VISOKA ŠKOLA ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA STRUKOVNIH STUDIJA-VIŠER, BEOGRAD STUDIJSKI PROGRAM: NOVE ENERGETSKE TEHNOLOGIJE SPECIALISTIČKE STUDIJE PREDMET:SPECIJALNE ELEKTRIČNE INSTALACIJE
SPECIJALNE ELEKTRIČNE INSTALACIJE-UVODNO PREDAVANJE
PREDMETNI PROFESOR: Dr Željko Despotović, dipl.el.inž.
SPECIJALNE INSTALACIJE??? • INSTALACIJE SPECIJALNE NAMENE • INSTALACIJE NA OBJEKTIMA SPECIJALNE NAMENE • KOMPLEKSNE INSTALACIJE SAVREMENIH OBJEKATA • PROUČAVAĆE SE TEME KOJE SU OD OPŠTEG INTERESA ZA PROJEKTOVANJE • PROUČAVAĆE SE SPECIFIČNI OBJEKTI I INSTALACIJE
KRATAK SPOJ-OSNOVNE NAPOMENE •
KRATAK SPOJ JE DIREKTAN SPOJ IZMEĐU TAČAKA U ELEKTRIČNOJ INSTALACIJI IZMEĐU KOJIH JE U NORMALNIM USLOVIMA POSTIGNUT NOMINALNI NAPON INSTALACIJE
•
PRORAČUN SPOJEVA
STRUJA
KRATKIH
Iks
•
PRORAČUN ILI PROCENA????
•
UOPŠTENO U PRORAČUNU KRATKIH SPOJEVA MORAJU BITI IZRAČUNATE ili PROCENJENE DVE VREDNOSTI STRUJA
•
MAKSIMALNA VREDNOST KRATKOG SPOJA
STRUJE
•
MINIMALNA VREDNOST KRATKOG SPOJA
STRUJE
Short Circuit-SC
TIPIČNI TALASNI OBLIK STRUJE KRATKOG SPOJA
PRORAČUN STRUJA KRATKOG SPOJA • Struja kratkog spoja mora biti proračunata na svakom naponskom nivou instalacije u cilju određivanja karakteristika opreme, potrebne da izdrži i isključi kvar (najčešće kratak spoj) u što kraćem vremenskom trenutku. • Proračun struja kratkog spoja u cilju izbora zaštitne opreme i efikasne zaštite od strujnog udara • METODA IMPEDANSE • METODA SIMETRIČNIH KOMPONENATA • STANDARD IEC 60 909
SAMOSTALNI I POSEBNI IZVORI ELEKTRIČNE ENERGIJE • SAMOSTALNI IZVORI?? Pretvaraju druge oblike energije u električnu energiju i vrše snabdevanje prijemnika električnom energijom nezavisno od javne distributivne mreže Nekada se nazivaju i AUTONOMNI IZVORI ZAVISNO OD ZAHTEVA MOGU DIREKTNO ILI INDIREKTNO NAPAJATI POTROŠNJU
VETROGENERATOR SOLARNI GENERATOR
SUS MOTOR
POTROŠNJA- 1
POTROŠNJA- 2
POTROŠNJA- 3
SVAKI OD IZVORA NAPAJA SVOJU POTROŠAČKU GRUPU-NEZAVISNI SISTEMI NAPAJANJA
JEDNOSMERNI HIBRIDNI AUTONOMNI SISTEM NAPAJANJA
BATERIJA DIZEL AGREGAT
HIBRIDNI AUTONOMNI SIATEM NAPAJANJA- u kojem je izvršeno više konverzija energije u električnu
POSEBNI IZVORI ELEKTRIČNE ENERGIJE • OBEZBEĐUJU NEPREKIDNOST NAPAJANJA POTROŠAČA ELEKTRIČNOM ENERGIJOM U SLUČAJU NESTANKA MREŽNOG NAPAJANJA (NAPAJANJE IZ JAVNE DISTRIBIUTIVNE MREŽE) • U NORMALNIM USLOVIMA POTROŠAČI NAPAJAJU IZ JAVNE DISTRIBUTIVNE MREŽE
SE
• U SLUČAJU ISPADA MREŽNOG NAPAJANJA POSEBI IZVORI OBEZBEĐUJU NEPREKIDNOST NAPAJANJA POTROŠAČA • STOGA SE ONI NAZIVAJU IZVORI NEPREKIDNOG ILI BEZPREKIDNOG NAPAJANJA
PODNAPONSKO RELE
KONTROLA PUNJENJA BATERIJE AC-DC
SUS motor
BATERIJA DC-AC invertor
ZAMAJAC
POTROŠNJA ULOGA ZAMAJCA: OBEZBEĐUJE NEPREKIDNOST OBRTANJA ZAJEDNIČKE OSOVINE U TENUTKU NESTANKA MREŽNOG NAPONA I PREBACIVANJA NA SUS MOTOR
POTROŠNJA
NEPREKIDNOST NAPAJANJA OBEZBEĐENA AKUMULATORSKOM BATERIJOM I STATIČKIM ENERGETSKIM PRETVARAČIMA
SAMOSTALNI IZVOR JE USTVARI,
POTROŠAČKA GRUPA 2
NAJČEŠĆE KORIŠĆENI SISTEM NEPREKIDNOG NAPAJANJA
ULOGA BATERIJE (POSEBNI IZVOR) JE DA OBEZBEDI NAPAJANJE U PERIODU NESTANKA MREŽNOG NAPAJANJA POTROŠAČKA DO UKLJUČENJA REZERVNOG IZVORA GRUPA 3
KOJA GRUPA POTROŠAČA JE SA NAJVEĆIM PRIOROTETOM???? POTROŠAČKA GRUPA 1
BATERIJE ELEKTRIČNIH AKUMULATORA • NAJČEŠĆE KORIŠĆENI OLOVNI I METALNI (NiCd)
OLOVNI AKUMULATORI HEMIJA ELEKTROLIT: POZITIVNA ELEKTRODA: NEGATIVNA ELEKTRODA: RAZGRADNJA POZITIVNE ELEKTRODE: RAZGRADNJA NEGATIVNE ELEKTRODE: GUSTINA ELEKTROLITA PRI PRAŽNJENJU:
SUMPORNA KISELINA H2SO4 OLOVO OKSID PbO2 OLOVO Pb OLOVO SULFAT PbSO4 OLOVO SULFAT PbSO4 RASTE
NAPONSKE KARAKTERISTIKE/ĆELIJI NOMINALNI NAPON: 2V MINIMALNI NAPON: ≈1.75V NAPON ODRŽAVANJA U NAPUNJENOM STANJU: 2.23V NAPON GASIRANJA: 2.4V SAMOPRAŽNJENJE: pri 20°C gubi se oko 0.2-0.4% kapaciteta za 24h
METALNI (NiCd) AKUMULATORI HEMIJA ELEKTROLIT: POZITIVNA ELEKTRODA: NEGATIVNA ELEKTRODA: RAZGRADNJA POZITIVNE ELEKTRODE: RAZGRADNJA NEGATIVNE ELEKTRODE: GUSTINA ELEKTROLITA PRI PRAŽNJENJU:
KALIJUM HIDROKSID KOH NIKL HIDROKSID Ni(OH)3 KADMIJUM Cd HIDROKSID NIKLA Ni(OH)2 HIDROKSID KADMIJUMA Ni(OH)2 OPADA
NAPONSKE KARAKTERISTIKE/ĆELIJI NOMINALNI NAPON: MINIMALNI NAPON: NAPON ODRŽAVANJA U NAPUNJENOM STANJU: NAPON GASIRANJA:
1.2V ≈1V 1.5V 1.55V
FORMIRANJE BATERIJE I IZRAČUNAVANJE NJENOG UKUPNOG KAPACITETA
REDNA VEZA
PARALELNA VEZA
REDNO-PARALELNA VEZA
PUNJAČI BATERIJA • Izbor strategije punjenja je bitan zbog eksploatacionih svojstava baterije: produženje životnog veka, boljeg iskorišćenja, ekonomičnosti ispravljača i dovođenje baterije u stanje pogonske spremnosti ISPRAVLJAČ
POTROŠNJA STANDARDNO REŠENJE, BEZ REGULACIJE STRUJE PUNJENJA
MREŽA
REGULISANI ISPRAVLJAČ (ČOPER) MREŽA POTROŠNJA
FLEKSIBILNO REŠENJE, ČOPERSKA REGULACIJA STRUJE PUNJENJA, MOGUĆNOST OSTVARIVANJA RAZLIČITIH VREMENSKIHH PROFILA STRUJE PUNJENJA
STATIČKI UREĐAJI ZA NEPREKIDNO NAPAJANJE • Koriste se za prijemnike čiji bi i trenutni prestanak rada izazvao poremećaje u tehnološkom procesu ili u: • RAČUNSKI CENTRIMA • BOLNICAMA, URGENTNIM CENTRIMA,... i sl.!!!!
1-REGULISANI ISPRAVLJAČ 2-BATERIJA AKUMULATORA 3-INVERTOR 4-STATIČKI POLUPROVODNIČKI PREKIDAČ 5-MEHANIČKI PREKIDAČ
ALTERNATIVNI IZVORI NAPAJANJA PRIMENJENI U NAPAJANJU MALIH POTROŠAČA • ALTERNATIVNI IZVORI NAPAJANJA SU BAZIRANI NA OBNOVLJIVOJ ENERGIJI • OBNOVLJIVA ENERGIJA (neadekvatan naziv ALTERNATIVNA) • U OSNOVI JE ONA SUNČEVA ENERGIJA I SVI OSTALI OBLICI (vetar, biomasa, hidro) SU POSLEDICA NJE • SAMO SUNCE ISPORUČUJE ZEMLJI OKO 15 HILJADA PUTA VIŠE ENERGIJE NEGO ŠTO ČOVEČANSTVO DANAS TROŠI !!!!!!
STRUKTURA POTROŠNJE OBNOVLJIVE ENERGIJE U SVETU
2005 GODINA
POTENCIJAL OBNOVLJIVE ENERGIJE U SRBIJI
NAJDOMINATNIJE: ENERGIJA VODENIH TOKOVA I BIOMASE
FOTONAPONSKI SISTEMI -Energija sunca se pretvara u električnu u fotonaponskim modulima-photo voltaic (PV). -PV moduli proizvode DC napon ≈30V po modulu. -PV moduli se povezuju u niz – lanac ili “string”. -Svaki lanac se štiti odvodnicima prenapona. -DC struja se može pretvoriti u AC pomoću invertora . AC struja se: •upotrebljava direktno za sopstvene potrebe (stand alone sistemi) •isporučuje u mrežu (full feed in)
SAMOSTALNI-“OFF GRID“ SISTEM FOTONAPONSKOG NAPAJANJA
FOTONAPONSKI SISTEM POVEZAN NA DISTRIBUTIVNU MREŽU-“ON GRIDE“
VETROGENERATORSKO NAPAJANJE
TIPIČNO VETROGENERATORSKO NAPAJANJE ZA KUĆNU POTROŠNJU
MONOFAZNI SISTEM NAPAJANJA
TROFAZNI SISTEM NAPAJANJA
JEDNOSMERNI SISTEM NAPAJANJA
SISTEM ALTERNATIVNIH IZVORA NAPAJANJATIPIČNA PRIMENA (TELEKOMUNIKACIONE BAZNE STANICE)
ELEKTRIČNE INSTALACIJE SPECIJALNE NAMENE • JAVNI OBJEKTI (bolnice, sportske hale, računarski centri) • TRANSPORTNI OBJEKTI (šinska vozila,transporteri.....) • PLOVNI OBJEKTI (brodske instalacije, jahte, katamarani...) • DRUGI OBJEKTI SPECIJALNE NAMENE
ELEKTRIČNE INSTALACIJE NA TRANSPORTNIM OBJEKTIMA ELEKTRIČNA VUČA -TRAMVAJI -TROLEJBUSI -LOKOMOTIVE
ELEKTRIČNA VOZILA SPECIJALNE NAMENE -VILJUŠKARI -TRANSPORTNA VOZILA NA AERODROMIMA -OSTALA TRANSPORTNA SREDSTVA
SISTEMI ELEKTRIČNE VUČE Prema naponu i struji za napajanje električnih vučnih vozila iz kontaktne mreže sistemi električne vuče se dele na: » jednosmerne (DC) sisteme » jednofazne (AC) sisteme
JEDNOSMERNI SISTEMI ELEKTRIČNE VUČE-osnovne karakteristike • Kao glavno pogonsko sredstvo se u ovim sistemima koristi klasični motor jednosmerne struje (MJSS) sa rednom pobudom • Ovi motori imaju relativno velike snage i moraju se napajati iz izvora koji nije na vučnom vozilu • Napajanje se vrši iz kontaktne mreže sa kojom je električno vozilo spregnuto električno ali i mehanički (elastično) preko specijalnog elektromehaničkog uređaja -pantografa (tramvaji, vozovi), odnosno trolnog priključka (trole) koji se koristi kod trolejbusa. •
Energija se dovodi iz elektrovučnih podstanica (EVP) koje su smeštene duž kontaktne mreže.
ŠTA JE ELEKTROVUČNA PODSTANICA (EVP)? • U EVP se ustvari vrši AC/DC konverzija energije i one sa primarne AC strane napajaju monofaznim ili trofaznim naizmeničnim naponom, dok na sekundarnoj DC strani daju jednosmerni napon kojim se napaja kontaktna mreža. • Pomoću transformatora se taj primarni napon snižava i nakon toga ispravlja, pa se onda dovodi na kontaktni vod. • Za ispravljače su se nekada koristile živine usmerače, a danas se koriste silicijumski poluprovodnički elementi.
PRIMER NAPAJANJA TRAMVAJA I VOZOVA
•
•
Napajanje ovog tipa se izvodi kod vozova i podzemnog železničkog saobraćaja (metroi) pri čemu je napon napajanja 1.5-3kVDC, dok je kod tramvaja napon kontaktnog voda 600V(750V) DC. Kod nas je u tramvajskom saobraćaju prihvaćen sistem napajanja 600VDC. U oba ova slučaja pozitivan pol napajanja (+) se dovodi preko pantografa, dok je negativni pol (-) vezan za šine koje su uzemljene.
PRIMER NAPAJANJA TROLEJBUSA
Jednosmerni kontaktni vod je kompletno u vazduhu odnosno (+) i (-) pol napajanja se dovode preko trolnog (trole) priključka
JEDNOFAZNI SISTEMI ELEKTRIČNE VUČE-ISTORIJAT • • •
•
•
•
Ovim sistemom napajanja se napajaju isključivo pruge, odnosno železnice. Ovaj sistem napajanja je proistekao zbog velikih problema u napajanju električnih vozila velikih snaga reda veličine 1MW i više. Tako na primer za snagu od 1 MW i pri naponu kontaktnog voda od 1kV, potrebna je struja od oko 1000 A. Stoga se u ovom slučaju javlja problem poprečnog preseka i težine užeta od kojeg je načinjen kontaktni vod. Naime, mehanička čvrstoća kontaktnog užeta bi bila ugrožena velikim zagrevanjem usled ovako velikih struja od 1kA, a i rastojanje elektrovučnih podstanica bi moralo da bude kraće, zbog velikih padova napona. Električni parametri kontaktnog užeta (kontaktnog voda), i ako imaju malu podužnu vrednost, pri velikim strujama stvaraju značajne serijske padove napona. Stoga se pristupilo povećanju napona kontaktnog vodaKONSTRUKTIVNI PROBLEM!!!!!!!!
PROBLEM-POGONSKIH MJSS •
Nije bilo moguće napraviti dobre i pouzdane motore za VN kontaktnog voda. Problem se sastojao u tome što napon između kriški komutatora ne sme nikako preći vrednost kritičnog napona proboja vazduha koji iznosi oko 30kV/cm.
•
Pokušano je rednim vezivanjem dva motora čime se napon duplira, naprimer na 3 kV.
•
Ovo rešenje nije pouzdano, pošto usled kvara jednog od motora, može da strada i drugi motor.
•
Ovaj napon 3kV se i danas zadržao u nekim srednjoevropskim zemljama i razlog za današnje korišćenje ovog napona je u konzervativnosti železnice: promena infrastrukture je veoma skupa pa se maksimalno koriste postojeći resursi.
JEDNOFAZNE LOKOMOTIVE • Jednofazne lokomotive se napajaju tako što postoji jedno kontaktno uže a povratni vod je šina. • Nivo napona transformatorom.
se
reguliše
vučnim
• U staro vreme bilo je teško ugraditi ispravljače u lokomotivu zbog toga što su bili veoma veliki, pa su se stavljali samo u podstanice.
PRINCIPIJELNA ELEKTRIČNA ŠEMA POGONA DIODNE LOKOMOTIVE KONTAKTNI VOD 25kV/50Hz REDNA PRIGUŠNICA”PEGLA”STRUJU
OTPORNICI ZA SLABLJENJE POLJA
AUTO TRANSFORMATOR (GRADUATOR)
DIODNI ISPRAVLJAČ
•
ELEKTROMOTORNI POGON
Sve jednofazne lokomotive se napajaju sa kontaktnog voda 25kV/50Hz
PRINCIPIJELNA ŠEMA TIRISTORIZOVANE LOKOMOTIVE KONTAKTNI VOD 25kV/50Hz
REDNA PRIGUŠNICA
OTPORNICI ZA SLABLJENJE POLJA
AUTO TRANSFORMATOR
(GRADUATOR)
ELEKTROMOTORNI POGON
TIRISTORSKI ISPRAVLJAČ (PUNI MOST)
SAVREMENE ELEKTRIČNE LOKOMOTIVE-POGON SA TROFAZNIM ASINHRONIM MOTORIMA
ELEKTRIČNE INSTALACIJE NA PLOVNIM OBJEKTIMA •
Tokom poslednjih nekoliko decenija električne instalacije na plovnim objektima obeležavaju dve značajne karakteristike : (1)veliki porast instalisane snage i (2) gotovo isključiva primena naizmeničnih struja u napajanju
•
Jednosmerna struja ostala je u upotrebi samo na manjim ili specijalnim jedinicama.
•
Porast snage, jednostavnost rešenja, veća pouzdanost i niža cena električnih mašina su svakako važni faktori koji su doprineli takvom usmerenju.
•
Razvoj tiristorskih ispravljača sa kvalitetno regulisanim elektromotornim pogonima ponovo je aktuelizovao upotrebu jenosmerne struje kao i viših jednosmernih i naizmeničnih napona.
NAPONI NAPAJANJA NA PLOVNIM OBJEKTIMA • Naizmenični trofazni naponi koji se danas susreću na plovnim objektima su 380 V, 50 Hz, 440 V, 60 Hz, kao i trofazni i jednofazni naponi od 240, 220 i 120 V, 50 i 60 Hz. • Na objektima velikih instalisanih snaga prisutan je i visoki napon od 3/3,3; 6/6,6 i 10/11 kV, 50/60 Hz. • Na tehničkim plovnim objektima u novije se vreme primenjuju trofazni naizmenični naponi 600 V, 60 Hz, 660 V, 50 Hz i jednosmerni naponi 720V i 780V. • Prva primena navedenih povišenih napona pojavljuje se 60-tih godina na plovnim objektima koji služe za istraživanje i eksploataciju nafte.
KONCEPT SAVREMENIH INTELIGENTNIH ELEKTRIČNIH INSTALACIJA –EIB • EIB (European Installation Bus) • POTREBA ZA POVEĆANJEM FUNKCIONALNOSTI POSTOJEĆIH INSTALACIJA IZ DANA U DAN RASTE • OVE POTREBE SU USLOVLJENE TEŽNJAMA ZA SMANJENJE POTROŠNJE, POVEĆANJEM KOMFORA I POVEĆANJE SIGURNOSTI • POVEĆANJEM FUNKCIONALNOSTI KLASIČNA INSTALACIJA POSTAJE IZUZETNO SLOŽENA I KOMPLIKOVANA, I ŠTO JE NAJBITNIJE SKUPA • STOGA JE RAZVIJEN NOVI TIP SPECIJALNIH INSTALACIJA KOJI BI ODGOVORIO SLOŽENIM ZAHTEVIMA
OPŠTE KARAKTERISTIKE EIB INSTALACIJA I POREĐENJE SA KLASIČNIM ENERGETSKI (NAPOJNI) VOD
KLASIČNA INSTALACIJA
SIGNALNI VOD PREKIDAČ RAZVODNA KUTIJA
EIB
KOD KLASIČNIH INSTALACIJA SE UPRAVLJANJE VRŠI PREKIDANJEM NAPOJNOG KOLA KOD EIB INSTALACIJA SU POTPUNO, ČAK I GALVANSKI ODVOJENI UPRAVLJAČKO I ENERGETSKO KOLO KA OSTALIM UREĐAJIMA
UPRAVLJANJE JE MIKROPROCESORSKO
POREĐENJE ELEKTRIČNIH ŠEMA KLASIČNE I EIB INSTALACIJE OSIGURAČ
PREKIDAČ SVETILJKA
CELINA-1
CELINA-2
EIB PREKIDAČ POBUĐIVAČ
CELINA-1 CELINA-2
ELEKTRIČNA ŠEMA KOMANDE SA DVA MESTA SVETILJKA EIB KABL
NAIZMENIČNI PREKIDAČI
KLASIČNA INSTALACIJA POBUĐIVAČ
SVETILJKA
-EIB UREĐAJI SU POVEZANI PREKO ISTOG KABLA
EIB PREKIDAČ EIB PREKIDAČ
EIB INSTALACIJA
-KOJI PREKIDAČ ĆE UPRAVLJATI POBUĐIVAĆEM DEFINISANO JE PROGRAMIRANJEM EIB UREĐAJA -FUNKCIONALNE VEZE IZMEĐU PREKIDAČA I POTROŠAČA SE DEFINIŠU PROGRAMSKI
REALIZACIJA NEKIH FUNKCIJA U EIB INSTALACIJI DIMER
EIB KABL
POBUĐIVAČ
SVETILJKA
EIB PREKIDAČ
EIB KABL
EIB PREKIDAČ
REGULACIJA OSVETLJENJA SVETILJKE (DIMER)
SVETILJKA
EIB PREKIDAČ
EIB tajmer
TAJMERSKA FUNKCIJA
ASPEKTI KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE • PRIJEMNICI ELEKTRIČNE ENERGIJE NORMALNO RADE AKO SU NAPON I UČESTANOST U OPSEGU OKO NOMINALNIH VREDNOSTI • IDEALAN SLUČAJ JE NAPAJANJE PRIJEMNIKA BEZ PREKIDA, ODNOSNO KADA SU POGONSKE VELIČINE NOMINALNE • SVAKO ZNAČAJNIJE ODSTUPANJE OD NOMINALNIH POGONSKIH VREDNOSTI, A KOJE DOVODI DO ISPADA PRIJEMNIKA, PREDSTAVLJA POGORŠANJE KVALITETA NAPAJANJA (KVALITETA ELEKTRIČNE ENERGIJE
SISTEMATIZACIJA POSEBNIH KARAKTERISTIKA PRIJEMNIKA KOJE SU TO POSEBNE KARAKTERISTIKE???? •VELIKA POLAZNA STRUJA •VELIKE FLUKTUACIJE REAKTIVNE SNAGE •VELIKE MAGNETNE I ELEKTRIČNE NESIMETRIJE PO FAZAMA •POJAVA VIŠIH HARMONIJSKIH KOMPONENTI STRUJA I NAPONA •POJAVA PADOVA NAPONA IZNAD DOZVOLJENIH VREDNOSTI
PRIMER VELIKIH POLAZNIH STRUJA
TRI TIPA KARAKTERISTIČNIH PRIJEMNIKA OD KOJIH SVAKI IMA KARAKTERISTIČNU STRUJU POLASKA
FLUKTUACIJA REAKTIVNE SNAGE REAKTIVNA SNAGA
AKTIVNA SNAGA PRIMER INSTALACIJE ELEKTROLUČNE PEĆI -ELEKTRIČNI LUK JE STOHASTIČKA POJAVA, -DOMINANTNE JAKO NELINEARANE POJAVE -FLUKTUACIJE REAKTIVNE SNAGE JAKO IZRAŽENE -AKTIVNA SNAGA RELATIVNO STABILNA
MAGNETNA NESIMETRIJA SABIRNICA U TRANSFORMATORSKIM STANICAMA
OBEZBEĐENA MAGNETNA SIMETRIJA SABIRNICA
NIJE OBEZBEĐENA MAGNETNA SIMETRIJA SABIRNICA
DVA MOGUĆA NAČINA POSTAVLJANJA SABIRNICA KOJE POVEZUJU TRANSFORMATOR SA PRIJEMNICIMA
POSLEDICA: NESIMETRIJA LINIJSKIH NAPONA!!!
KOMPENZACIJA REAKTIVNE ENERGIJE •Pod kompenzacijom reaktivne energije podrazumeva se instalacija opreme koja generiše reaktivnu energiju na mestu montaže i time kompenzuje potrošnju reaktivne energije u pogonu. •Ovim se drastično smanjuje količina preuzete reaktivne energije iz mreže, a time i računi za utrošenu reaktivnu energiju. •Troškovi za reaktivnu energiju tipično čine oko 15 % ukupnog računa za električnu energiju. •Kompenzacijom reaktivne snage ova kompletna stavka bi trebalo da bude skoro potpuno eliminisana. •Cene opreme za kompenzaciju su takve da se ova investicija isplati u roku od 6 meseci do 2 godine.
REAKTIVNA ELEKTRIČNA ENERGIJA •
Reaktivna energija (ili u zapadnoj varijanti: jalova, što plastičnije opisuje njen karakter), sa stanovišta fizike je onaj deo ukupne isporučene električne energije koji se troši na uspostavljanje i održavanje magnetnog polja u električnim mašinama.
•
Odavde je jasno da su najveći potrošači reaktivne energije elektromotori i transformatori.
•
Svoje ime reaktivna energija je dobila zbog činjenice da njena potrošnja ne doprinosi aktivnoj odnosno korisnoj snazi, ali bez potrošnje reaktivne energije električna mašina ne bi ni mogla da radi.
•
Strogo govoreći reaktivna energija je mnogo širi pojam i javlja se i kod potrošača kao što su: frekventni regulatori, soft starteri, jednosmerni pogoni, ispravljači, itd.
REAKTIVNA ENERGIJA-problemi I)
PRIMER: TIPIČAN cosφ=0.8 za ASINHRONE MOTORE, MOTOR SNAGE npr.10kW, svakog sata utroši 10kWh aktivne energije i 7.5kVArh reaktivne energije 10kW se pretvori u rad, dok se 7.5kVAr se utroši da bi se izvršila magnetizacija polova motora (krajnji potrošač nema nikakvu direktnu korist od ove energije a mora de je plati!!!!!!)
II)
REAKTIVNA ENERGIJA MORA DA SE TRANSPORTUJE OD MESTA PROIZVODNJE (GENERATOR-TRANSFORMATOR-VOD-POTROŠAČ) I ZAUZIMA KAPACITET KABLA (Za pomenuti motor od 10kW struja koja potiče od aktivne energije iznosi oko 25A, a od reaktivne energije oko 19A, tako da ukupno kroz napojni vod protiče oko 45A i doprinosi povećanju otpornih gubitaka u vodu i njegovo grejanje). Posledice zagrevanja voda (kabla) su veći pad napona koji raste sa njegovom dužinom.
Prisustvo reaktivne komponente (crvena boja) je zauzela oko 40% potrebnog kapaciteta- cosφ=0.8
Potreban presek provodnika ako je potrošač u potpunosti kompenzovan- cos φ =1
TIPOVI KOMPENZACIJE REAKTIVNE ENERGIJE
TIPOVI KOMPENZACIJE REAKTIVNE ENERGIJE
STEPENASTI REGULATORI REAKTIVNE ENERGIJE
KONDENZATORSKI KONTAKTORI
•Kondenzatorski kontaktori uključuju i isključuju kondenzatorske baterije koje imaju male induktivnosti i male gubitke •PRIGUŠNI OTPORI se uključuju neposredno pre uključenja kondenzatorskih baterija, da bi se smanjile prevelike struje uključenja 7In •OSIGURAČI za kondenzatorske baterije su vrednosti 1.6In....2.5In
TIRISTORSKI REGULATORI REAKTIVNE ENERGIJE
•U slučaju da su dnevne promene induktivne komponente struje velike, paralelno opterećenju se može priključiti fiksna baterija kondenzatora dovoljno velike kapacitivnosti, tako da se potrošač zajedno sa baterijom kondenzatora prema mreži ponaša kao otporno-kapacitivno opterećenje. •Zatim se paralelno sa baterijom kondenzatora vezuje induktivno opterećen tiristorski fazni regulator pomoću koga se faktor snage podešava na maksimalnu vrednost.
IZRAČUNAVANJE FEKTIVNE VREDNOST STRUJE PRVOG HARMONIKA Amplituda osnovnog harmonika struje 1 2π
4 π 2U ⋅[cosα − cos x ]⋅ cos xdx A1 = ∫ i ( x ) ⋅ cos xdx = ∫ π 0 π α ωL
A1 = −
2 2U ωL
⎡ α sin 2α ⎤ ⋅ ⎢1 − + 2π ⎥⎦ ⎣ π
Efektivna vrednost struje prvog harmonika
I1 =
A1 2
=
2U ⎡ α sin 2α ⎤ ⋅ ⎢1 − + ωL ⎣ π 2π ⎥⎦
TIRISTORSKI REGULATOR kao ekvivalent PROMENLJIVOJ PRIGUŠNICI
VIŠI HARMONICI U SPECIJALNIM INSTALACIJAMA • UPOTREBOM ENERGETSKIH PRETVARAČA DOLAZI DO POJAVE VIŠIH HARMONIKA • FLEKSIBILNOST U REGULISANJU STRUJA I NAPONA SE PLAĆA CENOM POJAVE VIŠIH HARMONIJSKIH KOMPONENTI • POŠTO SE PRETVARAČKI SISTEMI NAPAJAJU UGLAVNOM IZ DISTRIBUTIVNE MREŽE, UTICAJ NA NJU DOLAZI DO IZRAŽAJA • POSTOJE POSEBNE METODE “BORBE” PROTIV VIŠIH HARMONIKA
TROFAZNI MREŽNI ISPRAVLJAČI SA PRETEŽNO INDUKTIVNIM OPTEREĆENJEM TRANSFORMATOR
L→∞
Y
Io→
FAZNA STRUJA PRI DIREKTNOM PRIKLJUČKU NA MREŽU
FAZNA STRUJA KADA SE NAPAJANJE ISPRAVLJAČA VRŠI PREKO TRANSFORMATORA SPREGE RECIMO „TROUGAO-ZVEZDA“
UTICAJ DIODNOG ISPRAVLJAČA NA MREŽU //
•OŠTRI IMPULSI STRUJE •TRAJANJE IMPULSA 1ms-2ms •KAPACITIVNA STRUJA •VIŠI HARMONICI
KOLIKA JE VRŠNA VREDNOST ULAZNE STRUJE??????? PRIBLIŽAN RAČUN:
• Pretpostavimo da imamo prekidački izvor napajanja bez PFC , čija je aktivna snaga 220W • Napaja se iz 220V, 50Hz • Efektivna vrednost ulazne struje je 1A • Ako impuls struje traje 1ms, a trajanje poluperiode je 10ms, zaključujemo da je vršna vrednost strujnog impulsa 10A • Ovo sve važi kako za (+)periodu tako i za (-) periodu • Zamislimo da je na jednoj fazi povezano 200 PC računara • Ukupna vršna struja po poluperiodi je 200x10A=2kA • Problemi: strujni udari, padovi napona, naponski propadi, generisanje viših harmonika.... //
TROFAZNI MREŽNI ISPRAVLJAČ SA PRETEŽNO KAPACITIVNIM OPTEREĆENJEM
TALASNI OBLICI ULAZNE STRUJE I MREŽNOG NAPONA PO FAZI
TROFAZNI ISPRAVLJAČ KAO GENERATOR HARMONIKA 1 100% 80%
5
60%
7
40% 20%
3
9
11 13
15
KAKO REŠTI OVE PROBLEME???? REŠENJE KOJE SE NAMEĆE JE KOREKCIJA FAKTORA SNAGE -PFC PFC- Power Factor Correction (engl.)
POVEĆANJE EFIKASNOSTI NAPOJNE MREŽE I SMANJENJE PADOVA NAPONA
ZAŠTITNE ELEKTRIČNE INSTALACIJE BIĆE PREDSTAVLJENE U KRATKIM CRTAMA SLEDEĆE TEME KOJE SE TIČU ZAŠTITNIH INSTALACIJA:
•
ZAŠTITA OD STATIČKOG ELEKTRICITETA
•
ANTIKOROZIVNA ZAŠTITA
•
PROTIVPOŽARNA ZAŠTITA
•
PROTIVEKSPLOZIJSKA ZAŠTITA
STATIČKI ELEKTRICITET • Opasnost od statičkog elektriciteta nastaje kada se na jednom mestu sakupi toliko naelektrisanje da se preko varnice prazni i tada može da zapali eksplozivne smeše gasova, pare ili prašine. • Osim eksplozije ili požara statički elektricitet može i da prouzrokuje oštećenja osetljivih elektronskih uređaja. • Da bi se sprečila pojava varnice, neophodno je sprečiti nagomilavanje elektriciteta, jer je sprečavanje samog njegovog stvaranja skoro nemoguće
ZAŠTITA OD STATIČKOG ELEKTRICITETA • Najčešće primenjiva mera je postavljanje antistatik podova, koji su u suštini provodljivi uzemljeni podovi i na taj način imaju mogućnost odvođenja statičkog elektriciteta. • Pravilnik o tehničkim normativima za zaštitu od statičkog elektriciteta. • Takođe dat je i standard IEC 1340-4-1 koji definiše standardne ispitne metode.
ANTISTATIK PODOVI • Pravilnikom je određeno da antistatik pod mora imati prelaznu otpornost manju od 10 6 Ω • Pri izradi antistatik poda često imamo slučaj da pod mora da ima i elektroizolacionu osobinu, kao meru zaštite od strujnog udara. • U takvim slučajevima se pod izrađuje sa materijalom koji ima otpornost : 5·10 4 < R < 106 Ω
KAKO SPREČITI SKUPLJANJE STATIČKOG ELEKTRICITETA?????
Skupljanje statičkog elektriciteta možemo da sprečimo na sledeće načine: •uzemljenjem •održavanjem odgovarajuće vlage u vazduhu •jonizacijom vazduha •antistatičkom preparacijom •povećanjem provodljivosti loše provodljivih materijala •odvođenjem statičkog elektriciteta influencom
ANTIKOROZIVNE INSTALACIJE • KOROZIJE (HEMIJSKA, ELEKTROHEMIJSKA, ELEKTROLITIČKA) • MORAJU SE PREDVIDETI ODGOVARAJUĆE ZAŠTITE ZA SVAKU OD NJIH • KATODNA ZAŠTITA OD KOROZIJE SPECIJALNIM EKSTERNIM ELEKTRIČNIM IZVORIMA • KATODNA ZAŠTITA BEZ EKSTERNIH ELEKTRIČNIH IZVORA
KATODNA ZAŠTITA • Korozija metala u dodiru sa elektrolitom može da prouzrokuje velike materijalne štete. • To se naročito odnosi na metalne konstrukcije u koje se ulažu velika materijalna sredstva, a predviđen vek trajanja im je veoma dug. • Pri tome su najugroženije metalne strukture koje se nalaze u zemljištu i vodi. • One se najefikasnije i najekonomičnije štite katodnom zaštitom pošto su troškovi njenog projektovanja, postavljanja i održavanja mali u odnosu na štete koje mogu nastati usled korozije.
KATODNA ZAŠTITA SA SPOLJNIM IZVOROM
•
• •
Pomoćne anode kod zaštite sa spoljnim izvorom struje: - potrošne (staro gvožđe), - trajne (platinirani titan), - polupotrošne ( ferosilicijum, grafit, magnetit) Izvori (10-20 V DC) Izvori mogu biti: grupe trafo-ispravljač, solarne ćelije, dizel-generatori, akumulatori
KATODNA ZAŠTITA BEZ SPOLJNJEG IZVORA OVO JE ZAŠTITA SA TZV. „ŽRTVOVANIM ANODAMA“
SAM SISTEM PREDSTAVLJA IZVOR STRUJE - zbog razlike potencijala teče električna struja -jačina struje zavisi od razlike potencijala između konstrukcije i žrtvovane anode - protektori se postavljaju u grupe ili pojedinačno
PROTIVPOŽARNE INSTALACIJE • OVE INSTALACIJE UKLJČUJU SISTEME ZA (1) RANO OTKRIVANJE POŽARA, (2) PREDUZIMANJE MERA PROTIV ŠIRENJA POŽARA i (3) SISTEME ZA GAŠENJE POŽARA • OVE INSTALACIJE NE DELUJU NA UZROK POŽARA VEĆ SMANJUJU NJEGOVE POSLEDICE KADA SE ON VEĆ DESI • RIZIK OD NASTANKA POŽARA U INSTALACIJAMA JE UMANJEN (1) ISPRAVNIM PROJEKTOVANJEM, (2) ISPRAVNIM IZVOĐENJEM i (3) PRAVILNIM ODRŽAVANJEM ELEKTRIČNIH INSTALACIJA
U TOKU KURSA ĆE BITI OBRAĐENE SLEDEĆE TEME IZ PROTIVPOŽARNIH INSTALACIJA: • PROSTORNI RASPORED I MANIFESTACIJA POŽARA • DETEKTORI I JAVLJAČI POŽARA • PRAVILA ZA POSTAVLJANJE I „ZONIRANJE“ DETEKTORA POŽARA • PROTIVPOŽARNI SISTEMI • ODRŽAVANJE NAPAJANJA ELEKTRIČNOM ENERGIJOM U SLUČAJU POŽARA
ELEKTRIČNE INSTALACIJE NAJČEŠĆI UZROK POŽARA • Glavni uzroci koji pri nastanku kvara na električnim instalacijama mogu dovesti do paljenja električne izolacije ili zapaljivih materijala u blizini električnih instalacija su: -električni luk -veliko omsko zagrevanje bez električnog luka -spoljašnje zagrevanje -termički efekat električne struje
ELEKTRIČNI LUK u INSTALACIJI •
•
• •
Električni luk predstavlja proticanje struje kroz nepotpuno jonizovanu plazmu nastalu udarnom jonizacijom gasova i para, stvorenih zagrevanjem do viših temperatura delova oko vrhova elektroda. Čvrst materijal vrhova elektroda prevodi se, preko tečne i gasovite faze, u fazu nepotpuno jonizovane plazme. Prema položaju gde može nastati u instalaciji luk može biti: SERIJSKI i OTOČNI Najčešći uzroci pojave električnog luka su: -ugljenisanje izolacije (tzv. trasiranje luka), -spolja izazvana jonizacija vazduha
REDNI (SERIJSKI) ELEKTRIČNI LUK
(plamenom ili prethodnim električnim lukom),
-kratak spoj
OTOČNI (PARALELNI) LUK
ZAŠTITA OD POJAVE LUKA • zaštitni prekidač (automatski osigurač) ne predstavlja zaštitu pri pojavi rednog električnog luka!!!! Prekostrujno rele podešeno da reaguje pri jačini struje jednakoj ili nešto manjoj od maksimalne dozvoljene struje bimetalnog relea BIMETALNO ZAŠTITNO RELE PREKOSTRUJNO RELE
Pri pojavi rednog električnog luka, u strujnom kolu protiču struje manje od nominalnih (leva, zatamnjena oblast), Pri pojavi intermitentnog paralelnog luka, u strujnom kolu protiču struje veće od nominalnih, ali ne traju dovoljno dugo da zaštitni prekidač odreaguje (desna, šrafirana oblast).
I-t KARAKTERISTIKA ZAŠTITNOG PREKIDAČA
ZAKLJUČAK: Zaštitni prekidač ne predstavlja zaštitu od pojave rednog električnog luka, a da je u većem broju slučajeva, ali ne u svim, efikasna zaštita pri pojavi paralelnog luka.
PROTIVEKSPLOZIVNE INSTALACIJE OBUHVATAJU ZAŠTITNE ELEKTRIČNE INSTALACIJE U OBJEKTIMA: •U KOJIMA SE OČEKUJE POJAVA EKSPLOZIVNE ATMOSFERE KAO NUSPRODUKTA NEKOG TEHNOLOŠKOG PROCESA • U KOJIMA SE PROIZVODE EKSPLOZIVI EKSPLOZIVNU ATMOSFERU U OBJEKTIMA OVE NAMENE STVARAJU SMEŠE ZAPALJIVIH GASOVA, PARA, ZAPALJIVIH TEČNOSTI, PRAŠINE I SL...
U TOKU KURSA ĆE BITI OBRAĐENE SLEDEĆE TEME IZ PROTIVEKSPLOZIVNIH INSTALACIJA: • • • • •
OSNOVNI POJMOVI NAČINI SPREČAVANJE EKSPLOZIJE KLASIFIKACIJA EKSPLOZIVNIH SMEŠA KLASIFIKACIJA UGROŽENIH PROSTORA IZBOR KOMPONENTI PREMA ZONAMA OPASNOSTI • PRINCIPI PROJEKTOVANJA U EKSPLOZIONIM PROSTORIMA
SPECIJALNE GROMOBRANSKE INSTALACIJE • GROMOBRANSKE INSTALACIJE OBJEKATA VRLO VELIKE VISINE:
NESTANDARDNIH
-ANTENSKI STUBOVI VISINE PREKO 30m -BAZNE STANICE MOBILNE TELEFONIJE -METEOROLOŠKI STUBOVI VISINE 50m-120m -GROMOBRANSKE INSTALACIJE STUBOVA VETROTURBINA
• GROMOBRANSKE INSTALACIJE OBJEKATA SKLADIŠTE ZAPALJIVE MATERIJALE
KOJI
KONVENCIONALNI SISTEM ZAŠTITE OD UDARA GROMA STUBOVA BAZNIH STANICA
KLASIČAN GROMOBRANSKI PROVODNIK
Prisustvo antenskog stuba povećava verovatnoću direktnih atmosferskih pražnjenja , odnosno indukciju prenapona u svim vodovima koji su locirani u blizini bazne stanice. Struja direktnog udara i indukovani prenaponi mogu oštetiti osetljivu telekomunikacionu opremu napajanu iz lokalne energetske mreže i spojenu preko koaksijalnih kablova na antenski sistem postavljen na stubu.
SPECIJALNI SISTEM ZAŠTITE OD UDARA GROMA STUBOVA BAZNIH STANICA ZASNOVAN NA BAKARNIM IZOLOVANIM I OKLOPLJENIH KABLOVIMA TIPA ERICORE (ERICOFLEX) Glavne karakterstike ovih kablova su : ERICORE provodnici
-niska karakteristična impedansa -mala podužna induktivnost -velika podužna kapacitivnost -metalni oklop i unutrašnja raspodela električnog polja osigurava smanjena naprezanja i indukciju u toku trajanja prednje ivice prenaponskoga talasa -mali uticaj na ostalu telekomunikacionu opremu Završetak ERICORE kabla u samoj dinasferi je posebno projektovan i prlagođen dinasferi.
METEOROLOŠKI STUBOVI (VISINE 40100m) ZA PRAĆENJE I MERENJE BRZINE VETRA, TEMPERATURE, PRITISKA, VLAŽNOSTI, ODREĐIVANJE PRAVCA VETRA I SL.
SADRŽE BROJNU I SKUPOCENU MERNU OPREMU KOJA JE UGROŽENA ATMOSFERSKIM PRAŽNJENJIMA NAJČEĆE SU UGROŽENI NAJISTURENIJI DELOVI (VRŠNI ANEMOMETRI) NAPAJANJE OPREME SE NAJČEŠĆE OSTVARUJE IZ SOLARNIH PANELA
ZAHTEVA SE PROJEKTOVANJE SISTEMA ZAŠTITA OD ATMOSFERSKOG PRAŽNJENJA .
IZGLED METEOROLOŠKOG STUBA
PODIZANJE METEO STUBA
UNUTRAŠNJOST STUBA (pogled odozdo)
GROMOBRANSKA ZAŠTITA VETROGENERATORA i PRIPADAJUĆIH STUBOVA U SKLADU SA NIVOIMA GROMOBRANSKE ZAŠTITE ILI KLASAMA ZAŠTITE 1-4 STRUJE UDARA GROMA 100-200kA i STRMINE TALASA (10/350 μs) SE MOGU JAVITI U VETROTURBINI, NAROČITO DIREKTNIM UDAROM GROMA U ELISU. STRUJA UDARA GROMA SE DELI NA SLEDEĆI NAČIN (pesimistički) : -približno 50% struje direktno odlazi u sistem uzemljenja i ostatalih 50% se praktično prenosi kroz napojnu liniju Standardi i Direktive • IEC 62305 • IEC 61400-24 Fd.1
KONCEPT I KOMPONENTE ZAŠTITE VETROTURBINA 1- ZAŠTITA VAZDUHOPLOVNE SIGNALIZACIJE I METEROLOŠKIH SENZORA 3
2-ZAŠTITA SISTEMA 230V/400V ZA NAPAJANJE MERNOG SISTEMA I SISTEMA AUTOMATSKE KONTROLE 3-ZAŠTITA SREDIŠTA ELISE 4- ZAŠTITA GENERATORA (STATORA I ROTORA) 5-ZAŠTITA INVERTORA 6-ZAŠTITA ENERGETSKIH I UPRAVLJAČKIH ORMANA 7-ZAŠTITA TELEKOMUNIKACIONOG SISTEMA 8- GROMOBRANSKA ZAŠTITA GLAVNOG NAPAJANJA I TRANSFORMATORSKE STANICE
ZAŠTITA KOMPONENTI ELEKTRIČNOG SISTEMA VETROGENERATORA/ VETROTURBINE ZAŠTITA AVIO SIGNALIZACIJE
ZAŠTITA 24V SIGNALA (ANALOGNI, DIGITALNI, BUS, RS 485)
ZAŠTITA SIGNALA (SREDIŠTE LOPATICE TURBINE)
ZAŠTITA STATORA
ZAŠT. ROTO RA
ZAŠTITA NAPAJANJA 230V AC
ZAŠTITA INVERTORA
ZAŠTITA U RAZVODNOM POSTROJENJU VETROGENERATORA
ZAŠTITA KONTROLNOG NAPAJANJA (SIGNALI, BUS,...) GLAVNO NAPAJANJE 690VAC (TN ili IT) ZAŠTITA MODEMA I TELEKOMUNIKAC. SISTEMA
ZAŠTITA ENERGETSKOG I UPRAVLJAČKOG ORMANA
PRIMENA TERMOVIZIJE U SPECIJALNIM ELEKTRIČNIM INSTALACIJAMA • Termovizija je metoda preventivnog održavanja koja se uspešno može primeniti za nadzor i dijagnostiku stanja elektro-sistema. •
Termovizijskom kamerom se prati emisija infracrvenog zračenja sa površine tela.
• Otkrivanjem oblasti sa višom i nižom temperaturom može da se otkrije i locira problem i da se predupredi nastanak kvara.
NEKI PRIMERI TERMOVIZIJE U ELEKTROENERGETSKIM UREĐAJIMA
Temperaturno polje rastavljača dobijeno termovizijskom kamerom
Temperaturno polje nožastih osigurača dobijeno termovizijskom kamerom
Termovizija elektromotora
Termovizija transformatorske stanice 35kV/6kV
SVA PRETHODNO IZLOŽENA TEMATIKA ĆE BITI DETALJNO PREZENTIRANA U TOKU KURSA IZ PREDMETA SPECIJALNE ELEKTRIČNE INSTALACIJE
LITERATURA ¾Gunter G. Seip, Electrical Installation Handbook, 3rd edition, John Wiley and Sons, MCD Verlag, 2000 ¾ Z.Radaković, М. Јovanović, Specijalne električne instalacije niskog napona, Акаdemska misao, Beograd, 2008. ¾J.Nahman, V.Mijailović, D.Salamon, Zbirka zadatakaRAZVODNA POSTROJENJA, Akademska misao, Beograd, 2012 ¾A.Stošić, Projektovanje i izvođenje električnih instalacija, Građevinska knjiga, II izdanje 2008. ¾Westerman-Elektrotehnički priručnik, Građevinska knjiga, 2003 ¾Relevantni standardi i propisi iz oblasti električnih Instalacija
Mart, 2013
