Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir i

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za elektrotehniko

KABELSKI VODI

Seminar za predmet: Razdelilna in industrijska omrežja

Seminar izdelal: Matej Udir, dipl inž. el. (UN)

Mentor: prof. dr. Grega Bizjak

Študijsko leto 2015/16

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir ii

Povzetek V seminarski nalogi opisujem kabelske vode in njihove lastnosti. Ker gre za nalogo pri

predmetu »Razdelilna in industrijska omrežja« se posvečam predvsem vodom na

srednjenapetostnem nivoju. Na kratko opišem fizikalno ozadje, konstrukcijo in

dimenzioniranje kablov ter navedem nekaj primerov polaganja kabelskih vodov. Za konec jih

še primerjam z nadzemnimi vodi.

Ključne besede:

Kabelski vodi, konstrukcija, materiali, dimenzioniranje, nadzemni vodi.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 3

Kazalo

1. Uvod ............................................................................................................... 6

2. Splošne osnove in lastnosti kabelskih vodov .............................................. 82.1 Upornost prevodnika .................................................................................................... 8

2.2 Induktivnost, reaktanca in impedanca ........................................................................ 10

2.3 Kapacitivnost kabelskega voda .................................................................................. 11

3. Konstrukcija kabla ..................................................................................... 123.1 Vodnik ....................................................................................................................... 13

3.2 Polprevodni oklop vodnika ........................................................................................ 14

3.3 Izolacija vodnika ........................................................................................................ 14

3.3.1 Različne vrste izolacijskih materialov ................................................................ 15

3.3.2 Električno drevo v izolaciji ................................................................................. 16

3.3.3 Vodno drevo v izolaciji ...................................................................................... 16

3.4 Polprevodna plast okrog izolacije .............................................................................. 16

3.5 Vzdolžna zapora – separator ali ekspandirani trak .................................................... 16

3.6 Električni zaslon kabla ............................................................................................... 17

3.7 Prečna zaščita kabla ................................................................................................... 17

3.8 Plašč kabla ................................................................................................................. 17

3.9 Označevanje kablov ................................................................................................... 18

4. Dimenzioniranje kabelskih vodov ............................................................. 204.1 Polnilni tok ................................................................................................................. 20

4.2 Ferrantijev efekt ......................................................................................................... 21

4.3 Dopustni obratovalni tok kabelskega voda ................................................................ 22

4.4 Dielektrične izgube .................................................................................................... 23

4.5 Izgube v prevodniku .................................................................................................. 23

4.6 Padec napetosti .......................................................................................................... 24

4.7 Izbira tipa kabla ......................................................................................................... 25

4.7.1 Enožilni kabli ...................................................................................................... 25

4.7.2 Trižilni kabli ....................................................................................................... 26

5. Polaganje kablovodov ................................................................................ 275.1 Načini polaganja kabelskih vodov glede na lastnosti zemljišča in prostor polaganja 28

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 4

5.1.1 Mestno področje ................................................................................................. 28

5.1.2 Primestno področje ............................................................................................. 29

5.1.3 Vaško področje ................................................................................................... 30

5.1.4 Strnjeno naselje .................................................................................................. 30

5.1.5 Gozd ................................................................................................................... 31

5.1.6 Travniki, pašniki, polja ....................................................................................... 31

5.2 Kabelske garniture ..................................................................................................... 32

6. Primerjava kabelskega voda z nadzemnim ............................................. 33

7. Teoretična vprašanja in računske naloge ................................................ 34

8. Viri in literatura ......................................................................................... 35

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 5

Seznam uporabljenih kratic

NN Nizka napetost

SN Srednje visoka napetost

VN Visoka napetost

TK Telekomunikacije

Al Aluminij

Cu Baker

Fe Železo

XLPE Cross-linked Polyethylene

KV Kabelski vod

NV Nadzemni vod

EKK Elektro kabelska kanalizacija

Seznam uporabljenih simbolov

𝑈 napetost [V]

𝑃𝑒𝑙 električna moč [W]

𝑊 energija [Ws]

𝑇 temperatura [°C, K]

𝑅 upornost [Ω]

𝐿 induktivnost [H]

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 6

1. Uvod

Kabelski vodi se dandanes vse pogosteje uporabljajo, saj imajo pred nadzemnimi vodi (vsaj

na prvi pogled) kar nekaj prednosti. Srečujemo jih že na vseh napetostnih nivojih vse od

komunikacijskih (mV, nekaj V) do visokonapetostnih omrežij (nekaj sto kV). Seveda jih

moramo zaradi njihovih specifik obravnavati malo drugače kot nadzemne vode. Tudi oprema

je pri kabelskih vodih nekoliko drugačna kot pri nadzemnih vodih. Razlike najdemo tudi ob

primerjavi kabelskih vodov v različnih koncih sveta. Glavni »veji« razvoja kabelskih vodov

lahko prav tako kot pri mnogih drugih panogah, razdelimo na evropsko in ameriško. V Evropi

se večkrat poslužujemo podzemnih kabelskih vodov, v Ameriki pa večkrat nadzemnih.

Podzemne kabelske vode v Ameriki uporabljajo predvsem za namene urbane rezidenčne

distribucije električne energije v strogih centrih večjih mest. Ne samo uporaba, od evropskega

se razlikuje tudi ameriški koncept in načrtovanje kablovodov. Podobni so namreč nadzemnim

z drugo izolacijo (to so enožilni kabli, položeni v kanale). Uporaba enožilnih kablov v jaških

vpliva tudi na samo načrtovanje in dizajn kabla, še posebno kar se tiče nevtralnega in

zaščitnega vodnika in oklopa.

Razlike med obema sistemoma so se kazale že skozi zgodovino. Poglejmo si nekaj

najpomembnejših mejnikov v razvoju kablovodov:

1880a Prvi kabelski vodi oviti v gutta percha lateks, kot izolatorja kmalu sledita

guma in vulkaniziran bitumen.

1890 Ferantijev 10kV cevasti kabel in vpeljava papirnate izolacije.

1914 Hochstaderjevo odkritje »screeninga« (prevodnik najprej ovijemo v

polprevodnik, z namenom, da zmanjšamo stresanje na stiku z izolacijo), kar je

pripomoglo k višanju distribucijske napetosti do 33kV.

1930a Prva PVC izolacija v Nemčiji.

1943 Prvi trižilni 132kV kabel v obratovanju.

1950a Popolna komercialna uporaba PVC-ja in termoset izolacije za žičnate kable.

PVC izolacija za močnostne kable se pojavi ob koncu 50-ih. Razvoj

aluminijastih ovojev in postopno uvajanje aluminija kot prevodnika

1960a Povezava ±100kV (DC) pod morjem med Francijo in Anglijo (1961).

1970a Krepitev uporabe termoset izolacije, večinoma XLPE (alternativa papirju).

Večje komercialne aplikacije do 15kV.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 7

1980a Optična vlakna v nadzemnih TK vodih. Široka uporaba XLPE izolacije na

srednjenapetostnem področju. Dizajniranje kablov v želji po zmanjšanju

posledic, če so le-ti prizadeti v požaru.

1990a Širša uporaba polimerov pri EHV (angl. Extra High Voltage) kablih in

komercializacija PPL kablov.

V prvem poglavju sem navedel nekaj zgodovinskih dejstev in zgolj orisal, kaj in kako delajo s

kabelskimi vodi v Ameriki. Veliko bolj se nas tičejo kabelski vodi Evrope v 21. stoletju, zato

bom svojo seminarsko nalogo nadaljeval v tem duhu. Opisal bom splošne osnove in lastnosti

kabelskih vodov, tipično konstrukcijo, materiale (prevodnike in izolacijo) in dimenzioniranje

kabelskih vodov. Proti koncu bom napravil še primerjavo kabelskih vodov z nadzemnimi.

Slika 1.1: Prerez sodobnih kabelskih vodov enožilni (levo) trižilni (desno).

Glede na vrsto polaganja ločimo kable za polaganje v zaprtih prostorih, za polaganje v zemljo

in polaganje pod vodo. Glede na število žil ločimo enožilne in večžilne (večinoma trižilne)

kable. Ločimo jih lahko tudi glede na nazivno napetost, torej kable za nizko, srednjo in visoko

napetost ter kable za najvišje napetosti.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 8

2. Splošne osnove in lastnosti kabelskih vodov

V tem poglavju se bom na kratko posvetil električni teoriji kablovodov in lastnostim kot so

prevodnost, upornost, induktivnost, reaktanca, impedanca, kapacitivnost in podobne. Seveda

ne bom izvajal celotnih izpeljav, saj to ni predmet te seminarske. Navedel bom končne enačbe

in določene skice s krajšimi razlagami.

2.1 Upornost prevodnika

V tem podpoglavju si poglejmo, kako je z upornostjo prevodne sredice kabelskega voda.

Vsak prevodnik ima namreč tudi neko končno upornost, to pa delimo na tako imenovani

enosmerno in izmenično upornost.

Enosmerna upornost

Enosmerno upornost najlaže opišemo z enačbo, ki opisuje temperaturno odvisnost upornosti

vodnika:

𝑅 = 𝑅20�1 + 𝛼20(𝑇 − 20)� [Ω]

Pri čemer so količine:

𝑅 upornost vodnika pri izbrani temperaturi [Ω]

𝑅20 upornost vodnika pri temperaturi 𝜌[Ω]

𝛼20 temperaturni koeficient upornosti prevodnega materiala pri 20°C

𝑇 temperatura vodnika [°C]

Upornost vodnika pri 20°C je podana z enačbo:

𝑅20 =𝜌 ∙ 𝑙

𝐴 [Ω]

Pri čemer so količine:

𝜌 specifična upornost materiala pri temperaturi 𝑇 = 20°C [Ωm]

𝑙 dolžina vodnika [m]

𝐴 presek (prerez) vodnika [m2].

Poglejmo si sedaj nekaj tipičnih (konstantnih) podatkov za različne materiale.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 9

Tabela 1: Električne lastnosti različnih materialov [2].

Material

Specifična upornost 𝝆 pri

𝟐𝟎°𝐂

[𝛀𝐦] ∙ 𝟏𝟎−𝟖

Temperaturni koeficient

upornosti 𝜶𝟐𝟎

°𝑪−𝟏

Baker 1,72 0,0039

Aluminij 2,82 0,0040

Srebro 1,62 0,0041

Zlato 2,44 0,0034

Železo 10 0,005

Polivinilklorid (PVC) 102 ÷ 106 Nimam podatka

Že na prvi pogled je iz tabele razvidno, zakaj se kot prevodni material v kabelskih vodih

uporabljata baker in aluminij ter zakaj se kot izolacija uporablja PVC.

Izmenična upornost

Če skozi vodnik teče izmenični tok (sploh pri višjih frekvencah) porazdelitev tega toka ni

enakomerno porazdeljena po celotnem prerezu vodnika. To je posledica dveh učinkov. Prvi je

tako imenovani kožni (angl. skin) efekt, drugi pa bližinski efekt. Kako in zakaj do teh učinkov

pride ne bom posebej razlagal, saj to ni predmet seminarske naloge. Bistveno je, da pri obeh

efektih pride do povišanja efektivne vrednosti upornosti vodnika. Kožni pojav je pogojen s

frekvenco, gostoto pretoka in presekom vodnika. Vpliv bližinskega pojava lahko zmanjšamo z

večanjem razmika med kabli.

Oba efekta lahko zanemarimo pri vodnikih, ki prevajajo nizek tok, pri večjih vodnikih pa ju

moramo v upoštevati že v fazi dizajniranja kablovoda.

Izmenično upornost izračunamo po naslednji enačbi:

𝑅𝑖𝑧𝑚 = 𝑅(1 + 𝑦𝑠 + 𝑦𝑝)

Kjer so količine:

𝑅 enosmerna upornost vodnika

𝑦𝑠 faktor kožnega efekta

𝑦𝑝 faktor bližinskega efekta

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 10

2.2 Induktivnost, reaktanca in impedanca

Induktivnost trižilnega kabla (torej KV s tremi jedri) ali treh samostojnih kablov sestoji iz

dveh delov. Prvi del je lastna induktivnost, drugi del pa je medsebojna induktivnost z drugima

dvema jedroma. Skupna induktivnost je podana z enačbo:

𝐿 = 𝐾 + 0,2 ln2𝑆𝑑

[mH/km]

Pri čemer so količine:

𝐾 konstanta, vezana na formacijo (število niti) vodnika

𝑆 središčna razdalja med vodniki v kablu [mm]

𝑑 premer vodnika ali premer ekvivalentnega vodnika z okroglim presekom [mm]

Za 2, 3 in 4 žilne kable, katerih vodniki so krožnega preseka moramo zgornjo formulo za

induktivnost pomnožiti z 1,02.

Konstanta 𝐾 je torej vezana na število niti oziroma posameznih žic v vodniku. Poglejmo si

sedaj, kakšne vrednosti lahko zavzame ta konstanta pri tipičnih vodnikih za KV.

Tabela 2: Odvisnost konstante k od števila niti v vodniku pri frekvenci 𝒇 = 𝟓𝟎𝐇𝐳 [2].

Število žic v vodniku 𝑲

3 0,0778

7 0,0642

19 0,0554

37 0,0528

61 in več 0,0514

1 (poln vodnik) 0,0500

Votel vodnik (12 mm kanala) 0,0383

Iz induktivnosti prav lahko določimo tudi induktivno reaktanco vodnika. Za eno fazo

kabelskega voda je ta podana s formulo:

𝑋 = 2𝜋𝑓𝐿 ∙ 10−3 [Ω/km]

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 11

Fazno impedanco kabla določimo po enačbi:

𝑍 = �𝑅2 + 𝑋2 [Ω/km]

Pri čemer je:

𝑅 izmenična upornost pri delovni temperaturi voda [Ω/km]

2.3 Kapacitivnost kabelskega voda

Tudi kapacitivnosti kablovoda ne bom posebej izpeljeval. Najprej bom navedel kapacitivnost

za enožilni kabel, nato še za trižilni.

Slika 2.1: Poenostavljen prerez enožilnega kabla.

Na sliki 2.1 vidimo poenostavljen presek enožilnega kabla, pri katerem je 𝑅𝑛 polmer

notranjega – prevodnega dela kabla, 𝑅𝑧 pa je polmer celotnega kabla z izolacijo vred.

Kapacitivnost na dolžinsko enoto takega kabla je podana z enačbo:

𝐶 =2𝜋𝜀𝑟 ∙ 10−9

36𝜋 ln 𝑅𝑧𝑅𝑛

[F/m]

Pri čemer je 𝜀𝑟 relativna dielektričnost izolacije, ki obdaja žilo vodnika.

Za trižilni pasasti kabel imamo tri različne kapacitivnosti, ki vse izhajajo iz zgornje enačbe.

Navadno se zadovoljimo z njihovimi približnimi vrednostmi, ki znašajo:

𝐶1 = 0,83 ∙ 𝐶, 𝐶1 je kapacitivnost enega vodnika proti ostalim vodnikom in zunanjemu

kovinskemu ovoju.

𝐶2 = 0,50 ∙ 𝐶, 𝐶2 je kapacitivnost enega vodnika proti drugemu vodniku, brez upoštevanja

vpliva ostalih vodnikov in kovinskega ovoja.

𝐶3 = 1,50 ∙ 𝐶, 𝐶3 je kapacitivnost vseh vodnikov skupaj proti kovinskemu ovoju.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 12

3. Konstrukcija kabla

V tem poglavju bom opisal zgradbo nekaterih tipičnih kablovodov. Sodobna

tehnologija nam omogoča kvalitetno in dokaj trajno izoliranje vodnikov. Izolacija ščiti

vodnik pred vdiranjem vode in pred morebitnimi mehanskimi poškodbami. Poznamo

enožilne in večžilne KV, največkrat so to trižilni kablovodi.

Slika 3.1: Tipična konstrukcija enožilnega kabelskega voda. Številke na sliki

označujejo: 1 – vodnik (baker ali aluminij), 2 – polprevodni sloj na žili, 3 – izolacija

(XLPE), 4 – polprevodni sloj na izolaciji, 5 – vzdolžna zapora (separator ali

ekspandirani trak), 6 – električna zaščita (bakrene žice in trak), 7 – prečna vodna

zapora, 8 – zunanji plašč PE.

Slika 3.2: Tipična zgradba trižilnega kablovoda.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 13

V EES imamo največ kablovodov v distribucijskem omrežju (na srednji in nizki

napetosti), vendar jih imamo nekaj tudi v prenosnem (visokonapetostnem) omrežju.

Skozi poglavje si bomo pogledali posamezne sestavne dele kabla in njihove lastnosti.

3.1 Vodnik

V kabelskih vodih se uporabljajo aluminijasti (Al) in bakreni (Cu) vodniki. Nekaj o

obeh materialih smo sicer povedali že v poglavju 2, ko smo govorili o upornosti

različnih materialov.

V spodnji tabeli primerjamo še nekaj dodatnih lastnosti obeh materialov, ki igrajo

pomembno vlogo pri načrtovanju kablovodov.

Tabela 3: Primerjava lastnosti bakra in aluminija

Lastnost Baker (Cu) Aluminij (Al)

Specifična upornost 𝝆 pri

𝟐𝟎°𝐂, [𝛀𝐦] ∙ 𝟏𝟎−𝟖 1,72 2,82

Specifična prevodnost 𝜸 pri

𝟐𝟎°𝐂, [𝐒𝐦−𝟏] ∙ 𝟏𝟎𝟔 58,14 35,46

Temperaturni koeficient

upornosti 𝜶𝟐𝟎, °𝑪−𝟏 0,0039 0,0040

Relativna prevodnost [%] 100 61

Gostota 𝝆 [ 𝐤𝐠𝐦𝟑] pri 𝟐𝟎°𝐂 8890 2703

Koeficient temperaturnega

raztezka [𝐊−𝟏]∙ 𝟏𝟎−𝟔 17 23

*Cena [𝐔𝐒𝐃/𝐭] 4665,00 1521,50

*Zapisane cene surovin so bile aktualne 8. 4. 2016, najdene na spletnem naslovu:

http://surovine.si/.

Iz zgornje tabele lahko povzamemo naslednje ugotovitve: aluminij je cenejši, bolj

dovzeten za temperaturno raztezanje, slabši prevodnik, vendar veliko redkejši

(posledično lažji) od bakra.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 14

V energetskih kablih imamo lahko vodnike različnih oblik. V tabeli 4 so naštete

možne oblike in zgradbe vodnikov.

Tabela 4: Možne oblike in zgradbe vodnikov

Okrogli

vodnik

Sektorski

vodnik

Zgoščeni

sektorski

vodnik

Okrogli

vodnik

Sektorski

vodnik

Votli vodnik

Polni vodnik Vrv

Vodnik mora imeti obliko valja brez vdolbin in izboklin, da zagotavlja enakomerno porazdelitev električnega polja. Največkrat se uporablja pletene vodnike (vrvi), ki morajo ustrezati standardu SIST EN 60228:2005 (Vodniki izoliranih kablov).

3.2 Polprevodni oklop vodnika

Narejena je iz omreženega polprevodnega polietilena (XLPE), ki se mora z lahkoto

ločiti od vodnika. Običajno je to zelo tanka plast (0,4mm ÷ 0,8mm), ki se tesno

prilega notranjemu robu izolacije. Oklop odpravlja zračne reže med vodnikom in

njegovo izolacijo ter zagotavlja nadzorovan potencial napetosti med vodnikom in

izolacijo.

3.3 Izolacija vodnika

Tudi izolacija je iz omreženega polietilena XLPE, ki mora ustrezati določenim

zahtevam in standardom. Minimalna debelina izolacije v trižilnih kablih je 4,9mm,

nazivna pa 5,5mm.

Sam polietilen ima sicer zelo dobre električne (izolacijske) lastnosti, vendar je njegova

delovna temperatura navzgor omejena z 70°C. Če ga mrežimo (angl. crosslinking)

lahko to temperaturno mejo prestavimo na 90°C in s tem ne poslabšamo izolacijskih

lastnosti.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 15

3.3.1 Različne vrste izolacijskih materialov

Debelina papirja, ki ga običajno uporabljamo je med 65 in 190µm. Sam papir ima

sicer dobre izolatorske lastnosti le, če je suh, drugače postane prevoden. Zato ga

moramo impregnirati ali mu dodati snovi, ki povečajo njegovo specifično prevodnost

in dielektričnost.

Pasasti kabli

Kabel je izoliran s papirnato izolacijo, prepojeno z oljem, med seboj pa je povezan s

papirnim omotom. Za polnilno maso uporabljamo juto, papir, in vtisnjeno maso. Čez

to je izveden še brezšivni svinčeni plašč, armatura in korozijska zaščita. Pri kablu s

tremi plašči so trije enožilni kabli povezani med seboj s svinčenim plaščem, zunanja

obloga je skupna. Taki kabli se uporabljajo za napetosti do 30kV.

Nizkotlačni oljni kabli

V nizkotlačnih oljnih kablih znaša tlak olja od 1,5 do 6 barov, papirna izolacija pa je v

celoti prepojena z viskoznim kabelskim oljem. Pri segrevanju se olje pretaka v

izenačevalne posode na koncih kablov, kjer se ohladi. Ker olje dobro odvaja toploto, je

izolacija lahko tanjša, kar omogoča večjo obremenitev pri manjšem preseku. Taki

kabli se lahko uporabljajo tudi do napetosti 130kV.

Visokotlačni oljni kabli

Žile so izolirane s papirno izolacijo, kovinsko folijo in bakrenim ovojem, ki tesni.

Kabel je napolnjen z lahko tekočim izolacijskim oljem pod tlakom 14 do 16 barov.

Plinski kabli

Kot izolacijski plin se uporablja dušik. Poleg izolacijskih lastnosti nam dušik zelo

dobro služi tudi kot hladilno sredstvo. V zadnjem času se v GIL (Gas Insulated Lines)

uporablja tudi plin SF6, ki je povzročil velik skok na področju izolacijskih materialov,

predvsem v visokonapetostni tehniki.

Termoplastični kabli

Vodnik je izoliran s PVC maso, plašč je iz umetne mase, ravno tako polnilo. Zaradi

visokih dielektričnih izgub se termoplastični kabli uporabljajo samo do napetosti

10kV, pri višjih napetostih pa imajo izolacijo iz polietilena. Izdelava polietilenskih

kablov je zelo zahteven proces, pri katerem lahko pride do kakšnih nepravilnosti v

izolaciji. Posledice električne nehomogenosti izolacijskega materiala so delne

razelektritve, ki sčasoma pripeljejo do uničenja izolacije in celotnega kabla.

Najnovejše PE kabelske vode lahko uporabljamo tudi za napetosti do 500kV.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 16

3.3.2 Električno drevo v izolaciji

Pri delnih razelektritvah se proti uničujejo delčki izolacije, pri čemer v izolaciji

nastanejo praznine. V teh prazninah je dielektrična trdnost tudi do 200 krat slabša kot

v preostali izolaciji, zato v njih prihaja do dielektričnih praznitev, ki se toplotno in

mehansko širijo in ustvarjajo nove praznine na vse strani izolacije. Proces je podoben

rasti drevesa in se zelo hitro širi, zato lahko kmalu pride do popolnega preboja

izolacije.

3.3.3 Vodno drevo v izolaciji

Vodno drevo v izolaciji nastane, ko je le ta izpostavljena vodi ali vlagi in že od prej

vsebuje neke nepravilnosti. Vodno drevo se širi precej počasneje kot električno na

njegovo rast pa vplivajo nečistoče izolacije, temperatura in jakost električnega polja.

Za vodna drevesa niso potrebne visoke napetosti, pojav se odraža tudi pri napetostih

nižjih od 1kV.

3.4 Polprevodna plast okrog izolacije

Tudi ta plast je iz omreženega polietilena in je trdo vezana na izolacijo. Namen tega

oklopa je, da zunanjost kabla ostane na potencialu zemlje. Zagotavlja nadzorovan

padec napetosti med vodnikom in zaščitnim zaslonom ter izloča longitudinalne in

tangencialne komponente električnega polja izolacije. Kakor izolacija vodnika in

polprevodna plast okrog vodnika je tudi ta ekstrudirana (istočasno). Ekstrudiranje je

podobno injekcijskemu brizganju, le da tu stopljen material potiskamo skozi matrico

namesto v orodje.

3.5 Vzdolžna zapora – separator ali ekspandirani trak

Naloga separatorja je preprečevanje medsebojnih škodljivih vplivov med različnimi

sestavnimi deli kabla.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 17

3.6 Električni zaslon kabla

Namen zaslona je, da ohrani zunanjost kabla na potencialu zemlje. Zagotavlja nam

odtekanje elektrine v zemljo in povratno pot za kvarne tokove. Pri enožilnem kablu na

sliki 3.1 vidimo zaslon sestavljen iz več bakrenih žic in enim bakrenim trakom, ki je

helikoidalno ovit okrog kabla. Premer žic mora biti večji od 0,5mm, trak pa mora biti

debelejši od 0,1mm. Razmik med posameznimi žicami je lahko maksimalno 4mm.

Pri trižilnem kablu zaščitni zaslon objema vse tri žile. Lahko je izveden iz

aluminijastih žic, ki so vložene v prevodno polnilo, ki hkrati služi kot zaščita proti

koroziji in so v električnem kontaktu za aluminijasto folijo ter zaslonom izolacije

vsake žile. Druga izvedba zaščitnega zaslona pri trižilnem KV je enaka kot pri prej

opisanem enožilnem, z bakrenimi žicami in trakom.

3.7 Prečna zaščita kabla

Za prečno zaščito kabla uporabljamo tanko folijo iz aluminija, katero namestimo po

celotni dolžini kabla za preprečitev vdora vlage. Folija je zlepljena na zunanji plašč

kabla.

3.8 Plašč kabla

Zunanji plašč kabla je narejen iz polietilena (PE), katerega odlikujejo odlične

elektroizolacijske lastnosti in dobra kemična obstojnost. Konstrukcija plašča je še

posebej ojačana z zunanjo tršo plastjo, ki ščiti KV pred poškodbami in notranjo

mehkejšo plastjo, ki zagotavlja elastičnost kabla in absorbira mehanske poškodbe. Pri

mehkem PE plašču je zgornja temperaturna meja 60°C, pri trdem pa 95°C. Lomljivost

plašča nastopi pri −50°C.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 18

3.9 Označevanje kablov

Pogledali smo si konstrukcijo in sestavne dele tipičnega kablovoda. Sedaj si poglejmo

še parametre oznake kabla, ki je napisana na njegovem zunanjem plašču in nam pove,

kako in iz katerih materialov so sestavljeni posamezni deli KV. Tudi oznake so

standardizirane, sam sem za referenco vzel označevanje po viru [1].

Kable označujemo z nizom črk in števk. Prva oznaka so črke, ki označujejo material

izolacije in plašča kabla:

• P – polivinilklorid,

• E – polietilen,

• X – omrežen polietilen,

• G – guma,

• B – butil guma,

• Ep – etilpropen,

• Y – poliamid,

• IP – impregniran papir,

• Si – silikonska guma,

• NP – posebno impregniran papir,

• T – tekstil,

• A – aluminijast pasovni plašč,

• Az – aluminijast plašč (zavarjen trak),

• O – svinčen plašč,

• ZO – svinčen plašč za vsako žilo,

• H – polprevoden sloj za zmanjšanje električnega polja.

Druga oznaka je dvomestno število, ki označuje zaščitne lastnosti konstrukcije:

• 0 – zaščita pred korozijo s kovinskim plaščem,

• 1 – mehanska zaščita z dvema kovinskima trakovoma,

• 2 – mehanska zaščita z okroglimi pocinkanimi žicami,

• 3 – mehanska zaščita s ploščatimi pocinkanimi žicami in jeklenim trakom,

• 4 – elementi električne ali mehanske zaščite pod zunanjim plaščem iz PVC,

• 5 – elementi konstrukcije pod spodnjim gumiranim plaščem,

• 6 – elementi električne in mehanske zaščite pod zunanjim gumijastim plaščem

z vgrajenim kontrolnim ali krmilnim vodnikom,

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 19

• 7 – elementi konstrukcije pod zunanjim ojačanim gumijastim plaščem.

Tretja oznaka je črka, ki označuje vrsto materiala in obliko preseka vodnika:

• A – aluminijast vodnik,

• S – sektorski vodnik,

• J – masiven ali enožičnat vodnik.

Četrta oznaka je zapis števila žil in nazivni presek vodnikov z električno zaščito ter

krmilnimi in kontrolnimi vodniki. Peta oznaka je nazivna napetost kabla.

Tabela 5: Primer oznake kabelskega voda.

Prva oznaka Druga oznaka Tretja oznaka Četrta oznaka Peta oznaka

IPO 13 A 3x70+35 1

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 20

4. Dimenzioniranje kabelskih vodov

Pri dimenzioniranju KV so pomembni podatki in izračuni iz 2. poglavja. Iz njih pridobimo informacije, ki jih potrebujemo za načrtovanje in obratovanje kabelskega voda. Poleg že omenjenih podatkov iz 2. poglavja nas zanimajo še drugi, na primer: polnilni tok, faktor moči, dielektrične izgube in dodatne izgube.

4.1 Polnilni tok

To je kapacitivni tok, ki teče ko je na kabel priključena izmenična napetost in je

posledica kapacitivnosti med zemljo in vodnikom. Vrednost polnilnega toka podaja

enačba:

𝐼𝑝 = 2𝜋𝑓𝐶𝑈 ∙ 10−6 [A/km]

Kjer posamezne oznake pomenijo naslednje količine:

𝐼𝑝 polnilni tok,

𝑓 frekvenca priključne napetosti [Hz],

𝐶 kapacitivnost med »elektrodama« [µF/km],

𝑈 priključena napetost [V].

Polnilni tok je v kabelskem vodu večji kot v nadzemnem vodu, v obeh primerih pa se

viša z dolžino voda, saj kapacitivnost narašča.

Tabela 6: Primerjava polnilnega toka nadzemnega voda in kablovoda.

Nadzemna vrv Al/Fe Kabel NA2XS2Y

Presek vodnika 𝑨 [𝐦𝐦𝟐] 70 70 150

Polnilni tok 𝑰𝒑 [𝐀/𝐤𝐦] 0,033 0,770 0,903

Iz tabele je razvidno, da ima kabelski vod pri istem preseku kar 23 × večji polnilni tok od nadzemnega voda. To je tudi eden od glavnih razlogov zakaj uporaba kabelskih vodov na daljše razdalje še ni širše realizirana.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 21

4.2 Ferrantijev efekt

Ferrantijev efekt (angl. Ferranti effect) se pokaže na vodu pokaže kot dvig napetosti na

strani porabnika. Torej je napetost na strani porabnika višja od tiste, ki jo zagotavlja

generator. Ta pojav opazimo pri daljših vodih, ki niso dovolj obremenjeni. Za

Ferrantijev efekt sta krivi induktivnost in dozemna kapacitivnost voda. Ker je

kapacitivnost kablovodov v splošnem večja od nadzemnih vodov, je Ferrantijev

učinek na dolžinsko enoto večji pri kabelskih vodih. Omenjeni pojav je sicer odvisen

še od pritisnjene napetosti in dolžine voda (kapacitivnost in induktivnost voda sta višji

pri daljših vodih). Kot smo že prej ugotovili pa kabelski vodi (še) niso primerni za

prenos ali distribucijo električne energije na daljše razdalje. Če je vod zadostno

obremenjen, potem Ferrantijevega efekta ni.

Slika 4.1: Napetost in tok voda v odvisnosti od razdalje med generatorjem in

porabnikom.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 22

4.3 Dopustni obratovalni tok kabelskega voda

Pri določanju dopustne tokovne obremenitve KV je bistvena najvišja dopustna

temperatura vodnika pri trajnem obratovanju. Temperaturo vodnika pri trajni

temperaturi okolice določa obremenilni tok, napetost, morebitno dodatno segrevanje

voda iz okolice in konstrukcija kabla. Za lažjo obravnavo predpostavimo, da je

obremenitev omrežja simetrična in imamo opravka le z direktnimi komponentami

napetosti in toka. Temperatura kabla je podana z enačbo:

𝜗 = 𝜗𝑎 + 𝐼2𝑅 �𝑇𝑖 + 𝑛(1 + 𝜆1+𝜆2)�𝑇𝑝 + 𝑇𝑎�� +𝑈2

3𝑔𝑑(

𝑇𝑖

2+ 𝑛(𝑇𝑝 + 𝑇𝑎))

Pri čemer so količine:

𝜗 Temperatura kabla

𝜗𝑎 Temperatura okolice

𝑅 Upornost kabla – izmenična

𝐼 Simetrični tok skozi vod

𝑇𝑖 Termična upornost izolacije

𝑛 Število žil kabla

𝜆1 Izgubni faktor zaradi morebitnih vrtinčnih tokov v plašču

𝜆2 Izgubni faktor zaradi morebitnih vrtinčnih tokov in bližinskega efekta

𝑇𝑝 Termična upornost pri armiranih kablih – poda proizvajalec

𝑇𝑎 Termična upornost med površino kabla in okolico

𝑈 Medfazna napetost

𝑔𝑑 Specifična prevodnost (konduktanca) voda

Enačbo nato preoblikujemo, da dobimo maksimalen dovoljen tok:

𝐼𝑚 = �𝜗𝑚 − 𝜗𝑎 − 𝑈2

3 𝑔𝑑(𝑇𝑖2 + 𝑛(𝑇𝑝 + 𝑇𝑎))

𝑅 �𝑇𝑖 + 𝑛(1 + 𝜆1+𝜆2)�𝑇𝑝 + 𝑇𝑎��

Pri čemer je 𝜗𝑚 maksimalna dovoljena temperatura vodnika kabla, ki jo navede

proizvajalec.

V primeru kratkostičnih pojavov je potrebno upoštevati enosekundno kratkostično

obremenitev.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 23

4.4 Dielektrične izgube

Vsak izoliran vodnik ima dielektrične izgube. Te so odvisne od priključne napetosti,

frekvence priključne napetosti, kapacitivnosti voda in dielektričnega izgubnega

faktorja tan 𝛿.

Izgubni faktor je razmerje uporovno komponento toka izolacije in kapacitivno

(polnilno) komponento toka voda. Definiran je z enačbo:

tan 𝛿 =𝐼𝑅

𝐼𝑝=

12𝜋𝑓𝜌𝜀

Pri čemer so količine:

𝐼𝑅 tok skozi izolacijo – uporovna komponenta

𝐼𝑝 polnilni tok

𝜌 specifična upornost izolacije

𝜀 dielektričnost izolacije

𝑓 frekvenca priključne napetosti.

V večini primerov tan 𝛿 smatramo tudi kot faktor moči, ki je sicer natančno definiran

po enačbi:

cos 𝜑 =𝐼𝑅

�𝐼𝑅2 + 𝐼𝑝

2

Ker pa je 𝐼𝑅 proti 𝐼𝑝 zelo majhen, lahko v večini primerov privzamemo:

cos 𝜑 ≅ tan 𝛿

Definirajmo še dielektrične izgube v posamezni fazi kablovoda:

𝐷 = 2𝜋𝑓𝐶𝑈02 tan 𝛿

Kjer sta količini:

𝑈02 napetost do zemlje [V]

𝐶 kapacitivnost žile, definirana v poglavju 2.3 [F/m]

4.5 Izgube v prevodniku

Izgube v prevodniku so ohmske izgube in so enake:

𝑃𝑖𝑧𝑔 = 𝑛𝐼2𝑅𝑖𝑧𝑚

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 24

Kjer so količine:

𝑛 število jeder (žil)

𝐼 tok, ki ga prenaša posamezen vodnik

𝑅𝑖𝑧𝑚 izmenična upornost vodnika pri določeni delovni temperaturi.

Spet smo zaradi poenostavitve privzeli simetrično tokovno obremenitev vodnikov.

4.6 Padec napetosti

Ko skozi vodnik teče tok med obema koncema nastopi padec napetosti, ki je produkt

omenjenega toka in impedance vodnika. V primeru velikih padcev napetosti se lahko

zgodi da električne naprave v omrežju (predvsem porabniki) niso zadostno napajani za

pravilno delovanje. Padci napetosti naraščajo z višanjem priključne moči.

Padec napetosti lahko izračunamo po naslednji enačbi:

∆𝑈 = 𝐼 cos 𝜑 (𝑟 + 𝑥 tan 𝜑)𝑙

Oziroma po preoblikovanju:

∆𝑢 =𝑃 ∙ 𝑙𝑈2 (𝑟 + 𝑥 tan 𝜑) ∙ 100%

Količine v zgornjih dveh enačbah so:

∆𝑈 absolutni padec napetosti na določeni dolžini voda [V]

𝐼 tok, ki se prenaša po vodu (ki ga iz omrežja vleče breme)

𝑟 ohmska upornost na dolžino voda (2. poglavje)

𝑥 reaktanca na dolžino voda (definira induktivnost voda – 2. poglavje)

cos 𝜑 faktor moči porabnika (konstanta)

tan 𝜑 porabnik (konstanta)

𝑙 dolžina voda [m]

𝑃 priključna moč porabnika

𝑈 priključna napetost (nazivna vrednost - konstanta)

∆𝑢 procentualni padec napetosti na določeni dolžini voda

V spodnjem grafu vidimo, kako je padec napetosti odvisen od priključne moči pri

različnih tipih vodov brez upoštevanja kapacitivnosti voda.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 25

Slika 4.2: Odvisnost padca napetosti od priključne moči pri različnih tipih vodov.

Modra je kabelski vod preseka 150mm2, rdeča je kabelski vod 70mm2, oranžna pa

nadzemni vod 70mm2.

4.7 Izbira tipa kabla

Glede na teren, porabo in proizvodnjo se odločamo za različne tipe kablov (enožilni,

trižilni) in njihovih lastnosti (vodnik, izolacija).

4.7.1 Enožilni kabli

Enožilne kable v trikotni obliki polaganja se prednostno uporablja skoraj v vseh

terenskih pogojih in za napajane vseh vrst distribucijskih elektroenergetskih objektov.

Bakren vodnik je primeren za večje obtežbe (industrijska bremena, napajalni vodi) in

kjer razmerje cen bakrenega in aluminijastega kabla ni večje od 2. V nasprotnem

primeru se uporablja enožilni Al kabel prereza 400mm2.

Izbira enožilnih energetskih kablov glede na vlažnost terena

Najpogosteje se odločimo za tip NA2X(F)2Y1×150/25 RM mm2 12/20/24 kV.

Konstrukcija tega kabla ima vzdolžno zaščito pred prodiranjem vlage (F v oklepaju).

Pri neposrednem polaganju kabla v vodo ali na območjih, na katerih obstaja možnost,

da se bo kabel po položitvi pretežno nahajal v vodi se odločimo za kabel, ki ima

vzdolžno in prečno zaščito, torej ima v oklepaju simbol (FL).

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 26

4.7.2 Trižilni kabli

Trižilne kable se uporablja prednostno pred enožilnimi v primerih, kjer je prostor v

kabelski kanalizaciji omejen v izogib novim gradbenim posegom ali zaradi večjega

števila ostalih komunalnih vodov. Uporabljajo se za napajalne vode na daljših

razdaljah (10 km in več) ali ko trasa poteka v stanovanjskih naseljih. Zaradi manjših

induciranih tokov v zaslonu imajo trižilni tudi manjše skupne izgube. Za uporabo

trižilnega namesto enožilnega se odločimo tudi takrat, ko nameravamo kabel trajno

položiti v vodo.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 27

5. Polaganje kablovodov

Osnovni kriterij pri izbiri načina polaganja (neposredno v zemljo ali v kabelski

kanalizacijo) je, da z najmanjšimi stroški zagotovimo kakovostno električno energijo

uporabnikom in upoštevamo vse tehnične standarde. Pri odločanju moramo upoštevati,

da je investicija elektro kabelske kanalizacije tudi do 5 krat višja kot neposredno

polaganje kabelskih vodov. Tehnično in ekonomsko je v večini primerov optimalno

polaganje kablov kar neposredno v zemljo. Te lahko polagamo:

• neposredno v zemljo na ravnih terenih,

• neposredno v zemljo s sidranjem na strmih terenih,

• v cevi kabelske kanalizacije,

• prosto v vertikalne kabelske jaške večjih višin,

• v cevi na mostovih,

• v cevi preko voda,

• po zidovih,

• v kinetah.

Pri neposrednem polaganju v zemljo se držimo naslednjih smernic:

• napajalne kabelske vode do maksimalno štirih sistemov na skupni trasi,

• na prostih površinah se kabli obvezno polagajo neposredno v zemljo,

• kabelski vod naj bo v največji možni dolžini položen neposredno v zemljo,

• na nepovoznih površinah (plošniki, trgi, ipd.) se lahko kabli polagajo

kombinirano, torej neposredno in z zaščito kablov ter brez jaškov,

• v idejni zasnovi se upošteva in ovrednoti več različnih načinov polaganja,

• za mestna področja se praviloma uporablja EKK, vendar naj se poskuša tudi z

neposrednim polaganjem v zemljo,

• v mestu je potrebno upoštevati urbanistične zakone lokalnih skupnosti

• pri neposrednem polaganju se zaščita kablov s cevmi uporablja samo pri

križanju komunalnih vodov in ostale ifrastrukture

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 28

Elektro kabelska kanalizacija (EKK)

Je objekt nizkih gradenj, ki predstavlja sistem cevi, položenih ena poleg druge v več

nivojih in kabelskih jaškov vkopanih v zemljo. EKK je namenjena za mehansko

zaščito elektroenergetskih in telekomunikacijskih kablov.

Za EKK se praviloma odločimo v komunalno opremljenih območjih (mesta,

industrijske cone, strnjena naselja) in kadar je potrebno število SN ali NN kabelskih

vodov večja od 4 in je širina jarka omejena na 1m. Če predvidimo neko področje kot

pozidano in naseljeno se stremi k temu, da bi vse komunalne instalacije polagali le

enkrat v en jašek, zato se odločimo za elektro kabelsko kanalizacijo.

Pri križanju z asfaltnimi ali drugače zaščitenimi povoznimi površinami, križanju z

drugimi komunalnimi vodi in inštalacijami ter pri križanju z vodotoki uporabimo samo

zaščito kablov s cevmi brez kanalizacijskih jaškov, cevi pa se vgradijo samo na delu

križanja.

5.1 Načini polaganja kabelskih vodov glede na lastnosti zemljišča in prostor polaganja

Prostor za polaganje kablov predstavlja znaten strošek, zato mora biti optimiran tako,

da ob upoštevanju tehničnih zahtev KV zavzema čim manj prostora. Okolja, v katerih

se znajdejo trase kabelskih vodov so lahko različna in jih delimo na: mestno,

primestno, vaško, travniško, gozdno, cestno, strmine, vodotoke, mostove. Način

polaganja si izberemo glede na dotično okolje, v katerem trasiramo KV. Opisal bom

nekaj najpomembnejših.

5.1.1 Mestno področje

Ker v mestu prevladujejo zgoščene stavbe ter urejena cestna infrastruktura s pločniki

se praviloma odločimo za EKK pod pločniki z jaški, ki so prav tako na pločnikih. Tak

način polaganja prikazuje slika 5.1. SN in NN omrežje se izvede v elektro kabelski

kanalizaciji s cevmi ter kabelskimi betonskimi jaški, pri dimenzioniranju pa moramo

upoštevati tudi morebiten nadaljnji razvoj in obremenitev omrežja.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 29

Slika 5.1: Primer polaganja KV v mestnem področju.

5.1.2 Primestno področje

Tukaj se zgradbe ne držijo skupaj, med stavbami so prosti prehodi, pred stavbami pa je

cesta s pločnikom. Posledično se v takem okolju večkrat polaga kable neposredno v

zemljo. EKK se izvede v primerih, kjer imamo večje število kabelskih vodov ali pa

nam je nadaljnji dostop do trase onemogočen (zaključena dvorišča, lastniška

razmerja).

Slika 5.2: Primer načina polaganja KV v primestnem področju.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 30

5.1.3 Vaško področje

V vaškem področju se zgradbe ne držijo skupaj. Na voljo imamo veliko prostora za

iskanje primerne trase kabelskega voda. Priporoča se direktno polaganje v zemljo,

razen pri križanju poti in cest s kablovodom. Pri trasiranju stremimo k temu, da trasa

križa čim manj parcel. V primeru polaganja pod pot ali cesto se polaga KV v cevi,

brez dodatnih jaškov.

Slika 5.3: Primer načina polaganja KV v vaškem področju.

5.1.4 Strnjeno naselje

Problem v strnjenih naselij je, da si zgradbe med seboj delijo vsaj en skupni zid in so

urejene v obliki ulic ali manjših trgov, kar otežuje izbiro trase, saj imamo le malo

manevrskega prostora. Načeloma so taka naselja elektrificirana z nadzemnimi vodi. V

primeru urejanja komunalne infrastrukture se lahko odločimo za prestavitev omrežja v

EKK. Zaradi prostorskih omejitev se elektro kabelska kanalizacija praviloma zaščiti z

betonom, njen potek pa se ustrezno označi.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 31

Slika 5.4: Primer načina polaganja KV v strnjenem naselju.

5.1.5 Gozd

V gozdu načeloma sledimo obstoječim gozdnim potem. Če to ni možno je potrebno

poiskati traso med drevesi, pri čemer se moramo izogibati koreninam. V primeru, da

trasa teče blizu dreves, je potrebno kable položiti v cevi. Kable po gozdu polagamo

neposredno v zemljo. Kjer se dolžina kabla z bobna konča, se pustijo montažne

odprtine za kasnejšo izdelavo spojk. Po izdelavi spojk se kable zasuje in vnese

lokacijo spojk v informacijski sistem.

5.1.6 Travniki, pašniki, polja

Za trase po travnikih je sprejemljivo le neposredno polaganje KV v zemljo. Izberemo

traso z manj lastniki. Izogibamo se diagonalnemu križanju parcel in v primeru večjega

števila parcel koristimo pol ali cesto. Če trasa poteka po poteh jo je potrebno umestiti

v sredino (znotraj kolesnic) ali v rob (zunaj kolesnic).

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 32

5.2 Kabelske garniture

Pri kabelskih garniturah govorimo o kabelskih glavah in kabelskih spojkah

(spojnicah).

Kabelske glave uporabljamo pri prehodu kablov na priključne sponke transformatorja

ali nadzemnega voda. Pri izvedbi je zaradi preprečitve vdora vlage zelo pomemben

zaključek kabelske glave. Obstaja veliko različnih izvedb kabelskih glav.

Kabelske spojke so povezovalni element dveh koncev kabla in omogočajo podaljšanje

ali popravilo kabla. Poznamo tudi razdelilne spojnice. Kot pri kabelskih glavah tudi pri

spojkah poznamo veliko različnih izvedb.

Pri naročilu ene ali druge garniture moramo biti pozorni na naslednje podatke:

• vrsta kabla, prerez in število žil ter zunanji prerez kabla

• obratovalna in nazivna napetost kabla

• mesto namestitve kabla

• pribor za montažo (če ga potrebujemo)

Pri visokonapetostnih kablih so te spojke zelo velike in zato spojišča VN kablov

zavzamejo še veliko več prostora, kot sam kabel.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 33

6. Primerjava kabelskega voda z nadzemnim

Skozi vsa poglavja smo že sproti malo primerjali kabelske in nadzemne vode, sedaj pa

si to primerjavo poglejmo malce bolj strnjeno.

Tabela 7: Primerjava lastnosti nadzemnega voda in kablovoda.

Postavka Nadzemni vod Kabelski vod

Življenjska doba 50 in več let 30 in več let

Obratovalne izkušnje Preizkušeno Slabo preizkušeno

Izgube Manjše Večje

Estetika Slabše Bolšje

Investicija Nižja Višja

Okvare Več, a hitro odkrite in poceni

odpravljene

Manj, a težko odkrite in dražje

odpravljanje

Zaščita Enostavna Kompleksna

Obremenljivost Višja (T, A) Nižja (T, A)

Električna trdnost Zrak se kot izolacija obnavlja Izolacija se ob preboju uničuje

Jalova moč Nizka Visoka (C)

Prenapetosti Robustno Možno uničenje izolacije

Kratki stiki Robustno Možno uničenje izolacije

Vzdrževanje Dražje (širša trasa) Cenejše (ožja trasa)

Električno polje Je zunanje električno polje Ni zunanjega električnega polja

Nerazpoložljivost Kratkotrajna Dolgotrajna

Raba prostora Pod nadzemnim vodom možnih

več različnih aktivnosti

Omejen nabor aktivnosti nad

kablovodom

Impedanca Večja (ni nujno slabo) Manjša (ni nujno dobro)

Družbena sprejemljivost Manj sprejemljivi Bolj sprejemljivi

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 34

7. Teoretična vprašanja in računske naloge

VPRAŠANJA

1. Tipična konstrukcija enožilnega kabelskega voda – naštejte plasti v smiselnem

zaporedju in na kratko opišite njihovo vlogo.

2. Kakšne izolacije uporabljamo v modernih kabelskih vodih?

3. Ferrantijev efekt – opis problema in primerjava kabelski / nadzemni vod.

4. Polaganje kablovodov – na kaj moramo paziti?

NALOGE

1. Imamo bakren (Cu) vodnik s presekom 35mm2 in dolžino 𝑙 = 2km.

Izračunajte enosmerno upornost pri temperaturi vodnika 𝑇 = 65°C. Izračunajte

tudi izmenično upornost, pri čemer upoštevajte 𝑦𝑠 = 0,054 in 𝑦𝑝 = 0,127.

2. Imamo kabelski vod, ki je priključen na napetost 𝑈 = 20kV. Izračunajte

njegov polnilni tok, če veste, da je njegova kapacitivnost 𝐶 = 14,73µF.

3. Izračunajte relativni padec napetosti v kabelskem vodu iz prve naloge (Cu

vodnik), ki napaja porabnik z močjo 𝑃 = 7kW, tan 𝜑 = 0,7813 pri nazivni

napetosti 𝑈 = 400V. Induktivnost voda je 𝐿 = 40mH, kapacitivnost in

izmenično upornost zanemarite.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 35

8. Viri in literatura

[1] I. Papič, P. Žunko, »Elektroenergetska tehnika 1«, Založba FE in FRI,

Ljubljana 2007.

[2] Več avtorjev, »Elektrotehniški priročnik«, Tehniška založba Slovenije, 2013.

[3] T. A. Short, »Electric Power Distribution Handbook«, CRC Press, 2004.

[4] G. F. Moore, »Electric Cables Handbook«, Blackwell Science, 2006.

[5] B. Blažič, »Primerjava nadzemnih vodov in kablovodov«, predavanja.

[6] D. Bučaj, »Kabelski vodi«, Seminarska naloga, FE, Ljubljana 2014.

[7] Gospodarsko interesno združenje (GIZ), »Usmeritve za gradnjo podzemnih

kabelskih vodov«, Ljubljana 2014. Dosegljivo:

http://www.giz-dee.si/Portals/0/Tipizacija/GIZ-TS-8-Usmeritve-za-gradnjo-

kabelskih-vodov.pdf.

[8] Gospodarsko interesno združenje (GIZ), »Smernice za gradnjo podzemnih

kabelskih vodov«, Ljubljana 2014. Dosegljivo:

http://www.giz-dee.si/Portals/0/Tipizacija/2015-12-07/GIZ-TS-8-Smernice-za-

gradnjo-podzemnih-kabelskih-vodov.pdf.

[9] Gospodarsko interesno združenje (GIZ), »Enožilni energetski kabli 12/20/24

kV«, Ljubljana 2013. Dosegljivo:

http://www.giz-dee.si/Portals/0/Tipizacija/2015-12-07/GIZ-TS-1-ENOZILNI-

ENERGETSKI-KABLI-12-20-24-kV.pdf.

[10] Gospodarsko interesno združenje (GIZ), »Trižilni energetski kabli 12/20/24

kV«, Ljubljana 2013. Dosegljivo:

http://www.giz-dee.si/Portals/0/Tipizacija/2015-12-07/GIZ-TS-3-Trizilni-

energetski-kabli-12-20-24-kV.pdf.

[11] Spletna stran »Electrical Engineering Portal«, tema »Shielding Of Power

Cables«. Dosegljivo: http://electrical-engineering-portal.com/shielding-of-

power-cables.

[12] Spletna stran o električni upornosti in prevodnosti. Dosegljivo:

https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_resistivity_and_conductivity.

[13] Spletna stran o upornosti in prevodnosti vodnikov. Dosegljivo:

http://eoet1.tsckr.si/plus/eOet1_02_04_01_01-2.html.

Razdelilna in industrijska omrežja 2015/16

Matej Udir 36

[14] Spletna stran »Študentski.net« tema »Polje v snovnih dielektrikih [02]«.

Dosegljivo:

http://studentski.net/gradivo/umb_fer_el1_oe1_vaj_polje_v_snovnih_dielektrik

ih_02?r=1.

[15] Spletna stran o Ferrantijevem efektu. Dosegljivo:

http://nptel.ac.in/courses/Webcourse-contents/IIT-KANPUR/power-

system/chapter_2/examp_2.4.html.