7-es Tétel

Villamos művek8.1 Feladata, anyaga, elrendezése8. GYŰJTŐSÍNEKA gyűjtősín a villamos kapcsolóberendezés azon része, amelyre a leágazások csatlakoznak. Agyűjtősínnek, mint a kapcsolóberendezés térben széthúzott csomópontjának alapvető feladataa villamos energia fogadása és elosztása a fogyasztók között. A gyűjtősínekre csatlakozóleágazások lehetnek: távvezetéki-, kábel-, transzformátor-, generátorleágazások, stb. Aleágazásokat két fő csoportra osztjuk: betáplálási és fogyasztói leágazások.A gyűjtősínek sodronyból, csősínből vagy idomsínből vannak felépítve, melyekettámszigetelők, rúdszigetelők vagy szigetelőláncok tartanak. Anyaguk vörösréz, alumíniumvagy ezek ötvözetei.Elrendezésük a térben:vízszintes függ őleges ferde háromszögA vízszintes elrendezés a leggyakoribb, mivel hűtés és szilárdsági szempontból ez alegmegfelelőbb. A függőleges és lépcsős elrendezést különleges helyi adottságok teszikindokolttá. A háromszög elrendezés – minimális helyigénye következtében – elsősorban atokozott berendezésekben terjedt el.A sínek termikus és dinamikus terhelhetősége függ az egyes elemek beépítési módjától. Ezkülönösen lapos sínek esetén jelentős. A lapos sínek beépítési lehetősége:vízszintesvagy függőlegesHűtés szempontjából a függőleges, dinamikailag a vízszintes helyzet a kedvezőbb.A gyűjtősínek beépítését alapvetően meghatározza az átívelési távolság, az a biztonságitényezővel megnövelt légköz, amelyet az adott névleges feszültséghez tartozó iparifrekvenciájú és lökőhullámú szabványos próbafeszültségek nem ütnek át.Színjelölés: L1 fázis – zöld, L2 fázis – sárga, L3 fázis – piros. A profilsínek festése a jelölésentúlmenően a hűtési viszonyokat is javítja, mivel a sínnek így jobb a hősugárzása, mint festésnélkül.61

8.2 Gyűjtősínrendszerek8.2.1 Egyszerű gyűjtősín rendszerEgyszeres osztatlan Egyszeres gy űjtősín Egyszeres gyűjtősín Egyszeres gyűjtősíngyűjtősínszakaszolós bontással megszakítós bontással segédsínnelsegédsína) b) c)23. ábrad)Az egyszeres (osztatlan) gyűjtősínbe (a ábra) semmiféle kapcsolókészüléket nem építenek be.Előnyei: kis helyigényű, egyszerű a kezelése, olcsó. Hátránya: tervszerű karbantartáskor vagya gyűjtősín meghibásodásakor az egész állomás üzeme megszűnik.Az egyszeres osztott gyűjtősín hosszában szakaszolókat helyeznek el (b ábra), melyekre csakkarbantartáskor vagy javításkor van szükség. Azért van kettő belőle, mert ha csak egy lenne agyűjtősín-szakaszoló karbantartásához mindkét gyűjtősín felet feszültségmentesíteni kellene.A gyűjtősín osztására szakaszoló helyett megszakítót építenek be (c ábra), ha a hosszantibontásra a karbantartás igényén kívül más okból is rendszeresen szükség van (pl. önműködőzárlati áramkorlátozás esetén).A „d” ábrán látható segédsínes megoldás ma már ritkábban alkalmazott kapcsolás. Asegédsínt tápláló megszakítós leágazással feszültség alá lehet helyezni a segédsínt, és arrarászakaszolni azt az elmenő vezetéket, amelynek leágazási készüléke meghibásodott ésjavításra szorul.8.2.2 Kettős gyűjtősín rendszerOsztatlan kettős gyűjtősínrendszerKett ős gyűjtősínrendszer segédsínnel24. ábra6225. ábraa) b)Két egyenrangú gyűjtősínből áll. A két gyűjtősín terhelés alatti össze-, ill. szétkapcsolására,valamint a zárlat alatti szétválasztására az ún. sínáthidaló megszakítója alkalmas, amely agyűjtősínekhez egy-egy szakaszolóval csatlakozik. A sínáthidaló másik fontos szerepe, hogy

Villamos művekmegszakítója bármelyik leágazás megszakítóját helyettesítheti. Ebben az esetben ahelyettesítendő megszakítójú leágazást az egyik, az összes többi leágazást a másik gyűjtősínreszakaszolják.Osztatlan, hagyományos kettős gyűjtősínrendszer kapcsolása látható az „a” ábrán. Általábana leágazások egyik felét az egyik, másik felét a másik gyűjtősínről üzemeltetik. A sínáthidalólehetővé teszi, hogy bármelyik leágazás terhelés alatt is áttéríthető az egyik sínről a másikra.Osztatlan kettős gyűjtősín segédsínnel (b ábra). Bármelyik leágazást, de egyidejűleg csakegyet a saját megszakítóját kikerülve a segédsínre lehet szakaszolni.Kettős gyűjtősínrendszer hosszanti bontása, ill. összekötése a legegyszerűbben sorosszakaszolókkal hozható létre. A terhelés alatti hosszanti bontás és összekötés úgy oldhatómeg, ha a sínbontó szakaszolókat megszakítóval söntölik (c ábra).Szakaszolókkal osztott kettősgyűjtősínrendszerOsztott kett ős gyűjtősínrendszer keresztkapcsolásúkombinált sínáthidalóvalOsztott kettős gyűjtősínrendszer hossz- éskeresztkapcsolatú kombinált sínáthidalóval8.2.3 Poligon kapcsolásc)26. ábraA poligon- (sokszög-) kapcsolású rendszer az egyes leágazások között tulajdonképpengyűjtősín nélkül hoz létre kapcsolatot. (a ábra) Ennél a kapcsolásnál az összes megszakító ahozzá tartozó szakaszolókkal együtt gyűrűben van felfűzve.29. ábra28. ábraa) b)63

A kapcsolás előnye: a sokszög bármelyik részén bekövetkező zárlat esetén a hibásvezetékrészt a két szomszédos megszakító kikapcsolja, míg a berendezés többi részeváltozatlanul üzemben marad.Hátrányai: a megszakító működések száma kétszeresére emelkedik és a berendezés bővítéseaz üzem zavarása nélkül szinte lehetetlen.A Π-kapcsolás, amely Magyarországon 120 kV-on eléggé elterjedt, tulajdonképpen egybefejezetlen négyszög poligon két távvezetéki és két transzformátorleágazása (b ábra).8.2.4 Másfél megszakítós megoldásAz elnevezés onnan származik, hogy akapcsolásban két leágazáshoz három, tehátegyhez 1,5 megszakító tartozik.A kapcsolás megtartja a hagyományospoligonkapcsolásnak a zárlatokkihatásaival szembeni érzéketlenségét,valamint azt a tulajdonságát, hogymindegyik leágazásban két megszakítóvan. A rendszer további előnye, hogy agyűjtősínek szerepe nem olyan kritikus,mint a hagyományos kettős gyűjtősíneké.Hátránya, hogy igen drága, ezért csakkülönösen nagy biztonságot igénylőállomásoknál alkalmazzák.30. ábra8.3 Gyűjtősín villamos jellemzőiA gyűjtősínek méterenkénti induktivitásának meghatározása különböző elrendezésekesetén.Körkeresztmetszet esetén:L3L1L2rL1 L2 L3rdddEgyenlő oldalú háromszög csúcsaibanEgysíkú elrendezés' ' ' ' d−7© d−7L = L1 = L2 = L3= ( 2⋅ ln + 05 ,) ⋅10 ( H/ m)LK= (2 ⋅ ln + 0,96) ⋅10(H / m)rrL©⎛= ⎜4,6⋅ lg⎝dr⎞+ 0,5⎟ ⋅10⎠−7LLL©K©1©2⎛= ⎜4,6⋅ lg⎝= L©3⎛= ⎜4,6⋅ lg⎝dr⎛= ⎜4,6⋅ lg⎝dr⎞+ 0,96⎟ ⋅10⎠dr⎞+ 0,5⎟ ⋅10⎠−7−7⎞+ 1,19⎟ ⋅10⎠−764

Villamos művekNégyszög keresztmetszet esetén: bevezetjük az egyenértékű sugár (R) fogalmát, amely annaka vékonyfalú vezetőnek a sugara, amelynek ugyanakkora az induktivitása, mint a valóságostömör, négyszög keresztmetszetű vezetőé.A tömör, körkeresztmetszetű vezetőt is helyettesíthetjük vékonyfalú cső keresztmetszetűvezetővel, melynek képzetes sugara: R.R = 0,2235(m+v) R = 0,779rvRrRmddddLLL©K©1©2⎛= ⎜4,6⋅ lg⎝dR© ⎛ d= L3= ⎜4,6⋅ lg⎝ R⎛ d ⎞= ⎜4,6⋅ lg ⎟ ⋅10⎝ R ⎠⎞+ 0,462⎟ ⋅10⎠−7−7⎞+ 0,693⎟ ⋅10⎠−78.4 Gyűjtősínek méretezése8.4.1 Üzemi és zárlati melegedésre1. Üzemi melegedésre: állandósult állapotban létrejövő túlmelegedés ne lépje túl amegengedett túlmelegedés értékét. Terhelhetőségi táblázat alapján. Az alapadatok festetlen,álló gyűjtősínekre vonatkozik.Fekvő gyűjtősínnél 0,9, két párhuzamos gyűjtősínnél 0,85 a terhelhetőséget csökkentőtényező.Meghatározható a túlmelegedés értéke az alábbi összefüggés szerint is:I2n⋅ R ⋅ t = α ⋅ F⋅( ϑ − ϑ ) összefüggés alapján, ahol ∆ϑ = ( ϑ −ϑ)vk2In⋅R⋅t∆ϑ =α ⋅ Fv ka túlmelegedésF a hőátadó felület (m 2 )ϑ va végső hőmérséklet (°C)ϑ ka kezdeti hőmérséklet(°C)⎛ W ⎞α a hőátadási tényező ⎜ ⎟⎝ m2 ⋅° C⎠65

2. Zárlati melegedésre2A zárlati felmelegedés sebessége: τ = B⋅I (°C/s), ahol τ a gyűjtősín túlmelegedése (°C),2t Azt a zárlat fennállásának ideje (s)Iz a zárlati áramsűrűség (A/mm 2 )AB - anyagi állandóvörösrézre:B= 81⋅10alumíniumra:B= 187⋅10aludúrra:B = 200⋅10Adott keresztmetszetű gyűjtősínen átfolyó zárlati áramot meghatározhatjuk: t−4−4−4max=⋅ 2τ ABI ⋅(s) 2zA keresztmetszetet és a védelem lekapcsolási idejét úgy kell megállapítani, hogy a gyűjtősínhőmérséklete a 300°C-ot ne haladja meg. Mivel a terhelt gyűjtősín 30°C környezeti és 30°Cüzemi túlmelegedés mellett 60°C-nak vehető, a rövidzárlati túlmelegedés megengedhetőmértéke általános esetben 240 °C-nak vehető.Más módon:2II 2 z⋅R⋅tJz⋅ R⋅ t = cm ⋅ ⋅ ∆ϑ összefüggésből ∆ϑ = , ahol c a fajhőc⋅mkg⋅°Cm a tömeg (kg) (m = V ⋅ρ)V a gyűjtősín térfogataρ a sűrűség8.4.2 FeszültségesésreA feszültségesés a nagy keresztmetszet és a rövid távolságok miatt nem számottevő, igenhosszú és nagy terhelésű gyűjtősíneken közelíti csak meg a megengedett 2 %-ot (a hatásosellenálláson létrejövő feszültségesést ezért el is hanyagoljuk).U = 3⋅I⋅ X = 3⋅I⋅ω ⋅L ' ⋅∑lL ' a méterenkénti induktivitás.LLε= 2% = U ⋅100, ahol U n a névleges vonali feszültség.ULnVízszintes elrendezésű gyűjtősínek esetén a külső sínek feszültségesése a nagyobb, az amértékadó.8.4.3 GazdaságosságraA gazdaságos áramsűrűség ismeretében (J g) , melynek értéke függ az üzemórák számátólAgIn2= ( mm )Jg66

Villamos művekFontos a betáplálások és leágazások helyes csoportosítása is.1000A 1000A 500A 500A 500A 1000A 1000A 500A1000A 500A 500A 1000A1000A 2000A 3000A 2000A 1000A 500A500A 1500A 500A 500A 1500A 500A 500A 500AG G G G G GGGG1000A 1000A 1000A 1000A 1000A 1000A1000A 1000A 1000A8.4.4 Mechanikai szilárdságraA lökőáram értéke : Il= κ⋅ 2 ⋅I, ahol κ = 1,8 és Iz a zárlati áram effektív értéke−A maximális erőhatás: F( N )z= ld Imax2 ⋅ 10 7 ⋅ ⋅ 2 l.A zárlat bekövetkezésekor nem lesz a lökőárammal azonos nagyságú az áram mindhárom− ⋅lfázisban, ezért F= c⋅210 ⋅ 7 ⋅d I 2 l, ahol c = 0,87.az ébredő nyomaték: M= F⋅l12 (Nm),M F⋅la sínben fellépő feszültség (igénybevétel) σ = = (N/m 2 )K 12⋅KK - keresztmetszeti tényező: K m v 2⋅ 3= ( cm )A szilárdságtani számítás akkor helyes, ha σ ≤ σ meg. σ8.4.5 Önrezgésszámra6FFvmmeg= 002σ, , ahol b = 3.bA sín saját frekvenciáját mindkét oldali merev befogás esetén az alábbiak szerintszámíthatjuk:f112= c⋅ ⋅l0 2EI ⋅az alapharmonikusra (f 0 ne legyen f közelében)gc - állandó, értéke alumíniumra: 1, 67⋅ 10 6 , rézre: 1, 25⋅10 6l - a gyűjtősín alátámasztási köze (cm)E - a sín rugalmassági modulusa ( N/ cm 2 )I - a fázisvezető sín másodrendű nyomatéka ( cm 4 )g - a fázisvezető 1 cm hosszú darabjának a tömege (N/cm)67