TRETMAN NEUTRALNE TAČKE

Jedan od najtežih inicijalnih događaja koji havarijskom režimu su kratki spojevi, odnosno zemljospojevi elektroenergetskom sistemu.Znatan uticaj na iznose napona, struja, u poremećenom stanju, tretman neutralne neutralne tačke, tačke, odnosno uzemljenje neutralne tačke elektroenergetske mreže.. Obzirom da se neutralna tačka elektroenergetske mreže može uzemljiti ili ostaviti izolovanom interesantno je još u fazi planiranja, projektovanja i izgradnje, odnosno proširenja, utvrditi kriterije za izbor tretmana neutralne tačke.

Potreban nivo investicija u elektroenergetskoj mreži definiran je:- naponskim naprezanjima i potrebnim izolacionim nivoom opreme;- strujnim naprezanjima kao rezultat povećanih struja i snaga tokom poremećenog stanja.

To znači da je neophodno poznavati struje i napone u mreži za vrijeme poremećenog režima, na što direktan utjecaj ima tretman neutralne tačke elektroenergetske mreže.Struja jednopolnog kratkog spoja u čvorištu iznosi:

I ki=3U n

Zd+Z i+Z0(1)

Neka se definira referentna struja za slučaj spoja faze sa zemljom za teoretski slučaj kada je Z0=0.

Tada je: I ref=3U n

Zd+Z i(2)

odnosno: Un=I ref3

(Z¿¿d+Zi)(3)¿

porastom nulte impedanse pojaviće se nulta komponenta napona U0, pa je:

U n=I z3

(Z¿¿d+Z i+Z0)=I z3

(Z¿¿ d+Z i)+U 0(4)¿¿

odnosno:U n−U0=I z3

(Z¿¿d+Z i)(5)¿

Stavljajući u omjer relacije (5) i (2) dobijamo:I zI ref

+U 0

U n=1

suma relativne struje poremećaja i relativnog napona nultog reda, kao posljedica poremećaja, je konstantna.Smanjenjem struje Iz dovodi do porasta U0 za isti relativni iznos I i obrnuto.Ovo znači da se uzemljenjem neutralne tačke elektroeneregtske mreže naponska naprezanja zamjenjuju sa strujnim naprezanjima.

1

Načini uzemljenja neutralne tačke biraju se prema konkretnim specifičnostima određene distributivne mreže, kako bi se zadovoljili svi neophodni tehnički kriteriji za normalan i bezbjedan pogon.Načelno, moguća su četiri rješenja

- izolovana neutralna tačka; izolovana neutralna tačka;- kompenzaciono (rezonantno) uzemljenje;- uzemljenje preko otpora;- direktno uzemljenje.

Mreža sa izoliranom neutralnom tačkomJedna od osnovnih prednosti mreže sa izoliranom neutralnom tačkom je mogućnost samogašenja struje jednofaznog zemljospoja, što omogućava samogašenje prolaznog zemljospoja. Uvjeti za samogašenje zemljospoja su složeni i ovise od više faktora

- mjesto mjesto i uzrok kvara, - brzina uspostavljanja povratnog napona,- vrijednost struje zemljospoja itd.

Neki od uvjeta samogašenja zemljospojeva, kao na primjer vlažnost, vjetar itd. su nepredvidivi i stohastičke su prirode.Da li će u mreži doći do samogašenja zemljospoja, u prvom redu, ovisi o vrijednosti struje zemljospoja..Uvjeti za gašenje struje jednofaznog zemljospoja poslije prolaska uzroka kvara znatno ovise od brzine kojom se uspostavlja napon na fazi u kvaru. Kada se struja zemljospoja prekine- “povratni napon” teži dao ponovno uspostavi uspostavi Povratni napon se uspostavlja dosta brzo i ovisi od frekvencije. Pri tome može da ima znatno veću amplitudu od amplitude nazivnog faznog napona, naročito u prvoj periodi poslije samogašenja struje, kada jednosmjerna komponenta još nije prigušena.

Povratni napon se može izračunati kao:

Gdje je: Maksimalna vrijednost povratnog napona može da bude i do dva puta veća od amplitude nazivnog napona mreže, što može da dovede do ponovnog uspostavljanja zemljospoja, a što je opet praćeno pojavom još većih prenapona.

2

Kod manjih vrijednosti struja zemljospoja, može doći do višestrukog Kod manjih vrijednosti struja zemljospoja, može doći do višestrukog uzastopnog paljenja i gašenja električnog luka na mjestu kvara, što dovodi do znatnih prenapona, kako na ispravnim fazama tako i na fazi u kvaru. Ovi prenaponi su posljedica superpozicije izmjeničnih komponenti napona normalne i povišene učestanosti (do kojih dolazi kod svakog paljenja luka) na jednosmjernu komponentu zaostalu od predhodnog gašenja luka. Zbog svog nastanka ovi prenaponi se zovu intermitirani prenaponi.Osnovne prednosti rada mreže sa izoliranom neutralnom tačkom su:

- kod prolaznih zemljospojeva dolazi do samogašenja struje zemljospoja ako ta struja previsoka;

- kod trajnih zemljospojeva moguć je nastavak rada mreže do lociranja mjesta zemljospoja, zemljospoja, odnosno moguće je plansko isključenje zemljospoja u najpovoljnijem trenutku trenutku potrošače

- utjecaj na TK vodove, usljed elektromagnetne indukcije, je zanemariv.- jednostavan pogon održavanje mreže.

Osnovni nedostaci:- kod većih struja zemljospoja ne dolazi do samogašenja struja prolaznih struja prolaznih

zemljospojeva;- ako mreža radi duže vrijeme u stanju zemljospoja, raste vjerovatnoća pojave dvostrukog

zemljospoja čije su struje po veličini bliske strujama tropolnog kvara;- stacionarni faktor prenapona je k =1,1⋅1,73 = 1,9;- unutarnji prenaponi su relativno visoki sa faktorom prenapona do k = 3; - kod malih struja zemljospoja (Iz <10 A) postoji mogućnost nastanka intermitiranih

prenapona, koji mogu biti visoki (manje vjerovatnoo u nadzemnim mrežama).Osnovne snovne prednosti prednosti mogu mogu postati postati nedostaci nedostaci..Kod većih većih struja zemljospojeva nene dolazi dodo samogašenja struja prolaznih zemljospojeva- prelaze u trajne zemljospojeve. Mogućnost trajnog rada sa zemljospojem povećava se vjerovatnoća nastanka dvostrukih zemljospojeva.

Pojava dvostrukih zemljospojevaOvu pojavu karakterišu velike struje, i do 80-90 % vrijednosti struje trofaznog k.s. Najveća struja se javlja u slučaju kada su oba mjesta kvara u blizini napojne transformatorske stanice.

3

Budući da se ove struje zatvaraju preko zemlje mogu da, na mjestu kvara, dovedu do pojave opasnih napona dodira i koraka i termički oštete dovedu do pojave opasnih napona dodira i koraka i termički oštete uzemljivače objekata mreže.

Najnepovoljnija situacija u pogledu opasnih napona dodira i koraka je u slučaju kada se jedan od zemljospojeva dogodi u transformatorskoj stanici SN/NN pošto se opasni potencijali sa uzemljivača TS mogu prenijeti u mrežu niskog napona, ako je uzemljivač TS izveden kao združeni, ili radno uzemljenje TS nije efikasno razdvojeno.Ovakva situacija je karakteristična za gradske distributivne mreže, gdje je nemoguće efikasno razdvojiti radno i zaštitno uzemljenje zbog prostora i postojanja velikog broja podzemnih metalnih instalacija.

Kolika je stvarna ugroženost mreže kod pojave dvostrukih zemljospojeva ovisi od više faktora:

- vrijednosti struje dvostrukog zemljospoja, - brzine njegovog isključenja, brzine njegovog isključenja, - vrste napojnog voda (kabel sa višim ili nižim redukcionim faktorom, vrste napojnog

voda (kabel sa višim ili nižim redukcionim faktorom, nadzemni vod), - vrste niskonaponske opreme itd

Mreža sa kompenzacionim (rezonantnim) uzemljenjemMrež sa kompenzacionim (rezonantnim) uzemljenjem zvjezdišta energetskih transformatora spojena sa zemljom preko induktivne reaktanse (u praksi poznata kao Petersenka).

4

Kada kapacitivne struje jednofaznog zemljospoja prelaze neke granične vrijednosti gubi se mogućnost samogašenja zemljospoja.

S ciljem smanjenja kapacitivnih struja zemljospoja moguće je priključiti induktivnu reaktansu između zvjezišta transformatora i zemlje. Induktivna struja kompenzira kapacitivnu struju zemljospoja..Induktivna reaktansa se podešava tako da se ostvari rezonansa između nje i dozemnog kapaciteta po fazi mreže, pa se kaže da se radi o mreži sa rezonantnim uzemljenjem.Raspodjela struje pri jednofaznom zemljospoju u fazi L1, u mreži sa kompenzacionim uzemljenjem i odgovarajući fazorski dijagram.

Kroz ispravne faze teku kapacitivne struje i struje aktivnih odvodnosti. Ovo vrijedi i za sve druge ispravne vodove mreže, koji polaze sa istih sabirnica.Kroz fazu u kvaru, u slučaju potpune kompenzacije, teče samo aktivni dio tih struja i aktivni dio struje prigušnice, koji čine struju zemljospoja. Kapacitivni dio struje zemljospoja se kompenzira sa induktivnom strujom prigušnice.

5

U slučaju nepotpune kompenzacije mogu nastupiti dva slučaja:prvi:

- kada je kapacitivna komponenta struje zemljospoja veća od induktivne komponente struje prigušnice i govori se o „potkompenzovanoj“ mreži

drugi:- kada je kapacitivna komponenta struje zemljospoja manja od induktivne i govori se

“Prekompenzovaoj“ mreži.Osnovne prednosti rada mreže sa kompenzovanim uzemljenjem su:

- ograničena je struja kroz mjesto kvara i smanjena brzina uspostavljanja povratnog napona, čime se omogućuje samogašenje većeg broja jednofaznih zemljospojeva, odnosno obezbjeđuje kontinuitet napajanja potrošača,

- pojava intermitiranih prenapona je zanemariva zbog sporog uspostavljanja povratnog napona nakon gašenja zemljospoja,

- troškovi uzemljenja su izrazito niski, zbog ograničenja struje kroz mjesto kvara,- zaštita od napona dodira je obično jednostavna,- utjecaj na telekomunikacione vodove usljed magnetne magnetne indukcije neznatan.

Osnovni nedostaci rada mreže sa rezonantno uzemljenom neutralnom tačkom su:- mogućnost pojave prenapona pri različitim manipulacijama u mreži;- potreba za podešavanjem reaktanse prigušnice, pri promjenama uklopnog stanja mreže;- otežano otkrivanje voda u kvaru zbog malih struja;- vjerovatnoća pojave dvostrukih zemljospojeva nije zanemariva;- unutarnji prenaponi su relativno visoki, kao i kod izoliranih mreža;- veći investicioni troškovi nego kod izoliranih mreža.

Uzemljenje zemljenje preko otpornosti za ograničenje struje kratkog spoja Mreža uzemljena preko niskoomske impedanse- neutralna tačka jednog jednog ili više energetskih transformatora vezana za uzemljivač sistema preko aktivne otpornosti ili impedance, određene vrijednosti čime se ograničava iznos struje jednofaznog kratkog spoja.

6

Kod spoja jedne faze sa zemljom, pojavljuje se struja jednopolnog kratkog spoja značajnog iznosa, u odnosu na struju zemljospoja, tako da je osigurana pouzdana prorada zaštite.Na osnovu eksperimentalnih istraživanja i računarskih simulacija uočene su slijedeće karakteristike mreža uzemljenih preko otpornika za ograničenje struja jednopolnih kratkih spojeva:

- uzemljenje preko otpornika bolje prigušuje unutarnje prenapone u odnosu na uzemljenje preko reaktanse,

- prijelazni otpor na mjestu zemljospoja smanjuje unutarnje prenapone,- smanjenje veličine otpornika za uzemljenje, to jest povećanje struje jednopolnog kvara

dovodi do sniženja unutarnjih prenapona,- porast opterećenja mreže smanjuje unutarnje prenapone,- povećanje pogonskog kapaciteta mreže u odnosu na nulti kapacitet mreže, djeluje u

smislu smanjenja unutarnjih prenapona,- porast dozemnog kapaciteta mreže uvjetuje porast unutarnjih prenapona

Na osnovu izloženih zaključaka evidentno je da bi sa stanovišta unutarnjih prenapona bilo poželjno ograničiti struju jednopolnog kvara na što višu vrijednost, odnosno bilo bi optimalno da se mreža direktno uzemlji.Međutim problemi izvedbe uzemljenja su takvi da uvjetuju ograničenje struje jednopolnog kvara na što niže vrijednosti. Pri tome postavlja se pitanje koja je donja granica na koju se možeograničiti struja jednopolnog kvara, a da se zadrži efikasno uzemljenje neutralne tačke.

Na osnovu analize utjecaja pojedinih parametara mreže na visinu unutarnjih prenapona, može se utvrditi sljedeći kriterij za određivanje minimalne nazivne struje otpornika za uzemljenje neutralne tačke.

gdje je:IR –– nazivna struja otpornika za uzemljenje (A),IC –– kapacitivna struja zemljospoja (A),Navedeni kriterij osigurava radni karakter struje jednopolnog kvara.Ukoliko bi se smanjio ovaj omjer struja udio kapacitivne komponente u struji jednopolnog kvara nene bi bio zanemariv, a unutarnji naponi bi donekle porasli. Tada se ne bi moglo m govoriti oo ograničenju struje kvara na vrijednost IR, niti o otpornom uzemljenju neutralne tačke.Otpornik je karakteriziran svojom nazivnom strujom,a ne otporom, što je uobičajeno u elektrodistribuciji. Navedeni uvjet lahko se može transformisati i u drugi oblik.

7

gdje je:RN –– otpornost otpornika za uzemljenje (Ω)C0 –– ukupni dozemni kapacitet (F). Ispunjavanjem prethodnog kriterija faktori unutarnjih prenapona na osnovu numeričkih proračuna ne prelaze vrijednosti k = 2,5. Međutim, uvažavajući razne povoljne utjecaje koji djeluju na sniženje unutarnjih prenapona, može se tvrditi, na osnovu dosadašnjih iskustava, da će ti prenaponi u većini slučajeva biti manji od vrijednosti k = 2.

Osnovne prednosti rada mreže uzemljene preko niskoomske impedanse su:- nema opasnosti od prenapona bilo koje vrste, omogućava duži izolacioni vijek opreme,- zbog brzog djelovanja zaštite, otklonjena je mogućnost nastanka dvofaznih

zemljospojeva,- za isključivanje jednofaznog kratkog spoja koristi se jednostavna, efikasna i selektivna

zaštita,- olakšano je otkrivanje voda u kvaru zbog velikih iznosa struja,

Osnovni nedostaci su:- pošto se isključuju svi jednofazni kratki spojevi, pa i prolazni, ne može se postići stalnost

isporuke energije potrošaču,- usljed velike struje kvara mora se napraviti dobro uzemljenje, da se ne prekorače

dozvoljene vrijednosti napona dodira,- mogući su značajni elektromagnetni utjecaji na telekomunikacione vodove,- investiciona ulaganja su veća nego kod mreže sa izoliranom neutralnom tačkom, a po

pravilu manja nego kod kompenzovanih mreža,- mreža može da radi paralelno samo sa mrežama kojima je primjenjen isti način način

uzemljenja i slične vrijednosti impedanse za uzemljenje.

Mreža sa direktno uzemljenom neutralnom tačkom

8

Mreža sa direktno uzemljenom neutralnom tačkom neutralna tačka jednog ili više energetskih transformatora neposredno direktno spojena na uzemljivač (mreža sa direktnim ili krutim uzemljenjem).Ovo se može smatrati specijalnim slučajem uzemljenja preko impedanse pri čemu je vrijednost vrijednost impedanse uzemljenja jednaka nuli.

Moguća četiri načina tretmana neutralne tačke.Opredjeljenje se donosi na osnovu konkretnih uvjeta.Ipak rješenja je moguće podijeliti koncepcijski u dvije grupe:** Izolovana neutralna tačka i u slučaju znatnih iznosa struje zemljospoja primjena kompenzacije struje zemljspoja** Uzemljena neutralna tačka, sa izvedbom uzemljenja preko impedanse za ograničenje struje jednofaznog kratkog spoja.

Prvo rješenje (Izolovana neutralna tačka)Mala strujna opterećenja i mogućnost rada mreže tokom zemljospoja, što omogućava rad potrošača koji koji ne dozvoljavaju prekide prekide u napajanju..Pojava znatnih prenapona, njihov utjecaj na potrošače i potreba odgovarajućeg izolacionog dimenzioniranja

Drugo rješenje (Uzemljena neutralna tačka sa izvedbom uzemljenja preko impedanse za ograničenje struje jednofaznog kratkog spoja).

- Mala naponska naprezanja.-Evidentni problemi u vezi ograničenja visokih vrijednosti struja jednopolnog kvara

(potreba obezbjeđenja automatskog ponovnog uklopa uklopa u nadzemnim izvedbama mreža i sistema automatskog uklopa ezervnog napajanja).

9