre vonatkoztatottat.

csőben.

Kisebb hűtőfelülettel lehet számolni, ha sok vezetőér vezet

A2 Többerű kábel vagy köpenyes vezeték hőszigetelő

áramot a közös szigetelésen belül, de akkor is, ha több

anyagú falban lévő védőcsőben.

vezetéket helyeznek szorosan egymás mellé.

B1 Köpeny nélküli vezetékek vagy egyerű kábelek vagy köpenyes vezetékek fából vagy téglából készült falra szerelt védőcsőben.

B2

Többerű kábel vagy köpenyes vezeték fából vagy tég-

lából készült falra szerelt védőcsőben. C

Egy- vagy többerű kábel vagy köpenyes vezeték fából

készült falra szerelve. D

Többerű kábel vagy köpenyes vezeték földben elhe-

lyezett alagútcsatornában.

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

E, F, G Egy- vagy többerű kábel vagy köpenyes vezeték leve-

tényezők szorzata lesz a tényleges csökkentő tényező. Ekkor

gőben.

a megengedhető üzemi terhelőáram

A szigetelt vezetékek megengedett áramterhelhetőségét a környezeti hőmérséklet is befolyásolja. A szabványban közölt táblázatokból kiolvasható áramterhelhetőséghez levegőben elhelyezett vezetékekhez 30C levegő-, míg a földben elhelyezettekhez 20C föld környezeti hőmérséklet tartozik.

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

69



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.

70



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.

Példa : Egyfázisú csúcsegyenirányítós tápegység

Periodikus jelek Fourier spektrumának magyarázata.

Amplitúdó effektív érték

Elvi kapcsolás

Feszültség és áram függvény Frekvenciatartomány Időtartomány Idő

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



k 1

k 1

Egyfázisú csúcsegyenirányítós tápegység, normál üzemben

f (t , T )  F0   ( Ak cos k t  Bk sin k t )  F0   ( Fk cos k t   k ) az együtthatók :

F0 

1 T

T

1

2

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

0

T

2 1 Ak   f (t ) cos k t dt  T 0 

2

 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

Fk  Ak2  Bk2

tg k  

Bk Ak

71



Egyfázisú csúcsegyenirányítós tápegység, alapharmonikus

Egyfázisú csúcsegyenirányítós tápegység, 3. harmonikus

Harmonikusok a háromfázisú rendszerben

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

u a ( t )  U 1 cos  t  U 3 cos 3 t  U 5 cos 5 t  ... 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  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

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  )  ...

Im

ω

Re

Pozitív sorrend

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 ) 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.

Im

Zérus sorrend

 = 1+6k

 = 3+6k 3, 9, 15, 21, stb.

5ω

Re

Re

1, 7, 13, 19, stb.

Csillag kapcsolás, nulla vezetővel

3ω

Negatív sorrend  = 5+6k

k=0, 1, 2 ..

5, 11, 17, 23, stb.

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  ...

A nullavezető áramát a fázisáramok összege adja:

!!! Ez a nulla vezetőben lényeges többlet terhelést eredményez !!!

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

(Olyan helyeken, ahol a terhelések zöme nem-lineáris pl. irodaházak, a fázisvető áramának a 2-3 szorosa is folyhat a nullavezetőben.)

72



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

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

A nullavezető árama harmadik harmonikus esetén.

Példa : A fázisfeszültségek és az áramok jelalakjai a transzformátornál.

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)

73



Az MSZ 14550-1:1979 szerint

Az MSZ 14550-1:1979 szerint 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.

A

zárlati

áramhoz

tartozó

állandósult

hőmérsékletet

meghatározva, az olyan nagy érték lenne, amelyen már a

Az Iz zárlati áram hatására t idő alatt az l hosszúságú, A

vezetőér is megolvadna. A zárlati áram nem csak a vezetéket,

keresztmetszetű,  fajlagos ellenállású vezetékben keletkező hőenergia :

hanem az útjába eső többi készüléket és berendezést is

Q  I z2  t  

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 zár-

elhanyagolható és a keletkező hőmennyiség teljes egészében a vezeték anyagát melegíti. A különböző vezetéktípusok zárlatkor megengedett legmagasabb hőmérsékletét táblázatok

(J)

a vezeték hőmérsékletét üzemiről zárlati hőmérsékletre növelő hőmennyiség :

Q  c  m   z  ü  (J )

latvédelem működéséig a zárlati áram melegedést okoz a vezetékben. A számításkor a rövid időtartam miatt a hőleadás

l A

ahol

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

tartalmazzák.

74



A vezető minimális keresztmetszete ebből a szempontból tehát: 4.7. Különböző alakzatú vezetékek méretezése.

l I  t    c  m   z  ü   A 2 z

A  I z2  t 

 l c  m   z  ü 

A kisfeszültségű fogyasztók villamos energiával történő

mm  2

ellátása a különböző hálózat alakzatok egy vagy több táppontján keresztül történik. A következőkben a különböző alakzatú belsőtéri elosztó-

A legtöbb esetben ez a méretezés elhagyható, ha zárlat

vezetékek szükséges keresztmetszetét határozzuk meg

esetén az olvadóbiztosító vagy a megszakító egy másod-

feszültségesésre történő méretezéssel és melegedésre

percen belül megszünteti a zárlatot.

történő ellenőrzéssel. Továbbá meghatározzuk a vezetéken létrejövő teljesítmény veszteséget is.

Az előzőekben elmondottak alapján számpélda keretében egy tápvezetéket méretezzünk feszültségesésre, ellenőrizzük melegedésre és meghatározzuk a vezetéken létrejövő teljesítményveszteség értékét is.

4.7.1. Tápvezetékek méretezése

A

fogyasztókat

a

tápponttal

közvetlen

összekötő

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

l

UF P I

cosφ

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

Az egy vezetőéren megengedett feszültségesés:

e' 

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

5 400  Uv    11,55 V 100 3 100 3

A szükséges vezeték keresztmetszete:

A

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

Ehhez legközelebb álló szabványos keresztmetszet: 6 mm2

75



A vezetékek melegedésére történő ellenőrzése a 4.2. táblázat felhasználásával történik. A 6mm2 keresztmetszetű réz vezető A csoportú alap-

Ennek százalékos értéke a

terhelhetősége 35A (25 °C levegő környezeti hőmérsékleten). Ez kisebb mint a vezetéket terhelő 46,69A eredő (látszólagos)

p' 

 P  100 3



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

áramerősség. Ezért nagyobb szabványos keresztmetszetű vezetéket kell választani. A következő szabványos keresztmetszet 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

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

6mm2

keresztmetszetű réz vezető, védőcsőbe szerelve, B1

csoportú alapterhelhetősége 36A (30 °C levegő környezeti hőmérsékleten). Ez kisebb mint a vezetéket terhelő 46,69A eredő (látszólagos) áramerősség. Ezért nagyobb szabványos keresztmetszetű vezetéket kell választani. A következő szabványos keresztmetszet 10 mm2es amely 50A-el terhelhető. Ez a keresztmetszet megfelelő.

képletből fejezhető ki.

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

1. Feladat Feszültségesésre való méretezéssel számítsuk ki a háromfázisú motor tápvezetékének keresztmetszetét. A hálózati feszültség 400/230 V; a vezeték hossza l = 100 m;



1 mm 2 56 m

a fogyasztó tengelyteljesítménye 20 kW; cos φ = 0,6; hatásfoka  = 0,85; a feszülségesés megengedett értéke  = 5%.

Tehát hasonló keresztmetszetet kaptunk.

A fogyasztók áramait i1, i2, … ix –szel, a tápponttól való 4.7.2. Elosztóvezeték méretezése

távolságukat L1, L2, … , Lx -szel, az egyes fogyasztói leágazások egymásközti távolságát I1, I2 … Ix -szel, az elosztóvezeték egyes szakaszain folyó áramokat I1, I2... Ix -

A táppontból táplált elosztóvezetékeket a fogyasztók

szel jelöltük. Ln

nemcsak a végén, hanem közbenső pontjaiban is terhelik.

Lx L2

Ilyen elosztóvezeték például az utcán fektetett kisfeL1

szültségű kábel, amelyről minden háznál van egy-egy leágazás; vagy a bérházak fölszálló fővezetékei, továb-

e’1

UT

e’ 2

I1

bá a lakásokon belül a világítási áramkörök is. l1

e’x

I2 i1

l2

e’ n

Ix i2

lx

In ix

ln

in

76



A méretezés a végigfutó keresztmetszetek elve alapján

melyből az A keresztmetszetet kifejezve :

A

történik, figyelembe véve azt, hogy a legutolsó fogyasztónál sem léphet fel a megengedetnél nagyobb feszültségesés. Ebből következik, hogy az egyes szakaszok feszültségeséseinek összege egyenlő a megengedett feszültségeséssel.

e'  e1'  e2'  ...  ex'  ...en' 

A képlet segítségével a szükséges elosztóvezeték keresztmetszete meghatározható. Az előbbi egyenletben az I1, I2, … Ix elosztóvezeték szakaszáramai és az l1, l2, … lx fogyasztói leágazások egymásközti

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

 x n   I xh  l x e' x 1

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

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

képletet, amellyel az elosztóvezeték keresztmetszete szintén

Az egyes fogyasztói terhelések:

meghatározható.

P1 = 30 kW, cosφ1 = 0,7; P2 = 20 kW, cosφ2 = 0,8; P3 = 10 kW,

Ha feszültségesésre méretezünk, akkor az áramok mindig

cosφ3 = 1.

csak a hatásos (wattos) áramok.

Az egyes fogyasztókhoz az ismert képletekkel kiszámítjuk a

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

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

2. Példa

meddő fogyasztói terhelő áram értékeket is.

sítmény értékeket. Meghatározzuk a hatásos (wattos) és a L3

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-

L2

A vezeték anyaga vörösréz  

l1=50m

UT

si csoportba tartozik. A megengedett feszültségesés 5 %.

I1

l2=100m

i1

I2

l3=50m

i2

I3

i3

Az egy vezetékre megengedett feszültségesés értéke: Pk

e' 

5 400  Uv    11,55 V 100 3 100 3

30kW

20kW

10kW

cosφk

0,7

0,8

1

sinφk

0,714

0,6

0

Az elosztóvezeték szükséges keresztmetszete a hatásos

tgφk

1,02

0,75

0

áramok alapján :

Qk = Pk · tgφk

30,6kVAr

15kVAr

0

43,3A

28,9A

14,43A

44,22A

21,67A

0

ikh 

Pk 3U

ikm = ikh · tgφk

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!!!

77



Az első szakasz eredő terhelő árama 108,84A.

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

Ehhez a B1 szerelési csoportot (falra szerelt védőcsőben lévő vezeték) figyelembe véve a táblázat szerint a 16 mm2-es vezeték keresztmetszet nem felel meg, hanem 35 mm2-es vezeték szükséges. Ennek terhelhetősége 110 A, ami megfelelő. Határozzuk meg az elosztóvezetéken létrejövő teljesítményveszteség nagyságát és százalékos értékeit! Az első szakasz eredő terhelő árama: 108,84A

Az I1 eredő áramot (látszólagos áram nagyságát) Pithagorasz tétel segítségével számíthatjuk ki:

A második szakasz eredő terhelő árama: I2h = i2h + i3h = 28,9 +14,43 = 43,33A

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

Az I2 eredő áramot (látszólagos áramot) Pithagorasz tételével számíthatjuk ki:

I2m = i2m + i3m = 16,23 + 0 = 16,23A

Az egyes szakaszokon az egy vezetéken létrejövő teljesítményveszteség értéke:

p1'  I 12  R1v  108,84 2 

I 2  I 22h  I 22m  43,332  16,232  46,27 A A harmadik szakasz eredő terhelő árama:

p2'  I 22  R2v  46,27 2 

I3h = i3h = 14,43 A I3m = i3m = 0 A

I3  I

2 3h

I

2 3m

100  109, 23 W 56  35

p3'  I 32  R3v  14,432 

Az I3 eredő áramot (látszólagos áramot) Pithagorasz tételével számíthatjuk ki:

50  302,2 W 56  35

50  5,31 W 56  35

Az összes teljesítményveszteség egy vezetéken :

 14,43  0  14, 43 A 2

2

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

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

A

megengedhető

m 

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

86,63 I cos T  1h   0,7959 I1 108,84

teljesítményveszteség,

a

megengedett

feszültségesés alapján:

5 m   7,89 % cos 2 T 0,79592

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

78



2. Feladat Feszültségesésre méretezendő a 4.7.3. ábrán látható 230 V feszültségű izzólámpás világítási fogyasztókat tápláló elosztóvezeték. A megengedett százalékos feszültségesés  = 2 %; a vezető fajtagos ellenállása  = 0,03·10-6 m.

l2=20m

l3=30m

l4=15m

Egy 400 / 230 V feszültségű háromfázisú elosztó hálózatot a következő fogyasztók terhelik. A tápponttól : 40 m távolságra,

Ellenőrizzük a vezetéket melegedésre is. l1=15m

3. Feladat

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

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

l5=20m

P3 = 60 kW teljesítményű, cosφ3 = 0,6

teljesítménytényezőjű fogyasztó. A megengedett százalékos feszültségesés  = 5 %; 4.7.3. ábra

I1

I2 i1

P=2,5kW

I3

az alumínium vezető fajlagos ellenállása  = 0,03·10-6 m

I4

i2

i3

i4

i5

1kW

5kW

2kW

5kW

Méretezzük feszültségesésre az elosztó vezetéket, majd ellenőrizzük melegedésre is!

l2, A2 4.7.3. Sugaras elosztóvezeték méretezése l0, A0

UT

l1, A1 A

Sugaras vezetékeknek nevezzük az olyan egyik végé-

l3, A3

l4, A4

l5, A5

ről táplált szétágazó nyílt vezetékalakzatot, amelyben a

i1

B

fogyasztóhoz az áram csak egyetlen meghatározott

C

i2 i3

i4

úton juthat el (4.7.4. ábra).

4.7.4. ábra

A vezetékek méretezésénél itt is alkalmazzuk a végigfutó keresztmetszet elvét, ami azt jelenti, hogy minden elágazás után a vezeték keresztmetszetek összege egyenlő az elágazás előtti vezető keresztmetszetével (lásd a fenti ábrán A0 = A1 + A4, illetve A1 = A2 + A3).

12

A méretezés elve, hogy a sugaras vezetéket egyetlen (képzetes hosszúságú) vezetékké alakítjuk át, úgy hogy a vezeték végén van a teljes terhelés. A 4.7.5. ábrán látható módon a sugaras vezetéket végeredményben egy tápveze-

i1 + i 2

l1, A1 l0, A0

UT

l4, A4

tékké alakítjuk át. Így az eredeti sugaras hálózatot helyettesítő tápvezetéken

34

létrejövő feszültségesésnek ugyanakkorának kell lenni, mint a valóságban az elágazások utáni végpontokon. Ennek alapján

i3 + i 4

meghatározható a képzetes hosszúságú () vezeték. A vezetéken létrejövő feszültségesés az

 e'   I h  l  k  I h  l A

képlet szerint az Ih · l áramnyomatékkal arányos.

UT

l0, A0

 = 12+34 i = i1 + i2 + i3 + i4 4.7.5. ábra

79



A

feszültségesések

egyenlőségével

kapcsolatban – a

Az alábbi ábrán a két elágazó vezetéket helyettesitő tápve-

mechanikai hasonlat alapján - az i1 és az i2 áramoknak (mint

zeték képzetes hosszúságának meghatározása a következő-

erőknek) az l1 és az l2 hosszúságú karon létrehozott nyoma-

képpen történik.

téka (feszültségesése) az elágazási pontra ugyanakkora, mint az i1

l1

i1·l1

12

pontra. Az áramnyomatékok arányosak a vezetéken létrejövő

(i1+i2) 12

i1+i2

(i1 + i2) áramoknak (mint erőknek) a 12 képzetes hosszúságú karon létrehozott nyomatéka (feszültségesése) az elágazási feszültségeséssel.

l2

i1· l1 + i2· l2 = (i1+i2) · 12

i2·l2

Ebből az egyenlőségből a i2

12 

i1  l1  i2  l 2 i1  i2

3. Példa Ezt általánosítva n darab elágazó vezeték esetén az egyen-

Az elmondottak alkalmazására a 4.7.4. ábrán látható egy-

értékű vezeték képzetes hosszúságát az alábbi egyenlőségből

fázisú sugaras vezeték feszültségesésre történő méretezését

kapjuk:

végezzük el az ábrán feltüntetett adatokkal (alábbi ábra).

n

i x 1

n

x

    ix  l x n



l2=20m

x 1

i x 1 n

x

 lx

i x 1

i1=10A

B

l1=50m l0=100m A

UT

l3=30m

l4=50m

x

C

l5=25m

ahol értelemszerűen – a feszültségesésre méretezésnek

i2=30A i3=40A

megfelelően - az áram hatásos összetevőjével kell számolni. i4=20A

A hálózat feszültsége U = 230 V, a megengedett százalékos

A képzetes vezetékhosszak számítása:

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 :

 U 3 230 e'     3,45 V 100 2 100 2 A sugaras hálózatot átalakítjuk a képzetes hosszúságok kiszámításával egyetlen tápvezetékké.

12 

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

34 

1234 

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

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

(10  30)  (50  27,5)  (40  20)  (50  8,33) 10  30  40  20 

40  77,5  60  58,33  66 m 100

80



Ezután a 4.7.5. ábrán látható (l0+ 1234) hosszúságú tápveze-

12=27,5m l0=100m

l1=50m

B

i1+i2= 40A

ték keresztmetszetét határozzuk meg.

A

A l4=50m C  34= 8,33m

  (i1  i2  i3  i4 )  (l 0  1234 )  e'

1  (10  30  40  20)  (100  66)  85,92 mm 2 56  3,45 A választott szabványos keresztmetszet 95mm2. Ennek

l0 = 100m

A

i3+i4= 60A

alapterhelhetőségi értéke It = 282A, (E szerelési mód), amit a

1234= 66m

tőség

módosító tényezőkkel korrigálva a megengedett áramterhelhe-

i = 100A

Im = k1·k3·It = 0,94 · 0,65 · 282 = 172,3 A Tehát melegedésre megfelel, mivel a i = 100A.

Ezt követően meghatározzuk az l0 vezetéken keletkező tényleges feszültségesést.

e'l0  

1 100 l0  (i1  i2  i3  i4 )  100    1,88 V 56 95 A0

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

e'1234  e'el'0  3,45  1,88  1,57 V A következőkben hasonló módon az l1 és az l4 hosszúságú vezetékek keresztmetszetét határozzuk meg:

A1 

 e'1234

 (i1  i2 )(l1  12 ) 

A választott szabványos keresztmetszet 50mm2. Ennek alapterhelhetősége It= 180A, amit a módosító tényezőkkel korrigálva a megengedett árama Im = k1·k3·It = 0,94 · 0,65 · 180 = 110 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 feszültségesés értékére is. Ennek meghatározásához kiszámítjuk az l1 vezetéken létrejövő feszültségesést:

e'l1  

1  (10  30)  (50  27,5)  35,25 mm2 56  1,57

1 50 l1  (i1  i2 )  (10  30)    0,71 V 56 50 A1

így az l2 és az l3 vezetékekre maradó megengedhető feszült-

Az l3 vezetéken megengedhető feszültségesés e‘3 = 0,83 V.

ségesés:

Az l3 hosszúságú vezeték A3 keresztmetszete:

e'l2  e'l3  e'1234  e 11  1,57  0,71  0,86 V '

az l2 hosszúságú vezeték keresztmetszete:

A2 

1   i1  l2  10  20  4,15 mm2 e'l2 56  0,86

A3 

1   i2  l3   30  30  18,68mm 2 e'l3 56  0,86

A választott szabványos keresztmetszet 25 mm2, mely melegedésre is megfelel, mert 119 A-el terhelhető és csak 30A terheli. Az l4 hosszúságú leágazó vezeték A4 keresztmetszete:

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

A4 

  (i3  i4 )  (l4  34 )  e'1234

1  (40  20)  (50  8,33)  39,8mm 2 56 1,57

81



A választott szabványos A4 keresztmetszet 50 mm2. Ennek megengedett terhelhetősége 180 A. A módosító tényezőkkel: Az A5 keresztmetszet:

Im4 = k1·k3·It4 = 0,94 · 0,65 · 180 = 110A Tehát melegedésre is megfelel, mivel csak 60A terheli.

A5 

Az l5 hosszúságú vezeték A5 keresztmetszetének megha-

1   i4  l5   20  25  17,85mm 2 e' l 56  0,5 5

tározásához szükség van az l4 vezetéken létrejövő tényleges

A választott szabványos keresztmetszet 25 mm2, ami melege-

feszültségesés meghatározására is. Ennek értéke :

désre is megfelelő, mert 119 A-ral terhelhető és csak 20A ter-

e'l4  

1 50 l4  (i3  i4 )  (40  20)    1,07 V 56 50 A4

heli.

e'l5  e'1234 el'4  1,57  1,07  0,5 V

Összefoglalva :

4. Feladat e’=3,45V 1,57V

1,88V

0,71V 0,86V l2=20m B

UT 95mm

6mm2

i1=10A

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.

l3=30m l1=50m 50mm2 25mm2 l0=100m A 2 l4=50m

50mm2 C

i2=30A

20m

i5=10A

25mm2 i3=40A

i2=10A 50m

i4=20A

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

40kW cosφ=0,8

LBx

LA2 LA1

60m 20kW

i4=10A

4.7.4. Két végén táplált elosztóvezeték méretezése

100m

cosφ=1

20m

i3=20A

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.

UT

30m

100m

UT

l5=25m

40m

i1=40A

100m

i’k

60kW cosφ=0,6

IA

LBn

K

A

i1

i2

B i’’k

ix

in

IB

82



Először kiszámítjuk a tápponton befolyó áramerősségek

A táppontok feszültségei lehetnek:

nagyságát, a táppontok terheléseit. Számítása mechanikai

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

analógia alapján egyszerű.

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

A két végén táplált elosztóhálózatot fogyasztói áramaival egy

Ha a két tápponton a feszültségek egyenlők (UA = UB), akkor meghatározzuk a kétoldalról táplált fogyasztó helyét (K). A kétoldali táplálás helyén kettévágva a vezetéket két elosztóvezetéket kapunk, amelynek méretezési elvét már ismerjük.

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

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

felírt terhelő erők nyomatéka egyenlő a másik alátámasztási pont reakcióerőjének nyomatékával. Ezen elven írhatjuk fel a két ponton táplált elosztóvezetéket terhelő és tápponti áramok nyomatékait.

Az A táppontra felírva az áramnyomatékok egyenlőségét:

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

IB·L = i1·LA1+ i2·LA2+…+ ix·LAx+…+ in·LAn

xn

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

ebből az egyenlőségből a B táppont áramát meghatározhatjuk:

IB 

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

 i x  LAx

Megkeressük azt a fogyasztót, amelyik mindkét oldalról kap

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

IA 

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

x 1

x 1

L

i x 1

x 1

xn

I A   ix  I B

n

x  LBx

táplálást. Valamelyik táppontból kiindulva az áram folyásának 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.

L

IA - i1 - i2 - … < 0

Ha az egyik irányból befolyó áram nem tudja a fogyasztó

 K meghatározható

A

B

áramigényét kielégíteni a különbséget a másik táppont irányából kell biztosítani. Erre a fogyasztóra az is jellemző, hogy itt a mindkét táppont felől számított feszültségesések összege egyenlő. Ezt a fogyasztói

helyet

az

elosztóvezeték

súlypontjának

is

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

IA

i1

i2

i’3

i”3

i4

IB

Az egy ponton táplált bármelyik vezetékrész méretezését a 4.5. pontban tárgyaltak szerint végezzük el. Ily módon a két a végén táplált vezeték méretezését visszavezettük az egy ponton táplált vezetékek méretezésére. A két végén táplált vezetéknek feszültségesésre történő méretezését a 4. példában láthatjuk.

83



4. Példa A példában a 400/230 V feszültségű két végén azonos

P1 = 20kW

P2 = 50kW

P3 = 70kW

cosφ1 = 1

0,8

0,6

72,17A

101,04A

feszültséggel táplált elosztóvezetéket az alábbi ábrán feltüntetett távolságokban különböző fogyasztói teljesítmények terhelik. A megengedett százalékos feszültségesés  = 5 %; az alumínium vezető fajlagos ellenállása  = 0,03·10-6 m. A

300m

200m 400m

I1

I2

100m

I3

ih 

P  28,86 A 3U

B

I4

Feszültségesésre méretezünk, ezért a hatásos áramokkal kell számolununk.

IA

n

IA 

i x 1

xh

L

 LBx



1

2

3

IB

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

1. Meghatározzuk az IA és IB tápponti áramokat:

Megállapítható, hogy a második fogyasztó az i2 áramát két oldalról kapja. 3. Itt a vezetéket elvágjuk és kapunk két egy ponton táplált vezetéket (alábbi ábra).

x 1

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

A

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

300m

200m

400m

100m

66,39A

37,53A

34,64A

135,68A

B

vezetékszakaszok terhelőáramait. I1 = IA = 66,39A I2 = I1- i1 = 66,39 - 28,86 = 37,53A

lA = 66,39A

28,86A

72,17A

101,04

lB =135,68A

I3 = I2 - i2 = 37,53 - 72,17 = -34,64A I4 = I3 + i3 = IB = 34,64 + 101,04 = 135,68A

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

5 400 e'    11,55V 100 3 A szükséges keresztmetszet:

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

Például a másik elosztóvezeték keresztmetszete a „B” pont felöl számítva :

A

0,03 10 6    I xh  lx   (33,64  400  135,68 100)  e' 11,55 71,23 106 m 2  71,23mm2

A választott szabványos keresztmetszet 95mm2.

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

84



7. Feladat

6.Feladat Méretezze feszültségesére az alábbi ábrán látható két végén

Méretezze feszültségesésre az alábbi ábrán látható két

táplált elosztóvezetéket. Az ábrán az egyes fogyasztók teljesít-

végén táplált elosztóvezetéket. Az ábrán feltüntettük az elosz-

ményei és az egymástól való távolságuk láthatók. A fogyasztók

tóvezeték méreteit és a fogyasztók teljesítményeit. A két táppont feszültsége 400/230V; a megengedett

teljesítménytényezője cosφ = 1. A hálózat feszültsége 400/230 V; a megengedett százalékos feszültségesés = 2%; az alumínium vezető fajlagos ellenállása  =

250m

IA

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

m.

0,03·10-6

A

százalékos feszültségesés  = 5%; az alumínium vezető

A 200m

P1=10kW

240m

P2=16kW

250m

P3=20kW

200m

300m

200m

IA

IB

P1=30kW

P2=60kW P3=20kW

cosφ1=0,8

cosφ2=1

P4=100kW

i3

ln-1

in-1

i1

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

A B l1

l3

LAx ln-1

l1

K

A

ln

ln+1 IA

LBx

LA1

in-1

l2

A

in

L

ix lx

ln

ln+1

táplált elosztóvezetéket összekötjük körvezetéket kapunk. i3

i’K l1

in

Méretezése teljesen hasonló a két végéről táplált elosztó-

P1=50kW

vezetékéhez. Az előző ábrán látható módon a körvezetéket a

cosφ1=1

betáplálásánál elvágva, majd kiterítve egy két végén táplált

5. példa Egy 400/230 V feszültségű körvezetékről a következő ábrán láthatóan tápláljuk a fogyasztókat villamos-energiával. Az nyeit, cosφ értékeit. A megengedett százalékos feszültségesés = 5%; az alumínium vezető fajlagos ellenállása = 0,03·10-6

l3 i2 i3

1.

B

i”K

lx

ln-1 ix

100m

ln in-i

ln+1 in

100m

IB

P4=40kW cosφ4=0,6

50m

elosztóvezetéket kapunk.

ábrán láthatjuk a hálózat méreteit és a fogyasztók teljesítmé-

l2 i1

IA

IB

ix lx

l2

i2

B

cosφ3=0,6 cosφ4=0,8

l3

4.7.5. Körvezeték

m.

100m

B

i2

i1

300m

200m

50m

P2=30kW

P3=20kW

cosφ2=0,8

cosφ3=0,8

A betáplálásnál elvágjuk a körvezetéket és így két betáp-

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

85


A 100m

50m


200m

50m

100m B

IB

IA P1=50kW

P2=30kW

P3=20kW

P4=40kW

cosφ2=0,8

cosφ3=0,8

cosφ4=0,6

cosφ1=1

P1 =50kW

P2 =30kW

P3 =20kW

P4 =40kW

cosφ1 = 1

0,8

0,8

0,6

43,3A

28,87A

57,74A

P

ih 

3U

 72,17 A

2. Meghatározzuk az IA és IB áramokat a B pontra felírt nyomaA

B 108,26A

36,09A

i’2

IA

7,22A

36,09A

n

IA 

i”2

i1

tékok segítségével.

93,83A

i3

i4

IB

n

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

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

i

 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

x 1

Tehát a második gyűjtősín fogyasztói két oldalról kapnak áramot. A vezetéket itt elvágjuk és két egy pontból táplált elosztóvezetéket kapunk, melynek méretezése már az ismert módon történik. Egy vezetékre megengedett feszültségesés:

e' 

IA = I1 = 108,26A I’2 = 108,26 - 72,17 = 36,09A Ez az áramerősség már nem elegendő a második gyűjtősín fogyasztóinak ellátására. I’’2 = I’2 - i2 = 36,09 - 43,3 = -7,21A I3 = I’’2 + i3 = 7,21 + 28,87 = 36,08A

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

I4 = I3 + i4 = 36,08 + 57,74 = 93,82A

A végigfutó keresztmetszetek elve alapján a másik elosztóvezeték keresztmetszetét is ugyanekkorára kell választani. Ellenőrzés:

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 6 2 2 32,8110 m  32,81mm

5 400   11,55V 100 3

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.

A

30m P1=80kW cosφ1=0,8

10m

40m 20m

P3=60kW cosφ3=0,6

P2=20kW cosφ2=0,8

86



4.7.6. Kétoldalról különböző feszültséggel táplált vezeték méretezése

1. Az UT1 tápponti áram előzetes értéke, a kiegyenlítő áram figyelembe vétele nélkül.

Íves hálózatoknál a két táppont feszültsége általában

I 'I 

nem azonos: UT1UT2 L LAx

LBx 2. A két oldalról táplált fogyasztó helyének előzetes meghatá-

LA2 UT1

LA1

LBn

K i’k

II=I’I+I0

i1  LII 1  i2  LII 2  ...  in  LIIn L

i1

i2

rozása: UT2

 K’ meghatározható.

I’I - i1 - i2 - … - ik < 0

i”k ix

in

III=I’II-I0

Ebben az esetben - függetlenül attól, hogy a fogyasztók rá

Ehhez meghatározzunk egy feltételezett szükséges vezeték

vannak-e kapcsolva a vezetékre -, a nagyobb tápponti feszült-

keresztmetszetet, amely ismeretében már meghatározható a

ségű helytől kiindulva

vezeték ohmos ellenállása.

U UT2 I0  T1 R

Mivel a táppontok ténylegesen különböző feszültségűek, ezért fellép egy kiegyenlítő áram, amely a vezeték ellenál-

(ahol R a vezeték ellenállása) kiegyenlítő áram folyik.

lását ismerve már számítható.

Ez hatásos áramnak tekinthető, mert a kisfeszültségű háló-

Ezzel a valódi tápponti áramok – feltételezve, hogy UT1 > UT2:

zatok induktivitása elhanyagolható. Ez a tényleges tápponti

II = I’I + I0

áramokat megváltoztatja.

III = I’II - I0 A vezeték méretezésénél először feltételezzük, hogy UT1= UT2, ezzel kiszámítjuk a fogyasztói áramok miatt fellépő fiktív

UT

e’1

e’2

… e’k …

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

tápponti áramokat a 4.7.4. pont szerint.

e’n

UT

UT1

e’ük e’1

e’2

e’k

UT2

e’k’

A vezeték mentén az egyes szakaszok egy vezetékére eső

Ha a tápponti feszültségek különbözőek, akkor a vezetéken

feszültségesések változása ha a tápponti feszültségek

a nagyobb feszültségű táppontból kiegyenelítő áram folyik

azonosak.

(I0) a kisebb feszültségű táppontba. A vezeték mentén az egyes szakaszok egy vezetékére eső feszültségeséseket a kiegyenlítő áram hatására eső feszültség megváltoztatja.

87



4.1. táblázat

5. Túláramvédelem 5.1. A túláram meghatározásai

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.

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 – kifejezetten 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.

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.

88



Azt a kedvező tulajdonságot, hogy a villamos eszközökön a túlterhelés bizonyos ideig fennállhat, célszerű az üzem

Zárlati áram olyan túláram, amely az áramkör üzemszerűen

állandósága érdekében kihasználni, és csak olyan túlterhelés

különböző potenciálon lévő pontjai között egy elhanyagol-

ellen kell védeni, amely a berendezésre káros hatású lehet.

hatóan kis értékű ellenállás vagy impedancia formájában

Ennek megfelelően az a biztos és gazdaságos túlterhelés-

megjelenő hibából (szigetelés leromlásából, véletlen vagy

védelem, amely csak akkor kapcsolja le a fogyasztókészüléket

szándékos összekötéséből) származik.

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.

A zárlatvédelmet úgy kell kialakítani, hogy a védelem működésekor lehetőleg csak a meghibásodott berendezésrész kapcsolódjon ki (szelektivitás), és a zárlat fennállása minél rövidebb időre korlátozódjon.

Ez a követelmény csak akkor teljesül, ha a védelem érzékelő-működtető szerve a fogyasztókészülék pontos hőmása.

5.2. Védőkészülékek

A túláramok hatására bekövetkező kedvezőtlen változások a villamos részek túlmelegedése, vagy a zárlati hatásokra előforduló mechanikai károsodások. Ezek ellen a villamos berendezéseket feltétlenül meg kell védeni. E védelem ritkábban csak jelzés, de általában önműködő kikapcsolás. A kikapcsolást vagy jelzést érzékelő relék vezérelhetik.

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.

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.)

89



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) kiol-

A szelektivitás két vagy több sorbakapcsolt túláramvédelmi eszköz működése közötti olyan koordináció, amely akkor működik helyesen, ha a terhelés felöli oldalon lévő védelmi eszköz kellően rövid idő alatt befejezi megszakítási működését ahhoz, hogy ezzel megakadályozza a másik eszköz működésének indulását.

dókkal vannak felszerelve. A távműködtetés megvalósíthatóságára általában motoros vagy mágneses hajtószerkezettel, a

A kisfeszültségű megszakítók konstrukciós kialakítás szem-

pillanatszerű megszakítás érdekében pedig erőtárolós kioldó-

pontjából tovább oszthatók fémvázas és kompakt kivitelre. A

mechanizmussal vannak ellátva. Ezek a készülékek alkalma-

kompakt kivitelű vázszerkezet és burkolata műanyag, általában

sak a zárlati áramok vezetésére akár 600...800 ms-ig is, ezért

csak kézi működtetésű, és max. 630 A, ritkábban 1000 A

késleltetést létrehozó időzítőszerkezet is beépíthető, így

névleges áramúra tervezik. Néhány gyártó terméke alkalmas

időlépcsőzött, vagy más néven szelektív zárlatvédelem kiala-

távműködtető szerkezet felszerelésére is.

kítására is megfelelnek.

Az áramkorlátozó megszakító igen gyors működésű, ezért az érintkezők gyors szétválása következtében az ívfeszültség az

Az áramkorlátozó megszakítók érintkező rendszere és

érintkezők közötti feszültségnél gyorsabban növekszik, a

áramköre nem alkalmas a zárlati áram csúcsértékének átve-

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

zetésére, ívoltó rendszere is alkalmatlan a zárlati áram csúcs-

váltakozó áram csúcsértékének elérése előtt kikapcsol (ezek

értékéhez tartozó ív oltására.

alkalmazása esetén tehát a ténylegesen fellépő zárlati áramerősség lényegesen kisebb a zárlati számításokból kiadódó független zárlati áramnál).

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

Az áramkorlátozó megszakító időlépcsőzésű zárlatvédelem

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

kialakítására nem alkalmas, mivel zárlati kioldója nem késlel-

gyártók egy olcsóbb készüléket kívántak kialakítani. Ennek

tethető. (Késleltetés esetén ugyanis 10 ms - vagyis egy félpe-

megfelelően gyakori kapcsolású fogyasztók üzemi kapcsolás-

riódus ideje - után a zárlati áram csúcsértéke kifejlődne, és ek-

ára nem célszerű ezeket alkalmazni.)

kor az áramkorlátozó hatás nem érvényesülhetne.)

DPX készülékek választéka DPX1600

DPX630 Icu: 36(70) kA

Icu: 50(70) kA

400 A

800;1250;1600 A

630 A 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 DPX-I 1600 800 A 1250 A DPX-I 630 DPX-I 250 DPX-I 250 ER DPX-I 125 125 A

1600 A

400 A

250 A

160 A 250 A

90



5.2.2. Olvadóbiztosítók Az olvadóbiztosítók igen nagy teljesítmények lekapcsolására képesek olyan módon, hogy kiolvadásukkor a zárlati áramot a 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 fogyasztókészülé-

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.)

keket megóvják.

Az olvadóbiztosítókkal megvalósított védelem sok szempontból 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.

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.

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.

91



Az olvadóbiztosítót névleges árama, határárama, kiolvadási jelleggörbéje és megszakítóképessége jellemzi.

A korszerű biztosítóbetétek szabványos jelölésében az első betűvel a megszakítási tartományt, a második betűvel az alkalmazási kategóriát adják meg.

A névleges áram az az áram, amelyre a biztosító készül és - gG jelöli a teljes tartományban megszakítóképes, általános

amely állandóan átfolyhat rajta. A határáram az a legnagyobb áram, amellyel a biztosító még

alkalmazású biztosítóbetéteket. (Ezeket a betéteket gyakran

éppen terhelhető (ez a kiolvadási jelleggörbe aszimptotájához

alkalmazzák motoráramkörök védelmére is, bár elsősorban

tartózó áram).

vezetékvédelemre alkalmasak.)

A kiolvadási jelleggörbe a biztosító kiolvadási idejét mutatja a

- gM jelöli a teljes tartományban megszakítóképes, motoráramkörök védelmére alkalmazható biztosítóbetéteket;

rajta áthaladó áram függvényében. A megszakítóképesség az az A-ben kifejezett érték, amelyet a biztosító üzembiztosan, szétrobbanás nélkül meg tud szakítani.

- gR jelöli a teljes tartományban megszakítóképes, félvezetővédő biztosítóbetéteket; - gN jelöli a teljes tartományban megszakító képes, nem késleltetett (normál) biztosítóbetéteket. Teljes tartományban megszakítóképes az a biztosítóbetét, amely a névleges áramtól a maximális megszakítóképességig terjedő áramtartományba eső bármely áramértéket képes megszakítani (pl. 63 A-tól 120 kA-ig). Résztartományban megszakítóképes az a biztosítóbetét, amely a gyártó által megadott, a biztosítóbetét névleges áramánál nagyobb értéktől a maximális megszakítóképességig terjedő áramtartományba eső bármely áramértéket képes megszakítani (pl. 63 A-es biztosítóbetét esetén 200 A-tól 120 kA-ig), de a kisebb áramokat nem feltétlenül.

Biztosító kiolvadási jelleggörbe

- aM jelöli a résztartományban megszakítóképes, motoráramkörök védelmére használható biztosítóbetéteket;

A vonatkozó szabványelőírások szerint a biztosítók a 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) 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. „a” gyors kioldású biztosító „b” lomha kioldású biztosító Ih

határáram

Névleges áram, A

Nem--kioldó áram, Inf Nem

Kioldó áram, If

Egyezményes idő, h

In<4

1,5

2,1

1

4 In<16

1,5

1,9

1

16 In<63 16

1,25

1,6

1

63 In<160 63

1,25

1,6

2

160 160  In<400

1,25

1,6

3

400 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.

92



Magyarországon a

D típusú becsavarható; a nagyteljesít-

ményű késes és hengeres biztosítókat alkalmazzák. 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.

Idő-áram tartomány gG biztosítóbetétekhez

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

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 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

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 engedéélyezett.

kiolvadásjelző a helyéről kiesik.

E biztosítók névleges árama max. 1250 A, névleges feszültségük 660 VAC, vagy 440 VDC. A késes biztosítók előnyös tulajdonsága az, hogy a betétet viszonylag egyszerűA 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.

en 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

0

6-160

1

80--250 80

2

125--400 125

3

315--630 315

4

500--1000 500

4a

500--1250 500

93



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 gyártók diagramban szoktak tájékoztatást adni. A koordinátarendszer vízszintes tengelyén a független zárlati áram effektív értéke, a függőleges tengelyén pedig a ténylegesen fellépő áram csúcsértéke látható (lásd a következő ábrát).

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

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

áramerősségű biztosítóbetéten mekkora lehet az átfolyó zárlati áram csúcsértéke.

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.

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. Méretnagyság, mm

Névleges áram, A

0 ( (8,8x31,5)

2; 4; 6; 10; 16; 20

1 ( (9x36)

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

2 ( (10 10,2x38) ,2x38)

20; 25; 32

3 ( (13 13,7x50) ,7x50)

32; 40; 50

4 ( (22 22x50) x50)

40; 50; 63

94



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

Nem--kiold Nem kioldóó áram, Inf, A

Kioldóó áram, If, A Kiold

Egyezméényes idő Egyezm idő, h

2…4

1,5··In 1,5

2,1··In 2,1

1

6…10

1,5··In 1,5

1,9··In 1,9

1

16 16  In 63

1,2··In 1,2

1,6··In 1,6

1

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

A biztosítóbetétek megengedett legnagyobb vesztesége 1,2...9,5 W. Ezekre a biztosítóbetétekre is a késes érintkezővel ellátott betétekre előírt egyezményes idők és egyezményes áramok vonatkoznak.

biztosítók névleges árama 125 A–ig, névleges feszültségük 660 VAC váltakozó feszültségig terjed. Ezeket a biztosítókat három méretnagyságban gyártják (gG típus esetén 500VAC feszültségre 10x38mm, 25A; 14x51mm, 50A; 22x58mm, 100A).

Az 50 vagy 60 Hz-en működő, a fázisok között legfeljebb 440 5.2.3 Túláramvédelmi megszakítók háztartási és hasonló berendezések számára (kismegszakítók)

V névleges feszültségű, legfeljebb 125 A névleges áramú és legfeljebb 25 000 A névleges zárlati megszakítóképességű, váltakozó áramú, légmegszakítású készülékeket nevezzük kismegszakítónak.

A címben meghatározott készülékeket a köznyelvben

Ezek a megszakítók épületek vezetékes villamos beren-

kismegszakítóknak (korábban kisautomatáknak) szok-

dezéseinek és hasonló alkalmazásoknak túláramok elleni

ták nevezni. A továbbiakban a szakemberek nagy több-

védelmei, melyet szakképzetlen személyek kezelhetnek és

sége által ismert és használt megnevezést fogjuk hasz-

karbantartás nélkül használhatják. E megszakítók rendelteté-

nálni a rájuk vonatkozó szabvány pontos megnevezése

se kisebb teljesítményű fogyasztói leágazásokban; háztar-

helyett.

tásokban és hasonló jellegű helyeken az üzemi áramok vezetése, üzemszerű (de csak ritkább) be- és kikapcsolása, túlterhelés vagy zárlat esetén az áramkör önműködő kikapcsolása, a zárlati áram megszakítása.

A készülék a meghibásodott vezeték vagy fogyasztóberendezés önműködő kikapcsolásával megakadályozza a további

Az elosztóhálózatok zártati teljesítményének növekedésével

károsodást.

ma már nem tekinthető különlegesnek, ha 6 000 vagy 10 000

A kismegszakítók egyik legfontosabb előnye a biztosítókkal

A-es zártati megszakítóképességű kismegszakítókat kell

szemben az, hogy önműködő kikapcsolása esetén egyszerű-

alkalmazni. A nagyobb zárlati megszakítóképesség azért is

en visszakapcsolható, az üzemvitel helyreállítható, és nem

előnyös, mert az jobban védi a kezelő személyeket, ugyanis

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

a kézi működtetésű kismegszakító sikertelen működése,

kör a méretezés szerinti villamos energiaigénynél jobban nem

esetleges meghibásodása személyi sérülést is okozhat.

terhelhető, és nem fordulhat elő a biztosítóbetétek esetében

Különösen fontos az üzembiztos működés a háztartásokban,

oly gyakori patkolás, továbbá az áramkör főkapcsoló jellegű

ahol nem szakavatott személyek is kezelik a kismeg-

ki- és bekapcsolása is elvégezhető a kismegszakítóval.

szakítókat.

95



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).

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 1, 13··In

1

In >63

1,13 1, 13··In

2

Egyezméényes idő Egyezm idő, h

In 63

1,45 1, 45··In

<1

In >63

1,45 1, 45··In

<2

96



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

Gyorskioldó típusa

Kioldási tartomány

B

3·In felett 5· 5·In -ig bezárólag

C

10·In -ig bezárólag 5·In felett 10·

D

10··In felett 20· 10 20·In -ig bezárólag

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.

Fel kell hívnunk a figyelmet arra, hogy a közforgalomban beszerezhető kismegszakítókat váltakozó feszültségű hálóB vezetékvédő karakterisztika

zatokban való alkalmazásra tervezték, ezért azok egyenfeszültségű áramkörökben csak erősen korlátozott mértékben

C motorvédő karakterisztika

(a névlegesnél kisebb üzemi és a megszakító-képességre, a

D nehézüzemi karakterisztika

gyártók különleges alkalmazásnak tekintik az ilyen felhasznál-

megadottnál kisebb zárlati áramerősségre) használhatók. A ást, 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.

97



6. Villamos biztonságtechnika

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.

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

6.1 A villamos berendezések védettsége

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 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.

98


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.

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


A 6. fokozatú vízbejutás elleni védettségű berendezéseket hajók fedélzetére szánják. A 7. fokozat esetén a berendezést például tisztítás céljából vízbe lehet meríteni. A mágneskapcsolók védettsége például általában IP 20, ami azt jelenti, hogy ujjal nem érinthetők meg a feszültség alatt levő csatlakozókapcsok sem. A víz bejutása ellen viszont egyáltalán nem védettek a szokásos mágneskapcsolók. Bizonyos számpárok természetesen feltételezik egymást, egy búvár-szivattyú védettsége szükségszerűen IP68. Az nem képzelhető el, hogy tartósan vízbe meríthető a berendezés és akár tenyérrel is megérinthetők a feszültség alatt álló részei. (IP 08 jelű védettség tehát nem létezik.) Ha a gyártmány esetén valamelyik szám közömbös, akkor azt X-szel jelölik, pl.: IP X2.

6.2 A villamos áram élettani hatása

érintés elleni védelem), melynek védelmi módjai : • védelem az aktív részek elszigetelésével,

Az alábbiakban elsőként az ipari frekvenciás (50 -

• védelem védőfedéssel vagy burkolattal,

60Hz) váltakozó áram élettani hatásának összefogla-

• védelem védő akadállyal,

lása szerepel.

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

Az ember 1-2 mA legkisebb áramerősség esetén érzé-

elhelyezéssel,

keli először, hogy rajta villamos áram halad át, ezt az

• kiegészítő védelem áramvédő kapcsolóval (normál üzem-

értéket nevezik érzetküszöbnek.

ben ez más védelmi módok hatékonyságát növeli).

A 10 mA áramerősség esetén már erős rázásérzet tapasztalható. Az emelkedő áramerősség egyre fokozódó izomgörcsöt okoz.

A 25 mA jelenti az elengedési küszöböt, azaz megfogva egy vezetéket ilyen áramerősség mellett azt, az ember az izomgörcs miatt, már nem képes elengedni. Az áram hatással van a szív villamos vezérlőrendszerére is, 60 mA esetén szívkamraremegés áll elő. 80 mA fölött pedig a szív megáll, a balesetet szenvedett személy a klinikai halál állapotába kerül. Az áramütött embert azonnal ki kell szabadítani az áramkörből, ha lehet, akkor a villamos berendezés kikapcsolásával, vagy ha ez nem lehetséges, valamilyen szigetelő eszköz segítségével el kell távolítani az áramkörből.

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.

99



Az előbbiekben leírtak a viszonylag kis áramok tartományára jellemzőek. Ha az emberi testen áthaladó áram nagyobb mint 6.3 Közvetett érintés elleni védelem (Érintésvédelem)

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,

A villamos biztonságtechnikával az MSZ 2364-410:2002

valamely belső szervük, sok esetben a veséjük tönkre mene-

szabvány 4. rész foglalkozik. Ezen belül a 41. kötet

tele miatt.

tárgyalja az „Áramütés elleni védelem” különböző

Ha az embert villámcsapás éri, annak több tízezer amper

lehetőségeit.

csúcsértékű árama legnagyobb részt a test felületén halad. A

A

balesetet szenvedett személy szíve a legtöbb esetben leáll és

szabvány, az Érintésvédelmi szabályzat, az MSZ 172

a test valamint a ruházat nagy ellenállású részei, például a haj

számú szabványsorozat volt.

meggyulladhat. A villámsújtotta ember újjáélesztését azonnal

A jelen fejezet tárgyát a kisfeszültségű, azaz 1000 V-nál

meg kell kísérelni, ami a tapasztalatok szerint az esetek 50 %-

nem nagyobb feszültségű villamos berendezések érin-

ában sikerrel jár.

tésvédelme képezi.

korábbi

érintésvédelemmel

foglalkozó,

magyar

Az érintésvédelem a villamos berendezések üzemszerűen

A villamos berendezéseknek üzemszerűen feszültség alatt

feszültség alatt nem lévő, de zárlat következtében feszült-

nem lévő, olyan vezető anyagú részeit, amelyek feszültség alá

ség alá kerülhető, vezető anyagú részeinek megérin-

kerülésével meghibásodás esetén számolni kell, a villamos

téséből származó balesetek elkerülésére irányuló intézke-

berendezés testjének nevezik.

dések összességét foglalja magába. Az érintésvédelem

A berendezéseknek tehát nem minden, feszültségmentes,

tárgykörébe tartozik még a lépésfeszültség elleni védelem

vezető anyagú része test. A dobozkapcsolók falon belül elhe-

is.

lyezkedő fém szerkezeti részeit, vagy a fém vezetékrögzítő

Az érintésvédelem tehát a nem üzemszerűen feszültség alatt

szerelvényeket nem kell testnek tekinteni.

levő részek, hanem a normál üzemben feszültségmentes de

A villamos berendezések testjén tartósan csak a megengedett,

vezető részek érintéséből adódó veszélyek elkerülésére

- a legnagyobb érintési feszültségnél nem nagyobb -, feszült-

irányul.

ség lehet jelen, melyet élettanilag veszélytelen.

A veszélyesnek minősített érintési feszültség határértéke (ULimit) UL :

Ha meghibásodás következtében a berendezés testjén a veszélyesnek minősített érintési feszültség határértékénél (UL–

Általános esetben

nél) nagyobb feszültség lép fel, akkor a hibás berendezést az

ipari frekvenciás (50 Hz) váltakozóáram esetén

50VAC,

élettanilag veszélytelennek tartott időn belül le kell kapcsolni.,

egyenáram esetén

120VDC.

- élettanilag veszélytelennek tartott idő

Fokozott veszély esetén (pl. nagy fémrészek, fodrászat, kozmetika és gyermekjátékok)

0,2 s,

a hordozható vagy üzem közben áthelyezhető berendezéseket ezen belül kell lekapcsolni,


25VAC,

egyenáram esetén

60VDC.

Fokozott veszély esetén (pl. orvostechnika)

- rögzítetten elhelyezett villamos szerkezeteknél, megengedett az

5 s alatti,

- helyi egyenpotenciálra hozás (EPH) esetén megengedett a


12VAC,

egyenáram esetén

30VDC.

10 s alatti kikapcsolási idő is.

100



6.3.1 Érintésvédelmi osztályok - II érintésvédelmi osztály: a villamos berendezés testjét kettős vagy megerősített szigeAz alábbi érintésvédelmi osztályokat különböztetjük meg:

telés (érintésvédelmi szigetelés) választja el az üzemszerűen

- 0 érintésvédelmi osztály:

feszültség alatt álló részektől. Érintésvédelme a „villamos szer-

a villamos berendezés önmagában nincs ellátva érintés-

kezet elszigetelése” érintésvédelmi móddal van megoldva.

védelemmel, védővezetőhöz nem csatlakoztathatóak,

-III érintésvédelmi osztály:

- I érintésvédelmi osztály:

a villamos berendezés külső táplálású érintésvédelmi törpefe-

a villamos berendezés rendelkezik védővezető csatlakoz-

szültséggel (max. 50VAC vagy 120VDC) üzemel.

tatására alkalmas kapoccsal, bármely védővezetős érintésvédelemhez csatlakoztatható,

Az I érintésvédelmi osztály un. aktív érintésvédelmi mód, ami azt jelenti, hogy a módszer nem akadályozza meg a veszélyes feszültség, azaz a veszélyesnek minősített érintési feszültségnél nagyobb feszültség kialakulását a villamos berendezés

testjén.

Azonban,

ha

az

meghibásodás

következtében megjelenik, akkor a védelem az előírt – az

a.

élettanilag veszélytelennek tartott - időn belül kikapcsolja a

6.1 ábra: Jelölések a gyártmányokon az egyes

hibás berendezést.

b.

c.

érintésvédelmi osztályok esetén.

A II és III érintési védelmi osztályokba az un. passzív érintésvédelmi módok tartoznak, ugyanis ezeknél eleve

Az egyes érintésvédelmi osztályok esetén a gyártmányokon

megakadályozzák veszélyes érintési feszültség kialakulását

megjelenő jelölések a 6.1 ábrán láthatók.

a villamos berendezés testjén.

Az MSZ 2364-410:2002 szabvány szerinti törpefeszültség Az

a. ábra mutatja a jelzést, amely az I. érintésvédelmi

osztályú berendezés védővezető csatlakoztatására szolgáló kapcsát jelöli. 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.

(ELV „extra-low voltage”) a max. 50VAC váltakozó, illetve a max. 120VDC egyenfeszültség. A törpefeszültségű áramkörök fajtái : SELV (Safety extra-low voltage) Biztonsági (érintésvédelmi) törpefeszültség, földeletlen áramkörökkel. PELV

(Protective

extra-low

voltage)

Érintésvédelmi

(biztonsági) törpefeszültség, földelt vagy földeletlen áramkörökkel. FELV (Functional extra-low voltage) Üzemi (nem biztonsági) törpefeszültség, földelt áramkörökkel.

101



6.3.2 Áramütés elleni védelem hiba esetén (Közvetett érintés elleni védelem) Áramütés elleni védelem hiba esetére (közvetett érintés elleni védelem) védelmi módjai: • védelem a táplálás önműködő lekapcsolásával (A lekapcsolásnak be kell következnie legfeljebb 5s-on belül, ha az UL érintési feszültség meghaladja az 50VAC illetve a 120VDC értéket),

• védelem a környezet elszigetelésével, • védelem földeletlen helyi egyenpotenciálú összekötéssel (a

környezet

elszigeteléséhez

hasonló,

igen

ritkán

alkalmazott módszer), • védelem villamos elválasztással.

• védelem II érintésvédelmi osztályú (kettős vagy megerősített szigetelésű) villamos szerkezet használatával,

A szabvány háromféle érintésvédelmi módot ismer el, ezeket kétbetűs rövidítésekkel jelöli. 6.3.2.1 Védelem a táplálás önműködő lekapcsolásával

Az első betű a táphálózat tápponti földelésére (T = közvetlenül földelt (terra = föld), I= földeletlen, vagy impedancián keresztül földelt (isolated, impedancia = szigetelt, impedancia)), míg a

Aktív, vezetékes érintésvédelmi mód, ide tartozik a

második betű arra vonatkozik, hogy a védett testet mivel köti

nullázás és a védőföldelés.

össze a védővezető (T = közvetlen földeléssel, N = a

Mindkét esetben védővezető csatlakozik a villamos

táphálózat nullavezetőjével (neutral = semleges)).

berendezés testjén kialakított érintésvédelmi kapocsra és testzárlat esetén a kikapcsoló szerv az előírt, – az élettanilag veszélytelennek tartott időn belül -, lekapcsolja a hibás berendezést a hálózatról.

A védővezetőt nullázás esetén nullázóvezetőnek, védőföldelés esetén földelővezetőnek nevezik. A védővezető betűjele a PE, ami a Protective Earth (védőföld) angol szavak kezdőbetűi. A védővezető szabványos színjelölése zöld-sárga.

6.3.2.1.1 TN rendszer „Nullázás”

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.

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.

102


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.


Nullázáskor a nullázóvezető a védett villamos berendezés testjét a villamos hálózat földelt üzemi vezetőjével köti össze, impedancia szándékos közbeiktatása nélkül. A háromfázisú, kisfeszültségű elosztóhálózat közvetlenül földelt üzemi vezetője a nullavezető.

6.2 ábra Nullázott villamos berendezés; TN - C rendszer

A 6.3 ábrán külön vezetett nulla- és védővezetővel A 6.2 ábra a nullázás vázlatos kapcsolási rajzát mutatja,

rendelkező TN-S nullázás látható, ahol a harmadik S betű a

amikor a legalább 10 mm2 keresztmetszetű nullavezető

különálló (separated) nulla- (N) és védővezetőre (PE) utal.

egyúttal védővezető is (PEN vezető). Az üzemszerűen áramot vivő nullavezető a védővezetővel közös. Az ilyen rendszer betűjele a TN - C. Az első T betű (terra = föld) a közvetlen üzemi földelésre utal, vagyis arra, hogy a középfeszültségű / 0,4 kV-os

6.3 ábra Nullázott villamos berendezés; TN S rendszer

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).

Végül a 6.4 ábrán az un. vegyes rendszer TN-C-S nullázás látható.

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 !!!

103



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.

A nullázásos érintésvédelmi mód méretezési képlete így:

Az MSZ 2364-410:2002 szerint a TN rendszer (nullázás) esetén megengedett kioldási idők U0 [V] váltakozó feszültség effektív értéke

Lekapcsolási idő [s]

230 400 400 felett

0,4 0,2 0,1

Helyhezkötött berendezésnél

5s

A megszabott lekapcsolási időhöz tartozó kioldási áram, így az olvadóbiztosító vagy a kismegszakító jelleggörbéje alapján határozható meg.

A zártlati áramkörre a 6.5. ábra mutat egy példát.

ZS  Ia  UO ahol ZS a zárlati áramkör hurokimpedanciája (amit az esetek nagy részében a reaktancia elhanyagolásával a hurokellen-állással szoktak azonosnak venni), Ia az érintésvédelmi kikapcsolószerv kioldási (megszólalási) árama. Az olvadóbiztosító és kismegszakító esetén a kioldási áram a hazai gyakorlat szerint közelíthető : Ia =  In áram-védőkapcsoló esetén a kioldási áram : Ia = ∆In UO a fázisfeszültség.

Abban az esetben, ha az érintésvédelmi kikapcsolószerv megegyezik

a

zárlatvédelmi

eszközzel,

akkor

Az  kiolvadási szorzó értéke

az

érintésvédelmi kikapcsolószerv kioldási (megszólalási) árama a hazai gyakorlat szerint közelíthető : Ia =   In ahol



= kiolvadási / kioldási szorzó melyet a jelleggörbék alapján határoznak meg

In

Az olvadóbiztosító vagy kismegszakító típusa

= az olvadóbiztosító vagy kismegszakító 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

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 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

4

4

2

állnak rendelkezésre. További problémát jelent az is, hogy a gyártók jelleggörbe sávot adnak meg.

6.1 táblázat: A kiolvadási / kioldási szorzó értéke az egyes zárlatvédelmi eszközök esetén

104



Az  kiolvadási szorzó értéke

Az olvadóbiztosító vagy kismegszakító típusa

hordozható vagy üzem közben áthelyezhető villamos berendezés.

áramszolgáltatói berendezések

Általános (egyéb berendezések) (5 s-os)

6.3.2.1.2 TT rendszer „Védőföldelés”

Egyéb berendezések (EPH-ba kötve) esetén (10 s-os)

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

érintésvédelme 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

Védőföldelés szigetelt (isolated) vagy impedancián keresztül földelt üzemi földeléssel rendelkező rendszerben is lehetséges (alábbi ábra), a rendszer jele ekkor IT.

6.6 ábra: Védőföldeléssel ellátott villamos berendezés; TT rendszer

A védőföldelés működésének elve az, hogy ha a villamos berendezés testpontján - a zárlat következtében - megjelenik a zárlati áram és a földelési ellenállás szorzatának megfelelő feszültség. Ennek a megengedett UL érintési feszültség alatt kell maradni.

olvadóbiztosító és kismegszakító esetén a kioldási

A 6.7. ábrán látható, hogy ebben az esetben a testen

áram :

megjelenő feszültséget a földelési ellenállás és a zárlati áram

Ia =  In áram-védőkapcsoló esetén a kioldási áram :

szorzata határozza meg. A védőföldelés méretezési képlete így: RA  Ia  UL ahol

Ia = In UL

a

tartósan

megengedett

legnagyobb

érintési

feszültség (általában 50VAC vagy 120VDC).

RA

a védőföldelés földelési ellenállása,

Ia

az érintésvédelmi kikapcsolószerv megszólalási (kioldási) árama,

105



6.3.2.1.3 Áram-védőkapcsoló (ÁVK) Az 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

nem

elegendően kicsi, azaz a zárlati áram nem elég nagy a 6.7. ábra: Testzárlatos villamos berendezés zárlati áramköre védőföldelés esetén

Ez különösen a nagyobb teljesítményű villamos berendezés-

zárlatvédelmi szerv kioldásához.

6.8. ábra

ek védőföldelése esetén igaz, amikor az olvadóbiztosító vagy

Az áram-

a kismegszakító névleges árama nagy és a földelési ellenállás

védőkapcsolás

nem elég kis értékű a kioldáshoz szükséges áram létrehozás-

kapcsolási vázlata

ához. Ebben az esetben kell alkalmazni az áram-védőkapcsolást az érintésvédelmi kioldás céljára. Az áram-védőkapcsoló kapcsolási vázlatát az 6.8. ábra mutatja

Az áram-védőkapcsolás működésének elve az, hogy ha egy váltakozó áramú fogyasztóhoz csatlakozó összes üzemi vezető

áthalad

egy

vasmagon,

amelyben

hibamentes

berendezés esetén a fluxus nulla, mert a vasmagon áthaladó áramok összege is szükségszerűen nulla és ezzel a gerjesztés is nulla. A fluxus csak akkor lesz nullától eltérő értékű a vasmagban, ha az áramok összege nem nulla, azaz áram halad a vasmagon kívüli a védővezetőben is. A nullától eltérő váltakozó fluxus ekkor feszültséget indukál a vasmagon elhelyezett tekercsben, ami áramot indít egy kioldó relében, ami viszont bontja a berendezés kapcsolóját és így leválasztja a hibás berendezést a hálózatról. 6.9. ábra Az áram-védőkapcsolás (ÁVK) bekötése

106



Az áramvédő kapcsolás működése tehát független a védett berendezés teljesítményétől. A legérzékenyebb áramvédő kapcsolók – (FI-relék) - már 30 mA különbségi áramra is működésbe lépnek. Ezzel már az emberen áthaladó áram hatására is megszólalnak és rövid idő alatt lekapcsolnak. Az áramvédő kapcsolás nem önálló érintésvédelmi mód,

6.10. ábra Az áram-védőkapcsoló szerkezeti felépítése

hanem a vezetékes érintésvédelem kikapcsoló szerveként alkalmazható, azok legkedvezőbb érintésvédelmi kapcsolószervének tekinthető. Áramvédő kapcsoló alkalmazásakor nem szabad természetesen a védővezetőt átvezetni a vasmagon és az áramvédő kapcsolás után a védővezetőt nem szabad újra összekötni a nullavezetővel.

A

védővezetős

érintésvédelmek

(TN,

TT)

méretezési

képletében, ha kioldó szervként áram védőkapcsolót (ÁVK) alkalmazunk, akkor áram-védőkapcsoló esetén a kioldási áram : 6.11 ábra Az áram-védőkapcsoló jelölések

Ia = In

a) csak tiszta váltakozó áramra érzékeny áram-védőkapcsoló

Az áram-védőkapcsolók kioldási áramát (érzékenységét), úgy

b) váltakozó áramra és lüktető egyenáramra is érzékeny

kell megválasztani, hogy a szokásos üzemi szivárgó áramok ne

áram-védőkapcsoló c) tiszta egyenáramra érzékeny áram-védőkapcsoló

okozhassanak kikapcsolást. A javasolt érzékenységek :

d) szelektív áram-védőkapcsoló jelölése

- lakások, nyaralók 30mA

e), f) 10 ms késleltetésű áram-védőkapcsoló jelölései

- gépek, berendezések 100mA,

g), h) „villámbiztos” áram-védőkapcsoló jelölései i) -25 °C hőmérsékleten is működő áram-védőkapcsoló

- daruk esetén 300mA. Az áram-védőkapcsoló kioldási jelleggörbéje a 6.12 ábrán látható.

6.12 ábra Az áramvédőkapcsoló kioldási jelleggörbéje

A kioldást előidéző áramot (testzárlati áram) a fellépő érintési feszültség és az eredő ellenállás hányadosa határozza meg. A beépítés helyén kialakulható legnagyobb zárlati áram ellen – ha

az

áram-védőkapcsoló

áramkorlátozó

biztosítót

kell

ezt

nem

tudná

alkalmazni.

(Ez

elviselni

-,

különösen

transzformátorhoz közeli csatlakozásnál fordulhat elő).

107



6.3.2.2. Védővezető nélküli érintésvédelmi módok

6.3.2.2.1. Érintésvédelmi törpefeszültség alkalmazása

A szabvány ebbe a csoportba sorolja azokat az érintésvédelmi módokat,

amelyek alkalmazásához

Törpefeszültség alkalmazása csak akkor tekinthető

a

érintés-védelemnek, ha az így védett villamos szerkezet-

védett villamos szerkezetek testét nem kell védővezetővel

eket kizárólag érintésvédelmi törpefeszültség előállítás-

összekötni: 1. Érintésvédelmi törpefeszültség alkalmazása.

ára

alkalmas

berendezésről

táplált.

Ennek

a

megengedett értéke váltakozó áram esetén legfeljebb 50

2. A villamos szerkezetek elszigetelése.

VAC, egyenáramnál 120 VDC (ennél kisebb értéket is

3. A környezet elszigetelése.

előírhat a szabvány, például gyermekjátékok esetén

4. Földeletlen egyenpotenciálra hozás.

stb.). Ezen kívül a törpefeszültségű hálózatnak és a

5. Védőelválasztás.

fogyasztó berendezéseknek a szabvány által előírt követelményeket is ki kell elégítenie.

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, akkumulátor, mechanikusan hajtott generátor, elektronikus feszültségátalakító vagy biztonsági transzformátor segítségével. Törpefeszültség előállítása

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) játéktranszformátor; e) és f) csengőtranszformátor; g) és h) kézilámpa-transzformátor

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.

108


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).


Törpefeszültségű dugaszolóaljzat a) 42V; b) 24V Fontos, hogy nem elegendő ezeknek a dugaszolóknak és aljzatotoknak felirattal vagy színezéssel való megkülönböztetése. Egy törpefeszültségű transzformátorra (áramforrásra) elvben bármennyi fogyasztó csatlakoztatható. Biztonsági szempontok nem korlátozzák az alkalmazható vezeték hosszát sem. (Természetesen a megengedhető feszültségesés és teljesítmény igény ismerete szükséges a méretezéshez.)

6.3.2.2.2 A villamos szerkezet elszigetelése

Ez az érintésvédelmi mód a gyárilag készült és vizsgált II. érintésvédelmi osztályú gyártmányokra közvetlenül alkalmazható. Ezeknél csak arra kell ügyelni, hogy a helyszíni felszereléskor (rögzítés, vezetékekhez való csatlakozás stb.) a gyártmány védőhatását ne rontsuk el (követekző ábra).

II. Érintésvédelmi osztályú (kettős vagy megerősített szigetelésű) készülék

A toknak legalább IP 2X védettséggel le kell fednie a szerkezet üzemi szigetelésű részeit. A burkolaton figyelFontos tudni, hogy ezek a gyártmányok a jelzésről ismerhetők fel.

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

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.

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.

109


6.3.2.2.3


A környezet elszigetelése Ezeknek a szigeteléseknek megbízhatónak, állandó jellegű-

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

nek 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. Ezért az így védett berendezésekhez védővezetőt nem szabad alkalmazni.

(követekző ábra).

6.3.2.2.4 Földeletlen egyenpotenciálra hozás

A villamos szerkezetek érintésvédelmének olyan megoldása, amelyben az egyidejűleg érinthető villamos szerkezetek teste villamosan vezető összekötéssel Elszigetelés a) az ember elszigetelése a földtől; b) kézzel elérhető távolságban lévő gépek fém burkolatainak összekötése

Csak olyan földeletlen rendszerű hálózatról szabad táplálni,

azonos potenciálra hozott. Továbbá megakadályozza, hogy az ezeket megérinthető személyek (akár az összekötéseken, akár más fémszerkezeteken keresztül) földpotenciált érinthessenek.

6.3.2.2.5

Védőelválasztás

amely kielégíti a védőelválasztás táplálására előírt biztonsági követelményeket. Ez az önálló érintésvédelmi mód csak kivételesen és olyan szigorúan körülhatárolt területen (például javítóműhely, próbahely) lehet előnyös, ahol az üzemszerűen feszültség alatt álló részek közvetlen érintésével számolni kell.

A

villamos

berendezések

olyan

érintésvédelmi

megoldása, amelynél a villamos táplálást egy, csak ezt az egyetlen fogyasztót ellátó földtől szigetelt rendszerrel oldják meg.

110



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

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 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 áram-

Védő elválasztáshoz alkalmas biztonsági transzformátor jelei

forrásokról (például független akkumulátorról, robbanó-motoros

a) burkolt biztonsági transzformátor; b) beépítendő biztonsági transzformátor; c) zárlatbiztos biztonsági transzformátor; d) és

meghajtású aggregátorról).

e) elválasztó transzformátor; f) és g) borotva transzformátor

A hordozható kivitelű tápláló áramforrás érintésvédelmét a villamos szerkezet elszigetelésével kell megoldani. (

)

A védőelválasztott áramkör ismérvei :

- fogyasztó berendezéseink testét sem védővezetővel, sem

- névleges feszültsége maximum 500 V lehet;

más áramkörről táplált villamos szerkezet testével nem

- üzemszerűen vezető részei fémesen nem csatlakozhatnak

szabad összekötni;

sem földeléshez, sem más áramkör vezetőihez; - hajlékony csatlakozóvezetékei teljes hosszukon szemmel

- nem vezethető át olyan fémtestű villamos szerkezeten (például elosztó tábla, biztosító, tokozott berendezés stb.),

ellenőrizhető elhelyezésűek, a környezeti igénybevételnek

amelynek fémteste - szerkezeti okból - nincs összeépítve a

ellenállóak, legalább 380 V -os tömlővezetékek legyenek;

védőelválasztással védett fogyasztó készülékkel.

- vezetékeit a többi áramkörtől elkülönítetten (más nyomvonalon, más védőcsőben) kell vezetni;

111

Villamos-energetika I

Recommend Documents