494
Villamos Energetika előadás Rácz Árpád Villamosmérnöki Tanszék Debreceni Egyetem

Villamos Energetika

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Villamos Energetika

Villamos Energetika előadás

Rácz Árpád

Villamosmérnöki Tanszék

Debreceni Egyetem

Page 2: Villamos Energetika

Fogalmi pontosítás:

• „Erősáram” és „Gyengeáram”, mint köznapi szóhasználat.

• Villamosságot kétféle felhasználás jellemzi:

– Ha a cél az energia előállítás, átalakítás, szállítás és felhasználás, akkor villamos energetikáról beszélünk.

– Ha a cél a villamos jel előállítása, átalakítása, továbbítása és vétele, akkor híradástechnikáról, informatikáról beszélünk.

Page 3: Villamos Energetika

Villamos energetika feladatai:

• Villamos energia előállítása, átalakítása, szállítása, célszerű felhasználása;

• Bonyolult fizikai – kémiai folyamatok ipari szintű működtetése;

• Az előbbiek kiszolgálásához szükséges eszközök és rendszerek alkalmazása;

• A felsoroltak fejlesztése természettudományos, műszaki és gazdasági ismeretekre alapozva.

Page 4: Villamos Energetika

Fogalmak

• Erőmű: Természeti energia átalakítása villamos energiává.

• Hálózatok: Távvezetékekből (szabadvezeték és kábel) és alállomásokból (kapcsoló és transzformátor állomás).

• Villamos művek: Erőművek és hálózatok berendezései.

• Fogyasztói berendezések: A villamos energiát a szükségletnek megfelelő energiává alakítják át és hasznosítják.

Page 5: Villamos Energetika

Az energia

Page 6: Villamos Energetika

Energiaforrások

Page 7: Villamos Energetika
Page 8: Villamos Energetika
Page 9: Villamos Energetika

A villamosenergia-ellátás folyamata, a természeti energiahordozók

átalakítása villamos energiává:

• Primer energiahordozók: szén, olaj, földgáz, hasadóanyagok, a víz mozgási és helyzeti energiája, biomassza eredeti fellelési állapotukban nem alkalmasak közvetlen felhasználásra;

• A primer energiahordozók célszerű átalakított, közvetítő formája a villamos energia, amely már alkalmas a mechanikai munkavégzési, hő, fény stb igények kielégítésére.

• Energiaellátás folyamata a következő ábrán látható.

Page 10: Villamos Energetika

Villamosenergia-rendszerek kialakulása

Page 11: Villamos Energetika

11

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

• Az első mechanikai erőforrás

– ember Pfoly.<100W

– ló Pfoly.<400W

egy munkanap alatt 0,8 kWh

Page 12: Villamos Energetika

12

• Vízenergia – az első időben

malomkereket forgattak vele

– később hámorok létesültek a vízkerekes meghajtással

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

Page 13: Villamos Energetika

13

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

http://www.hooverdam.usbr.gov

Page 14: Villamos Energetika

14

Page 15: Villamos Energetika

15

• Szélenergia

– szélmalmok

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

Page 16: Villamos Energetika

16

– Hajózás

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

Page 17: Villamos Energetika

17

XIX. század

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

napjainkban

Page 18: Villamos Energetika

18

Page 19: Villamos Energetika

19

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

Page 20: Villamos Energetika

20

• Rövid számítás:

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

1 ember 1 nap alatt: 0,8 kWh=2880 kJ

10 kg szén

1 %-hatásfokú gőzgépet használva:

10*30000*0,01=3000 kJ !

10 dkg szén (30000 kJ/kg)

Page 21: Villamos Energetika

21

• Gőzturbina

– 1884 Charles Parson

– 1888 75 kW

– 1900 1 MW

– 70-es évek 1-1,5 GW

• 40-43 % hatásfok

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

Page 22: Villamos Energetika

22

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

• Gázturbinák

– 1930-as évek

• 1944 Me 262

Page 23: Villamos Energetika

23

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

• 1958

– vadászbombázók

– utasszállítók

• 1969 Boeing 747

– 20 kN

– 60 MW

Page 24: Villamos Energetika

24

• 1940-es évektől

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

– Olaj és gázvezetékek hajtása

– Szükségáramforrások 15 MW

– Csúcsidejű generátorok 15-150 MW

• 25-35 % hatásfok

Page 25: Villamos Energetika

25

Munkagép és hajtógép

– távolság

– hatásfok

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

– XVIII. sz. mechanikus „távvezetékek”

Page 26: Villamos Energetika

26

1861 Dinamo feltalálása (Jedlik)

1879 Szénszálas izzólámpa (Edison)

1882 Első erőmű Londonban a Hobon Viaduct világításához

1883 Transzformátor (Bláthy, Déri, Zipernowsky)

1883 Többfázisú áram (Nikola Tesla)

1884 Váltakozóáramú 2 és 3 fázisú generátor (Ben Eschenbog)

1885-1886 Transzformátoros váltakozó áramú rendszer (W.Stanley Massachusetts-ben)

1893 Háromfázisú vezeték (Niagara-Buffalo) 43 km, 11 kV, 7,5 MVA, 25 Hz (Forles)

1900-1970 Különböző feszültségszintek kialakulása

1954 Az első nagyfeszültségű egyenáramú energiaátvitel (Svéd Gotland kábel, 100 kV, 20 MW, 96 km)

1984-1987 Itaipu - Sao Paulo egyenáramú átvitel (± 600 kV, 6300 MW, 800 km)

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

Page 27: Villamos Energetika

27

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

1878 Ganz Gyár szerelőcsarnokában ívlámpák

1884 közcélú villamosenergia szolgáltatás Temesváron

1879 Szénszálas izzólámpa (Edison)

1914 Kelenföldi erőmű

Nagyfeszültségű hálózat:

1930 Bánhidai Erőmű - Budapest (Kőtér) 100 kV-os vezeték

1949 Országos Villamos Teherelosztó létrehozása

1952-1962 A 100 kV-os főelosztó hálózat feszültségének 100 kV-ról 120 kV-ra emelése

1960 A 220 kV-os feszültségszint bevezetése (Zugló-Bisztricsány)

1968 A 400 kV-os feszültségszint bevezetése (Munkács-Göd)

1978 A 750 kV-os Vinyica-Albertirsa távvezeték üzembehelyezése

Page 28: Villamos Energetika

28

1879.

Page 29: Villamos Energetika

29

Page 30: Villamos Energetika

30

1861

Page 31: Villamos Energetika

31

Page 32: Villamos Energetika

32 1883

Page 33: Villamos Energetika

33

1884.

Temesvár

Page 34: Villamos Energetika

A villamos energia rendszer

Page 35: Villamos Energetika

Áttekintés

Page 36: Villamos Energetika

Terhelési / fogyasztási görbe

Napi fogyasztási görbe példák

Page 38: Villamos Energetika

Terhelési görbe részei

• Alapterhelés: Az alapterhelés az a teljesítmény, amelyre állandóan szükség van. Ezt alacsony üzemeltetési költségű alaperőművek fedezik.

• Csúcsterhelés: A csúcsterhelés a legmagasabb terhelésű időszakban keletkezik (pl. délben). Ezek fedezésére – rendszerint csak rövid időszakokra –- költséges csúcserőművek bekapcsolására van szükség.

Page 39: Villamos Energetika

Erőmű fajták terhelési szempontból

• Alaperőmű: az energiarendszer alapterhelését viszi, amely az egész évben viszonylag egyenletes.

• Menetrendtartó erőmű: a napi egyenletes terhelésen kívüli kisebb terhelésváltozások fedezésére szolgáló erőmű.

• Csúcserőmű: indulása viszonylag gyors és rugalmas, nem kell a csúcsterhelés jelentkezése előtt már hosszú órákkal korábban előkészíteni.

Page 40: Villamos Energetika

Terhelési szintek éves eloszlása

Page 41: Villamos Energetika

Éves terhelési görbe

Page 42: Villamos Energetika

42

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

http://www.mavir.hu

Page 43: Villamos Energetika

43

A villamosenergia-rendszerek kialakulása

http://www.mvm.hu

Page 44: Villamos Energetika

VER felépítési struktúrája

• MAVIR (magyar VER rendszerirányító),

• KEK (személyzet nélküli kezelő központ),

• KDSZ (körzeti diszpécser szolgálat),

• KEK+KDSZ (főelosztói hálózat felügyelete),

• ÜIK (üzemirányító központok, közép és kisfeszültségű hálózati felügyelet).

Page 45: Villamos Energetika

A villamos energia előállítása

Page 46: Villamos Energetika
Page 47: Villamos Energetika

Methods of generating electricity

• Static electricity, from the physical separation and transport of charge (examples: triboelectric effect and lightning)

• Electromagnetic induction, where an electrical generator, dynamo or alternator transforms kinetic energy (energy of motion) into electricity. This is the most used form for generating electricity and is based on Faraday's law. It can be experimented by simply rotating a magnet within closed loop of a conducting material (e.g. copper wire)

• Electrochemistry, the direct transformation of chemical energy into electricity, as in a battery, fuel cell or nerve impulse

• Photoelectric effect, the transformation of light into electrical energy, as in solar cells

• Thermoelectric effect, the direct conversion of temperature differences to electricity, as in thermocouples, thermopiles, and thermionic converters.

• Piezoelectric effect, from the mechanical strain of electrically anisotropic molecules or crystals.

• Nuclear transformation, the creation and acceleration of charged particles (examples: betavoltaics or alpha particle emission)

Page 48: Villamos Energetika

Turbines 1.

• Most electric generation is driven by heat engines. The combustion of fossil fuels supplies most of the heat to these engines, with a significant fraction from nuclear fission and some from renewable sources. The modern steam turbine (invented by Sir Charles Parsons in 1884) currently generates about 80% of the electric power in the world using a variety of heat sources.

• All turbines are driven by a fluid acting as an intermediate energy carrier. Many of the heat engines are turbines. Other types of turbines can be driven by wind or falling water.

Page 49: Villamos Energetika
Page 50: Villamos Energetika
Page 51: Villamos Energetika
Page 52: Villamos Energetika

A villamos energia rendszer stabilitása

• A villamosenergia-ellátás minőségi jellemzői a frekvencia értéke, a feszültség effektív értéke és hullámalakja.

• A váltakozó áramú rendszerek frekvenciája az alapharmonikus feszültség másodpercenkénti szinusz-periódusainak mérőszáma, meghatározása a T alapharmonikus periódusidő mérésén alapul, érteke definició szerint: f[Hz]=1/T[s]. Állandósult állapotban egy szinkronjáró villamosenergia-rendszerben mindenütt azonos a frekvencia, amelynek értékére igen szigorú előírások vonatkoznak. A frekvencia névleges értéke 50 Hz, a megengedhető eltérés 50 Hz±20 mHz a megfigyelési időtartam 100%-ában. A megfigyelési időtartam egy hétre vonatkozik, a 10 másodperces mérési időtartamok középértékének figyelembevételével.

• A feszültség a frekvenciával szemben lokális jellemző, effektív értéke az azonos feszültségszintű hálózatban is pontról pontra különbözik az átvitellel járó feszültségváltozás következményeként. A névleges értéktől való megengedett eltérés feszültségszintenként különböző lehet, ennek %-os mértéke lényegesen nagyobb, mint a frekvenciáé.

Page 53: Villamos Energetika
Page 54: Villamos Energetika

Frekvencia függése a terheléstől

Pm – a generátorokba betáplált mechanikai teljesítmény

Pt – az összes fogyasztó terhelése

A frekvencia stabil, ha Pm = Pt (a veszteségeket leszámítva).

Ha Pm < Pt -> a frekvencia csökken.

Ha Pm > Pt -> a frekvencia nő.

Page 55: Villamos Energetika
Page 56: Villamos Energetika

Advantage of interconnected systems

Page 57: Villamos Energetika

Stability

• Systems that are interconnected have greater reserve power than a system working alone.

• In effect, a large system is better able to withstand a large disturbance and, consequently, it is inherently more stable.

• For example if the load suddenly increases in region R1

• energy immediately flows from stations G2 and G3 and over the interconnecting tie-lines.

• The heavy load is, therefore shared by all three stations in-stead of being carried by one alone.

Page 58: Villamos Energetika

Continuity of Service

• If a generating station should break down. or if it has to be shut down for annual inspection and repair, the customers it serves can temporarily be supplied by the two remaining stations.

• Energy flowing over the tie-lines is automatically metered and credited to the station that supplies it, less any wheeling charges.

• A wheeling charge is the amount paid to another electric utility when its transmission lines are used to deliver power to a third party.

Page 59: Villamos Energetika

Economy

• When several regions are interconnected, the load can be shared among the various generating stations so that the overall operating cost is minimized.

• For example, instead of operating all three stations at reduced capacity during the night when demand is low, we can shut down one station completely and let the others carry the load.

• In this way we greatly reduce the operating cost of one station while improving the efficiency of the other stations, because they now run closer to their rated capacity.

Page 60: Villamos Energetika

További információk

https://vet.bme.hu/sites/default/files/tamop/vivem265/out/html/vivem265.html

Page 61: Villamos Energetika

Sources of energy

Page 62: Villamos Energetika

Sources Steam - Water is boiled by: • Nuclear fission • The burning of fossil fuels (coal, natural gas, or petroleum). In hot

gas (gas turbine), turbines are driven directly by gases produced by the combustion of natural gas or oil. Combined cycle gas turbine plants are driven by both steam and natural gas. They generate power by burning natural gas in a gas turbine and use residual heat to generate additional electricity from steam. These plants offer efficiencies of up to 60%.

• Renewables – The steam is generated by: – Biomass – Solar thermal energy (the sun as the heat source): solar parabolic

troughs and solar power towers concentrate sunlight to heat a heat transfer fluid, which is then used to produce steam.

– Geothermal power. Either steam under pressure emerges from the ground and drives a turbine or hot water evaporates a low boiling liquid to create vapour to drive a turbine.

– Ocean thermal energy conversion (OTEC ): uses the small difference between cooler deep and warmer surface ocean waters to run a heat engine (usually a turbine).

Page 63: Villamos Energetika

Other renewable sources

• Water (hydroelectric) - Turbine blades are acted upon by flowing water, produced by hydroelectric dams or tidal forces.

• Wind - Most wind turbines generate electricity from naturally occurring wind. Solar updraft towers use wind that is artificially produced inside the chimney by heating it with sunlight, and are more properly seen as forms of solar thermal energy.

• Photovoltaic – Solar cells converts sunlight directly into electrical energy.

Page 64: Villamos Energetika
Page 65: Villamos Energetika
Page 66: Villamos Energetika

A nem megújuló energiaforrások: Ásványi szenek

• Az ásványi szenek különböző összetételű és változatos széntartalmú anyagok keveréke.

• Kialakulásuk évmilliók alatt

• Mocsarak növényeinek elhalásával, felhalmozódásával és levegőtől elzártan, nagy nyomáson történő bomlásával keletkezik.

Page 67: Villamos Energetika

lo

Page 68: Villamos Energetika

Az ásványi szenek csoportosítása

• Tőzeg

• Lignit

• Barnakőszén

• Feketekőszén

• Antracit

Page 69: Villamos Energetika

Kitermelés

Bányászat Külszíni fejtés

Page 70: Villamos Energetika

A földgáz és a kőolaj

• Kialakulásuk évmilliók alatt történik

• Elpusztult élőlények, planktonok anyagából

• Oxigéntől elzártan, sós környezetben

• Nagy nyomáson

• Szénhidrogének keveréke

Page 71: Villamos Energetika

Kitermelése • Két boltozatos agyagréteg közül, fúrással,

szivattyúzással

Page 72: Villamos Energetika

A kőolaj feldolgozása

• A kőolaj 5-nél magasabb szénatom-számú szénhidrogének keveréke.

• A feldolgozás célja, hogy a benne lévő vegyületeket hasonló forráspontú csoportokra, frakciókra válasszák szét.

Page 73: Villamos Energetika

A kőolaj frakciói

• A benzin színtelen,

• A petróleum világos sárga

• A gázolaj sárga

• A pakura fekete folyadék

• A bitumen sötét, sűrű anyag.

Page 74: Villamos Energetika

A benzin

jellegzetes szagú,

könnyen párolgó,

tűzveszélyes folyadék.

Levegővel érintkezve gőzei robbanó elegyet képeznek

Belsőégésű motorok üzemanyaga

Page 75: Villamos Energetika

A petróleum, a kerozin és a gázolaj

• A petróleum: jellegzetes szagú, halványsárga folyadék

világításra használták, ma sugárhajtású repülők üzemanyaga

-60°C fagyáspont alatti keveréke a kerozin.

• A gázolaj kellemetlen szagú, sárga folyadék, dízelmotorok üzemanyaga, olajkályhák fűtőanyaga

Page 76: Villamos Energetika

A pakura és az aszfalt

• A pakura sötétbarna, sűrű folyadék.

gyakran használják a gyógyászatban, kozmetikai szerekben vagy éppen tüzelésre.

• Az aszfalt a feldolgozás során visszamaradó sűrű fekete anyag, melyet útburkolásra, illetve szigetelésre használnak

Page 77: Villamos Energetika

Fossil-fuel power station

• A fossil-fuel power station is a type of power station that burns fossil fuels such as coal, natural gas or petroleum (oil) to produce electricity.

• Fossil fuel power stations have rotating machinery to convert the heat energy of combustion into mechanical energy, which then operates an electrical generator.

(chemical energy → mechanical energy → electric energy)

• Central station fossil-fuel power plants are designed on a large scale for continuous operation.

• In many countries, such plants provide most of the electrical energy used.

Page 78: Villamos Energetika
Page 79: Villamos Energetika
Page 80: Villamos Energetika

Big Bend Power Station (coal, U.S.)

Page 81: Villamos Energetika

Currant Creek Power Plant near Mona, Utah is a natural gas fired electrical plant.

Page 82: Villamos Energetika

Environmental impact

• The combustion of coal contributes the most to acid rain and air pollution.

• The pollution from coal-fired power plants comes from the emission of gases such as carbon dioxide, nitrogen oxides, and sulfur dioxide into the air.

• Acid rain is caused by the emission of nitrogen oxides and sulfur dioxide.

• Another problem related to coal combustion is the emission of particulates.

• Power plants remove particulate from the flue gas with the use of a bag house or electrostatic precipitator.

Page 83: Villamos Energetika

Cogeneration

• Cogeneration (also combined heat and power, CHP) is the use of a heat engine or a power station to simultaneously generate both electricity and useful heat.

• All thermal power plants emit a certain amount of heat during electricity generation. This can be released into the natural environment through cooling towers, flue gas, or by other means.

• CHP captures some or all of the by-product heat for heating purposes, either very close to the plant, or—especially in Scandinavia and eastern Europe—as hot water for district heating with temperatures ranging from approximately 80 to 130 °C.

Page 84: Villamos Energetika
Page 85: Villamos Energetika

A 250 MW cogeneration plant in Cambridge, Massachusetts

Page 86: Villamos Energetika

Nuclear power plant

• A nuclear power plant is a thermal power station in which the heat source is one or more nuclear reactors.

(nuclear energy → heat energy → electric energy)

• As in a conventional thermal power station the heat is used to generate steam which drives a steam turbine connected to a generator which produces electricity.

• Nuclear power plants are usually considered to be base load stations, which are best suited to constant power output.

Page 87: Villamos Energetika

Nuclear reactors

• A nuclear reactor is a device to initiate and control a sustained nuclear chain reaction.

• The most common use of nuclear reactors is for the generation of electric energy and for the propulsion of ships.

• In nuclear power plants, different types of reactors, nuclear fuels, and cooling circuits and moderators are sometimes used.

Page 88: Villamos Energetika
Page 89: Villamos Energetika
Page 90: Villamos Energetika
Page 91: Villamos Energetika

Hydroelectric Power

• The production of electrical power through the use of the gravitational force of falling or flowing water. (potential or kinetic energy)

• It is the most widely used form of renewable energy, accounting for 16 percent of global electricity consumption, and 3,427 terawatt-hours of electricity production in 2010

Page 92: Villamos Energetika

The hydrologic cycle

Page 93: Villamos Energetika

Generating methods - Dams

• Most hydroelectric power comes from the potential energy of dammed water driving a water turbine and generator.

• The power extracted from the water depends on the volume and on the difference in height between the source and the water's outflow.

• This height difference is called the head. The amount of potential energy in water is proportional to the head.

• A large pipe (the "penstock") delivers water to the turbine.

Page 94: Villamos Energetika
Page 95: Villamos Energetika
Page 96: Villamos Energetika

Calculating available power

• A simple formula for approximating electric power production at a hydroelectric plant is: P=ρhrgk, where – P is Power in watts, – ρ is the density of water (~1000 kg/m3), – h is height in meters, – r is flow rate in cubic meters per second, – g is acceleration due to gravity of 9.8 m/s2, – k is a coefficient of efficiency ranging from 0 to 1. Efficiency is

often higher (that is, closer to 1) with larger and more modern turbines.

• Annual electric energy production depends on the available water supply. In some installations the water flow rate can vary by a factor of 10:1 over the course of a year.

Page 97: Villamos Energetika

Pico hydroelectricity in Mondulkiri, Cambodia

Page 98: Villamos Energetika

The Three Gorges Dam is the largest operating hydroelectric power station, at 22,500 MW.

Page 99: Villamos Energetika

The Ffestiniog Power Station can generate 360 MW of electricity within 60 seconds of the demand arising.

Page 100: Villamos Energetika

Advantages-Disadvantages

• Flexibility

• Low power costs

• Suitability for industrial applications

• Reduced CO2 emissions

• Other uses of the reservoir

• Ecosystem damage and loss of land

• Siltation and flow shortage

• Methane emissions (from reservoirs)

• Relocation

• Failure risks

Page 101: Villamos Energetika
Page 102: Villamos Energetika

Sources of Electricity in France in 2006

Page 103: Villamos Energetika
Page 104: Villamos Energetika
Page 105: Villamos Energetika
Page 106: Villamos Energetika
Page 107: Villamos Energetika

107 Itaipu

Page 108: Villamos Energetika

A villamos energia átviteli rendszer

Page 109: Villamos Energetika

Overview

Page 110: Villamos Energetika

1 fázisú váltakozó feszültség

Page 111: Villamos Energetika

3 fázisú váltakozó feszültség

Page 112: Villamos Energetika

Delta kapcsolás Csillag kapcsolás

Page 113: Villamos Energetika

A villamos hálózat felépítése, feszültségszintjei

Page 114: Villamos Energetika

Feszültség-szintek

Elnevezés Feszültség szint Tipikus értékek

Kisfeszültség (LV) 1kV alatt 230/400 V

Középfeszültség (MV) 1kV és 100 kV között 3, 6, 10, 20, 35 kV

Nagyfeszültség (HV) 100 kV felett 110, 220, 440 kV

Extra high-voltage (EHV) 400 kV felett 440, 750 kV

Page 115: Villamos Energetika

115

Un [kV] I [A] S [MVA] lmax [km]

400 1000 1000 500

120 500 100 60

20 200 10 10

0,4 100 0,1 0,5

Különböző feszültségszintű távvezetékek átviteli jellemzői

Page 116: Villamos Energetika

The transmission system must…

1. Provide, at all times, the power that consumers need

2. Maintain a stable, nominal voltage that does not vary by more than ± 10%

3. Maintain a stable frequency that does not vary by more than ±O.I Hz

4. Supply energy at an acceptable price

5. Meet standards of safety

6. Respect environmental standards

Page 117: Villamos Energetika

Single-line diagram of a generation, transmission, and distribution system

Page 118: Villamos Energetika

Substations

• Transmission substations change the line voltage by means of step-up and step-down transformers and regulate it by means of static var compensators, synchronous condensers, or transformers with variable taps.

• Distribution substations change the medium volt-age to low voltage by means of step-down trans-formers. which may have automatic tap-changing capabilities to regulate the low voltage. The low voltage ranges from 120/240V single phase to 600 V 3-phase. It serves to power private residences. commercial and institutional establishments, and small industry.

• Interconnecting substations tie different power systems together, to enable power exchanges between them. and to increase the stability of the overall network.

Page 119: Villamos Energetika

Types of power lines

The design of a power line depends upon the following criteria:

I. The amount of active power it has to transmit

2. The distance over which the power must be carried

3. The cost of the power line

4. Esthetic considerations, urban congestion, ease of installation, and expected load growth

Page 120: Villamos Energetika

Nagyfeszültségű hálózatok komponensei

Page 121: Villamos Energetika
Page 122: Villamos Energetika
Page 123: Villamos Energetika

123

Page 124: Villamos Energetika
Page 125: Villamos Energetika

125

Page 126: Villamos Energetika
Page 127: Villamos Energetika
Page 128: Villamos Energetika
Page 129: Villamos Energetika
Page 130: Villamos Energetika
Page 131: Villamos Energetika
Page 132: Villamos Energetika
Page 133: Villamos Energetika
Page 134: Villamos Energetika
Page 135: Villamos Energetika
Page 136: Villamos Energetika
Page 137: Villamos Energetika

Construction of a line

Page 138: Villamos Energetika

Lightning strokes

Page 139: Villamos Energetika
Page 140: Villamos Energetika

Equivalent circuit of a line

Page 141: Villamos Energetika
Page 142: Villamos Energetika
Page 143: Villamos Energetika

Methods of increasing the power capacity

• To increase power capacity the only solution is to use two lines in one beside the other.

• Note that doubling the size of the conductors would not help, because for such a line it is the reactance and not the resistance of the conductors that determines the maximum power that can be transmitted.

Page 144: Villamos Energetika
Page 145: Villamos Energetika

145

Sugaras hálózat

Page 146: Villamos Energetika

146

Hurkolt

hálózat

Page 147: Villamos Energetika

147

Page 148: Villamos Energetika

148

Nagyfeszültségű kábelek szerkezete

Page 149: Villamos Energetika

149

Nagyfeszültségű kábelek szerkezete

Page 150: Villamos Energetika
Page 151: Villamos Energetika
Page 152: Villamos Energetika
Page 153: Villamos Energetika

Nagyfeszültségű DC energiaátvitel (HVDC)

Page 154: Villamos Energetika
Page 155: Villamos Energetika

HVDC konverter

Page 156: Villamos Energetika

AC vs. DC átvitel

Page 157: Villamos Energetika

AC vs. DC átvitel

Page 158: Villamos Energetika

AC vs. DC átvitel

Page 159: Villamos Energetika
Page 160: Villamos Energetika
Page 161: Villamos Energetika

12 ütemű híd egyenirányító

Page 162: Villamos Energetika

Monopoláris

Page 163: Villamos Energetika
Page 164: Villamos Energetika

Bipoláris

Page 165: Villamos Energetika
Page 166: Villamos Energetika
Page 167: Villamos Energetika
Page 168: Villamos Energetika
Page 169: Villamos Energetika
Page 170: Villamos Energetika
Page 171: Villamos Energetika
Page 172: Villamos Energetika

Megújuló energiaforrások

Page 173: Villamos Energetika

Fenntarthatóság (?)

Page 174: Villamos Energetika

Negajoule: energiatakarékosság

A legtisztább energia a meg nem termelt energia!

Az EU energiafogyasztását költségtakarékos módon

további 20%-al lehetne csökkenteni.

Page 175: Villamos Energetika

Negajoule: energiatakarékosság 2.

A mai magyar lakossági és kommunális

energiafogyasztás 25%-a gazdaságosan megtakarítható:

10% energiamegtakarítás: 0-5 év megtérülési idő

25% energiamegtakarítás: <10 év megtérülési idő

GAZDASÁGOS

40% energiamegtakarítás: 10 év feletti megtérülési idő

Page 176: Villamos Energetika

• napenergia-naperőmű • napelem • napkollektor • vízenergia (vízerőmű) • árapály-energia • hullám energia • szélenergia • geotermikus energia • biomassza • bioetanol • biodízel • biogáz

Page 177: Villamos Energetika

Vízi energia

Page 178: Villamos Energetika

Vízi energia Magyarországon

Tiszalöki Erőmű 11,4 MW Kiskörei Erőmű 28 MW

Magyarországi erőművek villamos teljesítménye ~ 7400 MW

„Sík vidéken nincs sok lehetőség!” – EZ NEM IGAZ

Page 179: Villamos Energetika

Napenergia

A Napból érkező energia hasznosításának két alapvető módja létezik: a passzív és az aktív energiatermelés.

-Passzív:hasznosításkor az épület tájolása és a felhasznált

építőanyagok a meghatározóak. Ilyenkor az üvegházhatást használjuk ki hőtermelésre. Alapjában véve passzív napenergia-hasznosító minden olyan épület, amely környezeti adottságai, építészeti kialakítása következtében képes használni a Nap sugárzását mint energiaforrást. A passzív napenergia-hasznosítás főként az átmeneti időszakokban működik, vagyis akkor, mikor a külső hőmérséklet miatt az épületen már/még hőveszteség keletkezik, de a napsugárzás még/már jelentős.

Page 180: Villamos Energetika

Napenergia

• Aktív energiatermelésnek két módja van. Első módszer, hogy a napenergiát hőenergiává alakítjuk. A jellegzetes napenergia hasznosító épületeken nagy üvegfelületek néznek déli irányba, melyeket estére hőszigetelő táblákkal fednek. Az üvegezésen keresztül a fény vastag, nagy hőtároló képességű padlóra és falakra esik, melyek külső felületei szintén hőszigeteltek, így hosszú időn át képesek tárolni az elnyelt hőt. A hőenergia „gyűjtése” és tárolása főképp napkollektorokkal történik. Ez az a berendezés, ami elnyeli a napsugárzás energiáját, átalakítja hőenergiává, majd ezt átadja valamilyen hőhordozó közegnek.

• A másik módszerrel – az ún. fotovoltaikus eszköz (PV), vagyis napelem segítségével – a napsugárzás energiáját elektromos energiává alakítjuk.

Page 181: Villamos Energetika

Napenergia Azt mondják ingyen van, csak fel kell használni !

Kicsi az energiasűrűség: 1kW/m2

Mi a helyzet Magyarországon ?

Beérkező: júl. 5 kWh/m2/nap jan. 1,5 kWh/m2/nap

Hasznosítható: júl. 2,8 kWh/m2/nap jan. 1,1 kWh/m2/nap

Mire elég ez ?

200 liter 60°C –os víz/nap 14 kWh/nap

Lakásfűtés téli napokban átlagosan 1,4 kWh/m2

Háztartási melegvíz: igen lakásfűtés: kevés

Page 182: Villamos Energetika

Naperőmű

80 MW teljesítményhez kell 464 000 m2 kollektor felület

Page 183: Villamos Energetika

A Nap

Napsugárzás: ~1 kW/m2 Napfényes órák Magyarországon: 1750-2250 óra/év Energia-tartalom: 1175-1325 kWh/m2 /év Hasznosítási módok: közvetlen, termikus, elektromos

Sun: „That big bright thing in the sky in the day.” Urban Dictionary

Page 184: Villamos Energetika
Page 185: Villamos Energetika

Éves eloszlás Debrecenben

Page 186: Villamos Energetika
Page 187: Villamos Energetika
Page 188: Villamos Energetika
Page 189: Villamos Energetika
Page 190: Villamos Energetika

A napelem

Fotoelektromos hatás felfedezése:

1839 (Alexandre-Edmond Becquerel)

Első napelem:

1883 (Szelén-arany, ~1%-os hatásfok)

Félvezető napelemek:

1954 (Bell Laboratories, szilícium alapú, ~6%-os hatásfok)

Page 191: Villamos Energetika
Page 192: Villamos Energetika
Page 193: Villamos Energetika
Page 194: Villamos Energetika

Fotodióda

Page 195: Villamos Energetika

Napelemek

Page 196: Villamos Energetika

Napelemek

Kristályos szilícium Vékonyréteg Festék-

érzékenyített Szerves

•Magas hatásfok •Hosszú élettartam •Kiforrott gyártás-technológia •Bőséges alapanyag •Költséges és sok veszélyes anyagot használó gyártás •Hatásfok csak lassan emelhető tovább

•Magas hatásfok •Közepes élettartam •Kiforrott és olcsó gyártás-technológia •Ritka és/vagy drága elemek az alapanyagok között •Nem terjedt el

•Fejlesztés alatt •Egyszerű és olcsó gyártás •Kihívások: megfelelő hatásfokot adó festék-molekulák előállítása, hatásfok, élettartam növelése

•Fejlesztés alatt •Egyszerű és olcsó gyártás •Környezetbarát alapanyagok •Kihívások: élettartam növelése

Page 197: Villamos Energetika

Panelgyártás

Page 198: Villamos Energetika

Napelemek piaci részesedése

Page 199: Villamos Energetika
Page 200: Villamos Energetika

A napelem működési elve

Page 201: Villamos Energetika
Page 202: Villamos Energetika
Page 203: Villamos Energetika
Page 204: Villamos Energetika
Page 205: Villamos Energetika

Napelem helyettesítő képe

Page 206: Villamos Energetika

Saját fejlesztésű mérőrendszer

Page 207: Villamos Energetika

A napelem típusai

Page 208: Villamos Energetika
Page 209: Villamos Energetika
Page 210: Villamos Energetika

Szilicium napelemek

Egykristályos Si napelemek → legjobb hatásfok (15-18%)

→30 év élettartam

Polikristályos Si napelemek →hatásfok: 10-13%

→25 év élettartam

Amorf Si napelemek →hatásfok: 6-8%

→ legjobb ár/teljesítmény arány

→hátrány: nagy felület szükséges ugyanazon teljesítmény előállításához

Page 211: Villamos Energetika
Page 212: Villamos Energetika

A napelem felhasználási módjai

→Kisméretű fogyasztók energiaellátása

Pl.: zsebszámológép

→Kihelyezett eszközök ellátása

Pl.: mérő- és adatgyűjtő-állomások

→Elektromos hálózattól távoli helyek ellátása

Pl.: tanyák, nyaralók, műholdak. űreszközök

→Elektromos energia-termelés

Page 213: Villamos Energetika

Nagyteljesítményű rendszerek

Követelmény:

A hálózati áramnak megfelelő (400/230 V, 50 Hz) váltóáram előállítása.

Típusai:

→Rásegítő üzemmód

→Sziget üzemmód

→Közvetlen betáplálás

Page 214: Villamos Energetika

Sziget (autonóm) üzemmód

Page 215: Villamos Energetika

Rásegítő (kvázi-autonóm) üzemmód

Page 216: Villamos Energetika

Közvetlen betáplálás

Page 217: Villamos Energetika

Napelemes rendszerek

Page 218: Villamos Energetika
Page 219: Villamos Energetika
Page 220: Villamos Energetika
Page 221: Villamos Energetika
Page 222: Villamos Energetika
Page 223: Villamos Energetika
Page 224: Villamos Energetika
Page 225: Villamos Energetika
Page 226: Villamos Energetika

Maximum Power Point Tracking

Page 227: Villamos Energetika

Napkövetés

Page 228: Villamos Energetika

Villamosenergia-elosztás

Page 229: Villamos Energetika

Átlátszó napelem

Page 230: Villamos Energetika
Page 231: Villamos Energetika

Hajlékony napelemek

Page 232: Villamos Energetika

A jogi háttér

2008-tól:

Háztartási méretű kiserőmű: olyan, a kisfeszültségű hálózatra csatlakozó kiserőmű, melynek csatlakozási teljesítménye nem haladja meg az 50 kVA-t

Kötelező átvételi ár:

mindenkori ár 80 %-a

(lakossági áramár: ~43 Ft/kWh + ÁFA)

Németország: 4-szerese!!!

Page 233: Villamos Energetika

Változások a villamos energia hálózatban

• A megújulók megjelenése számos új kihívás elő állítja a villamos energia hálózat üzemeltetőit: – A fogyasztók termelőkké válhatnak

(Prosumer) – A megújuló források termelése nem

előjelezhető és nem szabályozható

Page 234: Villamos Energetika
Page 235: Villamos Energetika
Page 236: Villamos Energetika

Elektromos autók

• Gyorstöltés – 30 perc alatt 80%-ra tölt

• Ez min. 136 kW töltő-teljesítményt jelent.

• Egy átlag lakás csatlakozás max. teljesítménye kb. 7 kW.

Page 237: Villamos Energetika

Megoldások?

• Energiatárolás

• Smart Grid

• Szabályozás

• Törvények

Page 238: Villamos Energetika

Szélenergia

Nem ismeretlen, már régen is használták

Page 239: Villamos Energetika

Szélenergia

Szélfarmok szárazföldön és tengeren

1 MW-os turbina 45 méter magas a rotor átmérője 55 méter

Európa szélmotorjainak teljesítménye 34 600 MW

Probléma: az elektromos energia tárolása, mi van ha nincs szél, a háttérben ott kell lenni ugyanakkora hagyományos erőműi kapacitásnak

Page 240: Villamos Energetika

Szélenergia

• A szélenergia megújuló energiafajta, amelynek termelése környezetvédelmi és költségelőnyei miatt rohamos ütemben nő a világban, főleg Európában.

• A szélturbinákat ma már ipari méretekben, nagy csoportokban is felhasználják szélfarmjaikon a nagy áramtermelők, de nem ritkák a kis egyedi turbinákat működtető telepek sem, amelyeknek különösen olyan környezetben veszik nagy hasznát, amelyek távol vannak a nagyfeszültségű elektromos hálózattól, ezért költséges lenne a felhasználás helyéig kiépíteni a vezetékeket.

Page 241: Villamos Energetika

Geotermikus energia

Page 242: Villamos Energetika

Geotermikus vízhasznosítási formák Kelet-Magyarországon

• Hagyományos földhőhasznosítás (anyagfelhasználással történő) – Termál fürdő és balneoterápia

– Északi-középhegység pereme (Egerszalók, Eger, Mezőkövesd, Kács, Miskolctapolca)

– Északi részsüllyedék (Tiszafüred, Hajdúnánás)

– Belső flis öv (Szolnok, Karcag, Hajdúszoboszló, Debrecen)

– Déli részsüllyedék (Békés, Makó, Szentes)

Page 243: Villamos Energetika

Kelet-Magyarország felső-pannon képződményeinek hévízkészlete

Page 244: Villamos Energetika

– Kommunális – Jászság – termális ivóvíz hőelvonással

– Ipari – Debrecen – Bőrgyár

– Mezőgazdasági – Hajdúszoboszló – kertészet

– Hajdú-Bihar megye – trópusi haltenyészet

– Többlépcsős komplex – Földes – fürdő, üvegház

– Szentes – kórház, lakótelep, fürdő, üvegház

Page 245: Villamos Energetika

A debreceni rétegenergia (vízszint) csökkenés a hévíztermelés függvényében1932-1995 között (Újlaki P. nyomán)

Page 246: Villamos Energetika

Hévíztermelés és vízvisszasajtolás típusesetei

Page 247: Villamos Energetika

Párizsi geotermikus hőszivattyús távfűtő rendszer 4000 lakáshoz

Page 248: Villamos Energetika

• Új típusú földhő kinyerés, -hasznosítás (részben vagy teljesen anyagfelhasználás nélkül) – Hőszivattyús-földhő szondás hőtermelés (kis

entalpiájú) – Talajvíz és sekélyrétegvíz

– Hőcserés hévízszolgáltatások (közepes entalpiájú)

– Geotermikus (villamos) erőmű (nagy entalpiájú)

– HDR (Hot Dry Rock)

Page 249: Villamos Energetika

•HŐSZIVATTYÚ MŰKÖDÉSE

•Felépítését tekintve megegyezik a hűtőszekrények működési elvével, megbízhatósága is összemérhető vele, csak a feladat fordított. A hőszivattyú esetében a környezettől (víztől, talajtól,

levegőtől) vonunk el hőt, és adjuk át a fűtési rendszernek.

Page 250: Villamos Energetika

A hőszivattyú elvi vázlata

az anyagfelhasználás mentes hőkinyerés alapja

Page 251: Villamos Energetika

Vertikális kiképzésű hőszivattyú és földhőszonda telepítési vázlata

Page 252: Villamos Energetika

A szolnoki Széchenyi lakótelep kísérleti geotermikus referencia kútjának adatai és hőtermelő rendszere

Page 253: Villamos Energetika

Debrecen környékének jelentősebb mélyfúrásai és a tervezett érmelléki geotermikus erőmű helyszínrajza

Page 254: Villamos Energetika

Száraz forró kőzet (Hot Dry Rock) hőkinyerésének elvi vázlata kútpárral

Page 255: Villamos Energetika

Geotermikus energia

• Magyarország kedvező helyzetben

• Probléma: mit csináljunk a hőtartalmától megfosztott vízzel, ugyanis általában jelentős sótartalommal bír.

• A természetes vizekbe beengedni tilos

• Sajnos vissza kell préselni

Page 256: Villamos Energetika

Biomasszából energia Változatos források

Fa Legrégebben használt. Magyarország számára nem biztos, hogy megoldás.

KEVÉS AZ ERDŐ

pellet

chips

Page 257: Villamos Energetika

Biomasszából energia Magyarországon fa helyett energianövények

Szarvasi energiafű

Energia fűz Energia nyár 1 és 3 éves

1 MW villamos teljesítmény folyamatos fenntartása 35 km2

Ha Magyarország teljes területét bevetnénk 2657 MW teljesítményre lenne csak elég

Page 258: Villamos Energetika

Biomasszából energia

kukorica

Bioetanol → motorhajtóanyag

ENERGIAMÉRLEG ????? Egységnyi etanol előállításkor felhasznált energia és egységnyi etanol felhasználásakor kapott energia viszonya.

Page 259: Villamos Energetika

Biodízel

• A biodízel növényi olajokból vagy (állati) zsírokból rövid lánchosszúságú mono alkohollal (metanollal, vagy etanollal) átészterezéssel (transzeszterifikációval) előállított észter alapú bioüzemanyag dízelmotorok számára, ami önmagában, fosszilis hajtóanyag helyettesítéseként, vagy azzal keverve annak pótanyagaként használható. Ennek használata azért előnyös, mert a kőolajjal szemben, aminek a képződése évmilliók eredménye, a biodízel alapanyagai viszonylag gyors biológiai folyamatoknak az eredménye.

Page 260: Villamos Energetika

Biodízel alkalmazása

• Biodízel elsősorban jármű hajtóanyag helyettesítésére, vagy pótlására szolgál. Használatának azonban nincs akadálya álló (stationary) dízelmotorok üzemeltetésére amiket például hálózattól távoli önálló villany generáló telepeken alkalmaznak, de biodízel használható egyéni központi fűtésre is.

• RME – repce-metil-észter

• SME – napraforgó-metil-észter

Page 261: Villamos Energetika

Biogáz

• A biogáz szerves anyagok baktériumok által anaerob körülmények között történő lebontása során képződő termék. Körülbelül 45-70% metánt (CH4), 30-55% szén-dioxidot (CO2), nitrogént (N2), hidrogént (H2), kénhidrogént (H2S) és egyéb maradványgázokat tartalmaz (pl.: metil-merkaptánt (CH3SH)).

Page 262: Villamos Energetika
Page 263: Villamos Energetika
Page 264: Villamos Energetika

A biogáz-képződés biológiája

• Hidrolízis: a hidrolízis folyamán a szerves anyagokat (fehérjék, zsírok, szénhidrátok) bakteriális enzimek alapegységekre bontják (aminosavakra, zsírsavakra, glükózra).

• Acetogén fázis: ebben a fázisban az acetogén baktériumok az előző fázis anyagait alakítják ecetsavakká.

Page 265: Villamos Energetika

A biogáz-képződés biológiája

• Savképződés: savképződéskor a feloldott anyagok szerves savakká (ecetsavvá, propionsavvá, vajsavvá), kis szénatomszámú alkoholokká, aldehidekké, hidrogénné, szén-dioxiddá és egyéb gázokká (például ammóniává, kénhidrogénné) alakulnak. Ez a folyamat addig tart, amíg a baktériumok saját lebontó tevékenységeik következtében el nem pusztulnak, fel nem oldódnak (az alacsony pH miatt a baktériumok életkörülményei már nem megfelelőek).

Page 266: Villamos Energetika

Energia-tárolás

Page 267: Villamos Energetika

Challenge - Intermittency

• Wind

– Blows at night and early morning

– Can have periods of no wind

• Photovoltaics

– Maximum output is not coincident with demand

– Output can drop rapidly

Page 268: Villamos Energetika

Benefits of Storage

• Forecasting of electricity demand is difficult

• Makes the electricity grid more flexible, efficient and reliable

• Production from renewables is sporadic and unpredictable

• Store energy at night when cost and demands are low

• Smarter grid with fewer new power plants

• Lowers capital costs for utilities by reducing annual peaking requirement – fewer peakerplants available

Page 269: Villamos Energetika

Energy Storage vs. PeakerPlant

Page 270: Villamos Energetika

Energy Forecasting

• When forecasts are high, plants ramp down their utilization rate

• Adjusting output lowers efficiency

• Stresses systems and decreases the lifespan of equipment

Page 271: Villamos Energetika

Renewable Energy Storage

• Renewables produce intermittent output

• Renewable energy production time-shift to peak demand

• Power becomes dispatchable and more predictable

Page 272: Villamos Energetika

Off peak storage

• Time shift of energy production

• Increased efficiency and utilization rate of baseload plants

Page 273: Villamos Energetika

Storage Technologies

• Pumped Hydro

• Thermal

• Batteries

• Compressed Air

• Molten Salt

• Flywheels

Page 274: Villamos Energetika

Pumped Hydro

Page 275: Villamos Energetika

Pumped Hydro

• Water is pumped uphill to a reservoir when demand is low, and allowed to run down through turbines when power is needed

• Most widely utilized energy storage technology

• 98% of total worldwide energy storage capacity

• Limited by existing reservoirs

• Recovers 75% of energy consumed

• High dispatchability, can come online in as little as 15 seconds

Page 276: Villamos Energetika

Thermal Storage

• Stored primarily as cooled fluid or ice produced at night to offset air conditioning electricity demand

Page 277: Villamos Energetika

Molten Salt

• De-couples the production of solar energy from producing power

• 60 percent sodium nitrate and 40 percent potassium-nitrate

• Can store energy for up to a week

• Insulated tanks keep salt from freezing

• Studies by Sandia show that two tank storage system could have annual efficiencies as high as 99%

Page 278: Villamos Energetika

Molten Salt

• Andasolsolar power station in Spain consists of two 50 MW solar thermal trough plants utilizing molten salt storage

• Storage almost doubles operational hours per year

• Full thermal reservoir allows 7.5 hours of full load production

• Each plant has two tanks for molten salt storage measuring 14m in height and 36m in diameter

Page 279: Villamos Energetika

Plants with Molten Salt Storage and Capacities

• Solar II – Power tower in Barstow, CA

• Andasol– Trough in Granada, Spain

• Nevada Solar One – Trough in Nevada

• ExteresolI – Trough in Spain

• La Florida – Trough in Spain

• 10MW – 3hrs

• 2x50MW – 7.5hrs

• 64MW – 30mins

• 50MW – 7.5hrs

• 50MW – 7.5hrs

Page 280: Villamos Energetika

Steam Accumulator

• PS 10 solar thermal power tower in Spain

• Stores heated water in four pressurized tanks at 50 bar and 285°C

• The water evaporates and flashes back to steam when the pressure is lowered

• Storage capacity is 50% load operation for 50 minutes

Page 281: Villamos Energetika

Batteries

• Electrical energy stored in chemical form

• Several different types of large scale batteries available

Page 282: Villamos Energetika
Page 283: Villamos Energetika

Sodium-Sulfur Batteries

• Operating temperatures of 300-350°C

• 89-92% efficient

• Liquid sodium serves as the negative electrode and liquid sulfur serves as the positive electrode

• Currently 270 MW installed capacity in Japan, 9 MW in USA

• 7.2 MW installed to support 11 MW wind power farm in Minnesota

• Rubeniuswill install 1GW of NaS batteries in Mexicali, Mexico from single manufacturer - NGK Insulators

Page 284: Villamos Energetika

A lítium akkumulátor

Netatív elektróda:

LixC C + x Li+ + x e-

E ca. 0.05 V vs. Li+/Li

Pozitív elektróda:

Li1-xCoO2 + x Li+ + x e- LiCoO2

E ca. 4 V vs. Li+/Li

A. Bund, R. Peipmann: Galvanotechnik 104 (2013) 272

www.tu-ilmenau.de/wt-ecg 284

Kapacitás Biztonság Élettartam

Page 285: Villamos Energetika

Tárolási módok megoszlása

Page 286: Villamos Energetika
Page 287: Villamos Energetika
Page 288: Villamos Energetika
Page 289: Villamos Energetika

- Lítium akkumulátor fejlesztés ? - Lítium utáni technológiák - Nincs „akkumulátor MORE törvény”

Page 290: Villamos Energetika

Energy density of batteries

Page 291: Villamos Energetika

More info

http://www.mpoweruk.com/chemistries.htm

Page 292: Villamos Energetika

Compressed Air Energy Storage (CAES)

• Electricity is used to compress air into large storage tanks or underground caverns

• Compressed air spins turbines when energy is needed

Page 293: Villamos Energetika

CAES

• Diabatic Storage

• Currently only one system in US -110 MW system in McIntosh, Al

• Dissipates heat with intercoolers

• Achieves 53% thermal efficiency

• Requires fuel

• Caverns created by solution mining, available in 85% of the United States

Page 294: Villamos Energetika

Flywheels

• Convert electrical energy into kinetic energy and back again

• Good for power conditioning and short term storage

• Efficiency can be as high as 90%

• Typical capacities run from 3 kW to 133 kW

Page 295: Villamos Energetika

SMES

Page 296: Villamos Energetika

SuperCapacitors

Page 297: Villamos Energetika

Hidrogén

Page 298: Villamos Energetika

Hidrogén

Page 299: Villamos Energetika

FuelCells

Page 300: Villamos Energetika

Storage Costs

• CAES and Pumped Hydro ≥$5/kWh

– Depends on availability of geology

• Molten Salt - $50/kWh

• Batteries - $100-200/kWh

• Flywheels - $200-500/kWh

Page 301: Villamos Energetika
Page 302: Villamos Energetika

Energy Density

Page 303: Villamos Energetika
Page 304: Villamos Energetika
Page 305: Villamos Energetika

Battery Characteristics Wish List

Page 306: Villamos Energetika
Page 307: Villamos Energetika
Page 308: Villamos Energetika
Page 309: Villamos Energetika

Future Research and Projects

• Vehicle-to-grid

• Phase Change Materials for Energy Storage

• Concentrating Solar Brayton CAES

• Advanced Adiabatic CAES

Page 310: Villamos Energetika

Vehicle-to-Grid

• Uses plug in electric vehicles as an energy storage device • Cars are parked 95% of the time • Electricity could flow from the car to the power lines and

back

Page 311: Villamos Energetika

Phase Change Energy Storage

• Takes advantage of heat of fusion of materials

• Less heat transfer fluid needed, smaller storage tanks

• Smaller temperature change between charges

• Capable of storing large amounts of energy

Page 312: Villamos Energetika

Concentrating Solar Brayton CAES

• Air is compressed into a salt mine cavity during the night • During the day, the compressed air is sent to parabolic

dishes and heated • Expanded air drives a turbo-alternator • Each compressor storage system will serve 30 dishes

Page 313: Villamos Energetika

Advanced Adiabatic CAES

• Retains heat produced by compression

• Heat stored in a solid such as concrete or a liquid such as molten salt

• No utility scale plans to date, efficiency expected to approach 70%

Page 314: Villamos Energetika

A villamos energia ára

Page 315: Villamos Energetika

A villamos energia ellátás jogszabályi keretei

A legfontosabb néhány előírás:

1. A 2007. évi LXXXVI. törvény a villamos energiáról (VET)

2. A 273/2007. (X.19.) Kormányrendelet a VET végrehajtásáról.

3. A 119/2007 (XII.29.) GKM rendelet a villamos energia rendszerhasználati díjakról,

4. A 44/2008. KHEM rendelet a villamosenergia-piaci egyetemes szolgáltatás árképzéséről, valamint az egyetemes szolgáltatás keretében nyújtandó termékcsomagokról

5. Villamos energia ellátási szabályzatok (A villamosenergia-ellátási szabályzatokat és azok módosításait a Magyar Energia Hivatal hagyja jóvá)

Page 316: Villamos Energetika

Villamos energia ellátási szabályzatok

– Üzemi szabályzat:

– Kereskedelmi szabályzat:

– Elosztói szabályzat:

– Egyetemes Szolgáltatási Szabályzat

– Villamos hálózati csatlakozási és hálózathasználati szabályzat

- Üzletszabályzat tartalmazza az engedélyesek:

• az átviteli rendszerirányító,

• az elosztó hálózati engedélyes

• a szervezett villamosenergia-piac engedélyese,

• az egyetemes szolgáltató,

• a villamosenergia-kereskedő és

• a termelői engedélyes

által nyújtott szolgáltatások általános műszaki, kereskedelmi, elszámolási és fizetési szerződési feltételeit.

Page 317: Villamos Energetika

Az új villamosenergia-piaci modell az alábbi – fogyasztókat érintő - legfontosabb

változtatásokat tartalmazza:

• A közüzemi modell megszűnt, helyét tiszta versenypiaci modell

vette át, • Elkülönült a termelési, a kereskedelmi, a rendszerirányítási és

az elosztási tevékenység, ezeket külön szolgáltatók végzik • A fogyasztó elnevezés felhasználóra változott. (Azaz mégsem

teljesen, hiszen "lakossági fogyasztó", illetve közülük "védendő fogyasztó" és "fogyatékkal élő fogyasztó" mégiscsak van.)

• Új intézmény az „egyetemes szolgáltatás”, (a lakossági fogyasztók a szabadpiac mellett egyetemes villamosenergia-szolgáltatásra is jogosultak)

• Új intézmény a „végső menedékes”, • A felhasználónak elméletileg három szerződéssel kell

rendelkeznie, hálózati csatlakozási, hálózathasználati és és villamos energia vásárlási szerződéssel.

Page 318: Villamos Energetika

Szolgáltatás

• Az egyetemes szolgáltató az elosztó hálózati engedélyessel együttműködve köteles gondoskodni a fogyasztó villamos energia igényének a villamosenergia-vásárlási szerződésnek megfelelő folyamatos kielégítéséről, a szerződésben megjelölt feszültségszint és a szolgáltatás minőségét meghatározó egyéb - az üzletszabályzatban meghatározott - műszaki és megbízhatósági feltételek csatlakozási ponton való, az elvárhatóság követelményeinek megfelelő szinten tartásáról. Azokat a minőségi jellemzőket, amelyeket hatósági előírások, szabványok állapítanak meg, az előírt tűréshatárok között kell tartani.

• A fogyasztó a villamos energiát a villamosenergia-vásárlási szerződésben meghatározottak szerint jogosult vételezni.

• A fogyasztó a villamosenergia-fogyasztásának megfelelő, a felhasználási helyre kötött villamosenergia-vásárlási szerződés szerinti díjat köteles megfizetni.

Page 319: Villamos Energetika

Garantált szolgáltatások

A fogyasztókat érintő minimális követelmények, elvárt színvonal,

melyeket az Engedélyes az üzletszabályzatában szerepeltet, és amelyek nem teljesítése esetén kötbért fizet az érintett fogyasztónak.

• A szolgáltató köteles az üzletszabályzatba való beépítésen túlmenően a Garantált Szolgáltatásokat nyilvánosságra hozni legalább egyszer évente a számlához csatolt, vagy önálló hírlevélben.

• Az elosztói-, egyetemes szolgáltatói-, és kereskedői engedélyesi tevékenységet végző szolgáltatókra vonatkozóan a Magyar Energia Hivatal határozatban állapítja meg:

• az egyedi felhasználókat érintő minimális minőségi követelményeket;

• a Garantált Szolgáltatások nem teljesítése esetén a fizetendő kötbér kifizetésének módjait, mértékét;

• A Garantált Szolgáltatások eljárásrendjét.

Page 320: Villamos Energetika

Egyetemes szolgáltató Garantált Szolgáltatásai:

1. Felhasználói villamosenergia-igénybejelentés továbbítása elosztói engedélyesnek (beérkezést követő

második napon belül)

2. Információadás dokumentált megkeresésre (beérkezéstől 15 napon, elosztóit érintően 30 napon belül)

3. Visszatérítés téves számlázás esetén (jogosság

megállapításától 8 napon belül.)

4. A felhasználó visszakapcsolásának kezdeményezése az elosztónál (hiánytalan tartozásról

tudomásszerzést követően 24 órán belül)

5. Nem jogszerű kikapcsolás esetén kötbérfizetés.

Page 321: Villamos Energetika

Elosztói engedélyes Garantált Szolgáltatásai (1):

1. A villamosenergia-ellátás egy felhasználási helyen történő kimaradás megszüntetésének megkezdése (település nagyságától és jellegétől, a napszaktól függően értesítés vételétől 4-12 órán belül)

2. A villamosenergia-ellátás több felhasználási helyet érintő kimaradásának megszüntetése (egyszeres hiba esetén 12 órán, többszörös hiba esetén 18 órán belül)

3. Felhasználói villamosenergia-igénybejelentésre adandó tájékoztatás (felülvizsgálat szükségességétől függően 8- 30 napon belül)

4. Új felhasználási hely bekapcsolása vagy teljesítmény bővítése (feltételek teljesülését követő 8 munkanapon belül)

5. Az egyeztetett időpontok megtartása (nem lehet 4 óránál több)

6. Információadás dokumentált megkeresésre (beérkezéstől számított 15 , ha kereskedői engedélyest is érint max. 30 nap alatt)

7. Értesítés a villamosenergia-ellátás tervezett szüneteltetéséről (üzletszabályzatban előírt módon 15-30 nappal a munkavégzés megkezdése előtt)

Page 322: Villamos Energetika

Elosztói engedélyes Garantált Szolgáltatásai (2):

8. Feszültségpanasz kivizsgálása (beérkezéstől számított 10 munkanapon belül a mérés időpontjának egyeztetése, további 5 munkanapon belül a mérés elvégzése, ennek eredményéről elvégzése után 15 napon belül értesítés)

9. Feszültség a kisfeszültségű felhasználási hely csatlakozási pontján (a névleges feszültség +- 7,5 % - án belül; a legnagyobb feszültség-növekedés mértéke a névleges feszültség 115%-át, feszültség-csökkenés mértéke a névleges feszültség 80%-át nem haladhatja meg 1 perces átlagban)

10.Visszatérítés téves számlázás esetén (számlakifogás jogosságának megállapítását követő 8 napon belül, a fizetés módjának megfelelően)

11.A fogyasztásmérő pontosságának kivizsgálása (bejelentéstől számított 15 napon belül a helyszínen egyszerű eszközökkel, szemrevételezéssel, fordulatszám számlálással, stb. vizsgálat, ellenőrzés, a hibás mérő lecserélése a helyszíni ellenőrzéstől számított 8 napon belül)

12.A felhasználó visszakapcsolása (a tartozás hiánytalan rendezésének hitelt érdemlő igazolását követően – 24 órán belül)

13.Nem jogszerű kikapcsolás esetén kötbérfizetés

Page 323: Villamos Energetika

Árszabályozás- Egyetemes szolgáltatási ár

• A fogyasztó - szerződése alapján - a villamos energia árát

és a rendszerhasználati díjat fizeti meg. • Az egyetemes szolgáltatás keretében értékesített villamos

energia ára hatósági ár, a kiszámítására vonatkozó jogszabályi előírásoknak megfelelően képzett - árát az egyetemes szolgáltató üzletszabályzata tartalmazza..

• A hálózatok használatának vonatkozásában a rendszerhasznála-ti díj megállapítása a hatósági árszabályozás keretében történik, ennek szabályait a törvény tartalmazza. A rendszerhasználati díjak ( az átviteli-rendszerirányítási díj, a

rendszerszintű szolgáltatások díja és az elosztási díj) mértéke országosan egységes, a díjakat a miniszter hirdeti ki.

• Az egyetemes szolgáltatás árát naptári negyedévenként egyszer lehet módosítani.

• A Magyar Energia Hivatal feladata az árakra és díjakra vonatkozó szabályok betartásának ellenőrzése és szükség esetén szankciók alkalmazása.

Page 324: Villamos Energetika

Az ár összetevői

Az egyetemes szolgáltatási ár összetevői: • Villamos energia termékár • Kötelező átvétel miatti kalkulált felár (megújuló alapú és

kapcsolt termelés támogatására) • Egyetemes szolgáltatói árrés

Rendszerhasználati díjak • Átviteli-rendszerirányítási díj • Rendszerszintű szolgáltatások díja • Elosztói forgalmi díj • Elosztói veszteségdíj • Elosztói menetrend kiegyensúlyozási díj

Külön pénzeszközökre (Adó hatályán kívüli tételek)

• Szénipari szerkezetátalakítási támogatásra ("szénfillér") • Villamosenergia-ipari nyugdíjasok áramvásárlási

kedvezményére (kedvezményes árú villamos energia támogatás)

Page 325: Villamos Energetika
Page 326: Villamos Energetika

Mérés

• A fogyasztó által elfogyasztott villamos energiát hatóság által hitelesített fogyasztásmérő-berendezéssel kell mérni.

• A fogyasztásmérő megsérülését a fogyasztó haladéktalanul köteles bejelenteni az elosztói engedélyesnek.

• Ha a fogyasztó a fogyasztásmérő-berendezés hibáját észleli, köteles azt a hálózati engedélyesnek haladéktalanul bejelenteni, aki a bejelentés kézhezvételétől számított 15 napon belül köteles a kifogásolt fogyasztásmérő-berendezés működését ellenőrizni.

• Ha az ellenőrzött fogyasztásmérő-berendezés az előírt hibahatárt túllépi, illetve a hálózati engedélyes megállapítja, hogy a fogyasztásmérő-berendezés hibás, köteles azt kicserélni. A hálózati engedélyes köteles gondoskodni arról, hogy:

a) a csere időpontjáról a fogyasztó írásbeli értesítést kapjon, b) a régi fogyasztásmérő-berendezés utolsó és az új fogyasztásmérő-

berendezés induló állásának leolvasása a fogyasztó vagy megbí-zottja jelenlétében történjen, illetve más módon, utólag is igazol-ható módon rögzítésre kerüljön,

c) az adatok a hálózati engedélyes üzletszabályzatában meghatározott formátumú nyomtatványon kerüljenek rögzítésre, és annak egy példánya a fogyasztó vagy megbízottja részére átadásra kerüljön.

Page 327: Villamos Energetika

Fogyasztásmérő

Page 328: Villamos Energetika

Fogyasztásmérő

Page 329: Villamos Energetika

Elszámolás

• Az elszámolási időszakra a fogyasztónak értékesített villamos energia mennyiségét az egyetemes szolgáltató a felhasználási hely mérésére szolgáló fogyasztásmérő-berendezés elosztó általi leolvasásából vagy adatrögzítéssel nyert adatok alapján állapítja meg.

• A leolvasási időszakot, ezen belül a leolvasások, illetve az adatrögzítések időpontját a hálózathasználati szerződésben kell meghatározni.

• Az elszámolási időszak időtartamában, valamint a számlázási időszakban a felek a villamosenergia-vásárlási szerződésben állapodnak meg.

• A villamos energia egyes zónaidők, illetve időszakos árszabás szerinti egy árszabási időszakra vonatkozó díjtételeit az egyetemes szolgáltató üzletszabályzata tartalmazza

• A villamos energia árváltozása esetén, amennyiben az árváltozás időpontjára a fogyasztásmérő-berendezés leolvasására vagy adatrögzítésre nem került sor, úgy az egyetemes szolgáltatási alapárat az egyetemes szolgáltató kezdeményezésére történt felhasználói adatközlés, vagy ennek hiányában a felhasználás időarányos megosztásával kell megállapítani és számlázni.

Page 330: Villamos Energetika

Érintésvédelem

Page 331: Villamos Energetika

Erősáramú villamos berendezés fogalma

• Erősáramú az a villamos berendezés, amely a villamos áram munkavégző képességének felhasználására szolgál, továbbá mindaz a villamos berendezés, amely a villamos energiát e berendezések céljára más energiafajtából előállítja, átalakítja, szállítja illetve elosztja.

Page 332: Villamos Energetika

Gyengeáramú villamos berendezés fogalma

• Gyengeáramú az a villamos berendezés, amely a villamos áramot nem munkavégzésre, hanem jelátvitelre használja fel, továbbá az ezek célját szolgáló, ezekbe beépített tápegységek.

Page 333: Villamos Energetika

• Az érintésvédelem célja, hogy intézkedésekkel megelőzze a villamos berendezések aktív részével való érintkezést, valamint elhárítsa a villamos berendezések üzemszerűen feszültség alatt nem álló de meghibásodás folytán feszültség (testzárlat) alá kerülő részének érintéséből származó veszélyeket.

Page 334: Villamos Energetika

Mely jogszabályok és szabályok alapján létesíthető erősáramú villamos berendezés?

• MSZ 1600 Kisfeszültségű erősáramú villamos berendezések általános létesítési biztonsági előírásai (régen)

• MSZ 1610 Nagyfeszültségű villamos berendezések általános létesítési biztonsági előírásai (régen)

• MSZ 172 Érintésvédelmi előírások (1 régen) • 30/1994. (XI.8.) IKM rendelet - • 45/1995. (IX.21.) IKM rendelet – ezek teszik kötelezővé 3/1996.

(II.9.) IKM rendelet – • MSZ 2364 szabvány váltotta fel MSZ 1600-at, és MSZ 172-1 • MSZ 2040 korházakra és egészségügyi létesítményekre • MSZ 15688 transzformátorállomásokra • MSZ-07-5017 vasúti érintésvédelem

Page 335: Villamos Energetika

Csoportok

3 csoport: Védővezetős érintésvédelmi módok

Védővezető nélküli érintésvédelmi módok

Érintésvédelem korlátozott zárlati teljesítményű áramkör alkalmazásával

Page 336: Villamos Energetika

Az áram biológiai hatásai

• Izomgörcs

• Égés

• Szívbénulás

• Idegrendszer működési zavarok

• Elektrokémiai egyensúly felborulása

Page 337: Villamos Energetika

Áramütés

• A villamos áramütés súlyosságát (veszélyességét) befolyásoló tényezők:

• áramerősség (az emberi testen átfolyó) • a behatás időtartama • az áram útja • az áram neme (DC vagy AC) • az áram frekvenciája • az emberi test ellenállása • áthidalt feszültség nagysága • Az áramütéskor további tényezők is számottevőek: • az egyén testi, lelki állapota, vagy az, hogy számít-e az

áramütésre.

Page 338: Villamos Energetika

Áramerősség-határok a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) alapján

Váltakozó

áram

50-60 Hz

Egyen-

áram

Hatás az emberre Megjegyzés

áramerősség mA

0,5-1,5 2-6 Gyenge rázásérzet Érzetküszöb

2-3 8-10 Mozgást nem gátló rázásérzet

10-15 60-70 Fájdalmas izomgörcs, a vezetőt még

éppen el tudja engedni

Elengedési áramerősség, a

veszélyesség kezdete

20-25 80-90 Erős fájdalom, szabálytalan

szívműködés, légzőizmok görcse

már lehetséges

Az áramkörből való öntevékeny

kiszabadulás lehetetlen, így a

behatási idő korlátlan mértékben

megnőhet

30-40 110-140 Eszméletvesztés, a légzőizmok

görcse

80-100 felett

300-500 felett

Szívkamraremegés, szívbénulás Halálveszély, 0,1-0,3s után

azonnali halál

Page 339: Villamos Energetika

Az emberi test ellenállása

• Az emberi test elektromos ellenállása 200-3000 (10 000) Ω között változhat.

• A villamos biztonság-technika szempontjából az emberi test ellenállását 800 Ω értékkel szokták figyelembe venni.

Page 340: Villamos Energetika
Page 341: Villamos Energetika
Page 342: Villamos Energetika
Page 343: Villamos Energetika
Page 344: Villamos Energetika

Elsősegélynyújtás áramütés esetén

• A sérültnek az áramból való kiszabadítása. Kisfeszültség, azaz 1000V alatt a sérültet az áramkörből száraz ruhával rántjuk ki / farúddal, lapátnyél /. 1000V-nál nagyobb feszültség esetén villamos szakember szigetelt mentőrúddal végezheti a kiszabadítást.

Page 345: Villamos Energetika

A másodlagos baleset

a villamos balesetekkel okozati összefüggésben álló, de nem közvetlenül az áram által kiváltott baleseteket másodlagos villamos baleseteknek nevezzük: be- leesés, zúzott, szúrt, vágott bőr, csontok törése.

Page 346: Villamos Energetika

A mentés fő szabályai

• Ha egyedül van a segélynyújtó, a segítségnyújtás közben kiabálással hívjon segítséget

• Szabadítsa ki az áramütöttet veszélyes helyzetéből, az áramkörből

• Kiszabadítás után azonnal kezdje meg a segélynyújtást, az újraélesztést

• Azonnal hivassák a leghamarabb elérhető orvost és a mentőket is

• Szükség esetén értesítsék a villamos művet, műszaki mentőt

Page 347: Villamos Energetika

Kiszabadítás az áramkörből

• Segítségnyújtó vigyázzon, ő maga ne kapcsolódjék az áramkörbe. Másodlagos baleseteket meg kell előzni. Kisfeszültségű berendezésen bekövetkezett áramütéssérültjét bárki kiszabadíthatja, és ez kötelessége is, lehetőleg kikapcsolással. Szükség esetén feszültség alatt kell ezt elvégezni. Nagyfeszültségű berendezésen bekövetkezett baleset áramütöttjét, de magát a feszültség alatt álló berendezést is megközelíteni veszélyes. A kiszabadítást csak a helyi viszonyokat ismerő villamos szakember végezheti

Page 348: Villamos Energetika

Érintésvédelmi osztályok

Page 349: Villamos Energetika

Érintésvédelmi osztályok

0. Érintésvédelmi osztályú gyártmány.

Az áramütés elleni védelem az üzemi szigetelésen alapul. A gyártmány testén védővezető csatlakoztatására nincs lehetőség, az üzemi szigetelés meghibásodása esetén a védelem a környezetre hárul (pl. a környezet elszigetelése).

Page 350: Villamos Energetika

Érintésvédelmi osztályok

• I. Érintésvédelmi osztályú gyártmány. • Az üzemi szigetelésen kívül járulékos óvintézkedéseket is alkalmaznak. A

gyártmány testéhez csatlakoztatható a villamos hálózat vezetője úgy, hogy a megérinthető villamos vezető részek még az üzemi szigetelés meghibásodása esetén sem kerülhetnek veszélyes feszültség alá (pl. nullázás, védőföldelés).

Page 351: Villamos Energetika

Érintésvédelmi osztályok

II. Érintésvédelmi osztályú gyártmány. Az üzemi szigetelésen kívül járulékos óvintézkedésként a gyártmányt kettős

szigeteléssel vagy megerősített szigeteléssel látják el. A védelem független a villamos hálózattól. A felhasználó az adattáblán látható kettős négyzet jelről ismeri fel.

Page 352: Villamos Energetika

Érintésvédelmi osztályok

• III. Érintésvédelmi osztályú gyártmány. • Az áramütés elleni védelem megoldása az érintésvédelmi

törpefeszültségű tápláláson alapul.

• AC < 50 V

• DC < 120 V

• separated extra-low voltage (SELV)

• protective extra-low voltage (PELV)

• functional extra-low voltage (FELV)

Page 353: Villamos Energetika

Jelölések a villamos gyártmányokon az egyes érintésvédelmi osztályok esetén

I. érintésvédelmi osztályú

berendezés védővezető

csatlakoztatására szolgáló

kapcsát jelöli

II. érintésvédelmi osztályú

azaz kettős szigetelésű

gyártmány jelét mutatja

III. érintésvédelmi osztályú

gyártmányt jelzi, amely csak

érintésvédelmi külső

törpefeszültségre

csatlakoztatható

Page 354: Villamos Energetika

A villamos berendezések (gyártmányok) védettsége

• A villamos berendezések (gyártmányok) védettségét az üzemszerűen feszültség alatt álló részek megérintése elleni, valamint az idegen anyagoknak és a víznek a berendezésbe való bejutása elleni intézkedések összessége képezi (MSZ EN 60529).

• Valamely villamos berendezés védettségi fokozatát a következőképpen jelölik: IP xy.

Page 355: Villamos Energetika

Az első számjegy (x) az idegen tárgyak bejutása elleni és illetéktelen személyeknek a feszültség alatt álló részek

megérintése elleni védelem

• 0 - nincs védettség, a feszültség alatt álló részek szabadon megérinthetők,

• 1 - tenyérrel nem érinthetők meg,

• 2 - emberi ujjal nem érinthetők meg

• 3 - 2,5 mm-es illetve nagyobb átmérőjű huzallal nem érinthetők meg,

• 4 - az 1 mm-es illetve nagyobb átmérőjű huzallal nem érinthetők meg,

• 5 - teljes védelem a feszültség alatt álló, vagy belső mozgó alkatrészek érintése

• ellen. A por behatolása nincs teljes mértékben megakadályozva

• 6 - Feszültség alatt álló, vagy belső mozgó alkatrészek érintése elleni teljes védelem. A por behatolása elleni teljes védelem.

Page 356: Villamos Energetika

A védettség jelében a második számjegy (y), a víz behatolása elleni védettség fokát fejezi ki, jelentése:

• 0 - nincs védve víz bejutása ellen a villamos berendezés,

• 1 - függőlegesen csöpögő vízcseppek bejutása ellen védett a berendezés,

• 2 - függőlegesen csöpögő vízcseppek bejutása elleni védelem a tokozás max. 15-os dőlése esetén,

• 3 - vízpermet elleni védelem, a függőlegeshez képest tetszőleges, legfeljebb 60-os szögben permetezett víz nem okozhat károkat,

• 4 - bármilyen szögű fröccsenő víz ellen védett a berendezés,

• 5 - bármilyen szögű, nyomással rendelkező vízsugár ellen védett a

berendezés,

• 6 - bármilyen szögű, erős nyomással rendelkező vízsugár ellen védett a

berendezés,

• 7 - rövid idejű vízbe merítés ellen védett a berendezés,

• 8 - tartós vízbe merítés ellen védett a berendezés.

Page 357: Villamos Energetika

A villamos berendezések (gyártmányok) védettsége

• Pl. mágneskapcsolók védettsége például általában IP 20,

• búvárszivattyúk védettsége szükségszerűen IP68

Page 358: Villamos Energetika

Érintésvédelmi módszerek

• Az egyik csoportba az ún. aktív érintésvédelmi módszerek tartoznak, amelyeket az jellemez, hogy ha az érintési feszültség meghaladja a megengedett értéket, akkor önműködően , az előírt időn belül lekapcsolja a meghibásodott készüléket.

Aktív érintésvédelmi módszerek:

• - védőföldeléses jel VF

• - nullázás NU

• - egyenpotenciálra hozás EPH

• - áramvédő – kapcsolás ÁVK.

• A másik csoportba az ún. passzív érintésvédelmi módszerek tartoznak, amelyeknek jellemzője, hogy az érintési feszültséget mindig veszélytelen értéken tartják, tehát lekapcsolás nem szükséges.

Passzív érintésvédelmi módszerek:

• - kettős szigetelés KSZ

• - törpefeszültség TF

• - védőelválasztás VE

Két fő típusa:

Page 359: Villamos Energetika

• A magyar előírások szerint csupán a limitfeszültségnél nem nagyobb feszültség juthat az emberi testre. Ez a feszültség súlyos, de még nem életveszélyes balesetet képes okozni.

• Az előírások tehát azt jelentik, hogy ha valahol nem biztosítható az érintési feszültségnek a limitértéknél kisebb értéke, ott önműködően lekapcsolásról kell gondoskodni.

• A lekapcsolási idő hordozható készülékek esetén 0,2 s-nál nagyobb nem lehet.

Page 360: Villamos Energetika

A veszélyesnek minősített érintési feszültség határértéke

Általános esetben

váltakozó áram esetén (50 Hz) 50 V

egyenáram esetén 120 V

Fokozott veszély esetén (pl. fodrászat, gyermekjátékok)

váltakozó áram esetén (50 Hz) 25 V

egyenáram esetén 60 V

Fokozott veszély esetén (pl. orvostechnika)

váltakozó áram esetén (50 Hz) 12 V

egyenáram esetén 30 V

Page 361: Villamos Energetika

Védővezetős érintésvédelmi módok:

- Védőföldelés közvetlenül földelt rendszerben(TT-rendszer)

- Védőföldelés földeletlen és közvetve földelt rendszerben (IT-rendszer)

- Nullázás (TN-rendszer)

- Áram-védőkapcsoló

- Egyenpotenciálra hozó hálózat

Page 362: Villamos Energetika
Page 363: Villamos Energetika

TT-rendszer

Ha a tápláló hálózat közvetlenül földelt, akkor az ilyen rendszert TT-rendszernek nevezik.

A jelölésnél az első T betű azt jelenti, hogy a rendszer az áramforrásnál közvetlenül le van földelve, míg a második betű jelentése az , hogy az érintésvédelemmel védett testek földelve vannak.

A TT-rendszer működési elve az, hogy a védett test földelése következtében szigetelési hiba esetén a hibahelyen a földbe folyó áram lép fel, s ez földelés ellenállásán keresztül záródik.

Ha az áram kicsi, akkor a földelési ellenálláson kis feszültségemelkedést hoz létre. Ha viszont az áram nagy, akkor vagy a túláramvédelem, vagy erre a célra beépített áram-védőkapcsoló kiold.

Page 364: Villamos Energetika

Testzárlatos villamos berendezés zárlati áramköre védőföldelés esetén

Zárlati áramerősség (Iz)

Acs

zRR

UI

0

0

Acs

zRR

UI

0

Érintési feszültség (UL)

AZL RIU

Page 365: Villamos Energetika

TT rendszer méretezési példa

Számolás

Page 366: Villamos Energetika

TT rendszer

• Kis ellenállású védőföldelés (RA) szükséges

Page 367: Villamos Energetika

Földelések típusai

Page 368: Villamos Energetika
Page 369: Villamos Energetika

IT-rendszer

Ha a tápláló hálózat nem közvetlenül, hanem I (igen nagy) impedancián keresztül földelt, vagy egyáltalán nem földelt, akkor ennek jele IT-rendszer.

Az I betű a hálózati csillagpontba kötött impedanciát jelenti. A T betű itt az érintésvédelemmel ellátott testek védőföldelését jelenti.

A hálózat földelésébe beiktatott impedancia nagy értéke miatt a szigetelési hibahelyen fellépő hibaáram kicsi, ennek megfelelően ilyen földzárlat esetén nem számolhatunk a túláram-védelem megszólalásával.

Page 370: Villamos Energetika

TN-rendszer

Ha a közvetlenül földelt közműhálózatot üzemeltető áramszolgáltató ehhez hozzájárul, akkor a nullavezetőt védővezetőként is szabad felhasználni, ez a nullázás, nemzetközi jelölése TN rendszer. Ebben a kétbetűs jelölésben, a második betű a testhez kötött nullavezetőt jelöli. Elvben ennek három megoldása van. Az első szerint sehol sem építenek ki külön védővezetőt, az egyfázisú üzemi áramok vezetésére szolgáló nullavezetőt (jelölése N=neutral) kötik minden fogyasztó készülék testére.

Page 371: Villamos Energetika
Page 372: Villamos Energetika
Page 373: Villamos Energetika
Page 374: Villamos Energetika

TN-C-rendszer

Ebben az esetben a rendszer jelölése TN-C (a C=common jelzi, hogy a védővezető és a nullavezető mindenütt közös). Ez a lehetőség bizonyos esetekben csupán elvi, mert 10 mm2-nél kisebb keresztmetszetű vezetékeknél a közösítést - a közös vezető megszakadásának veszélye miatt - a szabvány tiltja.

Page 375: Villamos Energetika

TN-S-rendszer

A második lehetőség az, hogy a védővezetőt mindjárt a tápláló transzformátortól kezdve külön választják az egyfázisú üzemi áramokat vezető nullavezetőtől. Ezt a megoldást TN-S (S=separated, elkülönített) betűcsoporttal jelölik. Ez a megoldás is kizárólag elvi jelentőségű.

Page 376: Villamos Energetika

TN-C-S-rendszer

A harmadik megoldás a gyakorlati: egy darabig közös az üzemi nullavezető és a védővezető (ez tehát a PEN vezető), majd egy ponton szétválnak . Ilyen megoldású rendszert TN-C-S betűcsoporttal jelölik. Azt, hogy a két vezető szétválasztása hol történjen a helyi viszonyok és körülmények döntik el. A szétválasztott szakaszon a védővezetőt (PE) nullázó vezetőnek nevezik.

Page 377: Villamos Energetika

Legnagyobb lekapcsolási idők TN rendszerben

• Hátrányai:

zárlat esetén a nullavezetőbe bekötött összes készülés feszültség alá kerül a

kioldásig

szakadás esetén teljesen hatástalan a védelem

nullavezető és a fázisvezető összecserélése

U0 [V] Lekapcsolási idő [s]

230 0,4

400 0,2

400 felett 0,1

Page 378: Villamos Energetika

TN rendszer méretezési példa

Számolás

Page 379: Villamos Energetika

Áram-védőkapcsoló

Az áram-védőkapcsolás kifejezetten csak érintésvédelmi megoldás. Lényege, hogy a védett áramkör valamennyi üzemi áramot vivő vezetőjét egy közös különbözeti áramváltó „ablakán” vezetik át, míg a védővezetőt ezt megkerülve építik ki. Minden áramot vezető körül mágnes tér alakul ki. Ha a fogyasztóhoz menő és onnan visszajövő üzemi áramok összege zérus, vagyis testzárlat mentes állapotban, a különbözeti áramváltó ablakában nem lesz gerjesztés, a vasmagban nem keletkezik fluxus, az áramváltó kioldó tekercsében áram nem fog folyni. Ha viszont az áramvédő-kapcsolóval védett fogyasztói hálózaton testzárlat lép fel, akkor ennek árama a védővezetőn záródik, mely nem haladhat át a különbözeti áramváltó ablakán, így az ott a befolyó és kifolyó áramok összege nem lesz zérus, az áramváltó áttételének megfelelő nagyságú áram, ha meghaladja az áramvédőkapcsoló névleges különbözeti áramát, meghúz és kikapcsol.

Page 380: Villamos Energetika

Áram-védőkapcsoló

Page 381: Villamos Energetika

EPH-hálózat

Lényege az, hogy egy külön erre a célra kialakított vezetőhálózat segítségével fémesen össze kell kötni a villamos fővezeték érintésvédelmi védővezetőjét, az épülethez kiépített fő földelővezetőt vagy fő földelőkapcsot, az épületben lévő fémes közüzemi csővezetéket, a szerkezeti fémrészeket, a központi fűtést és a légkondicionáló rendszereket, valamint a vasbeton épületszerkezetek fő fémrészeit.

Page 382: Villamos Energetika

Védővezető nélküli érintésvédelmi módok:

- Villamos szerkezet elszigetelése

- Környezet elszigetelése

- Földeletlen egyenpotenciálra hozás

- Védőelválasztás

- Érintésvédelmi törpefeszültség

Page 383: Villamos Energetika

Villamos szerkezet elszigetelése

Minden 25V-nál nagyobb névleges feszültségű villamos szerkezetnek van alapszigetelése. Ez az a szigetelés, amely a szerkezet aktív részei és teste között van, s ez védi meg a szerkezet kezelőjét attól, hogy a rendes használat közben áramütést kapjon.

Éppen e szigetelés meghibásodása következtében felléphető balesetek elhárítására alkalmasak a közvetett érintés elleni védelmi módok. Ezek egyik módja az, hogy az alapszigetelést még egy kiegészítő szigeteléssel veszik körül.

Ha az alapszigetelés és a kiegészítő szigetelés között fémrész van, akkor a két szigetelés épsége szigetelésmérése külön vizsgálható, ezt az elrendezést ezért kettős szigetelésnek nevezik.

Page 384: Villamos Energetika

Környezet elszigetelése

Lényege, hogy nem a villamos szerkezetet, hanem a veszélyeztetett kezelőt szigetelik el a földpotenciáltól. A villamos szerkezet közelében lévő padlónak és falaknak is jó szigetelőképességűnek kell lenniük.

A környezet elszigetelési érintésvédelmi módot elsősorban a TT-rendszerű hálózatokról táplált ipari berendezések főelosztóinak érintésvédelmére alkalmazzák.

Page 385: Villamos Energetika

Földeletlen egyenpotenciálra hozás

Lényege, hogy minden egyidejűen érinthető testet és idegen vezetőképes részt egymással földeletlen egyenpotenciálra hozó vezetéken át összekötnek.

Fontos megkötés, hogy ez az egyenpotenciálra hozó vezető a testeken és az idegen vezetőképes részeken keresztül sem földelődhet.

Page 386: Villamos Energetika

Védőelválasztás

Lényege, hogy az ezzel védett villamos szerkezetet nagy biztonságú elválasztó transzformátoron keresztül földeletlen rendszerrel táplálják. Ez a táplálás annyiban különbözik a korábban említett IT-rendszertől, hogy olyan rövid vezetékrendszeren keresztül táplálnak, amelynek a földhöz viszonyított kapacitása elhanyagolható. Ennek következtében még a fázisvezető közvetlen érintése is veszélytelen.

Page 387: Villamos Energetika

Érintésvédelmi törpefeszültség

Az érintésvédelmi törpefeszültség olyan, 50V váltakozó vagy 120V egyenfeszültségnél kisebb feszültségű hálózat, ahol a nagyobb feszültség rendszerbe kerülése meg van akadályozva. Pl: biztonsági transzformátorról táplálják, kisfeszültségű vezeték mellett megerősített szigetelésű vezetéket alkalmaznak.

Page 388: Villamos Energetika

Érintésvédelem korlátozott zárlati teljesítményű áramkör alkalmazásával

Az új európai szabványba ez az érintésvédelmi mód csak mint megfontolás alatt szerepel, tehát ez az érintésvédelmi mód az erősáramú előírásokban egyelőre nem lesz szabályozva.

Page 389: Villamos Energetika

Erősáramú villamos berendezések üzemeltetési szabályzata

Szakképzett személy: az akinek az üzemi munkák szakképzettséghez kötött tevékenységvégzésére, az illetékes szerv által igazolt erősáramú villamos képesítése van.

Kioktatott személy: az, aki meghatározott villamos berendezés használatára, kezelésére és szerelési részmunka elvégzésére és a szükséges védőintézkedésekre kioktatást nyert.

Helyismereti vizsga: a vállalat hatáskörében szervezett, helyismereti követelményeket is tartalmazó, a vizsga fokozatától függő feladatok ellátására képesít.

Page 390: Villamos Energetika

Az üzemi állapottal és annak megváltoztatásával kapcsolatos fogalmak:

Feszültségmentes: az az erősáramú villamos berendezés, amelynek kapcsolata bármely lehetséges energiaforrással meg van szakítva.

Feszültség alatt álló: az az erősáramú villamos berendezés, amelyen a szabványban meghatározott feszültségmentesítési előírásokat nem hajtották végre.

Feszültség alatt álló berendezésen végzett munka: az a munka, amelynek során a dolgozónak akár testével közvetlenül, akár szigetelt vagy szigeteletlen szerszámával, ill. a munkadarabbal meg kell érintenie vagy meg kell fognia egy feszültség alatt álló vezetőt.

Page 391: Villamos Energetika

Feszültség közelében végzett munka: az a munka, amelynek során a munkát végző személy a berendezés feszültségmentesített részén dolgozik ugyan, de megérinthető közelségben feszültség alatt álló berendezésrészek is vannak.

Feszültség alá helyezés: az a kapcsolási művelet, amelynek során az erősáramú villamos berendezés vagy annak része a táphálózattal vezetői vagy indukciós kapcsolatba kerül.

Üzembe helyezés: az a meghatározott műveletsor, amely során az új erősáramú villamos berendezés vagy berendezési rész elkészülését követően kerül üzemi használatra.

Page 392: Villamos Energetika

Üzemi próba: az első üzembe helyezést megelőző, ill. egy már üzemben lévő erősáramú berendezésen később szükségessé váló olyan kapcsolási műveletek együttese, amelyek feszültség alá helyezéssel járnak, de nem céljuk a berendezés üzembe helyezése, hanem csupán a kipróbálása.

Próbaüzem: a villamos berendezés feszültség alá helyezése után a berendezés feladatszerű működtetése.

Page 393: Villamos Energetika

Feszültségmentesítés

A feszültségmentesítés a következő, fel nem cserélhető sorrendű műveletsor elvégzését jelenti:

1. A feszültségmentesítendő rész kikapcsolása, leválasztása.

2. A visszakapcsolás megakadályozása, letiltása.

3. A feszültségmentesség ellenőrzése.

4. A visszamaradt töltések kisütése, földelés- rövidrezárás.

5. A feszültségmentesített rész körülhatárolása.

Page 394: Villamos Energetika

394

VILLÁMVÉDELEM

Évente kb. 350 000 villám csap le Magyarországon

Page 395: Villamos Energetika

395

VILLÁMVÉDELEM

Villámok

Károsodások [D]

Veszteségek [L]

A veszteség

bekövetkezésének egy évre

eső valószínűsége:

Kockázat [R]

A villámvédelem célja: A károsodások, illetve az ebből eredő veszteségek bekövetkezésének akadályozása

Page 396: Villamos Energetika

396

VILLÁMVÉDELEM

Villám hatásai:

romboló hatás

gyújtó hatás

embert érő villámcsapás súlyos villamos áramütés

Villámvédelmi rendszer tervezésének első lépéseként a védendő objektumot be kell

sorolni a négy (I. – IV.) villámvédelmi osztály egyikébe.

A szükséges villámvédelmi osztály az MSZ EN 62305 (villámvédelmi szabvány) szerinti

kockázatelemzéssel határozható meg.

Védendő építmények

Kockázat és elviselhető kockázat

Villámvédelmi szint

Page 397: Villamos Energetika

397

VILLÁMVÉDELEM

A méretezés alapjául szolgáló villámparaméterek a villámvédelmi osztályok függvényében

Page 398: Villamos Energetika

398

VILLÁMVÉDELEM

Page 399: Villamos Energetika

399

VILLÁMVÉDELEM

Ha a tető nem éghető anyagú, akkor a felfogók közvetlenül

annak felületén elhelyezhetőek.

Ha a tető éghető anyagú, akkor a felfogó és a tető közötti

távolság megállapításánál a tető anyagára tekintettel kell lenni. Nádfedés esetén ez 0,15 m, más anyagok esetén

0,1 m megfelelő.

Felfogó elhelyezése

Page 400: Villamos Energetika

400

VILLÁMVÉDELEM

Levezetők elhelyezése

Ha a falazat nem éghető anyagú, akkor a levezetők közvetlenül annak felületén elhelyezhetőek. Ha a falazat éghető anyagú, akkor a levezetők közvetlenül annak felületén elhelyezhetőek, feltéve, hogy a villámáram hatására bekövetkező

hőmérsékletemelkedésük a falazat anyagára való tekintettel nem veszélyes.

Ha a falazat éghető anyagú és a levezetők hőmérsékletemelkedése veszélyes mértékű, akkor a levezetőt úgy kell elhelyezni falazaton, hogy távolsága legalább 0,1 m

legyen. A tartószerkezet közvetlen érintkezésben lehet a fallal.

Ha a levezető távolságtartása az éghető anyagtól nem biztosítható, a vezető keresztmetszete ne

legyen kisebb 100 mm2-nél.

Villámhárító osztálya (LPS) Levezetők távolsága [m]

I 10

II 10

III 15

IV 20

Page 401: Villamos Energetika

401

VILLÁMVÉDELEM

A szabvány követelménye a talaj ellenállásának függvényében megadott

hosszúságra vonatkozik. Ajánlás, hogy a földelési ellenállás értéke ne legyen

nagyobb, mint 10 Ohm.

Villámvédelem szempontjából létesítményenként egy közös földelő-rendszer alkalmas minden feladat (villámvédelmi, érintésvédelmi, technikai földelés)

ellátására, a földelés ilyen formában történő megvalósítását előnyben kell

részesíteni.

Földelő-szondás és gyűrűs/hálós földelési elrendezés alkalmazható

Földelő-rendszer

Page 402: Villamos Energetika

402

VILLÁMVÉDELEM

Villámvédelmi berendezések kialakítását befolyásolja:

az épület rendeltetése „R” az épület magassága „M” tetőzet anyaga „T” körítőfalak anyaga „K” másodlagos hatások következményei „H”

Page 403: Villamos Energetika

403

VILLÁMVÉDELEM

Az épületeket és egyéb építményeket villámvédelmi szempontból a villámhárító berendezés szükséges fokozatának és tűzvédelmi műszaki követelményeinek meghatározásához csoportokba kell sorolni az alábbiak szerint:

az épületek és egyéb építmények rendeltetése (R1 – R5), R1 – állattartó épületek

R5 – katasztrófával fenyegetett épület

az épületek és egyéb építmények magassága és környezete (M1 – M4), M1 – épületmagasság ≤ 20 m (magas környezet)

M2 – épületmagasság ≥ 35 m (becsapási veszélyt fokozó környezet)

az épületek és egyéb építmények tető szerkezete és anyaga (A1 - A2),

az épületek és egyéb építmények körítő falainak anyaga (K1 – K3)

a másodlagos hatások következménye (H1 – H3) H1 – kisülés vagy túlfeszültség nem okoz károsodást

H3 – kisülés vagy túlfeszültség sérülést okozhat

Page 404: Villamos Energetika

Túlfeszültség-védelem

Page 405: Villamos Energetika

Túlfeszültség

• Az igénybevételek megítélésénél célszerű a hálózat legnagyobb feszültségéhez tartozó csúcsértékből (Um) kiindulni. Háromfázisú rendszerben értelmezett túlfeszültség:

• Utúl 2 Uüzemi = 2 (Uvonali/3).

• Egyfázisú rendszerben:

• Utúl 2 Ufázis .

Page 406: Villamos Energetika

Belső eredetű túlfeszültségek

• Ezek kapcsolási eredetű túlfeszültségek, amelyeknek időtartama kb. 10-3… 10-2 s, azaz 1…10 ms nagyságrendű.

• Felléphetnek pl. földzárlat alkalmával, kis induktív és kapacitív áramok megszakítá-sakor, olvadóbiztosítók működésekor, tirisztorok kapcsolásakor.

Page 407: Villamos Energetika

Külső, ún. légköri eredetű túlfeszültségek

• Légköri eredetű túlfeszültségre elsősorban közvetlen villámcsapás során számíthatunk, pl. visszacsapás (feszültségemelkedés a földelőn lefolyó villámáram miatt), a villámáram hirtelen változó mágneses tere miatt. Az igénybevétel időtartama általában 10-6 s, azaz s nagyságrendű.

Page 408: Villamos Energetika
Page 409: Villamos Energetika
Page 410: Villamos Energetika
Page 411: Villamos Energetika

Külső eredetű túlfeszültségnek minősül még

• Az elektrosztatikus feltöltődés és kisülés következtében előálló túlfeszültség, amelynek az időtartama 10-8…10-7 s, azaz 10…100 ns nagyságrendű.

• A következő ábrán ez a túlfeszültség látható.

Page 412: Villamos Energetika
Page 413: Villamos Energetika

Védelmi eszközök

• Szikraköz

• Oltócső

• SiC (szilíciumkarbid) túlfeszültséglevezető

• Fémoxid (pl. ZnO=cinkoxid) túlfeszültség korlátozó (KIF változat=varisztor)

• Szelén (Se) túlfeszültség korlátozó

• Méretezett R-C csillapító tagok

• Lavina vagy szuppresszor dióda

Page 414: Villamos Energetika

Szikraköz

Page 415: Villamos Energetika

Szikraköz transzformátornál

Page 416: Villamos Energetika

Oltócső

Page 417: Villamos Energetika

Oltócső ívoltási ideje

Page 418: Villamos Energetika

Oltócső felszerelése KÖF-rendszerben

Page 419: Villamos Energetika

SiC túlfeszültséglevezető felépítése:

Page 420: Villamos Energetika

SiC túlfeszültséglevezető müködése

Page 421: Villamos Energetika

SiC túlfeszültséglevezető szikraköze

Page 422: Villamos Energetika

SiC túlfeszültséglevezető ívoltása

Page 423: Villamos Energetika

SiC túlfesz. védelem próba áramkör

Page 424: Villamos Energetika

Fémoxid túlfeszültség korlátozó

Page 425: Villamos Energetika

ZnO védelmi karakterisztika

Page 426: Villamos Energetika

ZnO védelmi feszültség-idő karakt.

Page 427: Villamos Energetika

ZnO védelmi feszültség-idő karakt.

Page 428: Villamos Energetika

Lavina vagy szuppresszor dióda

Page 429: Villamos Energetika
Page 430: Villamos Energetika

Elektromágneses villámimpulzus elleni védelem

• A villámimpulzus csatolási módjai:

o Vezetési (villamos áramvezetők segítségével),

o Induktív (elektromágneses csatolással),

o Kapacitív (vezetők közötti, illetve vezetők és föld közötti kapacitások révén).

Page 431: Villamos Energetika
Page 432: Villamos Energetika

Számszerű számítási példák:

• Ha az épület villámvédelmi földelésének értéke RF = 1 és a levezetett villámáram értéke iv = 30 kA, akkor:

u = iv RF = 30 1 = 30 kV.

• Ha viszont az épület villámvédelmi földelésének értéke RF = 25 és a levezetett villámáram értéke az előbbivel megegyező érték iv = 30 kA, akkor:

u = iv RF = 30 25 = 750 kV.

Page 433: Villamos Energetika
Page 434: Villamos Energetika
Page 435: Villamos Energetika
Page 436: Villamos Energetika

Számítási példák: • 1. példa: - a hurok oldalhossza: a=10 m, - a levezető távolsága: d= 1 m, - kölcsönös indukció: M=4,8 H (táblázat), - villámáram meredeksége: di/dt=150 kA/s, - indukált feszültség: u=720 kV. • 2. példa: - a hurok oldalhossza: a=50 cm, - a levezető távolsága: d= 10 m, - kölcsönös indukció: M=4,9.10-3 H (táblázat), - villámáram meredek.: di/dt=150 kA/s, - indukált feszültség: u=0,735 kV=735 V.

Page 437: Villamos Energetika
Page 438: Villamos Energetika

Hurok átütés utáni számítás: • 1. példa: - a hurok oldalhossza: a=10 m, - a levezető távolsága: d= 1 m, - indukciós csatolási tény.: M/L=0,07 (táblázat), - villámáram csúcsértéke: iv=150 kA, - indukált hurokáram: ih=10,5 kA. • 2. példa: - a hurok oldalhossza: a=50 cm, - a levezető távolsága: d= 10 m, - indukciós csatolási tény.: M/L=0,002027 (tábl.), - villámáram csúcsértéke: iv=150 kA, - indukált hurokáram: ih=0,304 kA=304 A.

Page 439: Villamos Energetika
Page 440: Villamos Energetika
Page 441: Villamos Energetika

Villámvédelmi zónák

• LPZ OA: Közvetelen villámcsapás veszély van.

• LPZ OB: Nincs közvetlen villámcsapási veszély. Elektromágneses erőtér van!

• LPZ 1: Nincs villámcsapás veszély, korlátozott elektromágneses erőtér van.

• LPZ 2: Az elektromágneses tér további védőeszkö-zökkel korlátozva van. További korlátozás is lehet.

• Összecsatolás: Védendő térben a fémalkatrészek összekötése, potenciálkülönbség csökkentése.

• Árnyékolás: Elektromágneses tér behatolásának korlátozása: Hb= Hk/D, ahol D=árnyékolási tényező.

Page 442: Villamos Energetika
Page 443: Villamos Energetika
Page 444: Villamos Energetika
Page 445: Villamos Energetika
Page 446: Villamos Energetika
Page 447: Villamos Energetika
Page 448: Villamos Energetika
Page 449: Villamos Energetika
Page 450: Villamos Energetika

Durva túlfeszültségvédelmi fokozat (villámáram levezető)

• „B osztályú” (I. köv. oszt.) védelem főbb műszaki adatai:

üzemi feszültség 255/440 V,

védelmi szint (1,2/50 s) 3,5…4 kV,

levezetőképesség (10/350 s) 60…100 kA,

megszólalási idő 100 ns.

Page 451: Villamos Energetika

Közepes túlfeszültségvédelmi fokozat

• „C osztályú” (II. köv. oszt.) védelem főbb műszaki adatai:

üzemi feszültség 230/400 V,

védelmi szint (8/20 s, 15 kA) 1,5…2,5 kV,

levezetőképesség (8/20 s) 15…20 kA,

megszólalási idő 25 ns.

Page 452: Villamos Energetika

Finom túlfeszültségvédelmi fokozat

• „D osztályú” (III. köv. oszt.) védelem főbb műszaki adatai:

üzemi feszültség 230/400 V,

védelmi szint (8/20 s, 5 kA) 1…1,5 kV,

levezetőképesség (8/20 s) 5 kA,

megszólalási idő 1 ns < tmeg < 25 ns.

Megjegyzés: A leggyorsabb védelmi elemeknél akár tmeg = 10 ps = 0,01 ns is lehet.

Page 453: Villamos Energetika

Többlépcsős védelem működése

• A fénysebességgel haladó hullám a végéről – tehát visszafelé - indítja a védelmet, mert annak az elemnek a legkisebb a megszólalási feszültsége és a megszólalási ideje.

• Ettől az elemtől kell átvenni a vezetést az előtte lévőnek (uvar.<uszupp.+iZ), ahol Z=vezeték impedancia, vagy műimpedancia).

• A szikraköz begyújtása hasonlóan történik (uszik.<uvar.+iZ, ahol Z=vezeték impedancia, vagy műimpedancia).

Page 454: Villamos Energetika
Page 455: Villamos Energetika
Page 456: Villamos Energetika
Page 457: Villamos Energetika
Page 458: Villamos Energetika
Page 459: Villamos Energetika
Page 460: Villamos Energetika
Page 461: Villamos Energetika

Fázisjavítás

Page 462: Villamos Energetika

Készülékek a villamos hálózatban

Page 463: Villamos Energetika

Villamos készülékek mint alkotóelem • Szakaszolók, szakaszoló-kapcsolók

• Megszakítók (hálózati betápláló, kismegszakítók)

• Olvadóbiztosítók (zárlatvédvédelem, áramkorlát.)

• Kapcsolók és kontaktorok (mágneskapcsolók)

• Motorvédelem (ikerfémes, PTC-s, elektronikus)

• Készülék kombinációk (irányváltó, csillag-delta)

• Relék és kioldók (primer és szekunder kivitel)

• Túlfeszültségvédelmi eszközök (szikraköz, oltó-cső, SiC levezető, fémoxid korlátozó, lavina vagy szuppresszor dióda, méretezett R-C tag)

Page 464: Villamos Energetika

Nagyépület villamosenergia betáplálása

• Csupasz CuE gyűjtősínekkel összekötve

• Szigetelt CuE gyűjtősínekkel összekötve

• Szigetelt Cu kábelekkel levegőben összekötve

• Szigetelt Cu kábelekkel kábelaknában összekötve

• Szigetelt Al kábelekkel kábelaknában összekötve

• Megjegyzés: az összekötés a kapcsolótér és a betápláló transzformátor között értendő!

Page 465: Villamos Energetika

Kapcsolótéri kialakítás:

• Egygyűjtősínes rendszer

• Kétgyűjtősínes rendszer

• Gyűjtősínes berendezések kapcsolása

• Egygyűjtősínes rendszer áttkapcsolási automatikája

• Kétgyűjtősínes rendszer átkapcsolási automatikája

Page 466: Villamos Energetika
Page 467: Villamos Energetika
Page 468: Villamos Energetika

Feszültségszabályozás, kompenzálás

• A hálózat fogyasztói berendezései adott névleges feszültségre készülnek, így optimális működésük csak állandó feszültség mellett lehetséges. Ez egyaránt befolyásolja a hatásfokot, a cosfi-t, az élettartamot és az üzembiztonságot. Nézzük például a villamos izzólámpát, mint fogyasztót.

Page 469: Villamos Energetika

- Ha túl nagy a feszültség, akkor a fényáram ugyan nő, de jelentősen csökken az élettartam, azaz a névleges feszültség 1,1-szeres értéke az élettartamot 0,3 részére csökkenti, a fényáram pedig 1,4-szeresére nő az emelt feszültség idején.

- Ha kisebb a feszültség a névleges értéknél, akkor csökken a fényáram és nő az élettartam (a névl. feszültség 0,9-szeresénél az élettartam 4-szeres lesz, ugyanakkor a fényáram 0,7 részére csökken.

- Az első esetben jelentős élettartam csökkenésre számíthatunk, de a második eset sem tartható az élettartam növekedés ellenére, mert a látási viszonyok jelentős romlására kell felkészülnünk.

Page 470: Villamos Energetika

Forgó gépek

• A fogyasztói terhelések egyik részét általában a forgó gépek adják, amely fogyasztóknál a névleges feszültség környezetében:

• dP/dU 1%/%, azaz 1%-os feszültség változás 1 %-os teljesítmény változást eredményez.

Page 471: Villamos Energetika

Ohmos fogyasztók

• Tisztán ohmos fogyasztók esetében pl. jó közelítéssel az izzólámpáknál az egységnyi feszültség változás hatására kétegységnyi teljesítmény változást figyelhetünk meg,

mert:

P U2/R, azaz

dP/dU 2.U/R 2.U2/U.R 2.P/U 2 %/%.

Page 472: Villamos Energetika

A fázisjavítás szükségessége

• A fázisjavítás (meddőkompenzáció) elsődleges célja a villamos energiát termelő és elosztó rendszer részleges mentesítése a meddőára-moktól. A meddőigényekete lehetőleg a kelet-kezésük helyén kell korlátozni, illetve kompenzálni.

• A villamos energia elosztó rendszerekben a legtöbb meddőt igénylő berendezések: transzformátorok és az aszinkron motorok.

Page 473: Villamos Energetika

Természetes fázisjavítás

• Az ipari fogyasztók helyes tervezésével a fogyasztók fázisjavítása már elérhető (lásd a következő összefoglaló táblázatot).

• A motorok helyes megválasztása – figyelembe véve a motor hatásfokát és a cosfi értékét - a tervező feladata, ezzel érhető el elsősorban a fogyasztó berendezések fázis javulása.

• A motor akkor tekinthető túlméretezettnek, ha a tényleges terhelés az üzemidő egyetlen szakaszában sem éri el a névleges telj. 80%-át!

Page 474: Villamos Energetika

Ipari fogyasztók természetes fáz. jav.

Page 475: Villamos Energetika

Motor hatásfok részterhelésnél

Page 476: Villamos Energetika

Motor telj.tényező rész terhelésnél

Page 477: Villamos Energetika

Motor kiválasztási szempontok

• Technológiai sajátosságok figyelembevétele (szükséges teljesítmény és indítási gyakoriság).

• A meghajtáshoz lehetőleg nagy fordulatszámú motort válasszunk (üresjárási és terhelési meddő-fogyasztása, hatásfoka jobb a kis fordulatúnál).

• Tág határok között változó teljesítményigény esetében (1:3) csillag-delta átkapcsolású motort válasszunk, ha az előírt technológiának megfele-lően az üzemidő legalább 40%-ában kisebb terheléssel jár a motor!

Page 478: Villamos Energetika

Feszültség ingadozás

• A feszültség ingadozást a terhelés ingadozása okozza, amelynek a terhelő árama végig folyik a vezetékek és a tramszformátorok véges impe-danciáin, feszültség esést illetve feszültség emel-kedést előidézve ezzel a rendszerben. A teljesít-mény az erőműből ingadozó terhelési körülmé-nyek között jut el a fogyasztóhoz.

• Változó nagyságú terhelést feltételezve hossz-irányú feszültségeséssel (Uh) és keresztirányú feszültségeséssel (Uk) kell számolnunk.

Page 479: Villamos Energetika

Változó nagyságú terhelés helyettesítő kapcsolási vázlata

Page 480: Villamos Energetika

• A hosszirányú feszültségesés: Uh = Iw.R - Im.X ,

a keresztirányú feszültségesés: Uk = Im.R + Iw.X .

• A kisfeszültségű villamos energiaellátó rendszer-ben a feszültségesés közelítőleg megegyezik a hosszirányú feszültségeséssel, így írható:

U Uh = Iw.R - Im.X ,

amikor is feltételezzük, hogy az áram wattos és meddő komponensére igaz a következő:

I = Iw + jIm ,

ahol Im akkor pozitív előjelű, ha kapacitív áramról van szó.

Page 481: Villamos Energetika

Mire törekedjünk az üzem közben?

• Arra kell törekednünk, hogy induktív meddő áramot ne szállítsunk, mert akkor hosszirányú feszültségesés növekedésre számíthatunk:

- (-Im).X= +Im.X.

• A megoldás kézenfekvő, a helyszínen állítsunk ellő +Im áramot, egy adott C kapacitás bekap­ csolásával, így a feszültségesést csökkenteni tudjuk. Az előző ábra értelmében ha XF és RF változik, akkor a C-nek is változnia kell.

Page 482: Villamos Energetika

Elemzés veszteségmentes hálózatban

• Csak induktív a), valamint induktív és kapacitív reaktanciát b) tartalmazó hálózat esetén:

• Végezzünk hatáselemzést az ábra alapján egy veszteségmentes hálózatban, felírva a hálózat áramát és az A pont feszültségét:

I = U / j(XL - XC) ,

UA = U . (-jC) / j(XL - XC) = U.XC/(XC-XL) = U/(1-XL/XC).

Page 483: Villamos Energetika

Következtetés az elemzés alapján:

• Ha XCXL, akkor (XL/XC)1 és UAU, azaz a fogyasztó csatlakozási pontján a feszültség nagyobb, mint a generátor feszültsége. A vázolt jelenséggel találkozunk éjszaka a kis terhelések időszakában, amikor az üresen járó távvezeték kapacitív betáplálása jelentős mértékűvé válhat, feszültség emelkedést okozva ezzel a fogyasztói csatlakozókapcson. Itt védekezésül söntfojtókat építenek be.

Page 484: Villamos Energetika

Kompenzáció állandó hatásos és állandó meddő teljesítmény mellett

Page 485: Villamos Energetika

Tervezési feladat: a cos javítása állandó hatásos teljesítmény mellett!

• Kiindulás az eredeti teljesítmény-háromszögből:

tg 1 = Q1 / P.

• Elérni kívánt eredmény a teljesítmény-háromszögből:

tg 2 = (Q1 - QC) / P.

• Rendezve és QC-re megoldva a következő végeredményt kapjuk:

QC = P . (tg 1 - tg 2).

Gyakorlati számítás általában táblázat segítségével.

Page 486: Villamos Energetika

Kompenzáció állandó látszólagos teljesítmény mellett:

• S látszólagos teljesítmény igénybevétele mellett P-vel legyen megnövelhető a P1. A vektorábra alapján a teljesítmény-háromszögekből mindkét esetre felírható, hogy:

S = P1 / cos1 = P2 / cos2 = (P1 + P) / cos2 ,

P = P1 . / (cos2/cos1) - 1/ .

• P-hez szükséges meddő teljesítmény:

QC = P1 . tg1 - P2 . tg2 .

Page 487: Villamos Energetika

Számítási példa: • Legyen például 100 kVA-es látszólagos teljesít-

mény és cos1 = 0,6 esetén a hatásos teljesít-mény 60 kW.

• Ha még 20 kW-os cos = 1 teljesítményténye-zőjű fogyasztót kívánunk hálózatbővítés nélkül bekapcsolni, akkor a szükséges cos2 a korábbi összefüggés alapján:

cos2=cos1./1+(P/P1)/= 0,6./1+(20/60)/=0,8.

• A szükséges meddő teljesítmény pedig:

QC = 60 . 1,333 - 80 . 0,75 = 20 kVAr.

Page 488: Villamos Energetika

Fázisjavítási módok

• Egyedi fázisjavítás (fénycsövek).

• Csoportos fázisjavítás (szivattyúcsoport).

• Központi fázisjavítás (épület betáplálásnál).

• Fázisjavítás állandó hatásos teljesítmény mellett (alkalmazás központi fázisjavításnál).

• Fázisjavítás állandó látszólagos teljesítmény mellett (alkalmazás kábel vagy vezeték terhelhetőség növelésénél).

Page 489: Villamos Energetika

Transzformátor egyedi kompenzációja

Page 490: Villamos Energetika

Aszinkron motor egyedi kompenzációja

Page 491: Villamos Energetika

Automatikus fázisjavítás: • Az előbb említett állandó hatásos teljesítmény

melletti központi fázisjavításnak nevezzük a fázisjavításnak azt a módját, amellyel az egész elosztó rendszerhez (kapcsolótérhez) tartozó meddő teljesítménynek a legnagyobb részét úgy kompenzáljuk, hogy általában több csoportra osztott kondenzátorokat kötünk össze és ezt az épület vagy üzem központi elosztó-, gyűjtősín rendszerére csatlakoztatjuk. A több kapcsolható csoportra való bontás lehetőséget nyújt az üzemi meddőenergia forgalom változásainak követésére (lásd a következő ábrát).

Page 492: Villamos Energetika
Page 493: Villamos Energetika

Csoportos kompenzáció vagy központi kompenzáció

Page 494: Villamos Energetika

Kompenzázió kiépítése (kompenzáló teljesítmény, vezeték keresztmetszet és

olvadóbiztosító)