Seminar pri predmetu Razdelilna in industrijska omrežjalrf.fe.uni-lj.si/e_rio/Seminarji/OkvareVOmrezju.pdf · Statistika okvar ... Seminarska naloga o okvarah v omrežju navaja najpogostejše

Seminar pri predmetu Razdelilna in industrijska omrežja

Okvare v omrežju

Mentor: prof. dr. Grega Bizjak, univ. dipl. inž. el. Avtor: Blaž Benčič

Ljubljana, april 2019

Razdelilna omrežja in naprave 2018/19

2

Vsebina Uvod ........................................................................................................................................... 3

Jedro ........................................................................................................................................... 3

Vrste okvar ............................................................................................................................. 3

1. Kratki stiki ................................................................................................................. 3

2. Prekinitev vodnika .................................................................................................... 7

Posledice okvar ....................................................................................................................... 7

1. Prenapetosti ............................................................................................................. 7

2. Preobremenitev ..................................................................................................... 11

Vzroki okvar .......................................................................................................................... 11

1. Zunanji vzroki okvar ............................................................................................... 11

2. Notranji vzroki okvar .............................................................................................. 11

1. Okvare kot posledica zunanjih vplivov ................................................................... 13

Preprečitev in zmanjševanje okvar ...................................................................................... 15

1. Zmanjševanje števila prekinitev zaradi enofaznih zemeljskih stikov........... Napaka!

Zaznamek ni definiran.

2. Omejevanje kratkostičnih tokov ............................................................................ 16

3. Zniževanje prenapetosti ......................................................................................... 19

Statistika okvar ..................................................................................................................... 20

1. Vrste prekinitev oskrbe z električno energijo ........................................................ 23

2. Kazalniki za oceno zanesljivosti elektroenergetskega sistema (EES) ..................... 25

3. Porabniško usmerjeni kazalniki .............................................................................. 25

4. Sistemsko usmerjeni kazalniki ............................................................................... 27

Vprašanja in naloga .............................................................................................................. 29

Zaključek ................................................................................................................................... 33

Viri in literatura ........................................................................................................................ 33


3

Uvod Seminarska naloga o okvarah v omrežju navaja najpogostejše vrste okvar, opisuje vzroke, ki

privedejo do okvar in na koncu še prikaže možne rešitve za preprečitev in zmanjšanje okvar v

elektroenergetskem omrežju.

Jedro

Vrste okvar Elektroenergetsko omrežje pozna več vrst okvar, v skupine jih razvrščamo glede na njihove

značilnosti. Najpogostejša okvara so zemeljski stiki in kratki stiki. Prenapetosti povzročajo

škodo ko pride do preboja oziroma preskoka na izolaciji. Preobremenitve omrežja so krivec za

pregrevanje komponent, kar botruje k skrajševanju življenjske dobe naprav.

Okvare v omrežju lahko delimo tudi na prehodne in trajne. Pri prehodnih okvarah sistem ne

utrpi škode, saj jih odpravi sam. Odzove se zaščita, ki izklopi okvarni tok, sistem pa se povrne

v stanje pred pojavom okvare s pomočjo avtomatskega ponovnega vklopa (APV). [1]

1. Kratki stiki

Najpogostejši povzročitelji spremembe stanja električnih veličin v elektroenergetskem

sistemu so kratki stiki, pri čemer je prehod do stacionarnega stanja povezan s prehodnim

pojavom. Časovni poteki in velikost kratkostičnih tokov prehodnih pojavov so odvisni od:

a) vrste kratkega stika (enofazni zemeljski stik, dvofazni zemeljski stik, dvojni zemeljski

stik, dvofazni kratek stik brez dotika z zemljo, trifazni kratek stik),

b) trenutka nastanka kratkega stik, kar vpliva na amplitudno vrednost kratkega stika,

c) oddaljenosti kratkega stika od generatorja,

d) vrste prenosnih elementov: nadzemni vodi, kabli, transformatorji,

e) trajanje kratkega stika je odvisno od stikalnih elementov in zaščitnih naprav,

f) prisotnost kratkostičnih tokovnih izvorov, ki jih prestavljajo sinhronski stroji,

asinhronski generatorji, sinhronski in asinhronski motorji, usmerniške in razsmerniške

naprave,

g) stanja obremenitve pred nastopom kratkega stika, ki je določeno s številom in močjo

paralelno delujočih proizvodnih enot in porabnikov ter velikostjo napetosti in

kratkostičnih izvorov.

Kratki stiki se pojavljajo med faznimi vodniki, med zemljo in faznimi vodniki ali kot kombinacija

obeh. Enofazni in dvofazni zemeljski stiki imajo značilnost kratkega stika samo v primeru

ozemljene nevtralne točke omrežja, kjer se kratek stik zgodi. V nasprotnem primeru tečejo le

kapacitivni toki.

Veliki kratkostični tokovi predstavljajo problem s stališča tokovnih obremenitev, vendar po

drugi strani zagotavljajo zaščitnim napravam detekcijo okvare, na podlagi katere izklopijo.

Kratkostične tokove lahko omejujemo s povečanjem impedance omrežja.

Najpogostejša okvara v distribucijskem omrežju je enofazni zemeljski stik, ki znaša približno

60% vseh kratkih stikov, od tega pa jih je 80% prehodnega značaja.


4

1.1. Kratek stik

Do kratkega stika pride, zaradi relativno nizke impedance med dvema točkama z različnima

potencialoma. Kratke stike ločimo glede na število vodnikov, ki so vpleteni v napako.

1.1.1. Dvopolni oz. medfazni kratek sitk

Dvopolni kratek stik je posledica stika dveh faznih vodnikov. Do njih pride ob vetrovnem

vremenu, ko vodniki daljnovoda močno zanihajo in pridejo preveč blizu skupaj. Pripetijo se

tudi v primeru, ko nek predmet (žival, veje) poveže dva fazna vodnika in povzroči, da med

dotičnima fazama steče kratkostični tok. Okvara je običajno prehodna in ne povzroča škode

na omrežju, pojavi se le kratkotrajna prekinitev napajanja.

Slika 1: Dvopolni ali medfazni kratek stik.

1.1.2. Tripolni kratek stik

Pri tripolnem kratkem stiku steče največji okvarni tok, zato ga uporabimo kot merilo za

dimenzioniranje odklopne zmogljivosti zaščitnih naprav in ostalih elementov, ki v času okvare

ne smejo preseči maksimalno dopustno temperaturo.

Slika 2: Trifazni kratek stik.


5

1.2. Zemeljski kratek stik

Med najpogostejše napake na omrežjih srednje napetosti spadajo zemeljski stiki, od vseh

okvar na omrežju predstavljajo enofazni zemeljski stiki okoli 60%.

1.2.1. Enopolni zemeljski stik

Enopolni zemeljski stik je najpogostejša napaka, ki nastane tako, da se preko okvare, ki

predstavlja neko upornost, sklene prevodna pot od faznega vodnika do zemlje. Zemeljskostični

tok je manjši od dvopolnega kratkega stika, saj je upornost okvare običajno višja.

Na velikost kratkostičnega toka močno vpliva podlaga na mestu kratkega stika. Drugi

pomemben dejavnik, ki določa velikost kratkostičnega toka je način ozemljitve nevtralne točke

transformatorja. Največje kratkostične toke dobimo v primeru, ko je zvezdišče

transformatorja direktno ozemljeno, najmanjše pa v primeru izoliranega zvezdišča, takrat

tečejo le kapacitivni tokovi. Kapacitivni toki so odvisni od velikosti omrežja, večja kot je

kapacitivnost, večji je tok in posledično višja napetost dotika oz. koraka na mestu okvare. [1]

Slika 3: Enopolni zemeljski stik.


6

1.2.2. Dvopolni zemeljski stik

Slika 4: Dvopolni zemeljski stik.

1.2.3. Dvojni zemeljski stik

Dvojni zemeljski stik je kratek stik na različnih mestih omrežja in na različnih vodnikih.

Najpogosteje se pojavlja v omrežjih z neozemljenim zvezdiščem ali z zemeljskostično

kompenzacijo. Samo v omenjenih omrežjih lahko nastopi povečanje napetosti v zdravih fazah

ob enopolnem zemeljskem stiku, kar lahko posledično vodi do preskoka na še enega od

zdravih vodnikov. Pri tem tok ne more biti večji od toka pri dvopolnem kratkem stiku z zemljo

ali brez dotika zemlje.[2]

Slika 5: Dvojni zemeljski stik.


7

Največji težavi zemeljskih stikov sta njihovo odkrivanje in izklapljanje. Težava pri odkrivanju se

pojavi, ko so okvarni tokovi v rangu bremenskih, posledično jih ne moremo zaznati na enak

način kot kratkostične. Veliko raziskav se osredotoča na preučevanja obloka, ki nastane ob

stiku z zemljo. Razlog preučevanja obloka tiči v tem, da ob njegovem pojavu s v omrežju

pojavijo višjeharmonske komponente, ki jih bi zaščitni sistem zaznal. Težava, ki se pojavlja pri

takem načinu zaznavanja je preobčutljivost zaščitnih naprav, saj te ne reagirajo samo ob

nevarnih zemeljskih stikih, ampak tudi nenevarnih pojavih oz. manevrih in s tem se poslabša

zanesljivost porabnikov z električno energijo. Običajna praksa ob neuspešnem avtomatskem

ponovnem vklopu je, da alarm opozori vzdrževalce, ti pa morajo na terenu poiskati in odpraviti

napako. [1]

2. Prekinitev vodnika

Pri prekinitvi vodnika se lahko okvarni tok zaključuje preko zemlje oz. njene upornosti, kar je

podobno kot pri zemeljskem stiku. Pri radialnem napajanju transformatorja, ko pride do

prekinitve vodnika in ena faza izpade, se pojavi razlika na bremenski strani voda in napetost

faze je enaka nič. Pojavi se izrazito nesimetrično napajanje trifaznih bremen, kar najbolj

občutijo trifazni motorji, ki so eni izmed večjih porabnikov električne energije v Sloveniji. Pride

do inverznega magnetnega polja, ki izrazito zmanjša in popači navor motorja in poveča izgube.

Zaščitne naprave posledično izključijo motorje iz omrežja, saj se ti začno pregrevati in s tem bi

pospešili staranje oz. bi v končni fazi uničili izolacijo.

Prekinitev vodnika je lahko zelo nevarna v primeru, ko vodnik pod napetostjo leži na tleh,

zaščita pa ne izklopi napajanja iz zgoraj navedenih razlogov.

Slika 6: Pretrg vodnika.

Posledice okvar

1. Prenapetosti

Prenapetost je stanje, ko napetost doseže višje vrednosti od najvišjih dovoljenih v omrežju. V

distribucijskem omrežju so najbolj zaščiteni element transformatorji, saj so najdražji.

Zavarovani so s pomočjo prenapetostnih odvodnikov, ki ob dovolj velikem dvigu napetosti

odvedejo elektrino v zemljo in s tem preprečijo, da bi dvig napetosti na transformatorju


8

pripeljal do preboja izolacije. Glede na mesto nastanka delimo prenapetosti na notranje in

zunanje. [3]

1.1. Zunanje prenapetosti

Zunanje prenapetosti so tiste, ki imajo svoj izvor zunaj tokokroga, katerega izolacijo

obravnavamo. Najpogostejše so tiste, ki so posledica atmosferskih udarov ob razelektritvi

direktno v naše naprave. Lahko pa strela udari v neposredni bližini naprav in tedaj se pojavijo

v našem tokokrogu atmosferske prenapetosti bodisi zaradi induktivne povezave bodisi zaradi

velikega dviga potenciala zemlje.

1.1.1. Atmosferske prenapetosti

Najbolj značilen nastanek prenapetosti je direkten udar strele v fazni vodnik nadzemnega

voda. Takrat stečejo tokovi višine več deset ali več sto kiloamperov in povzročijo takšen dvig

potenciala vodnika proti zemlji, da izolacija voda večinoma ne zdrži. Posledično so daljnovodi

zaščiteni z zaščitno vrvjo, ki se nahaja na vrhu voda. Zaščita je učinkovita, če je kot vertikalne

premice skozi zaščitni vodnik in premice, ki seka zaščitni vodnik in fazni vodnik manjši od 30°.

Lahko pa pride, zaradi dviga potenciala stebra, do povratnega preboja s stebra nazaj na fazni

vodnik.

Na dvig potencial stebra proti faznim vodnikom, ob udaru strele, v glavnem vpliva

ozemljitvena upornost stebra. Ob izjemno hitrih pojavih in večjih višinah stebrov je potrebno

upoštevati tudi valovno upornost stebra, ki izračunamo kot:

𝑍𝑣 = √𝐿

𝐶.

Za večino pojavov zadošča preprost izračun produkta toka v stebru 𝐼 in ozemljitvene upornosti

𝑅, da izračunamo prenapetost na dozemni izolaciji voda.[3]


9

Slika 7: Udar strele v zaščitni vodnik in povratni preboj s stebra na fazni vodnik.

Poudarimo, da s stališča elektroenergetskega omrežja ni vseeno kam udari strela. Škoda se

močno razlikuje od mesta udara strele. Če strela udari direktno v fazni vodnik, to praviloma

povzroči največjo škodo, saj zelo visoka napetost uniči vse naprave v bližini, če niso kako

drugače varovane. Ob primeru preboja s stebra nazaj na fazni vodnik, pride do povišanja

napetosti v faznem vodniku in navadno zaščita odreagira, posledično pride do prekinitve

napajanja. Praviloma je okvara prehodnega tipa, včasih pa pride do uničenja kakšnega od

elementov, zaradi česar je potrebna intervencija vzdrževalca.

1.2. Notranje prenapetosti

Notranje prenapetosti praviloma niso tako visoke in trajajo dlje časa kot zunanje prenapetosti.

Delimo jih na stikalne prenapetosti in časne prenapetosti.

1.2.1. Stikalne prenapetosti

Stikalne prenapetosti nastanejo zaradi stikalnih manevrov (na primer: vklop dolgega

neobremenjenega voda, vklop voda z neobremenjenim transformatorjem na koncu, izklop

bremena na koncu dolgega voda, ponoven vklop voda (prisoten naboj od prejšnjega vklopa),

izklop kratkega stika itd.) Povedano drugače – prenapetosti se pojavijo tam, kjer vklopimo

kombinacijo kapacitivnih in induktivnih bremen. Stikalne prenapetosti so udarnega karakterja,

sledijo dvojni eksponentni krivulji, njihovo trajanje je reda milisekund.[1]

1.2.2. Časne prenapetosti

Časne prenapetosti se pojavljajo ob zemeljskih stikih in hitih razbremenitvah. Po velikosti so

najmanjše in trajajo nekaj sekund do nekaj deset sekund. Izjema po času trajanja je Ferrantijev

pojav (dvig napetosti na koncu neobremenjenega voda, ko kapacitivnost prevlada nad


10

induktivnostjo), ki traja dlje časa. Dejavniki, ki botrujejo k časnim prenapetostim sta še

resonanca in feroresonanca.

Slika 8: Ferrantijev efekt pri in dvig napetost v odvisnosti od dolžine voda.

Feroresonanca je resonančni pojav, zaradi zasičenja magnetnih jeder. Na Slika 9 vidimo, da je

napetost 𝑈𝐶 premo sorazmerna toku, napetost 𝑈𝐿 pa sledi magnetilni krivulji. Z dviganjem

napetost vira 𝐸 pridemo do nezveznosti, ko bi za povečanje toka morali zmanjšati 𝐸, tako

delovna točka skoči iz točke 1 v točko 2. V točki 2 prevlada kapacitivni karakter, saj se zamenja

fazni kot kazalca toka, medtem ko smo imeli v točki 1 induktivni karakter. Prehod iz točke 1 v

2 je povezan z nihanjem toka, kar povzroča prenapetosti.[4]

Slika 9: Feroresonanca.


11

Slika 10: Primer nastopa serijske resonance.

2. Preobremenitev

Elektroenergetska omrežja so proti preobremenitvam relativno dobro odporna, saj lahko

nekaj časa obratujejo nad svojo nazivno obremenitvijo brez trajnih poškodb. Pri toku večjem

od nazivnega se začnejo naprave počasi pregrevati, kar najbolj škodi transformatorjem. Z

nadtemperaturo se transformatorju slabi dielektrična trdnost izolacijskih materialov, kot sta

papir in olje, s tem pa se mu krajša življenjska doba. Vodniki so na preobremenitve manj

občutljivi, saj je njihova maksimalna temperatura odvisna od meje, ko se ob ohladitvi povrne

začetno stanje, brez trajnih deformacij.

Vzroki okvar Okvare v grobem delimo na zunanje in notranje.

1. Zunanji vzroki okvar

Primeri zunanjih vzrokov okvar so atmosferski vplivi (veter, strele, žled), napačne stikalne

manipulacije, onesnaženje izolatorjev itd.

2. Notranji vzroki okvar

Med notranje vzroke okvar uvrščamo delne razelektritve v trdnih izolatorjih, plinih in oljih,

nihanja napetosti kot posledica prehodnih pojavov, stikalne prenapetosti, preobremenitve,

prekompenzacije itd.

V srednjenapetostnih stikalnih napravah so notranje okvare redke, vendar ob dogodku so

posledice velike. Vzroki za njihov nastanek so poškodbe izolacije (mehanske, živa bitja),

prenapetosti, napačni posegi operativnega osebja. Efekti notranjih okvar se kažejo s pojavom

električnega obloka, kateri botruje k nastanku mehanskih in termičnih poškodb

konstrukcijskih elementov stikalne naprave ali vgrajenih stikalnih aparatov. Tovrstne okvare


12

predstavljajo veliko nevarnost za aparate in njihove uporabnike, zaradi električnega obloka, ki

privede do visokih temperatur in dimnih plinov.

Notranje okvare običajno povzročijo uničenje stikalne naprave, aparata, kar običajno privede

do dolgotrajnih izpadov in motenj v preskrbi z električno energijo. Zato je pomembno, da

stikalna naprava ohrani tehnično uporabnost.[5]

Okvare v omrežju so lahko posledica zunanjih vplivov ali pa so posledica elektroenergetskega

sistema. V obeh primerih lahko pride do prehodnih ali trajnih okvar. Vzroki za nastanek okvare

na podlagi izvora so prikazani na Slika 11.

Slika 11: Vzroki okvar v elektroenergetskem omrežju.

Potrebe porabnikov običajno narekujejo razvoj razdeljevalnega omrežja. Poudarek je na

omejevanju ali preprečevanju nastanka notranjih okvar. Stikalne naprave morajo biti stalno

razpoložljive s predpisano kakovostjo, ki je zahtevana z obliko efektivne vrednosti in frekvence

omrežne napetosti. Zahteve je možno izpolniti z vgradnjo zaščitnih naprav, ki zmanjšujejo

število prekinitev dobav električne energije. Zaradi večje uporabe kablov, večanja števila SN

izvodov v posameznih RTP pri enakem številu transformatorjev prihaja do:

večanja zemeljskostičnega toka,

približevanja dopustni vrednosti napetosti dotika,

krajša življenjske dobe delovanja zemeljskostičnih zaščit,

slabšanja relativne selektivnosti,

slabšanja kakovosti dobave električne energije.

Povzročitelji večine okvar so kratki stiki, katerih posledice so izpadi dobave električne energije,

poškodbe naprav, odstopanja od predpisane kakovosti, izguba stabilnosti

elektroenergetskega sistema.[5]


13

Glavna naloga zaščitnih naprav je proženje avtomatike. Ta omogoča prehod obratovanja iz

motenega v normalno obratovalno stanje, izolira in izloči del okvarjenega sistema ter

posreduje v sodelovanju z napravami za vodenje in nadzor podatke o času, kraju in vrsti

dogodka v distribucijski center vodenja. Zaščitni sistemi nadzemnih vodov in kablov se

razlikujejo glede na napetostne nivoje, strukturo omrežja (radialni, zaprte zanke), funkcijo

omrežja (prenos, distribucija) in glede na način ozemljitve nevtralne točke transformatorja.[5]

1. Okvare kot posledica zunanjih vplivov

1.1. Izredne vremenske razmere

Različna področja so izpostavljena različnim izjemnim vremenskim vplivom. Stebre, vodnike,

razdelilne transformatorske postaje dimenzioniramo glede na meteorološke, zgodovinske

podatke in izkušnje. Poskušamo doseči kompromis med sprejemljivimi stroški izgradnje in

dovolj visoko stopnjo zanesljivosti.

Pri prehodnih okvarah je poleg udara strele omembe vreden še dotik med faznima vodnikoma,

zaradi nihanja ob močnem vetru. Znanim problematičnim razpetinam namestimo med fazne

vodnike izolatorje, ki s svojo dolžino zagotavljajo konstanten razmak. Ti izolatorji morajo biti

daljši od tistih na katerih visijo vodniki, ker je med žicama medfazna napetost, medtem ko je

pri stebru in vodniku fazna napetost.

Vremenske nevšečnosti lahko ogrožajo tudi mehansko trdnost daljnovodnih stebrov in

vodnikov. Daljnovodi so dimenzionirani za primer obtežitve z dodatnim zimskim bremenom

kot sta sneg oz. led. V Slovenji uporabljamo najpogosteje varnostni faktor k=1,6. Z višanjem

varnostne rezerve močno naraščajo tudi stroški postavitve, zato moramo dobo premisliti kje

je optimum.[1]

1.2. Žled

Žled nastane, ko dežuje ali rosi, temperature pa so pod lediščem oziroma, ko padavine v tekoči

obliki padajo na podhlajeno podlago. Navadno pri taki temperaturi sicer sneži, vendar v

določenih vremenskih razmerah kljub temu padavine padajo v tekoči obliki. Žled oziroma

žledenje najpogosteje nastane po obdobju hladnejšega vremena ob dotoku toplejšega in

vlažnega zraka v višinah. Če so v višini padavinski oblaki nimbostratusi, iz teh oblakov

pada dež, ko pa ta prileti iz toplega zraka na hladen zrak nad nižinami, se tam hitro ohladi.

Drobne kapljice se ohladijo na temperaturo pod 0°C. Ko priletijo na zmrznjena tla ali na hladne

predmete, tam hipoma zmrznejo. Led oblije veje, debla, telefonske in električne žice ter

drogove.[6]

S pojavljanjem leda na stebrih, se njegova obtežitev povečuje in že blag sunek ga lahko spravi

iz ravnovesne lege ter se tako steber se ukrivi ali zlomi. Led se na faznih vodnikih prične

pojavljati kasneje in počasneje, saj so ti zaradi obremenitve toplejši od stebrov. V situaciji, ko

daljnovod izpade, se tudi vodniki ohladijo in led se pospešeno nalaga nanje, kar poslabša

situacijo.

Če imamo steber, ki je obremenjen blizu svoje meje, se lahko zgodi, da popusti izolatorska

veriga. Posledično vodnik pade na zemljo, vod pa zaniha, kar povzroči dodaten sunek in steber

se lahko zvije ali zlomi. Padec stebra lahko povzroči »domino efekt«, ki uniči več stebrov

zapored.

https://sl.wikipedia.org/wiki/Nimbostratus

https://sl.wikipedia.org/wiki/De%C5%BE


14

Primer hudega žledoloma je bil v Sloveniji v začetku februarja 2014. Mnogo stebrov je imelo

poškodovan prečni nosilec, na katerem visi izolator ali pa izpuljen vodnik s sponke na

izolatorju. Najhuje poškodovane trase so bile, 400 KV Beričevo-Divača, 220 kV Kleče-Divača in

110 kV daljnovod med RTP Vrhnika in RTP Cerkno. Vzdrževalci so si pri odpravljanju napak

pomagali z rezervnimi povezavami med trasami, prenapajanju iz drugih RTP-jev in s

pontonskimi stebri.

Slika 12: Zlomljen steber, zaradi žledu.

Slika 13: Posledice "Domino efekta".


15

1.3. Okvare zaradi flore in favne

Poškodbe zaredi žledu so relativno redke, pogostejše so okvare, zaradi okolice

elektroenergetskih objektov. V prvi vrsti so to drevesa, ki lahko povzročijo kratke in zemeljske

stike kot tudi prekinitve vodnikov. Klasičen primer napake je veja, ki spoji dve različni fazi.

Dokler je še veja sveža ima relativno veliko impedanco, če pade na 20 kV daljnovod ne bo

povzročila okvare v trenutku. Tok, ki bo stekel skozi veje bo na začetku premajhen, vendar se

bo z oglenenjem veje povečevala prevodnost in v nekem trenutku se bo zaščita izklopila. V

kolikor veja ne pade z vodnikov, ponovni vklop ni mogoč. V takem primeru morajo vzdrževalci

vejo fizično odstranit, kar pomeni, da je napaka trajna in povzroči daljšo prekinitev.

Na primer: ko se veja drevesa dotakne enega faznega vodnika, pride do enofaznega

zemeljskega stika preko drevesa, ki ima veliko prehodno upornost. Konvencionalna zaščita na

srednje napetostnem nivoju ne bo odreagirala, saj bo zemeljskostični tok majhen. Kljub

nemotenemu obratovanju sistema s takšnim zemeljskim stikom, se tu pojavi nevarnost za ljudi

in živali, ki se preveč približajo okvari, saj se pojavi velika napetost dotika.

Druga nevarnost je visoka temperatura obloka, ki nastane ob stiku drevesa in vodnika. Ta

lahko poškoduje ali celo stali aluminijast vodnik.

Naslednja nevarnost so živali, najpogosteje ptice, ki med pristajanjem oz. vzletanjem

povzročijo medfazni kratek stik. Naslednje mesto podvrženo kratkim stikom zaradi živali so

manjši transformatorji, ki so nameščeni na stebrih. Priključki posameznih faz srednje napetosti

so med sabo oddaljeni le nekaj 10 cm, zato lahko v tem primeru že malce večja žival povzroči

kratek stik in s tem izpad napajanja za vse uporabnike priključene na to transformatorsko

postajo.

Tovrstne težave dodobra odpravimo z rednim vzdrževanjem trase, s sekanjem dreves na

zemljiščih, ki se nahajajo pod daljnovodi, zaradi ohranjanja ustreznih varnostnih razdalj. Z

izbiro trase, ki poteka po lažje dostopnem terenu bi si olajšali zadevo, vendar se problem

pojavi ob težavnem umeščanju trse v prostor.[1]

Preprečitev in zmanjševanje okvar Način ozemljitve nevtralne točke transformatorja ima največji vpliv na velikost kratkostičnih

tokov v omrežju in velikost stacionarnih ter prehodnih prenapetosti. Posledično ima vpliv na

delovanje zaščite, segrevanje vodnikov in ozemljil ter napetost dotika pa tudi na kakovost

dobave električne energije in posredno na zamenjavo elementov celotnega

srednjenapetostnega omrežja.

Za načrtovanje in nastavljanje zaščitnih sistemov so pomembni predvsem nesimetrični kratki

stiki. Največjo vrednosti kratkostičnih tokov sicer dobimo v primeru simetričnega tripolnega

kratkega stika, vendar taka vrsta okvare nastopi relativno poredko. Ozemljitev nevtralne točke

ne vpliva na razmere ob tripolnem kratkem stiku in dvopolnem kratkem stiku brez dotika

zemlje. Zaradi tega se pri analizi osredotočamo na primere dvopolnega zemeljskega stika in

enopolnega zemeljskega stika.

Uspešnost odkrivanja mesta nastanka zemeljskega stika je odvisna od vrste ozemljitve

nevtralne točke transformatorja. Na podlagi faznih tokov, faznih napetosti, ničnih napetosti in


16

tokov (3𝑈0 in 3𝐼0) je potrebno parametrirati zaščitne naprave, ki morajo zagotavljati zanesljivo

in selektivno odpravljanje okvar.

1. Omejevanje kratkostičnih tokov

V šibkih elektroenergetskih omrežjih (EEO) se pojavljajo težave s preobremenitvami vodov, s

stabilnostjo obratovanja in zanesljivostjo napajanja. Z izgradnjo novih povezav v EEO in s

prehodom na višje napetostne nivoje omenjene težave lahko odpravimo, a se po drugi strani

pojavi težava previsokih kratkostičnih tokov. Povečanje kratkostičnih moči je mogoče

pričakovati v omrežjih, ki napajajo gosto poseljena območja.

Povečanje kratkostičnih moči je problematično, ko preseže vrednosti, za katero so

projektirana obstoječa stikališča in stikalne naprave v stikališčih. Zamenjava celotnih stikališč

bi predstavljala velik strošek, zato stremimo k rešitvam, ki temeljijo na znižanju kratkostičnih

tokov.

Prvi način omejevanja kratkostičnih tokov je t.i. topološki pristop, kar pomeni, da vzpostavimo

tako strukturo omrežja, ki onemogoča previsoke vrednosti kratkostičnih tokov. Drugi način pa

je uporaba naprav za zmanjševanje kratkostičnih tokov, ki omejujejo kratkostične toke tako,

da v omrežje dodajo določeno impedanco ali pa prekinejo določeno povezavo v EEO. [7]

1.1. Topološki način

Najbolj običajen ukrep za izbiro primerne topologije je obratovanje z ločenimi zbiralkami. V

tem primeru stikališč z dvema zbiralkama, kjer je vsak sistem napajan s svojim

transformatorjem, ne povežemo. Na ta način se kratek stik napaja preko enega samega

transformatorja in je posledično manjši. Na Slika 14 vidimo primer obratovanja s povezanima

in ločenima zbiralkama.

Slika 14: a) Obratovanje s povezanima zbiralkama, b) obratovanje z ločenima zbiralkama.

Slika 15 prikazuje časovni potek kratkostičnega toka v primeru ločenih zbiralk (𝑖1) in v primeru

povezanih zbiralk (𝑖1 + 𝑖2).


17

Slika 15: Velikost tokov za primer z ločenima in za primer s povezanima zbiralkama.

Kratkostične tokove bi tudi lahko zmanjšali s povezanimi zbiralkami, morali pa bi en

transformator izključili v stikališču, s tem bi bil v rezervi.

1.2. Dodajanje impedanc induktivnega ali ohmskega karakterja v medzbiralčne

povezave

Z vgradnjo naprav za omejevanje kratkostičnih tokov povečujemo impedanco omrežja, bodisi

stalno ali samo ob pojavu kratkega stika. Najpogosteje vgrajujemo omejevalnike kratkostičnih

tokov v medzbiralčne povezave. Dodana impedanca omrežju ima lahko induktivni karakter

(kratkostična dušilka) ali pa ohmski karakter (superprevodnik). Različen karakter dodane

impedance, pri enaki absolutni vrednosti, lahko povzroči različen vpliv na zmanjšanje

kratkostičnih tokov.

Slika 16: a) Model omrežja, b) Impedančna shema.


18

1.3. Naprave za omejevanje KS tokov

Naprave za omejevanje kratkostičnih tokov (Fault Current Limiters – FCL) delujejo tako, da

povečujejo impedanco ali pa prekinejo povezavo v določenem delu EEO. Te naprave so lahko

pasivne ali aktivne. Pasivne naprave so s svojo impedanco ves čas vključene v omrežje

(kratkostične dušilke, transformatorji s povečano kratkostično impedanco). Aktivne naprave

pa se aktivirajo ob pojavu kratkega stika (varovalke, naprave z eksplozijskim polnjenjem,

naprave s polprevodniki, naprave s superprevodniki itd.). Na Slika 17, je prikaz ukrepov in

naprav za omejevanje tokov glede na način omejevanja.[7]

Slika 17: Ukrepi in naprave za omejevanje kratkostičnih tokov.

Naprave za omejevanje kratkostičnih tokov pa imajo vpliv na delovanje zaščitnih naprav (npr.

dodatna impedanca v omrežju vpliva na distančno zaščito), zato je potrebna posebna

pozornost pri izbiri nastavitev in lokacije zaščitnih naprav. S stališča zaščitnih naprav je

običajno zaželeno, da naprave za omejitev kratkostičnih tokov prepuščajo določen tok, da ga

zaščitna naprava zazna in izklopi.

Trenutno so aktivne naprave (izvzemimo polprevodniške tehnologije, ki so zelo drage)

komercialno dostopne le za srednjenapetostni nivo do 35 kV. Za visoko napetost 110 kV in več,

so v teku raziskave in testiranja aktivnih naprav, saj se potreba po napravah na visoki napetosti

povečuje.[8] Komercialna dostopnost tovrstnih naprav bo možna po nadaljnjih testiranjih in


19

pridobivanju izkušenj, kot tudi po razvoju visokotemperaturnih superprevodnikov. Tako so za

visoke napetosti trenutno na voljo le pasivni ukrepi.

Težavo prevelikih kratkostičnih tokov v visokonapetostnih EEO z veliko koncentriranih

proizvodnih enot (toplarne in elektrarne v bližini večjih mest), rešujemo tudi z uporabo naprav

na generatorski strani omrežja, na srednjenapetostnem nivoju, za katerega obstajajo

komercialno dostopne rešitve aktivnega omejevanja kratkostičnih tokov.

Različni tipi naprav za omejevanje kratkostičnih tokov na različne načine omejijo kratkostične

tokove. Prikaz načina in velikostni razred zmanjšanja kratkostičnih tokov z uporabo različnih

naprav za omejevanje je prikazana na Slika 18.

Slika 18: Načini omejevanja in velikostni razred zmanjšanja kratkostičnih tokov.

2. Zniževanje prenapetosti

Omejevanje prenapetosti se je pričelo z uporabo zaščitnih iskrišč (elektrode v zraku), ki so bile

nastavljene na takšni razdalji, da so odreagirala pred prebojem izolacije ščitene naprave. Ta

vrsta zaščite je delovala dobro pri počasnih udarih, pri zelo strmih čelih (strmo naraščajočih

napetostih) pa je lahko udarna karakteristika iskrišča sekala karakteristiko naprave in pri zelo

kratkih časih je iskrišče odreagiralo pri višjih napetostih, kot je dovoljena napetost izolacije.

Oblok na iskriščih so lahko elektromagnetne sile prenesle na zelo neugodna mesta, in oblok je

lahko povzročil veliko škode. Iskrišča so nato vgradili v izolacijske cevi, oblok se je zadržal

pretežno v notranjosti iskrišča in iz tega je nastal cevni odvodnik.

V zadnjem času se uporabljajo odvodniki z nelinearnimi upori iz kovinskih oksidov (MOA). Za

te materiale je značilna pravokotna U-I karakteristika. Odvodni tokovi so pri MOA nizki, saj so

ob obratovalni napetosti v uporih nizke izgube. Ob izbiri odvodnikov brez iskrišča moramo

upoštevati vse napetostne obremenitve. Ob segrevanju se odvodniku karakteristika upogne


20

navzdol, kar pomeni da ima večje izgube in lahko se zgodi, da mu temperatura naraste preko

kritične točke. Prenapetostni odvodnik je danes zelo uporabljen element, zaradi visoke

kakovosti, dobrih zaščitnih karakteristik in nizke cene.[3]

Slika 19: ZnO odvodnik in njegovo delovanje ob omejevanju prenapetosti.

Statistika okvar Najprej definirajmo pomembne pojme za statistiko okvar.

Dogodek je sprememba obratovalnega stanja omrežja ali naprave, ki jo zaznajo v centru

vodenja bodisi s pomočjo javljanj ali na katerikoli drug način, ter vzpostavljanje prvotnega

normalnega stanja.

Načrtovani dogodek je namenska sprememba konfiguracije omrežja pred vzdrževalnimi deli

in po njih ali zaradi varnega opravljanja del na sosednji napravi (varnostni izklop).

Opomba: Načrtovani dogodek ima lahko za posledico motnjo ali prekinitev dobave električne

energije.

Nenačrtovani dogodek je naključna sprememba obratovalnega stanja omrežja ali naprave

zaradi okvare, ki ima za posledico motnjo ali prekinitev dobave električne energije. Po sanaciji

okvare se z vklopom napajanja vzpostavi normalno delovanje.[9]

Statistika dogodkov je zelo pomembno področje zbiranja in obdelave podatkov o dogodkih v

elektroenergetskem sistemu. Obdelava tovrstnih podatkov ima dva namena:

izračun zanesljivosti delovanja naprav,

izračun zanesljivosti napajanja odjemalcev.

Pri vzpostavitvi enotnega koncepta statistike dogodkov je ključnega pomena zbiranje

podatkov o napravah, ki dajejo odgovore na naslednja vprašanja statistike dogodkov:

Kdaj se je dogodek zgodil (čas nastanka dogodka, čas zaključka dogodka),

kje se je zgodilo (mesto dogodka),

kaj se je zgodilo (vrsta, opis dogodka),

zakaj se je zgodilo (vzrok dogodka),

kako se je zgodilo (potek dogodka).

Zajemajo se podatki po posameznih področjih in so grupirani po naslednjih skupinah:

splošna opredelitev dogodka,


21

časovna opredelitev dogodka,

mesto dogodka,

vzrok dogodka,

posledica dogodka.

Splošna in časovna opredelitev dogodkov sta razčlenjeni kot:

Slika 20: Razčlenitev splošne opredelitve dogodka.

Členitev podatkov glede na mesto dogodka:


22

Slika 21: Razčlenitev podatkov tipa mesto dogodka.

S statistiko dogodkov zajemamo podatke o napravah in načrtovanih ter nenačrtovanih

dogodkih na le-teh. Število intervencij se razlikuje po mesecih v letu. V zimskem in poletnem

času je intervencij običajno več. Pozimi zaradi snegoloma, žledu, poleti pa zaradi neviht, udara

strele, močnejših sunkov vetra.


23

1. Vrste prekinitev oskrbe z električno energijo

Za prekinitev oskrbe z električno energijo se najpogosteje uporabljata naslednji dve definiciji.

Prva možnost se osredotoča na spreminjanje napetosti na strani odjemalca. Napetost je nič ali

blizu nič, velja da je napajanje tega odjemalca prekinjeno. Druga možnost pa se osredotoča na

galvansko ločitev odjemalca od omrežja. Pri tem se spreminja stanje odklopnika, stikala.

Načrtovana prekinitev napajanja se zgodi, ko sistemski operater pravočasno obvesti

odjemalce o izklopu. S tem se lahko odjemalci pripravijo na izklop, prerazporedijo proizvodne

procese oz. prilagodijo svojo porabo ter ublažijo posledice izkopa. Te prekinitve se zgodijo

zaradi remontov, vzdrževalnih, investicijskih del in drugih procesov v omrežje. Ti izklopi so

nujni, saj zahtevajo delo v breznapetostnem stanju. Zaradi te nujnosti regulatorji, ki spremljajo

stanje zanesljivosti EES in ocenjujejo delo sistemskega operaterja, načrtovane izpade ne

uvrščajo med izpade, ki bi bili penalizirani.

Nenačrtovana prekinitev napajanja je posledica nepredvidljivih dogodkov, kot so napake na

elektroenergetskih elementih, udar strele ali nepravilno nastavljena zaščita in podobni razlogi.

Ti izpadi so nezaželeni, saj se nanje odjemalci ne morejo v naprej pripraviti. Posledično se

zaradi tega ti izpadi upoštevajo v nagrajevalno-penalizacijskih shemah, ki jih opredeljuje

zakonodaja, izvajajo pa regulatorji. Nenačrtovane prekinitve delimo na kratkotrajne in

dolgotrajne prekinitve napajanja.

Kratkotrajna prekinitev napajanja je prekinitev, ki je krajša ali enaka trem minutam.

Opombe:

o Praviloma kratkotrajno prekinitev povzroči prehodna okvara.

o V izjemnih primerih je lahko vzrok za kratkotrajno prekinitev napajanja tudi

trajna okvara (npr. v manj kot treh minutah se uspešno izvedejo manipulacije

za prenapajanje).

Dolgotrajna prekinitev napajanja je daljša od treh minut.

Opombe:

o Praviloma dolgotrajna prekinitev napajanja povzroči trajna okvara.

o V izjemnih primerih je lahko vzrok za dolgotrajno prekinitev napajanja tudi

prehodna okvara (npr. pride do daljše »regeneracije« elementov omrežja (v

trajanju več kot treh minut) po prehodni okvari!).

Trajna prekinitev napajanja je časovno obdobje, šteto od trenutka prekinitve napajanja do

vzpostavitve normalnega napajanja uporabnika.[9]

Opomba:

o Trajanje prekinitve napajanja: poročati je treba samo tiste prekinitve napajanja, pri

katerih so končni uporabniki ali distributerji ostali brez napetosti več kot 3 minute.

Merodajen je čas do popolnega (celotnega) ponovnega napajanja vseh prizadetih

končnih uporabnikov oz. distributerjev.

o Trajanje prekinitve oskrbe zajema tudi vsa vmesna popolna ponovna napajanja, ki so

trajale tri minute ali manj.

o Trajanje prekinitve napajanja je potrebno navesti v minutah.


24

V zakonodaji so določeni minimalni standardi zanesljivosti oskrbe odjemalcev, pri čemer so

določene mejne vrednosti kazalnikov, s katerimi se meri zanesljivost EES. Trenutno veljavni

zajamčeni standardi neprekinjenost napajanja so prikazani na Slika 22.

Slika 22: Zajamčeni standardi neprekinjenosti. Veljavnost od 29.2.2016.

Opredelimo še delitev glede na vzroke za nastanek prekinitve.

1.1. Tuji vzroki

Med tuje vzroke štejemo tiste vzroke, ki jih je povzročila »tretja oseba« kot npr. posek drevja

– padec drevja, zemeljska dela, napačen priklop pri uporabniku, izklop na zahtevo tretje osebe,

tuje osebe, namerna poškodba naprav (vandalizem), živali, padec letečega predmeta,

teroristično dejanje, vzdrževanje na postrojih sistemskega operaterja, okvare na postrojih

sistemskega operaterja, razpad sistema, omejitev moči, omejitev energije in ostali tuji vzroki.

V tem primeru ni operater distribucijskega omrežja odgovoren za izpad tega odjemalca in ga

opredeli kot izpad zaradi tujega vzroka. Ti izpadi se ne upoštevajo v nagrajevalno-

penalizacijskih mehanizmih oz. se pripišejo odgovornim sistemskim operaterjem.

1.2. Višja sila

Višja sila je dogodek v katerem nastopijo okoljski parametri izven mej, ki so določeni s stanjem

tehnike oziroma so bili podani v projektnih pogojih (nevihta, udar strele, vihar, sneg, led,

snežni ali zemeljski plaz, mraz, vročina, požar, vlaga, poplava, potres, padec skale ali druge

naravne nesreče pri katerih so bile razglašene krizne razmere). Višja sila je nepredvidljiv

dogodek z zgoraj navedenimi posledicami, na katerega sistemski operater ni mogel vplivati oz.

jih preprečiti. Izpadi zaradi višje sile se ne upoštevajo v nagrajevalno-penalizacijskih shemah.

1.3. Lastni vzroki

Med lastne vzroke štejemo vse tiste vzroke nastanka prekinitev, ki ne sodijo pod tuje vzroke,

kakor tudi ne pod višjo silo. Lastni vzroki so vzdrževanje (pregled, revizija, remont, obnova

(rekonstrukcija)), novogradnje, prenapajanje, preklop v normalno stanje, varnostni izklop,

slaba montaža, pomanjkljivo vzdrževanje, napačna stikalna manipulacija, slučajni dotik,

nepravilno delovanje zaščite, preobremenitev, obratovalna prenapetost, staranje, povratni

vpliv, neznan vzrok in ostali lastni vzroki.

Med lastne vzroke štejemo tudi atmosferske in elementarne, ki niso višja sila, kot so npr.

atmosferski toplotni vpliv, mraz, megla, rosa, kondenz, dež (vlaga), umazanija, korozija, ostali

atmosferski vzroki.[10] Izpadi se upoštevajo v nagrajevalno-penalizacijskih shemah, ki se

izvajajo pod okriljem regulatorja.


25

2. Kazalniki za oceno zanesljivosti elektroenergetskega sistema (EES)

Za oceno zanesljivosti EES se uporabljajo različni kazalniki, odvisno od tega, kaj točno se

ocenjuje in s kakšnim namenom. Prva delitev kazalnikov glede na obdobje, ki se obravnava:

- Kazalniki za preteklo obdobje, ki se izračunajo s pomočjo statističnih analiz.

Obravnavajo se dejanske prekinitve oskrbe z energijo za določeno preteklo obdobje.

Gre za oceno dejanske zanesljivosti EES za nazaj.

- Kazalniki za prihodnje obdobje so v bistvu ocene zanesljivosti EES za neko analizirano

obdobje v prihodnosti. Pri izračunu se uporabljajo stohastične metode, ki upoštevajo

verjetnost izpadov elementov EES, pričakovano porabo električne energije itd. Ti

kazalniki se uporabljajo pri načrtovanju EES.

Kazalniki se lahko delijo glede na svojo usmerjenost:

- porabniško usmerjeni kazalniki, upoštevajo izpade napajanja odjemalcev in sicer:

o frekvenco, pogostost, število izpadov,

o trajanje izpadov odjemalcev,

- sistemsko usmerjeni kazalniki, ki se pogosto nanašajo na razmere v določenih delih

EES ali celote:

o kazalniki za oceno zanesljivosti proizvodnje, se osredotočajo le na zanesljivost

proizvodnje električne energije vseh elektrarn, ki so priključene na EES. V

zadnjem času se veliko raziskav ukvarja z upoštevanjem razpršenih virov

energije enakovredno kot konvencionalne elektrarne. V preteklosti je bil delež

razpršenih virov energije v celotni proizvodnji zanemarljiv, nestalnost njihove

proizvodnje pa je bila nemoteča. Njihova proizvodnja se je enostavno odštela

od diagrama porabe;

o kazalniki za oceno zanesljivosti EEO, se nanašajo na zanesljivost delovanja EEO,

torej na delovanje vodov in transformatorjev kot celote;

o kazalniki za zanesljivosti EES, se nanašajo na EES kot na celoto in ne ločijo med

proizvodnjo in omrežjem.

Nadalje se lahko kazalniki delijo na fizikalno količino, ki se opazuje.

V nadaljevanju so podane matematične definicije kazalnikov, zapisane v trenutno veljavnih

aktih.[11] Opozoriti velja, da so kljub skupnim definicijam in standardom po državah določeni

kazalniki različno definirani.[12]

3. Porabniško usmerjeni kazalniki

Ti kazalniki se delijo v dve skupini. Prva skupina obravnava frekvenco, pogostost oz. število

izpadov v določenem časovnem obdobju. Druga skupina pa obravnava trajanje teh izpadov.

Kazalniki se lahko računajo za vsakega odjemalca posebej ali pa za skupno število odjemalcev.

Izračun pa temelji na analizi izpadov v opazovanem obdobju. Gre torej za kazalnike, ki

ocenjujejo dejansko zanesljivost EES v preteklem obdobju.


26

3.1. SAIDI - kazalnik povprečnega trajanja prekinitev napajanja v sistemu (System

Average Interruption Duration Index)

Je razmerje med vsoto trajanja prekinitev napajanja posameznih odjemalcev v določenem

časovnem intervalu in celotnim številom odjemalcev v sistemu za čas trajanja tega časovnega

intervala. Kazalnik povprečnega trajanja prekinitev napajanja v sistemu izračunamo:

𝑆𝐴𝐼𝐷𝐼 =∑ ∑ 𝑡𝑗𝑖 𝑖𝑗

𝑁𝑠 · 𝑇,

kjer je 𝑡𝑖𝑗 trajanje prekinitve i napajanja odjemalca j v izbranem časovnem intervalu T in 𝑁𝑠

celotno število odjemalcev. Izračunana veličina se lahko uporabi za opis kakovosti dobave

električne energije v preteklosti ali za pričakovano kakovost dobave električne energije v

prihodnosti.

Opombe:

Upoštevane so le dolgotrajne prekinitve.

Če je časovni interval izražen v letih se veličina imenuje »Povprečni letni čas

prekinitve na oskrbovanega odjemalca«.

Izraz odjemalec predstavlja končnega odjemalca in ne vmesnega

distribucijskega sistema ali podjetja.

Če se kazalnik izračunava za prenosno omrežje, se izraz odjemalec nanaša na

posamezno prevzemno-prodajno mesto.

SAIDI izražamo v minutah na odjemalca glede na obdobje opazovanja oz. poročanja (mesečno,

letno).

3.2. SAIFI – kazalnik povprečne frekvence prekinitev napajanja v sistemu (System

Average Interruption Frequency Index)

Razmerje med celotnim številom prekinitev napajanja odjemalcev v določenem časovnem

intervalu in celotnim številom odjemalcev v sistemu za čas trajanja tega časovnega intervala.

Izračunamo ga kot:

𝑆𝐴𝐼𝐹𝐼 =∑ 𝑛𝑗 𝑖

𝑁𝑠 · 𝑇,

kjer je oskrba z električno energijo v časovnem intervalu T odjemalcu j prekinjena 𝑛𝑗 krat in

predstavlja 𝑁𝑠 celotno število odjemalcev.

To veličino lahko uporabimo za opisovanje kakovosti v preteklosti ali za pričakovano kakovost

v prihodnosti.

Opomba:

Običajno so upoštevane le dolgotrajne prekinitve.

Izraz odjemalec predstavlja končnega odjemalca in ne vmesnega distribucijskega

sistema ali podjetje.

Če se kazalnik izračunava za prenosno omrežje se izraz odjemalec nanaša na

posamezno prevzemno-predajno mesto.


27

3.3. CAIDI – kazalnik povprečnega trajanja prekinitve porabnika (Customer Average

Interruption Duration Index)

Podaja povprečen čas prekinitve in se izračuna iz razmerja kazalnikov SAIDI in SAIFI po enačbi:

𝐶𝐴𝐼𝐷𝐼 =𝑆𝐴𝐼𝐷𝐼

𝑆𝐴𝐼𝐹𝐼

Kazalniki SAIDI, SAIFI, CAIDI so najpogosteje uporabljeni kazalniki v večini držav, definirani so

tudi v IEEE standardu 1366-2012.

3.4. ENS – Kazalnik nedobavljene energije (Energy Not Supplied)

Kazalnik ENS določa energijo, ki bi bila dobavljena porabnikom, če ne bi prišlo do prekinitve

napajanja, opisuje pa jo enačba:

𝐸𝑁𝑆 = ∑ 𝑃𝑖

𝑖

· 𝑟𝑖 ,

kjer je 𝑃𝑖 prekinjena moč ob prekinitvi i, 𝑟𝑖 pa je trajanje prekinitve napajanja.

4. Sistemsko usmerjeni kazalniki

Sistemsko usmerjeni kazalniki obravnavajo EES kot celoto ali pa so osredotočeni le na dele

EES, kot so proizvodnja, prenos, distribucija. V nadaljevanju predstavljeni kazalniki se

najpogosteje uporabljajo v praksi.

Prvi člen v verigi dobave električne energije so proizvodne enote. Za zanesljivo obratovanje

EES je treba zagotoviti zadovoljivo rezervo moči, kar pomeni, da mora skupna instalirana moč

elektrarn presegati konično porabo v obdobju, za katerega se načrtuje EES. Poleg moči je

bistvena tudi rezerva energije. Na primer hidroelektrarne lahko zagotavljajo zadovoljivo

količino instalirane moči, a ob slabi hidrologiji ne moremo računati na zadovoljivo količino

energije. Zaradi tega razpolagamo s kazalniki, ki so vezani na moč in na energijo posebej.

4.1. LOLE (Loss of Load Expectation) in LOLP (Loss of Load Probability)

LOLP predstavlja verjetnost izgube napajanja porabe in se izraža v procentih na leto [%/leto]

oz. izbrano časovno enoto.

LOLE pa predstavlja pričakovani izpad pokrivanja porabe in se izraža v urah ali minutah na leto

oz. izbrano časovno enoto.

Oba kazalnika se osredotočata na izpad moči. Bistveno je poudariti, da kazalnika ne temeljita

na analizi preteklih izpadov, ampak podajata oceno pričakovane stopnje zanesljivosti sistema

v prihodnosti. Izračun je sledeč:

𝐿𝑂𝐿𝐸 = ∑ 𝑝𝑗

2𝑛

𝑗=1

· 𝑡𝑗 ,


28

pri čemer privzamemo, da je v EES n agregatov, kjer ima agregat i definirano svojo instalirano

moč 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡,𝑖 , razpoložljivost 𝐴𝑖, j pa označuje enega izmed 2𝑛 možnih skupnih stanj agregatov.

Vsak agregat lahko zavzame stanje obratovanja ali stanje okvare, ko ne obratuje. Verjetnost

teh dveh stanj pa opredeljuje razpoložljivost agregata. Če je v sistemu n agregatov in če vsak

agregat lahko zavzame enega izmed teh dveh stanj, potem je skupno število vseh možnih stanj

agregatov 2𝑛.

Vsako stanje ima svojo verjetnost, tako ima stanje j v enačbi verjetnost 𝑝𝑗. Trajanje izpada

pokrivanja porabe v stanju j pa v enačbi opredeljuje 𝑡𝑗. Njegova vrednost se ne izračuna,

ampak se odčita iz urejenega diagrama porabe.

Slika 23: Urejen diagram porabe in določitev trajanja izpada pokrivanja porabe v stanju j.

Kazalnik LOLP je v bistvu pretvorba kazalnika LOLE iz izbrane časovne enote (ura, minuta, leto)

v %. [12]

Na zanesljivost EES, ko se ta ocenjuje s kazalnikoma LOLE in LOLP, vplivajo:

- Oblika dnevnega diagrama porabe, kar pomeni, da se lahko ob istem naboru elektrarn

izboljša zanesljivost EES s primernimi ukrepi na strani odjemalca;

- velikost agregatov, saj lahko skupno instalirano moč zagotovimo z več manjšimi

agregati. Izkaže se, da je s stališča zanesljivosti EES bolje imeti več manjših agregatov,

saj izpad manjšega agregata predstavlja za sitem manjšo motnjo;

- razpoložljivost agregatov, pri čemer se z boljši razpoložljivostjo dosega boljšo

zanesljivost sistema. Razpoložljivost agregatov je tesno povezana z načinom njihovega

vzdrževanja.

4.2. Kazalnik EENS za oceno zanesljivosti proizvodnje (Expected Energy Not Supplied)

EENS predstavlja pričakovano nedobavljeno energijo, torej se za razliko od LOLP in LOLE

navezuje na energijo, ne pa na moč. Tudi ta kazalnik ne temelji na statistični analizi preteklih


29

izpadov oskrbe, ampak podaja oceno pričakovane stopnje zanesljivosti sistema. Izračunamo

ga:

𝐸𝐸𝑁𝑆 = ∑ 𝑝𝑗

2𝑛

𝑗=1

· 𝑤𝑗 ,

kjer 𝑤𝑗 predstavlja nedobavljeno energijo v stanju j. Šrafirano območje na sSlika 24 prestavlja

to energijo, izračuna pa se kot:

𝑤𝑗 = ∫ (𝑃𝑢𝑑 − 𝑃𝑗)𝑑𝑡 ,𝑡𝑗

0

kjer je 𝑃𝑢𝑑 funkcija urejenega diagrama porabe, 𝑃𝑗 pa je moč obratujočih elektrarn v stanju j.

Slika 24: Urejen diagram porabe in izpadla energija v stanju j.

Kazalnik EENS se lahko tudi normira in se namesto v enoti za energijo izrazi v p.u. kot:

𝐸𝐸𝑁𝑆 =∑ 𝑝𝑗

2𝑛

𝑗=1 · 𝑤𝑗

𝑊𝑐 ,

kjer je 𝑊𝑐 celotna energija v obremenilnem diagramu.

Vprašanja in naloga VPRAŠANJA:

- Kaj vpliva na časovni potek in velikost prehodnih pojavov pri kratkem stiku (naštej 4

primere)?

Odgovor:

1. vrste kratkega stika (enofazni zemeljski stik, dvofazni zemeljski stik, dvojni zemeljski

stik, dvofazni kratek stik brez dotika z zemljo, trifazni kratek stik),

2. trenutka nastanka kratkega stik, kar vpliva na amplitudno vrednost kratkega stika,

3. oddaljenosti kratkega stika od generatorja,

4. vrste prenosnih elementov: nadzemni vodi, kabli, transformatorji.


30

- Pri kakšni ozemljitvi nevtralne točke transformatorja dobimo največje in kdaj

najmanjše kratkostične toke?

Največje kratkostične toke dobimo v primer, ko je zvezdišče transformatorja direktno

ozemljeno, najmanjše pa v primeru izoliranega zvezdišča, takrat tečejo le kapacitivni tokovi.

- Kdaj se pojavijo časne prenapetosti in kateri so dejavniki?

Časne prenapetosti se pojavljajo ob zemeljskih stikih in hitih razbremenitvah. Dejavniki, ki

botrujejo k časnim prenapetostim so Ferrantijev efekt, resonanca in feroresonanca.

- Kako omejujemo kratkostične tokove?

Prvi način omejevanja kratkostičnih tokov je t.i. topološki pristop, kar pomeni, da vzpostavimo

tako strukturo omrežja, ki onemogoča previsoke vrednosti kratkostičnih tokov. Drugi način pa

je uporaba naprav za zmanjševanje kratkostičnih tokov, ki omejujejo kratkostične toke tako,

da v omrežje dodajo določeno impedanco ali pa prekinejo določeno povezavo v EEO.

NALOGA: Izračun kratkostičnih moči z metodo reduciranih procentualnih padcev napetosti

(RPPN) za podano shemo.

GS

SN=20 MVAUN=6kVxd“=12%

SN=25 MVAUN=6/110 kVuk=14%

r=0,04 Ω/kmx=0,4 Ω/kmUN=110 kVl=200 km

Izračun procentualnih padcev napetosti za posamezne elemente:


31

REŠITEV:

- Nadomestna shema:

- transformacija omrežja:


32

- določitev začetne kratkostične moči in tokov:

- določitev kratkostičnih veličin po elementih:

o generator:

o transformator:


33

o vod:

Zaključek

Viri in literatura [1] B. Pečjak, “Analiza razmer v elektroenergetskem sistemu ob prekinitvi vodnika

Ljubljana,” Ljubljana, 2015.

[2] M. Čepin, “UNI-E-ME : Kratki stiki – teorija in izračuni,” 2011.

[3] M. Babuder, “Visokonapetostna tehnika,” 2004.

[4] B. Blažič, “Visokonapetostna tehnika,” 2018.

[5] M. Zorman, “Notranje okvare razdeljevalnega omrežja,” no. november, 2010.

[6] “Žled - Wikipedija, prosta enciklopedija.” [Online]. Available: https://sl.wikipedia.org/wiki/Žled. [Accessed: 21-Apr-2019].

[7] V. Ažbe, “Načini omejevanja kratkostični tokov 1.”

[8] H. Schmitt, “Fault current limiters report on the activities of CIGRE WG A3.16,” 2006 IEEE Power Eng. Soc. Gen. Meet., vol. 16, p. 5 pp., 2008.

[9] “Priloga 2 : neprekinjenost napajanja.”

[10] Osnovni Pojmi, “Neprekinjenost napajanja 1 1.1.”

[11] Akt o posredovanju podatkov o kakovosti oskrbe z električno energijo (Uradni list RS, št. 73/12). .

[12] M. Pantoš and D. Božič, Načrtovanje elektroenergetskega sistema, 1. Ljubljana: Založba FE, 2014.


34

Documents

Seminar pri predmetu Razdelilna in industrijska omrežjalrf.fe.uni-lj.si/e_rio/Seminarji/OkvareVOmrezju.pdf · Statistika okvar ... Seminarska naloga o okvarah v omrežju navaja najpogostejše