Alajaamad II osa (0)

Tallinna Tehnikaülikool - Energeetika - Elektrijaamad

1 Hindamata

Loengukursus AEK 3025 v
Rein Oidram
_____________________________________________________________________
TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL
Elektroenergeetika instituut
ALAJAAMAD
II
AEK3025
5,0 AP 6 4-1-1 E K
(eeldusaine AES3045 "Elektrivõrgud")
TALLINN
2009
SISUKORD

Sissejuhatus
2. Alajaama struktuur ja side elektrivõrguga
2.1. Alajaama põhitüübid ja seadmete üldiseloomustus
2.2. Alajaamade talitlustingimused
2.3. Elektrijaamade sidumine elektrivõrguga.
3. Alajaama põhiseadmed
3.1. Trafo ja autotrafo
3.1.1. Trafode ja autotrafode kasutamine elektrisüsteemis
3.1.2. Trafo soojuslik talitlus
3.1.3. Trafo isolatsiooni kulumine ja koormusvõime
3.1.4. Trafole lubatavad ülekoormused
3.1.5. Elektrivõrgu neutraali ühendamine maaga
3.1.5.1. Isoleeritud neutraaliga elektrivõrk
3.1.5.2. Resonantsmaandatud elektrivõrk
3.1.5.3. Jäikmaandatud neutraaliga elektrivõrk
3.2. Kondensaatorpatarei
4. Alajaama kommutatsiooniseadmed
4.1. Võimsuslüliti
4.1.1. Elektrikaar ja elektrikaare kustutamine
4.1.2. Võimsuslülitite põhitüübid
4.1.3. Võimsuslülitite valik
4.2. Koormuslüliti
4.3. Kaarekustutuskambrita kommutatsiooniaparaadid
4.4. Sulavkaitse
4.4.1. Sulavkaitsme tööpõhimõte
4.4.2. Sulavkaitsmete tüübid
4.4.3. Radiaalvõrgu selektiivne kaitse sulavkaitsmetega
5. Alajaama elektriskeemid
5.1. Jaotlate elektriskeemi koostamise üldpõhimõtted
5.1.1. Üldist
5.1.2. Ühekordsete ja kahekordsete kogumislattidega skeemid
5.1.3. Rõngasskeemid
5.2. Alampinge- ja ülempingejaotlate elektriskeemid
5.3. Ülempingejaotlate lihtsustatud elektriskeemid
5.4. Sõlmalajaamade elektriskeemid
5.5. Elektrijaamade jaotlate elektriskeemid
6. Voolujuhtivate osade arvutus
6.1. Voolujuht kestval voolul
6.1.1. Voolujuhi kuumenemine kestval voolul
6.1.2. Voolujuhi valik kestva voolu järgi
6.2. Voolujuht lühisel
6.2.1. Voolujuhi temperatuuri tõus lühisel
6.2.2. Lühisvoolu Joule'i integraal
6.2.2.1. Joule'i integraali definitsioon
6.2.2.2. Lühisvoolu perioodilise komponendi Joule'i integraal
6.2.2.3. Lühisvoolu aperioodilise komponendi Joule'i integraal
6.2.2.4. Lühisvoolu Joule'i integraali lihtsustatud arvutus
6.2.2.5. Aparaatide termilise taluvuse kontroll
6.3. Lühisvoolu elektrodünaamiline toime
6.3.1. Elektrodünaamilised jõud voolujuhtivate osade vahel
6.3.2. Elektrodünaamilised jõud kolmefaasilises voolujuhtide süsteemis
6.3.3. Lattide elektrodünaamilise taluvuse kontroll
6.3.4. Isolaatorite elektrodünaamilise taluvuse kontroll
7. Lühisvoolu piiramine
7.1. Lühisvoolu piiramine võtetega elektriskeemi koostamisel
7.2. Voolupiiravate reaktorite konstruktsioon ja kasutamine
7.3. Voolupiiravate reaktorite valik
8. Elektriseadmete maandamine
8.1. Maandustakistus
8.2. Puute- ja sammupinge
8.3. Potentsiaali ühtlustamine
8.4. Maandusseadme konstruktsioon ja arvutus
9. Jaotlate konstruktsioon
9.1. Elektriohutust ja talitluskindlust tagavad nõuded
9.2. Ohutusvahemikud
9.3. Lahtised ja kinnised jaotlad
9.4. Kohapeal koostatavad ja komplektjaotlad
9.5. Lahtiste jaotlate konstruktiivsed iseärasused
9.6. Alajaamade piksekaitse
10. Alajaamade omatarve
11. Elektrimõõtmised. Juhtimine, kontroll ja signalisatsioon

Alajaama kommutatsiooniseadmed

Võimsuslüliti

Elektrikaar ja elektrikaare kustutamine

Võimsuslüliti on kommutatsiooniaparaat, mis on ette nähtud lühisvoolude, koormusvoolude ja liinide ning tühijooksus trafode sisse- ja väljalülitamiseks.
Vooluga elektriahela katkestamisel tekib vastavalt elektromagnetilise induktsiooni reeglitele katkestuskohal alati pinge, mille väärtus sõltub ahela induktiivsusest ja voolu muutumiskiirusest. Kui elektriahelas on piisava võimsusega toiteallikas , läheb sädelahendus seejärel üle elektrikaarlahenduseks e lühemalt elektrikaareks.
Elektrikaar on sõltumatu elektrilahendus, mida iseloomustab lahenduskanali suhteliselt suur läbimõõt (ulatub mitme sentimeetrini), tugev valguskiirgus peamiselt spektri punases ja kollases osas, väike pingelang kaare pikkusühiku kohta, ajaline püsivus, kõrge temperatuur ja vaba lahenduskanali kaardumine üles läbi kaare ülespoole liikuvate kuumenenud gaaside tõttu. Kui elektrikaart läbib vool tugevusega üle paarisaja ampri, võib see vabas õhus elektroodide eemaldumisel teineteisest enne katkemist venida isegi 10 või enama meetri pikkuseks. Kuna lülitusseadmete kontaktide lahutamine sellistele vahekaugustele on praktikas võimatu, siis ei ole näiteks alalisvoolu elektrikaare katkestamine kõrgepingetel võimalik. Alalisvoolulülitid saavad toimida näiteks nii, et suurendatakse elektrikaare takistust ja sellega vähendatakse vool kunstlikult nullini1.
Elektrikaar vahelduvvooluahelas seevastu kustub voolu igal nullist läbimisel ja süttib voolu taastumisel uuesti. Elektrikaare selline omadus võimaldab luua lülitusseadmeid, mis suudavad lahutada suure vooluga kõrgepingeahelaid. Selleks tuleb takistada kaarlahenduse taassüttimist pärast kustumist voolu nulli läbimisel. Protsessi nimetatakse lühidalt kaare kustutamiseks. Kaare taolisel viisil kustutamisel avaldub ka kaare positiivne mõju elektriahelate kommuteerimisele – elektrivool ahelas katkeb alati voolu nulli läbimise hetkel ja elektriseadmete põikiisolatsioonile maa suhtes ei teki ohtlikult suuri liigpingeid.

Elektrikaare omadused

Joonis 4.1.
Pinge- ja voolukõver elektrikaarel
Joonis 4.2
Pingelang kaare pikkusühiku kohta
Joonis 4.3
Elektrikaarega elektrivõrgu aseskeem

Võimsuslülitite põhitüübid

Joonis
Elegaaslüliti ( esiplaanil voolutrafo)

Võimsuslülitite valik

Koormuslüliti

Joonis
Koormuslüliti koos sulavkaitsmega

Kaarekustutuskambrita kommutatsiooniaparaadid

Joonis 4.ccc
Horisontaalpinnas pöörduvate nugadega kahesambaline lahklüliti
Nimipinge 110 kV, nimivool 1200 A
Joonis 4.ccc
Horisontaalpinnas pöörduvate nugadega kahesambaline lahklüliti
Joonis 4.ssss
Pantograaf-lahklüliti

Sulavkaitse

Sulavkaitsme tööpõhimõte

Sulavkaitsmete tüübid

Radiaalvõrgu selektiivne kaitse sulavkaitsmetega

Alajaama elektriskeemid

Jaotlate elektriskeemi koostamise üldpõhimõtted

Üldist

Elektrijaamade ja –alajaamade primaar - e jõuahelate kommutatsiooniaparaadid, mõõtetrafod, liigpingete piiramisseadmed, kõrgsagedusside vahendid ja kogumislatid koondatakse kompaktsetesse tervikutesse – jaotusseadmetesse e jaotlatesse. Jaotlas võetakse elektrienergia vastu toitefiidri(te)lt, milleks võivad olla õhu- ja kaabelliinide ning jõutrafode kesk- ja alampingemähiste ühendused, ning suunatakse edasi väljuvatesse liinidesse. Jaotlad koos alajaama põhiseadmetega ( trafod , reaktorid jms) moodustavad nn primaarkommutatsiooniskeemi.
Kõige levinumat tüüpi alajaamas on kaks jaotlat (kõrge- ja keskpingele, või siis kesk- ja madalpingele), kuid elektrivõrgu sõlmedes ja suuremate tarbimispiirkondade toitmiseks kasutatakse ühes alajaamas isegi kuni viit eripingelist jaotlat. Suuremate elektrijaamade juures võib jaama sidumiseks ülekandevõrguga kasutada ka ühepingelist alajaama.
Jaotlaid eristatakse peamiselt kogumislattide arvu, möödaviiklattide olemasolu ja kommutatsiooniseadmete arvu ning kasutusviisi alusel. Enamikel juhtudel kasutatakse kas ühe- või kahekordseid kogumislatte), kusjuures peetakse silmas, et latt kujutab endast kolmefaasilist konstruktsiooni, mida lihtsuse mõttes kujutatakse primaarkommutasiooniskeemidel ühejoonelistena. Millist skeemi igal konkreetselt juhtumil kasutada, sõltub nõuetest elektriedastuse töökindlusele, see aga omakorda alajaama tähtsusest elektrisüsteemis, vajadusest elektrivõrku teatud olukordades sektsioneerida ja lühisvoolude suurusest . Silmas tuleb pidada personali ohutust, seadmete hoolduse ja isolatsiooni puhastamise võimalusi ning võimalusi laiendusteks elektrisüsteemi arengu jooksul.
Kõrgepingejaotlad on seotuse tõttu ülekandevõrguga üldjuhul keerukama primaarskeemiga, keskpingejaotlatele esitatavad nõuded on nõrgemad, eriti kui on tegemist piiratud ulatusega tarbijarühmade toitmisega keskpinge /madalpinge (ingl. MV/LV) alajaamadest.
Elektrisüsteemis tuleb alati arvestada seadmete tõrkevõimalustega. Elektrijaamades, elektriliinidel ja jaotlates võivad tekkida lühised, kommutatsiooniseadmete ajamid võivad olla riknenud, võimsuslülitite kaarekustutuskeskkond on hävinud jne. Kuna suurimate voolude tekitajaks on lühised ja nende kaotamiseks tuleb võrgu riknenud element võimsuslüliti(te)ga välja lülitada, siis eriti suurt töökindlust nõudvates võrguosades arvestatakse olukorraga, kus võrgu normaaltalitluse ajal toimuva võimsuslüliti hoolduse jooksul oleks lülitit siiski vaja. Taolises olukorras saab lahenduseks olla vaid mingi fiidri ühendamine jaotlaga läbi kahe rööbitise võimsuslüliti. Selline võimalus tekib nn rõngasskeemide kasutamisega.
Lihtsamatel juhtudel piisab ahela kaitseks ühest võimsuslülitist. Kasutada võib ühe- ja kahekordseid kogumislatte.

Ühekordsete ja kahekordsete kogumislattidega skeemid

Lihtsaim ja ühtlasi odavaim on ühekordsete kogumislattidega jaotla , milles iga ühendus seotakse kogumislattidega võimsuslüliti, latilahklüliti ja liinilahklüliti abil (vt jn 5.1).
Joonis 5.1.
Ühekordsete kogumislattidega jaotla skeem
Skeemi puuduseks on jaotla väljalülitumine lühise korral kogumislattidel ja latilahklülitis. Lühis võimsuslülitis tekitab sama olukorra.
Mõnevõrra saab ühekordsete kogumislattidega jaotla töökindlust tõsta lattide sektsioneerimisega. (vt jn 5.2).
Joonis 5.2.
Ühekordsete kogumislattidega sektsioneeritud jaotla skeem
Sektsioonide arv valitakse võrdseks trafode või väiksemates elektrijaamades elektrivõrgu nimipingega võrdse nimipingega generaatorite arvuga. Sektsioneerimiseks kasutatakse võimsuslülitit või lahklüliteid. Esimesel juhul tekib ühelt latisektsioonilt toite kadumisel reservi automaatse lülitamise (RLA) võimalus, teisel juhul see võimalus puudub. Kaht jadamisi lahklülitit kasutatakse siis, kui on vaja tagada nende isolatsiooni puhastamist latisektsiooni hoolduse ja remondi ajal.
Sektsioonide arv jaotlas võib olla suurem kui kaks, kuid nelja või enama sektsiooni korral kasvab oht elektrivõrgu jagunemiseks kahte teineteisest sõltumatusse ossa .
Kõige mahukamateks töödeks jaotlas on tavaliselt võimsuslülitite hooldus ja remont. Ühekordsete kogumislattidega jaotla korral jääb sel ajal toiteta ka vastav fiider . Toitekatkestuse vältimiseks kasutatakse mõnikord möödaviiklatte (vt jn 5.3).
Joonis 5.3.
Ühekordsete kogumislattidega ja möödaviiklattidega jaotla skeem
Möödaviiklatid MVL koos möödaviiklülitiga Q5 ja möödaviik-lahklülititega võimaldavad toidet katkestamata ükshaaval remontida võimsuslüliteid Q1 kuni Q4, või puhastada nende isolatsiooni.
Mõeldav on nii kogumislattide kui mõõdaviiklattide sektsioneerimine. Joonisel 5.4 on kujutatud üks selline võimalus. Hooldustööde paindlikumaks muutmiseks võib täiendavalt kasutada möödaviiklattide sektsioneerimist lahklülitiga.
Joonis 5.4. Ühekordsete sektsioneeritud kogumislattidega ja möödaviiklattidega jaotla skeem
Seoses võimsuslülitite töökindluse kasvuga ja hooldusvälpade pikenemisega on ühekordsete kogumislattidega ning möödaviiklattidega jaotla skeem oma tähtsust kaotamas.
Joonis 5.5.
Kahekordsete kogumislattidega jaotla skeem
Suuremates jaotlates leiab kasutamist kahekordsete kogumislattidega jaotla skeem (vt jn 5.5).
Selles jaotlas on võimalikud erinevad kasutusvariandid:

Kõik fiidrid on ühendatud ühele kogumislattide süsteemile – I s või II s. Lattidevaheline võimsuslüliti Q5 võib olla sisse lülitatud ja koormust mitte kandev latisüsteem on pingestatud ning toimub pidev isolatsiooni kontroll. Koormatud latisüsteemi lühise korral on võimalik fiidrid üle viia teisele latisüsteemile.
Fiidrid on latilahklülitite abil jaotatud võimalikult võrdse koormuse alusel süsteemide vahel nii, et lülitit Q5 läbiv vool oleks minimaalne. Seda kasutusviisi nimetatakse fikseeritud ühendustega skeemiks. Skeem meenutab ühekordsete sektsioneeritud kogumislattidega jaotla skeemi, milles sektsioonilüliti rolli täidab Q5. Vajadusel võib fiidrid üle viia ühele latisüsteemile ja remontida tarbijatele elektrikatkestust tekitamata teist latisüsteemi ja puhastada selle isolatsiooni (NB! Latilahklülitite remont on keelatud. Eluohtlik!).

Kahekordsete kogumislattidega jaotla puuduseks on ümberlülituste keerukus , sest lahklülititega koormatud ahelaid kommuteerida ei tohi, tekib avatud elektrikaar. Samuti ei ole võimalik remontida võimsuslüliteid fiidreid välja lülitamata. Viimasest olukorrast aitab välja pääseda möödaviiklattide süsteem.
Kahekordsete kogumislattidega ja ühekordsete kogumislattide ning möödaviiklaatidega jaotlate eelpoolkirjeldatud juhtudel on puuduseks ühenduste tülikas suunamine jaotlast vastassuundadesse. Kui liinide ühendamine peab toimuma vastassuundadest, on kaks võimalust:

võimsuslülitid paigutatakse ühte ritta ühele poole kogumislatte vastavalt joonisele 5.5. Sel juhul on liine ja trafosid mugav ühendada ühes suunas väljuvatena, kuid vastassuunas väljumiseks tuleb ühendus teha üle kogumislattide,
võimsuslülitid paigutatakse kahte ritta kahele poole kogumislatte. Ühed kogumislatid võib ehitada U-kujuliselt ümber teiste lattide (vt jn 5.6).

Joonis 5.6.
Kahekordsete kogumislattidega kahes suunas avaneva jaotla skeem
Kahekordsete kogumislattidega jaotlas on samuti võimalik kasutada möödaviiklatte, mis võimaldab ühendust katkestamata hooldada ja asendada ühenduse võimsuslülitit.
Jaotlaid saab iseloomustada kahe olulise näitajaga. Esiteks on selleks töökindlus. Teiseks on jaotlate ökonoomsuse näitaja võimsuslülitite arv ühe ühenduse (fiidri) kohta Nf. Suur võimsuslülitite arv näitab jaotlale tehtavate investeeringute mahtu ja ka hoolduskulusid. See võimsuslülitite erikulu Nf ei tohiks olla liig suur.
Joonisel 5.1 kujutatud skeemile Nf = 1 VL/fiider. Sektsioonidevahelise lüliti kasutamisega saame erikuluks (jn 5.2)
Sama Nf väärtus saadakse möödaviiklüliti kasutamisel (jn 5.3).
Joonis 5.7
Sektsioneeritud kahekordsete kogumislattidega ja möödaviiklattidega jaotla skeem
Sektsioneerimise ja möödaviiklattide kasutamisega suureneb võimsuslülitite erikulu veelgi. Joonise 5.4 skeemile saame
Võimsuslülitite suur erikulu sunnib otsima lihtsustusi. Sellega seoses on joonisel 5.7 kujutatud jaotlas ühitatud lattidevahelise ja möödaviiklüliti funktsioon ja skeemi on lisatud odavam möödaviik-lahklüliti MVLL. Võimsuslülitite erikuluks saame
Edasiseks lihtsustamiseks võib loobuda ühe kogumislati sektsioneerimisest ja koguni kasutada ühtainsat möödaviiklülitit. Kahjuks suurendavad kõik sellised võtted käidu ebamugavust ja vähendavad jaotla töökindlust.
Oluliselt lihtsamaks kujuneb kombineeritud skeem, milles üht kogumislatti võib kasutada nii töölatina kui ka möödaviiklatina (jn. 5.8).
Joonis 5.8
Kahekordsete lattidega kombineeritud töö- ja möödaviiklattidega skeem

Rõngasskeemid

Elektrivarustuse töökindluse tõstmiseks kasutatakse jaotlates ühe fiidri kaitseks kaht võimsuslülitit. Sellise jaotla kõige odavamaks variandiks on nn hulknurkskeem.
Joonisel 5.9 on kujutatud kuusnurkskeem, milles võimsuslülitid Q1 … Q6 on ühendatud kuusnurgaks ja fiidrid F1 … F6 väljuvad kuusnurga tippudest. Normaaltalitluses on kõik võimsuslülitid sisselülitatud asendis ja kõik lahklülitid on samuti suletud. Lühise korral mistahes fiidris lülituvad välja selle fiidriga vahetult külgnevad võimsuslülitid ja kuusnurk katkeb. Selles seisneb hulknurkskeemide peamine puudus, kuna mingi võimsuslüliti hoolduse ajal võib lühis mõnes fiidris lahutada hulknurga osadeks (näiteks lüliti Q1 hooldusel jätab lühis fiidris F5 omavahel ühendatuks ühelt poolt ainult fiidrid F1 ja F6 ning teiselt poolt fiidrid F2, F3 ja F4. Ülekandevõrgus võiks selline olukord tekitada mõne võrguosa saartalitluse.
Joonis 5.9
Kuusnurkskeem
Ülalkirjeldatud põhjusel ei kasutata neljast suurema nurkade arvuga hulknurkskeeme.
Joonis 5.10
Nelinurkskeem
Enim on nt 330 kV võrkudes levinud kolmnurkskeemid, sest siis ei ole enam süsteemi osadeks lagunemine võimalik. On võimalik kogu jaotla väljalülitumine, kuid jaotla elementide väikese arvu tõttu on see vähetõenäone.
Suurima töökindluse tagavad kahekordsete lattidega kahe võimsuslülitiga ahela kaitseks jaotlad (jn. 5.11). Jaotla kõik võimsuslülitid on sisse lülitatud ja neid lülitatakse välja ainult lüliti või kogumislattide hoolduseks (isolatsiooni puhastus, lüliti ülevaatus) ja lühiste korral fiidrites või lattidel. Joonisel ülemise või alumise rea võimsuslülitite väljalülitamine ei tekita jaotla fiidrite üksteisest eraldumist.
Joonis 5.11
Kahekordsete lattidega ja kahe võimsuslülitiga fiidri kohta jaotla skeem
Selles jaotlas võimsuslülitite erikulu on
Kuna Nf on ülemäära suur ja jaotlad osutuvad väga kalliks, siis kasutatakse lihtsustatud variante, kus võimsuslülitite arv on oluliselt väiksem ja töökindluse kadu ei ole samal ajal liig suur. Sellistest jaotla skeemidest on sagedamini kasutatav nn 3/2-skeem (nimetatakse veel poolteistskeemiks, vt jn 5.12). Ka selle skeemi korral hoitakse kõiki võimsuslüliteid sisselülitatud asendis. Välja lülitatakse neid ainult lühiste puhul või hoolduseks. Võrreldes kahe lüliti skeemiga tekib võimalus mõne ühenduse katkemiseks lüliti hoolduse ajal. Näiteks lüliti Q1 hoolduse ajal toimuv lühis liinil L1 jätab ühenduseta ka liini L5.
Jaotlates lülitite arvu edasiseks vähendamiseks leiab harvemini kasutamist veel nn 4/3-skeem (1,33-skeem), milles lattide vahele ühendatakse nelja võimsuslüliti ahelad kolme fiidriga selles ahelas.
Joonis 5.12
3/2-skeem (poolteistskeem)

Ülempingejaotlate elektriskeemid

Jaotises 5.1 esitatud jaotlate primaarskeemide kasutamine sõltub alajaama tüübist (sõlm-, läbiv-, väljavõttel või lõppalajaam), toitepiirkonna suurusest, alajaama tähtsusest elektrisüsteemis jms. Oluline on ka alajaama paiknemine kas linnaruumis või maapiirkonnas. Erinevad on jaotlate skeemid ülem-, kesk- ja alampingel.
Suurimad nõuded töökindlusele esitatakse sõlmalajaamade ülempingejaotlatele pingega 110 kV ja enam. 330 kV jaotlates kasutatakse skeeme kahe võimsuslülitiga ahela kaitseks. Suure maksumuse tõttu jn 5.12 skeem kasutamist ei leia (võimsuslülitite arv fiidri kohta on liig suur). Enamat kasutamist leiab 3/2-skeem, seda eriti näiteks suuremate elektrijaamade juures, kus plokkide “generaator-pinget tõstev trafo” arv võib olla suurem kui kolm.
Juhul, kui alajaama ülempingelisse jaotlasse on ühendatud kaks pinget alandavat trafot, leiavad kasutamist nn latid-trafo plokkskeemid, kus loobutakse trafoühenduste võimsuslülititest (vt jn 5.13). Skeemi koostamisel lähtutakse trafode oluliselt suuremast töökindlusest võrreldes õhuliinidega.
Joonis 5.13
Skeem “latid-trafod” kahe võimsuslülitiga väljuva liini kohta
Juhul, kui õhuliinide arv on suurem, võib jn 5.13 kujutatud skeemis liinide ühendused asendada 3/2-skeemi põhimõttel loodud skeemiosadega.
Eriti oluliste sõlmalajaamade ülempingejaotlate skeemid koostatakse mõnikord ka ühtainsat konkreetset alajaama silmas pidades. Joonisel 5.14 on esitatud üks võimalik ülempingejaotla skeem kolme trafo ja kolme õhuliiniga. Selles on loobutud ühe trafo (T1) fiidri võimsuslülititest ja trafo on ühendatud lattidega plokki.
Joonis 5.14
Sõlmalajaama ülempingejaotla skeem

Keskpinge- ja alampingejaotlate elektriskeemid

Käesolevas jaotises peetakse keskpingejaotlatena silmas enama kui kahe pingeastmega alajaama keskmise (või keskmiste, kui on mitu) pingega jaotlaid ja alampingejaotlatena kõige madalama, kuid 35 kV mitte ületava pingega jaotlaid. Näiteks nelja pingeastmega 330/110/35/10 kV alajaamas loeme keskpingejaotlateks 110 kV ja 35 kV jaotlaid ning alampingejaotlaks 10 kV jaotlat. Samal ajal 110 kV pingeklassi loetakse pinge väärtuse alusel kõrgepingeks ja 35 kV pingeklassi keskpingeks.
Keskpingejaotlate elektriskeemi määrab jaotla kaudu toidetava elektrivõrgu tähtsus süsteemis. Kui pingeks on 110 kV kõrgepinge, siis sellel pingel elektrivõrk on reeglina silmusvõrk, mis on ette nähtud suurema piirkonna ülekandevõrguks. Rikked jaotlas toovad kaasa suuri kahjumeid nii tarbijatele, aga ka elektrivõrgule müümata jäänud energia ning võimalike kahjude kompenseerimistaotlust rahuldamise tõttu. Sellise keskpingejaotla töökindlus peab olema suur ja enamikel juhtudel kasutatakse kahekordsete lattide ja ühe võimsuslülitiga ahela kaitseks skeeme. Eriti olulistel juhtudel on lisaks veel kasutatud möödaviiklatte.
Alampingejaotlad toidavad piiratud ulatusega piirkondade radiaalvõrke ja nende arv võrreldes kõrgema pingega jaotlate arvuga on suur. Esmatähtsaks muutuvad investeeringute suurus ja lisaks töökindlus.

Ülempingejaotlate lihtsustatud elektriskeemid

Joonis 5.
Väljavõttel, ühe siseneva liiniga alajaam
Joonis 5.
Väljavõttel kahe trafo alajaam

Voolujuhtivate osade arvutus

Voolujuht kestval voolul

Voolujuhi kuumenemine kestval voolul

Vooluga juhi kuumenemist põhjustavad kaod juhti läbivast voolust , pöörisvoolukaod, ümbermagneetimiskaod ja dielektrikuskaod. Dielektrikuskaod võivad olla olulised kaablites ja läbiviikisolaatorites, kuid nad ei põhjusta tavaliselt juhtide temperatuuri olulist tõusu. Ümbermagneetimiskaod on väga olulised magnetmaterjalidest elektrivoolu kandvates ahelates (maanduselektroodid, terassõrestikud jms.), pöörisvoolukaod võivad tõsta juhte ümbritsevate kaitsekatete temperatuuri ja sellega kaudselt ka juhi temperatuuri. Jaotlate põhielementideks on isoleerimata paljasjuhid ja neile on peamiseks kadude allikaks läbiv vool.
Voolujuhtide temperatuuritõusu tuleb piirata kolmel põhjusel:

isolatsiooni majandusliku eluea tagamiseks,
elektrikontaktide töökindluse tagamiseks ja
metallide mehaanilise tugevuse märgatava vähenemise ärahoidmiseks.

Mainitud eesmärkide saavutamiseks tuleb kehtestada juhtidele püsitalitluse ja siirdeolukordade suurimad lubatavad temperatuurid. Esimesena tuleb vaadelda voolujuhtide temperatuuritõusu lubatud piire püsitalitluses.
Isolatsiooni majandusliku eluea tagamise aluseks on temperatuurikindluse klassid , mis näitavad, millisel temperatuuril võib isolatsioon talitleda vähemalt 20000 tundi. Temperatuurikindluse klasside alusel leitakse temperatuurid, millel isolatsioon võib püsivalt talitleda ettenähtud eluea kestel, milleks tavaliselt loetakse 20 kuni 30 aastat.
Põhilised temperatuurikindluse klassid on järgmised:
Temperatuurikindluse klassi tähis
Y
A
E
B
F
H
C
Temperatuur, oC
90
105
120
130
155
180
üle 180
Elektrikontaktide töökindluse hindamisel tuleb arvestada sellega, et kontakti näivpindala (kontakti mõõtmetele vastav pindala) on pinnakareduse tõttu oluliselt suurem kontakti voolujuhtivast pindalast. Voolu ülemineku kohas ühest kontakti poolest teise tekkivad nn ahenemispiirkonnad, milles voolutihedus on suur ja nende piirkondade temperatuur on muudest kontakti osadest kõrgem. Kõrgemal temperatuuril võivad kontakti pooled seetõttu oksüdeeruda, nende vahele võib tekkida isegi sädelus ja temperatuuri edasine tõus, mille tagajärjeks on kontaktipoolte keevitumine või vastupidi elektrijuhtivuse kadumine.
Kontaktide lubatud kestevtemperatuur sõltuv juhi materjalist, ning on vasele ja alumiiniumile +70 C. Hõbetamisega või hõbedasulamite kasutamisega saab lubatud temperatuuri tõsta.
Metallide mehaanilise tugevuse vähenemine on peamiselt seotud kristallvõre struktuuri muutustega - ümberkristalliseerumisega. See on eriti täheldatav madalama sulamistemperatuuriga metallide, nagu alumiinium puhul.
Jooni 6.1
Metalli tõmbetugevuse sõltuvus temperatuurist
Jn 6.1 kujutatud tõmbetugevuse vähenemine võib viia elektrit juhtivate konstruktsioonide lagunemiseni vibratsioonide ja elektrodünaamilise jõu löökide mõjul.
Ülalkirjeldatud kolmest mõjutegurist on kestval kuumenemisel kõige olulisem teine, s.t kontaktidele lubatud temperatuur ja seetõttu lubatakse ka voolujuhtivatele lattidele jaotlates suurimaks püsitemperatuuriks
(6.1)
Isoleerimata lati temperatuuri arvutamiseks lähtume soojustasakaalu võrrandist
, (6.2)
kus I - latti läbiva siinuselise vahelduvvoolu efektiivväärtus, A,
ra - 1 m pikkuse lati aktiivtakistus, /m,
c - lati materjali erisoojus, J/(kg·K),
G - 1 m pikkuse lati mass, kg/m,
Qko – konvektiivne soojusülekanne 1 m pikkuselt latilt, W/m,
Qki – kiirgussoojusülekanne 1 m pikkuselt latilt, W/m.
Eeldame, et latt on muutumatu ristlõikepindalaga ja homogeensest materjalist. Püsitalitluse arvutamisel lähtume sellest, et võrrandi parema poole esimene liidetav on kestval muutumatul voolul null (, s.t temperatuur on muutumatu). Nendel tingimustel võrrand (6.2) lihtsustub kujule
. (6.3)
Võrrandis (6.3) on ra lati takistus vahelduvvoolule. See takistus on sama lati alalisvoolutakistusest suurem pinnaefekti ja lähedusefekti tõttu. Esimene neist on seotud voolu koondumisega vahelduvvoolul juhi pinna lähedusse ja teine voolu koondumisega kahe rööbitise juhi lähimatesse või kaugeimatesse kihtidesse sõltuvalt sellest, kas voolud neis juhtides on samasuunalised või vastassuunalised. Teine efekt on kõrgepingeseadmetes väheoluline, kuna isolatsiooninõuetest lähtuvalt on juhtide vahekaugus piisavalt suur.
Vahelduvvoolu korral sõltub voolu koondumine juhi pinnakihtidesse elektromagnetlaine metalli tungimise sügavusest Z. Sügavusel Z on laine nõrgenenud e korda.
, (6.4)
kus - vahelduvvoolu ringsagedus, 1/s,
- lati materjali elektrierijuhtivus, S/m,
 - lati materjali absoluutne magnetiline läbitavus, H/m.
Pinnaefekti mõju juhi takistusele arvestatakse pinnaefektiteguri kp abil:
. (6.5)
Pinnaefektiteguri määramisel võetakse valemi (6.4) põhjal argumendiks , kus f on sagedus Hz ja r on 1000 m pikkuse lati alalisvoolutakistus :
, (6.6)
kus  – lati materjali eritakistus , m
l =1000 m – lati pikkus,
S – lati ristlõikepindala, m2.
Kuna pinnaefekti tõttu on voolujuhi pinnakihtides voolutihedus suurem, on eelistatud lapikud täismetallist latid või õõneslatid.
Joonisel 6.2 on toodud ristkülikukujulise ristlõikepinnaga täismetallist lati pinna-efektiteguri sõltuvus argumendist lati erinevate küljepikkuste suhte korral. Jooniselt on näha, et suurim pinnaefektitegur ja seega ka aktiivtakistus on ruudukujulise ristlõikepinnaga latil .
Õõneslattidel tuleb arvestada sellega, et lati igale välisläbimõõdule vastab optimaalne seinapaksus (vt jn 6.3).
Joonis 6.2
Ristkülikukujulisele lati pinnaefektiteguri sõltuvus argumendist
lati külgede erinevate suhete korral.
Joonis 6.3
Õõneslati seinapaksuse mõju lati aktiivtakistusele.
Alumiiniumlatt, pikkus 1000 m, sagedus 50 Hz.
Võrrandi (6.3) lahendamisel on lisaks pinnaefektile vaja arvestada ka lati alalisvoolutakistuse sõltuvust temperatuurist. Selleks võib tegeliku eksponentsiaalse sõltuvuse piisava täpsusega asendada lineaarsega (vt jn 6.4).
Kui temperatuuril
on teada juhimaterjali eritakistus , siis avaldub takistuse sõltuvus temperatuurist
. (6.7)
Avaldises (6.7) on Celsiuse nullkraadist vasakule jääva argumendilõigu väärtused vasele
ja alumiiniumile .
Joonis 6.4
Elektrijuhi takistuse sõltuvus temperatuurist lihtsustatult.
Avaldises (6.3) esitatud Qko arvutatakse lähtuvalt konvektiivse soojusülekande seaduspärasustest.
Vertikaalse pinna konvektiivse soojusülekande saab arvutada, teades keha ületemperatuuri õhu suhtes  oC ja jahutatava pinna suurust m2
. (6.8)
Tegur a avaldises (6.8) sõltub jahutava pinna mõõtmetest. Kui pinna kõrgus on 30 cm, on a = 1. Ainult 5 cm kõrguse pinna puhul on teguri väärtuseks 2,7.
Kiirgussoojusülekanne Qki leitakse kahe võrdse suurusega pinna vahel Stefan -Boltzmann’i seaduse alusel.
, (6.9)
kus T1 - keha pinnatemperatuur, K
T2 – ümbruse temperatuur, K,
 – pinna mustsus.
Temperatuuril alla 200 oC on pinna mustsuse  tüüpilised väärtused:
Oksüdeeritud Al 0,5
Haljas Al 0,04
Oksüdeeritud Cu 0,6
Haljas Cu 0,05
Värvid 0,8 – 0,95
Pliimennik 0,9
Lati lubatud voolutugevuse leidmiseks tuleb selle alalisvoolutakistus ja soojusülekanne leida lati temperatuuril +70 oC ja ümbruse temperatuuril +25 oC.
(6.10)
Siseruumidesse paigaldatud lattide korral kasutatakse ka lati lubatud temperatuuri +65 oC ja ümbruse temperatuuri +35 oC.
Tabelis 6.1 on näitena toodud lubatud voolutugevused vaskõõneslatile võrgusagedusega vahelduvvoolul, kui latt asub kas siseruumis või väljas ja kas latt on värvitud või värvimata (oksiidikihiga kaetud).

Tabel 6.1 Vasklati lubatud voolutugevused

Voolujuhi valik kestva voolu järgi

Voolujuhi valikul tuleb lähtuda suurimast kestevvoolust, mis võib voolujuhti läbida. Kestevvooluks loetakse voolusid, mis läbivad latti kauem kui 10…15 minutit, sest selle ajaga jõuab latt kuumeneda püsitemperatuurini.
Arvutusliku voolutugevuse leidmisel peab hindama elektrivõrgus esineda võivaid erakorralisi olukordi, nt ühe trafo väljalülitumist ja koormuse ülekandmist teistele alajaama trafodel, ülekandeliinide avariilistel väljalülitumistel talitlusse jäänud liinide koormuse kasvu jms. Nendest hinnangutest peab selguma nn forsseeritud talitlus, mis on aluseks lati edasisel valikul.
Kuna lattidele antakse nende kestevvoolu taluvusvõime standardsetel lati ja ümbruse nimitemperatuuridel, peab hindama tegelikus käidus esineda võivaid kõrvalekaldeid neist nimitemperatuuridest. Näiteks võib mõnes piirkonnas välistemperatuur oluliselt erineda nimitemperatuurist
või . Kuna lati lubatud temperatuuri kestvalt ületada ei tohi, siis tuleb sisse viia parandus valitud lati lubatud voolutugevusse.
Paranduse tegemisel lähtutakse asjaolust, et lati ületemperatuur on ligikaudu võrdeline seda läbiva vooluga teises astmes. Seega
ja , millest järgneb parandusega voolutugevuse Ipar avaldis
. (6.11)

Voolujuht lühisel

Voolujuhi temperatuuri tõus lühisel

Lühisvool ületab normaaltalitlusvoolu tunduvalt, kuid on lühiajaline. Vastavalt on palju suurem ka kaovõimsus latis. Juhi temperatuuri tõus toimub aja alla 1 s jooksul ( releekaitse rakendumise ja lüliti toimimise aeg) ja soojusülekannet ümbrusesse selle jooksul praktiliselt ei toimu.
Elektrivõrkudes kasutatakse tavaliselt rikkega võrguelementide (peamiselt elektriliinide) automaatset taaslülitust (TLA), kuna see aitab oluliselt parandada elektrivarustuse töökindlust. Automaatse taaslülituse korral on lühistunud ahela esimesele väljalülitusele järgnev voolupaus tavaliselt lühem kui 1 sekund. Voolupausi jooksul eriti suurt soojusülekannet väliskeskkonda toimuda ei jõua ja lati temperatuur märgatavalt ei vähene. Voolupausile järgneval lülitamisel lühisele (TLA oli ebaedukas ) toimub lati edasine kuumenemine ja seetõttu võib lühise kestuseks lugeda kahe teineteisele järgneva lühise kogukestust tvl (vt jn 6.4).
Et voolujuhi kuumenemist võib vaadelda adiabaatilisena ja avaldisest (6.2) võib ära jätta parema poole teise liidetava, siis võtab avaldis kuju
. (6.12)
Lati adiabaatiline kuumenemine võiks toimuda praktiliselt lineaarselt selle temperatuurilt enne lühist (algtemperatuurilt)
kuni lõpptemperatuurini , kuid arvestada tuleb juhi elektritakistuse ja soojusmahtuvuse kasvuga temperatuuri tõustes.
Joonis 6.4
Juhi temperatuuri sõltuvus ajast lühisel
Tehes temperatuuritõusuga kaasnevad takistuse ja soojusmahtuvuse suurenemist arvestavad asendused, saame võrrandi (6.12) ümber kirjutada kujul
, (6.13)
kus S – lati ristlõikepindala,
c1 – lati materjali erisoojus,
c – lati materjali erisoojuse muutumist arvestav konstant (eritakistuse muutumist arvestava konstandi analoog ).
Diferentsiaalvõrrandi integreerime rajades lühise alghetkest t = 0 ahela väljalülitamiseni hetkel tvl ja lühise algtemperatuurist lühisel
kuni selle lõpptemperatuurini
. (6.14)
Võrrandis (6.14) teeme asenduse
. (6.15)
Suurust Bk nimetatakse lühisvoolu Joule’i integraaliks ja selle mõõtühik on A2s.
Võrrandi lahendiks on
. (6.16)
Kahjuks on lati otsitav lõpptemperatuur lühisel
lahendis ilmutamata kujul ja selle leidmiseks on otstarbekas kasutada nomogrammi. Selleks tähistame võrrandis (6.16)
. (6.17)
Kui eeldada lati algtemperatuuriks lühisel = 0oC, siis on kolmele erinevale elektriseadmetes kasutatavale juhtivmaterjalile võrrandi (6.16) alusel koostatud nomogramm esitatud joonisel 6.5.
Joonis 6.5
Lühise lõpptemperatuuri leidmise nomogrammid kolmele juhtivmaterjalile.
Kui lati tegelik algtemperatuur on suurem kui 0 oC, siis saab nomogrammi kasutada tegelikule algtemperatuurile vastava fiktiivse Joule’i integraali Ak1 leidmiseks, mis oleks lati temperatuuri sellele temperatuurile tõstnud.
Liites fiktiivse Joule’i integraali tegelikuga, saame lõpptemperatuurile vastava Joule’i integraali väärtuse:
. (6.18)
Leitud lõpptemperatuuri võrreldakse lati materjalile lubatava temperatuuriga lühisel, mis on kestval kuumenemisel lubatavast temperatuurist oluliselt kõrgem. Näiteks lubatakse vasklatile lõpptemperatuuri = 300 oC ja alumiiniumlatile 200 oC.
Kui on täidetud tingimus , on latt lühist termiliselt taluv.
Elektriseadmete projekteerimisel ja talitluse hindamisel on sageli vaja eelneva alusel leida ka “pööratud” lahendeid .
Näiteks võib osutuda vajalikuks leida suurim Joule’i integraal, millele latt on veel taluv
, (6.19)
kus - Akmax on lati materjalile lubatav suurim Joule’i integraali väärtus.
Teise sageli kasutatava arvutuse kohaselt leitakse minimaalne lati ristlõikepindala, mis tagab antud Joule’i integraali korral lati termilise taluvuse:
. (6.20)
Kui lähtutakse lati algtemperatuurist, milleks on kestva kuumenemise lõpptemperatuur, siis on võimalik erinevatele juhtivmaterjalidele anda ette väärtused
(6.21)
ja võrrand (6.20) saab lihtsa kuju
. (6.22)

Lühisvoolu Joule'i integraal

Joule'i integraali definitsioon

Valemi (6.15) alusel määratletakse lühisvoolu Joule’i integraal lühisel kogukestusega tvl
Avaldise võrdlemine Joule’i seadusega näitab, et lühisvoolu Joule’i integraal on lühise kestusel tvl takistuses 1  eralduv soojushulk .
Lühisvool koosneb perioodilisest ip ja aperioodilisest ia komponendist ning me võime kirjutada
. (6.23)
Märkus. Valemis on lihtsuse eesmärgil aja tvl asemel kirjutatud t.
Aperioodiline lühisvool on ajakonstandiga Ta ajas sumbuv alalisvool. Perioodiline lühisvool on võrgusageduslik vool, mis olenevalt lühise paiknemisest elektrivõrgus võib olla teatud piirides sumbuv või mittesumbuv. Oma mõju on ka automaatsetel ergutusregulaatoritel (vt Ü. Treufeldt . Lühised elektrisüsteemides. TTÜ. Tallinn. 2002).
Joonisel 6.6 on kujutatud kogulühisvoolu ja selle komponentide muutumine ajas. Perioodiline komponent on joonisel esitatud nii ajas muutumatu kui ka ajas sumbuva amplituudväärtusega. Joule’i integraali arvutamisel automaatse ergutusregulaatori mõjuga tavaliselt ei arvestata ja lähtutakse generaatorite perioodilise ülimööduva ja mööduva voolukomponendi keskmisest ajalisest sumbuvusest ajakonstandiga T. Joonisel 6.6 esitatud kõveratel on aperioodilise voolu ajakonstandiks võetud Ta = 0,05 s ja perioodilise voolukomponendi sumbuvuse ajakonstandiks T = 0,3 s.
Joonis 6.6
Lühisvoolu komponendid
Lühisvoolu perioodilist komponenti esitatakse tavaliselt selle efektiivväärtuse kaudu. Efektiivväärtus
leitakse lihtsustatult nii, et võetakse perioodilise voolu amplituudide mähisjoon, mis jagatakse siinuskõvera kujuteguriga (vt jn 6.7). Selliselt leitud lühisvoolu perioodilise komponendi efektiivväärtus lühise alghetkel on ülimööduv lühisvool
ja amplituudväärtus on . Kui lühis kestab elektrikaare kustumise hetkeni tvl sekundit, siis lühisvoolu perioodilise komponendi efektiivväärtus on sel hetkel Ikt.
Eeltoodut arvestades võib lühisvoolu komponentide avaldised kirjutada kujul
. (6.24)
Joonis 6.7
Lühisvoolu perioodiline komponent ja selle määratlused
Avaldis (6.23) võtab kuju
(6.25)
Valemis (6.25) on parema poole viimane liidetav kõrgemat järku lõpmata väike suurus ja läheneb kiiresti nullile ning seega võime kirjutada
. (6.26)
Avaldisest (6.26) nähtub, et Joule’i integraali arvutamiseks võib teineteisest lahus arvutada lühisvoolu perioodilise ja aperioodilise komponendi Joule’i integraali.
Keeruka kujuga elektrisüsteemis on Joule’i integraali täpne arvutamine väga keerukas, kuna lühisekoha suhtes asuvad erinevate elektrijaamade generaatorid erinevatel (elektrilistel) kaugustel. Kaugusest sõltub generaatorite lühise perioodilise voolukomponendi reaktsioon voolu äkkmuutustele. Elektriliselt kaugete lühiste korral on perioodilise komponendi efektiivväärtuse muutumine vähemärgatav, samas aga elektrijaamade lähedal on sõltuvus suur. Sellises olukorras on sobiv teisendada tegelik elektrisüsteem ekvivalentseks kaheharuliseks, milles ühte harusse on koondatud elektriliselt lähedal asuvad suured elektrijaamad ja teise lühisest elektriliselt kauged elektrijaamad. Esimeste reaktsioon lühisvoolu suurenemisele on tugev, teisi võime vaadelda nn süsteemiharuna, mille perioodilise voolukomponendi efektiivväärtust võib vaadelda konstandina.
Joonisel 6.8 on kujutatud eelöeldule vastav elektrisüsteemi kaheharuline aseskeem.
Joonis 6.8
Elektrisüsteemi ekvivalentne kaheharuline aseskeem
Selles aseskeemis on süsteemiharu perioodilise voolukomponendi efektiivväärtus ajas muutumatu () ja generaatoriharu vastav voolukomponent ajas muutuv () algväärtusega lühise tekkimise hetkel .

Lühisvoolu perioodilise komponendi Joule'i integraal

Lühisvoolu perioodilise komponendi ja selle Joule’i integraali avaldamine analüütilisel kujul on keeruka konfiguratsiooniga elektrisüsteemis praktiliselt võimatu. Seevastu võib valemi (6.ss) alusel lühisvoolu perioodilise komponendi Joule’i integraali leida, asendades voolu analüütilise kuju voolu efektiivväärtusega, sest leidmiseks on olemas lihtsustatud arvutusmeetodid. Seega
(6.27)
Toetudes aseskeemile jn. 6.8 saab avaldada
(6.28)
Nagu eespool mainiti, on avaldise (6.28) analüütiline lahendamine keerukas ja selle asemel kasutatakse järgmist lihtsustatud meetodit.
Valemis (6.28) tehakse asendused
ja . (6.29)
Asenduse tulemusena saadakse algebraline avaldis
. (6.30)
ja
väärtused on tüüpsetele turbo - ja hüdrogeneraatoritele eelnevalt välja arvutatud ja tehasekatsetustega kontrollitud, mille tulemusena on teatmematerjalina esitatud graafikud
ja . Vastavad graafikud on toodud joonisel 6.9.
Indeks 1 – turbogeneraatorid
2 - hüdrogeneraatorid
Joonis 6.9
Nomogrammid abisuuruste
ja
leidmiseks
Juhul, kui on tegemist elektriliselt kauge lühisega, s.t lühisvoolu perioodilise komponendi amplituud ajas ei muutu, on
ja avaldis (6.30) lihtsustub kujule
. (6.31)

Lühisvoolu aperioodilise komponendi Joule'i integraal

Lühisvoolu aperioodilised voolukomponendid aseskeemi harudes avalduvad
(6.32)
ja
(6.33)
Seega
(6.34)
Sulgude ruutu võtmise ja mõningate teisenduste järel saadakse järgmine avaldis:
(6.35)
Enamikel juhtudel elektrisüsteemis Tas = 0,04…0,2 s, Tag = 0,09…0,45 s ja lühise kestus tvl on minimaalselt 0,1 s ning suurimad väärtused võivad ulatuda kuni 2 sekundini.
Sel juhul võrrand lihtsustub oluliselt:
. (6.36)

Lühisvoolu Joule'i integraali lihtsustatud arvutus

Elektrijaamades kaugetes elektrisüsteemi osades on lühisvoolu perioodilise komponendi efektiivväärtus praktiliselt muutumatu. Sellistel juhtudel võib joonisel 6.8 kujutatud kaheharulise aseskeemi asendada veelgi lihtsama üheharulise aseskeemiga, milles on ainult süsteemiharu.
Üheharulises aseskeemis saab avaldis (6.36) kuju
. (6.37)
Kuna lühisvoolu Joule'i integraali avaldub kujul
siis lihtsustatud arvutuse kohaselt on lühisvoolu Joule'i integraal
. (6.38)

Aparaatide termilise taluvuse kontroll

Aparaatide termilise taluvuse arvutused on keerukad , kuna kasutatakse erineva ristlõikepindalaga voolujuhte (rosettkontakti, nugakontaktid, ümar- ja lapikjuhid jms), erinevad võivad olla isegi voolujuhtide materjalid. Tavaliselt sisaldavad aparaadid ka liug- ja rullkontakte, ning poltliiteid. Temperatuuritõusu arvutamine muutub ebatäpseks ja seetõttu aparaate kontrollitakse termilisele taluvusele katseliselt.
Termilise taluvuse katsetusteks kasutatakse suure rootori massiga turbogeneraatori tüüpi elektrimasinaid, mille staatorimähised on arvutatud suurtele vooludele madalatel pingetel.

Lühisvoolu elektrodünaamiline toime

Elektrodünaamilised jõud voolujuhtivate osade vahel

Kui lähestikku asuvad kaks vooluga juhti, siis võivad nende vahel tekkida jõud, mis on võimelised elektrivõrgus esinevate lühiste korral purustama elektriseadmeid.
Ühes lõpmata väikese ristlõikega juhis 1 voolava voolu i poolt teise lõpmata väikese ristlõikega rööpjuhi 2 asukohas tekkiv magnetvälja induktsioon B on teslades leitav
, (6.40)
kus a – juhtidevaheline kaugus, m,
0 = 410-7 H/m.
Erineva tugevusega voolude i1 ja i2 korral tekkivad erineva tugevusega induktsioonid B1 ja B2. Voolutugevuste ja induktsioonide erinevus juhtides kompenseerub vastastikku nii, et elektrodünaamilised jõud mõlemas juhis on vastassuunalised, kuid moodulilt võrdse väärtusega.
Jõud avalduvad
(6.41 )
Lõpmata pikkades ja lõpmatult väikse ristlõikega juhtides voolavate voolude ja magnetväljade vastasmõjul tekivad juhtides ühtlaselt jaotunud elektrodünaamilised jõud, mis on suunatud vastavalt vasaku käe reeglile ja moodulilt võrdsed:
(6.42)
Juhul, kui juhtide ristlõige on lõplik, s.t nullist erinev, tuleb arvestada sellega, et vastastikusesse mõjusse asuvad juhtide erinevates elementaarsetes ristlõigetes voolavad voolud.

Elektrodünaamilised jõud kolmefaasilises voolujuhtide süsteemis

Elektrodünaamilised jõud kolmefaasilises voolujuhtide süsteemis sõltuvad nende paigutusest (kolmnurkne, rõhtne vms), juhtide vahelisest kaugusest, lühise liigist, lühise algfaasist jms. Jäikades juhtides tekkivad jõud võivad tekitada mehaanilisi vigastusi/purunemisi. Paindjuhtmetes jõud vigastusi ei tekita, kuid juhtide nihkumine oma algasendist võib tekitada uusi lühiseid.
Joonis 6.11
Elektrodünaamilised jõud lattide vahel kahefaasilisel lühisel.

Lattide elektrodünaamilise taluvuse kontroll

Isolaatorite elektrodünaamilise taluvuse kontroll

Lühisvoolu piiramine

Lühisvoolu piiramine võtetega elektriskeemi koostamisel

Voolupiiravate reaktorite konstruktsioon ja kasutamine

Voolupiiravate reaktorite valik

Elektriseadmete maandamine

Maandustakistus

Pinnase eritakistus võrgusagedusel
(mõõtmistel sageli saadud väärtusvahemikud)
Pinnase liik
Eritakistus E m
Soopinnas
5 ... 40
Liivsavi, savi, mustmuld
20 ... 200
Liiv
200 ... 2500
Kruus
2000 ... 3000
Murenenud kivim
Enamasti alla 1000
Liivakivi
2000 ... 3000
Graniit
kuni 50000
Moreen
kuni 30000
Niiskusesisalduse muutumine võib põhjustada pinnase eritakistuse ajalisi muutusi kuni mõne meetri sügavuseni. Lisaks sellele tuleb arvesse võtta, et pinnase eritakistus võib tunduvalt muutuda koos sügavuse suurenemisega, kuna tavaliselt koosneb pinnas selgesti eristatavatest eri omadustega pinnasekihtidest.
Võrkmaanduri valgumistakistus on ligikaudu
milles D on sellise ringjoone läbimõõt, mille pindala võrdub võrkmaanduri pindalaga.
Riba- või ümarmaterjalist või kiudjuhtmest rõhtsate sirg- ja rõngasmaandurite valgumistakistus homogeenses pinnases on arvutatav järgmiste valemitega :
sirgmaandur
rõngasmaandur
L sirgmaanduri pikkus m,
rõngasmaanduri läbimõõt m, d ümarelektroodi või kiudjuhtme läbimõõt või ribaelektroodi pool laiust m (joonis kehtib d = 0,015 m puhul), E pinnase eritakistus m
Homogeensesse pinnasesse süvistatud püstmaanduri valgumistakistus on arvutatav valemiga
L maandusvarda pikkus m, d maandusvarda läbimõõt m (joonis kehtib d = 0,02 m puhul), E pinnase eritakistus m

Puute- ja sammupinge

Potentsiaaliühtlustus

Maandusseadme konstruktsioon ja arvutus

Jaotlate konstruktsioon

Elektriohutust ja talitluskindlust tagavad nõuded

Elektrialajaamade metallosad võivad olla pingestatud või pingealdis.
Pingestatud metallosadeks on elektrijuhid, mida kasutatakse normaaltalitluses elektrienergia edastamiseks. Pingestatud osadeks võivad olla ka mitmesugused juhtimis- ning mõõteahelad.
Pingealdis juhtivateks osadeks on elektriseadme puutevõimalikud juhtivad osad, mis normaalselt ei ole pingestatud, kuid võivad pingestuda isolatsioonirikke tagajärjel.
Paigaldised peavad olema ehitatud selliselt, et pingestatud osade juhuslik puudutamine või juhuslik ulatumine pingestatud osade läheduses asuvasse ohutsooni oleks välditud. Seda nimetatakse otsepuutekaitseks.
Kaitstud peavad olema nii pingestatud osad kui ka talitlusisolatsiooniga osad ja osad, mis võivad kanda ohtlikku potentsiaali. Talitlusisolatsiooni ei loeta elektriohutuse seisukohalt piisavaks.
Kaitse võib olla saavutatud mitmesugusel viisil:

kaitse ümbrise abil,
kaitse piirde abil,
kaitse tõkke abil,
kaitse pingestatud osade paigutamisega väljapoole puuteküündivust.

Loetletud kaitseviiside rakendamisel võetakse aluseks nõutavat isolatsiooni tagavad vähimad õhkvahemikud. Need õhkvahemikud leitakse mõjuvate liigpingete alusel CENELEC’i isolatsiooni koordinatsiooni standardite EN 60071-1 ja EN 60071-2 põhjal (Eesti standardid on vastavalt EVS-EN 60071-1 ja EVS-EN 60071-2). Vähimad õhkvahemikud on toodud konspekti osas 2.2 “Alajaamade talitlustingimused”.
Joonistel 9.1.1 ja 9.1.2 on kujutatud vähimate õhkvahemike sõltuvusi võrgu nimipingest elektroodide erineva kuju korral ülikõrgepingelistes elektripaigaldistes. Sellesse pingete rühma kuuluvad Eestis 330 kV elektripaigaldised . Joonistel esitatud õhkvahemikud on esitatud ka järgnevas tabelis 9.1.1.
Tabel 9.1.1
Joonis 9.1.1
Vähimad õhkvahemikud C-pingepiirkonna võrkudes suuremate liigpingete esinemise korral (nt õhuliinidega võrkudes)
Joonis 9.1.2
Vähimad õhkvahemikud C-pingepiirkonna võrkudes väiksemate liigpingete esinemise korral (nt kaabelliinidega võrkudes)
Nõuded isolatsiooni tugevusele sõltuvad elektrivõrgu tüübist (õhuliinidega või kaabelliinidega võrk) ja kasutatavast liigpingete piiramistasemest, s.t valitud liigpingepiirikute või muude kaitsevahendite kaitsetasemest.

Ohutusvahemikud

Vähimad õhkvahemikud peavad ühelt poolt tagama elektriseadmete töökindluse, kuid teiselt poolt ka elektriohutuse. Nende vahemike alusel antakse vähimad lubatavad vahekaugused pingestatud osadeni. Neid vahekaugusi võib lugeda ohutusvahemikeks.
Kaitsepiiretena võib kasutada lausseinu, uksi , võre- või traatvõrkpiirdeid kõrgusega vähemalt 1800 mm, mis peavad tagama, et inimkeha mistahes osa ei saa küündida pingestatud osade läheduses asuvasse ohutsooni.
Kaitsetõketeks võivad olla nt katted , tõkkepuud, ketid ja köied ning alla 1800 mm kõrgusega seinad, uksed, võre- ja traatvõrkpiirded, mis oma madaluse tõttu ei kuulu piirete hulka.

Lahtised ja kinnised jaotlad

Kohapeal koostatavad ja komplektjaotlad

Lahtiste jaotlate konstruktiivsed iseärasused

Alajaamade piksekaitse

Kaitse välgu otselöökide eest
Modelleerimine , mõõtmised, vaatlused ja paljude aastate kogemused näitavad, et välgu otselööke seadmeisse saab suure tõenäosusega vältida, kui kasutada alljärgnevat piksevarraste või -trosside paigutusviisi. Joonistel 9.6.1 kuni 9.6.4 kujutatud kaitsetsoonid kehtivad paigaldiste puhul, mille kõrgus H on kuni 25 m (kasutusel 420 kV elektrivõrgus). Kõrgemate paigaldiste korral on kaitsetsoonid suhteliselt väiksemad.
Alljärgnev on esitatud kui meetod, mis tagab piisava kaitsetaseme ilma isolatsiooni-koordinatsiooni lähema käsitlemiseta.
Üksik piksetross loob piki trossi telgikujulise kaitsetsooni, mille moodustajaks (ristlõike piirjooneks) on trossist algav kaar raadiusega 2H (vt joonis 9.6.1).
Kaks piksetrossi, mille omavaheline kaugus on väiksem kui 2H, loovad kaitsetsooni, mille piiri piksetrosside vahel moodustab kõrguse 2H keskpunktist MR läbi trosside (raadiusega R) tõmmatud kaar (vt joonis 9.6.2).
Kaitsetsoon on trosside kogu ulatuses pidev.
Joonis 9.6.1 – Üksiku piksetrossi kaitsetsoon
Joonis 9.6.2 – Kahe piksetrossi kaitsetsoon
Piksevardad
Ülespoole suunatud välgukanalis (striimeris) arenevad lahendused piksevarraste korral varem kui piksetrosside puhul.
Piksevarda kaitsetsoon on üldjuhul laiem kui samasuguse kõrgusega piksetrossi puhul.
Üksik piksevarras loob nõguskoonuse kujulise kaitsetsooni, mille moodustaja on piksevarda tippu läbiv kaar raadiusega 3H (vt joonis 9.6.3).
Kahe teineteisest vähem kui 3H kaugusel asuva piksevarda vaheline kaitsetsoon moodustub varraste tippusid läbiva kaarega, mille raadius on R ja mille keskpunkt MR on kõrgusel 3H (vt joonis 9.6.4).
Joonis 9.6.3 – Üksiku piksevarda kaitsetsoon
Joonis 9.6.4 – Kahe piksevarda kaitsetsoon
Kirjandus

Электрическая часть станций и подстанций / Под ред. А.А.Васильева. Москва, 1990.

M. Lehtonen, T. Hakola. Neutral earthing and power system protection . Earthing solutions and protective relaying in medium voltage distribution networks. ABB Transmit Oy, Relays and Network Control, Vaasa , Finland .

Teknisiä tietoja ja taulukoita. ABB Strömberg, Vaasa, 1990.

Switchgear Manual . 10th edition . Edited by Henning Gremmel for ABB Calor Emag Schaltanlagen AG Mannheim. Cornelsen Verlag, Berlin . 2001.

Ü. Treufeldt. Lühised elektrisüsteemides. TTÜ. Tallinn, 2002. 160 lk.

Kõik kättesaadavad Eestis ja mujal ilmuvad elektroenergeetikaalased ajakirjad ja Interneti leheküljed (www.abb.com, www. siemens .com, www.merlingerin.com/MG/en/index.htm, www.areva-td.com, www.vatech-td.com, jms.).
1 Kahjuks pole taoline meetod rakendatav kõrgetel pingetel ja neid lüliteid käesoleva kursuse raames ei vaadelda.
) Harvem kasutatakse mõisteid üks või kaks kogumislatti ja ühe- või kahekordseid kogumislattide süsteeme.
______________________________________________________________________
TTÜ elektroenergeetika instituut Kõrgepingetehnika õppetool

.DOC Laadi alla originaalfail 59 lk · .doc · 31 allalaadimist

50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.

~ 59 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2015-08-23 Kuupäev, millal dokument üles laeti

31 laadimist Kokku alla laetud

0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

b0mb33r Õppematerjali autor

AEK3025

Alajaamad energeetika Alajaama struktuur Alajaama põhiseadmed Kondensaatorpatarei Koormuslüliti

Kasutatud allikad

Sarnased õppematerjalid

doc

Alajaamade konspekt

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Elektroenergeetika instituut ALAJAAMAD AEK3025 5,0 AP 6 4-1-1 E K (eeldusaine AES3045 "Elektrivõrgud") TALLINN 2008 Loengukursus AEK 3025 ii Rein Oidram _____________________________________________________________________ SISUKORD 1. Sissejuhatus 2. Alajaama struktuur ja side elektrivõrguga 2.1. Alajaama põhitüübid 2.2. Alajaamade talitlustingimused 2.3. Elektrijaamade sidumine elektrivõrguga

Elektrotehnika

148

pdf

Elektrirajatiste projekteerimine I - II

koormused, lisanduvad uued või kaovad olemasolevad koormused, vana- nevad seadmed, muutuvad töökindluse-, kvaliteedi- ja keskkonnaalased nõuded, ilmuvad uued tehnoloogilised lahendused, lisandub uusi elektri- jaamu jne. Võrguettevõtetes on veel suur osa alajaamu ja elektriliine nii tehniliselt kui moraalselt vananenud. Lisaks seadmete vananemisele on majanduses toimunud muutuste taga- järjel toimunud oluline koormuskeskuste ümberpaiknemine, mistõttu enamus 1970-80. aastatel ehitatud alajaamad ja elektriliinid on tippkoor- muse ajal koormatud ainult 30-40% ulatuses. Sageli asuvad alakoormatud alajaamad praeguseks kujunenud koormuskeskustest kaugel ning nende käit muutub aasta aastalt üha kulukamaks. Samas tekib üha rohkem uusi intensiivse koormuskasvuga piirkondi, kus alajaamad ja elektriliinid on tugevasti ülekoormatud või töötavad edastusvõime piiri lähedal. Tüüpilised koormuste ümberpaiknemise põhjused: 1. Omaaegsete kolhoosi- ja sovhoosikeskuste koormused on langenud

Elektrivõrgud

pdf

Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut

tarbijate elektrivarustamise tagamisel ning rikete likvideerimisel. Uued keskpingekaabelliinid Eestis tehakse kaablitega, millel on kolm alumiinium- või vasksoont ning maandatav vaskekraan või keskjuhe. Paigaldatavate kaablite nimipinge valitakse 20 (või 24) kV, arvestades üleminekut sellele pingele tulevikus. 5.2.3 Trafod Alajaamade tähtsaimad seadmed on trafod. Trafode arv alajaamas sõltub piirkonnast, kus alajaam asub, töökindluse nõuetest ja muudest teguritest. Hajaasustusega piirkondades, kus tarbimine on väike ja kõrget elektrivarustuskindlust ei nõuta, seatakse sageli üles vaid üks trafo. Linnades ja tähtsate ning kõrget elektrivarustuskindlust nõudvate tarbijatega piirkondades on alajaamades tavaliselt kaks või enam trafot. Keskpingevõrkude trafode nimivõimsuste jada on 50, 100, 160, 250, 400, 630, 800, 1000, 1600 ja 2500 kVA

Elektrijaamad

132

pdf

Elektrirajatiste projekteerimine III

Peeter Raesaar ÕHULIINIDE PROJEKTEERIMISE KÜSIMUSI ELEKTRIRAJATISTE PROJEKTEERIMINE III osa 1. Sissejuhatus. Normatiivdokumendid. Üldpõhimõtted. 2. Õhuliinidele mõjuvad koormused 3. Juhtmete ja piksekaitsetrosside arvutus 4. Mastide arvutusest 5. Vundamentide arvutusest 6. Isolaatorid 7. Õhuliinide tarvikud 8. Trassi valik, mastide paigutus trassil 2006 ÕHULIINIDE KONSTRUKTIIVOSA PROJEKTEERIMINE 1. SISSEJUHATUS 1.1 NORMDOKUMENDID. Lähtuda tuleb reast normdokumentidest. Olulisemad: • EVS-EN 50341-1:2001: Elektriõhuliinid vahelduvpingega üle 45 kV /Overhead electrical lines exceeding AC 45 kV/ – Eesti versioon etteval- mistatud ja kuulub peatselt kinnitamisele Eesti Standardikeskuse käskkir- jaga. Hõlmab õhuliinide ja tema komponentide (juhtmed ja piksekaitsetrossid, mastid, vundamendid, ühenduse

Elektrivõrgud

doc

Tarbijate elektrivarustus eksamiks valmis spikker

Tarbijate elektrivarustus 1. Elektritarbijate ja paigaldiste kategooriad elektrivarustuse töökindluse järgi: 1. kategooria tarbijad ja -paigaldised, mille elektrivarustuse katkemine võib põhjustada ohu inimeludele, seadmete kahjustusi, massilist toodangupraaki ja pikaajalisi häireid keerukas tehnoloogilises protsessis. Selliste tarbijate või paigaldiste hulka kuuluvad metallurgia-, keemia- ja mäetööstuse ettevõtted, teatrid, kinod, klubid, haiglate operasiooniruumid, raadiosidesõlmed, telefoonijaamad, veevarustuse- ja kanalisatsiooniseadmed jne. 1. kategooria tarbijate ja paigaldiste hulgas eristatakse erirühma, mille katkematu töö 1. Komplekt alajaam; on vajalik tootmise avariituks seis

Tarbijate elektrivarustus

doc

Kõrgepingetehnika

KÕRGEPINGETEHNIKA AEK 3011 KORDAMISKÜSIMUSED 1. Isolatsiooni elektrilist tugevust mõjutavad parameetrid Isolatsiooni elektriline tugevus sõltub: - materjalist - keskkonnast - pinge mõjumise ajast - jahutustingimustest - radiatsioonist - ja muudest teguritest 2. Liigpingete tekkepõhjused · atmosfäärilised liigpinged Uatm t < 50...100 s I < 200...400 kA U on statistiline suurus Joonis 1.3 Liini liigpingete esinemise tõenäosus pinge suuruse järgi Atmosfääriliste liigpingete piiramine: · piksekaitsetrossid liinidel · piksekaitsesüsteemid · liigpingepiirikud · kommutatsiooni- e siseliigpinged Usis < (3...3,5) Un isolatsiooni varu on piisav kuni 220 kV-ni üle 220 kV oluline on siseliigpingete piiramine 3. Isolatsioonile mõjuvate pingete ja liigpingete klassid ja kujud IEC 60071 järgi Joonis 1.4 Madalsageduslikud liigpinged Joonis 1.5 Transientliigpinged 4. Välisisolatsioon ja tema üldiseloomustus, lahenduste liigid

Kõrgepingetehnika

240

pdf

Elektriajamite elektroonsed susteemid

3 ELEKTRIAJAMITE ELEKTROONSED SÜSTEEMID 4 Valery Vodovozov, Dmitri Vinnikov, Raik Jansikene Toimetanud Evi-Õie Pless Kaane kujundanud Ann Gornischeff Käesoleva raamatu koostamist ja kirjastamist on toetanud SA Innove Tallinna Tehnikaülikool Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut Ehitajate tee 5, Tallinn 19086 Telefon 620 3700 Faks 620 3701 http://www.ene.ttu.ee/elektriajamid/ Autoriõigus: Valery Vodovozov, Dmitri Vinnikov, Raik Jansikene TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut, 2008 ISBN ............................ Kirjastaja: TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut 3 Sisukord Tähised............................................................................................................................5 Sümbolid .....................

Elektrivarustus

pdf

Soojusõpetuse konspekt

Tallinna Ülikool Matemaatika ja Loodusteaduste Instituut Loodusteaduste osakond Soojusõpetuse lühikonspekt Tõnu Laas 2009-2010 2 Sisukord Sissejuhatus. Soojusõpetuse kaks erinevat käsitlusviisi.......................................................................3 I Molekulaarfüüsika ja termodünaamika..............................................................................................4 1.1.Molekulide mass ja mõõtmed....................................................................................................4 1.2. Süsteemi olek. Protsess. Tasakaaluline protsess.......................................................................4 1.3. Termodünaamika I printsiip......................................................................................................5 1.4. Temperatuur ja temperatuuri mõõtmine....................................................................................5

Füüsika

Rohkem sarnaseid