Kapitola 12
Rozvodné sítě

12.1  Vedení

Venkovní vedení se skládají často z více materiálů

tvrdá měď	0,018 Ω · mm2 · m-1
hliník	0,029 Ω · mm2 · m-1
dural	0,033 Ω · mm2 · m-1
ocel	0,13÷ 0,2 Ω · mm2 · m-1

12.1.1  Indukčnost vedení

Celková indukčnost je dána součtem vlastní a vzájemné indukčnosti. Pro jednofázovou soustavu platí empirický vzorec pro výpočet indukčnosti

Lc = 0,46·log d r +0,05      [mH·km−1;mm],

kde d je vzdálenost os vodičů a r poloměr vodiče. Pro ocel nebo feromagnetické materiály platí obdobný vzorec

Lc = (0,46·log d r +μ r·0,05)      [mH·km−1; mm].

V případě trojfázové soustavy platí stejné vzorce, jen se místo d dosazuje střední vzdálenost d_s, což je geometrický průměr vzdáleností vodičů, takže se vypočítá d_s = ³√{d₁₂ d₂₃ d₃₁}. Indukčnost kabelů je asi třetinová proti venkovnímu vedení (vodiče jsou blíže u sebe, menší plocha smyčky).

12.1.2  Kapacita vedení

Pro kapacitu vedení platí empirický vzorec

C = 0,0242 log ds r  · 10-6      [μF·km−1; mm],

kde d_s je opět střední vzdálenost mezi vodiči. Pro koaxiální kabely platí vzorec

C = 0,0242 log r1 r2  · 10-6      [μF·km−1; mm],

kde ε _r je relativní permitivita izolačního materiálu, r₁ poloměr vnitřního vodiče a r₂ poloměr vnějšího vodiče.

12.1.3  Svodový odpor

Ztráty svodem mají činný charakter a u venkovních vedení jsou způsobeny zejména mechanickým znečištěním izolátorů, vlhkem, deštěm, znečištěním izolátorů povrchovým výbojem nebo korónou (vyzařováním). Ke koróně dochází při překročení kritického napětí závisejícího na povětrnostních podmínkách, drsnosti povrchu vodičů, jejich vzájemné vzdálenosti a poloměru.

Svodový proud z vodiče přes izolátory a sloupy do země je ve fázi s napětím jej vyvolávajícím, tj. mezi vodiči s napětím sdruženým a vůči zemi s napětím fázovým.

U kabelových vedení jsou ztráty svodem způsobeny zejména dielektrickými ztrátami .

Měření svodových proudů je obtížné, protože ztráty svodem se objevují spolu se ztrátami dielektrickými. Rozvodné soustavy NN s venkovními vedeními se vyznačují tím, že v porovnání se svodem je u nich možno zanedbat kapacitu vodičů k zemi. U kabelových vedení NN a venkovních vedení VN se musí uvažovat jak svod, tak i kapacita vodičů. U venkovních vedení má být za vlhkého počasí izolační odpor: pro NN alespoň 24 kω · km⁻¹, pro VN do 20 kV alespoň 80 Ω · V⁻¹ · km⁻¹ a 1 V, pro VN nad 20 kV cca 1,6 MΩ.

Koróna

Koróna je neúplný samostatný výboj ve vzduchu nebo v plynech vyššího tlaku, který vzniká po překročení kritického napětí, resp. kritické intenzity pole v silně nehomogenních polích mezi značně zakřivenými a poměrně vzdálenými elektrodami. Projevuje se tak, že se elektrody obalí slabě svítící vrstvou – obalovou korónou , případně doprovázenou zvukovými efekty. Skutečný průměr koróny je asi 1,9× větší než průměr viditelný okem, přičemž neviditelná část vysílá jen ultrafialové záření.

Kritické napětí závisí na povětrnostních podmínkách, drsnosti povrchu vodičů, jejich vzájemné vzdálenosti a poloměru. Stav povrchu elektrod má rozhodující vliv na počáteční stadia koróny. Drobné nečistoty a nerovnosti povrchu se stávají nejprve ohnisky malých nestabilních výbojů a stanovení napětí, při kterém koróna začíná je obtížné. Proto se kritické napětí U_kr koróny definuje pro ideální hladké vodiče. Na lanech vedení VVN se vlivem nerovnosti povrchu objevuje hrotová koróna již při 0,4 U_kr zejména při záporné půlvlně. Při napětích 0,5–0,6 U_kr vznikají na dešťových kapkách trsové výboje doprovázené zvukovými efekty. Při kritickém napětí nastává již obalová koróna. V tomto stádiu narůstá kapacita vedení a tím i nabíjecí proud vedení.

Koróna způsobuje na vedeních VVN dodatečné ztráty a ruší telekomunikační zařízení. Na druhé straně však snižuje energii přepěťových vln, které se šíří po vedení od místa zásahu atmosférického výboje.

Technicky se fenomén koróny využívá u elektrostatických odlučovačů pro odlučování tuhých i kapalných částic (uhelného, kychtového, cementového prachu, popílku, olejové mlhy apod.) ze vzduchu, z kouřových a jiných plynů tam, kde se má zabránit znečištění ovzduší, a to buď vnější atmosféry nebo vzduchu v uzavřených prostorách.

Způsobuje ztráty, které jsou menší než 1 kW · km⁻¹. Vzniká při překročení určité kritické hodnoty, která závisí na teplotě, tlaku, vlhkosti.

12.2  Vodiče

12.2.1  Svazkové vodiče

Svazkový vodič je druh vodiče venkovního vedení s jednotným geometrickým uspořádáním paralelních vodičů tvořících jednu fázi nebo jeden pól vedení.

Je tvořen několika vodiči, nejčastěji lany AlFe, umístěnými ve vrcholech rovnostranného n-úhelníku a tvořícími svazek. Nejčastěji se používá dvousvazek pro napětí 220 kV, dvousvazek nebo trojsvazek pro napětí 400 kV a pro napětí vyšší se používá čtyřsvazek. Pro napětí nad 1000 kV byly navrženy šesti a osmisvazkové vodiče.

Vodiče svazku jsou navzájem vzdáleny 40-45 cm a jsou spojeny po určitých vzdálenostech kovovými rozpěrkami. Ve svazkových vodičích je nižší povrchový gradient a tím ztráty korónou a rušení telekomunikací. Při výpočtu parametrů vedení je nutné dosazovat za poloměr vodiče tzv. účinný neboli ekvivalentní poloměr svazku r_e, který lze odvodit z potenciálních koeficientů svazku vodičů. Symetrický svazkový vodič obsahující n vodičů je ekvivalentní s takovým vodičem, jehož poloměr je:

re = n   √ r·(a12·a13·a14·…·a1n)   ,

kde r_e je poloměr jednoho vodiče, a_1n je vzdálenost středů ostatních vodičů od středu jednoho vodiče a n je počet vodičů ve svazku.

Dalším důsledkem svazkových vodičů je zmenšení podélné indukčnosti vedení asi o 15 %, zvětšení provozní (příčné) kapacity, zvětšení proudové zatížitelnosti, zmenšení náchylnosti ke kmitání, zvětšení přídavného zatížení námrazou a větrem, zvětšení investičních nákladů a montážní náročnosti.

12.2.2  Dimenzování vodičů

Pro dimenzování vodičů elektrických rozvodných soustav platí jiná pravidla než např. u motorů.

• Úbytek napětí nesmí překročit dovolenou mez.
• Ztráty na vedení nesmí přesáhnout stanovenou hodnotu.
• Vedení musí mít náležitou mechanickou pevnost.
• Vedení musí odolávat dynamickým a tepelným účinkům zkratových proudů.
• Nesmí být překročena pracovní teplota.
• Musí být zabezpečena správná funkce před nebezpečným dotykovým napětím.

Porovnání hustot proudu ve vodičích: motory 2–4 A mm⁻², rozvod elektřiny ve stěně , VN vedení 1 A mm⁻².

Na vodiče jsou kladeny požadavky často protichůdné, například:

• malá hmotnost z hlediska dopravy a zatížení stožárů, ale velká hmotnost z hlediska vychylování větrem,
• velký průměr z důvodu ztrát korónou a rušení, ale malý průměr vzhledem k námraze a tlaku větru,
• velká pevnost,
• odolnost proti chemickým vlivům prostředí,
• odolnost proti kmitání,
• odolnost proti poškození při montáži, malý odpor,
• malé pořizovací náklady.

12.3  Rozvodné soustavy

12.3.1  Druhy rozvodných soustav

Vedení napájené z jedné strany

Jednoduchá, ale porucha může způsobit výpadek až celé sítě.

Paprsková síť

Má zvýšenou spolehlivost. Vedení po paprscích jsou kratší, takže menší úbytky.

Vedení napájené ze dvou stran

Při poruše zůstane v provozu.

Okružní síť

Při poruše se rozpadne na dvě sítě, menší kolísání napětí.

Mřížová (uzlová) síť

Především kabelový rozvod, velkoměsta s odběrem 5-10 mW · km^-1. Nejdražší.