Shrnutí na Elektrické sítě a venkovní vedení

Elektrické sítě a venkovní vedení: Komplexní rozbor pro studenty

ShrnutíTest znalostíKartičkyPodcastMyšlenková mapa

Úvod

V tomto materiálu se seznámíte se základními principy konstrukce a provozu venkovních elektrických vedení. Zaměříme se na mechaniku vedení, materiály vodičů, stožáary a izolátory, vlivy klimatu a ochranu proti blesku a poruchám. Cílem je poskytnout přehledné, učební shrnutí vhodné pro samostudium.

Definice: Venkovní elektrické vedení je systém vodičů, izolátorů, stožárů a příslušenství vedený nad zemí, sloužící pro přenos a rozvod elektrické energie mezi zdroji a spotřebiteli.

1. Základní členění a postup návrhu

Typy vedení

  • Kabelová vedení (vedena pod zemí) — nejsou v rozsahu tohoto textu
  • Venkovní vedení (nadzemní) — hlavní téma

Postup návrhu venkovního vedení:

  1. Elektrická část: stanovení napětí $U$, proudů $I$, ztrát výkonu $\Delta P$, úbytku napětí $\Delta U$, kompenzace atd.
  2. Mechanická část: rozměrování vodičů, stanovení rozpětí a dimenzí stožárů a základů.

Definice: Rozpětí je vzdálenost mezi dvěma sousedními stožáry; pro běžná venkovní vedení se maximální rozpětí uvažuje až do 600 m.

Životnost

  • Stožáry: typicky $50$–$70$ let
  • Vedení (vodiče, upevnění): přibližně $25$–$50$ let

2. Mechanika venkovních vedení

Základní prvky

  • Vodiče a jejich upevnění (izolátory, závěsy)
  • Stožáry a jejich základy
  • Příslušenství: rozpěrky, tlumiče, spojky, zemnicí lana

Při mechanickém návrhu se počítá zejména zavěšený vodič, který určuje rozmístění stožárů podél trasy a dimenzování dalších prvků.

Vlivy zatížení

  • vlastní hmotnost vodičů a armatur
  • tahy ve vodičích (působící při provozu i při přetržení)
  • tlak větru na vodiče a stožár
  • námraza a její hmotnost
  • výslednice sil při zalomení trasy či odbočení
  • momenty při přetržení vodiče

Definice: Tah ve vodiči je síla působící podél osy vodiče, vznikající napětím z důvodu jeho vlastní tíhy, větru nebo jiné vnější zátěže.

Klimatické režimy (příklad kombinací)

  • a) $-50,^{\circ}\mathrm{C}$, bezvětrí, námrazek
  • b) $-50,^{\circ}\mathrm{C}$, vítr na neomrzlý vodič
  • c) $+40,^{\circ}\mathrm{C}$, bezvětrí
  • d) $-30,^{\circ}\mathrm{C}$, bezvětrí, bez námrazku

Teplota vodiče závisí na: teplotě vzduchu, proudovém zatížení a dopadajícím slunečním záření (sluneční záření se často neuvažuje). V ČR typicky $-30,^{\circ}\mathrm{C}$ až $+40,^{\circ}\mathrm{C}$.

Vítr a vibrace

  • Vítr vychyluje vodiče ze svislé polohy a vyvolává kmitání (aerodynamické kmitání).
  • Návrhy obvykle zohledňují jen statickou složku vodorovného zatížení větrem.
💡 Věděli jste?Zajímavost: Na určitém úseku vedení mohou být tlumiče kmitů instalovány přímo na závěsech nebo mezi vodiči, aby omezily poškození izolátorů a upevnění způsobené vibracemi.

3. Ochrana proti blesku a přepětí

  • Blesk udeří na Zemi průměrně asi $100$krát za sekundu na celé planetě.
  • V ČR statisticky přibližně $30$ úderů blesku do $100,$km vedení za rok.

Ochranná opatření:

  • Zemnicí lano (bleskosvod) vedené nad vodiči nebo mezi nimi k zajištění přímého zkratu blesku do země.
  • Dostatečná izolace a nízký odpor uzemnění stožárů pro prevenci zpětného přeskoku.
  • Přepěťové ochrany (svodiče přepětí) k zamezení indukovaných přepětí.

Definice: Zemnicí lano je vodič umístěný nad nebo mezi fázovými vodiči, jehož úkolem je přivést náboj z úderu blesku bezpečně do země bez zásahu do fázových vodičů.

4. Materiály vodičů a druhy lan

Běžné materiály

  • Měď (Cu) — velmi vodivá, vyšší hmotnost, dobré mechanické vlastnosti
  • Hliník (Al) — nižší hmotnost, nižší vodivost než měď, často ekonomičtější
  • Slitiny hliníku — zlepšené mechanické vlastnosti
  • Ocel (Fe) — používá se především v kombinaci (zajištění pevnosti)
  • Speciálně: bronz, slitiny mědi se cínem atd.

Typy lan:

  • Jednoduchá lana: Al, Cu, Fe, bronz
  • Svazková lana: vícepramenné konstrukce pro vyšší proudovou kapacitu a mechanickou odolnost
  • Kombinovaná lana: AlFe, CuFe — hliník pro vodivou část, ocel pro pevnost

Tabulka: porovnání základních materiálů

| Materiál | Vodivost | Mechanická pevno

Zaregistruj se pro celé shrnutí
KartičkyTest znalostíShrnutíPodcastMyšlenková mapa
Začni zdarma

Už máš účet? Přihlásit se

Venkovní vedení - přehled

Klíčová slova: Venkovní elektrická vedení, Rozvody elektrické energie, Elektrické vedení a vlastnosti vodičů

Klíčové pojmy: Maximální rozpětí venkovního vedení až 600 m, Návrh: nejdříve elektricky (U,I,ΔP,ΔU), potom mechanicky, Stožáry životnost 50–70 let, vedení 25–50 let, Hlavní vlivy: teplota, vítr, námraza, blesky, Materiály vodičů: Cu, Al, slitiny, ocel; kombinovaná lana AlFe, Izolátory: podpěrné, závěsné, tyčové; materiály porcelán, sklo, plast, Ochrana proti blesku: zemnicí lano, izolace, svodiče přepětí, Parabolická aproximace závěsu: $y(x)=\frac{w}{2T}x^2$, Výztužné stožáry min. co 3 km (jednoduchý vodič) a 5 km (svazkový), Spojování vodičů: kroucení, vazy, trubkové/vrubové/šroubové spojky, Při návrhu uvažovat tahy, větrné zatížení, námrazu a momenty při přetržení

## Úvod V tomto materiálu se seznámíte se základními principy konstrukce a provozu venkovních elektrických vedení. Zaměříme se na mechaniku vedení, materiály vodičů, stožáary a izolátory, vlivy klimatu a ochranu proti blesku a poruchám. Cílem je poskytnout přehledné, učební shrnutí vhodné pro samostudium. > Definice: Venkovní elektrické vedení je systém vodičů, izolátorů, stožárů a příslušenství vedený nad zemí, sloužící pro přenos a rozvod elektrické energie mezi zdroji a spotřebiteli. ## 1. Základní členění a postup návrhu ### Typy vedení - Kabelová vedení (vedena pod zemí) — nejsou v rozsahu tohoto textu - Venkovní vedení (nadzemní) — hlavní téma Postup návrhu venkovního vedení: 1. Elektrická část: stanovení napětí $U$, proudů $I$, ztrát výkonu $\Delta P$, úbytku napětí $\Delta U$, kompenzace atd. 2. Mechanická část: rozměrování vodičů, stanovení rozpětí a dimenzí stožárů a základů. > Definice: Rozpětí je vzdálenost mezi dvěma sousedními stožáry; pro běžná venkovní vedení se maximální rozpětí uvažuje až do 600 m. ### Životnost - Stožáry: typicky $50$–$70$ let - Vedení (vodiče, upevnění): přibližně $25$–$50$ let ## 2. Mechanika venkovních vedení ### Základní prvky - **Vodiče** a jejich upevnění (izolátory, závěsy) - **Stožáry** a jejich základy - **Příslušenství**: rozpěrky, tlumiče, spojky, zemnicí lana Při mechanickém návrhu se počítá zejména zavěšený vodič, který určuje rozmístění stožárů podél trasy a dimenzování dalších prvků. ### Vlivy zatížení - vlastní hmotnost vodičů a armatur - tahy ve vodičích (působící při provozu i při přetržení) - tlak větru na vodiče a stožár - námraza a její hmotnost - výslednice sil při zalomení trasy či odbočení - momenty při přetržení vodiče > Definice: Tah ve vodiči je síla působící podél osy vodiče, vznikající napětím z důvodu jeho vlastní tíhy, větru nebo jiné vnější zátěže. ### Klimatické režimy (příklad kombinací) - a) $-50\,^{\circ}\mathrm{C}$, bezvětrí, námrazek - b) $-50\,^{\circ}\mathrm{C}$, vítr na neomrzlý vodič - c) $+40\,^{\circ}\mathrm{C}$, bezvětrí - d) $-30\,^{\circ}\mathrm{C}$, bezvětrí, bez námrazku Teplota vodiče závisí na: teplotě vzduchu, proudovém zatížení a dopadajícím slunečním záření (sluneční záření se často neuvažuje). V ČR typicky $-30\,^{\circ}\mathrm{C}$ až $+40\,^{\circ}\mathrm{C}$. ### Vítr a vibrace - Vítr vychyluje vodiče ze svislé polohy a vyvolává kmitání (aerodynamické kmitání). - Návrhy obvykle zohledňují jen statickou složku vodorovného zatížení větrem. > Zajímavost: Na určitém úseku vedení mohou být tlumiče kmitů instalovány přímo na závěsech nebo mezi vodiči, aby omezily poškození izolátorů a upevnění způsobené vibracemi. ## 3. Ochrana proti blesku a přepětí - Blesk udeří na Zemi průměrně asi $100$krát za sekundu na celé planetě. - V ČR statisticky přibližně $30$ úderů blesku do $100\,$km vedení za rok. Ochranná opatření: - **Zemnicí lano** (bleskosvod) vedené nad vodiči nebo mezi nimi k zajištění přímého zkratu blesku do země. - **Dostatečná izolace** a nízký odpor uzemnění stožárů pro prevenci zpětného přeskoku. - **Přepěťové ochrany** (svodiče přepětí) k zamezení indukovaných přepětí. > Definice: Zemnicí lano je vodič umístěný nad nebo mezi fázovými vodiči, jehož úkolem je přivést náboj z úderu blesku bezpečně do země bez zásahu do fázových vodičů. ## 4. Materiály vodičů a druhy lan ### Běžné materiály - **Měď (Cu)** — velmi vodivá, vyšší hmotnost, dobré mechanické vlastnosti - **Hliník (Al)** — nižší hmotnost, nižší vodivost než měď, často ekonomičtější - **Slitiny hliníku** — zlepšené mechanické vlastnosti - **Ocel (Fe)** — používá se především v kombinaci (zajištění pevnosti) - Speciálně: bronz, slitiny mědi se cínem atd. Typy lan: - **Jednoduchá lana**: Al, Cu, Fe, bronz - **Svazková lana**: vícepramenné konstrukce pro vyšší proudovou kapacitu a mechanickou odolnost - **Kombinovaná lana**: AlFe, CuFe — hliník pro vodivou část, ocel pro pevnost Tabulka: porovnání základních materiálů | Materiál | Vodivost | Mechanická pevno