Villamosművek I. (töredék)

Tartalom

Előszó 5
1. Általános áttekintés 15
1.1 Történeti áttekintés 15
1.2 A villamos energia termelésének és fogyasztásának főbb jellemzői 18
1.3 Energiaforrások 23
1.4 Villamos erőátvitel 26
1.4.1 Feszültségek megválasztása a villamosenergia-rendszerekben 26
1.4.2 Áramnemek összehasonlítása 28
1.4.3 Az állandó feszültség szerepe az energiaátvitelben 30
1.4.4 A hálózat frekvenciája 31
1.4.5 A fogyasztók ellátásának folyamatossági igénye 32
1.4.6 Az energiaátviteli rendszer felépítése 32
1.4.7 Erőművek, alállomások és vezetékek kialakítása 34
1.4.8 Elosztóhálózatok kialakítása 40
2. Számítási alapismeretek 47
2.1 A Kirchhoff-törvények 47
2.1.1 Kirchhoff törvényei egyenáramú áramkörben. Konvenciók 47
2.1.2 Kirchhoff törvényei egyfázisú váltakozó áramú körben 50
2.2 Teljesítmény-összefüggések 65
2.3 Impedancia-rendszerek 67
2.3.1 Ön-és kölcsönös impedanciák 67
2.3.2 Mérésponti és átviteli impedanciák 70
2.4 Az egyfázisú helyettesítő vázlat 75
2.4.1 Kétkivezetésű hálózat 79
2.4.2 Háromkivezetésű hálózat 81
2.4.3 Négykivezetésű hálózat 85
2.5 Közös feszültségalapra redukálás 85
2.6 Viszonylagos egységek
2.7 Hálózati elemek egyfázisú helyettesítő vázlata 94
2.7.1 Szinkrongenerátor helyettesítő vázlata 94
2.7.2 Transzformátorok helyettesítő vázlata
2 7.2.1 Kéttekercselésű transzformátorok 96
2.7.2.2 Háromtekercselésű transzformátorok 98
2.7.3 Távvezetékek helyettesítő vázlata 100
3. Szimmetrikus összetevők 101
3.1 Többfázisú aszimmetrikus rendszer felbontása szimmetrikus
összetevőkre 102
3.2 A szimmetrikus összetevők módszerének alkalmazása háromfázisú rendszerre 105
3.2.1 Feszültségek és áramok felbontása szimmetrikus összetevőkre 105
3.2.1.1 Forgató vektorok 106
3.2.1.2 A pozitív, negatív és zérus sorrendű összetevők 107
3.2.1.3 a, ß, 0 komponensek 110
3.2.2 Összefüggések a fázis- és vonali mennyiségek között 112
3.2.3 Szimmetrikus összetevők meghatározása szerkesztéssel 116
3.2.4 Teljesítmény-összefüggések 118
3.3 A különböző sorrendű impedanciák 120
3.3.1 Aktív és passzív elemek különböző sorrendű impedanciái 120
3.3.2 Transzformátorok különböző sorrendű impedanciái 131
3.3.2.1 Csillag-csillag transzformátorok 135
3.3.2.2 Delta-delta transzformátorok 139
3.3.2.3 Delta-csillag transzformátorok 140
3.3.2.4 Delta-zegzug és csillag-zegzug transzformátorok 144
3.3.2.5 Háromtekercselésű transzformátorok 147
3.3.2.6 Autotranszformátorok 148
3.3.3 Adott hálózat pozitív, negatív és zérus sorrendű helyettesítő vázlatainak felrajzolása 148
3.4 Sönthibák 151
3.4.1 Egyfázisú földzárlat (FN zárlat) 152
3.4.2 Kétfázisú földzárlat (2FN zárlat) 154
3.4.3 Fázisok közötti zárlat (2F zárlat) 156
3.4.4 Háromfázisú zárlat (3F ill. 3FN zárlat) 157
3.4.5 A zárlatfajták összefoglalása 158
3.4.6 A hibahely impedanciája 160
3.4.7 Generátorok zárlatai (egyoldali táplálás) 165
3.4.7.1 Egyfázisú földzárlat (FN zárlat) 166
3.4.7.2 Kétfázisú földzárlat (2FN zárlat) 172
3.4.7.3 Fázisok közötti zárlat (2F zárlat) 175
3.4.7.4 Háromfázisú zárlat (3F zárlat) 176
3.5 Soros hibák 177
3.5.1 Egy vezető szakadása 177
3.5.2 Két vezető szakadása 179
3.5.3 Z önimpedancia egy vezetőben 180
3.5.4 Z önimpedancia két vezetőben 181
3.5.5 Szakadás az egyik vezetőben, Z önimpedancia a másik két vezetőben 182
3.3.6 Szakadás két vezetőben, Z önimpedancia a harmadikban 184
3.6 Szimultán hibák 184
3.7 Aszimmetrikus hálózatok 192
3.7.1 Aszimmetrikus impedancia-rendszerek 192
3.7.2 Szimmetrikus és aszimmetrikus hálózatrészek összekapcsolása 197
3.7.3 Aszimmetrikus áramkörök admittanciája 199
3.8 A szimmetrikus összetevők mérése 202
3.8.1 A különböző sorrendű feszültségek mérése 203
3.8.1.1 A feszültség zérus sorrendű összetevőjének mérése 203
3.8.1.2 A feszültség pozitív és negatív sorrendű összetevőjének mérése 204
3.8.2 A különböző sorrendű áramok mérése 205
3.8.2.1 Az áram zérus sorrendű összetevőjének mérése 205
3.8.2.2 Az áram pozitív és negatív sorrendű összetevőjének mérése 207
4. Szabadvezetékek induktív reaktanciája 209
4.1 Szabadvezetékek villamos jellemzői 209
4.2 Ön- és kölcsönös induktivitások 210
4.3 Kör keresztmetszetű, egyenes vezetők mágneses tere 212
4.3.1 Egyetlen végtelen hosszú, egyenes, kör keresztmetszetű vezető 212
4.3.2 Két végtelen hosszú, párhuzamos, kör keresztmetszetű vezető 216
4.3.3 n számú végtelen hosszú, párhuzamos, kör keresztmetszetű vezető 217
4.4 Egyfázisú vezeték induktív reaktanciája 221
4.4.1 Egyrendszerű vezeték induktív reaktanciája 221
4.4.2 A „geometriailag egyenértékű távolságok" módszere 222
4.4.3 Kétrendszerű vezeték induktív reaktanciája 227
4.5 Háromfázisú vezeték pozitív sorrendű áramokkal szemben fellépő induktív reaktanciája 227
4.5.1 Általános elrendezésű vezeték 227
4.5.2 Ciklikusan cserélt vezeték 230
4.5.3 Kétrendszerű vezeték 233
4.6 Nem hengeres vezetők redukált sugara és induktív reaktanciája 238
4.6.1 Sodronyok redukált sugara 238
4.6.2 Két anyagból előállított sodrony redukált sugara 239
4.6.3 Tömör vezetők induktív reaktanciája 240
4.7 Szabadvezetékek zérus sorrendű áramokkal szemben fellépő impedanciája 244
4.7.1 Egy vezetőből és a földből alkotott hurok impedanciája 244
4.7.2 Háromfázisú egyrendszerű szabadvezeték zérus sorrendű áramokkal szemben fellépő impedanciája 250
4.7.3 Háromfázisú kétrendszerű szabadvezeték zérus sorrendű áramokkal
szemben fellépő impedanciája 252
4.7.3.1 Két végén párhuzamosan kapcsolt kétrendszerű szabadvezeték 252
4.7.3.2 Kétrendszerű szabadvezeték az egyik vezetékrendszerben létrejövő sönthibával 254
4.8 Háromfázisú, egyrendszerű szabadvezeték védővezetővel 255
4.8.1 Pozitív sorrendű áramokkal szemben fellépő impedencia 255
4.8.2 Zérus sorrendű áramokkal szemben fellépő impedancia 258
4.8.3 Szabadvezeték különböző sorrendű ön- és kölcsönös impedanciái 260
4 8.4 Mintapélda 265
4.9 Az impedancia számítása többrendszerű vezeték vagy több védővezető esetén 270
5. Szabadvezetékek kapacitása 271
5.1 Ön- és kölcsönös kapacitások 272
5.2 Kör keresztmetszetű, egyenes vezetők villamos tere 274
5.2.1 Egyetlen végtelen hosszú, egyenes, kör keresztmetszetű vezető 274
5.2.2 Két végtelen hosszú, párhuzamos, kör keresztmetszetű vezető 275
5.2.3 n számú, végtelen hosszú, párhuzamos, kör keresztmetszetű vezető 277
5.3 Ön- és kölcsönös kapacitív reaktanciák 281
5.4 A részkapacitások 284
5.5 A kapacitások szimmetrikus összetevői 286
5.5.1 Szimmetrikus, egyfázisú vezeték 287
5.5.2 Közel szimmetrikus, háromfázisú vezeték 289
5.5.3 Nem szimmetrikus háromfázisú vezeték védővezető nélkül 290
5.5.4 Ciklikusan cserélt háromfázisú vezeték 294
5.5.5 Mintapélda 295
5.5.6 Háromfázisú vezeték védővezetővel 297
6. Veszteségi jelenségek szabadvezetékeken 301
6.1 Szabadvezetékek soros ellenállása 301
6.2 Szabadvezetékek terhelhetősége 304
6.3 Szabadvezetékek söntellenállása 305
6.3.1 Levezetés a szigetelőknél, szivárgási áram 305
6.3.2 A sugárzás jelensége szabadvezetékeken 306
6.3.2.1 A vezető környezetének hatása a sugárzásra 306
6.3.2.2 A koronakisülés mechanizmusa 310
6.3.2.3 Kritikus sugárzási feszültség 313
6.3.2.4 A sugárzási veszteség 316
6.3.2.5 Rádiózavarás 321
6.3.2.6 Sugárzási jelenségek köteges vezetők esetén 321
7. Szabadvezetékek mechanikai tulajdonságai 325
7.1 Vezetékanyagok 325
7.1.1 Vörösréz 327
7.1.2 Alumínium 328
7.1.3 Nemesített alumínium 328
7.1.4 Acél 329
7.1.5 Acélalumínium 339
7.2 A szilárdsági számítás alapjai 330
7.2.1 Függőleges erők 331
7.2.2 Vízszintes erők 333
7.3 A belógás számítása 335
7.3.1 Számítás parabola alapján 335
7.3.2 Számítás kötélgörbe alapján 336
7.3.3 Különböző felfüggesztési magasság 341
7.4 A belógás állapotegyenlete 342
7.5 A szilárdsági számítások összefoglalása 348
7.6 Felcsapódás, összelengés, vezetékrezgés 351
8. Az erősáramú kábelek 353
8.1 A kábelek osztályozása 355
8.1.1 Szabványos kábelek 355
8.1.2 Különleges kábelek 358
8.2 A kábelek speciális problémái 362
8.2.1 A kábelszigetelés villamos eredetű igénybevételei 363
8.2.2 A kábel és a kábelszigetelés mechanikus eredetű igénybevételei 366
8.2.3 A kábelméretezés műszaki és gazdasági kérdései 367
8.3 Kábelek söntellenállása és veszteségei 368
8.4 Kábelek geometriai adatai 369
8.5 Kábelek pozitív sorrendű áramokkal szemben fellépő soros impedanciája 373
8.5.1 A köpeny hatásának figyelembevétele nélkül 373
8.5.2 A köpeny hatásának figyelembevételével 375
8.5.2.1 Háromfázisú övszigetelésű ólomköpenyű kábel 375
8.5.2.2 Három egyerű kábel 376
8.6 Kábelek zérus sorrendű áramokkal szemben fellépő soros impedanciája 381
8.6.1 Háromerű kábelek 381
8.6.2 Egyerű kábelek 383
8.7 Kábelek kapacitása 384
8.7.1 Egyerű és Höchstädter-kábel 384
8.7.2 Háromerű övszigetelésű kábel 385
8.8 Kábelek melegedése 386
9. A távvezeték mint megosztó paraméterű rendszer 391
9.1 Távvezeték állandósult állapotra vonatkozó differenciálegyenlete 391
9.2 A fogyasztói végen ZT impedanciával lezárt távvezeték 396
9.3 Veszteségmentes vezeték 402
9.3.1 Vezetékjellemzők és hullámterjedési sebesség 402
9.3.2 A vezeték természetes teljesítménye 404
9.4 Számpélda és vektorábrák 405
9.5 A távvezeték tápoldalán mérhető impedancia 415
9.6 Az erőátviteli távvezetékek vizsgálatának általánosítása 418
10. Állandósult energiaátvitel 425
10.1 Általános vezetékállandók 425
10.2 Általános vezetékállandókkal jellemzett négypólusok soros és párhuzamos kapcsolása 428
10.3 Az általános vezetékállandók értékének meghatározása 430
10.4 Az egyenértékű helyettesítő n és T kapcsolás 434
10.4.1 A helyettesítő n kapcsolás 434
10.4.2 A helyettesítő T kapcsolás 436
10.4.3 A n és T vázlat alkalmazása 438
10.5 Feszültségesés 439
10.5.1 A feszültségesés meghatározása általánosságban 439
10.5.2 Feszültségesés meghatározása vektorábra alapján 442
10.5.3 Feszültségesés meghatározása diagramok segítségével 446
10.5.4 Különböző típusú vezetékek feszültségesése 452
10.6 A feszültségesési diagram 453
10.7 A teljesítménnyel kapcsolatos alapfogalmak 456
10.8 A távvezeték teljesítményviszonyai 461
10.9 A teljesítmény-kördiagram 464
10.10 A távvezeték veszteségei 473
10.11 A távvezeték az energiaátviteli rendszerben 475
10.12 A nagy távvezetékek különböző üzemállapotai 476
10.12.1 A távvezeték üzeme erőmű és passzív terhelés között 477
10.12.2 A távvezeték üzeme erőmű és nagy hálózat között 479
11. Hálózatszámítás 481
11.1 Villamos hálózati problémák megoldásának általános irányelvei 481
11.2 A hálózat feszültség- és árameloszlásának meghatározása 484
11.2.1 Számítás Kirchhoff I. törvénye alapján. Feszültség és árameloszlási tényezők 484
11.2.2 Számítás Kirchhoff II. törvénye alapján. Mérésponti és átviteli impedanciák 491
11.3 A Thévenin-elv 496
11.4 A terhelések redukciójának módszere 497
11.5 Általános hálózat teljesítmény-összefüggései 499
11.6 Hálózati veszteségek 501
12. Energiaátviteli rendszerek feszültségszabályozása 503
12.1 Feszültségszabályozás szinkronkompenzátorokkal és statikus söntkondenzátorokkal 505
12.1.1 A szabályozás elvei 505
12.1.2 Söntkondenzátorok sugaras elosztóhálózatban 510
12.2 Soros kondenzátorok 514
12.3 Szabályozó transzformátorok 518
12.3.1 Szabályozó transzformátorok sugaras elosztóhálózatban 519
12.3.2 Szabályozó transzformátorok szerepe sugaras és hurkolt hálózatokban 522
12.4 Kézi és automatikus feszültségszabályozás 526
13. Szinkronozás. Teljesítmény- és frekvenciaszabályozás 531
13.1 Szinkronozás 531
13.2 Teljesítmény- és frekvenciaszabályozás 534
13.2.1 Egy gép szabályozása 534
13.2.2 Két gép párhuzamos üzeme 541
13.3 Együttműködő rendszerek szabályozása 544
13.3.1 Állandó frekvenciára szabályozás egy együttműködő rendszeren belül 545
13.3.2 Távvezetékkel összekapcsolt nagy együttműködő rendszerek szabályozása 546
13.3.2.1 Állandó csereteljesítményre szabályozás 547
13.3.2.2 A szelektív frekvenciaszabályozás 548
13.3.2.3 Villamosenergia-rendszerek közötti csereteljesítmény frekvenciaarányos szabályozása (Darrieux-elv) 549
13.4 Energiarendszerek wattos teljesítményének gazdaságos elosztása 556
Függelék 559

Témakörök