Uvod Nadzemni vod je sredstvo koje omoguava prenos

Uvod • Nadzemni vod je sredstvo koje omogućava prenos snage pri visokom naponu na velika rastojanja. • Nadzemni vodovi dominantno sačinjavaju distributivne i prenosne mreže EES-a. • Pouzdanost EES-a zavisi od pouzdanosti veza u njemu • U fazi projektovanja potrebno je što bolje sagledati realne uslove eksploatacije. • U mehaničkom pogledu na pouzdanost voda dominantno utiču mehanička naprezanja koja potiču od sopstvene težine provodnika, dodatnog opterećenja usled leda i vetra, kao i promene temperature provodnika.

Elementi nadzemnog voda Nadzemni vod sastoji se od: Stubova, faznih provodnika, zaštitnih užadi, izolatora, opreme za pričvršćivanje izolatora za stub i provodnika za izolator (takozvane ovesne opreme).

Materijali za izradu provodnika nadzemnih vodova Materijali koji se koriste za izradu provodnika moraju da imaju zadovoljavajuće električne i mehaničke osobine: • Bakar (velika specifična provodnost; relativno dobra mehanička čvrstoća, velika specifična težina, visoka cena) • Aluminijum (specifična električna provodnost 61% u odnosu na bakar; mala mehanička čvrstoća, mala specifična težina, jeftiniji od bakra) • Čelik (loš električni provodnik; velika mehanička čvrstoća, sklon koroziji, velika specifična težina) • aldrej (aluminijum, magnezijum, silicijum, gvožđe), • almelek (aluminijum, silicijum, magnezijum)

Materijali za izradu provodnika nadzemnih vodova (IEC 1089)

Vrste i karakteristike čelika koji se koristi za užad nadzemnih vodova (IEC 1089) S 1 -normalna zatezna čvrstoća, S 2 -velika zatezna čvrstoća i S 3 -ekstra velika zatezna čvrstoća A-normalno pocinkovanje i B-ekstra debelo pocinkovanje

Konstrukcijski oblici provodnika za nadzemne vodove Do poprečnog preseka od 16 mm 2 provodnici se izrađuju u vidu jedne žice. Za preseke veće 16 mm 2 provodnici se izrađuju u vidu užadi da bi se obezbedila fleksibilnost. Aluminijumski provodnici preseka ispod 16 mm 2 ne koriste se za nadzemne vodove. Homogeno uže Kombinovano uže

Primeri homogenih užadi za nadzemne vodove Prednosti homogene bakarne i aliminujumske užadi: Dobre električne osobine; bolje podnosi temperaturne varijacije u odnosu na nehomogenu užad Mane: Loše mehaničke karakteristike

Primeri standardnih kombinovanih užadi za nadzemne vodove

Standardni nazivni preseci za homogenu i kombinovanu užad do preseka 240 mm 2 Stvarni preseci mogu malo da odstupaju od nazivnih i dati su u priručnicima i katalozima proizvođača.

Primeri nestandardnih nehomogenih užadi za nadzemne vodove

Kompozitni provodnici pružaju izuzetna mehanička i električna svojstva. Oni obezbeđuju prenosnu moć koja je 1, 5 - 3 puta veća nego kod konvencionalnih provodnika, pri čemu su znatno manje težine.

Specijalno uže Al-Če 45/305 formirano je od 19 elementarnih užadi i šest čeličnih žica prečnika 1, 8 mm. Elementarna užad sastoje se od jedne aluminijumske žice prečnika 1, 73 mm i šest čeličnih žica prečnika 1, 8 mm (slika a i b). Ovo specijalno uže ima veliku čvrstoću i koristise za premošćavanje velikih rastojanja jednim rasponom (rasponi preko 1000 m). a) elementarno uže za formiranje specijalnog provodnika Al-Če 45/305; b) konstrukcija specijalnog užeta Al-Če 45/305

Najveći raspon na svetu - Ameralik fjord Naponski nivo: 132 k. V Raspon: 5376 m Provodnik : čelik 40 mm

Provodnici u snopu • manje električno polјe u okolini faznih provodnika • korišćenje standardnih vrsta užadi na različitim naponskim nivoima • ušteda materijala.

OPGW (Optical Power Ground Wire) užad 1 - Al žica; 2 - alumoveld žica; 4 - cev od nerđajućeg čelika sa optičkim vlaknima ; 5 - optičko vlakno.

Optička mreža je uglavnom izgrađena korišćenjem OPGW kablova sa 48 vlakana STM-16 (2. 488 Gb/s), STM-4 (622 Mb/s), STM-1 (155 Mb/s).

Izbor poprečnog preseka faznih provodnika nadzemnog voda Propis: Presek provodnika sa kojim će se izgraditi neki dalekovod mora biti toliki da mu temperatura usled strujnog opterećenja ne pređe 80 0 C. Termička granica voda Strujno opterećenje dalekovoda koje pri spoljašnjoj temperaturi od 400 C zagreje provodnik na 800 C naziva se TERMIČKA GRANICA VODA.

Termička granica za neke standardne provodnike nadzemnog voda Temperturni korekcioni faktor

Parametri standardnih Al/Če užadi za nadzemne vodove

Stvarni presek provodnika za neki dalekovod može se odrediti na osnovu kriterijuma: • pada napona, • gubitaka aktivne snage i • ekonomskog. Minimalni preseci provodnika koji se mogu upotrebiti pri izgradnji nadzemnih vodova definisani su propisom i iznose: za bakar 10 mm 2, za aluminijum i njegove legure 16 mm 2 , za kombinovanu užad 16 mm 2 i za čelik 16 mm 2. Izbor poprečnog preseka zaštitnih užadi Presek zaštitnih provodnika bira se tako da struje asimetričnih kvarova ne izazovu njegovo termičko preopterećenje, odnosno da ga ne zagreju na temperaturu veću od 80 0 C.

Nastavljanje provodnika i užadi Propis traži da spojnica mora biti takva da izdrži najmanje 90% sile kidanja provodnika, odnosno užeta: Ako spojnice obezbeđuju 100% silu kidanja provodnika (to su kompresione spojnice) spojevi izvedeni njima ne smatraju se nastavcima.

MEHANIČKI PRORAČUN NADZEMNOG VODA

MEHANIČKI PROJEKAT NADZEMNOG VODA TREBA DA OBEZBEDI: • Da u opsegu propisom definisanih normalno mogućih stanja provodnika naprezanje u svim tačkama provodnika ne pređe normalno dozvoljenu vrednost koju deklariše proizvođač provodnika – užeta ili usvaja projektant. • Da u opsegu propisom definisanih normalno mogućih stanja provodnika rastojanje bilo koje tačke provodnika od okolnih objekata ili tla ne bude manje od vrednosti koja je propisima definisana. • Da u svim eksploatacionim uslovima rastojanje između faznih provodnika, kao i rastojanje između faznih provodnika i uzemljenih delova stuba ne bude manje od propisanog siguronosnog rastojanja koje zavisi od naponskog nivoa dalekovoda i definisano je propisima

• Da obezbedi propisan nivo mehaničke sigurnosti provodnika koji zavisi od terena, odnosno objekata preko kojih prelazi vod, odnosno, da obezbedi da u slučaju zadatog izuzetnog dodatnog opterećenja (usled leda ili vetra) naprezanje u provodnicima voda ne pređe izuzetno dozvoljeno naprezanje koje deklariše proizvođač provodnika - užeta. • Da obezbedi da svakodnevne male vibracije provodnika, odnosno posledice koje uzrokuju ovakve vibracije na mehaničke karakteristike provodnika, budu u prihvatljivim granicama. • Da spreči pojavu galopiranja provodnika

TERMIČKI EKSPLOATACIONI USLOVI ZA PROVODNIK NADZEMNOG VODA • • Snaga Džulovih gubitaka Snaga apsorpcije sunčevog zračenja Snaga hlađenja zračenjem Snaga hlađenja strujanjem

Temperaturni uslovi merodavni za proračun dalekovoda Nacionalni propis definiše da se provodnici i zaštitna užad proračunavaju pod pretpostavkom da su: • minimalna temperatura provodnika tmin=-20 0 C, • maksimalna temperatura provodnika tmax=40 0 C (? ), • temperatura pri kojoj se hvata led na provodnike t. L=-5 0 C.

Uslovi zaleđivanja provodnika nadzemnih vodova Normalni uslovi dodatnog opterećenja usled leda: Standardne vrednosti koeficijenta leda k Izuzetni uslovi dodatnog opterećenja usled leda:

Uticaj vetra na nadzemni vod Pritiska vetra na provodnik nadzemnog voda: v (m/s) - vrednost maksimalne brzine vetra koja se na posmatranom mestu javlja u proseku jednom u 5 godina.

Dodatno opterećenje provodnika usled pritiska vetra: U nekim oblastima vetar može biti kritičniji od leda u pogledu dodatnog opterećenja provodnika, pa je on merodavan za izbor provodnika i proračun izuzetnog dozvoljenog naprezanja! Ako je , onda treba usvojiti

Ekstremni klimatski uslovi Dodatni teret od leda koji je izazvao havariju na DV 110 k. V Kraljevac-Makarska

Odleđivanja provodnika nadzemnih vodova • Mehaničke metode • Termalne metode

Sprečavanje zaleđivanja provodnika nadzemnih vodova Upotreba icephobic premaza: • Efikasnost: premaz mora značajno smanjiti prianjanje leda • Trajnost i dugovečnost • Prihvatljivi troškovi životnog ciklusa • Jednostavnost primene.

MEHANIČKO NAPREZANJE PROVODNIKA 1. σnd (MPa)-normalno dozvoljeno naprezanje provodnika, odnosno zaštitnog užeta 2. σid (MPa)-izuzetno dozvoljeno naprezanje provodnika, odnosno zaštitnog užeta. 3. σmax rad (MPa)-maksimalno radno naprezanje provodnika, odnosno zaštitnog užeta.

Karakteristične vrednosti naprezanja i ostalih parametara za homogenu i Al-Če užad n-odnos preseka Al/Če Za materijale za koje po propisu nisu date vrednosti za naprezanja uzima se:

Jednačina linije provodnika u jednom rasponu Оsobine lančanice: Pretpostavke: • Idealno gipko uže (zanemarljiva otpornost na savijanje) • Homogeno opterećeno

Promena dodatnog i totalnog raspona sa promenom temperture i dodatnog opterećenja provodnika t 2<t 1

Naprezanje i sile u provodniku Horizontalna komponenta naprezanja provodnika je: Ukupno naprezanje provodnika u nekoj tački (x, y) je: Veza izmedju horizontalne komponente naprezanja i ukupnog naprezanja u provodniku

Odredjivanje znaka vertikalne komponente sile zatezanja u tačkama vešanja kosog raspona • Vertikalna komponenta sile zatezanja u višoj tački vešanja jednog raspona je uvek pozitivna • Znak vertikalne komponenta sile zatezanja u nižoj tački vešanja jednog raspona se može odrediti na osnovu: – Znaka apscisa tačaka vešanja – Odnosa stvarnog i dodatnog raspona

Definicija i proračun ugiba provodnika kod proizvoljnog kosog raspona Proračun ugiba kosog raspona: Proračun ugiba pravog raspona:

Jednačina promene stanja provodnika -izduženje uslovljeno promenom temperature -izduženje uslovljeno promenom naprezanja.

Jednačina promene stanja provodnika definisana sistemom nelinearnih algebarskih jednačina Zadate (poznate) veličine: Vektor nepoznatih je:

Izbor početnih (referentnih) uslova u jednačini stanja provodnika Moguća referentna (početna) stanja provodnika: 1. 2. Proračun početnih vrednosti za promenljive stanja:

Uprošćena jednačina stanja provodnika za umerene raspone → Jednačina stanja provodnika za umerene kose raspone:

Proračun horizontalne komponente naprezanja provodnika (σ) za određeno stanje (t, γ)

Izbor referentnog stanja (t 0, γ 0, σ0) KRITIČNI RASPON je onaj raspon pri kojem bi naprezanje provodnika na temperaturi t=-200 C bez leda i na t = -5 0 C sa normalnom dodatnom težinom usled leda bilo jednako.

Izbor referentnog stanja (t 0, γ 0, σ0) Za izbor referentnog stanja provodnika u rasaponu potrebno je uporediti stvarni raspon a sa proračunatim kritičnim rasponom akr:

Proračun maksimalnog ugiba provodnika u opsegu propisanih mogućih stanja provodnika KRITIČNA TEMPERATURA je ona temperatura provodnika pri kojoj je ugib provodnika, bez dodatnog opterećenja, jednak ugibu provodnika na t = -5 0 C koji je opterećen sa normalnom dodatnom težinom usled leda.

Kriterijum za određivanje stanja pri kojem je ugib provodnika maksimalan Maksimalan ugib se može javiti pri t=tmax (bez dodatnog oprerećenja) ili pri t=t. L=-50 C sa dodatnim opterećenjem usled leda. KRITERIJUM: tk<tmax → maksimalni ugib je pri stanju t=tmax (bez dodatnog oprerećenja) tk>tmax → maksimalni ugib je pri stanju t=t. L=-50 C sa dodatnim opterećenjem usled leda.

MEHANIČKA SIGURNOST PROVODNIKA Koeficijent mehaničke sigurnosti provodnika: Proračun koeficijenta mehaničke sigurnosti: ili

→ → Po propisu najmanja dozvoljena vrednost koeficijenta mehaničke sigurnosti je mmin=2. m 3 - za ukrštanje nadzemnog voda sa telekomunikacionim vodom; m 4 - za ukrštanje nadzemnog voda sa železničkom prugom.

Njamanju mehaničku sigurnost kod nadzemnog voda obično ima stub

GRANIČNI RASPON Granični raspon je onaj raspon pri kome se javlja izuzetno dozvoljeno naprezanje σ=σid pri m puta većoj dodatnoj specifičnoj težini usled leda od normalno dozvoljene dodatne specifične težine.

Provera mehaničke sigurnosti provodnika korišćenjem graničnog raspona → Projektant treba da uporedi svoj najveći TOTALNI raspon at sa graničnim rasponom za upotrebljeni provodnik ( nd i id), zahtevani koeficijent mehaničke sigurnosti m i normalnu dodatnu spec. težinu usled leda γnd. Mehanička sigurnost je zadovoljena ako je:

PRORAČUN ZATEZNOG POLJA POMOĆU IDEALNOG RASPONA

Promena raspona u zateznom polju pri promeni stanja provodnika

Jenačina stanja provodnika u zateznom polju

PRORAČUN ZATEZNOG POLJA BEZ KORIŠĆENJA IDEALNOG RASPONA

Referetne vrednosti promenljivih u , , jednačini stanja, ,

Rešavanje , , jednačine stanja, ,

MONTAŽNE KRIVE

Montaža provodnika na 2 x 400 k. V dalekovodu Pančevo - Rešice

GRAVITACIONI RASPON Gravitacioni raspon služi za izračunavanje vertikalnih sila koje deluju na stub i sastoji se od delova dva susedna raspona, koji su definisani rastojanjem od stuba do temena linije provodnika.

Proračun tega za kompenzaciju negativne komponente vertikalne sile u nosećem izolatorskom lancu

EKONOMSKI RASPON

EKONOMSKI RASPON Cena dalekovodnog stuba (Cst) zavisi nelinearno od visine: K - konstanta koja zavisi od materijala korišćenog za izradu stuba H - visina stuba.

MEHANIČKO OSCILOVANJE PROVODNIKA Oscilacije sa malim amplitudama Prinudna učestanost vibracija provodnika usled dejstva vetra je data empirijskom formulom: Učestanost n-tog harmonika slobodnih oscilacija provodnika: Problem rezonancije!

Projektantske mere za smanjenje svakodnevnog stresa provodnika (EDS-everyday stress) Izbor maksimalnog radnog naprezanja: Iskustvia Elektroprivrede Srbije:

Upotreba antivibracionih prigušivača

GALOPIRANJE PROVODNIKA Oscilacije sa velikim amplitudama https: //www. youtube. com/watch? v=GEGb. YRii 1 d 4 Uzroci pojave galopiranja provodnika: • Hvatanje leda uz istovremeno dejstvo vetra • Naglo otapanje leda sa provodnika • Nepovoljna konfiguraciji terena i vetar Posledice galopiranja provodnika: • Prevelika dinamička naprezanja provodnika • Kratki spojevi

Suzbijanje galopiranja na postojećim vodovima Međuprovodnički odstojnici:

Tegovi sa torzionom armaturom:

Promenom aerodinamičkih osobina provodnika: aerodinamički spojleri aerodinamički prigušivači

OSCILOVANJE PROVODNIKA U SNOPU

RASPORED PROVODNIKA I ZAŠTITNE UŽADI U GLAVI STUBA U svim pogonskim uslovima udaljenost između delova voda pod naponom od uzemljenih delova voda i stuba mora biti veća ili jednaka sigurnosnom razmaku:

Proračun potrebnih rastojanja između provodnika u sredini raspona Razmaci u sredini raspona između provodnika pri asinhronom njihanju ne smeju biti manji od sigurnosnog razmaka.

Vrednosti koeficijenta k

Proračun ugla otklona provodnika na sredini raspona usled pritiska vetra

Razmak između faznih provodnika ili provodnika i zaštitnog užeta kod niskonaponskih vodova

Proračun maksimalnog otklona izolatora na nosećem stubu usled dejstva vetra

Proracun tega za smanjenje otklona nosećeg izolatorskog lanca usled pritiska vetra na provodnik

Otklon nosećeg izolatorskog lanca na ugaono-nosećim stubovima Maksimalna sila provodnika na izolator:

Jednačina ravnoteže momenata sila:

Proracun tega za smanjenje otklona nosećeg izolatorskog lanca na ugaono-zateznim stubovima

ZAŠTITNA ZONA ZAŠTITNE UŽADI Fazni provodnici se moraju nalaziti u granicama zaštitne zone duž svih raspona i na svim temperaturama od 00 C do +400 C u uslovima bez vetra.

Fiksiranje zaštitnog užeta za stub

IZOLATORI

Kapasti izolatori

Silikonski štapni izolatori

Potporni izolatori

Mehaničko dimenzionisanje izolatora Za izolatore na nosećim stubovima mora biti zadovoljeno Za izolatore na zateznim stubovima mora biti zadovoljeno

Za izolatore na nosećim stubovima mora biti zadovoljeno Za izolatore na zateznim stubovima mora biti zadovoljeno

Električno dimenzionisanje izolatora

Pri električnom dimenzionisanju izolatora treba voditi računa o stepenu zagađenosti atmosfere što je čest slučaj u okolini većih industrijskih centara.

Mehaničko i električno ojačavanje izolatora za nadzemne vodove

Mehanički i električno ojačan 110 k. V zatezni izolatorski lanac

OPREMA ZA VEZIVANJE IZOLATORA ZA STUB I PROVODNIKA ZA IZOLATOR

Zatezni 35 k. V izolatorski lanci

STUBOVI ZA NADZEMNE VODOVE

Podela stubova • • Prema obliku Prema materijalu od kojeg su napravljeni Prema funkciji Prema mestu ugradnje

Noseći stub

Zatezni stub

Označavanje stubova

Prikazivanje stuba u projektima

ODREĐIVANJE VISINE STUBA Visine stubova nadzemnog voda moraju obezbediti da pri maksimalnim ugibima minimalno vertikalno rastojanje provodnika od tla ili objekta preko koga vod prelazi bude jednako ili veće od SIGURNOSNE VISINE

Rezerva sigurnosne visine (projektantska rezerva u ugibu), prema iskustvima "Elektroistoka" • za vodove 110 k. V: min 1, 8 m, • za vodove 220 k. V: min 2, 0 m • za vodove 400 k. V: min 2, 3 m. Rezerva sigurnosne visine obuhvata greške pri: - snimanju i crtanju uzdužnih profila trase voda, - određivanju ugiba zbog netačnosti geometrije raspona, - merenju temperature pri montaži i - kompenzuje uticaj trajnog izduženja provodnika

IZBOR ILI PRORAČUN STUBOVA Stubovi moraju biti izabrani ili proračunati tako da naprezanje materijala u bilo kom elementu stuba ne prekorači maksimalno dozvoljenu vrednost ni u jednom od definisanih slučajeva opterećenja stuba. • normalni slučajevi opterećenja stuba kada su svi delovi voda ispravni • vanredni slučajevi opterećenja stuba kada je jedan provodnik ili zaštitno uže prekinuto i to samo u jednom od raspona oslonjenih na taj stub

UZEMLJENJE STUBOVA Pojam impedansa uzemljenja stuba

STUBNI UZEMLJIVAČI IMPEDANSA STUBNOG UZEMLJENJA (koja se sastoji od više otpornosti stubnih uzemljivača međusobno povezanih zaštitnim užetom) merodavna je za napon koraka i dodira koje generiše (50 Hz) struja jednofaznog kvara. Za zaštitu od udara groma merodavna je UDARNA IMPEDANSA STUBA I STUBNOG UZEMLJIVAČA.

Udarna impedansa stuba i stubnog uzemljivača

Uzdužni profil trase voda

Označavanje dalekovoda