Prijenos i distribucija električne energije

Odgovori na pitanja:

1.Definicija, zadatak i značaj prijenosne mreže, moguće konfiguracije prijenosne mreže

Definicija: Prijenosnu mrežu u pravilu čine vodovi i postrojenja nazivnog napona 110kV i više (110,220 i 400 kV). Prijenosna mreža je zapravo onaj dio sustava koji uz izvore sudjeluje u optimiranju vođenja pogona sustava.

Zadatak: zadatak prijenosne mreže (kao i EES-a) je trajna opskrba kvalitetnom električnom energijom. Kriteriji kvalitete električne energije su:

1) frekvencija mora biti konstantna s neznatnim odstupanjima ±1%2) napon se treba kretati u strogo definiranim granicama ±10%3) trajna raspoloživost el.energije označava sposobnost EES-a da potrošač na mjestu

priključka može uzimati potrebnu količinu energije i snage

Kvaliteta el.energije mora biti sačuvana usprkos svemu i isporučena uz najnižu moguću cijenu.Prijenosna mreža ima u tome veliku ulogu jer ona povezuje različite potrošače i elektrane na različitim i udaljenim lokacijama.

Prijenosna mreža omogućuje ekonomično vođenje EES-a. (dispečiranje – raspodjela el. energije)

Značaj: Prijenosom el.energije na veće udaljenosti omogućeno je:- korištenje proizvodnje ekonomičnih udaljenih elektrana potrošačkim

sredstvima- povezivanje elektrana različitih svojstava i njihovo prilagođavanje

potrebama potrošnje- smanjenje potreba rotirajuće i hladne pričuve u elektranama u odnosu na

odvojeni rad manjih sustava- smanjenje maksimalnog opterećenja izvora povezivanjem potrošača i

potrošačkih područja različitih karakteristika

Značaj prijenosne mreže kao dijela EES-a je sudjelovanje u ostvarivanju skladnog i ekonomičnog funkcioniranja prilagođenog potrošnji.

Konfiguraciju mreže određuju i uvjetuju geografski odnosi proizvodnih i potrošačkih središta i karakteristike proizvodnje i potrošnje.

Dva osnovna oblika:

2.Prijenos istosmjernom strujom visokog napona HVDC, prednosti i nedostaci

Razvojem energetske elektronike počinje se razvijati istosmjerni prijenos visokog napona, HVDC. Temelj visokonaponskog istosmjernog prijenosa su postrojenja za pretvorbu izmjeničnog trofaznog napona u istosmjerni i obrnuto. Ta postrojenja se nazivaju pretvaračke stanice, gdje se kao pretvarači najčešće (ispravljač/izmjenjivač) koriste učinski tiristori. Osim tiristorskih pretvarača i pretvaračkih transformatora, koji su osnovna oprema, istosmjerne pretvaračke stanice sadrže i sljedeću opremu: AC filtre, DC filtre, DC prigušnice, odvodnike prenapona, prekidače, rastavljače i dr. Pretvaračke stanice mogu se povezati nadzemnim vodovima, kabelima (podvodnim kabelima) ili njihovom kombinacijom koji kao cjelina tvore sustav istosmjernog prenosa.

Istosmjerni prijenos podrazumijeva prijenos velikih snaga (od 50 do nekoliko stotina MW) pri visokom naponu (od 100kV pa na više).

Najčešće se koriste kod prijenos velike snage nadzemnim vodovima na veliku udaljenost (>500km) i kod prijenosa kabelom ispod mora na relativno velike udaljenosti (nekoliko 10aka km na više)

Prednosti:- za isti prijenosni kapacitet DC voda ima manje troškove konstrukcije u odnosu

na AC vod- zahtjeva manju izolaciju

- veći naponski nivoi prijenosa, nema izmjeničnog dijela, manji gubici (samo djelatni); manji troškovi prijenosa

- duži vodovi- manji prijenosni stupovi- zahtjevaju manje trase

Nedostaci:- potrebna nam je pretvaračka stanica (pretvorba AC/DC i DC/AC) – troškovi

izgradnje priključnih postrojenja, bitno veće nego kod AC prijenosa- za kraće vodove neisplativo- prilikom DC/AC pretvorbe pojavljuju se veći gubici u odnosu na AC

transformaciju naponskih nivoa

3.Vrste sheme prijenosa istosmjernom strujom

Veza između pretvaračkih stanica se može ostvariti na dva osnovna načina:- istosmjerni prijenos točka-točka

- istosmjerni prijenos leđa u leđa (back-to-back)

Istosmjerni prijenos može povezivati:

• elektrana – trofazna mreža

• trofazna mreža – trofazna mreža

• trofazna mreža – trofazna mreža (paralelno s AC prijenosom)

Dvije pojne točke koje povezuje DC sustav mogu biti povezane nadzemnim vodom, kabelom ili njihovom kombinacijom. Kabelski prijenosni sustavi su većinom jednopolni sa samo jednim metalnim vodičem koristeći pritom zemlju ili more kao povratni put za istosmjernu struju. Sustavi s nadzemnim vodovima su većinom dvopolni, tj. koriste dva strujna kruga i povratni put zemlju.

4.Troškovi prijenosa HVDC u odnosu na AC prijenos

Za istovjetni prijenosni kapacitet DC vod ima manje konstrukcijske troškove od AC voda:

-Kod AC sustava potreban je dvosistemski HVAC trofazni sustav sa 6 vodiča da bi se postigla pouzdanost dvopolne DC veze.-DC u odnosu na AC zahtjeva manju izolaciju na istom naponskom nivou.-Za isti vodič, DC gubici su manji što doprinosi ukupnim manjim troškovima prijenosa.-Optimizirana DC veza ima manje prijenosne stupove u odnosu na AC vezu istog prijenosnog kapaciteta.

-Trasa za AC vod istog prijenosnog kapaciteta je više od 70% šira od trase DC voda istog kapaciteta -Isplativost HVDC-a povećava se s duljinom, a smanjuje se prijenosnim kapacitetom voda.

5.Neki primjeri prijenosa HVDC, posebice skicirati prijenos AC i DC zajedno

• Itaipu, Brazil: 6,300 MW at ±600 kV DC - Dva dvopolna voda prenose el. energiju proizvedenu u 50 Hz hidroelektrani Itaipu (12600 MW) prema 60 Hz elektroenergetskom sustavu Sao Paula

• Leyte-Luzon, Filipini: 350 kV jednopolni HVDC, 440MW, 430 km nadzemnog voda, 21 km kabela ispod mora.

- Prenosi el. energiju proizvedenu u geotermalnoj elektrani od Leytea prema Luzonu- Povećava stabilnost AC sustava

• Rihand-Delhi, Indija: 1,500 MW at ±500 kV - Postavljen paralelno uz postojeći 400 kV AC dalekovod.

- 814 km dugi vod prenosi električnu energiju proizvedenu u termolelektrani na ugljen u Rihandu (3000)- Kod HVDC-a potreba za širinom trase upola je manja, smanjeni su gubici prijenosa, povećana je stabilnost sustava

• Neptune projekt: 1,000 km 1,200 MW podmorski kabeli od Nova Scotia do Bostona, grada New Yorka i prema New Jerseyju. - Prenosi električnu energiju dobivenu u plinskoj termoelektrani do New Yorka; vizualno ne narušava okoliš, njegovom izgradnjom ugašena je postojeća stara elektrana na mazut u New Yorku

- istosmjerni prijenos točka-točka

- istosmjerni prijenos leđa u leđa (back-to-back)

Istosmjerni prijenos može povezivati:

• elektrana – trofazna mreža

• trofazna mreža – trofazna mreža

• trofazna mreža – trofazna mreža (paralelno s AC prijenosom)

6.Definicija distributivne mreže, normirani naponi, odstupanje od dopuštenih vrijednosti

Distributivnu mrežu (u Hrvatskoj) čine postrojenja i vodovi nazivnog napona 35kV i niže.(U smislu vlasništva postoje vodovi i postrojenja 110kV na području Zagreba koji pripadaju Direkciji za distribuciju u okviru HEP)

Normirani naponi: 35kV, 30kV, 20kV, 10kV, 0.4kV

Distributivna mreža napaja se iz prijenosne mreže transformatorima VN/SN ali postoji i mogućnost direktnog povezivanja elektrana na distributivnu mrežu (male elektrane).

Distributivne mreže dijele se na:- srednjenaponske mreže (u Hrvatskoj naponski nivoi 10 kV, 20 kV, 30 kV i 35 kV)- niskonaponske (u Hrvatskoj naponski nivo 0.4 odnosno 0.38 kV)

Za niski i srednji napon je odstupanje ± 10 %.

7.Moguće konfiguracije–topologija distributivnih mreža, prednosti i nedostaci, način pogona

Moguće konfiguracije su: - zrakasta (z-mreža)- prstenasta (p-mreža)- mreže s potpornom točkom (t-mreže)

- linijska (l-mreža)-kombinirane prstenaste i linijske mreže (pl-mreže)- zamkasta (uzamčana)

ZRAKASTA MREŽA (z-mreža): svi srednjenaponski vodovi izlaze radijalno iz TS i nisu međusobno povezani, ne mogu jedan drugome poslužiti kao rezerva

Ako dođe do prekida napajanja jednog voda u slučaju kvara na istom, sve niskonaponske mreže napajane preko tog voda ostaju bez napona

PRSTENASTA MREŽA (p-mreža): zrakasti izvodi spojeni su razdjelnom stanicom (rasklopno mjesto); vodovi predstavljaju rezervu jedan drugome.

U normalnom pogonu, rasklopno mjesto je otvoreno, tako da mreža u stvari predstavlja zrakastu mrežu. Ako dođe do kvara na nekoj dionici jednog od izvoda, ta dionica se isklapa sa

obje strane, a rasklopno mjesto se zatvara, tako da se dio potrošača s jednog voda (oni iza mjesta kvara) napaja preko drugog voda.

MREŽE S POTPORNOM TOČKOM (T-MREŽE, ILI TP-MREŽE AKO SU UJEDNO I PRSTENASTE): imaju izdvojeno rasklopno mjesto (potpornu točku), obično vezanu dvostrukim vodom za pojnu TS, iz kojeg se onda napajaju vodovi koji mogu biti zrakasti ili prstenasti. Ovakvo rješenje je obično ekonomski uvjetovano, odnosno primjenjuje se ako je cijena izgradnje manja u odnosu na vođenje svih vodova iz trafostanice.

LINIJSKE MREŽE (L-mreže): nastaju spajanjem zrakastih vodova koji izlaze iz dvije pojne TS stanice. Normalni pogon obično podrazumijeva otvorena rasklopna mjesta. U slučaju kvara na jednoj trafostanici ili vodu, vodovi se mogu napajati iz druge TS.

KOMBINIRANE PRSTENASTE I LINIJSKE MREŽE (PL-MREŽE): nastaju od linijskih mreža spajanjem dodatnim vodom u prsten. Na taj način osigurana je dvostruka rezerva, jedna preko voda iz iste TS, a druga iz druge TS.

UZAMČANE MREŽE: svi NN izvodi razdjelne stanice povezani su galvanski, a veze prema mrežama susjednih razdjelnih stanica iskopčane su u redovitom pogonu. Naponske okolnosti bolje, gubici manji u odnosu na prstenastu mrežu.

8.Zrakasta-radijalna mreža, naponske prilike, zaštita pouzdanost, gubici

Djelovanje, gubici, zaštita i pouzdanost zrakaste-radijalne mreže ovise o iznosu napona distribucijske mreže.

Kod 10 kV(20 kV) mreža: Svi srednjenaponski vodovi izlaze radijalno iz TS i nisu međusobno povezani, što znači da ne mogu jedan drugom poslužiti kao rezerva. Ako dođe do prekida napajanja jednog voda u slučaju kvara na istom, sve niskonaponske mreže napajane preko tog voda ostaju bez napajanja. Ovdje nema nikakve pouzdanosti, jer od mjesta prekida nadalje nema druge mogućnosti za napajanjem.

Kod 35 kV(30 kV): Zrakaste (radijalne) mreže su, kao i na 10(20) kV-tnom naponskom nivou, radijalno napajane iz jedne TS 110/35 kV, kao na slici 2-6. Moguće su i neke složenije izvedbe koje omogućavaju rezervno napajanje dijela potrošača sa drugog voda/transformatora u slučaju ispada, što povećava pouzdanost.

10(20)/0.4 kV- Radijalne niskonaponske mreže su najjednostavnije i najekonomičnije, tako da se ovo rješenje najviše koristi u praksi (u Hrvatskoj gotovo isključivo).Zbog nemogućnosti rezervnog napajanja, kvar na bilo kojem mjestu u mreži izaziva prekid napajanja kompletnog izvoda na kojem se dogodio kvar.

9. Prstenasta mreža (P-mreža), naponske prilike, zaštita pouzdanost, gubici

Prstenasta mreža (P-mreža), slika 2.2. Kod prstenaste mreže, zrakasti izvodi spojeni surazdjelnom stanicom (rasklopno mjesto), pri čemu vodovi predstavljaju rezervu jedan drugom. U normalnom pogonu, rasklopno mjesto je otvoreno, tako da mreža u stvari predstavlja zrakastu mrežu. Ako dođe do kvara(ili isključenja radi održavanja) na nekoj dionici jednog od izvoda, ta dionica se isklapa sa obje strane, a rasklopno mjesto se zatvara, tako da se dio potrošača s jednog voda (oni iza mjesta kvara) napaja preko drugog voda.Rasklopnih mjesta može biti i više (npr. u svakoj TS 10(20)/0.4 kV rastavljačima na SN strani se može razdvojiti SN mreža na 2 dijela).Normalni pogon sa zatvorenim rasklopnim mjestom (dvostrano napajanje), iako je tehnički moguć i predstavlja sigurniji način napajanja, rijetko se izvodi jer iziskuje veća ulaganja u opremu ( prekidače, zaštitu) i održavanje, što čini ovu izvedbu skupom. Primjenjuje se izuzetno za napajanje potrošača koji su posebno osjetljivi na prekide napajanja.

Prstenaste mreže omogućavaju dvostruko napajanje svake TS 35/10 kV, na način da se u slučaju kvara na glavnom vodu od TS 110/35 do TS 35/10, napajanje prebaci preko rezervnog voda koji povezuje dvije TS 35/10 kV. U normalnom pogonu, rezervni vod nije u pogonu (isključen je u jednoj ili obje TS 35/10). Primjer je dan na slijedećoj slici

10. Mreža s potpornom točkom (T ili TP-mreža) naponske prilike, zaštita pouzdanost, gubici

Mreže s potpornom točkom (T-mreže ili TP mreže ako su ujedno i prstenaste (slika 2.3), imaju izdvojeno rasklopno mjesto (potpornu točku), obično vezanu dvostrukim vodom za pojnu TS, iz kojeg se onda napajaju vodovi koji mogu biti zrakasti i prstenasti. Ovakvo rješenje je obično ekonomski uvjetovano, tj primjenjuje se ako je cijena izgradnje manja u odnosu na vođenje svih vodova iz trafostanice.Druga je varijanta da se potporna točka formira kao mjesto uvođenja nove TS x/10(20) kV u budućnosti.

11. Linijske mreže (L-mreža), ) naponske prilike, zaštita pouzdanost, gubici

Linijske mreže (L-mreže), slika 2.4 nastaju spajanjem zrakastih vodova koji izlaze iz dviju pojnih stanica (trafostanica x/10(20) kV). Normalni pogon obično podrazumijeva otvorena rasklopna mjesta. U slučaju kvara na jednoj trafostanici ili vodu, vodovi se mogu napajati iz druge TS. Linijske mreže podrazumijevaju mogućnost napajanja TS 35/10 kV iz dvije različite TS 110/35 kV, uz pretpostavku rezervnog voda koji povezuje dvije TS 35/10 kV.

12. Kombinirane prstenaste i linijske mreže (PL-mreže ), naponske prilike, zaštita pouzdanost, gubici

Kombinirane prstenaste i linijske mreže (PL-mreže) prikazane na slici 2.5, nastaju od linijskih mreža spajanjem dodatnim vodom u prsten (ili obratno). Na taj način osigurana je dvostruka rezerva, jedna preko voda iz iste trafostanice, a druga preko voda iz druge trafostanice.

13. Distributivni transformator kao element mreže, potrebni podaci i ekvivalentna shema

Distributivne trafostanice su one koje povezuju srednje naponsku i niskonaponsku mrežu (SN/NN) ili dvije srednjenaponske mreže (SN/SN), a u širem smislu i one koje povezuju visokonaponsku (prijenosnu) i srednjenaponsku distributivnu mrežu (VN/SN), dok se distribucijski transformatori koriste za povezivanje naponskih nivoa u distribucijskojmreži: 35(30)/10(20) kV, 35(30)/0.4 kV, 10(20)/0.4 kV

Trafostanice SN/NN mogu biti stupne (postavljene na stupu nadzemne 10(20) kV-tne mreže) ili u građevinskom objektu («tornjić», gradske trafostanice). Mogu imati jedan ili više transformatora 10(20)/0.4 kV, te jednostavan sustav zaštite.

Nazivni podaci dvonamotnih distribucijskih transformatora su:

Un1 – nazivni napon primarnog namota - višenaponski namot (kV)Un2 – nazivni napon sekundarnog namota - niženaponski namot (kV)Un3 – nazivni napon tercijarnog namota (kV)Sn – nazivna snaga (kVA ili MVA)uk – napon kratkog spoja (%)Pk – gubici snage kratkog spoja (kW), tj gubici u namotima trafa - gubici u bakruI0 – struja praznog hoda (% nazivne struje)P0 – gubici snage praznog hoda (kW), tj. gubici u jezgri trafa uslijed histereze i vrtložnih struja - gubici u željezu

Tranformator može biti direktno uzemljen ( Z=0), neuzemljen (Z=∞), uzemljen preko radnog otpora (Z=R) ili preko induktivnog otpora (Z=jX)

14. Regulacija napona kod prijenosnih i distribucijskih transformatora

Regulacija napona na transformatoru se vrši promjenom broja zavoja obično na strani višeg napona (veći N1, manji sekundarni napon i obratno).Izmjena broja zavoja se može vršiti na dva načina:

a) pod naponom (teretom) -za transformatore prijenosnog omjera 110/X kVb) bez napona-beznaponsko stanje (za transformatore prijenosnog omjera 35/10 i

10/0.4 kV)Regulacijska preklopka može biti smještena u zvjezdištu ili u fazama. Regulacija na transformatoru može biti uzdužna ili poprečna.Automatska regulacija pod naponom izvodi se na strani višeg napona, na osnovu referentnog napona kojeg je potrebno održavati na strani nižeg napona. Napon se mjeri i uspoređuje sa željenim referentnim naponom.U slučaju dovoljnog odstupanja izmjerenog i referentnog napona, automatika djeluje na regulacijsku preklopku na VN strani transformatora.

Regulaciju prijenosnog omjera transformatora omogućava posebno izvedena primarna strana namota na fiksni i regulacijski dio. Regulacijskom preklopkom za čiji pomak daje nalog gore opisana automatika, određuje se pogonski prijenosni omjer transformatora kojim se održava referentni napon.

Transformatori 110/35/10 kV se obično izvodi u nazivnom prijenosnom omjeru 110 ± 15 ×1.5% / 36.75 /10.5 kV, sa automatskom regulacijom

Transformatori 35/10 kV se obično izvode sa prijenosnim omjerom 35/10.5 kV, sa beznaponskom regulacijom ±2×2.5%

Transformatori 10/0.4 kV se obično izvode sa prijenosnim omjerom 10/0.4 kV, sa beznaponskom regulacijom ±2×2.5%

15. Potrošač-trošilo kao element mreže, potrebni podaci i ekvivalentna shema

Pod potrošačem električne energije podrazumijeva se grupa trošila (električnih uređaja) koji su na odgovarajući način priključeni na prijenosnu ili distribucijsku mrežu, odakle uzimaju potrebnu električnu energiju za svoj rad. Potrošač u širem smislu su npr. svi krajnji potrošači u niskonaponskoj mreži koji se napajaju iz jedne trafostanice 10/0.4 kV.

Potrošači se razlikuju prema:• načinu priključka na mrežu (trofazni, dvofazni, jednofazni priključak),• naponskom nivou preko kojeg su priključeni na električnu mrežu:- velepotrošači priključeni direktno na prijenosnu mrežu,- industrijski potrošači, uslužne ustanove i ostali veći potrošači priključeni nasrednjenaponsku mrežu (10,20,35 kV),- niskonaponski potrošači (kućanstva, obrti, usluge, rasvjeta itd. 0.4kV).• tehničkim karakteristikama,• tarifama (ugovorima) po kojima plaćaju energiju (radnu i jalovu), te snagu.

Potrošači u distributivnoj mreži mogu se podijeliti na:A) Pojedinačne potrošačeB) Grupne potrošače

Pojedinačni potrošci mogu biti jednofazni ili trofazni:

Nazivni podaci potrošača su: Pn – nazivna snagacos _ – faktor snageUn – nazivni napon

Iz nazivnih podataka i trokuta snaga slijede izrazi za nazivnu struju trošila:

Un – nazivni linijski napon na koji je priključeno trošiloVn – nazivni fazni napon na koji je priključeno trošilo

Grupni potrošač predstavlja potrošač u širem smislu, kao što je grupa kućanstva, niskonaponski izvod, konzum TS 10/0.4 kV, TS 35/10 kV itd.

Osnovne vrste pojedinačnih trošila su:- termička trošila- rasvjeta- elektromotori- elektronički pretvarači

16. Dnevni dijagram opterećenja i karakteristične veličine

Dnevni dijagram opterećenja pojedinačnog ili grupe potrošača predstavlja promjenu snage nekog potrošača tijekom dana pri čemu snaga (opterećenje) u pojedinom trenutku ovisi o brojnim faktorima kao što su: struktura potrošača/trošila, dobu dana/godine, klimatski uvjetikronološki dijagram opterećenja (snage) u jednom danu.Dnevni dijagram opterećenja se najčešće odnosi na potrošnju koja je pridružena jednoj trafostanici (tj. svih potrošača koji se napajaju iz trafostanice), nekog šireg potrošačkog područja (npr. jedne županije, regije) ili EES-a u cjelini.

Ukupnu potrošenu energiju (šrafirano) tijekom dana i može se opisati izrazom: W=∫0

24

Pdt

Donji dio ograničen minimalnom radnom snagom, predstavlja konstantnu potrošenu energiju, a gornji dio predstavlja varijabilnu potrošnju koja se mijenja u toku dana. Dijagram se također može podijeliti na noćnu energiju (Wnoc) i dnevnu energiju (Wdan). Maksimalna radna snaga Pmax je ujedno i vršna snaga (Pv) za promatrani dan.

Veličine karakteristične za dnevni dijagram optrećenja su: Omjer Pmax /Pmin

Faktor opterećenja (m): m=W uk

Pmax∗T

Wuk-ukupno potrošena energija tijekom danaPmax−¿maksimalna snaga koja se pojavila na mjestuT – vrijeme (24h)

Upotrebno vrijeme (T u)

T u=W uk

Pmax

Krivulja trajanja opterećenja dobije se iz dnevnog dijagrama slaganjem snaga po veličini

17.Kompenzacija jalove snage i ekvivalentna shema elementa

-kompenzacija reaktivne snage može biti:a) za pojedinačna trošilab)grupna, tj. kompenzacija reaktivne snage dijela mreže odnosno kompenzacija potrošnje reaktivne snage koju troši više potrošača u mreži, ali i sama mreža (gubici reaktivne snage na vodovima, a posebno transformatorima)c) centralna-što se tiče mjesta ugradnje kondenzatorske baterije, najbolje/najdjelotvornije je ugraditi što bliže trošilu koje uzima iz mreže reaktivnu snagu-kondenzatorske baterije se ugrađuju u trafostanicama, i to češće na strani nižeg napona.

-kompenzacijom reaktivne snage:- smanjuju se troškovi za jalovu snagu pojedinačno kompenziranih potrošača- poboljšavaju se naponske prilike u mreži (smanjuju se padovi napona u mreži),- smanjuje se strujno opterećenje elemenata mreže,- smanjuju se gubici snage u mreži.

18. Prigušnice u mreži prijenosa i distribucije, uloga i ekvivalentna shema:

U distributivnim mrežama razlikuju se dvije vrste prigušnica.a) serijske prigušnice – koriste se za smanjenje struje kratkog spojab) paralelna prigušnica – koristi se za uzemljenje nul točke kada treba izvesti umjetno zvjezdište

19. Ekvivalentna shema aktivne mreže višeg napona:

-za proračun ekvivalentne impedancije mreže direktnog redosljeda Zmd , potrebno je poznavati snagu tropolnog kratkog spoja (SK3) u mreži na mjestu A, dok je za proračun ekvivalentne impedancije mreže nultog redosljeda potrebno poznavati još i snagu jednopolnog kratkog spoja (SK1) na mjestu A-izrazi za proračun direktne i nulte impedancije aktivne mreže su:

20. Kratki spojevi u distributivnoj mreži, vrste:

Najčešći kvarovi u elektroenergetskim mrežama su kratki spojevi. U trofaznim mrežama razlikujemo četiri vrste kratkih spojeva: a) tropolni (K3),

b) dvopolni (K2) c) jednopolni(K1), d) dvopolni kratki spoj sa istovremenim spojem sa zemljom (K2Z).

Proračun struja, snaga i napona kratkog spoja u praksi se koristi prvenstveno za- potrebe projektiranja odnosno dimenzioniranja visokonaponskih mreža i postrojenja,- potrebe udešenja zaštite

a) tropolni (K3)Tropolni kratki spoj nastaje spajanjem svih triju faza. To je jedini simetrični kratki spoj, tj. struje u svim fazama su iste. Zbog toga je dovoljno promatrati samo jednu fazu odnosno direktnu impedanciju mreže koja definira vrijednost struje kratkog spoja. S obzirom na impedanciju kvara, tropolni kratki spoj može biti:a) metalni tropolni kratki spoj, bez impedancije kvara b) tropolni kratki spoj preko impedancije kvara

b) dvopolni (K2)

Dvopolni kratki spoj (K2) nastaje kratkim spajanjem dvije faze. U slučaju dodatnog spoja jedne faze sa zemljom, naziva se dvopolni kratki spoj sa zemljom (K2Z). To je nesimetrični kratki spoj čiju vrijednost određuje direktna i inverzna impedancija mreže. Kao i tropolni kratki spoj, dvopolni može biti:a) metalni dvopolni kratki spoj, bez impedancije kvara (slika 5.3)b) dvopolni kratki spoj preko impedancije kvara (slika 5.4)

c) jednopolni(K1)

Jednopolni kvarovi su kvarovi koji nastaju spojem faznog vodiča sa zemljom ili nul vodičem ili plaštom kabela. Razlikuju se s obzirom na način uzemljenja mreže, pa mogu biti:1) jednopolni kratki spoj u uzemljenoj niskonaponskoj mreži2) jednopolni kratki spoj u srednjenaponskoj mreži uzemljenoj preko malog otpora3) zemljospoj u neuzemljenoj distributivnoj mreži

1)

U slučaju uzemljenja nul vodiča ili polaganja dodatnih traka za uzemljenje (koja se obično polaže uz kabelske vodove), struja se može zatvoriti kroz zemlju i kroz traku, kao što je prikazano na slijedećim slikama:

2)

3)

Dominantne veličine koje određuju iznos struje kvara su nulti kapaciteti vodova – kapaciteti faznih vodiča prema zemlji.

21. Metoda simetričnih komponenata komponente izrazi za struje i naponeMetoda simetričnih komponenata služi za preslikavanje nesimetričnih trofaznih mreža u tri simetrična trofazna sustava. Do nesimetričnih strujno-naponskih prilika u mreži može doći, ako:- trofazni napon napajanja nije simetričan,- impedancije i admitancije faza nisu simetrične,- opterećenja pojedinih faza su različita.Suština metode simetričnih komponenata je u tome, što se vektor napona ili struje nesimetričnog trofaznog sustava (s oznakama faza a,b,c) može izraziti kao zbroj vektora (napona ili struje) triju simetričnih sustava: nultog (s oznakom (0)), direktnog (s oznakom (1)) i inverznog (s oznakom (2)) sustava.

Transformacija struje identična je transformaciji napona.

22.Metoda simetričnih komponenata i zamjenska shema transformatora Zd, Zi, Zo

Direktna i inverzna impedancija transformatora su jednake, dok nulta ovisi o tretmanu zvjezdišta. U distribucijskim mrežama najčešće se koriste slijedećevarijante: U varijanti grupe spoja Yd ili Dy (transformatori 35/10 kV) kod kojih nije uzemljeno zvjezdište, nulta komponenta struja se ne može zatvoriti ni s jedne strane, tako da je nulta impedancija beskonačna. U varijanti grupe spoja Dyn (transformatori 35/10 kV) kod kojih je uzemljeno zvjezdište sekundara preko impedancije Zn (radni otpor R ili prigušnica jX), nulta komponenta struja se može zatvoriti sa sekundarne strane, pa je nulta impedancija jednaka zbroju direktne impedancije transformatora i impedancije za uzemljenje 3Zn gledano sa sekundara, dok je s primarne strane beskonačna. U varijanti grupe spoja Dyn (transformatori 10(20)/0.4 kV) kod kojih je direktno uzemljeno zvjezdište sekundara, nulta komponenta struja se može zatvoriti sa sekundarne strane, pa je nulta impedancija jednaka direktnoj impedanciji transformatora gledano sa sekundara, dok je s primarne stranebeskonačna. Kome bolje ide pamćenje shema, onda ovaj tekst može zanemariti i naučiti samo navedene sheme (slike 22.1-22.3)

Slika 22.1.Ekvivalentna nulta shema transformatora u grupi spoja Yd i Dy

Slika 22.2. Ekvivalentna nulta shema transformatora u grupi spoja Dyn sa zvjezdištem sekundara uzemljenim preko impedancije Zn

Slika 22.3. Ekvivalentna nulta shema transformatora u grupi spoja Dyn sa direktno uzemljenim zvjezdištem sekundara

23.Metoda simetričnih komponenata i zamjenska shema dalekovoda Zd, Zi, Zo

Direktna i inverzna impedancija su kod vodova jednake (jer su vodovi stacionarni elementi). Ako nulta impedancija nije zadana, za nadzemni vod se može uzeti da je djelatni otpor nultog sustava za 0.15 Ω/km veći od direktnog zbog povratnog puta kroz zemlju.Ovo pitanje treba jos nadopuniti.

24.Metoda simetričnih komponenata i zamjenska shema mreže višeg napona Zd, Zi, Zo

Direktna i inverzna impedancija aktivne mreže se računa na osnovu poznate snage tropolnog kratkog spoja Sk3 (MVA) na mjestu ekvivalentiranja i omjera R/X impedancije aktivne mreže, dok je za proračun nulte impedancije potrebno poznavati i snagu jednopolnog kratkogspoja:

Slika.24.1.Ekvivalentna shema aktivne (pojne) mreže

25. Direktna i nulta impedancija voda sa i bez zaštitnog užeta:

Direktna impedancija sa zaštitnim užetom:

Slika 25.1. Shema za određivanje direktne impedancije

Nulta impedancija sa zaštitnim užetom:

Slika 25.2. Shema za određivanje nulte impedancije

Sa slike je vidljivo da se struja grana na dio koji prolazi kroz zemlju i dio koji prolazi

kroz zaštitno uže.

Direktna i nulta impedancija bez zaštitnog užeta:

Stup se nalazi iznad terena prosječnog specifičnog električnog otpora tla ρ[Ωm]. Geometrija stupa predstavljena je sljedećim podacima:

dSR -udaljenost između faznih vodiča R i SdRT -udaljenost između faznih vodiča R i TdST -udaljenost između faznih vodiča S i T

Odgovarajuća direktna impedancija voda iznosi:

Odgovarajuća nulta impedancija voda iznosi:

26. Načini uzemljenja distributivne mreže 35, 20, 10 kV:

Danas je praktički cijela SN mreža 35 kV uzemljena preko malog otpora, a u toku je uzemljenje mreže 10 kV preko malog otpora (tu su veći problemi sa iznošenjem potencijala iz postrojenja u naseljenim područjima)Jedan od mogućih načina uzemljenja zvjezdišta mreže 35 kV (koja je uobičajena na području Slavonije) dan je slikom:

27. Tropolni KS u direktno uzemljenoj mreži

Slika 27.1. Tropolni KS

Simetrične komponente napona referentne faze R na mjestu kvara:

- Kako se radi o simetričnom KS, samo kroz direktnu impedanciju teče struja, simetrična komponenta napona direktnog sustava jednaka 0, pa su stezaljke K-0 kratko spojene.

Slika 27.2. Direktni, inverzni i nulti sustav pri tropolnom KS-u

Fazama teku struje: 28. Jednopolni KS u direktno uzemljenoj mreži Pojavljuje se u mrežama sa uzemljenim zvjezdištem

Slika 28.1. Jednopolni KS

Za jednofazni KS vrijedi:

Slika 28.2. Direktni, inverzni i nulti sustav pri jednopolnom KS-u

29. Zemljospoj u izoliranoj mreži, vektorska slika napona i struja

Zemljospoj je spoj faznog vodiča sa zemljom u mreži s izoliranim zvjezdištima energetskihtransformatora (zbog tog se obično ne zove kratki spoj već zemljospoj). Kod zemljospoja, dominantne veličine koje određuju iznos struje kvara su nulti kapaciteti vodova budući da se struja kvara koja protječe kroz zemlju ne može zatvoriti kroz zvjezdišta transformatora, već samo kroz nulte kapacitete vodova (kapaciteti faznih vodiča prema zemlji).

Slika 29.1. Grafički model mreže sa zemljospojem

Slika 29.2. Vektorski dijagram zemljospoja30. Zemljospoj u mreži uzemljenoj preko malog otpora, vektorska slika napona i struja

Ukoliko se zvjezdište transformatora uzemlji preko otpora čiji je otpor znatno veći od ukupneimpedancije koju čine nulti kapaciteti mreže, povećava se struja zemljospoja budući da u tom slučaju postoji još jedan povratni put struje kroz radni otpor i zvjezdište transformatora ( vidi se na slici) .

Slika 30. Jednopolni KS u mreži uzemljenoj preko malog otpora-srednjenaponske mreže (35, 20, 10 kV) se u slučaju kad kapacitivna struja zemljospoja postane prevelika uzemljuju preko malog otpora. Na taj način se povećava ukupna struja

kvara, budući da se sada struja jednopolnog kvara (jednopolnog kratkog spoja) osim kroz nulte kapacitete zdravih faza, zatvara i kroz zvjezdište transformatora, preko malog otpora.

-na ovaj se način struja zemljospoja (dozemnog kvara) može znatno smanjiti u odnosu na neposredno uzemljene mreže.31. Ovo pitanje je jednako prošlom, valjda je greška

32. Proračun pada napona na jednostrano napojenom radijalnom vodu:

Slika 32. Fazorski dijagram struja i napona i-te dionice voda

Iz fazorskog dijagrama slijedi:

Pad napona na jednostrano napajanom vodu iznosi:

33.Fazorski dijagram napona na dionici voda, izraz za pad napona

Slika 33.1 Nadomjesna shema za i-tu dionicu vodaGdje je :

Ri- radni otpor i-te dionice voda;X i- reaktancija i-te dionice voda;V i−1 ,V i -naponi na početku i na kraju i-te dionice voda (čvorovi i-1, i)I ' i- struja koja protječe i-tom dionicom voda (ukoliko je poznata djelatna i jalova snaga koja protječe i-tom dionicom voda, odgovarajuća struja dionice je :

Slika 33.2. Fazorski dijagram struja i napona i-te dionice voda

Izraz za pad napona :

- linijski napon i-tog potrošača

-linijski pad napona na i-toj dionici

Dozvoljeni pad napona na vodu se obično daje u %, kako slijedi:

- ri i x isu jedinični otpor i jedinična reaktancija

34.Dimenzioniranje presjeka vodiča prema kriteriju dopuštenog pada napona:

Pod pojmom dimenzioniranja vodova podrazumijeva se određivanje minimalnog standardnog presjeka vodiča koji osigurava:- da je struja najopterećenije dionice pri vršnom opterećenju manja od nazivne struje vodiča- da je najveći pad napona u mreži manji od dozvoljenogUkoliko je zadan dozvoljeni pad napona trofaznog voda u % (ΔU%) , tada se pomoću izraza za postotni pad napona može izračunati odgovarajući presjek voda. Dobiva se:

κ – specifična električna vodljivost materijala od kojeg je izrađen vod (pri pogonskoj temperaturi)q – površina poprečnog presjeka faznog vodiča

Ukoliko se radi o jednofaznom vodu sa “m” dionica, tada vrijede slični izrazi izvedeni za trofazni vod. Potrebno je samo u navedenim izrazima promijeniti sljedeće:

- trofazne snage Pi i Qi s odgovarajućim jednofaznim snagama Pi , Qi- linijski napon Un zamijeniti s faznim naponom Vn /2 .

35.Niskonaponske mreže TN-S i TN-C, TN-C-S sustav

S obzirom na sustav uzemljenja, niskonaponske mreže se razlikuju prema načinu uzemljenjasekundara trafostanice 10/0.4, te prema načinu uzemljenja potrošača i niskonaponskih instalacija. Moguće su varijante TN, TT i IT mreža.Prvo slovo označava uzemljenje transformatora: T-direktno uzemljeno, I-izolirano.Drugo slovo označava način uzemljenja vodljivih dijelova potrošačkih uređaja: T-direktno uzemljenje na vlastiti uzemljivač, N-uzemljenje preko nultog ili zaštitnog vodiča.Dodatne oznake u TN mrežama odnose se na nulti (N) i zaštitni (PE) vodič:S – nul vodič i zaštitni vodič u cijeloj mreži su odvojeni (pogonska struja ne teče kroz zaštitni vodič),C – nul vodič i zaštitni vodič su izvedeni kao jedan vodič kroz kojeg teče pogonska strujai struja u slučaju kvara. (Ovo objašnjenje vrijedi i za slijedeće pitanje)

Osnovno obilježje - jedna točka sustava (neutralna točka) izravno spojena sa zemljom, dohvatljivi dijelovi (kućišta) spojeni preko zaštitnog vodiča na izravno uzemljenu neutralnu točku. Kod TN mreža, kod kojih je zvjezdište pogonski uzemljeno, a vodljivi dijelovi pogonskih sredstava priključeni posredstvom zaštitnog vodiča sa zvjezdištem, primjenjuje se: - nulovanje- naponska zaštitna sklopka- strujna zaštitna sklopka. TN-S sustav - u cijeloj mreži zaštitni vodič (PE) odvojen od neutralnog vodiča (N), pogonska struja ne teče kroz zaštitni vodič. (razdvojeni neutralni i zaštitni vodič u cijeloj mreži.)TN-C-S sustav - u dijelu mreže PEN vodič ima funkciju zaštitnog i neutralnog vodiča, a u drugom dijelu mreže (blizu trošila) od zadnje razdjelne ploče, zaštitni vodič je odvojen od neutralnog vodiča. (neutralni i zaštitni vodiči sjedinjeni samo u dijelu mreže.)TN-C sustav - u cijeloj mreži sjedinjen zaštitni i neutralni vodič u jedan PEN vodič.

36. Niskonaponske mreže IT i TT sustav

TT sustav - Osnovno obilježje - neutralna točka sustava uzemljena posredstvom jednog uzemljivača, a kućišta trošila uzemljena preko drugih uzemljivača, električno neovisnih o uzemljenju neutralne točke sustava. Kod TT mreža su zvjezdište i mase pogonskih sredstava uzemljeni, ali tako da su priključeni na različite uzemljivače. Prema tome, postoji pogonsko i zaštitno uzemljenje. IT sustav- svi aktivni vodiči izolirani su od zemlje ili su u jednoj točki spojeni sa zemljom preko velike impedancije, dok se kućišta trošila uzemljuju.

37. Proračun opterećenja za kućanstva i vršno opterećenje grupe kućanstava Rusc-ova formula

Osnovni parametri koje treba poznavati kod potrošača je radna snaga i faktor snage (ili jalova snaga) koju uzimaju iz mreže. U proračunima opterećenja i padova napona u mreži, niskonaponski potrošači se uvijek modeliraju s određenim faktorom istovremenosti koji definira vršno opterećenje grupe potrošača u odnosu na zbroj vršnih opterećenja pojedinačnih potrošača. Za planiranje potrošnje i opterećenja niskonaponskih izvoda i trafostanica, obično se koriste odgovarajući normativi potrošnje, tj. vršne snage za karakteristične grupe potrošača.

Svako kućanstvo opisuju 2 parametra: Pinst- instalirana snaga kućanstva i f p- faktor potražnje koji definira vršno opterećenje jednog kućanstva.Vršno opterećenje (snaga) jednog kućanstva iznosi: Pv 1=Pinst*f p

Vršno opterećenje općenito može dosta varirati od jednog do drugog kućanstva, a prvenstveno ovisi o: standardu, lokaciji (grad/selo, klimatski uvjeti, raspoloživost ostalih energenata) , posjedovanje limitatora, itd.Budući da vršno opterećenje grupe kućanstava ne nastupa istovremeno, ono se ne računa kaoaritmetički zbroj svih vršnih opterećenja. Pretpostavi li se da na promatranom izvodu nalaze kućanstva približno jednakih karakteristika (P inst , f p ), vršno opterećenje grupe kućanstava računa se preko formule (Ruscova formula):

Gdje je : n- broj kućanstava u promatranoj grupi

- faktor istodobnosti za vrlo velik (teoretski beskonačan) broj kućanstava.Na osnovu izračunatog vršnog opterećenja grupe od n kućanstava, može se dobiti ekvivalentno opterećenje (udio) pojedinog kućanstva: P1=Pvn/n.Druga varijanta Ruscove formule:

38. Odabir snage transformatora u distribucijskoj mreži

Odabir minimalno potrebne snage transformatora računa se na osnovu vršnog opterećenja svih potrošača koji napaja TS, faktora rezerve i dopuštenog preopterećenja transformatora.Moguće je više pristupa, od kojih je najčešći slijedeći:U slučaju da ima više niskonaponskih izvoda, ukupno vršno opterećenje kućanstava određuje se pomoću Rusc-ove formule, ali računajući broj kućanstva na svim izvodima. Naime, zbrajanjem vršnih opterećenja svih izvoda ne bi bio uvažen faktor istovremenosti potrošnje kućanstava na različitim izvodima. Ukupnom vršnom opterećenju kućanstava dodaje se vršno opterećenje ostalih potrošača (sa uračunatim faktorima istodobnosti) i opterećenja izvoda javne rasvjete. Na osnovu izračunatog ukupnog vršnog opterećenja niskonaponske mreže, računa se minimalno potrebna snaga transformatora (uz pretpostavku istog faktora snage svih potrošača):

Gdje je :

- ukupno vršno opterećenje mreže

- faktor dopuštenog preopterećenja transformatora (npr. 1.4, tj. 140%)

- faktor rezerve (npr. 0.2, tj. 20% rezerve)

- prosječni faktor snage

39. Gubici snage kod transformatora

Neka je u jednoj trafostanici ugrađeno općenito N jednakih transformatora koji rade u paraleli, kao na slijedećoj slici. Nazivni podaci svih transformatora su isti : Un1, Un2, Sn, Pk , P0. Sa S je označeno ukupno prividno opterećenje trafostanice (snaga koju uzimaju potrošači).

Slika.39. Distribucijska trafostanica sa N jednakih transformatora u paraleli (lijevo) i nadomjesna shema trafostanice sa N jednakih transformatora (desno)

Na osnovu date nadomjesne sheme ,te nazivnih podataka transformatora, mogu se izračunati ukupni gubici radne snage u trafostanici sa N uključenih transformatora :

Gubici radne snage u trafostanici sastoje se od konstantnog iznosa gubitaka praznog hoda, te iznosa koji ovisi o kvadratu snage (struje) kojom je opterećena trafostanica./*Ovo pitanje se moze nadopuniti sa izvodom za snage, za one koji zele znati vise */

40. Gubici energije u distribucijskoj mreži

Gubici radne energije, npr. tijekom jedne godine, dobiju se pomoću slijedećih izraza :

Postoje dvije metode koje se uobičajeno primjenjuju za proračun gubitaka energije (odnosi se na gubitke na vodu i gubitke u bakru transformatora, budući da su gubici u željezu transformatora konstantni):a) Jednostavna metoda proračuna pomoću aproksimativnih izraza koji uzima u obzir gubitke snage pri vršnom opterećenju i upotrebno vrijeme (ili faktor opterećenja):

Gdje je :T (h) – vremenski period za koji se računaju gubici energijeWg (kWh) – gubici energije u elementu mreže za promatrani vremenski period TW (kWh) – ukupna potrošnja energije u promatranom periodu T, tj. energija koja u godinidana prođe kroz element mrežePmax (kW) – vršna snaga u promatranom periodu T, tj. maksimalna snaga koja u vremenu T protječe kroz element mrežePgmax (kW) – gubici snage u elementu mreže za vrijeme vršnog opterećenjaTu (h) – upotrebno vrijeme

m – faktor opterećenjaa – konstanta koja se u distributivnim mrežama, ovisno o obliku krivulje trajanjaopterećenja, obično kreće u granicama 0.15-0.20, a najčešće se pretpostavlja iznos 0.17

b) Točna metoda podrazumijeva poznavanje krivulje vremenske promjene snage opterećenjaelementa mreže tijekom čitavog razdoblja T. Najčešće se radi preko krivulje trajanja opterećenja upromatranom periodu koja se aproksimira sa određenim brojem konstantnih segmenata. Za svaku vrijednost opterećenja u tako aproksimiranoj krivulji vrši se proračun naponskih prilika i tokova snaga u mreži iz kojeg slijede i ukupni gubici snage u mreži. Množenjem s vremenom trajanja promatranog segmenta dobiju se gubici energije za promatrani podperiod, a zbrajanjem gubitaka energije u svim podperiodima dobiju se ukupni gubici energije za čitavi period.

41.Regulacija napona u mreži na radijalnom izvodu pri min, max i srednjem opterećenju

U distributivnim mrežama, praktički jedini način regulacije napona je promjenom prijenosnog omjera transformatora. Transformatori promjenu prijenosnog omjera mogu vršiti pod opterećenjem (kod nas samo za transformatore 110/x kV) ili u beznaponskom stanju (transformatori SN/SN ili SN/NN). Automatska regulacija prijenosnog omjera pod opterećenjem omogućava da se na sekundaru transformatora 110/x održava željeni napon (unutar određenih granica), automatskim prebacivanjem regulacijske preklopke na primaru sa ciljem održavanja željenog napona na sekundaru. Na taj način s ena sekundaru (odnosno pojnoj točki srednjenaponske mreže) održava uvijek isti napon, bez obzira na nivo potrošnje u distributivnoj mreži. Transformatorima SN/SN odnosno SN/NN, može se mijenjati prijenosni omjer ručnim prebacivanjem preklopke na željeni položaj, u beznaponskom stanju. To se obično radi za dulji vremenski period, budući da svaka promjena prijenosnog omjera zahtjeva isključenje transformatora. Osnovni ciljevi

regulacije su održavanje srednjeg napona na potrošačima tijekom određenog perioda što bliže nazivnom naponu, te smanjenje odstupanja od nazivnog napona.(Nisam sigurna da li je ovo pitanje dobro, njega trebam još provjeriti). Na pitanja odgovorili:

1-8 -Tomislav Dokoza9-16 -Mario Kovačević17-20 i 25-32- Ivana Tomić21-24 i 33-41- Milana Brnadić

Ako smatrate da određena pitanja treba nadopuniti, ispraviti ili mislite da nije točan odgovor,slobodno nam recite, otvoreni smo za sve komentare, primjedbe i sugestije :D

Nadamo se da će vam biti od pomoći :D:D