. 15. simpozijum Upravljanje i telekomunikacije u EES

Donji Milanovac, 14.-16.10.2012. godine

PRIMJENA SISTEMA ZA LOKACIJU UDARA GROMA U ELEKTROENERGETSKOM SISTEMU

BOSNE I HERCEGOVINE NA PRIMJERU PRENOSNE MREŽE OPERATIVNOG

PODRUČJA TUZLA

Razim Nuhanović, dipl. ing. el.

Elektroprenos BiH, Operativno područje Tuzla

Prof. dr. sc. Amir TokićFakultet elektrotehnike,

Univerzitet u Tuzli

Uvod

Prenosna EEM-a zauzima središnje mjesto u EES-u i služi kao poveznica elektrana i distributivne mreže, odnosno kupaca.

Broj i trajanje prekida pogona DV-a može doći zbog različitih razloga, a može imati za posljedicu smanjenu pouzdanost pogona tog dijela prenosne mreže i sigurnost napajanja šireg područja električnom energijom.

Grom je jedan od glavnih uzroka prekida rada kako u distributivnoj tako i u prenosnoj EEM-i.

Za DV-e s tipičnim dužinama od nekoliko desetina kilometara, izloženost gromovima može značajno varirati duž trase DV-a.

Praćenje i nadzor atmosferskih pražnjenja u realnom vremenu i prostoru može biti efikasno sredstvo i značajna pomoć u vođenju EES-a. U svijetu se takvi sistemi rašireno koriste i neprekidno usavršavaju već više od dvadesetak godina.

Velike razvijene zemlje su u potpunosti pokrivene s više različitih sistema za lokaciju udara groma, a oni se koriste i u susjednim zemljama (Hrvatska, Italija, Mađarska, Slovenija, i dr.).

Danas se kao imperativ nameće uvođenje takvih sistema u BiH i njihova primjena u vođenju elektroenergetskih sistema.

Uvod

Do sada, najveći prenaponi su posljedica udara groma u elektroenergetski sistem.

Atmosferski prenaponi koji se javljaju na nadzemnim vodovima mogu nastati na različite načine:

Grom može udariti u zemlju pokraj voda, pri čemu se prenaponi induciraju na vodičima.

Najčešće grom udari u zaštitno uže nadzemnog voda ili u vrh stuba, nakon čega može doći do povratnog preskoka na fazni vodič.

Najopasniji su direktni udari u fazni vodič, koji nastupaju veoma rijetko, ali su ipak mogući.

Atmosferski prenaponi

Mjerne metode u detekciji i lociranju udara groma

Mjerne metode u detekciji i lociranju udara groma

Danas se koriste razne tehnike za lociranje grmljavinskih aktivnosti na velikim područjima. Električni i/ili magnetni senzori polja u VLF, LF i VHF rasponima frekvencija mjere zračenje elektromagnetnog polja munje.

Niske frekvencije (LF, 30-300 kHz) Vrlo visoke frekvencije (VHF, 30-300 MHz)

Slika 4: Šematski prikaz zračenja munje. Povratni udar oblak-zemlja munje emitira jako LF zračenje. Nastaje lider i odskočni strimer unutar munje koja nastaje u oblaku koji proizvode

predominantno VHF zračenje. Sva pražnjenja emituju optičko zračenje.

Mjerne metode u detekciji i lociranju udara groma

OZ pražnjenja obično se detektuju detekcijom VLF/LF i razlikovanjem oblika krivulje polja koja propagiraju duž zemljine površine.

Za određivanje lokacije udara groma u realnom vremenu koriste se slijedeće metode:

• Azimutna metoda ili magnetni tragač pravca (MDF engl. „Magnetic Direction Finder“)

• Vremenska metoda ili mjerenje vremena dolaska (TOA engl. „Time of Arrival“)

• Kombinacija MDF+TOA ili IMPACT tehnologija (engl. „Improved Accuracy using Combined Technology“)

• Interferometrična metoda (VHF engl. „Very High Frequency“).

Mjerne metode u detekciji i lociranju udara groma

Glavna razlika između ovih tehnika je minimalni broj senzora potreban za određivanje lokacije udara.

Konfiguracija mreže (srednja vrijednost udaljenosti između senzora, geometrija mreže) i vrsta upotrijebljenih senzora mnogo utiču na postizanje efikasnosti detekcije i rezultat raspodjele vršne struje.

TOA metoda se temelji na mjerenju vremena dolaska događaja udara groma na tri ili više senzora koji su precizno sinhronizirani.

TOA – “Time of Arrival” metoda

Slika 5: Propagacija elektromagnetnog zračenja kroz atmosferu porijekla električnog pražnjenja munje. Vremenske razlike se koriste za lociranje izvora munje.

TOA – “Time of Arrival” metoda

Slika 6a: Metoda presjeka hiperbole Slika 6b: Primjer dvoznačne lokacijeza lociranje munja sa tri senzora presjeka hiperbola sa tri senzora

Polje zračenja munje širi se u svim smjerovima brzinom svjetlosti (3x108

m/s), a time i promatramo razlike u vremenu dolaska na senzore koji se nalaze na različitim udaljenostima od tačke udara.

Konstantna razlika u vremenu dolaska sa dvije stanice definiše hiperbolu, a sa više stanica daje više hiperbola čiji presjek definiše lokaciju udara.

LINET sistem za lokaciju udara groma

Sistem za lokaciju udara groma - LINET

LINET sistem je razvijen na Univerzitetu u Minhenu u Njemačkoj i danas broji preko 125 senzora u Evropi. Šest senzora je instalirano na području Hrvatske, dva na području Bosne i Hercegovine i dva na području Srbije.

Udaljenost između susjednih senzora iznosi oko 200 km ili manje.

LINET razlikuje OO-OZ udare ne samo prema kriteriju talasnog oblika, već i prema specifično razvijenom 3D-TOA algoritmu u centralnoj procesorskoj jedinici.

Položaj senzora LINETViše od 125 senzora u Evropi (2010.g.)

Položaj senzora LINET u Hrvatskoj, BiH i SrbijiPoložaj senzora u Hrvatskoj:

Zagreb Rijeka Split Dubrovnik Zadar i Blato (otok Korčula)

Položaj senzora u BiH:

Sanski Most i Sarajevo

Položaj senzora u Srbiji:

Beograd i Niš

Mreža LINET sastoji se od zasebnih stanica i srednje jedinice za obradu podataka. Svaka stanica sastoji se od tri komponente:

Antene za mjerenje magnetne indukcije (dva ukrštena magnetna prstena)

GPS antena

Stanični računar sa pristupom Internetu na koji se mogu spojiti antene polja i GPS antena

Slika 7: Izgled LINET senzorske antene (ortogonalni prsteni) i

GPS antene

LINET senzori

LINET senzoriSvi prijemnici u mreži su identični, koriste VLF/LF frekvencijski

opseg, i otkrivaju magnetni fluks signala munje pomoću dviju, međusobno okomito postavljenih petlji.

LINET može detektovati VLF/LF impulse do približno 2 kA. Amplitude struje udara groma variraju u velikom rasponu dostižući i nekoliko 100 kA.

Korištenjem TOA metoda, danas je postignuto da srednja tačnost iznosi aproksimativno 150 m.

Za određivanje lokacije udara potrebni su podaci sa najmanje 4 senzora.

Podaci o atmosferskim pražnjenjima koji su raspoloživi klijentima su:

Datum i vrijeme pražnjenja (UTC, 100 ns rezolucija) Geografska širina i dužina (GPS koordinate) Amplituda struje pražnjenja (rezolucija 0.1 kA) Tip pražnjenja (OO, OZ) Visina za pražnjenja tipa OO 2D statistička greška u određivanju lokacije pražnjenja (m)

Arhiviranje izmjerenih podataka

Mogućnosti primjene sistema za lokaciju udara groma u elektroprenosnom sistemu Bosne i Hercegovine na

primjeru sistema LINET

U radu su korišteni podaci registrovanih ispada 400, 220, 110 i 35 kV DV-a tekuće evidencije zastoja DV-a DC OP Tuzla u periodu od 01.01.2009. do 31.05.2012. godine.

Analizom ispada DV-a izdvojeni su DV-i čiji je uzrok ispada prethodno bio označen kao “uzrok nepoznat” ili kod kojih je pretpostavljeno da bi uzrok ispada mogao biti udar groma.

Pristup bazi podataka LINET sistema ostvaren je u saradnji sa Fakultetom elektrotehnike i računarstva u Zagrebu.

Korelacija ispada DV-a sa podacima udara groma

Korelacija ispada DV-a sa podacima udara groma

Za navedene DV-e unosom GPS koordinata stubova u LINET sistem, iz LINET baze podataka dobiveni su podaci o udarima groma: trenutku kvara, struji, polaritetu i mjestu nastanka kvara.

Pretragom je nađena korelacija između vremena registracije udara groma zabilježenog na LINET sistemu i vremena ispada DV-a zabilježenog na SCADA sistemu.

Analizom je nađeno da je najveći broj ispada nastalih kao posljedica udara groma zabilježen na slijedećim DV-ima: DV 400 kV Tuzla 4 – Sarajevo, DV 220 kV Tuzla 4 – Kakanj, DV 110 kV Vlasenica – Srebrenica (Zvornik) i DV 35 kV Dubrave –Odlagalište.

Korelacija podataka LINET i SCADA sistema u DC OP Tuzla za DV 400 kV Tuzla 4 – Sarajevo:

Korelacija podataka LINET i SCADA sistema u DC OP Tuzla za DV 35 kV Dubrave - Odlagalište:

Kada nisu dostupni podaci sa sistema za lokaciju udara groma, postoje razne jednačine za procjenu gustine udara groma u tlo (Ng).

Gustina udara groma u tlo (Ng) se definiše kao broj udara po km2 na godinu. Prosječna gustina udara u tlo tada iznosi:

n– broj zabilježenih udara,A – površina trase voda,t – vrijeme u godinama.

Kada su podaci iz sistema za lokaciju udara groma (LLS) dostupni, prosječna gustina udara u tlo može se izračunati iz statističke analize podataka prikupljenih tokom razdoblja od nekoliko godina.

godkmudaratAnNg // 2

Izračunavanje gustina udara groma

Naziv Napon [kV] Duljina [km] Površina zone [km2]

Kladanj-Vlasenica 110 22,088 47,242

Dubrave-Odlagalište 35 5,109 10,820Sarajevo-Tuzla 400 88,024 178,773

Kakanj-Ljubače 220 65,687 134,310

Broj udara GustoćaKladanj-Vlasenica Ukupno 1921 13,554

CG 1766 12,461IC 155 1,094

CG+ 443 3,126CG- 1323 9,335

Kakanj-Ljubače Ukupno 5545 13,762CG 4996 12,399IC 549 1,363

CG+ 1295 3,214CG- 3701 9,185

Dubrave-Odlagalište Ukupno 786 24,214CG 713 21,965IC 73 2,249

CG+ 170 5,237CG- 543 16,728

Sarajevo-Tuzla Ukupno 6836 12,746CG 6042 11,266IC 794 1,480

CG+ 1414 2,636CG- 4628 8,629

[N/(km2*god)]

Tabela 2: Broj udara groma +/- 1 km i gustina udara groma (udari po km-2 godina-1 ) za pojedine DV-e u BiH za period 2009.- 2011. godine:

Nisko rezolucijska karta gustine udara groma [udari po km-2godina-1] tipa OZ za period od 2009. – 2011. godine za područje BiH:

Visokorezolucijske karte gustine udara groma, sa rezolucijom 100x100 m, koriste se u naprednoj analizi i predstavljaju izraz vjerovatnoće udara groma duž određenog DV-a.

Poznavajući koji su DV-i više izloženi udaru groma, predstavlja napredak u procesu odlučivanja jer daje bolji uvid u to koja je stvarna izloženost DV-a udaru groma.

Upotreba visokorezolucijskih karti omogućava EES-ima da smanji broj prekida primjenom mjera zaštite na najizloženije dijelove DV-a, npr. tamo gdje je najgušća gustina udara.

Upotrebom ovog inovativnog pristupa može se postići bolje funkcionisanje DV-a uz minimalne investicije.

Izračunavanje gustina udara groma

S obzirom da je u navedenim trasama DV-a u istom periodu zabilježena najveća gustina udara groma u zemlju, i najveći broj ispada kao posljedica udara groma, analiza je pokazala da navedeni DV-i zauzimaju specifičan položaj u zoni intenzivnih pražnjenja, čime se ukazuje na značajnu smanjenost pouzdanosti i sigurnosti tog dijela EEM-e.

Prema preporukama struke, tehnički i ekonomski najpovoljnije rješenje za poboljšanje zaštite DV-a od atmosferskih pražnjenja danas se preporučuje ugradnja linijskih OP-a na DV-ima, obzirom da ni jedan od navedenih DV-a nema takvu vrstu zaštite.

Izračunavanje gustina udara groma

13.8.2010.00h – 24h* 1h period

Detektirano 526 757atmosferskih pražnjenja

Zaključak

Zaključak

Primjena LINET sistema u EES-u omogućila bi slijedeće:

• Procjenu izloženosti udarima gromova na DV-ima i TS-ama, kao i tačno obilježavanje mjesta udara, što bi omogućilo formiranje alarmnih zona u EEM-i.

• Određivanje najugroženije trase DV-a, te bi se iznašli načini njihove zaštite od groma.

• Prilikom izgradnje novih TS-a i izbora trase DV-a, uvažavao bi se i rizik ispada budućeg voda s obzirom na broj grmljavinskih dana u predviđenoj trasi.

• Omogućilo bi se predviđanje i najavljivanje kretanja grmljavinskih aktivnosti, te s obzirom na to preduzele preventivne mjere u alarmnim zonama.

Zaključak

Njihovim povezivanjem sa sistemima za nadzor i upravljanje EES-a (SCADA sistem), GIS podacima i sa relejnim zaštitama, otvara se mogućnost da se u realnom vremenu mogu korelirati podaci o kvarovima u EES-u i podaci o atmosferskim pražnjenjima. To bi u znatnoj mjeri olakšalo vođenje i upravljanje EES-a.

Prilikom projektovanja novih TS-a i izbora trase dalekovoda, korisno je uzeti u obzir rizik ispada budućeg voda s obzirom na kartu gustoće udara.

Prije svega treba izbjeći da na karti Evrope EES-i kojima upravljamo ne ostanu u “sivoj zoni” u praćenju grmljavinske aktivnosti, ako se zna da se danas velika većina zemalja povezuje na ovom zadatku.

HVALA NA PAŽNJI!

1. Koliko vremena protekne u sistemu LINET od momenta detekcije udara groma do momenta upisa podataka u centralnu bazu podataka, tj. do momenta kada je podatak raspoloživ za ostale korisnike?

2. Kakva je, po mišljenju autora, upotrebljivost ovog sistema za potrebe operativnog upravljanja EES-a?

3. Prema saznanjima autora, da li je negdje u Evropi sistem LINET integrisan sa SCADA/EMS sistemom u konkretnim DC?

4. Da li postoje praktična iskustva u korišćenju ovog sistema (u realnom vremenu) u BiH?

Pitanja za diskusiju: