23286 - Електроенергетика

Марјан Љ. Иванов Саша Скоко

бе

ни

ке

ЕлЕктроЕнЕргЕтИка

За

во

д

за

уџ

За III И IV раЗрЕД ЕлЕктротЕХнИЧкЕ школЕ оБраЗовнИ ПроФИл: ЕлЕктротЕХнИЧар раЧУнара И ЕлЕктротЕХнИЧар ЕлЕктронИкЕ

Завод за уџбенике, Београд

Уредник гордана Дугошија

Одговорни уредник татјана костић

ке

Главни уредник Драгољуб којчић

бе

ни

За издавача Драгољуб којчић, директор

д

за

уџ

Министар просвете, науке и технолошког развоја, решењем број 650-02-01044/2016-06 од 21.02.2017. године, одобрио је овај уџбеник за издавање и употребу у трећем и четвртом разреду средње школе.

За

37.016:620.9(075.3)

во

CIP – каталогизација у публикацији – народна библиотека Србије, Београд

Иванов, Марјан Љ., 1960Електроенергетика : за III и IV разред електротехничке школе : образовни профил: електротехничар рачунара и електротехничар електронике / Марјан Љ. Иванов, Саша Скоко. - 1. изд. - Београд : Завод за уџбенике, 2017 (Београд : Планета принт). - 219 стр. : илустр. ; 28 cm Библиографија: стр. 217-219.

ISBN 978-86-17-19645-3

1. Скоко, Саша, 1978- [аутор] COBISS.SR-ID 233063180

ISBN 978-86-17-19645-3

2

Завод за уџбенике, Београд, 2017. година ово дело се не сме умножавати, фотокопирати и на било који други начин репродуковати, ни у целини ни у деловима, без писменог одобрења издавача.

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

САДРЖАЈ

ПрЕДговор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

За

во

д

за

уџ

бе

ни

ке

1. ЕЛЕКТРИЧНА ПОСТРОЈЕЊА Увод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 1.1. Електроенергетски систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.1. Основни делови електроенергетског система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.2. Подела и врсте електричних мрежа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.1.3. Стандардни напони електричних мрежа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.1.4. Дозвољени пад напона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.1.5. Системи за расподелу електричне енергије . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.1.6. Радијални (отворени) систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.1.7. Затворен систем прстенастог облика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.1.8. Комбинација отвореног и затвореног система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.1.9. Систем напајања помоћу спојног вода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.1.10. Систем напајања из два или више извора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.2. Електране . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.2.1. Подела, врсте и главне карактеристике електрана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.2.2. Хидроелектране . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.2.3. Термоелектране . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.2.4. Нуклеарна електрана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.3. Перспективе развоја и еколошки проблеми . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.4. Нови извори енергије . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.4.1. Биомаса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.4.2. Сунчева (соларна) енергија . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.4.3. Енергија ветра. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.4.4. Геотермална енергија . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.4.5. Енергија таласа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.4.6. Енергија плиме и осеке. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.5. Електрични и електронски системи у електранама . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.6. Примена рачунара у управљању радом карактеристичних система у електранама. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.7. Трансформаторска и разводна постројења. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.7.1. Постројења за унутрашњу монтажу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.7.2. Постројења за спољашњу монтажу... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 1.8. Трансформатори снаге у постројењима. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 1.9. Елементи разводних постројења . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3

1.10. Општи принципи управљања постројењима. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.10.1. Електричне мреже. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.10.2. Заштита електричних мрежа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.11. Примена рачунара и савремене електронике за надзор и управљање у постројењима . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Резиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Речник кључних појмова – електрична постројења. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46 47 54 59 61 62 63

2. ЕЛЕКТРИЧНЕ ИНСТАЛАЦИЈЕ

За

во

д

за

уџ

бе

ни

ке

Увод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1. Врсте и намена електричне инсталације . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.1. Електроенергетске инсталације. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.2. Телекомуникационе инсталације. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.3. Сигналне инсталације . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.4. Громобранске инсталације . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2. Проводници и каблови за електричне инсталације . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1. Инсталациони енергетски каблови ниског напона од 1 kV. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3. Осигурачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1. Аутоматски прекидачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4. Склопке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.1. Инсталационе склопке. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5. Прикључење електричних уређаја на електричну инсталацију. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6. Мере заштите од удара електричне струје. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.1. Утицај електричне струје на човека . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.6.2. Заштита од електричног удара. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.7. Електрични извори светлости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.7.1. Фотометрија . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.7.2. Сијалице. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.8. Осветљење просторија . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.8.1. Системи осветљења . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.9. Примена рачунара у прорачунавању и пројектовању електричних инсталација. . . . . Резиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Речних кључних појмова – електричне инсталације . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Тест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65 66 67 68 69 69 71 74 75 78 78 79 82 83 83 85 86 86 86 93 94 96 97 98 99

3. ТРАНСФОРМАТОРИ 3.1. Увод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.2. Намена трансформатора и подручје њихове примене . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 3.3. Конструкција трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.3.1. Магнетно коло трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.3.2. Електрично коло трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

4

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

за

уџ

бе

ни

ке

3.4. Принцип рада трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3.4.1. Однос напона и струја трансформатора, однос преображаја . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.5. Губици трансформатора и хлађење. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.5.1. Губици у трансформатору . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.5.2. Хлађење трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 3.6. Режими рада трансформатора и њихове основне карактеристике. . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.6.1. Режим празног хода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.6.2. Режим кратког споја . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3.6.3. Режим оптерећења . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.7. Трофазни трансформатори . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 3.7.1. Начин спајања намотаја трофазног трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 3.7.2. Спрежне групе трофазних трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 3.8. Посебне врсте трансформатора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 3.8.1. Аутотрансформатори – једнонамотајни трансформатори . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 3.8.2. Тронамотајни трансформатори . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 3.8.3. Трансформатори за напајање исправљача (статичких усмерача) . . . . . . . . . . . . . 125 3.8.4. Трансформатори за широк опсег учесталости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 3.8.5. Нелинеарни импулсни(пик) трансформатори. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 3.8.6. Импулсни трансформатори . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 3.8.7. Стабилизирајући трансформатори. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Резиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Речник кључних појмова – трансформатори. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Тест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 4. АСИНХРОНЕ МАШИНЕ

За

во

д

4.1. Увод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 4.2. Намена асинхроних машина и подручје њихове примене . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 4.3. Конструкција асинхроног мотора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 4.3.1. Означавање крајева намотаја, врсте спреге асинхроног мотора. . . . . . . . . . . . . . 136 4.4. Обртно магнетно поље . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 4.5. Принцип рада асинхроног мотора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 4.5.1. Клизање асинхроног мотора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 4.5.2. Промена смера обртања . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 4.6. Режими рада асинхроне машине . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 4.7. Механичка карактеристика асинхроног мотора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 4.8. Пуштање у рад асинхроног мотора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 4.9. Промена брзине обртања асинхроног мотора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 4.9.1. Промена брзине клизно-колутног асинхроног мотора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4.9.2. Промена брзине променом броја пари полова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4.9.3. Промена брзине обртања променом фреквенције статора . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 4.10. Једнофазни асинхрони мотор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.10.1. Увод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.10.2. Принцип рада једнофазног асинхроног мотора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.10.3. Једнофазни асинхрони мотор с помоћном фазом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 4.10.4. Једнофазни асинхрони кондензаторски мотор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 5

4.11. Управљиви двофазни асинхрони мотор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 4.12. Електронски уређаји и микрорачунари за управљање брзином асинхроног мотора и за њену регулацију . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 4.12.1. Увод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 4.12.2. Општа структура микроконтролерски управљаног претварача . . . . . . . . . . . . 158 4.12.3. Основна структура микропроцесорског система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 4.12.4. Фреквентни претварачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 4.12.5. Основи скаларног управљања асинхроним мотором . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Резиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Речник кључних појмова – асинхроне машине. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Тест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

ке

5. МАШИНЕ ЈЕДНОСМЕРНЕ СТРУЈЕ

За

во

д

за

уџ

бе

ни

5.1. Увод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 5.2. Намена једносмерних машина и подручје њихове примене. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 5.3. Конструкција једносмерне машине. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 5.4. Принцип рада машине једносмерне струје . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 5.4.1. Врсте једносмерних машина према начину побуђивања . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 5.5. Основне врсте и карактеристике једносмерних генератора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 5.6. Основне карактеристике и врсте једносмерних мотора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 5.6.1. Једносмерни мотор с независном побудом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 5.6.2. Једносмерни мотор с паралелном побудом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 5.6.3. Једносмерни мотор с редном побудом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 5.6.4. Једносмерни мотор са сложеном побудом (компаундни мотор). . . . . . . . . . . . . . 177 5.7. Примена полупроводничке технике и рачунара у управљању једносмерним моторима . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 5.7.1. Електронски енергетски претварачи за управљање моторима једносмерне струје . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 5.7.2. Управљање једносмерним моторима применом тиристорских исправљача . . . 181 5.7.3. Управљање једносмерним моторима применом транзисторских претварача (чопера) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 5.7.4. Управљање једносмерним моторима у системима аутоматског управљања . . . 184 5.7.5. Управљање моторима једносмерне струје у системима електричне вуче . . . . . . 186 Резиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Речник кључних појмова – машине једносмерне струје . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Тест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 6. СИНХРОНЕ МАШИНЕ 6.1. Увод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 6.2. Намена синхроних машина и подручје њихове примене . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 6.3. Конструкција синхроних машина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

6

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

уџ

бе

ни

ке

6.4. Принцип рада синхроне машине. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 6.4.1. Принцип рада синхроног генератор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 6.4.2. Принцип рада синхроног мотора.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 6.4.3. Основни изрази за момент, брзину и биланс снага . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 6.5. Основне карактеристике синхроних генератора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 6.5.1. Карактеристика празног хода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 6.5.2. Карактеристика кратког споја . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 6.5.3. Спољна карактеристика. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 6.5.4. Карактеристика степена искоришћења . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 6.6. Карактеристике синхроног мотора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 6.7. Посебне врсте синхроних мотора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 6.7.1. Синхрони мотори са сталним магнетима . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 6.7.2. Корачни мотори. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 6.8. Примена електронских уређаја и рачунара у управљању синхроним машинама . . . 208 6.8.1. Примена електронских уређаја за управљање синхроним моторима . . . . . . . . . 208 6.8.2. Примена електронских уређаја и рачунара у системима побуде синхроних генератора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6.8.3. Примена електронских уређаја и рачунара при синхронизацији генератора на електричну мрежу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Резиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Речник кључних појмова – синхроне машине. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Тест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

За

во

д

за

Решења тестова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

7

8

д

во

За за ке

ни

бе

уџ

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

Предговор

За

во

д

за

уџ

бе

ни

ке

ова књига намењена је првенствено ученицима трећег разреда електротехничких школа четворогодишњег образовања образовног профила електротехничар рачунара и ученицима четвртог разреда образовног профила електротехничар електронике, али може да послужи и свима другима који су заинтересовани за теме које су у њој обрађене. овај уџбеник је написан у складу с Наставним планом и програмом објављеним у „Просветном гласнику”, бр. 3, од 17. априла 2013. године. Жеља аутора је да ово буде уџбеник који садржајем и дизајном неће одбијати ученике од читања. У књизи су, у складу с Наставним планом и програмом, обрађене три области: 1. Електрична постројења (12/14 часова), 2. Електричне инсталације (12/14 часова) и 3. Електричне машине (38/42 часа). треће поглавље састоји се из четири дела, а то су: трансформатори (10 часова), асинхрони мотори (8/10 часова), једносмерне машине (12) и Синхроне машине (8/10). на почетку сваког поглавља дат је увод у наставну тему, а на крају су резиме и тест знања. Изложено градиво предвиђено је за обраду у оквиру два часа недељно, односно 70 часова годишње за образовни профил електротехничар рачунара, и два часа недељно, односно 62 часа годишње за образовни профил електротехничар електронике. Материја изложена у књизи је вишеслојна и комплексна. Ипак смо водили рачуна, где год је то било могуће, да се компликована извођења и анализа изоставе. Притом смо имали на уму да је за реализацију наставе потребно успоставити корелацију између базних предмета чији је садржај неопходно познавати да би се у потпуности и с разумевањем могло пратити предвиђено градиво. нарочито желимо да нагласимо потребу успостављања корелације између делова предвиђеног градива и најзначајнијих области из основа електротехнике, као што су: једносмерне и наизменичне струје, електромагнетизам и трофазни системи. Савремени аспекти електроенергетике подразумевају примену нових енергетски ефикасних технологија, софтвера у енергетици, енергетске електронике, микроконтролера и микропроцесора. Зато је електроенергетика данас једна жива и динамична област, која се незаустављиво развија уз примену нових напредних технологија. Имајући у виду наведено, надамо се да ћемо овом књигом бар делимично успети да ученику приближимо ову веома занимљиву област. аутори ће бити захвални на свим примедбама и сугестијама у сврху побољшања квалитета књиге у следећем издању. такође захваљујемо свима који су на било који начин помогли у писању, уређивању и издавању овог уџбеника. нарочиту захвалност дугујемо својим колегиницама гордани ачански, Светлани Бркић, Драгани Путник, неди Миловић, весни Пуртић, Светлани Међо и колеги Михалу кржачеку. Желимо да захвалимо и компанији атБ „Север” из Суботице, која нам је обезбедила одговарајући материјал из области електричних машина, као и привредном друштву „Дринско-лимске хидроелектране” д.о.о, које нам је обезбедило део материјала за писање прва два поглавља и дало сагласност за коришћење њихових фотографија са web сајта www.dlhe. rs. велику помоћ пружили су нам и директор Музеја николе тесле др Бранимир јовановић и кустос Бранислав Стојиљковић, који су обезбедили потребан материјал у вези с патентом обртног магнетног поља.

9

ПРеДГОвОР

Посебно захваљујемо уреднику, госпођици гордани Дугошији, која је читала прву верзију текста и дала нам бројне корисне савете, а без чије помоћи овај уџбеник не би био у форми која се налази пред вама. Изузетну захвалност дугујемо рецензентима: проф. др Зорану Стевићу, колеги проф. др Жељку Деспотовићу и колегиницама мр виолети Димић и Славици величковић, који су детаљно прегледали рукопис и дали многе савете и предлоге, те су на тај начин несумљиво допринели квалитету уџбеника.

За

во

д

за

уџ

бе

ни

ке

Марјан Љ. Иванов, спец. тех. наука – самостални педагошки саветник Мр. Саша М. Скоко, дипл. инж. електротехнике

10

ЕлЕктрИЧна ПоСтројЕЊа

1

уџ

бе

ни

ке

У тексту овог поглавља пронаћи ћете одговоре на следећа питања: – Шта је електроенергетски систем?

– Који су основни делови електроенергетског система?

– Како се деле и које су врсте електричних мрежа?

– Који су системи за расподелу електричне енергије?

– Како се врши подела електрана?

– Који су нови извори енергије?

– У чему се огледа значај примене рачунара у управљању радом карактеристичних система у електранама?

– Шта су трансформаторска и разводна постројења?

– Који су елементи разводних постројења?

– Који су општи принципи управљања постројењима?

– Како се обавља заштита електричних мрежа?

– Који је значај примене рачунара и савремене електронике за надзор и управљање у постројењима?

УвоД

За

во

д

за

Појаве и процеси који се дешавају у природи представљају различите облике кретања материје и трансформације енергије. ти облици кретања повезани су с одговарајућим видовима енергије: разлагање материје с хемијском енергијом, кретање молекула и атома у телу с топлотном енергијом, кретање електрона с електричном енергијом, кретање тела с механичком енергијом. Енергија1 се може преводити из једног облика у други, али се не може уништити или створити ни из чега. то дефинише и објашњава закон о одржању енергије, познат у облику:

E = const.

Процеси2 превођења енергије из једног облика у други приказани су на слици 1.1.

Слика 1.1. – Процеси претварања енергије из једног облика у други 1 Енергија је способност вршења рада.

2 Процеси, у најопштијем смислу, јесу трансформација масе, енергије и информација у неком уређају или систему.

11

еЛеКТРИЧНА ПОСТРОЈеЊА

д

за

уџ

бе

ни

ке

У природи енергија путем разних процеса прелази из једног облика у други. трансформација као процес преласка једног облика енергије у други може да буде повратна и неповратна (једносмерна). Механичка енергија може се лако превести у електричну, а електрична у механичку. Превођење хемијске енергије у топлотну је релативно једноставно, за разлику од обрнутог процеса, који се директним путем врло тешко може извести. Енергија је данас врло значајна за живот, те да бисмо је правилно и потпуно искористили, потребно је да je у потпуности упознамо, као и да упознамо све видове њене трансформације. Приликом трансформације једног облика енергије у други, жељени облик јављају се губици – „расипање“ једног дела енергије, тј. трансформације у неки други нежељени облик енергије, најчешће у топлотну енергију коју није увек могуће искористити. Слика 1.2 представља шематски приказ различитих извора енергије која се претвара у електричну енергију.

во

Слика 1.2. – Различити извори енергије и њихово претварање у електричну енергију

За

Да би се та енергија трансформисала (из једног облика у други облик), потребна су постројења (електране) и машине (турбине3, генератори, трансформатори) који ће ту трансформацију извршити, a то је предмет проучавања материје изложене у једном делу овог уџбеника. Прва електрана за производњу електричне енергије изграђена je у СаД 1881. године и имала је снагу од 1 kW. Прва хидроелектрана у Србији, електрична централа „Под градом”, изграђена је у Ужицу на реци Ђетињи 1900. године. рад те електране заснивао се на теслином систему вишефазних струја. Заустављена је 1970. године, а затим поново покренута 2000. године и ради и данас. крај 19. века означава и почетак електрификације у Србији. Пре више од једног века у београдској вароши је упаљена прва електрична сијалица, која је била постављена на углу улица коларчеве и Македонске. Било је то 23. септембра 1893. године по старом, или 6. октобра по новом календару. тако је у једној малој вароши, са око 55 000 становника, и поред скромних материјалних могућности, а захваљујући далековидости градске управе, која је бирала између електричног и гасног осветљења, примењено најсавременије достигнуће. Део акомулационог језера ХЕ „Бајина Башта” приказан је на слици 1.3, а прва хидроелектрана у Србији, хидроелектрана „Под градом” – Ужице, може се видети на слици 1.4.

12

3 турбинa је ротациона машина (струјни мотор) која помоћу струје флуида претвара струјну енергију у механички рад.

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

1.1. ЕлЕктроЕнЕргЕтСкИ СИСтЕМ

ке

Слика 1.4. – Прва хидроелектрана у Србији ХЕ „Под Градом” – Ужице

ни

Слика 1.3. – Део акумулационог језера Бајина Башта с браном

уџ

бе

Електроенергетски систем4 (ЕЕС) описује се као сложен, динамичан систем великих димензија, чија је превасходна функција да сигурно, поуздано и економично снабдева потрошаче довољним количинама квалитетне електричне енергије. Састоји се од неколико електрана, које су међусобно повезане електро-енергетским водовима високог и средњег напона.

за

1.1.1. основни делови електроенергетског система

д

технолошки процес производње у ЕЕС-у састоји се од више делова, а то су:

За

во

• обезбеђивање довољних количина примарних облика енергије (угља, нафте, плина, нуклеарног горива – урана, биомасе); • производња електричне енергије (хидроелектране, термоелектране, соларне електране, ветроелектране, геотермалне електране, електране на биомасу и отпад); • пренос и дистрибуција (расподела) електричне енергије до коначних потрошача; • потрошња електричне енергије.

Електроенергетски системи обухватају подручја једне државе или више држава, па се и ЕЕС-ом управља из више центара. основне технолошке целине, центри управљања и токови енергија, информација и управљачких акција у ЕЕС-у приказани су на слици 1.5.

4 Систем је скуп елемената и односа између њих.

Слика 1.5. – Блок-шема електроенергетског система (ЕЕС)

13

еЛеКТРИЧНА ПОСТРОЈеЊА

Електрична енергија производи се у електранама, које често називамо и изворима електричне енергије. највеће количине енергије производе се у термоелектранама (тЕ) и хидроелектранама (ХЕ). Посебан вид термоелектрана представљају нуклеарне електране (нЕ). Уз електричну енергију, у електранама се могу производити и други видови енергије, најчешће топлотна. Примарни облици енергије могу се поделити на: • конвенционалне (необновљиве) изворе енергије: дрво, угаљ, сирова нафта, природни гас, нуклеарно гориво5 (уран и торијум) и • обновљиве изворе енергије: енергија зрачења Сунца (соларна енергија), геотермална енергија, енергија ветра, биомаса, енергија плиме и осеке, енергија таласа мора и воде.

во

д

за

уџ

бе

ни

ке

Електрична енергија се од електрана до потрошача преноси преносном мрежом. Преносна мрежа је сложена веза петљасте тополошке структуре, која омогућује посредну или непосредну везу сваке електране са сваким потрошачем, и то чак и у случају испада било ког елемента преносне мреже. Састоји се из надземних водова (далековода), кабловских водова и интерконективних трансформатора6, који повезују мреже различитих напонских нивоа. У погледу разводних постројења и водова, преносни систем је високоаутоматизован систем. Изглед далековода (надземних водова) види се на слици 1.6.

За

Слика 1.6. – Далеководи преносе електричну енергију дуж електричне мреже

Преносне мреже могу се градити као подземне или надземне. Подземне кабловске мреже користе се у урбаним срединама, где је примена надземних водова превише скупа или неизводљива. такође се користе за пренос енергије испод река, језера или залива. надземне преносне мреже користе се на осталим местима, јер су за исти напонски ниво јефтиније од каблова. на слици 1.7 приказан је изглед подземне електричне мреже, а на слици 1.8 поступак полагања каблова у ров.

5 нуклеарно гориво је материјал који садржи атомскa језгра неких тешких хемијских елемената којима се могу остварити нуклеарни процеси за ослобађање енергије.

6 Интерконективни трансформатори у преносној мрежи служе за повезивање преносних мрежа (ЕЕС) различитих

14

напонских нивоа.

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

Слика 1.7. – Изглед подземне електричне мреже

Слика 1.8. – Поступак полагања каблова у ров

ке

1.1.2. Подела и врсте електричних мрежа

за

б) према врсти струје на: • мреже једносмерне струје и • мреже наизменичне струје;

уџ

бе

ни

Постоји неколико начина поделе електричних мрежа7. најчешће их делимо: а) према напону на: • мреже ниског напона, • мреже средњег напона, • мреже високог напона, • мреже врло високог напона и • мреже ултрависоког напона;

За

во

д

в) према намени на: • преносне мреже (преносе електричну енергију од електрана до дистрибутивних центара) и • дистрибутивне мреже (разводе енергију унутар потрошачких центара до сваког појединачног потрошача);

г) према броју проводника на:

г. 1) мреже с два проводника: • једнофазни водови наизменичне струје и • водови једносмерне струје

г. 2) мреже с три проводника: • високонапонски водови (три фазна проводника), • нисконапонски водови (три фазна проводника без неутралног проводника за напајање мотора и других симетричних трофазних пријемника) и • нисконапонски водови (два фазна проводника + неутралан проводник, који се обично користи за улично осветљење или за мање огранке који напајају веома мали број потрошача малих снага), г. 3) мреже са четири проводника: • нисконапонски водови (три фазна проводника + неутралан проводник), г. 4) мреже с више проводника: • високонапонски водови с проводницима у снопу;

7 Електричне мреже у eлектроенергетици су саставни део eлектроенергетског система.

15

еЛеКТРИЧНА ПОСТРОЈеЊА

д) према врсти материјала за израду проводника на: • бакарне мреже, • алуминијумске мреже, • мреже од алуминијума и челика, • мреже од алдреја (легура алуминијума и магнезијума); ђ) према конструкцији електроенергетских водова на: • надземне мреже, • подземне мреже и • подводне мреже;

е) према систему расподеле електричне енергије на: • радијалне или отворене (мреже напајане из једног извора), • затворене (мреже напајане из једног, два или више извора) и • сложене затворене мреже.

ни

ке

ради лакшег проучавања, све поменуте мреже сврстане су у три групе, и то: • мреже ниског напона, • мреже средњег напона и • мреже високог напона.

во

д

за

уџ

бе

на слици 1.9 приказана је шема једног једноставнијег електроенергетског система у који су укључене хидроелектране и термоелектране. напон електрана се на самом месту производње повећава на 110 kV, па се помоћу мрежа преноси електрична енергија и напаја затворена мрежа напона 110 kV. Мреже овог напонског нивоа обично су затвореног прстенастог облика због међусобног потпомагања и постизања боље економичности и боље погонске сигурности. водовима за пренос и расподелу разних облика и разних напонских нивоа електрична енергија се даље расподељуjе до потрошача. када су у питању велике снаге и велике удаљености, електрична енергија се из техничких и економских разлога обавезно преноси високим напонима. Уколико је снага већа, утолико је преносни напон виши. Преносна снага расте с квадратом вредности преносног напона. осим напона, на преносну моћ утиче и пресек проводника (преносна снага је снага коју вод може да пренесе без последица; преносни напон је напонски ниво на коме вод ради).

За

10/110

110

110 110/35 10/04

15,75/400

400/110

110/35

35/10

400 35/10

400

10/110

10/04

400/220 110/35

110/35

35/10

10/110 110/35

16

35

35/10

35/10

10/04

10/04

Слика 1.9. – Електроенергетски систем

10/04

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

1.1.3. Стандардни напони електричних мрежа

уџ

бе

ни

ке

У свакој земљи постоје прописи који, у складу с препорукама IEC (Интернационална електротехничка комисија), одређују стандардне напоне мрежа за пренос и расподелу електричне енергије, као и опрему која се уграђује у такве мреже, а ради бржег развоја привреде, типизације и систематизације комплетне опреме свих уређаја и постројења. Пошто ће се у даљем тексту употребљавати изрази: фазни, линијски, називни, највиши и најнижи напон електричне мреже и други, потребно је најпре разјаснити њихова значења. Фазни напон трофазне мреже јесте напон између фазних проводника и тачке нултог потенцијала. Линијски напон трофазне мреже јесте напон између фазних проводника. Називни напон мреже јесте напон којим је мрежа означена и на који се односе неке њене радне карактеристике. (обично се некада назива и номинални напон мреже). Највиши напон мреже јесте највиша вредност напона, која се у нормалним погонским условима појављује у било којем тренутку и на било којем месту на мрежи. та вредност не узима у обзир пролазне промене напона услед сметњи и наглог искључивања великих оптерећења. Најнижи напон мреже јесте најнижа вредност напона, која се у нормалним погонским условима појављује у било којем тренутку и на било којем месту на мрежи. та вредност не узима у обзир промене напона услед пролазних или ненормалних прилика у мрежи, најчешће падова напона. Највиши напон опреме јесте највиши напон за који је опрема предвиђена с обзиром на изолацију, као и неке друге карактеристике вода. Стандардизоване вредности напона у појединим мрежама за јавну електрификацију у нашој земљи јесу следеће:

за

Мреже ниског напона Стандардни називни напони мреже и припадајуће опреме су: • фазни напон – 230 V; • линијски напон – 400 V.

За

во

д

Мреже средњих напона Стандардни називни напони мреже и припадајуће опреме су: • стандардни називни напон мреже – 3, 6, 10, 20 и 35 kV; највиши напон опреме – 3,6; 7,2; 12; 24 и 38 kV. напони од 3 kV и 6 kV не смеју да се употребљавају за јавну електрификацију, већ долазе у обзир само као генераторски напони и напони за рударска постројења. Мреже високих напона Стандардни називни напони мреже и припадајуће опреме су: • стандардни називни напон мреже – 110, 220, 400 kV; • највиши напон опреме – 123, 245, 420 kV

За напоне више од 400 kV стандардни напони у нашој земљи су у разматрању.

1.1.4. Дозвољени пад напона

Приликом преноса електричне енергије настоји се да пад напона буде што мањи. називна вредност ниског напона строго је одређена стандардима и за тај напон грађени су сви пријемници. како су поједини потрошачи прикључени дуж водова, а отпор вода расте с његовом дужином, то ће напон падати полазећи од извора према крају. Значи, сви потрошачи не могу да добију исти напон. Потрошачи ближи извору имаће нешто виши напон, а они даљи од њега – нижи.

17

еЛеКТРИЧНА ПОСТРОЈеЊА

уџ

бе

ни

ке

Познато је пак да пад напона зависи од тренутног оптерећења вода, које није константно, већ се стално мења у зависности од потреба потрошача. Према томе, и висина напона који је на располагању потрошачима стално ће се мењати. на основу тога се може закључити да се ефективна вредност фазног или линијског напона мења дуж вода, а истовремено зависи и од оптерећења вода, које се такође мења. Испитивања су показала: ако напон падне за 5% од називног, сијалице с влакном од волфрама емитују светлосни флукс који је за 30% мањи од предвиђеног, али је њихов век трајања за 60% дужи. Међутим, ако напон порасте за 5% од називног, сијалице емитују светлосни флукс који је за 20% већи, али је њихов век трајања за 50% краћи од предвиђеног. Из тога се закључује да су сијалице пријемници који су веома осетљиви на одступања напона од називних вредности. термички апарати нису много осетљиви на одступања напона од називне вредности. За разлику од њих електронски уређаји су врло осетљиви на та одступања. на основу овога могло би се на први поглед закључити да су одступања напона, чак и ± 5% од називне вредности, доста велика за пријемнике. Међутим, испитивања и мерења показала су да је ситуација много повољнија: када се код потрошача напон мења у границама ± 5% од називног напона, такво стање веома кратко траје, због чега се не одражава на пријемнике и, према томе, може се сматрати да je средња вредност напона у границама називног напона мреже. Према Српском стандарду (SRPS–y), захтева се да у нисконапонским мрежама, као и у мрежама средњих напона разлике између најнижег и највишег напона, а при нормалним погонским условима, не буду веће од ± 10% од називног напона мреже. У трансформаторским станицама напон је нешто виши од називног. осим о висини напона, која треба да је у одређеним границама, води се рачуна и о фреквенцији, која мора да буде у границама ± 0,5 Hz од називне вредности (50 Hz).

за

1.1.5. Системи за расподелу електричне енергије

За

во

д

електроенергетским водовима преноси се електрична енергија од једног енергетског извора или више енергетских извора до потрошача. Електроенергетски водови могу да буду: • преносни водови, односно далеководи, који примају и преносе електричну енергију од енергетских извора (ЕИ). ти извори могу да буду доста удаљени од напојних тачака, тј. дистрибутивних станица средњег напона (тС вн/Сн), што је приказано на слици 1.10;

Слика 1.10. – Пренос и расподела електричне енергије – ЕИ – енергетски извори – ТС ВН/СН – дистрибутивна трансформаторска станица средњег напона – ТС СН/НН – трансформаторска станица ниског напона

18

• водови високог напона, којима се расподељује и преноси електрична енергија од трансформаторских станица средњег напона до трансформаторских станица ниског напона (тС Сн/нн); • водови ниског напона, којима се расподељује и преноси електрична енергија од трансформаторских станица ниског напона до потрошача.

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

водови за пренос и расподелу електричне енергије могу да буду радијални (отворени), затворени, у облику прстена, вретена или замке, а постоје и њихове различите комбинације. на избор система за расподелу електричне енергије утиче више фактора, међу којима су најважнији погонска сигурност, економичност и могућност развоја. За даље проучавање система за расподелу електричне енергије у оквиру овог уџбеника дато је неколико карактеристичних система.

1.1.6. радијални (отворени) систем

за

уџ

бе

ни

ке

радијални (отворени) систем је најједноставнији, а и најраспрострањенији систем за расподелу електричне енергије (сл. 1.11). Из трансформаторске станице водови полазе зракасто и напајају објекте. Сваки вод напаја посебну улицу, једну страну улице, неку радионицу или део фабрике. овај систем напајања примењује се и код мрежа средњих и високих напона (сл. 1.12). Из главне дистрибутивне станице средњег напона електрична енергија се разводи водовима високог напона до појединих трансформаторских станица ниског напона, одакле се нисконапонским водовима напајају поједини потрошачи. Предности радијалног система су једноставност и ниски инвестициони трошкови, а главна мана је недовољна погонска сигурност. У случају квара на неком воду, сви потрошачи прикључени на тај вод остају без напона.

во

д

10/04

За

Слика 1.11. – Радијалан систем код нисконапонских водова

Слика 1.12. – Радијалан систем код средњенапонских водова

1.1.7. Затворени систем прстенастог облика

Мрежа затвореног система прстенастог облика напаја се с две стране. Уколико се деси квар на било којем месту, најближи потрошач, који је био напајан с једне стране, моћи ћe да се напаја с друге стране. Погонска сигурност је знатно боља од погонске сигурности радијалног система (сл. 1.13). осим тога, оваква мрежа може да прими већа оптерећења, а и пад напона у њој је равномерније распоређен. Исти начин расподеле примењује се и код водова средњег и високог напона (сл. 1.14). високонапонске мреже затвореног система прстенастог облика, које се примењују нарочито у деловима већих градова, где су најзначајнији потрошачи (кабловске мреже), важно је пројектовати тако да не буду преоптерећене, како би могле да функционишу и када се догоди неки квар. С обзиром на то да су мреже затвореног система доста скупље од мрежа радијалног система, оне се примењују само тамо где је неопходна велика погонска сигурност.

19

Слика 1.14. – Прстенасти систем код средњенапонских водова

ни

Слика 1.13. – Прстенаст систем код нисконапонских водова

ке

еЛеКТРИЧНА ПОСТРОЈеЊА

бе

1.1.8. комбинација отвореног и затвореног система

За

во

д

за

уџ

Често се из економских разлога прибегава комбиновању радијалног и затвореног система прстенастог облика, и то и код нисконапонских и код средњенапонских мрежа. To се изводи тако што се важнији потрошачи (болнице, објекти од посебног значаја за сигурност државе), који изискују већу погонску сигурност, напајају преко затвореног вода, а остали преко радијалног вода (сл. 1.15 и 1.16).

Слика 1.15. – Комбинован систем код нисконапонских водова

20

Слика 1.16. – Комбинован систем код средњенапонских водова

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

1.1.9. Систем напајања помоћу спојног вода

д

за

уџ

бе

ни

ке

Свака трансформаторска станица напаја свој рејон. Сабирнице ниског напона двеју суседних трансформаторских станица спојене су спојним водом. У случају квара, на пример, на трансформатору у једној трансформаторској станици, тај трансформатор се искључује, а потрошачи тога рејона, да не би остали без напона, напајају се преко спојног вода из друге трансформаторске станице (сл. 1.17а). овај систем примењује се и код мрежа средњег и високог напона (сл. 1.17б). код високонапонских мрежа тај систем се изводи због боље погонске сигурности, а и због смањења инвестиционих трошкова, који су за израду потпуно затвореног система врло високи.

За

во

Слика 1.17. – Систем напајања помоћу спојног вода: а) код нисконапонских водова, б) код средњенапонских водова.

1.1.10. Систем напајања из два или више извора

најједноставнији систем напајања из више извора је двострано напајан вод, или систем вретено (сл.1.18). овај систем пружа бољу погонску сигурност од радијалног система, a и од затвореног прстенастог облика. У случају квара на једној трансформаторској станици друга трансформаторска станица пружићe помоћ и преузети напајање потрошача. осим тога, овај систем пружа веће могућности за развој и ширење, јер за убацивање нове трансформаторске станице између две постојеће нису потребне велике преправке на постојећој мрежи. најбоља погонска сигурност постиже се сложеним затвореним мрежама, такозваним замкастим мрежама, нарочито ако се оне напајају из два различита енергетска извора, или више њих. осим тога, у таквим мрежама су напонске прилике боље, падови напона су уједначенији, а губици електричне енергије мањи. Међутим, мреже с таквим системом напајања су најскупље, а руковање њима и њихова заштита, као и прорачун потребне снаге мреже за рад потрошача могу да буду веома компликовани. Употребљавају се у центрима већих места и у индустријским подручјима, где је неопходна вишеструка погонска сигурност (сл.1.19). осим ових, карактеристичних облика система за расподелу електричне енергије, постоје и бројни други.

21