Villamosenergia-rendszerek I.

Tartalom

Előszó 11
1. Bevezetés 13
1.1 Történeti áttekintés 13
1.2 A villamos energia termelésének és fogyasztásának főbb jellemzői 17
. 1.3 Energiaforrások 24
1.4 A villamos erőátvitel 27
1.4.1 A feszültségek megválasztása 27
1.4.2 Áramnemek összehasonlítása 31
1.4.2.1 Egyenáramú átvitel 31
1.4.2.2 Egyfázisú (kétvezetős) váltakozó áramú vezeték 31
1.4.2.3 Háromfázisú vezetékek 32
1.4.3 A villamosenergia-ellátás minősége 33
1.4.3.1 Az állandó feszültség szerepe az energiaátvitelben 33
1.4.3.2 Az állandó frekvencia jelentősége 34
1.4.3.3 A feszültséggörbe alakja 35
1.4.3.4 Az üzemfolytonosság 35
1.4.4 Az energiarendszer felépítése 36
1.4.5 A villamosenergia-rendszer elemei 38
1.4.6 Elosztóhálózatok kialakítása 42
2. Elektrotechnikai alapok 48
2.1 Konvenciók 48
2.2 Az energiaáramlás vizsgálata térjellemzőkkel 50
2.3 Mechanikai és villamos rendszerek összevetése differenciálegyenletük alapján 54
2.4 Kirchhoff törvényei váltakozó áramú körökben 57
2.5 Soros rezgőkör energiaviszonyai 69
2.6 Ideális és valódi feszültség- és áramforrások 71
2.7 A linearitás fogalma 74
2.8 A teljesítményre és az energiára vonatkozó összefüggések 78
2.8.1 Egyfázisú hálózat teljesítménye 78
2.8.2 Háromfázisú hálózat teljesítményviszonyai 84
2.8.3 Teljesítményviszonyok többfrekvenciás feszültségek és áramok esetén 86
2.8.4 A teljesítményátvitel speciális esetei 88
2.9 Az átviteli hálózat impedanciái és admittanciái. Hálózatátalakítások, redukciók 90
2.10 Lineáris passzív kétkapuk 94
2.10.1 A kétkapuk végponti jellemzői közötti összefüggések impedancia- és
admittanciakarakterisztikákkal 95
2.10.2 A kétkapuk átviteli (lánc-) karakterisztikái, végponti egyenértékű
helyettesítések 102
2.10.3 Kétkapuk eredőjének számítása az alapkapcsolások átviteli mátrixai
segítségével 105
2.10.4 Kétkapuk bemeneti impedanciái különböző lezárások esetén 110
2.10.5 Thévenin és Norton elvének alkalmazása két- és többkapukra 112
2.11 Az indukció, a kölcsönös impedancia 117
2.11.1 A kölcsönös indukció 118
2.11.2 A mágneses vezetőképesség és ellenállás 120
2.11.3 A transzformátor mágneses körei 121
2.11.4 A kölcsönös impedanciák kiküszöbölése 126
2.12 Viszonylagos egységek 129
3. Többfázisú hálózatok aszimmetrikus üzemmódjának számítása 135
3.1 Szimmetrikus összetevők 136
3.1.1 Többfázisú aszimmetrikus feszültség- és áramrendszer felbontása szimmetrikus összetevőkre 136
3.1.2 Impedanciamátrix szimmetrikus összetevő transzformációja 142
3.1.3 Szimmetrikus összetevők, sajátértékek, sajátvektorok 145
3.1.4 Háromfázisú hálózat helyettesítése szimmetrikus összetevők segítségével. 153
3.1.4.1 Aktív és passzív elemek különböző sorrendű impedanciái 153
3.1.4.2 Összefüggések a fázis- és a vonali mennyiségek között 161
3.1.4.3 Transzformátorok különböző sorrendű impedanciái és helyettesítő
vázlatai 165
3.1.4.4 Adott háromfázisú hálózat pozitív, negatív és zérus sorrendű
helyettesítő vázlatainak felrajzolása 181
3.1.5 Szimmetrikus összetevők módszerének alkalmazása háromfázisú rendszerre 184
3.1.5.1 Feszültségek és áramok felbontása szimmetrikus összetevőkre 184
3.1.5.2 A pozitív, negatív és zérus sorrendű összetevők 184
3.1.6 Nem ciklikus impedancia-rendszerek 188
3.1.7 Sönthibák 200
3.1.7.1 Egyfázisú földzárlat (FN) 201
3.1.7.2 Kétfázisú földzárlat (2FN) 206
3.1.7.3 Fázisok közötti zárlat (2F) 210
3.1.7.4 Háromfázisú zárlatok (3F és 3FN) 213
3.1.7.5 A hibahelyi impedancia hatása 215
3.1.7.6 Példák aszimmetrikus terhelésre 220
3.1.8 Soros hibák 225
3.1.8.1 Egyfázisú szakadás. Soros impedancia a vezeték egyik fázisában 225
3.1.8.2 Kétfázisú szakadás 227
3.1.8.3 Általános soros hiba 229
3.1.9 Transzfer impedancia sönt- és soros hibák esetén 230
3.1.10 Szimultán hibák 234
3.1.11 Egy- és kétfázisú vezetékek szimmetrikus összetevőkkel 241
3.1.11.1 Egyfázisú zárlat 243
3.1.11.2 Kétfázisú zárlat 244
3.2 A Clarké-transzformáció 244
3.2.1 Feszültségek, áramok és impedanciák Clarké-transzformációja 245
3.2.2 Háromfázisú hálózat helyettesítése a Clarke-összetevőkkel 255
3.2.3 Sönt- és soros hibák helyettesítése Clarke-összetevőkkel 260
3.2.3.1 Háromfázisú zárlat (3F és 3FN) 260
3.2.3.2 Egyfázisú földzárlat (FN) 261
3.2.3.3 Kétfázisú zárlatok (2FN és 2F) 263
3.2.3.4 Egyfázisú szakadás 266
3.2.3.5 Kétfázisú szakadás 268
3.2.3.6 Szimultán hibák 270
3.3 Aszimmetrikus impedancia-rendszerek és szimmetrizálásuk 270
3.3.1 Távvezeték fáziscseréje 271
3.3.2 Aszimmetrikus soros rendszerek 275
3.3.3 Aszimmetrikus, deltába kapcsolt impedanciák vizsgálata 284
3.3.4 Általános önimpedancia-rendszer 286
3.3.5 Aszimmetrikus admittancia-rendszerek 288
3.4 A szimmetrikus összetevők mérése 291
3.4.1 A feszültség különböző sorrendű összetevőinek mérése 291
3.4.1.1 A feszültség zérus sorrendű összetevője 291
3.4.1.2 A feszültség pozitív és negatív sorrendű összetevője 292
3.4.2 Az áram különböző sorrendű összetevőinek mérése 294
3.4.2.1 Az áram zérus sorrendű összetevője 294
3.4.2.2 Az áram pozitív és negatív sorrendű összetevője 296
4. Szabadvezetékek soros impedanciája 297
4.1 Szabadvezetékek általános jellemzői 297
4.2 Szabadvezetékek ön- és kölcsönös induktivitásai 298
4.2.1 Egyetlen végtelen hosszú, egyenes, kör keresztmetszetű vezető 305
4.2.2 Két végtelen hosszú, párhuzamos, kör keresztmetszetű vezető 308
4.2.3 n darab végtelen hosszú, kör keresztmetszetű, párhuzamos vezető 310
4.3 A geometriailag egyenértékű távolságok módszere 318
4.4 Köteges vezeték induktív reaktanciája 323
4.4.1 Kétvezetős köteg 324
4.4.2 Háromvezetős köteg 325
4.4.3 Négyvezetős köteg 326
4.5 Nem hengeres vezetők redukált sugara és induktív reaktanciája 328
4.5.1 Sodronyok redukált sugara 328
4.5.2 Tömör vezetők induktív reaktanciája 330
4.6 Távvezetékek soros impedanciája a föld figyelembevétele nélkül 334
4.6.1 Egyrendszerű, egyfázisú vezeték reaktanciamátrixa 334
4.6.2 Egyrendszerű háromfázisú nullavezetős vezeték reaktanciamátrixa 336
4.6.3 Háromfázisú vezeték szimmetrizálása 341
4.6.4 Háromfázisú vezeték nullavezető nélkül 342
4.6.5 Kétrendszerű egyfázisú vezeték 344
4.6.6 Kétrendszerű háromfázisú vezeték 350
4.7 Szabadvezetékek soros impedanciája a föld figyelembevételével 354
4.7.1 Egy vezető-föld hurok impedanciája 355
4.7.2 Két fázisvezető-föld hurok impedanciája 357
4.7.3 A föld figyelembevétele fiktív, neutrális vezetővel 365
4.7.4 Egyrendszerű háromfázisú vezeték impedanciamátrixa 367
4.8 Szabadvezetékek impedanciája védővezetők és a föld figyelembevételével 372
4.8.1 Egyrendszerű háromfázisú vezeték egy védővezetővel 374
4.8.2 Egyrendszerű háromfázisú vezeték két védővezetővel 378
4.8.3 Kétrendszerű háromfázisú vezeték két védővezetővel 380
5. Szabadvezetékek kapacitása 385
5.1 A térben egyedül álló vezető villamos tere 387
5.2 Két párhuzamos, kör keresztmetszetű vezető kapacitása 388
5.3 n számú, végtelen hosszú, párhuzamos, kör keresztmetszetű vezető kapacitása 392
5.4 Köteges vezetők kapacitása 399
5.5 A kapacitások szimmetrikus összetevői 402
5.5.1 Szimmetrikus egyfázisú vezeték védővezető nélkül 402
5.5.2 Szimmetrikus egyfázisú vezeték védővezetővel 405
5.5.3 Háromfázisú vezeték védővezető nélkül 406
5.5.4 Egyrendszerű háromfázisú vezeték két védővezetővel 411
5.5.5 Kétrendszerű háromfázisú vezeték két védővezetővel 413
6. Veszteségi jelenségek a szabadvezetékeken 417
6.1 A koronajelenség 417
6.1.1 A koronakisülés mechanizmusa 421
6.1.1.1 A negatív koronakisülés 421
6.1.1.2 A pozitív koronakisülés 423
6.1.2 Néhány fontosabb összefüggés a koronajelenséggel kapcsolatban 424
6.1.3 Vezetékek körül kialakuló villamos tér 425
6.1.3.1 Kis sugarú gömb vagy henger homogén villamos térben 425
6.1.3.2 Kétvezetős köteg térérősség-eloszlása 426
6.1.3.3 Háromvezetős köteg térerősség-eloszlása 428
6.1.3.4 Négyvezetős köteg 429
6.1.4 A koronajelenség hatásai 432
6.1.4.1 A koronaveszteség számítása 433
6.1.4.2 A rádió- és tv-zavarás 435
6.1.4.3 A hallható zaj 437
6.2 Szabadvezetékek soros ellenállása 439
6.2.1 A szkinhatás. A közelségi hatás 440
6.2.2 A pozitív sorrendű soros önimpedancia 443
6.2.3 A szkinhatás homogén, egyenes, tömör, nem ferromágneses anyagú
körhengereknél a közelségi hatás figyelembevétele nélkül 443
7. Szabadvezetékek mechanikai tulajdonságai 447
7.1 Vezetékanyagok 447
7.1.1 Réz 449
7.1.2 Alumínium 450
7.1.3 Acél 450
7.1.4 Alumínium és ötvözött alumínium vezetéksodrony acél erősítéssel 450
7.2 A szabadvezeték mechanikai igénybevételei 452
7.2.1 Függőleges terhelések 452
7.2.2 Vízszintes terhelések 454
7.3 A szabadvezetékek belógásának számítása 455
7.3.1 A belógás számítása parabola alapján 456
7.3.2 A belógás számítása kötélgörbe alapján 457
7.3.3 A belógás számítása különböző felfüggesztési magasság esetén 462
7.4 A szabadvezeték mechanikai állapotegyenlete 463
7.5 A szilárdsági számítások összefoglalása 469
7.6 Felcsapódás, összelengés, vezetékrezgés 471
8. Kábelek 473
8.1 A kábelek osztályozása, szerkezete és fajtái 475
8.1.1 Szabványos kábelek 476
8.1.2 Különleges kábelek 480
8.2 A kábelek számítása és méretezése 485
8.3 A kábelek valódi és geometriailag egyenértékű adatai 489
8.4 Kábelek kapacitása 493
8.4.1 Egyerű és Höchstadter-kábel 493
8.4.2 Háromerű övszigetelésű kábel 493
8.5 Kábelek soros impedanciája 494
8.5.1 Köpenyáram nélküli háromfázisú kábelelrendezések 495
8.5.2 Köpenyáramokat eredményező háromfázisú kábelelrendezések 497
8.5.3 Háromfázisú kábelelrendezések idegen vezetékekre gyakorolt hatása. A
köpeny védőhatása 500
8.5.4 Kábelek felületi impedanciája 503
8.6 Kábelek fektetése, melegedése és terhelhetősége 506
8.6.1 A melegedésvizsgálatok általános kérdései 506
8.6.2 A kábelek terhelhetőségének számítására vonatkozó szabványelőírások 512
8.6.2.1 A kábelben keletkező veszteségek számítása 512
8.6.2.2 A hőellenállások számítása 518
8.6.3 Változó terhelésű kábelek melegedése 525
Függelék 529
F/1. Villamosenergia-rendszerrel kapcsolatos fogalmak az MVMT Statisztikai
évkönyve alapján 529
F/1.1 Általános fogalmak 529
F/1.2 Erőművi teljesítőképpesség 529
F/1.3 Egyéb erőművi fogalmak 530
F/1.4 Villamosenergia-termelés és -felhasználás 531
F/1.5 Hálózati fogalmak 532
F/4. Szabványos szabadvezeték-sodronyok 533
F/8. Kábelparaméterek 536
Irodalomjegyzék 541
Tárgymutató 545

Témakörök