ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVA Zaštita elektroenergetskih mreža

1. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Predavanje 6. Zaštita elektroenergetskih mreža Predavač: Damir Karavidović, dipl.ing.

2. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Temeljni pojmovi • Elektroenergetska mreža - mreža za opskrbu električnom energijom, skup povezanih jedinica mreže za prijenos i/ili mreže za distribuciju električne energije. Podjele elektroenergetske mreže prema:− područjima rasprostiranja – gradske, ruralne,− značajkama izgradnje – nadzemne, kabelske,− zadaćama – prijenos, distribucija električne energije,− načinu pogona – zrakasti, zamkasti, − naponu – NN, SN, VN do IVN (EHV),− vlasništvu – javno dobro, industrijska mreža, operator mreže i− vrsti struje – izmjenične, istosmjerne. • Kratica u razumljivom kontekstu je samo: mreža. • Činitelji (jedinice) elektroenergetske mreže –dalekovodi, transformatori, sabirnice, postrojenje za uzemljenje neutralne točke, postrojenje za kompenzaciju jalove snage, različita oprema polja, … • Komponente jedinice mreže - sastavni dio svake jedinice mreže ili jedinica mreže sastoji se iz komponenata.

3. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Temeljni pojmovi • Nazivni napon mreže - napon kojim se mreža označava i naziva. Pogonski napon je trenutna vrijednost napona, koja se razlikuje od nazivnog napona za dopušteno odstupanje. Standardni nazivni naponi javnih električnih mreža u Hrvatskoj su: 0,4, 10, 20, 35(30), 110, 220 i 400 kV. • Vod (dalekovod) – jedinica mreže, nadzemni i podzemni, električne i mehaničke značajke • Ispad - slučajan prijelaz jedinice mreže ili proizvodne jedinice iz pogonskog stanja u izvanpogonsko stanje. Načini ispada su: • ispad ispravnim ili pogrešnim djelovanjem zaštite, • ručno neodgodivo isključenje prisilnim povodom, • ručno nepotrebno/neoprezno isključenje. • Greška- prijelaz jedinice mreže iz ispravnog stanja u neispravno stanje. • Početna snaga tropolnog kratkog spoja - umnožak: 3 puta nazivni napon mreže puta računska vrijednost izmjenične komponente početne struje tropolnog kratkog spoja.

4. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Temeljni pojmovi • Rasklopna struja prekidača- je maksimalna struja koju prekidač može prekinuti pri najvišem deklariranom naponu tog prekidača i u ostalim deklariranim okolnostima. • Snaga kratkog spoja mreže -početna snaga tropolnog kratkog spoja. • Struja kratkog spoja mreže - ukupna početna struja kratkog spoja. • Trajna struja kratkog spoja - efektivna vrijednost struje pri trajnom kratkom spoju u (kvazi)stacionarnom stanju, • Ukupna početna struja kratkog spoja - Računska vrijednost izmjenične komponente ukupne početne struje kratkog spoja u čvorištu mreže. • Veliki poremećaj - veliki poremećaj jest poremećaj takve razine i trajanja u elektroenergetskom sustavu da ima za posljedicu ispad jedne ili više većih proizvodnih jedinica ili ispad jednog ili više vodova u prijenosnoj mreži. • Skrb nad mrežom – vodi Operator prijenosnog sustava (mreže) i Operator distribucijskog sustava (mreže).

5. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Važna znanja o pogonu elektroenergetskih mreža • Radi ispravnog pogona elektroenergetske mreže, rasklopna struja prekidača ne smije biti manja od ukupne struje kratkog spoja u čvoru mreže u kojem se nalazi taj prekidač. • Kratkospojne prilike u mreži utvrđuju se proračunima kratkog spoja s obzirom na stvarno pogonsko stanje, uzimajući pri tomu u obzir doprinose struja kratkog spoja iz susjednih mreža. • Ukoliko je rasklopna struja prekidača manja od struje kratkog spoja u nekom čvoru mreže, operator mreže dužan je poduzeti mjere za smanjenje struje kratkog spoja u tom čvoru. • U normalnim pogonskim uvjetima u izoliranom radu hrvatskog sustava, frekvencija se održava u granicama od 49,50 Hz do 50,50 Hz, a u poremećenim uvjetima pogona, frekvencija se može kretati od 47,50 Hz do 51,50 Hz.

6. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Važna znanja o pogonu elektroenergetskih mreža-značajkezaštite • Prijenosna mreža • Vremena isključenja kvara, za kvarove u prijenosnoj mreži i u postrojenju korisnika mreže, djelovanjem zaštite u prvoj zoni prorade (računajući vrijeme od nastanka kvara do potpunog prekida toka struje), osim kvarova s visokim udjelom djelatnog otpora u impedanciji kvara, u pravilu su: • 80 ms na 400 kV, • 100 ms na 220 kV, • 120 ms na 110 kV. • Vremena isključenja kvara djelovanjem zaštite odobrava operator prijenosnog sustava, a za svaki konkretni priključak postrojenja korisnika mreže vremena se moraju ugovoriti između operatora prijenosnog sustava i korisnika mreže na temelju rezultata analiza (primjerice; analiza prijelazne stabilnosti, analiza selektivnosti i koordinacije djelovanja zaštita).

7. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Važna znanja o pogonu elektroenergetskih mreža-značajkezaštite • Prijenosna mreža • U hrvatskom elektroenergetskom sustavu primjenjuje se tehnika automatskog ponovnog uklopa (APU) i to u pravilu: • u mreži 400 kV: jednopolni APU s beznaponskom stankom do 1500 ms, a tropolni APU od 700 ms, • u mreži 220 kV: jednopolni APU s beznaponskom stankom do 1000 ms, odnosno tropolni APU s beznaponskom stankom od 300 ms, • u mreži 110 kV: jednopolni APU s beznaponskom stankom do 700 ms, odnosno i tropolni APU s beznaponskom stankom od 300 ms,

8. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Važna znanja o pogonu elektroenergetskih mreža-značajkezaštite • Distribucijska mreža • Sustav zaštite od kvarova i smetnji posebno treba obuhvatiti mjesta razgraničenja distribucijske mreže s prijenosnom mrežom te instalacijama i postrojenjima korisnika • Operator distribucijskog sustava određuje: vrstu zaštite, stupnjevanje osnovne i rezervne zaštite, vrstu i način prijenosa podataka te vrstu automatike. • Korisnik mreže je dužan uskladiti svoju zaštitu od kvarova s odgovarajućom zaštitom u distribucijskoj mreži, tako da kvarovi na njegovu postrojenju ili instalacijama ne uzrokuju poremećaje u distribucijskoj mreži ili kod drugih korisnika mreže. To se posebno odnosi na: • vrijeme isključenja kvara koje mora biti u granicama koje određuje operator distribucijskog sustava, • osiguranje selektivnog djelovanja zaštitnih uređaja u korisnikovu postrojenju i instalacijama sa zaštitom distribucijske mreže. • Operator distribucijskog sustava dužan je upoznati korisnika na utjecaj prorada zaštita u distribucijskoj mreži na postrojenja i instalacije korisnika, a osobito na utjecaj automatskog ponovnog uklopa (APU).

9. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Izbor zaštite elektroenergetske mreže • Izbor zaštite je u bitnome određen slijedećim značajkama mreže: • obličjem – zrakasti, zamkasti, • naponskom razinom – distribucijski ili prijenosni sustav, • načinom uzemljenja neutralne točke – izolirana, uzemljena, • vrijednosti struje kratkog spoja – velika tranzjentna sastavnica, • karakterom struje zemljospoja – kapacitivna, induktivna djelatna, pogonskim problemima – stabilnost mreže, visoka snaga kratkog spoja, opasnost od povratne snage, velika granjanja struje kvara, • Izbor zaštite je u bitnome određen slijedećim značajkama činitelja mreže : • građom voda – kabelski ili nadzemni, presjekom vodiča, • nazivnom snagom transformatora – mala, srednja i velika snaga, • broja i način korištenja namotaja transformatora – dvo-tronamotajni, • važnošću štičenog objekta, • posebnim zahtjevima trošila kupaca,…

10. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Transformator – Sabirnice - Dalekovod

11. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Kvarovi u elektroenergetskim mrežama Što su uzroci kvarova? • Previsoka električna naprezanja izolacije unutrašnjim ili vanjskim visokim naponima – izolatori nadzemnih vodova, izolacija kabela, ... • Previsoka mehanička naprezanja - vodovi s dodatnim teretom na vodičima, • Sniženje razine izolacijske čvrstoće – onećiščenje izolacije, premoštenje izolacije (raslinjem, životinjama), starost, • Pogreške pri upravljanju postrojenjima – uključenje dalekovoda pod napon s uključenim uzemljenjem Trajni i prolazni kvarovi ! • Prolazni kvarovi nemaju postojan uzrok kvara već on nestaje ili sam od sebe ili isključenjem kvarnog činitelja mreže s napona. Primjeri su: kvarovi uslijed atmosferskih pražnjenja, premoštenje izolacije predmetima koje spali električni luk, preskok na onečišćenoj izolaciji.

12. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Kvarovi u elektroenergetskim mrežama Primjer statistike trajni – prolazni kvarovi u jednoj distribucijskoj mreži • Prevladavaju kvarovi na nadzemnim dalekovodima, • Na nadzemnim dalekovodima prevladavaju prolazni kvarovi (oko 70% ukupnog broja.

13. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Opasna pogonska stanja u elektroenergetskim mrežama • Preopterećenja dalekovoda, • Zemljospoj u SN mreži s izoliranom neutralnom točkom ili rezonantno uzemljenom (visoki prenaponi su opasnost za proboj izolacije), • Gubitak sinkronizma, • Neravnoteža proizvodnje i potražnje za električnom snagom i zato pad frekvencije u nedopušteno područje vrijednosti

14. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Zaštita vodova– utjecaj obličja mreže • Zrakaste jednostrano napajane mreže – jednostavni uvjeti za ispunjenje zahtjeva pred zaštitom, jednostavni uređaji zaštite, • Zrakaste dvostrano napajane mreže – složeniji uvjeti za djelovanje zaštite • Paralelni vodovi – uvodi se kriterij usmjerenog djelovanja zaštite

15. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Zaštita vodova– utjecaj obličja mreže • Zamkaste mreže – složeniji uvjeti štićenja, dvostrani tokovi struja kvara prema mjestu kvara, posebno kada je i izvorski sustav dvostrani.

16. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Zaštita vodova– utjecaj izvora • Izvori za nadomjesno napajanje unutar mreže – paralelni pogon, povratno napajanje, distribucijske mreže • Mreže sa spojnim vodom – prelazak iz zrakastog u zamkasti pogon, distribucijske mreže

17. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Utjecaj načina uzemljenja neutralne točke • Izolirana NT • NT uzemljena preko djelatnog otpora – otporno uzemljena NT, • Izravno uzemljena neutralna točka – kruto uzemljena NT, • NT uzemljena preko prigušnice- rezonantno uzemljena NT

18. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Utjecaj načina uzemljenja neutralne točke

19. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža Utjecaj načina uzemljenja neutralne točke mreže na izbor zaštite

20. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita elektroenergetskih mreža

21. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita električnih mreža Značajke zemljospoja u mreži s izoliranom neutralnom točkom

22. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita električnih mreža Značajke zemljospoja u mreži s neutralnom točkom uzemljenom preko djelatnog otpora

23. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita električnih mreža Kvarovi u mrežama ovisni od uzemljenja neutralne točke

24. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita električnih mreža Kvarovi u mrežama ovisni od uzemljenja neutralne točke Značajke kvara, izbor zaštite, primjena u mrežama, …

25. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita električnih mreža Kvarovi u mrežama ovisni od uzemljenja neutralne točke Primjer 1.

26. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita električnih mreža Kvarovi u mrežama ovisni od uzemljenja neutralne točke Primjer 2.

27. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita električnih mreža Uzemljenja neutralne točke distribucijske mreže

28. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAZaštita električnih mreža Hvala na pozornosti i strpljivosti!