Upload
others
View
51
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Smetanova ulica 17
2000 Maribor, Slovenija
Tomaž Sotlar
VPLIV GENERATORJA NA KRATKOSTI ČNE RAZMERE V DISTRIBUCIJSKEM OMREŽJU
Magistrsko delo
Maribor, julij 2016
VPLIV GENERATORJA NA KRATKOSTI ČNE RAZMERE V DISTRIBUCIJSKEM OMREŽJU
Magistrsko delo
Študent: Tomaž Sotlar
Študijski program: Elektrotehnika
Mentor: red. prof. dr. Jože Pihler
Somentor v gospodarski družbi: dr. Miran Rošer
Lektoriranje: Lucija Mestnik, prof. slov.
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju, red. prof. dr. Jožetu
Pihlerju, za pomoč in vodenje pri opravljanju
podiplomskega študija in pisanju magistrskega dela.
Posebna zahvala velja somentorju v podjetju
dr. Miranu Rošerju, ki je s svojo pozitivno energijo in
nesebično pomočjo pomagal pri iskanju rešitev in s
svojim znanjem ter z izkušnjami prispeval koristne
nasvete.
Zahvaljujem se tudi svoji družini, da me vedno
podpira pri doseganju mojih ciljev.
Vpliv generatorja na kratkosti čne razmere v distribucijskem omrežju
Klju čne besede: generator, distribucijsko omrežje, kratki stik, programsko orodje DMS
UDK: 621.313.322:621.3.064.1(043.2).
Povzetek
V magistrskem delu je prikazan vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem
omrežju. Namen je ugotoviti vpliv sinhronskega generatorja na kratkostične toke, ki so na
mestu priključitve izhodiščni podatek za projektiranje in dimenzioniranje posameznih
elementov omrežja. Kratkostični tokovi so v točki kratkega stika določeni s pomočjo
programskega orodja DMS, ki je razvito za analizo realnih razmer v omrežju in med drugim
omogoča tudi izračune parametrov vseh vrst kratkih stikov. Potrditev modela in točnosti
izračunanih parametrov kratkega stika s programskim orodjem DMS je izvedena s primerjavo
rezultatov programskega orodja z rezultati dejanskih meritev in z rezultati simulacije v
programskem paketu Matlab. Analiza vpliva generatorja na kratkostične toke v
distribucijskem omrežju je izvedena v točki blizu generatorja in v točki daleč od generatorja.
Ugotovljeno povečanje kratkostičnih tokov zaradi vgradnje generatorjev v distribucijsko
omrežje je potrebno upoštevati pri projektiranju in dimenzioniranju distribucijskega omrežja.
Influence of generator on short-circuit conditions in the distribution network
Key words: generator, distribution network, short-circuit, DMS Software
UDK: 621.313.322:621.3.064.1(043.2).
Abstract
In the master's degree thesis the influence of the generator at short-circuit current within the
distribution network is shown. The aim is to determine the impact of synchronous generator
on short-circuit currents that are, at the connection point, the starting points for planning and
dimensioning of individual elements of the network. Short-circuit currents are determined by
a particular software tool DMS at the point of short circuit. It is developed for analysis of the
real situations in the network and it also provides the calculations of parameters of all types
of short circuits. The confirmation of the model and the accuracy of the calculated parameters
of short-circuit with DMS tools is carried out by comparing the results of the DMS software
tool with the results of actual measurements and the results of the simulations in Matlab. The
analysis of the influence of the generator on short-circuit currents within distribution network
is carried out at a point close to the generator and at a point far from the generator. The
findings show that the increase in short-circuit currents due to the installation of generators
to the distribution network must be taken into account while planning and dimensioning the
distribution network.
I
KAZALO
1 UVOD .............................................................................................................................. 1
1.1 Cilji in teze magistrskega dela ............................................................................... 2
1.2 Predstavitev po poglavjih ...................................................................................... 2
2 DIMENZIONIRANJE DISTRIBUCIJSKEGA OMREŽJA ........ ................................ 4
2.1 Splošno o dimenzioniranju elementov distribucijskega omrežja ................................. 4
2.2 Splošno o kratkih stikih .............................................................................................. 8
3 IZRAČUN STACIONARNIH VELI ČIN DISTRIBUCIJSKEGA OMREŽJA V
PROGRAMSKEM ORODJU DMS................................................................................ 23
3.1 Programsko orodje DMS .......................................................................................... 23
3.2 Model distribucijskega omrežja v programskem orodju DMS .................................. 34
3.3 Rezultati izračuna programskega orodja DMS .......................................................... 37
4 ANALIZA DISTRIBUCIJSKEGA OMREŽJA S POMO ČJO SIMULACIJE V
PROGRAMSKEM PAKETU MATLAB ....................................................................... 39
4.1 Model distribucijskega omrežja v programskem paketu Matlab ............................... 39
4.2 Rezultati simulacije programskega paketa Matlab .................................................... 57
5 MERITVE V OBRAVNAVANEM OMREŽJU .................. ........................................ 60
5.1 Shema obravnavanega distribucijskega omrežja ....................................................... 60
5.2 Rezultati meritev ...................................................................................................... 62
6 POTRDITEV IZRA ČUNOV S SIMULACIJO IN Z MERITVAMI .................. ....... 67
6.1 Primerjava rezultatov z izvedenimi meritvami.......................................................... 67
7 ANALIZA VPLIVA GENERATORJA NA KRATKOSTI ČNE RAZMERE V
DISTRIBUCIJSKEM OMREŽJU.................................................................................. 73
7.1 Model dejanskega distribucijskega omrežja ............................................................. 75
7.2 Analiza kratkega stika blizu generatorja ................................................................... 82
7.3 ANALIZA KRATKEGA STIKA DALE Č OD GENERATORJA .......................... 84
II
8 SKLEP .......................................................................................................................... 86
8.1 Potrditev tez ............................................................................................................. 87
LITERATURA ................................................................................................................ 89
DODATEK A: IZRA ČUN PARAMETROV ELEMENTOV V MATLAB .................. 92
A.1 Transformator 110/20 kV v RTP 110/20 kV Trnovlje ............................................. 92
A.2 Transformator 20/10 kV v TP Merksha ................................................................... 96
A.3 Sinhronski generator v TP Merksha ........................................................................ 99
A.4 Model trifaznega voda ............................................................................................ 100
DODATEK B: BIOGRAFIJA ....................................................................................... 103
B.1 Naslov .................................................................................................................... 103
B.2 Šolanje ................................................................................................................... 103
DODATEK C: BIBLIOGRAFIJA ................................................................................. 103
III
KAZALO SLIK
SLIKA 2.1: Enostransko napajan KS....................................................................................... 5
SLIKA 2.2: Dvostransko napajan KS ...................................................................................... 6
SLIKA 2.3: Časovni potek kratkostičnega toka za KS blizu generatorja .................................. 8
SLIKA 2.4: Komponente kratkostičnega toka ........................................................................ 10
SLIKA 2.5: Časovni potek kratkostičnega toka za KS daleč od generatorja ........................... 12
SLIKA 2.6: Shema in nadomestna vezava simetričnih komponent ob 1f KS .......................... 13
SLIKA 2.7: Komponente toka in napetosti pri 1f KS ............................................................. 15
SLIKA 2.8: Shema in nadomestna vezava simetričnih komponent ob 2f KS .......................... 15
SLIKA 2.9: Komponente toka in napetosti pri 2f KS ............................................................. 17
SLIKA 2.10: Shema in nadomestna vezava simetričnih komponent ob 2f KS+Z ................... 18
SLIKA 2.11: Komponente toka in napetosti pri 2f KS+Z ...................................................... 20
SLIKA 2.12: Shema in nadomestna vezava simetričnih komponent ob 3f KS ........................ 20
SLIKA 2.13: Komponente toka pri 3f KS .............................................................................. 22
SLIKA 3.1: Geografski pogled programske opreme DMS ..................................................... 23
SLIKA 3.2: Shematski pogled programske opreme DMS ...................................................... 24
SLIKA 3.3: DMD uporabniški vmesnik ................................................................................ 25
SLIKA 3.4: DMS analitične funkcije ..................................................................................... 30
SLIKA 3.5: Vmesnik za določitev parametrov okvare ........................................................... 31
SLIKA 3.6: Geografski prikaz omrežja s prikazano točko okvare KS 1 in KS 2 .................... 34
SLIKA 3.7: Enočrtna shema omrežja s prikazano točko okvare KS 1 in KS 2 ....................... 35
SLIKA 4.1: Model idealnega vira električne energije ter njegovi parametri ........................... 39
SLIKA 4.2: Shematski prikaz modela idealnega transformatorja 110/20 kV .......................... 40
SLIKA 4.3: Model idealnega transformatorja v vezavi YNyn ter njegovi parametri ............... 41
IV
SLIKA 4.4: Model idealnega transformatorja v vezavi YNd ter njegovi parametri ................ 43
SLIKA 4.5: Nadomestno vezje idealnega generatorja ............................................................ 43
SLIKA 4.6: Model idealnega generatorja ter njegovi parametri ............................................. 44
SLIKA 4.7: Shematski prikaz PI modela voda ....................................................................... 45
SLIKA 4.8: PI model kablovoda 150 mm2 ter njegovi parametri ........................................... 46
SLIKA 4.9: PI model daljnovoda Al-Fe 70 mm2 ter njegovi parametri .................................. 46
SLIKA 4.10: PI model daljnovoda Al-Fe 35 mm2 ter njegovi parametri ................................ 47
SLIKA 4.11: Model bremena ter njegovi parametri ............................................................... 48
SLIKA 4.12: Model okvare ter njeni parametri ...................................................................... 48
SLIKA 4.13: Model distribucijskega omrežja za KS v TP Dobrna dom ................................. 49
SLIKA 4.14: Model distribucijskega omrežja za KS na DV 20 kV Ljubečna, tč. 11 .............. 50
SLIKA 4.15: Časovni potek toka brez in z upoštevanjem upornosti za 1f KS ........................ 51
SLIKA 4.16: Časovni potek toka brez in z upoštevanjem upornosti za 2f KS ........................ 52
SLIKA 4.17: Časovni potek toka brez in z upoštevanjem upornosti za 3f KS ........................ 52
SLIKA 4.18: Časovni potek toka obremenjenega in neobremenjenega modela pri 1f KS ....... 53
SLIKA 4.19: Časovni potek toka obremenjenega in neobremenjenega modela pri 2f KS ....... 54
SLIKA 4.20: Časovni potek toka obremenjenega in neobremenjenega modela pri 3f KS ....... 54
SLIKA 4.21: Časovni potek toka in napetosti pri različnem vklopnem kotu za 1f KS ............ 55
SLIKA 4.22: Časovni potek toka in napetosti pri različnem vklopnem kotu za 2f KS ............ 56
SLIKA 4.23: Časovni potek toka in napetosti pri različnem vklopnem kotu za 3f KS ............ 56
SLIKA 4.24: Rezultati simulacije za 1f KS v TP Dobrna dom ............................................... 57
SLIKA 4.25: Rezultati simulacije za 2f KS+Z v TP Dobrna dom .......................................... 58
SLIKA 4.26: Rezultati simulacije za 3f KS v TP Dobrna dom ............................................... 58
SLIKA 4.27: Rezultati simulacije za 3f KS na DV 20 kV Ljubečna, tč. 11 ............................ 59
SLIKA 5.1: Shema distribucijskega omrežja za KS v TP Dobrna dom .................................. 61
V
SLIKA 5.2: Shema distribucijskega omrežja za KS na DV Ljubečna, tč. 11 .......................... 62
SLIKA 5.3: Rezultati meritev toka KS v TP Dobrna dom ...................................................... 63
SLIKA 5.4: Rezultati meritev residualnega toka KS v TP Dobrna dom ................................. 63
SLIKA 5.5: Izmerjena napetosti v TP Dobrna dom ................................................................ 64
SLIKA 5.6: Izmerjena tok in napetost v prvi fazi L1 ............................................................. 64
SLIKA 5.7: Rezultati meritev KS na DV Ljubečna, tč. 11 ..................................................... 66
SLIKA 6.1: Primerjava časovnih potekov tokov 1f KS v TP Dobrna dom ............................. 68
SLIKA 6.2: Primerjava časovnih potekov tokov 2f KS+Z v TP Dobrna dom ......................... 69
SLIKA 6.3: Primerjava časovnih potekov tokov 3f KS v TP Dobrna dom ............................. 70
SLIKA 6.4: Primerjava časovnih potekov tokov 3f KS na DV Ljubečna, tč. 11 ..................... 71
SLIKA 7.1: Geografski prikaz omrežja s prikazano točko okvare KS-A in KS-B .................. 73
SLIKA 7.2: Enočrtna shema omrežja s prikazano točko okvare KS-A in KS-B ..................... 74
SLIKA 7.3: Model priključitve generatorja v TP Merksha ..................................................... 75
SLIKA 7.4: Model sinhronskega generatorja – regulacijske karakteristike ............................. 76
SLIKA 7.5: Model sinhronskega generatorja – tehnični podatki ............................................ 77
SLIKA 7.6: Model transformatorja 20/10 kV – tehnični podatki ............................................ 78
SLIKA 7.7: Model 20 kV kablovoda – tehnični podatki ........................................................ 79
SLIKA 7.8: Model transformatorja 110/20 kV – tehnični podatki .......................................... 80
SLIKA 7.9: Model 20 kV daljnovoda – tehnični podatki ....................................................... 81
SLIKA 7.10: Prikaz mesta kratkega stika za KS blizu generatorja ......................................... 82
SLIKA 7.11: Prikaz mesta kratkega stika za KS daleč od generatorja .................................... 84
VI
KAZALO TABEL
TABELA 3.1: Rezultati izračunov za KS v TP Dobrna dom ................................................... 37
TABELA 3.2: Rezultati izračunov za KS na DV 20 kV Ljubečna, tč. 11 ................................ 37
TABELA 6.1: Primerjava rezultatov za 1f KS v TP Dobrna dom ............................................ 69
TABELA 6.2: Primerjava rezultatov za 2f KS+Z v TP Dobrna dom ....................................... 69
TABELA 6.3: Primerjava rezultatov za 3f KS v TP Dobrna dom ............................................ 70
TABELA 6.4: Primerjava rezultatov za 3f KS na DV Ljubečna, tč. 11 .................................... 71
TABELA 7.1: Rezultati meritev KS blizu generatorja ............................................................. 83
TABELA 7.2: Rezultati meritev KS daleč od generatorja ....................................................... 85
VII
UPORABLJENE KRATICE
DMS Distribution Management System
SCADA Supervisor Control And Data Aquisition
OMS Outage Management System
DMD Dynamic Mimic Diagram
DNB Distribution Network Builder
GIS Geografski Informacijski Sistem
RTP Razdelilna transformatorska postaja
TP Transformatorska postaja
KS Kratki stik
1f KS Enofazni kratki stik (zemeljski stik)
2f KS Dvofazni kratki stik
2f KS+Z Dvofazni kratki stik z istočasnim zemeljskim stikom
3f KS Trifazni kratki stik
KB Kablovod
DV Daljnovod
VIII
UPORABLJENI SIMBOLI
Iu – udarni tok kratkega stika [A]
Ithe – temperaturno ekvivalentni kratkotrajni tok [A]
Ik'' – začetni simetrični kratkostični tok [A]
In – nazivni tok [A]
Ik'' – subtranzientni del kratkostičnega toka [A]
Ik' – tranzientni del kratkostičnega toka [A]
Ik – stacionarni del kratkostičnega toka [A]
Xd '' – subtranzientna reaktanca [Ω]
Xd ' – tranzientna reaktanca [Ω]
Xd – sinhronska reaktanca [Ω]
Td '' – časovna konstanta subtranzientne reaktance [s]
Td ' – časovna konstanta tranzientne reaktance [s]
Td – časovna konstanta sinhronske reaktance [s]
ZKS – skupna impedanca kratkega stika [Ω]
ZG – impedanca generatorja [Ω]
ZT – impedanca transformatorja [Ω]
ZV – impedanca voda [Ω]
i'' (t) – subtranzientna komponenta toka [A]
i' (t) – tranzientna komponenta toka [A]
i (t) – stacionarna komponenta toka [A]
iE (t) – enosmerna komponenta toka [A]
Un – nazivna napetost [V]
IL – fazni tok kratkega stika [A]
UL – fazna napetost kratkega stika [V]
I0 – tok ničnega zaporedja [A]
I1 – tok pozitivnega zaporedja [A]
I2 – tok negativnega zaporedja [A]
U 0 – napetost ničnega zaporedja [V]
U 1 – napetost pozitivnega zaporedja [V]
U 2 – napetost negativnega zaporedja [V]
IX
Z 0 – impedanca ničnega zaporedja [Ω]
Z 1 – impedanca pozitivnega zaporedja [Ω]
Z 2 – impedanca negativnega zaporedja [Ω]
U1 – primarna napetost [V]
U2 – sekundarna napetost [V]
Sn – nazivna moč [VA]
uk – napetost kratkega stika transformatorja [%]
PCu – izgube v bakru [W]
PFe – izgube v železu [W]
R1 – upornost statorja [Ω]
R2 – upornost rotorja [Ω]
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
1
1 UVOD
Naloga distribucijskih podjetij je zanesljiva in kakovostna oskrba odjemalcev z električno
energijo. Kakovost in zmogljivost distribucijskega omrežja lahko zagotovimo z njegovim
ustreznim načrtovanjem in trajnim razvojem. Distribucijsko omrežje je sestavljeno iz veliko
elektroenergetskih elementov, ki skupaj predstavljajo celoto, katere skupna zanesljivost je
enaka zanesljivosti najšibkejšega člena. Zato je zelo pomembno, da so vsi elementi omrežja
kakovostni in ustrezno dimenzionirani. Zahtevani tehnični parametri predvidenih
elektroenergetskih elementov se določijo v fazi projektiranja na podlagi pričakovanih
parametrov na mestu priključitve. Za ustrezno dimenzioniranje elektroenergetskih elementov
je eden izmed najpomembnejših vhodnih podatkov kratkostična moč oziroma kratkostični
tok, ki se običajno določa analitično, dejansko pa bi se lahko tudi izmeril. Danes na trgu
obstaja več programskih orodij, ki te parametre omrežja izračunavajo.
Eden takšnih programskih orodij je DMS (Distribution Management System), ki je razvito za
analizo realnih razmer v omrežju. Programsko orodje med vsemi ostalimi funkcijami
omogoča tudi izračune parametrov za več vrst okvar. Na voljo je izbor med več vrstami
okvare, kot so trifazni kratki stik, dvofazni kratki stik z zemeljskim stikom, dvofazni kratki
stik, enofazni zemeljski stik in prekinitev ene, dveh ali vseh treh faz. Programsko orodje
omogoča prikaz subtranzientnih, tranzientnih in stacionarnih vrednosti parametrov okvare
(tok, napetost, moč).
Pri dimenzioniranju elektroenergetskih naprav potrebujemo podatke o največjih kratkostičnih
tokovih, ki se lahko pojavijo na mestu priključitve. V distribucijsko omrežje napajano iz
razdelilnih transformatorskih postaj svoj doprinos k dvigu kratkostičnih parametrov dajejo
tudi vsi dodatni razpršeni viri električne energije. Če pri dimenzioniranju zanemarimo male
vire električne energije, nikakor ne smemo zanemariti vpliva velikih generatorjev, kot so
kogeneracije. Veliki generatorji s svojim virom električne energije močno vplivajo na
obratovalne in tehnične lastnosti distribucijskega omrežja. Namen je ugotoviti vpliv
generatorja na parametre kratkega stika, ki so na mestu priključitve izhodiščni podatki za
projektiranje in dimenzioniranje posameznih elementov omrežja.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
2
1.1 Cilji in teze magistrskega dela
Cilj magistrskega dela je ugotoviti vpliv generatorja na parametre kratkega stika, ki so na
mestu priključitve izhodiščni podatki za projektiranje in dimenzioniranje posameznih
elementov omrežja. Namen je analizirati in prikazati vpliv sinhronskega generatorja Merkscha
moči 8,44 MVA na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju, ki je v RTP 110/20 kV
Trnovlje napajano iz distribucijskega transformatorja moči 31,5 MVA. Analiza kratkostičnih
razmer s pomočjo programskega orodja DMS je izvedena v različnih točkah dejanskega
distribucijskega omrežja s primerjavo kratkostičnih tokov ob vključenem in izključenem
generatorju. Obravnavana bosta dva različna primera; prvi je s kratkim stikom v neposredni
bližini generatorja in drugi na koncu izvoda daleč od generatorja.
Teze magistrskega dela so:
- s programskim orodjem DMS izdelati model distribucijskega omrežja, katerega
rezultati izračunov so identični z dejanskimi meritvami,
- s programskim paketom Matlab izdelati model distribucijskega omrežja, katerega
rezultati simulacije so identični z dejanskimi meritvami,
- s prikazom ujemanja kratkostičnih tokov programskega orodja DMS z dejanskimi
meritvami in z rezultati simulacij programskega paketa Matlab potrditi ustreznost
programskega orodja DMS za predvideno analizo vpliva generatorja,
- vgradnja sinhronskega generatorja v distribucijsko omrežje ima velik vpliv na velikost
kratkostičnih tokov pri kratkem stiku blizu generatorja,
- pri kratkem stiku daleč od generatorja ima vgradnja sinhronskega generatorja majhen
vpliv na velikost kratkostičnih tokov.
1.2 Predstavitev po poglavjih
Magistrsko delo je predstavljeno v osmih poglavjih. V uvodnem poglavju je predstavljena
problematika pri dimenzioniranju elektroenergetskih naprav ter cilji in teza magistrskega dela.
Po v uvodu predstavljeni temi magistrske naloge je v drugem poglavju nekaj besed
namenjenih dimenzioniranju distribucijskega omrežja in kratkim stikom, ki se pojavljajo v
distribucijskih omrežjih. V tretjem poglavju je predstavljeno programsko orodje DMS in
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
3
njegove funkcije. Predstavljen je model distribucijskega omrežja in rezultati izračunov
kratkega stika daleč od RTP-ja in generatorja ter rezultati izračunov kratkega stika blizu RTP-
ja in generatorja. Za prikazane izračunane rezultate simulacije programskega paketa Matlab je
uporabljen v četrtem poglavju prikazan poenostavljen model distribucijskega omrežja.
Opisani in prikazani so vsi tehnični podatki in parametri za vsak element, ki sestavlja model.
V četrtem poglavju je prikazan še vpliv upornosti kratkega stika na tok kratkega stika, vpliv
bremena na tok kratkega stika in vpliv vklopnega kota na tok kratkega stika. Omrežje in
rezultati dejanskih meritev v distribucijskem omrežju so za okvaro blizu in daleč od RTP-ja in
generatorja predstavljeni v petem poglavju. Ujemanje izračunanih rezultatov programskega
orodja DMS z rezultati simulacije programskega paketa Matlab in ujemanje z rezultati
dejanskih meritev je v šestem poglavju potrdilo zadovoljivo točnost modela in izračunov
programskega orodja DMS. Analiza vpliva generatorja na kratkostične razmere v
distribucijskem omrežju je prikazana v sedmem poglavju. Vpliv generatorja je prikazan s
primerjavo kratkostičnih tokov z vklopljenim in z izklopljenim generatorjem. Kratkostični
tokovi so za analizo izračunani s programskim orodjem DMS. Za analizo sta obravnavana dva
nasprotna si primera, ki lahko nastopita v dejanskem distribucijskem omrežju. Prvi primer je
kratek stik blizu generatorja, drugi primer pa je kratek stik daleč od generatorja. V zadnjem
osmem poglavju pa so predstavljene ugotovitve magistrskega dela in potrditve v uvodu
predstavljenih tez.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
4
2 DIMENZIONIRANJE DISTRIBUCIJSKEGA OMREŽJA
Zaradi zelo nizke upornosti so tokovi, ki stečejo ob kratkem stiku, zelo veliki. Tak pojav v
napravah ali omrežju ni zaželen, saj velik tok pomeni veliko dinamično in toplotno delovanje,
ki lahko privede do uničenja elektroenergetske opreme.
Vsekakor je lahko takšna vrsta okvare nevarna tudi za človeka, saj lahko tokovi, ki se
zaključujejo preko ozemljitvenih sistemov in zemlje, povzročajo nedopustne napetosti dotika
in druge vplive.
2.1 Splošno o dimenzioniranju elementov distribucijskega omrežja
Izhodiščni podatek za dimenzioniranje elektroenergetskih elementov v distribucijskem
omrežju je poleg napetostnega nivoja in obratovalnega toka tudi kratkostični tok, ki ga mora
naprava zdržati. Začetni simetrični tok kratkega stika Ik'' se izračuna po (2.1) iz razmerja
napetosti in impedance v točki kratkega stika [26].
" = √ (2.1)
Pri tem je:
c – konstanta distribucijskega omrežja,
Un – nazivna napetost,
ZKS – impedanca kratkega stika.
Udarni tok kratkega stika Iu je podan z (2.2):
= " √2κ (2.2)
kjer je: κ – faktor odvisen od razmerja R/X,
R – ohmska upornost,
X – reaktanca.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
5
Temperaturno ekvivalentni kratkotrajni tok Ithe je podan z (2.3):
= " 2( + ) (2.3)
kjer je:
m – faktor vpliva enosmerne komponente udarnega toka kratkega stika,
n – faktor vpliva izmenične komponente udarnega toka kratkega stika.
Velikost kratkostičnega toka je pri nazivni napetosti odvisna od impedance do točke kratkega
stika. V točki kratkega stika je kratkostična impedanca omrežja sestavljena iz vseh impedanc
od izvora do točke kratkega stika. V distribucijskih omrežjih se običajno srečujemo z
enostransko napajanimi radialnimi vodi z enim virom, kot je prikazano na sliki 2.1.
Kratkostična impedanca ZKS je enaka vsoti posameznih obratovalnih elementov s tem, da so
vse impedance preračunane na isti napetostni nivo.
G T V
Slika 2.1: Enostransko napajan KS
Skupna kratkostična impedanca ZKS je podana z (2.4):
ZKS = ZG + ZT + ZV (2.4)
kjer je:
ZG – impedanca generatorja,
ZT – impedanca transformatorja,
ZV – impedanca voda.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
6
V distribucijska omrežja so večkrat vključeni dodatni viri električne energije, kot so generator
kogeneracije ali male hidroelektrarne. Pri večstransko napajanem vodu z ločenimi tokovnimi
potmi se kratkostična impedanca ZKS določi na osnovi vzporedne vezave impedanc
posamezne veje Z1 in Z2, kot je prikazano na sliki 2.2.
G1 T1 V1
G2 T2
Slika 2.2: Dvostransko napajan KS
Skupna nadomestna kratkostična impedanca ZKS je podana z (2.5):
1 2KS
1 2
Z ZZ
Z Z
⋅=+
(2.5)
Impedanca posamezne veje pa z (2.6):
Z1 = ZG1 + ZT1 + ZV1 in Z2 = ZG2 + ZT2 (2.6)
kjer je:
ZG1, ZG2 – impedanca generatorja prve in druge veje,
ZT1, ZT2 – impedanca transformatorja prve in druge veje,
ZV1 – impedanca voda prve veje.
Za določitev skupne kratkostične impedance ZKS moramo določiti impedanco posameznega
elementa v omrežju. Impedance kablovodov in daljnovodov izražamo v absolutnih
vrednostih, impedance generatorjev in transformatorjev pa izražamo kot reducirane vrednosti.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
7
Za natančen izračun impedance voda ZV, ki je vsota ohmske in induktivne upornosti, ni
možno podati enačbe. Podatki o impedancah so podani s strani proizvajalca ali pa se določijo
z meritvami.
Impedanca sinhronskega generatorja ZG se izračuna iz nasičene subtranzientne reaktance po
(2.7):
'' 2d nG
GnG100
x UZ
S= ⋅ (2.7)
kjer je:
xd '' – subtranzientna relativna vzdolžna reaktanca,
UnG – nazivna napetost generatorja,
SnG – nazivna navidezna moč generatorja.
Impedanca transformatorja ZT se izračuna iz kratkostične napetosti transformatorja po (2.8):
2nTk
TnT100
u UZ
S= ⋅ (2.8)
kjer je:
uk – napetost kratkega stika transformatorja,
UnT – nazivna napetost transformatorja,
SnT – nazivna moč transformatorja.
Pri omrežjih z različnimi napetostnimi nivoji se impedanca spreminja s kvadratom napetosti, kar določa enačba (2.9):
2
2N
N nn
UZ Z
U= ⋅ (2.9)
kjer je:
ZN, Zn – transformirana in osnovna impedanca,
UN, Un – transformirana in osnovna napetost.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
8
2.2 Splošno o kratkih stikih
Ob nastanku kratkega stika se sklene električni tokokrog, po katerem se zaključi tok kratkega
stika. Zaradi majhne impedance tokokroga so kratkostični tokovi zelo veliki, kar pomeni
veliko dinamično in toplotno delovanje.
Začetna velikost toka kratkega stika je odvisna od vrednosti napetosti in kratkostične
impedance omrežja v trenutku nastanka okvare. Najbolj neugoden primer je, če kratki stik
nastopi v trenutku, ko je napetost na nič. Kratkostični tok mora trenutno skokovito narasti na
trenutno vrednost kratkostičnega izmeničnega toka. Zaradi induktivnosti pa tok ne more v
trenutku narasti, temveč prične naraščati z vrednostjo nič. Zaradi tega se pojavi izenačevalni
tok, ki je označen kot enosmerna komponenta toka iDC. Začetna vrednost enosmerne
komponente toka (A) odgovarja trenutni negativni vrednosti kratkostičnega izmeničnega toka
iAC in upada po eksponencialni funkciji z enosmerno časovno konstanto TDC. V tem primeru
je temenska vrednost začetnega toka za 2√2 večja od simetričnega kratkostičnega toka [26].
Kratki stik blizu generatorja
Časovni potek kratkostičnega toka blizu generatorja je prikazan na sliki 2.3.
u2 2
'' k
2
''
k 2
k
subtranzientni del stacionarni deltranzientni del
k
A C
D C
Slika 2.3: Časovni potek kratkostičnega toka za KS blizu generatorja
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
9
Ik'' – začetni simetrični kratkostični tok,
Iu – udarni tok kratkega stika,
A – začetna vrednost enosmerne komponente toka,
iAC – izmenična komponenta toka kratkega stika,
iDC – enosmerna komponenta toka kratkega stika.
Iz časovnega poteka kratkostičnega toka je razvidno, da se subtranzientni in tranzientni pojav
hitro zaključita, nakar sistem preide v stacionarni del. Časovni potek kratkostičnega toka je
odvisen od časovnih komponent, ki pa so pogojene z velikostjo in lastnostmi generatorja.
Pri kratkih stikih na sponkah sinhronskega generatorja se časovni potek kratkostičnega toka
spreminja z naraščanjem generatorske reaktance. V prvem trenutku, ob nastopu kratkega
stika, je zaradi nasičenja reaktanca generatorja, tako imenovana subtranzientna reaktanca Xd '',
zelo majhna. Po nekaj milisekundah se reaktanca začne povečevati do vrednosti tranzientne
rektance Xd ', ki pa se v roku nekaj sekund zviša na dejansko vrednost sinhronske reaktance
Xd.
Vsaki reaktanci pripada časovna konstanta, po kateri upada. Subtranzientna reaktanca Xd''
upada po časovni konstanti Td'', tranzientna reaktaca Xd' upada po časovni konstanti Td' in
sinhronska rektanca Xd po časovni konstanti Td.
Poleg enosmerne komponente iDC lahko kratkostični izmenični tok iAC razdelimo še na
subtranzientni del i'', tranzientni del i ' in na stacionarni del i, kot je prikazano na sliki 2.4.
Skupni kratkostični tok je vsota izmenične in enosmerne komponente kratkostičnega toka
[24].
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
10
0
0
0
0
0
D C
k
subtranzientni del stacionarni deltranzientni del
(m s)
(m s)
(m s)
(m s)
(m s)
´´ (t) - subtranzientna kom ponenta
´ (t) - tranzientna kom ponenta
(t) - stacionarna kom ponenta
(t) - enosm erna kom ponenta
(t) - kratkostièni tok
Slika 2.4: Komponente kratkostičnega toka
Za predstavitev in izračun kratkostičnih razmerij se v praksi izhaja iz konstantne napetosti.
Časovni potek kratkostičnega toka ik (t) predstavlja vsota vseh komponent skupaj in se lahko
poda z (2.10):
ik (t) = i '' (t) + i ' (t) + i (t) + iDC (t) (2.10)
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
11
Časovni potek subtranzientne komponente toka i '' (t) je podan z (2.11):
''d/''
'' 'd d
1 1(t) 2 cos ( )t T
ni U e tX X
ω ϕ− = ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ +
(2.11)
Časovni potek tranzientne komponente toka i ' (t) je podan z (2.12):
'd/'
'd d
1 1(t) 2 cos ( )t T
ni U e tX X
ω ϕ− = ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ +
(2.12)
Časovni potek stacionarne komponente toka i (t) je podan z (2.13):
d
1(t) 2 cos( )ni U t
Xω ϕ= ⋅ ⋅ ⋅ + (2.13)
Časovni potek enosmerne komponente toka iDC (t) je podan z (2.14):
DC/DC ''
d
1(t) 2 cost T
ni U eX
ϕ−=− ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (2.14)
kjer je:
Un – nazivna napetost,
TDC – enosmerna časovna konstanta (= L/R),
ω – krožna frekvenca (= 2πf),
φ – kot impedance tokokroga (= arctg X/R).
Kratki stik dale č od generatorja
Pri kratkih stikih daleč od generatorja je impedanca kratkostične zanke visoka. Zato je tok
kratkega stika manjši. Tukaj se ne upošteva nasičenja generatorja, torej je kratkostični tok
sestavljen samo iz enosmerne in izmenične komponente. Časovni potek kratkostičnega toka
za kratki stik daleč od generatorja je prikazan na sliki 2.5.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
12
u2
2
'' k
k
2
2
''k
=
2
2 k
A C
D C
Slika 2.5: Časovni potek kratkostičnega toka za KS daleč od generatorja
Vrste kratkih stikov
V elektroenergetskih sistemih lahko pride do različnih kombinacij stikov med vodniki ali med
vodniki in zemljo, katera ravno tako prevaja električni tok. Poznamo štiri običajne vrste
kratkega stika [26], in sicer:
- enofazni kratki stik (zemeljski stik),
- dvofazni kratki stik,
- dvofazni kratki stik z istočasnim zemeljskim stikom in
- trifazni kratki stik.
Enofazni kratki stik (zemeljski stik)
Slika 2.6 prikazuje shemo in nadomestno vezje za pozitivno, negativno in nično zaporedje ob
enofaznem kratkem stiku med fazo L1 in zemljo.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
13
1
1
2
2
1
2
0
0
0f
L1
L2
L3
L1
L2
L3
1 2 0
1
2
3
Slika 2.6: Shema in nadomestna vezava simetričnih komponent ob 1f KS
Z1, Z2, Z0 – impedanca pozitivnega, negativnega in ničnega zaporedja,
I1, I2, I0 – tok pozitivnega, negativnega in ničnega zaporedja,
U1, U2, U0 – napetost pozitivnega, negativnega in ničnega zaporedja,
IL1, IL2, IL3 – tok prve, druge in tretje faze,
UL1, UL2, UL3 – napetost prve, druge in tretje faze,
I f – tok okvare,
E – fazna napetost pred nastankom okvare.
V točki okvare veljajo pogoji kratkega stika za toka zdravih faz IL2 in IL3 po (2.15) in za
napetost v fazi okvare UL1 po (2.16):
IL2 = IL3 = 0 (2.15)
UL1 = 0 (2.16)
Iz zgornjega pogoja sledi za toke (2.17) :
I0 = I1 = I2 = 1/3 IL1 (2.17)
in za napetosti (2.18):
U0 + U 1 + U2 = 0 (2.18)
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
14
Iz nadomestnega vezja na sliki 2.6 zapišemo tok ničnega zaporedja I0, pozitivnega zaporedja
I1 in negativnega zaporedja I2 z enačbo (2.19):
= = = ( ) (2.19)
in napetosti ničnega zaporedja U0 po (2.20), pozitivnega zaporedja U1 po (2.21) ter
negativnega zaporedja U2 po (2.22):
! = " #( ) (2.20)
! = " ( ) (2.21)
! = " # ( ) (2.22)
Tako zapišemo toke kratkega stika v fazi okvare po (2.23) in toka zdravih faz po (2.24):
$ = ( ) (2.23)
IL2 = IL3 = 0 (2.24)
Napetosti v točki kratkega stika faze v okvari zapišemo po (2.25) in napetosti zdravih faz po
(2.26) in po (2.27):
UL1 = 0 (2.25)
!$ = " %& #&'(& #)( ) (2.26)
!$ = " %&#& '(&#)( ) (2.27)
Komponente linijskih tokov IL1, IL2 in IL3 ter napetosti UL1, UL2 in UL3, razstavljene na sistem
simetričnih komponent, prikazuje slika 2.7.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
15
1L3
0
L1
0
L2
L1
L3
L2
L31L1
1L2
2L2
2L1
2L3
2L32L1
2L2
1L1
1L3
1L2
= 0
= 0
= 0
Slika 2.7: Komponente toka in napetosti pri 1f KS
Dvofazni kratki stik
Slika 2.8 prikazuje shemo in nadomestno vezje za zaporedje simetričnih komponent ob
dvofaznem kratkem stiku.
1
1
2
2
1
2
f
L1
L2
L3
L1
L2
L3
1
2
3
1 2 0
Slika 2.8: Shema in nadomestna vezava simetričnih komponent ob 2f KS
V točki okvare veljajo pogoji kratkega stika za tok zdrave faze IL1 po (2.28) in toka v fazi
okvare IL2 in IL3 po (2.29) ter za napetosti v fazah okvare UL2 in UL3 po (2.30):
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
16
IL1 = 0 (2.28)
IL2 +I L3 = 0 (2.29)
UL2 = UL3 = 0 (2.30)
Iz zgornjega pogoja sledi za toke (2.31):
= − (2.31)
in za napetosti (2.32):
! = ! (2.32)
Iz nadomestnega vezja na sliki 2.8 zapišemo tok ničnega zaporedja I0 z enačbo (2.33),
pozitivnega zaporedja I1 z enačbo (2.34) in negativnega zaporedja I2 z enačbo (2.35):
= 0 (2.33)
= (2.34)
= − (2.35)
in napetosti ničnega zaporedja U0 po (2.36), pozitivnega zaporedja U1 po (2.37) ter
negativnega zaporedja U2 po (2.38):
! = 0 (2.36)
! = " (2.37)
! = " (2.38)
Tako zapišemo toke kratkega stika v zdravi fazi okvare po (2.39) in toka v fazi okvare po
(2.40) in po (2.41):
IL1 = 0 (2.39)
* = " #+√ (2.40)
* = " +√ (2.41)
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
17
Napetosti v točki kratkega stika zdrave faze zapišemo po (2.42) in napetosti faz v okvari po
(2.43) in po (2.44):
!* = " (2.42)
!* = " # (2.43)
!* = " # (2.44)
Komponente linijskih tokov IL1, IL2 in IL3 ter napetosti UL1, UL2 in UL3, razstavljene na sistem
simetričnih komponent, prikazuje slika 2.9.
L1
L3
L1L2
L3
L2
1L3
1L1
1L2
2L2
2L1
2L3
2L3
2L1
2L2
1L1
1L3
1L2
= 0
Slika 2.9: Komponente toka in napetosti pri 2f KS
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
18
Dvofazni kratki stik z istočasnim zemeljskim stikom
Slika 2.10 prikazuje nadomestno vezje za zaporedje simetričnih komponent ob dvofaznem
kratkem stiku z istočasnim zemeljskim stikom. Sedaj se pojavi zaradi stika z zemljo še nično
zaporedje.
1
1
2
2
1
f
L1
L2
L3
0
0
0
2
L1
L2
L3
1
2
3
1 2 0
Slika 2.10: Shema in nadomestna vezava simetričnih komponent ob 2f KS+Z
V točki okvare veljajo pogoji kratkega stika za tok zdrave faze IL1 po (2.45) in za napetosti v
fazah okvare UL2 in UL3 po (2.46):
IL1 = 0 (2.45)
UL2 = UL3 = 0 (2.46)
Iz zgornjega pogoja sledi za toke (2.47):
I0 + I1 + I2 = 0 (2.47)
in za napetosti (2.48):
U0 = U1 = U2 (2.48)
Iz nadomestnega vezja na sliki 2.10 zapišemo tok ničnega zaporedja I0 z enačbo (2.49),
pozitivnega zaporedja I1 z enačbo (2.50) in negativnega zaporedja I2 z enačbo (2.51):
= " # ( ) (2.49)
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
19
= " ( ) (2.50)
= " #( ) (2.51)
in napetosti ničnega zaporedja U0, pozitivnega zaporedja U1 in negativnega zaporedja U2 po
(2.52):
! = ! = ! = " ( ) (2.52)
Tako zapišemo toke kratkega stika v zdravi fazi okvare po (2.53) in toka v fazi okvare po
(2.54) in po (2.55):
* = 0 (2.53)
* = −" %& #&' (& #)( ) (2.54)
* =" %&#& ' (&#)( ) (2.55)
Napetosti v točki kratkega stika zdrave faze zapišemo po (2.56) in napetosti faz v okvari po
(2.57):
!* = 3" ( ) (2.56)
UL2 = UL3 = 0 (2.57)
Napetosti faze L1 in L2, ki sta v okvari, sta po enačbi (2.57) nič le ob predpostavki, da je med
fazama čisti kovinski stik.
Komponente linijskih tokov IL1, IL2 in IL3 ter napetosti UL1, UL2 in UL3, razstavljene na sistem
simetričnih komponent, prikazuje slika 2.11.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
20
L1
L2
L1
L3
L2
L3
0
0
1L3
1L1
1L2
2L22L1
2L3
2L3
2L1
2L2
1L1
1L3
1L2
= 0
= 0
= 0
Slika 2.11: Komponente toka in napetosti pri 2f KS+Z
Trifazni kratki stik
Slika 2.12 prikazuje shemo in nadomestno vezje pozitivnega zaporedja ob trifaznem kratkem
stiku. Zaradi simetričnosti nastopa samo pozitivno zaporedje.
1
1
2
2
1
f
L1
L2
L3
0
0
0
2
L1
L2
L3
1
2
3
1 2 0
Slika 2.12: Shema in nadomestna vezava simetričnih komponent ob 3f KS
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
21
V točki okvare veljajo pogoji kratkega stika za toke v fazah okvare IL1, IL2 in IL3 po (2.58) ter
za napetosti v fazah okvare UL1, UL2 in UL3 po (2.59):
IL1 + IL2 +I L3 = 0 (2.58)
UL1 = UL2 = UL3 = 0 (2.59)
Iz nadomestnega vezja na sliki 2.12 zapišemo tok ničnega zaporedja I0 in negativnega
zaporedja I2 z enačbo (2.60) ter tok pozitivnega zaporedja I1 z enačbo (2.61):
= = 0 (2.60)
= (2.61)
in napetosti ničnega zaporedja U0, pozitivnega zaporedja U1 in negativnega zaporedja U2 po
(2.62):
! = ! = ! = 0 (2.62)
Tako zapišemo toke kratkega stika v fazah okvare po (2.63), (2.64) in po (2.65):
* = (2.63)
* = - (2.64)
* = - (2.65)
Napetosti v točki kratkega stika faz v okvari zapišemo po (2.66):
UL1 = UL2 = UL3 = 0 (2.66)
Napetosti faze L1, L2 in L3, ki so v okvari, so po enačbi (2.66) nič le ob predpostavki, da je
med fazami čisti kovinski stik.
Komponente linijskih tokov IL1, IL2 in IL3, razstavljene na sistem simetričnih komponent,
prikazuje slika 2.13.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
22
L1
L2
L31L3
1L1
1L2
Slika 2.13: Komponente toka pri 3f KS
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
23
3 IZRAČUN STACIONARNIH VELI ČIN DISTRIBUCIJSKEGA OMREŽJA V PROGRAMSKEM ORODJU DMS
DMS (Distribution Management System) programsko orodje je napredna sistemska
programska oprema za podporo učinkovitemu in optimalnemu upravljanju distribucijskega
omrežja [34] in [35]. DMS program zagotavlja orodja za dinamično vizualizacijo, spremljanje
in nadzor nad distribucijskim električnim omrežjem, skupaj s široko paleto funkcij za analizo
delovanja, načrtovanje in optimizacijo. Sistem je zgrajen na industrijskih standardih in
zmogljivih tehničnih bazah. Skupaj s popolno integracijo s SCADA (Supervisor Control And
Data Aquisition), OMS (Outage Management System) in GIS (Geografski Informacijski
Sistem) je program DMS ustrezna tehnična rešitev za elektrodistribucijska podjetja.
3.1 Programsko orodje DMS
DMS programsko orodje omogoča geografski uporabniški pogled, ki je prikazan na sliki 3.1.
Slika 3.1: Geografski pogled programske opreme DMS
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
24
DMS programsko orodje omogoča tudi shematski uporabniški pogled, ki je prikazan na sliki
3.2.
Slika 3.2: Shematski pogled programske opreme DMS
Orodje DMS vsebuje in omogoča:
- spremljanje in nadzor modeliranega distribucijskega omrežja v realnem času,
- napreden uporabniški vmesnik z logičnim in geografskim prikazom omrežja,
- analizo delovanja omrežja in "kaj če" scenarijev v simulacijskem načinu,
- optimizacijo delovanja omrežja in funkcije za učinkovito izrabo zmogljivosti omrežja,
- okolje za načrtovanje omrežja, oblikovanje in načrtovanje zmogljivosti omrežja,
- učinkovito upravljanje podatkov z naprednimi podatkovnimi orodji in odprtimi
podatkovnimi bazami,
- omogoča integracijo s tehničnimi informacijskimi sistemi, vključujoč SCADA, GIS,
OMS, s čimer daje dodatno vrednost upravljanju s podatki in z informacijami.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
25
Najpomembnejše prednosti DMS orodja so:
- učinkovit in uporabniku prijazen uporabniški vmesnik za upravljanje električnega
omrežja,
- izjemno hitre, robustne in učinkovite funkcije, ki zagotavljajo vse tehnične podatke in
rešitve za upravljanje distribucijskih omrežij (ocena stanja, pretok moči, Volt/Var
kontrola, relejne koordinacije, analize itd.),
- velik nabor funkcij za optimalno upravljanje distribucijskega in prenosnega omrežja,
- glavni podatki celotne platforme in najpomembnejši podatki o izkoriščenosti,
- temelj za "Pametna omrežja" in popolno upravljanje distribucijskih omrežij,
povezanih s pametnimi merilnimi sistemi na daljavo, z geografskimi informacijskimi
sistemi in s sistemi, ki delujejo v realnem času (SCADA).
Izvajanje DMS orodja na ta način omogoča veliko koristi za podjetje:
- zmanjšanje trajanja obnovitvenih del in nedobavljene električne energije,
- izboljšanje indeksov zanesljivosti omrežja in storitev za stranke,
- zmanjšanje izgub energije in sprostitev novih zmogljivosti omrežja brez naložb,
- zmanjšanje vzdrževalnih in obratovalnih stroškov,
- višjo uporabnost distribucijskih zmogljivosti in preložitev naložb,
- povečanje prihodkov in dobička podjetja,
- višjo kakovost oskrbe z električno energijo.
DMS orodje je zgrajeno na konceptu pametnih omrežij. Vključuje energetsko učinkovitost,
predpisuje ukrepe in porazdelitev virov, s katerimi omogoči operaterjem optimalne odločitve
za delovanje omrežja bolj učinkovito, zanesljivo in z manjšimi stroški. DMS orodje ponuja
številne sodobne zahteve kupca, kot so: integracijo s SCADA, dvosmerno komunikacijo,
meritve in nadzor omrežja v realnem času, polavtomatizirano obnovo samoobnovitvenih
omrežij, zmanjšanje povprečnega trajanja prekinitev oskrbe, preverjanje topologije omrežja,
predvidevanje zanesljivosti, zmanjšanje izgub in obratovalnih stroškov ter prilagodljiv dostop
do baze podatkov.
DMS orodje je sestavljeno iz več podsistemov: podsistem za realni čas, podsistem za
simulacije, vnos podatkov in podsistem za testiranje, podsistem zgodovine, podsistem web
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
26
itd. Z DMS orodjem je običajno izvedena integracija s sistemi SCADA in različnimi
poslovno-informacijskimi sistemi, kot je denimo GIS.
Vnos podatkov in podsistem za testiranje zagotavljata testiranje novih sprememb na
podatkovnem modelu. To zagotavlja bogat, intuitiven grafični uporabniški vmesnik za
uporabnika. Izhod iz sistema za vnos podatkov je omrežni model, ki se uporablja v sistemu
realnega časa.
Podsistem realni čas v sodelovanju s SCADA/OMS sistemom zagotavlja okolje v realnem
času delovanja omrežja in okolje, ki omogoča simulacijo za analizo. Uporabnik lahko
upravlja omrežje, spreminja stikalne položaje, merilne vrednosti, diagrame obremenitev in
druge tako imenovane "dinamične podatke", ki so shranjeni v podatkovnih bazah realni čas.
Podsistem zgodovina je sestavljen iz podatkovne baze DMS, ki je pripravljena za podporo
shranjevanju in pridobivanju podatkov iz preteklosti. Zgodovinski podatki vsebujejo tako
"dinamične" podatke (merilne vrednosti, stikalne položaje, rezultate izračunov itd.), ki jih
pridobimo iz DMS podsistema realni čas, in "statične" mrežne podatke, ki jih pridobimo iz
podsistema vnos podatkov. To omogoča vpogled v celotno stanje omrežja na kateri koli točki
v zgodovini.
Podsistem web omogoča le vpogled v trenutno stanje v električnem omrežju. Značilno je, da
je dostopen za poslovne uporabnike, ki občasno potrebujejo dostop do DMS sistema. Je
okrnjen in kot takšen vsebuje le ožji nabor funkcij. Predvsem je namenjen hitremu pregledu
osnovnih parametrov in stanj omrežja.
Podsistem simulacija podpira simulacijske scenarije. Običajno se uporablja za dolgoročno
načrtovanje omrežja, dolgoročno optimizacijo omrežja, analizo in poročila preteklega
obratovanja itd.
DMS program je vzpostavljen na odprt, celovit, prilagodljiv in učinkovit sistem, ki se lahko
razširi in preuredi po meri v skladu z zahtevami kupca. Podatkovna baza izpolnjuje dve
nasprotni zahtevi: na eni strani je popolnoma prilagodljiva, ob upoštevanju različnih omrežnih
elementov in konfiguracij, ter na drugi strani zelo hitra in učinkovita za upravljanje podatkov.
Model podatkovne baze DMS programa temelji na razmerju podatkov vhodnega modela in
vseh podatkov, potrebnih za vzpostavitev DMS sistemskih analitičnih funkcij. Model
podatkovne baze vsebuje podatke o konfiguraciji omrežja, podatke o SCADA konfiguraciji in
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
27
zgodovinske podatke. Podatkovni model podpira upravljanje obstoječih podatkov in
dodajanje novih subjektov.
Dynamic Mimic Diagram (DMD)
Dynamic Mimic Diagram (DMD) je večokenski uporabniški vmesnik, ki se uporablja za
vizualizacijo celotnega omrežja in analitičnih funkcij. Prikazuje dobavo iz distribucijskih
postaj ter SN in NN omrežij, prav tako pa omogoča učinkovito vodenje in spremljanje stanja
distribucijskega omrežja.
DMD zagotavlja shematski in geografski pogled na distribucijsko omrežje. Prav tako
zagotavlja SCADA pregled vseh postaj in dostop do vseh tehničnih podatkov vsakega
elementa omrežja, kot je prikazano na sliki 3.3. Enočrtna shema in podrobnosti elementov
omrežja se prikazujejo v podoknih. Sistem ima bogato podporo za orientacijo, iskanje in izbor
delov mreže.
Slika 3.3: DMD uporabniški vmesnik
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
28
Praktično lahko uporabnik, s samo dvema klikoma na miško, iz geografskega zemljevida
doseže podatke o impedanci kratkega stika transformatorja. DMD zagotavlja bogata in
prilagodljiva poročila o vseh ustreznih tehničnih podatkih iz omrežja.
DMD se lahko uporablja v on-line načinu (osebe, ki obdelujejo distribucijsko omrežje v
realnem času) ali v off-line načinu za simulacije (inženirji za analizo obratovanja in
načrtovanja, inženirji vzdrževanja, inženirji načrtovanja omrežja in dispečerski vadbeni
simulator). Tako je DMD visoko specializirano orodje za spremljanje, nadzor in analizo
distribucijske mreže, kot tudi za interaktivno uporabo zahtevnih DMS funkcij.
Osnovne funkcionalnosti grafičnega uporabniškega vmesnika so:
- orodna vrstica in meni za dostop do različnih lastnosti, orodne vrstice, ki prikazujejo
osnovne podatke o trenutno izbranem predmetu in orodje za nasvete na diagramu,
- zvezno in dinamično povečevanje od 10 % do 2000 %,
- izbira celotnega omrežja, območja postaje ali skupino polj,
- izbira različnih prikazov (na primer ločeni 35 kV in 10 kV diagrami omrežja),
- različno barvanje diagramov omrežja v povezavi s topologijo omrežja,
- način realni čas (spremljanje v realnem času) in način simulacije (off-line analiza
omrežja iz shranjenih primerov ali napovedanih položajev),
- pregled podatkov (shematskih shem in parametrov) vseh omrežnih elementov,
- stanje alarma (utripa na ustreznem simbolu opreme in/ali spremeni barvo, dokler ni
alarm prepoznan),
- iskanje elementa po imenu,
- tiskanje diagrama omrežja na enem ali več listov papirja in tiskanje poročil,
- predelava vmesnika.
Distribution Network Builder (DNB)
Distribution Network Builder (DNB) je glavna uporabnikova funkcija za urejanje podatkovne
baze. To je grafični uporabniški vmesnik, ki se uporablja za ustvarjanje in upravljanje zbirke
podatkov mreže, urejanje parametrov omrežnih elementov, njihova povezljivost in na koncu
njihov grafični prikaz v obliki diagrama omrežja. Zagotavlja večuporabniško in uporabniku
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
29
prijazno, popolno grafično okolje za iskanje in urejanje baze podatkov. To omogoča zelo
učinkovit pregled vseh podatkov o distribucijskem omrežju. DNB je sposoben urejanja
številčnih in grafičnih podatkov – shematski in geografski diagrami.
DNB je sestavljen iz treh logičnih delov:
– Data Editor – uporablja se tako za ustvarjanje in urejanje osnovnih elementov
omrežja (kot so transformatorji, odseki, stikala …), kot tudi njihovo povezovanje v
objekte (kot so RP, RTP …),
– Graphic Editor – uporablja se za kreiranje mrežnega diagrama, to je vizualna
razporeditev elementov v diagram. Ta diagram se uporablja v Dynamic Mimic
Diagram (DMD) aplikaciji,
– Geographical Editor – uporablja se za ustvarjanje in urejanje geografskih shem
mreže. Njegova odprta arhitektura omogoča uvoz risb GIS shem iz različnih virov.
Glavne značilnosti geografskega prikazovalnika so:
• uporabniku prijazen vmesnik in enostavna uporaba,
• skrbno izbran nabor ukazov, podobnih priljubljenemu vektorskemu
grafičnemu prikazu, in prikazovanje shem distribucijskega omrežja,
• uvoz in izvoz priljubljenih vektorskih grafičnih formatov (AutoCAD –
DXF in DWG, Windows Metafile – wmf, Portable Network Graphics –
png),
• hitre dinamične povečave,
• okno za lažjo navigacijo,
• grupiranje, premikanje, vrtenje, zrcaljenje,
• podpora za več plasti, miško in pisalo.
DMS analitične funkcije
DMS analitične funkcije (Analytical Functions System) so "inteligenca" programske opreme
DMS. Ta sistem je celoten sklop prefinjene programske opreme in algoritmov, ki omogočajo
optimalno delovanje, sprejemanje odločitev in učinkovito oblikovanje celotne opreme,
nameščene v distribucijskem omrežju:
1. funkcija delovanja omrežja,
2. načrtovanje in optimizacija delovanja omrežja,
3. analiza delovanja omrežja,
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
30
4. načrtovanje razvoja omrežja,
5. usposabljanje.
DMS analitične funkcije s podokni so prikazane na sliki 3.4.
Slika 3.4: DMS analitične funkcije
Vse analitične funkcije so razvite na podlagi algoritmov, posebej namenjenih za distribucijska
omrežja, ki omogočajo opravljanje analiz in optimizacijo delovanja ter razvoj zelo velikih
radialnih in manj prepletenih distribucijskih omrežij. Sistem temelji na mrežnem modelu in je
sestavljen iz več kot 30 medsebojno združljivih funkcij, organiziranih kot sestavljive
knjižnice. Za obdelavo kratkih stikov sta funkcija Upravljanje okvar in funkcija Kratkostična
analiza.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
31
Upravljanje okvar
Upravljanje okvar (Fault Management) je ena od osnovnih funkcij za upravljanje okvar v
distribucijskem omrežju. Vključi se lahko v on-line načinu delovanja in v načinu simulacije.
Operater v on-line načinu upravlja dejanske okvare v realnem času, medtem ko lahko v
načinu simulacije simulira mesto in vrsto okvare.
Upravljanje okvare je sestavljeno iz treh delov, in sicer iz lociranja okvare, osamitve okvare
in obnove dobave.
Za lociranje okvare obstajajo, glede na poznane podatke, štiri metode:
- tokovni način,
- impendančni način,
- detektorji okvare,
- ocena okvare.
Ko je po eni izmed metod lociranja okvare informacija o lokaciji okvare zanesljiva, se v
postopku osamitve okvare izpiše seznam, ki vsebuje predloge za preklope operaterja in
seznam izvršenih preklopov. Če se operater ne strinja s predlogi ali pa jih ne upošteva iz
kakršnega koli razloga, jih lahko spremeni.
Po osamitvi dela omrežja z okvaro je potrebno v preostalem delu omrežja poskrbeti za
obnovo napajanja z električno energijo v najkrajšem možnem času.
Funkcija obnova dobave se uporablja za iskanje najbolj učinkovite in optimalne rešitve za ta
problem in se na podoben način uporablja tudi za načrtovanje vzdrževanja. Predlagana rešitev
se nanaša na različne možne rešitve oskrbe, razvrščene glede na šest kriterijev, katerih vpliv
lahko enostavno spremenimo.
Po izvedbi predlaganih stikalnih manipulacij po funkciji obnova dobave bodo vsi deli omrežja
ponovno pod napetostjo, razen dela omrežja z okvaro. Del omrežja z okvaro je s tem izoliran
in pripravljen za odpravo okvare.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
32
Kratkosti čna analiza
Kratkostična analiza (Fault Calculation) se uporablja za izračun fizikalnih veličin
distribucijskega omrežja v stanju okvare in v stanju pred okvaro. To pomeni, da se izračunajo
napetosti v vseh vozliščih in tokovi v vseh odsekih in transformatorjih. Na voljo je izbor med
več vrstami okvare, kot so trifazni kratki stik, dvofazni kratki stik z zemeljskim stikom,
dvofazni kratki stik, enofazni zemeljski stik in prekinitev ene, dveh ali vseh treh faz.
Na voljo je vmesnik (prikazan na sliki 3.5) za izračun okvare, v katerem se določijo vsi
parametri okvare. Omogoča tudi prikaz subtranzientnih, tranzientnih in stacionarnih vrednosti
parametrov okvare.
Slika 3.5: Vmesnik za določitev parametrov okvare
Funkcija omogoča štiri metode:
- interaktivni način,
- način določenega mesta okvare,
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
33
- način hkratne okvare,
- način izbire omrežja.
Interaktivni način se uporablja za hiter izračun okvare na različnih lokacijah. Uporabnik lahko
izbere lokacijo okvare s premikanjem kazalca položaja (kurzorja), ob katerem se istočasno
izpisuje tok okvare.
V načinu določenega mesta okvare je lokacija okvare določena in se stanje celotnega omrežja
izračuna. Uporabnik lahko izbere lokacijo okvare s kazalcem položaja, vrednost toka okvare
pa se pojavi na mestu okvare.
Način hkratne okvare se uporablja za izračun omrežja pod vplivom več različnih istočasnih
okvar.
Način izbire omrežja zagotavlja izračun izbranih rezultatov okvare na izbranih področjih
omrežja ali v celotnem omrežju. Izbrana okvara se na izbranem območju simulira na vsaki
zbiralki in na vsakem delu daljnovoda.
Metode za izračune kratkih stikov
Standardni algoritmi za izračunavanje kratkih stikov so zasnovani na matriki admitanc, iz
katere se izračunavajo vse potrebne vrednosti [6]. Pri uporabi teh algoritmov se pojavlja
problem z nestabilnostjo in z velikostjo matrik admitanc. Zaradi teh problemov so se razvili
specialni algoritmi za izračunavanje kratkih stikov.
Algoritmi za izračunavanje kratkih stikov so v osnovi razviti za obdelavo radialnih
distribucijskih omrežij. Izvajajo se v dveh fazah. V prvi fazi se po vseh vozliščih, od spodnjih
proti zgornjim, uporablja I Kirchoffov zakon, s katerim se izračuna razdelitev tokov v mreži.
V drugi fazi pa se v nasprotni smeri z uporabo II Kirchoffovega zakona izračunajo vozliščne
napetosti. Izračun kratkega stika pa združuje obe fazi.
V DMS-ju se uporabljajo trije algoritmi za izračunavanje kratkih stikov. Admitančno-
impedančni algoritem in Modificiran Shirmohammadijev algoritem se uporabljata za
izračunavanje radialnih distribucijskih omrežij. Za izračunavanje šibko zankanih
distribucijskih omrežij pa se uporablja kompenzacijska metoda.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
34
3.2 Model distribucijskega omrežja v programskem orodju DMS
Pred prikazom vpliva generatorja na kratkostične razmere smo preverili točnost izračunov
programskega paketa DMS. Za potrditev točnosti modela in izračunov programskega orodja
DMS smo izvedli primerjavo rezultatov programskega orodja DMS z rezultati simulacije v
programskem paketu Matlab in z rezultati meritev.
Za primerjavo rezultatov sta prikazana dva primera, in sicer prvi primer za kratke stike daleč
od RTP-ja in generatorja (KS 1) ter drugi primer za kratke stike blizu RTP-ja in generatorja
(KS 2), kot je prikazano na slikah 3.6 in 3.7. Generator je od RTP-ja oddaljen 326 m. Prva
okvara daleč od generatorja je v TP Dobrna dom, ki je od generatorja oddaljena 15.829 m.
Druga okvara pa je okvara na DV 20 kV Ljubečna, stojno mesto tč. 11, in je od generatorja
oddaljena 1.163 m, kar je relativno blizu generatorja.
Primerjava je izvedena na dveh primerih okvare, ki sta se dejansko zgodili na izvodih iz RTP
Trnovlje. Za vsak primer okvare se je v programskem orodju DMS in v programskem paketu
Matlab izdelal identičen model distribucijskega omrežja, katerih rezultate smo uporabili za
primerjavo z rezultati dejanskih meritev. Model omrežja v programskem orodju DMS je
opisan v tem poglavju, rezultati izračunov pa so prikazani v poglavju 3.3. Model istega
omrežja v programskem paketu Matlab je opisan v poglavju 4.1, rezultati izračunov pa so
prikazani v poglavju 4.2. Shema obravnavanega distribucijskega omrežja je prikazana v
poglavju 5.1, rezultati meritev pa so prikazani v poglavju 5.2. Primerjava vseh treh rezultatov
za vsak primer kratkega stika je prikazana v poglavju 6.1.
Za vse primere kratkih stikov so pridobljeni rezultati izmerjeni in izračunani na izvodu v RTP
110/20 kV Trnovlje in ne na mestu kratkega stika. Za vse kratke stike so bile meritve in
izračuni izvedeni pri ozemljenem zvezdišču transformatorja preko 80 Ω upora. V
programskem orodju DMS so tehnični parametri elementov distribucijskega omrežja v tem
poglavju za primerjavo rezultatov enaki kot v zadnjem poglavju za analizo vpliva generatorja
na kratke stike. Tehnični parametri so podani v poglavju 7.1. V programskem orodju DMS je
zajeto celotno distribucijsko omrežje podjetja Elektro Celje, d. d., ki v izračune vključuje vse
porabnike z obremenitvijo, določeno po dnevnem diagramu obremenitve. V omrežje je
vključen tudi sinhronski generator Merksha.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
35
V DMS programskem orodju sta možna geografski ali shematski pogled. Geografski prikaz
distribucijskega omrežja v programskem orodju DMS s prikazano točko okvare (KS 1) daleč
od generatorja in s točko okvare (KS 2) relativno blizu generatorja je prikazan na sliki 3.6.
Slika 3.6: Geografski prikaz omrežja s prikazano točko okvare KS 1 in KS 2
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
36
Geografski prikaz nam prikazuje oddaljenost posamezne okvare od generatorja oziroma od
RTP-ja. Ker se iz geografskega prikaza vidi samo krajevna razporeditev točk okvare, je za
boljši prikaz na sliki 3.7 priložena še enočrtna shema distribucijskega omrežja.
110/20 kV2x31,5 MVA
RTPTRNOVLJE
Slika 3.7: Enočrtna shema omrežja s prikazano točko okvare KS 1 in KS 2
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
37
Iz priloženega geografskega prikaza lahko vidimo veliko oddaljenost prve okvare in relativno
majhno oddaljenost druge okvare od generatorja in RTP-ja. Shematski prikaz obravnavanega
omrežja je razviden iz priložene enočrtne sheme.
3.3 Rezultati izračuna programskega orodja DMS
Rezultate izračunov vseh vrst kratkih stikov programsko orodje DMS prikazuje numerično,
zato so v tem poglavju podani v tabeli. Prikazani tokovi v tabelah so efektivne vrednosti
simetričnih kratkostičnih tokov. Rezultati izračunov programskega orodja DMS bodo v
poglavju 6.1 uporabljeni za primerjavo z rezultati meritev kratkostičnih tokov v istih točkah
okvare, ki so se zgodile v dejanskem distribucijskem omrežju.
Rezultati izračunov programskega orodja DMS so za vse vrste kratkih stikov v TP Dobrna
dom prikazani v tabeli 3.1, za trifazni kratki stik na DV 20 kV Ljubečna, tč. 11, pa v tabeli
3.2.
Tabela 3.1: Rezultati izračunov za KS v TP Dobrna dom
Simetrični kratkosti čni tok [kA] Perioda subtranzientni stacionarni 1f KS / 0,192 2f KS+Z / 1,048 3f KS / 1,185
V TP Dobrna so se v prvi okvari zaporedoma razvrstili trije kratki stiki, opisani v poglavju
5.2, zato so v tabeli 3.1 podani rezultati za enofazni kratki stik, dvofazni kratki stik z
istočasnim zemeljskim stikom in za trifazni kratki stik. Ker ta okvara predstavlja kratke stike
daleč od generatorja in ni izrazitega prehodnega pojava, so podani samo stacionarni simetrični
kratkostični tokovi.
Tabela 3.2: Rezultati izračunov za KS na DV 20 kV Ljubečna, tč. 11
Simetrični kratkosti čni tok [kA] Perioda subtranzientni stacionarni 3f KS 4,984 3,940
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
38
V drugi okvari, na DV Ljubečna, tč. 11, je, kot je opisano v poglavju 5.2, prišlo do trifaznega
kratkega stika. Ker druga okvara predstavlja kratek stik blizu generatorja, se nam pojavi
prehodni pojav. V tabeli 3.2 so podani rezultati za trifazni kratki stik s podanimi
subtranzientnimi in stacionarnimi simetričnimi kratkostičnimi tokovi.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
39
4 ANALIZA DISTRIBUCIJSKEGA OMREŽJA S POMO ČJO SIMULACIJE V PROGRAMSKEM PAKETU MATLAB
Za analizo distribucijskega omrežja na podlagi simulacije smo uporabili programski paket
Matlab, ki je zasnovan na Dommelovem pristopu. Model distribucijskega omrežja je izdelan v
programskem paketu Matlab z orodjem Simulink. V Simulinku je s pomočjo uporabe
izdelanih elementov v knjižnici SimPowerSystem sestavljen model dejanskega
distribucijskega omrežja.
Obravnavana sta dva primera okvare, ki sta geografsko prikazana na sliki 3.6 in shematsko na
sliki 3.7. Prvi primer okvare v točki KS 1 je kratki stik daleč od generatorja oziroma RTP-ja,
in sicer v TP Dobrna dom. Drugi primer okvare v točki KS 2 pa je trifazni kratki stik na DV
20 kV Ljubečna, stojno mesto tč. 11, ki je relativno blizu generatorja oziroma RTP-ja.
4.1 Model distribucijskega omrežja v programskem paketu Matlab
Za simulacijo distribucijskega omrežja smo za oba primera okvare uporabili poenostavljen
model omrežja, ki je sestavljen iz idealnih elementov. Uporaba idealnih elementov sicer omeji
točnost prikazanih prehodnih pojavov, ker med drugim recimo ne upošteva nasičenja
transformatorjev ali vzbujanja generatorjev. Ker pa dosedanje analize poznanih raziskav [9]
niso pokazale bistvenega odstopanja rezultatov pri uporabi idealnih ali realnih elementov, se
je za primerjavo rezultatov izdelal model z uporabo idealnih elementov. Izračuni parametrov
elementov modela so prikazani v poglavju Dodatek A.
V simulacijah je upoštevano samo distribucijsko omrežje prikazanega modela obravnavanega
izvoda iz RTP-ja brez preostalega omrežja. Čeprav smo uporabili poenostavljen model, smo v
njem zajeli celotno konfiguracijo izvoda. Vir električne energije v modelu distribucijskega
omrežja predstavljata tuje omrežje in sinhronski generator, ki sta v omrežje vključena preko
transformatorjev. Povezave med elementi so izvedene s kablovodi in z daljnovodi. Za prikaz
obremenitve v omrežju pa je na koncu izvoda vključeno breme, ki predstavlja vse porabnike,
priključene na obravnavanem izvodu.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
40
Model idealnega vira električne energije – tuje omrežje 110 kV
Obravnavano omrežje je napajano iz RTP 110/20 kV Trnovlje. Kot vir električne energije v
modelu distribucijskega omrežja smo uporabili 3-fazni idealni vir, katerega osnovni vhodni
podatki so napetost, kratkostična moč v RTP-ju in razmerje upornosti X/R.
Model idealnega vira električne energije ter njegovi parametri so prikazani na sliki 4.1.
Slika 4.1: Model idealnega vira električne energije ter njegovi parametri
Model idealnega transformatorja 110/20 kV
Za transformacijo napetosti iz 110 kV na 20 kV je v RTP 110/20 kV Trnovlje uporabljen
model idealnega dvojedrnega transformatorja, ki je podan kot linearni element s konstantno
medsebojno induktivnostjo.
Na sliki 4.2 je shematsko prikazan model idealnega transformatorja z dvema navitjema.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
41
1 1
Fe
22
µ
Slika 4.2: Shematski prikaz modela idealnega transformatorja 110/20 kV
R1 – ohmska upornost primarnega navitja,
R2 – ohmska upornost sekundarnega navitja,
RFe – ohmska upornost magnetilne veje,
L1 – stresana induktivnost primarnega navitja,
L2 – stresana induktivnost sekundarnega navitja,
Lµ – induktivnost magnetilne veje.
Osnovni podatki transformatorja:
– primarna napetost: U1 = 110 kV,
– sekundarna napetost: U2 = 21 kV,
– nazivna moč: Sn = 31,5 MVA,
– vezava: YNyn6,
– kratkostična napetost: uk = 13,92 %.
Model idealnega dvojedrnega transformatorja 110/20 kV v vezavi YNyn ter njegovi parametri
so prikazani na sliki 4.3. Parametri so izračunani v Dodatek A1.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
42
Slika 4.3: Model idealnega transformatorja v vezavi YNyn ter njegovi parametri
Model idealnega transformatorja 20/10 kV
Za transformacijo napetosti z 20 kV na 10 kV je pred generatorjem vgrajen transformator, za
katerega je uporabljen model idealnega dvojedrnega transformatorja, ki je shematsko prikazan
na sliki 4.2.
Osnovni podatki transformatorja:
– primarna napetost: U1 = 24 kV,
– sekundarna napetost: U2 = 12 kV,
– nazivna moč: Sn = 10 MVA,
– vezava: YNd5,
– kratkostična napetost: uk = 6,33 %.
Model idealnega dvojedrnega transformatorja 20/10 kV v vezavi YNd ter njegovi parametri
so prikazani na sliki 4.4. Parametri so izračunani v Dodatek A2.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
43
Slika 4.4: Model idealnega transformatorja v vezavi YNd ter njegovi parametri
Model idealnega generatorja Merksha 10 kV
Dodaten vir električne energije v distribucijsko omrežje, v TP Merksha, predstavlja 6,75 MW,
10 kV generator, za katerega je uporabljen model idealnega generatorja, katerega nadomestno
vezje je prikazano na sliki 4.5.
S d
br
br
Slika 4.5: Nadomestno vezje idealnega generatorja
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
44
E – notranja inducirana napetost,
Rs – ohmska upornost statorja,
Xd'' – začetna vzdolžna reaktanca,
Xbr – reaktanca bremena,
Rs – ohmska upornost bremena.
Osnovni podatki generatorja so povzeti iz tehničnih navodil:
– nazivna napetost: Un = 10,5 kV,
– nazivna moč: Sn = 8,44 MVA,
– upornost rotorja: R2 = 0,9664 Ω,
– subtranzientna reaktanca: xd '' = 15,76 %,
– tranzientna reaktanca: xd ' = 19,14 %,
– sinhronska reaktanca: xd = 234,58 %.
Model idealnega generatorja ter njegovi parametri so prikazani na sliki 4.6. Parametri so
izračunani v Dodatek A3.
Slika 4.6: Model idealnega generatorja ter njegovi parametri
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
45
Model trifaznega voda
Distribucijsko omrežje med RTP 110/20 kV Trnovlje in mestom okvare je izvedeno z 20 kV
zemeljskimi kablovodi in nadzemnimi daljnovodi, ki jih v programskem paketu Matlab
modeliramo s tako imenovanim PI modelom voda, ki je shematsko prikazan na sliki 4.7.
22
Slika 4.7: Shematski prikaz PI modela voda
R – ohmska upornost voda,
L – induktivnost voda,
C – dozemna kapacitivnost voda.
Osnovni vhodni podatki modela trifaznega voda so dolžina voda, ohmska upornost,
induktivnost in kapacitivnost pozitivnega in ničnega zaporedja.
PI model kablovoda ter njegovi parametri za 20 kV aluminijast kablovod preseka 150 mm2 (3
x NA2XS(F)2Y 1 x 150/25 mm2) so prikazani na sliki 4.8. Parametri so izračunani v Dodatek
A4.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
46
Slika 4.8: PI model kablovoda 150 mm2 ter njegovi parametri
PI model daljnovoda ter njegovi parametri za 20 kV daljnovod Al-Fe preseka 70 mm2 so
prikazani na sliki 4.9. Parametri so izračunani v Dodatek A4.
Slika 4.9: PI model daljnovoda Al-Fe 70 mm2 ter njegovi parametri
PI model daljnovoda ter njegovi parametri za 20 kV daljnovod Al-Fe preseka 35 mm2 so
prikazani na sliki 4.10. Parametri so izračunani v Dodatek A4.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
47
Slika 4.10: PI model daljnovoda Al-Fe 35 mm2 ter njegovi parametri
Model bremena
Za prikaz realnih razmer v distribucijskem omrežju v model dodamo breme, ki predstavlja
celotno nadomestno obremenitev obravnavanega omrežja v RTP 110/20 kV Trnovlje na
obravnavanem transformatorju.
Osnovni vhodni podatki modela RLC bremena so medfazna napetost, delovna moč in jalova
moč. Model bremena ter njegovi parametri so prikazani na sliki 4.11.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
48
Slika 4.11: Model bremena ter njegovi parametri
Model okvare
Za prikaz okvare v distribucijskem omrežju dodamo v model element okvare, s katero lahko
izberemo vrsto okvare. Osnovni vhodni podatki modela okvare so vrsta okvare in upornost na
mestu okvare. Model okvare ter njeni parametri so prikazani na sliki 4.12.
Slika 4.12: Model okvare ter njeni parametri
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
49
Model distribucijskega omrežja za prvi primer okvare
Model poenostavljenega distribucijskega omrežja za prvi primer okvare je prikazan na sliki
4.13. Prvi primer okvare predstavljajo kratki stiki v TP Dobrna dom.
Slika 4.13: Model distribucijskega omrežja za KS v TP Dobrna dom
Model distribucijskega omrežja na sliki 4.13 predstavlja strukturo omrežja, kot je bila v
dejanskem omrežju pri meritvah kratkega stika v prvem primeru okvare. Prva okvara
predstavlja kratke stike daleč od generatorja in RTP-ja v TP Dobrna dom. V modelu je
obravnavan samo izvod Vojnik od RTP 110/20 kV Trnovlje do TP Dobrna dom brez
preostalega omrežja. Izvod distribucijskega omrežja je napajan iz RTP 110/20 kV Trnovlje iz
transformatorja 110/20 kV nazivne moči 31,5 MVA, ki ima zvezdišče ozemljeno preko 80 Ω
upora. Dodaten vir električne energije v omrežju predstavlja sinhronski generator Merksha
nazivne moči 8,44 MVA. Ker je generator 10 kV, je v 20 kV distribucijsko omrežje
priključen preko transformatorja 10/20 kV nazivne moči 10 MVA. Generator je lociran v TP
Merksha in je v RTP 110/20 kV Trnovlje priključen preko 20 kV kablovoda, preseka 150
mm2 in dolžine 326 m. TP Dobrna dom je priključena na izvod Vojnik, ki je sestavljen iz 20
kV kablovoda 150 mm2 dolžine 615 m, daljnovoda Al-Fe 70 mm2 dolžine 14.864 m in
daljnovoda Al-Fe 35 mm2 dolžine 24 m. Za simulacijo obremenitve priključenih porabnikov v
omrežju je na mestu kratkega stika vključeno breme delovne moči 2,882 MW in jalove moči
2,165 MVAr, kar ustreza toku pred kratkim stikom.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
50
Model distribucijskega omrežja za drugi primer okvare
Model poenostavljenega distribucijskega omrežja za drugi primer okvare je prikazan na sliki
4.14. Drugi primer okvare predstavlja trifazni kratki stik na DV 20 kV Ljubečna, tč. 11.
Slika 4.14: Model distribucijskega omrežja za KS na DV 20 kV Ljubečna, tč. 11
Model distribucijskega omrežja na sliki 4.14 predstavlja strukturo omrežja, kot je bila v
dejanskem omrežju pri meritvah kratkega stika v drugem primeru okvare. Druga okvara
predstavlja kratek stik relativno blizu generatorja in RTP-ja na DV 20 kV Ljubečna, stojno
mesto tč. 11. V modelu je obravnavan samo izvod Ljubečna od RTP 110/20 kV Trnovlje do
stojnega mesta tč. 11 brez preostalega omrežja. Izvod distribucijskega omrežja je napajan iz
RTP 110/20 kV Trnovlje (enako kot v prvem primeru), s tem da je izvod Ljubečna sestavljen
iz 20 kV kablovoda 150 mm2 dolžine 137 m in daljnovoda Al-Fe 70 mm2 dolžine 700 m. Za
simulacijo obremenitve priključenih porabnikov v omrežju je na mestu kratkega stika
vključeno breme delovne moči 3,038 MW in jalove moči 2,282 MVAr, kar ustreza toku pred
kratkim stikom.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
51
Vpliv upornosti kratkega stika na tok kratkega stika
Neznanka pri vsakem realnem kratkem stiku v praksi je upornost na mestu kratkega stika. V
dejanskih primerih skoraj nikoli nimamo čistega kovinskega stika, točne upornosti na mestu
kratkega stika pa ne poznamo. Vpliv upornosti kratkega stika je za enofazni kratki stik
prikazan na sliki 4.15, za dvofazni kratki stik na sliki 4.16 in za trifazni kratki stik na sliki
4.17. Vpliv upornosti kratkega stika je prikazan s primerjavo časovnega poteka toka
popolnega kratkega stika (iKS Z0) in toka z upoštevanjem upornosti 2 Ω (iKS Z). Na isti sliki sta
za primerjavo prikazani še efektivni vrednosti tokov, in sicer efektivni tok popolnega kratkega
stika (IKS Z0) in efektivni tok z upoštevanjem upornosti (IKS Z).
Za vse kratke stike je za boljšo preglednost prikazana primerjava kratkostičnih tokov samo v
eni fazi, ki je v okvari. Vse primerjave so prikazane s časovnimi poteki tokov in pripadajočimi
efektivnimi vrednostmi tokov v drugi fazi L2. Vsi rezultati za primerjavo vpliva upornosti
kratkega stika so dobljeni iz modela distribucijskega omrežja, prikazanega na sliki 4.13, z
meritvami tokov v točki KS.
Slika 4.15: Časovni potek toka brez in z upoštevanjem upornosti za 1f KS
0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-300
-200
-100
0
100
200
300
400
t (s)
i (A
)
iKS Z0
iKS Z
IKS Z0
IKS Z
pred nastankom KS
T1
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
52
Slika 4.16: Časovni potek toka brez in z upoštevanjem upornosti za 2f KS
Slika 4.17: Časovni potek toka brez in z upoštevanjem upornosti za 3f KS
Tok pred kratkim stikom, ki je nastopil v točki T1, je znašal 101 A. Primerjava časovnih
potekov tokov kratkih stikov in efektivnih vrednosti tokov prikazuje, da upoštevanje
upornosti kratkega stika pri enofaznem kratkem stiku nima bistvenega vpliva. Prav nasprotno
pa ima upornost kratkega stika vpliv tako pri dvofaznem kot tudi trifaznem kratkem stiku, kjer
je razlika v toku do 120 A. Tok kratkega stika je pri upoštevanju upornosti kratkega stika
manjši zaradi dodatne upornosti, ki se s tem pojavi v tokokrogu ob kratkem stiku in omejuje
tok.
0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
t (s)
i (A
)
iKS Z0
iKS Z
IKS Z0
IKS Z
pred nastankom KS
T1
0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
t (s)
i (A
)
iKS Z0
iKS Z
IKS Z0
IKS Z
T1
pred nastankom KS
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
53
Vpliv bremena na tok kratkega stika
Odstopanje modela od realnih razmer je tudi v tem, da je distribucijsko omrežje v modelu
obremenjeno z ocenjeno vrednostjo bremena. Dejstvo je, da točnih podatkov o obremenitvi v
času kratkega stika nimamo, zato obremenitev v trenutku kratkega stika določimo okvirno iz
odčitanega toka pred okvaro. Vpliv obremenitve je za enofazni kratki stik prikazan na sliki
4.18, za dvofazni kratki stik na sliki 4.19 in za trifazni kratki stik na sliki 4.20. Vpliv
obremenitve v času kratkega stika je prikazan s primerjavo časovnega poteka toka
neobremenjenega (iNEOB) in obremenjenega (iOB) modela. Na isti sliki sta za primerjavo
prikazani še efektivni vrednosti tokov, in sicer efektivni tok neobremenjenega modela (INEOB)
in efektivni tok obremenjenega modela (IOB).
Za vse kratke stike je za boljšo preglednost prikazana primerjava kratkostičnih tokov samo v
eni fazi. Vse primerjave so prikazane s časovnimi poteki tokov in efektivnimi tokovi v drugi
fazi L2.
Vsi rezultati za primerjavo vpliva obremenitve so dobljeni iz modela distribucijskega
omrežja, prikazanega na sliki 4.13 z meritvami tokov v točki kratkega stika. Kot je iz modela
razvidno, je primerjava izdelana v omrežju z ozemljenim zvezdiščem preko 80 Ω upora s
kratkim stikom v TP Dobrna dom. V neobremenjenem modelu imamo model brez bremena, v
obremenjenem pa imamo na mestu kratkega stika v TP Dobrna dom vključeno breme
naključno izbrane delovne moči 3,375 MW in jalove moči 2,535 MVAr.
Slika 4.18: Časovni potek toka obremenjenega in neobremenjenega modela pri 1f KS
0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-300
-200
-100
0
100
200
300
400
t (s)
i (A
)
iNEOB
iOB
INEOB
IOB
pred nastankom KS
T1
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
54
Slika 4.19: Časovni potek toka obremenjenega in neobremenjenega modela pri 2f KS
Slika 4.20: Časovni potek toka obremenjenega in neobremenjenega modela pri 3f KS
Tok obremenjenega modela pred kratkim stikom, ki je nastopil v točki T1, je 101 A, v
neobremenjenem pa je nič. Iz primerjave časovnih potekov tokov ugotovimo, da obremenitev
ne vpliva bistveno na vrednost toka kratkega stika pri trifaznem kratkem stiku in ima zelo
mali vpliv pri dvofaznem kratkem stiku. Tako lahko pri trifaznem in dvofaznem kratkem stiku
vpliv obremenitve zanemarimo, kar pa ne velja za enofazni kratki stik, kjer vidimo veliko
povečanje toka kratkega stika pri modelu z upoštevano obremenitvijo. Iz primerjave
efektivnih tokov vidimo, da je pri enofaznem kratkem stiku v obremenjenem modelu tok večji
za 76 A. Velikost kratkostičnega toka je odvisna od velikosti bremena.
0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
t (s)
i (A
)
iNEOB
iOB
INEOB
IOB
pred nastankom KS
T1
0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
t (s)
i (A
)
iNEOB
iOB
INEOB
IOB
T1
pred nastankom KS
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
55
Vpliv vklopnega kota na tok kratkega stika
Velikost subtranzientnega simetričnega toka kratkega stika je odvisna od vklopnega kota
napetosti ob nastopu kratkega stika. Vpliv vklopnega kota je pri enofaznem kratkem stiku
prikazan na sliki 4.21, pri dvofaznem kratkem stiku na sliki 4.22 in pri trifaznem kratkem
stiku na sliki 4.23. Vpliv vklopnega kota napetosti ob nastanku kratkega stika je prikazan s
primerjavo časovnega poteka toka kratkega stika pri vklopnem kotu 0o (iKS 0), pri vklopnem
kotu 45o (iKS 45) in pri vklopnem kotu 90o (iKS 90). Na isti sliki so za primerjavo prikazane še
efektivne vrednosti tokov kratkega stika, in sicer efektivni tok kratkega stika pri vklopnem
kotu 0o (IKS 0), pri vklopnem kotu 45o (IKS 45) in pri vklopnem kotu 90o (iKS 90). Za prikaz
vklopnega kota napetosti je na isti sliki dodan še časovni potek napetosti, ki je za lažjo
primerjavo prikazana v velikosti 2 %.
Za vse kratke stike je za boljšo preglednost prikazana primerjava kratkostičnih tokov samo v
eni fazi, ki je v okvari. Vse primerjave so prikazane s časovnimi poteki tokov in pripadajočimi
efektivnimi vrednostmi tokov v drugi fazi L2. Na vsaki sliki je prikazan še časovni potek
fazne napetosti v isti fazi L2, ki je na risbe dodana le za prikaz vklopnega kota. Napetost na
slikah ne predstavlja realnega poteka napetosti ob kratkem stiku, temveč potek napetosti brez
okvare. Vsi rezultati za primerjavo vpliva vklopnega kota so dobljeni iz neobremenjenega
modela distribucijskega omrežja, prikazanega na sliki 4.13 z meritvami tokov v točki KS.
Slika 4.21: Časovni potek toka in napetosti pri različnem vklopnem kotu za 1f KS
0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
t (s)
i (A
), u
(V
)*0.
02
iKS 0
iKS 45
iKS 90
IKS 0
IKS 45
IKS 90
uL2
pred nastankom KS
T1
45
90
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
56
Slika 4.22: Časovni potek toka in napetosti pri različnem vklopnem kotu za 2f KS
Slika 4.23: Časovni potek toka in napetosti pri različnem vklopnem kotu za 3f KS
Za prikaz subtranzientnega toka kratkega stika pri vklopnem kotu 0o je kratki stik nastopil v
točki T1, ko gre napetost skozi točko nič. Pri vklopnem kotu 90o je kratki stik nastopil v točki,
ko gre napetost skozi maksimum. Pri vklopnem kotu 45o pa je kratki stik nastopil na sredini
med točko, v kateri napetost doseže nič in maksimum. Iz primerjave časovnih potekov tokov
ugotovimo, da vklopni kot ne vpliva na vrednost subtranzientnega toka kratkega stika pri
enofaznem kratkem stiku. Prav nasprotno pa ima vklopni kot vpliv pri trifaznem kratkem
stiku, kakor tudi pri dvofaznem kratkem stiku, kjer je razlika v toku zelo velika.
Subtranzientni tok kratkega stika je pri različnih vklopnih kotih različen zaradi različne
vrednosti enosmerne komponente toka kratkega stika v trenutku nastopa kratkega stika.
0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
t (s)
i (A
), u
(V
)*0
.02
iKS 0
iKS 45
iKS 90
IKS 0
IKS 45
IKS 90
uL2
pred nastankom KS
T1
45
90
0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 0.08-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
t (s)
i (A
), u
(V
)*0.
02
iKS 0
iKS 45
iKS 90
IKS 0
IKS 45
IKS 90
uL2
pred nastankom KS
T1
45
90
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
57
4.2 Rezultati simulacije programskega paketa Matlab
V simulacijah je upoštevano samo distribucijsko omrežje prikazanega modela obravnavanega
izvoda iz RTP-ja brez preostalega omrežja. Rezultati izračunov programskega paketa Matlab
bodo v poglavju 6.1 uporabljeni za primerjavo z rezultati meritev kratkostičnih tokov v istih
točkah okvare, ki so se zgodile v dejanskem distribucijskem omrežju.
Rezultati simulacije so prikazani s časovnimi poteki kratkostičnih tokov ( iL1, iL2, iL3 ) v vseh
treh fazah, ki so jim dodane še pripadajoče efektivne vrednosti kratkostičnih tokov ( IL1, IL2,
IL3) v vseh treh fazah.
Prvi primer okvare v TP Dobrna dom
Prvi primer okvare (KS 1), prikazan na slikah 3.6 in 3.7, je kratki stik daleč od generatorja in
RTP-ja v TP Dobrna dom. V prvi okvari so se zaporedoma razvrstili trije kratki stiki, opisani
v poglavju 5.2. Rezultati simulacije prve okvare, ki predstavlja enofazni kratki stik, dvofazni
kratki stik z istočasnim zemeljskim stikom in trifazni kratki stik, so prikazani ločeno za vsak
kratki stik posebej. Kratki stik nastopi pri vsakem prikazu v točki T1.
Slika 4.24 prikazuje časovne poteke faznih tokov (iL1, iL2, iL3) ter pripadajoče efektivne
vrednosti faznih tokov (IL1, IL2, IL3) za primer enofaznega kratkega stika v TP Dobrna dom.
Slika 4.24: Rezultati simulacije za 1f KS v TP Dobrna dom
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2-300
-200
-100
0
100
200
300
t (s)
i (A
)
iL1
iL2
iL3
IL1
IL2
IL3
pred nastankom KS
T1
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
58
Iz časovnih potekov tokov je razvidno, da je enofazni kratki stik nastopil v točki T1 v prvi
(L1) fazi.
Slika 4.25 prikazuje časovne poteke faznih tokov (iL1, iL2, iL3) ter pripadajoče efektivne
vrednosti faznih tokov (IL1, IL2, IL3) za primer dvofaznega kratkega stika z istočasnim
zemeljskim stikom v TP Dobrna dom.
Slika 4.25: Rezultati simulacije za 2f KS+Z v TP Dobrna dom
Iz časovnih potekov tokov je razvidno, da je dvofazni kratki stik z istočasnim zemeljskim
stikom nastopil v točki T1 v prvi (L1) in tretji (L3) fazi.
Slika 4.26 prikazuje časovne poteke faznih tokov (iL1, iL2, iL3) ter pripadajoče efektivne
vrednosti faznih tokov (IL1, IL2, IL3) za primer trifaznega kratkega stika v TP Dobrna dom.
Slika 4.26: Rezultati simulacije za 3f KS v TP Dobrna dom
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
t (s)
iL1
iL2
iL3
IL1
IL2
IL3
pred nastankom KS
T1
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
t (s)
i (A
)
iL1
iL2
iL3
IL1
IL2
IL3
pred nastankom KS
T1
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
59
Iz časovnih potekov tokov je razvidno, da je trifazni kratki stik nastopil v točki T1 v vseh treh
fazah.
Drugi primer okvare na DV 20 kV Ljubečna, tč. 11
Drugi primer okvare (KS 2), prikazan na slikah 3.6 in 3.7, je kratki stik blizu RTP-ja na DV
20 kV Ljubečna, stojno mesto 11. V drugi okvari je, kot je opisano v poglavju 5.2, prišlo do
trifaznega kratkega stika. Rezultati simulacije druge okvare so prikazani na sliki 4.27.
Slika 4.27 prikazuje časovne poteke faznih tokov ( iL1, iL2, iL3 ) ter pripadajoče efektivne
vrednosti faznih tokov ( IL1, IL2, IL3 ) za primer trifaznega kratkega stika na DV 20 kV
Ljubečna, stojno mesto 11.
Slika 4.27: Rezultati simulacije za 3f KS na DV 20 kV Ljubečna, tč. 11
Iz časovnih potekov tokov je razvidno, da je trifazni kratki stik nastopil v točki T1 v vseh treh
fazah.
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1x 10
4
t (s)
i (A
)
iL1
iL2
iL3
IL1
IL2
IL3
pred nastankom KS
T1
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
60
5 MERITVE V OBRAVNAVANEM OMREŽJU
Za prikaz ujemanja izračunanih rezultatov programskega orodja DMS z rezultati simulacij
programskega paketa Matlab in dejanskimi meritvami smo iz baze okvar izbrali dva primera
dejanskih okvar, ki so se zgodile. Za prvi primer okvare smo izbrali kratki stik, ki je relativno
oddaljen od generatorja in RTP-ja, ki ima manjše kratkostične tokove. Za drugi primer okvare
pa smo izbrali nasprotni primer, in sicer kratki stik, ki je relativno blizu generatorja in RTP-ja,
kjer so kratkostični tokovi večji. Obe okvari predstavljata kratki stik na izvodu iz RTP
110/20 kV Trnovlje, kjer ima transformator zvezdišče ozemljeno preko 80 Ω upora.
Prvi primer okvare v točki KS 1 je kratki stik v TP Dobrna dom. Drugi primer okvare v točki
KS 2 pa je trifazni kratki stik na DV 20 kV Ljubečna, stojno mesto tč. 11. Obe točki okvare
sta geografsko prikazani sliki 3.6 in shematsko na sliki 3.7.
5.1 Shema obravnavanega distribucijskega omrežja
V podjetju je celotno distribucijsko omrežje za različne potrebe narisano v različnih
programih in aplikacijah v različnih pogledih. Omrežje je narisano tako geografsko kot tudi
shematsko.
Za prikaz mesta kratkega stika je za primer dejanskih meritev izbran shematski prikaz
omrežja. Shematski prikaz ne prikazuje dejanske oddaljenosti mesta kratkega stika od RTP-ja,
temveč prikazuje omrežne povezave in smer napajanja mesta kratkega stika. Za analizo
rezultatov sta prikazana dva primera, in sicer prvi primer za kratke stike daleč od generatorja
in RTP-ja ter drugi primer za kratke stike blizu generatorja in RTP-ja.
Shema distribucijskega omrežja za prvi primer okvare
Prvi primer okvare predstavljajo kratki stiki daleč od generatorja in RTP-ja v TP Dobrna dom
in so prikazani na sliki 5.1.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
61
110/20 kV2x31,5 MVA
RTPTRNOVLJE
Slika 5.1: Shema distribucijskega omrežja za KS v TP Dobrna dom
Shema distribucijskega omrežja za drugi primer okvare
Drugi primer okvare predstavlja trifazni kratki stik na DV 20 kV Ljubečna, stojno mesto tč.
11, ki je relativno blizu generatorja in RTP-ja in je prikazan na sliki 5.2.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
62
K10
3 N
ASX
S(F)
2Y
K10
4 N
ASX
S(F)
2Y
110/20 kV2x31,5 MVA
RTP
630259
KOTNA
1000T 92
TRNOVLJEGASTRO
IND
US
TR
IJA
SE
VE
RN
I K
RO
ŽN
I
DV VO
JNIK
PLI
NA
RN
A
KLA
VN
ICA
HLADILNICA
MERX
INTERSPAR KB-2
INTERSPAR KB-1
TUŠ HLAD.
GENERATORTP MERKSCHA
96TOPLARNA
2000T
MERKSCHA 20 kV
93
RT
P L
AV
A
TRNOVLJE
Slika 5.2: Shema distribucijskega omrežja za KS na DV Ljubečna, tč. 11
5.2 Rezultati meritev
Vsi rezultati meritev, predstavljeni v tem poglavju, so dejanske meritve, ki so bile izvedene v
RTP 110/20 kV Trnovlje v celici izvoda, na katerem se je zgodila posamezna okvara.
Prvi primer okvare v TP Dobrna dom
Prvi primer okvare je kratki stik daleč od generatorja oziroma RTP-ja, in sicer v TP Dobrna
dom. Iz časovnih potekov meritev tokov kratkega stika je razvidno, da so se v tem dogodku
zgodili zaporedoma trije različni kratki stiki.
Rezultati meritev tokov kratkega stika v RTP 110/20 kV Trnovlje, na izvodu Vojnik, so
prikazani na sliki 5.3. Rezultati izvedenih meritev so prikazani s časovnimi poteki faznih
kratkostičnih tokov (iL1, iL2, iL3), ki so jim dodane še pripadajoče efektivne vrednosti faznih
kratkostičnih tokov (IL1, IL2, IL3).
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
63
Slika 5.3: Rezultati meritev toka KS v TP Dobrna dom
Izmerjen residualni tok (tok ničnega zaporedja) je prikazan na sliki 5.4. Prikazana sta časovni
potek residualnega toka (i0) in pripadajoča efektivna vrednost residualnega toka (I0).
Slika 5.4: Rezultati meritev residualnega toka KS v TP Dobrna dom
Rezultati izmerjenih napetosti med kratkim stikom so prikazani na sliki 5.5, in sicer s
časovnimi poteki faznih napetosti (uL1, uL2, uL3), ki so jim dodane še pripadajoče efektivne
vrednosti faznih napetosti (UL1, UL2, UL3).
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
t (s)
i (A
)
iL1
iL2
iL3
IL1
IL2
IL3
2f KS+Z v L1 in L3
54
pred nastankom KS 1f KS v L1 izklop okvare
1 2 3
3f KS
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
-200
-100
0
100
200
300
t (s)
i (A
)
i0
I0
1f KS v L1pred nastankom KS 2f KS+Z v L1 in L3 izklop okvare
54321
3f KS
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
64
Slika 5.5: Izmerjene napetosti v TP Dobrna dom
Za prikaz faznega kota pred, med in po okvari sta na sliki 5.6 prikazana tok in napetost prve
faze L1. Prikazana sta časovna poteka faznega toka prve faze (iL1) in fazne napetosti (uL1). Za
boljšo preglednost in lažjo primerjavo je tok povečan za faktor 20.
Slika 5.6: Izmerjena tok in napetost v prvi fazi L1
Iz časovnih potekov in vrednosti kratkostičnih tokov, residualnega toka in napetosti
ugotovimo, da imamo v tem dogodku tri različne kratke stike. V prvi fazi (področje 2) se
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
-3
-2
-1
0
1
2
3
4x 10
4
t (s)
u (
V)
uL1
uL2
uL3
UL1
UL2
UL3
54321
pred nastankom KS 1f KS v L1 2f KS+Z v L1 in L3 izklop okvare3f KS
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
x 104
t (s)
i (A
)*2
0, u
(V
)
iL1
uL1
pred nastankom KS 1f KS v L1 2f KS+Z v L1 in L3 izklop okvare3f KS
1 2 3 4 5
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
65
pojavi enofazni zemeljski stik, ki preko dvofaznega zemeljskega stika z istočasnim
zemeljskim stikom (področje 3) preide v trifazni kratki stik (področje 4).
V področju 2 na sliki 5.4 vidimo, da imamo residualni tok v višini 150 A, ki ga pri
zemeljskem stiku omejuje 80 Ω upor, vezan na ozemljitev zvezdišča transformatorja. V istem
času na sliki 5.3 vidimo, da se nam je povečal tok prve faze (iL1), medtem ko sta ostala dva
toka (iL2 in iL2) ostala nespremenjena. Na sliki 5.5 se je napetost v prvi fazi (uL1) močno
znižala, ostali dve napetosti (uL2 in uL3) pa povečali skoraj na medfazno. Iz opisanega stanja
lahko z gotovostjo trdimo, da imamo v tem časovnem intervalu enofazni kratki stik v prvi fazi
(L1).
V področju 3 vidimo dvig toka v prvi in tretji fazi (iL1 in iL3), medtem ko je tok v drugi fazi
(iL2) ostal nespremenjen. Obratno pa je z napetostmi, ki sta v prvi in tretji fazi (uL1 in uL3)
nižji, v drugi fazi (uL2) pa je ostala medfazna. V istem intervalu se je residualni tok razpolovil
na 75 A, kar pomeni, da imamo dvofazni kratki stik z istočasnim zemeljskim stikom.
V področju 4 so se tokovi v vseh treh fazah (iL1, iL2, iL3) občutno povečali, medtem ko je
residualni tok padel skoraj na nič, kar pomeni, da imamo simetričen trifazni kratki stik.
Iz primerjave časovnega poteka faznega toka in fazne napetosti iste faze (slika 5.6) vidimo, da
v omrežju prevladuje induktivna obremenitev.
Drugi primer okvare na DV 20 kV Ljubečna, tč. 11
Drugi primer okvare je trifazni kratki stik na DV 20 kV Ljubečna, stojno mesto tč. 11, ki je
relativno blizu RTP-ja.
Rezultati meritev v RTP 110/20 kV Trnovlje na izvodu Ljubečna so prikazani na sliki 5.7.
Rezultati izvedenih meritev so prikazani s časovnimi poteki faznih kratkostičnih tokov (iL1,
iL2, iL3), ki so jim dodane še pripadajoče efektivne vrednosti faznih kratkostičnih tokov (IL1,
IL2, IL3).
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
66
Slika 5.7: Rezultati meritev toka KS na DV Ljubečna, tč. 11
V področju 2 časovni poteki in pripadajoče efektivne vrednosti kratkostičnih tokov
prikazujejo povečanje vseh treh faznih tokov, kar pomeni, da imamo trifazni kratki stik.
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
t (s)
i (A
)
iL1
iL2
iL3
IL1
IL2
IL3
pred nastankom KS izklop okvare
1 2 3
3f KS
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
67
6 POTRDITEV IZRA ČUNOV S SIMULACIJO IN Z MERITVAMI
Za potrditev točnosti izračunanih parametrov kratkega stika s programskim orodjem DMS
smo opravili primerjavo rezultatov izračunov programskega orodja DMS z rezultati
simulacije programskega paketa Matlab in z izvedenimi dejanskimi meritvami. Primerjava je
izvedena na dveh primerih okvare, ki sta se zgodili na izvodih iz RTP Trnovlje. Za vsak
primer okvare se je v programskem paketu Matlab in v programskem orodju DMS izdelal
identičen model distribucijskega omrežja, kot je bil v trenutku dejanskih meritev. Vsi rezultati
za vse kratke stike, ki so uporabljeni za primerjavo, so odčitani v celici izvoda v RTP 110/20
kV Trnovlje, kjer ima transformator zvezdišče ozemljeno preko 80 Ω upora.
6.1 Primerjava rezultatov z izvedenimi meritvami
Rezultati dejanskih meritev in rezultati programskega paketa Matlab so podani grafično s
časovnimi poteki kratkostičnih tokov, medtem ko so izračunani efektivni kratkostični tokovi v
programskem orodju DMS podani numerično. Ker so odčitani rezultati izračunov
programskega orodja DMS podani v efektivnih vrednostih, so za lažjo primerjavo v efektivne
vrednosti preračunani tudi vsi kratkostični tokovi izvedenih meritev in tokovi programskega
paketa Matlab. Vsi rezultati so za lažjo primerjavo podani grafično in v tabelah.
Pri vsakem modeliranju je s simulacijo zelo težko zajeti popolnoma identične razmere, kot se
pojavijo med dejanskim kratkim stikom, saj je težko upoštevati vse vplivne faktorje. V
programskem modelu Matlab smo za primerjavo uporabili poenostavljen model
distribucijskega omrežja, sestavljenega iz idealnih elementov. Elementom smo poleg vseh
znanih konstant in parametrov podatek o obremenitvi v trenutku kratkega stika in upornosti
kratkega stika določili okvirno glede na rezultate dejanskih meritev.
Na vseh prikazanih časovnih potekih v tem poglavju so za boljšo preglednost in lažjo
primerjavo toki narisani v različnih barvah. Kratkostični toki vseh treh faz izvedenih meritev
(IMER L1, IMER L2, IMER L3) so prikazani s polno črto, kratkostični toki vseh treh faz iz
programskega paketa Matlab (IMAT L1, IMAT L2, IMAT L3) so prikazani s črtkano črto in
kratkostični toki, izračunani s programskim orodjem DMS (IDMS), so prikazani s črta pika črta
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
68
črto. Izračunane vrednosti tokov so v programskem orodju DMS podani numerično, zato so
rezultati pri grafičnem prikazu prikazani kot konstantna vrednost.
Prvi primer kratkega stika v TP Dobrna dom
V prvem primeru, ko imamo kratki stik daleč od RTP-ja, je iz časovnega poteka merjenega
toka kratkega stika (slika 5.3) razvidno, da ni prehodnega pojava. Pri oddaljenem kratkem
stiku zato opazujemo samo stacionarne simetrične toke kratkega stika. Kot smo že iz časovnih
potekov faznih tokov, residualnega toka in napetosti v poglavju 5.2 ugotovili, imamo v tem
primeru en dogodek sestavljen iz treh različnih kratkih stikov.
Za boljši prikaz smo primerjavo rezultatov naredili v treh delih, za vsak kratki stik ločeno in v
zaporedju, kot so se zgodili. Najprej se je pojavil enofazni kratki stik, ki je prešel v dvofazni
kratki stik z istočasnim zemeljskim stikom in na koncu še v trifazni kratki stik.
Enofazni kratki stik
Primerjava časovnih potekov kratkostičnih tokov pri enofaznem kratkem stiku v TP Dobrna
dom je prikazana na sliki 6.1, numerično pa so rezultati prikazani v tabeli 6.1.
Slika 6.1: Primerjava časovnih potekov tokov 1f KS v TP Dobrna dom
0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10
50
100
150
200
250
t (s)
i (A
)
iMER L1
iMER L2
iMER L3
iMAT L1
iMAT L2
iMAT L3
iDMS
2
1f KS v L1
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
69
Tabela 6.1: Primerjava rezultatov za 1f KS v TP Dobrna dom
Simetrični kratkosti čni tok enofaznega kratkega stika [kA] Perioda stacionarni Meritev 0,203 Matlab 0,198 DMS 0,192
Iz primerjave rezultatov meritev z rezultati programskega paketa Matlab in programskega
orodja DMS lahko rečemo, da se rezultati tako po vrednostih kakor tudi po časovnih potekih
ujemajo v pričakovanih mejah.
Dvofazni zemeljski kratki stik z istočasnim zemeljskim stikom
Primerjava časovnih potekov kratkostičnih tokov pri dvofaznem kratkem stiku z istočasnim
zemeljskim stikom v TP Dobrna dom je prikazana na sliki 6.2, numerično pa so rezultati
prikazani v tabeli 6.2.
Slika 6.2: Primerjava časovnih potekov tokov 2f KS+Z v TP Dobrna dom
Tabela 6.2: Primerjava rezultatov za 2f KS+Z v TP Dobrna dom
Simetrični kratkosti čni tok dvofaznega zemeljskega kratkega stika [kA] Perioda stacionarni Meritev 0,996 Matlab 0,973 DMS 1,048
0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15
0
200
400
600
800
1000
1200
t (s)
i (A
)
iMER L1
iMER L2
iMER L3
iMAT L1
iMAT L2
iMAT L3
iDMS
3
2f KS+Z v L1 in L3
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
70
Iz časovnega poteka izvedenih meritev vidimo, da v področju 3 začne naraščati tudi tok druge
faze, kar pomeni, da je enofazni kratki stik prešel v dvofaznega. Iz primerjave rezultatov
meritev z rezultati programskega paketa Matlab in programskega orodja DMS lahko rečemo,
da se rezultati po vrednostih in po časovnih potekih ujemajo v pričakovanih mejah.
Trifazni kratki stik
Primerjava časovnih potekov kratkostičnih tokov pri trifaznem kratkem stiku v TP Dobrna
dom je prikazana na sliki 6.3, numerično pa so rezultati prikazani v tabeli 6.3.
Slika 6.3: Primerjava časovnih potekov tokov 3f KS v TP Dobrna dom
Tabela 6.3: Primerjava rezultatov za 3f KS v TP Dobrna dom
Simetrični kratkosti čni tok trifaznega kratkega stika [kA] Perioda stacionarni Meritev 1,191 Matlab 1,110 DMS 1,185
Iz časovnega poteka izvedenih meritev vidimo, da v področju 4 začne naraščati še tok tretje
faze, kar pomeni, da je dvofazni kratki stik prešel v trifaznega, ki traja do izklopa zaščite.
Iz primerjave rezultatov meritev z rezultati programskega paketa Matlab in programskega
orodja DMS lahko rečemo, da se rezultati po vrednostih ujemajo v pričakovanih mejah.
Odstopanje opazimo v časovnih potekih tokov, ker so časovni poteki tokov programskega
0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
t (s)
i (A
)
IMER L1
IMER L2
IMER L3
IMAT L1
IMAT L2
IMAT L3
IDMS
3f KS
4
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
71
paketa Matlab konstantni, dejanski tokovi pa v času kratkega stika naraščajo. Naraščanje
merjenih tokov kratkega stika je posledica zmanjševanja impedance kratkega stika in
prehajanja v čisti kovinski kratki stik.
Drugi primer trifaznega kratkega stika na DV 20 kV Ljubečna, stojno mesto tč. 11
V drugem primeru, ko imamo kratki stik relativno blizu RTP-ja, je iz časovnega poteka toka
kratkega stika (slika 5.6) razvidno, da imamo na začetku kratkega stika prehodni pojav. Pri
kratkem stiku blizu generatorja zato opazujemo efektivne vrednosti subtranzientnega in
stacionarnega simetričnega toka kratkega stika.
Kot smo že iz časovnih potekov faznih tokov v poglavju 5.2 ugotovili, imamo v tem drugem
primeru trifazni kratki stik.
Primerjava časovnih potekov kratkostičnih tokov pri trifaznem kratkem stiku na DV
Ljubečna, tč. 11, je prikazana na sliki 6.4, numerično pa so rezultati prikazani v tabeli 6.4.
Slika 6.4: Primerjava časovnih potekov tokov 3f KS na DV Ljubečna, tč. 11
Tabela 6.4: Primerjava rezultatov za 3f KS na DV Ljubečna, tč. 11
Simetrični kratkosti čni tok trifaznega kratkega stika [kA] Perioda subtranzientni stacionarni Meritev 4,560 3,998 Matlab 5,086 3,825 DMS 4,984 3,940
0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26
0
1000
2000
3000
4000
5000
t (s)
i (A
)
IMER L1
IMER L2
IMER L3
IMAT L1
IMAT L2
IMAT L3
IDMS
3f KS
2
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
72
Iz časovnih potekov in vrednosti kratkostičnih tokov ugotovimo, da imamo v tem dogodku v
področju 2 trifazni kratki stik. Iz primerjave rezultatov meritev z rezultati programskega
paketa Matlab in programskega orodja DMS lahko rečemo, da se rezultati po vrednostih in po
časovnih potekih ujemajo v pričakovanih mejah.
Primerjava vseh podatkov kaže, da so rezultati med seboj primerljivi in da so časovni poteki
kratkostičnih tokov podobnih oblik. Manjša odstopanja so bila pričakovana zaradi uporabe
poenostavljenih modelov in ne dovolj dobro poznanih vseh parametrov modela. Uporabljeni
podatki o obremenjenosti omrežja v trenutku kratkega stika in upornosti na mestu kratkega
stika so v modelih ocenjenih vrednosti, določenih glede na rezultate dejanskih meritev. Vpliv
na različne časovne poteke kratkostičnih tokov v trenutku prehodnega pojava pa ima tudi
trenutek nastopa kratkega stika. Trenutek nastopa kratkega stika je bil v naših primerjavah
povzet po trenutku nastopa kratkega stika v izvedenih dejanskih meritvah na izvodu iz RTP-ja
ne glede na vklopni kot napetosti v tem trenutku. Različni vklopni koti napetosti ob nastopu
kratkega stika povzročijo različne najvišje vrednosti subtranzientnega simetričnega
kratkostičnega toka [26]. Iz primerjave časovnih potekov kratkostičnih faznih tokov na sliki
6.4 je v prehodnem pojavu razvidno, da tokovi različnih faz dosegajo različne najvišje
vrednosti, ker imajo v trenutku nastopa kratkega stika različne vklopne kote napetosti.
Prikazano ujemanje izračunanih rezultatov programskega orodja DMS z rezultati simulacije
programskega paketa Matlab z meritvami v točki dejanskih meritev nam potrjuje točnost
izračunov programskega orodja DMS. Ob tem dejstvu lahko brez zadržkov izdelamo analizo
vpliva generatorja na kratkostične tokove s pomočjo programskega orodja DMS, ki je
prikazana v poglavju 7.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
73
7 ANALIZA VPLIVA GENERATORJA NA KRATKOSTI ČNE RAZMERE V DISTRIBUCIJSKEM OMREŽJU
S predhodno primerjavo rezultatov v prejšnjem poglavju smo dokazali točnost podatkov iz
programskega orodja DMS. Cilj magistrskega dela je analizirati in prikazati vpliv
sinhronskega generatorja Merkscha moči 8,44 MVA na kratkostične razmere v
distribucijskem omrežju napajanem iz RTP 110/20 kV Trnovlje, ki ima zvezdišče
transformatorja ozemljeno preko Petersenove dušilke. Analiza kratkostičnih razmer s
pomočjo programskega orodja DMS je izvedena v različnih točkah distribucijskega omrežja s
primerjavo kratkostičnih tokov z vključenim in izključenim generatorjem.
Obravnavana sta dva različna primera; prvi je v točki KS-B s kratkim stikom v neposredni
bližini generatorja in drugi v točki KS-A na koncu izvoda napajanega iz RTP 110/20 kV
Trnovlje, kot je geografsko prikazano na sliki 7.1 in shematsko na sliki 7.2.
Slika 7.1: Geografski prikaz omrežja s prikazano točko okvare KS-A in KS-B
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
74
110/20 kV2x31,5 M V A
RTPTRN O V LJE
Slika 7.2: Enočrtna shema omrežja s prikazano točko okvare KS-A in KS-B
Krajevna razporeditev predstavljenih okvar v obravnavanem distribucijskem omrežju je
prikazana na sliki 7.1, struktura distribucijskega omrežja pa je prikazana na sliki 7.2. Analiza
vpliva generatorja na kratkostične tokove je prikazana v točki blizu generatorja in v točki
daleč od generatorja. V točki blizu generatorja (KS-B) je kratki stik izveden v neposredni
bližini generatorja, na zbiralkah v TP Merksha, v točki daleč od generatorja (KS-A) pa je
kratek stik izveden na DVLM Dobrna grad, ki je od generatorja oddaljen 15.295 m.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
75
Rezultati so za oba primera kratkega stika predstavljeni s prikazom subtranzientnih in
stacionarnih kratkostičnih tokov ločeno, za kratek stik z vključenim in izključenim
generatorjem. Pri vsaki primerjavi rezultatov je za lažjo predstavo prikazan tudi delež dviga
kratkostičnega toka zaradi vpliva generatorja. Analiza bo predvidoma potrdila pričakovan
velik vpliv vgradnje generatorja na dvig kratkostičnih tokov pri kratkem stiku blizu
generatorja. Pri kratkem stiku daleč od generatorja pa je pričakovati občutno manjši vpliv
zaradi vpliva upornosti omrežja.
7.1 Model dejanskega distribucijskega omrežja
Model distribucijskega omrežja v DMS je preslikava dejanskega stanja omrežja v normalnem
obratovalnem stanju, ki ga v tem poglavju obravnavamo. Sinhronski generator Merkscha
moči 8,44 MVA je vključen v distribucijsko omrežje v TP Merksha. Ker je sinhronski
generator izdelan za nazivno napetost 10 kV, je v 20 kV distribucijsko omrežje priključen
preko transformatorja 20/10 kV. Model priključitve generatorja v TP Merksha je prikazan na
sliki 7.3.
Slika 7.3: Model priključitve generatorja v TP Merksha
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
76
Generator 10 kV
Dodatni vir električne energije v distribucijskem omrežju, napajanem iz RTP 110/20 kV
Trnovlje, predstavlja sinhronski generator Merkscha.
Tehnični podatki generatorja:
– tip: HTM 180 D04
– nazivna moč [kVA]: 8.440
– delovna moč [kW]: 6.750
– faktor moči [cos fi]: 0,8
– nazivna napetost [kV]: 10,5 +5/-5 %
– nazivni tok [A]: 464
– frekvenca [Hz]: 50
– nazivni obrati [1/min]: 1.500
– kratkostični tok [A]: 3.272
– trajni kratkostični tok [A]: 687
V programskem orodju DMS je uporabljen model sinhronskega generatorja z regulacijskimi
karakteristikami, prikazanimi na sliki 7.4, in tehničnimi podatki, prikazanimi na sliki 7.5.
Slika 7.4: Model sinhronskega generatorja – regulacijske karakteristike
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
77
Slika 7.5: Model sinhronskega generatorja – tehnični podatki
Transformator 20/10 kV
Sinhronski generator nazivne napetosti 10 kV je v 20 kV distribucijsko omrežje priključen
preko transformatorja 20/10 kV.
Tehnični podatki transformatorja:
– tip: BT 10000-20.8
– nazivna napetost [V]: 20.800/10.400
– nazivni tok [A]: 277,5/555,1
– nazivna moč [kVA]: 10.000
– izgube v praznem teku [W]: 14.408
– izgube v kratkem stiku [W]: 66.400
– kratkostična napetost [%]: 6,33
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
78
V programskem orodju DMS je uporabljen model transformatorja s tehničnimi podatki,
prikazanimi na sliki 7.6.
Slika 7.6: Model transformatorja 20/10 kV – tehnični podatki
Kablovod 20 kV
Transformatorska postaja Merksha je z RTP 110/20 kV Trnovlje povezana preko 20 kV
zemeljskega kablovoda NA2XS(F)2Y 1×150/25 mm², 12/20 kV.
Tehnični podatki kablovoda:
– tip: NA2XS(F)2Y
– nazivna napetost [V]: 20.000
– prerez vodnika [mm2]: 150
– nazivni tok [A]: 360
– dolžina [km]: 0,326
V programskem orodju DMS se je uporabil model zemeljskega kablovoda s tehničnimi
podatki, prikazanimi na sliki 7.7.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
79
Slika 7.7: Model 20 kV kablovoda – tehnični podatki
Transformator 110/20 kV
Distribucijsko omrežje je napajano v RTP 110/20 kV Trnovlje preko transformatorja 110/20
kV.
Tehnični podatki transformatorja:
– tip: TRP 31500
– nazivna napetost [V]: 110.000/21.000
– nazivni tok [A]: 165,3/866,0
– nazivna moč [kVA]: 35.000
– izgube v praznem teku [W]: 30.100
– izgube v kratkem stiku [W]: 195.000
– kratkostična napetost [%]: 13,92
V programskem orodju DMS je uporabljen model transformatorja s tehničnimi podatki,
prikazanimi na sliki 7.8.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
80
Slika 7.8: Model transformatorja 110/20 kV – tehnični podatki
Daljnovod 20 kV
Povezava od RTP 110/20 kV Trnovlje do DVLM Dobrna grad je poleg kablovoda izvedena z
20 kV daljnovodom Al-Fe 70 mm2, dolžine 14,754 km.
Tehnični podatki daljnovoda:
– tip: AL-Fe
– nazivna napetost [V]: 20.000
– prerez vodnika [mm2]: 70
– nazivni tok [A]: 235
– skupna dolžina [km]: 14,754
V programskem orodju DMS se je uporabil model zemeljskega kablovoda s tehničnimi
podatki, prikazanimi na sliki 7.9.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
81
Slika 7.9: Model 20 kV daljnovoda – tehnični podatki
Analiza vpliva generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju je izvedena s
primerjavo parametrov kratkega stika z vključenim in izključenim generatorjem. Programsko
orodje DMS omogoča v točki kratkega stika prikaz podatkov (tok, napetost, moč). Glede na
to, da so vsi rezultati dosedanjih primerjav podani s kratkostičnimi tokovi, je tudi analiza
izvedena s primerjavo kratkostičnih tokov.
V programskem orodju DMS je zajeto celotno distribucijsko omrežje podjetja Elektro Celje,
d. d., in v trenutku izračuna vključuje vse porabnike z obremenitvijo, določeno po dnevnem
diagramu obremenitve. Transformator ima v RTP 110/20 kV Trnovlje zvezdišče ozemljeno
preko Petersenove dušilke, ki kompenzira tok okvare.
Rezultati analize vpliva generatorja so prikazani za dejanske razmere v dejanskem
distribucijskem omrežju, kar pomeni, da generator v omrežje ni vključen s polno močjo,
temveč z dejansko močjo, ki jo povprečno proizvaja. Iz meritev proizvedene električne
energije v celotnem obdobju obratovanja generatorja je razvidno, da je povprečna delovna
moč 4,642 MW in jalova moč 1,45 MVAr.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
82
V tabelah rezultatov so vsi prikazani kratkostični tokovi odčitane vrednosti izračunanih
kratkostičnih tokov v programskem orodju DMS na mestu kratkega stika. Prikazani rezultati
kratkostičnih tokov so podani v efektivnih vrednostih.
Za prikaz vpliva generatorja na parametre kratkega stika smo izvedli analizo v različnih
točkah dejanskega distribucijskega omrežja. Obravnavana sta dva različna primera, prvi je s
kratkim stikom v neposredni bližini generatorja in drugi daleč od generatorja na koncu izvoda
napajanega iz RTP 110/20 kV Trnovlje. Za oba primera sta obravnavana enofazni kratki stik
(1f KS) in trifazni kratki stik (3f KS).
7.2 Analiza kratkega stika blizu generatorja
Analiza kratkega stika blizu generatorja v točki KS-B se je izvedla s primerjavo rezultatov
kratkostičnih tokov v TP Merksha, kot je prikazano na sliki 7.10.
Slika 7.10: Prikaz mesta kratkega stika za KS blizu generatorja
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
83
Krajevni prikaz mesta kratkega stika blizu generatorja v TP Merksha, točka KS-B, je podan
na sliki št. 7.1, shematski prikaz pa je podan na sliki št. 7.2. V TP Merksha je, kot je
prikazano na sliki št. 7.10, mesto kratkega stika izbrano na zbiralkah priključne celice za
transformatorjem, na katerega je priključen sinhronski generator.
Za primerjavo rezultatov so v tabeli št. 7.1 prikazani simetrični kratkostični tokovi z
vključenim in izključenim generatorjem. Pri vsaki primerjavi rezultatov je prikazan tudi delež
dviga kratkostičnega toka zaradi vpliva generatorja. Rezultati so za primer okvare blizu
generatorja v tabeli predstavljeni s prikazom subtranzientnih in stacionarnih simetričnih
kratkostičnih tokov na mestu kratkega stika. V tabeli 7.1 so prikazani rezultati za kratke stike
blizu generatorja v TP Merksha. Vsi rezultati so simetrični kratkostični tokovi na mestu
kratkega stika in so podani v efektivnih vrednostih.
Tabela 7.1: Rezultati meritev KS blizu generatorja
Vrsta KS 1f KS 3f KS Perioda subtranzientni stacionarni subtranzientni stacionarni
Brez generatorja [kA]
0,009 0,009 4,479 4,181
Z generatorjem [kA]
0,009 0,009 5,628 4,284
Povečanje [%]
0 0 25,65 2,46
Iz primerjave rezultatov je razvidno, da je največji vpliv generatorja na dvig začetnega
subtranzientnega simetričnega kratkostičnega toka pri trifaznem kratkem stiku, kjer se
pojavljajo tudi največji kratkostični tokovi. Rezultati analize vpliva vgradnje generatorja so še
pokazali, da pri enofaznem kratkem stiku vgradnja generatorja nima vpliva na vrednost
kratkostičnih tokov.
Sinhronski generator ima zaradi nasičenja ob nastopu kratkega stika svojo začetno vzdolžno
reaktanco zelo majhno in v prvem trenutku prehodnega pojava povzroči velik subtranzientni
simetrični kratkostični tok. Zato je kratkostični tok generatorja v tem trenutku zelo velik in
poveča kratkostični tok za 25,65 %. Po preteku prehodnega pojava pa se subtranzientna
vzdolžna reaktanca zviša na dejansko vrednost sinhronske reaktance, ki pa je nekajkrat večja
od začetne. Nekajkrat večja reaktanca generatorja pa pomeni nekajkrat manjši simetrični
kratkostični tok in s tem tudi manjši delež povečanja kratkostičnega toka, ki znaša 2,46 %.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
84
Transformator v RTP 110/20 kV Trnovlje ima zvezdišče transformatorja ozemljeno preko
Petersenove dušilke, ki kompenzira kapacitivni tok skozi mesto okvare ob zemeljskem stiku
[19]. Kompenzacija je nastavljena tako, da je tok kratkega stika ob zemeljskem stiku omejen
na 10 % skupnega kapacitivnega toka celotnega galvansko povezanega omrežja. Programsko
orodje DMS v izračunih obravnava celotno distribucijsko omrežje podjetja Elektro Celje,
d. d., kar pomeni, da so skupni kapacitivni tokovi relativno veliki. Subtranzientni in
stacionarni simetrični kratkostični tokovi pa so zaradi kompenzacije ob enofaznem kratkem
stiku mali in dosegajo vrednost 9 A.
Iz primerjave kratkostičnih tokov pri enofaznem kratkem stiku smo ugotovili, da generator
nima vpliva na vrednost kratkostičnih tokov. Vpliva na enofazni tok kratkega stika nima, ker
zvezdišče generatorja ni ozemljeno in preko njega ni vzpostavljene poti, po kateri bi tekel tok.
Ker zvezdišče generatorja ni ozemljeno in ni povezave z zemljo, je nična impedanca
generatorja in transformatorja, na katerega je generator priključen, neskončna.
7.3 Analiza kratkega stika daleč od generatorja
Analiza kratkega stika daleč od generatorja v točki KS-A se je izvedla s primerjavo rezultatov
kratkostičnih tokov na ločilnem mestu DVLM Dobrna grad, kot je prikazano na sliki 7.11.
Slika 7.11: Prikaz mesta kratkega stika za KS daleč od generatorja
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
85
Krajevni prikaz mesta kratkega stika daleč od generatorja na DVLM Dobrna grad, točka KS-
A, je podan na sliki št. 7.1, shematski prikaz pa je podan na sliki št. 7.2. Generator je lociran v
TP Merksha, ki je od DVLM Dobrna grad oddaljen 15.295 m. Povezavo med generatorjem in
točko okvare predstavlja 541 m 20 kV kablovoda preseka 150 mm2 in 14.754 m daljnovoda
Al-Fe 70 mm2.
Za primerjavo rezultatov so v tabeli št. 7.2 prikazani simetrični kratkostični tokovi z
vključenim in izključenim generatorjem. Pri vsaki primerjavi rezultatov je prikazan tudi delež
dviga kratkostičnega toka zaradi vpliva generatorja. Rezultati so v tabeli predstavljeni s
prikazom stacionarnega simetričnega kratkostičnega toka, ker pri kratkem stiku daleč od
generatorja začetni prehodni pojav ni izrazit in je zanemarljiv. V tabeli 7.2 so prikazani
rezultati za kratke stike na koncu izvoda pri DVLM Dobrna grad. Vsi rezultati so simetrični
kratkostični tokovi na mestu kratkega stika, podani v efektivnih vrednostih.
Tabela 7.2: Rezultati meritev KS daleč od generatorja
Vrsta KS 1f KS 3f KS perioda stacionarni stacionarni
Brez generatorja [kA]
0,009 1,239
Z generatorjem [kA]
0,009 1,247
Povečanje [%]
0 0,65
Analiza vpliva generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju je pri kratkem
stiku daleč od generatorja pokazala, da je vpliv občutno manjši zaradi vpliva impedance
omrežja.
Obstoječi kablovodi in daljnovodi med generatorjem in točko kratkega stika na mestu
kratkega stika s svojo impedanco močno znižajo vrednosti kratkostičnih tokov. Kot je
razvidno iz rezultatov, pa to pomeni tudi zmanjšanje vpliva generatorja na kratkostični tok, ki
v tem primeru znaša 0,65 %.
Kot je bilo omenjeno že v poglavju 7.2, so zaradi ozemljitve zvezdišča transformatorja preko
Petersenove dušilke simetrični kratkostični tokovi ob enofaznem kratkem stiku kompenzirani
in imajo vrednost 9 A tako z vključenim kot tudi z izključenim generatorjem.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
86
8 SKLEP
Kot je bilo predstavljeno v uvodu, smo se na začetku magistrske naloge spraševali, kakšen je
dejanski vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju. Analiza
magistrskega dela je osredotočena na prikaz kratkostičnih tokov, ki so poleg nazivnih
parametrov omrežja osnovni podatek pri dimenzioniranju elektroenergetskih elementov
omrežja. Vpliv generatorja je prikazan na dejanskem distribucijskem omrežju, napajanem iz
RTP 110/20 kV Trnovlje, v katerega je vključen sinhronski generator Merkscha, moči 8,44
MVA.
Pred analizo je bila za potrditev modela in točnosti izračunanih parametrov kratkega stika s
programskim orodjem DMS izvedena primerjava rezultatov programa z rezultati dejanskih
meritev in z rezultati simulacije v programskem paketu Matlab. Iz baze okvar sta bila
uporabljena dva različna dogodka, ki sta predstavljala dejanske kratke stike na izvodih iz RTP
110/20 kV Trnovlje. Ujemanje rezultatov za obe okvari je potrdilo točnost modela in
izračunov programskega orodja DMS.
Po potrditvi modela v programskem paketu DMS sta za prikaz vpliva generatorja na
kratkostične razmere obravnavana dva nasprotna si primera. Prvi je s kratkim stikom v
neposredni bližini generatorja in drugi na koncu izvoda daleč od generatorja. Rezultati so
predstavljeni s prikazom subtranzientnih in stacionarnih kratkostičnih tokov, ob vključenem
in ob izključenem generatorju. Pri vsaki primerjavi rezultatov je za lažjo predstavo prikazan
tudi delež dviga kratkostičnega toka zaradi vpliva generatorja.
Pri analizi kratkega stika blizu generatorja je iz primerjave rezultatov razvidno, da je največji
vpliv generatorja na dvig začetnega subtranzientnega simetričnega kratkostičnega toka pri
trifaznem kratkem stiku. Sinhronski generator ima ob nastopu kratkega stika svojo začetno
vzdolžno reaktanco zelo majhno. Zato je v prvem trenutku kratkostični tok generatorja zelo
velik in povzroči veliko povečanje skupnega subtranzientnega simetričnega kratkostičnega
toka. Po preteku prehodnega pojava pa se subtranzientna vzdolžna reaktanca zviša na
dejansko vrednost, kar pomeni nekajkrat manjši simetrični kratkostični tok in s tem tudi
manjši delež povečanja skupnega kratkostičnega toka.
Analiza vpliva generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju pri kratkem
stiku daleč od generatorja je pokazala, da je vpliv občutno manjši kot pri kratkem stiku blizu
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
87
generatorja. Vzrok za zmanjšanje vpliva je impedance omrežja. Obstoječi kablovodi in
daljnovodi med generatorjem in točko kratkega stika s svojo impedanco močno znižajo
vrednosti kratkostičnih tokov kakor tudi vpliv generatorja na kratkostični tok.
Pri enofaznem kratkem stiku lahko iz rezultatov ugotovimo, da so subtranzientni in
stacionarni kratkostični tokovi enaki tako z vključenim kakor tudi z izključenim generatorjem.
Generator na enofazni tok kratkega stika nima vpliva, ker zvezdišče generatorja ni ozemljeno.
To pomeni, da je nična impedanca generatorja neskončna in skozenj dejansko ne teče noben
tok razen tok skozi napetostne merilne transformatorje, ki pa je zanemarljiv. Zato nam pri
enofaznem kratkem stiku tok kratkega stika teče preko ozemljitve zvezdišča transformatorja v
RTP-ju. Transformator v RTP 110/20 kV Trnovlje ima zvezdišče transformatorja ozemljeno
preko Petersenove dušilke, ki ob zemeljskem stiku kompenzira kapacitivni tok skozi mesto
okvare. Zaradi kompenzacije so subtranzientni in stacionarni simetrični kratkostični tokovi ob
enofaznem kratkem stiku zelo mali. Z analizo smo dokazali, da pri enofaznem kratkem stiku
generator nima vpliva na vrednost kratkostičnih tokov.
Cilj magistrskega dela je bilo ugotoviti vpliv vgradnje sinhronskih generatorjev v
distribucijsko omrežje. Magistrsko delo je osredotočeno na prikaz vpliva sinhronskega
generatorja na kratkostične tokove, ki so na mestu priključitve izhodiščni podatek za
projektiranje in dimenzioniranje posameznih elementov omrežja. Ugotovljeno je, da je vpliv
sinhronskega generatorja na kratkostični tok blizu generatorja velik in da z oddaljenostjo
pada. Na mestu kratkega stika nastane največji tok pri trifaznem kratkem stiku. Zato moramo
za pravilno dimenzioniranje elementov omrežja poznati prav največji trifazni tok kratkega
stika, ki se lahko pojavi na mestu priključitve. Ustrezno izbrane naprave morajo takšne tokove
zdržati. Ob neustreznem dimenzioniranju pa lahko ob kratkem stiku pride do uničenja
elektroenergetske opreme in posledično do izpada dobave električne energije.
8.1 Potrditev tez
Z rezultati prikazanimi v magistrskem delu lahko potrdimo teze magistrskega dela, ki so
podane v prvem poglavju.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
88
Prvi sklop magistrskega dela je osredotočen na potrditev točnosti rezultatov programskega
orodja DMS, ki se je uporabil za predvideno analizo. S prikazanim ujemanjem kratkostičnih
tokov je dokazano, da lahko dejanske razmere v dejanskem omrežju z dovolj dobro točnostjo
prikažemo z modelom distribucijskega omrežja. S tem je potrjeno predvidevanje, da se lahko
vplivi generatorja na parametre kratkega stika v distribucijskem omrežju enostavno določijo s
pomočjo različnih programskih orodij. Eno takšnih programskih orodij je programsko orodje
DMS, ki omogoča prikaz vseh parametrov kratkega stika v vsaki točki omrežja.
V drugem sklopu magistrskega dela je prikazana analiza vpliva vgradnje sinhronskega
generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju. Analiza s programskim
orodjem DMS je potrdila predvidevanja, da vgradnja generatorjev v distribucijsko omrežje s
svojim virom električne energije vpliva na povečanje kratkostičnih tokov in posledično tudi
na povečanje kratkostične moči. Čeprav se vpliv z oddaljenostjo manjša, je pri projektiranju
in dimenzioniranju novih naprav v distribucijsko omrežje potrebno upoštevati tudi njihov
doprinos.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
89
LITERATURA
[1] B. Grčar, Uvod v zaščito elementov elektroenegetskih sistemov, Maribor: Fakulteta za
elektrotehniko, računalništvo in informatiko, 2000.
[2] Calculation of short-circuit currents, Grenoble: Schneider Electric, 2005.
[3] Calculation of Short-Circuit Currents in Three-Phase Systems, Mannheim: ABB AG,
2007.
[4] C. S. Cheng, D. Shirmohammadi, A three-phase power flow method for real-time
distribution system analysis, IEEE Trans. Power Syst., 1995.
[5] D. Dolinar, G. Štumberger, Modeliranje in vodenje elektroenergetskih sistemov, 1.
izdaja, Maribor: 2002.
[6] D. Popović, D. Bekut, V. Treskanica, Specijalizovani DMS algoritmi, Novi Sad: DMS
Group, 2004.
[7] Energetski srednjenaponski kabeli s XLPE izolacijom za napone do 36 kV'', Zagreb:
Elka kabeli d. o. o., 2015.
[8] G. Bizjak, R. Mihalič, I. Papič, M. Kobav, U. Kerin, J. Bizjak, R. Ćućić in F. Leskovec,
Analiza ozemljitvenih razmer v razdelilnem omrežju Slovenije, Ljubljana: Fakulteta za
elektrotehniko Univerze v Ljubljani, 2007.
[9] G. Štumberger, K. Deželak, Prehodni pojavi v EES, Primer zelo poenostavljenega
dinamičnega modela zgornje dravske verige, Maribor: 2007.
[10] H. Saadat, Power System Analysis, New York: The McGraw-Hill Companies, 1999.
[11] H. Wayne Beaty, Handbook of electric power calculations-Third Edition, McGraw-
Hill: 2001.
[12] Izračun in meritve konstant posameznih elementov elektroenergetskega sistema, Ref. št.
608, Ljubljana: EIMV, 1974.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
90
[13] J. Pihler, J. Ribič, J. Voh, J. Voršič, Raziskava kratkostičnih razmer v omrežju, Maribor:
Laboratorij za energetiko, ICEM, 2011.
[14] J. Pihler, Stikalne naprave elektroenergetskega sistema – 2. izdaja, Maribor: Fakulteta
za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, 2003.
[15] J. Voršič, T. Zorič, M. Horvat, Izračun obratovalnih stanj v elektroenergetskih
omrežjih, Maribor, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, 2012.
[16] K. Deželak, Dinamični model elektroenergetskega sistema, Maribor: 2004.
[17] Kratkostične moči v priključnih točkah RTP 110/SN v Slovenskih distribucijskih
podjetjih, referat št. 1363, Ljubljana: EIMV, 2004.
[18] M. Fašalek, Simulacijski model elektroenergetskega omrežja pomurske zanke, Krško:
2015.
[19] M. Rošer, Analiza obratovanja v resonančno ozemljenih srednjenapetostnih omrežjih,
Maribor: Doktorska disertacija, 2014.
[20] Navodila za priključevanje in obratovanje elektrarn inštalirane električne moči do 10
MW, Maribor: SONDO, 2010.
[21] N. Gensollen, V. Gauthier, M. Marot, M. Becker, Modeling and optimizing adistributed
power network: A complex system approach of the prosumer management in the smart
grid, 2013.
[22] P. Žunko, Analiza ozemljitvenih razmer v razdelilnem omrežju Slovenije, Ljubljana:
Fakulteta za elektrotehniko, 2007.
[23] REDOS 2040, Razvoj elektrodistributivnega omrežja Elektra Celje - Celje mesto,
študija št. 20180/7, Ljubljana: EIMV, 2013.
[24] R. Markočič, Kratki stiki, Ljubljana: 2014.
[25] R. Mihalič, Stabilnost in dinamični pojavi v elektroenergetskih sistemih, Ljubljana:
CIGRE-CIRED, 2013.
[26] R. Roeper, Kratkostični tokovi v trifaznih omrežjih, Časovni potek in izračun veličin,
Ljubljana: Univerza Edvarda Kardelja v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko 1987.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
91
[27] SIST EN 50341 – 1: 2013, Nadzemni električni vodi za izmenične napetosti nad 1 kV –
1. del: Splošne zahteve – Skupna določila, Ljubljana: SIST 2013.
[28] SIST EN 50341 – 3–21, Nadzemni električni vodi za izmenične napetosti nad 45 kV –
3.–21. del: Nacionalno normativna določila (NNA) za državo Slovenijo, Ljubljana:
SIST 2009.
[29] SIST EN 50423-1: 2005, Nadzemni vodi za izmenične napetosti nad 1 kV do vključno
izmenične napetosti 45 kV – 1. del: Splošne zahteve – Skupna določila, Ljubljana: SIST
2005.
[30] SIST EN 50423-3-21:2009/AC101:2009, Nadzemni električni vodi za izmenične
napetosti nad 1 kV in do vključno 45 kV – 3.–21. del, Nacionalna normativna določila
(NNA) za Slovenijo), Ljubljana: SIST 2009.
[31] SIST HD 620 S2:2010, Distribucijski kabli z ekstrudirano izolacijo za naznačene
napetosti od 3,6/6 (7,2) kV do 20,8/36 (42) kV, Ljubljana: SIST 2010.
[32] S. Novak, Izračun kratkostičnih razmer v elektroenergetskem omrežju, Velenje: 2011.
[33] S. Omerzu, Izračun kratkostičnih veličin, Maribor: 2011.
[34] Telvent DMS, Training program, Novi Sad: DMS Group, 2010.
[35] Telvent DMS, Korisničko uputstvo za DSP, Novi Sad: DMS Group, 2011.
[36] T. Short, Electric power districution, Boca Raton: CRC Press, 2004.
[37] W. H. Kersting, Distribution System Modeling and Analysis, CRC Press, 2002.
[38] Y. Hase, Handbook of power System Engineering, England: John Wiley & Sons Ltd,
2007.
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
92
DODATEK A: IZRA ČUN PARAMETROV ELEMENTOV V MATLAB
A.1 Transformator 110/20 kV v RTP 110/20 kV Trnovlje
Tehnični podatki:
- primarna napetost: Un1 = 110 kV,
- sekundarna napetost: Un2 = 21 kV,
- nazivna moč: Sn = 31,5 MVA,
- vezava: YNyn6,
- kratkostična napetost: uk = 13,92 %,
- moč kratkega stika: Pk75 = 172,134 kW,
- tok praznega teka: I0 = 8,24 A,
- moč prostega teka: P0 = 27,792 A,
- upornost med VN sponkama A in B: RAB = 1,461 Ω,
- upornost med VN sponkama B in C: RAB = 1,461 Ω,
- upornost med VN sponkama C in A: RAB = 1,459 Ω,
- upornost med NN sponkama a in b: Rab = 0,041 Ω,
- upornost med NN sponkama b in c: Rbc = 0,041 Ω,
- upornost med NN sponkama c in a: Rca = 0,041 Ω.
Izračun podatkov za model transformatorja v Maltabu:
- povprečna vrednost fazne upornosti VN navitja: R1
./ = ./0 + .1/ − .012 = 0,729Ω
.0 = .01 + ./0 − .1/2 = 0,731Ω
.1 = .1/ + .01 − ./02 = 0,730Ω
. = ./ + .0 + .13 = 0,730Ω
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
93
- povprečna vrednost fazne upornosti NN navitja: R2
.& = .&7 + .8& − .782 = 0,020Ω
.7 = .78 + .&7 − .8&2 = 0,020Ω
.8 = .8& + .78 − .&72 = 0,020Ω
. = .& + .7 + .83 = 0,020Ω
- bazna moč na fazo VN in NN navitja: Sb
97 = 9:3 = 10,5MVA
- bazna napetost na fazo VN navitja: Ub1
!7 = !:√3 = 63,508kV
- bazna napetost na fazo NN navitja: Ub2
!7 = !:√3 = 12,124kV
- bazna impedanca na fazo VN navitja: Zb1
C7 = !7297 = 384,13Ω
- bazna impedanca na fazo NN navitja: Zb2
C7 = !7297 = 14,0Ω
- bazni tok VN navitja: Ib1
7 = 97!7 = 165,33A
- bazni tok VN navitja: Ib2
7 = 97!7 = 866,03A
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
94
- fazna upornost v sistemu enotinih vrednosti VN navitja: R1pu
.DE = .C7 = 0,002
- fazna upornost v sistemu enotinih vrednosti NN navitja: R2pu
.DE = .C7 = 0,002
- kratkostična impedanca v sistemu enotinih vrednosti: Zkpu
CFDE = GF100 = 0,139
- reaktanca VN in NN navitja v sistemu enotinih vrednosti: X1pu in X2pu
HDE = HDE =ICFDE − (.DE + .DE)
2 = 0,069 = JDE = JDE
- upornost magnetilne veje: Rfe
.KL = !:2M3= 47.603Ω
- tok magnetilne veje: Ife
KL =M3!: = 0,44A
- tok magnetilne veje v praznem teku: I0f
K = √3 = 4,76A
- tok skozi induktivni del magnetilne veje: Iµ
O = IK2 − KL2 = 4,74A
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
95
- reaktanca magnetilne veje: Xµ
HO = !:O = 4.433,31Ω
- ohmska upornost magnetilne veje v sistemu enotinih vrednosti: Rfepu
.KLDE = .KLC7 = 3400,26
- reaktanca magnetilne veje v sistemu enotinih vrednosti: Xµpu
HODE = HOC7 = 316,665 = JODE
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
96
A.2 Transformator 20/10 kV v TP Merksha
Tehnični podatki:
- primarna napetost: Un1 = 21 kV,
- sekundarna napetost: Un2 = 10,5 kV,
- nazivna moč: Sn = 10 MVA,
- vezava: YNd5,
- kratkostična napetost: uk = 6,33 %,
- moč kratkega stika: Pk75 = 66,4 kW,
- tok praznega teka: I0 = 4,037 A,
- moč prostega teka: P0 = 14,408 A,
- upornost med VN sponkama A in B: RAB = 0,235 Ω,
- upornost med VN sponkama B in C: RAB = 0,235 Ω,
- upornost med VN sponkama C in A: RAB = 0,235 Ω,
- upornost med NN sponkama a in b: Rab = 0,047 Ω,
- upornost med NN sponkama b in c: Rbc = 0,047 Ω,
- upornost med NN sponkama c in a: Rca = 0,047 Ω.
Izračun podatkov za model transformatorja v Maltabu:
- povprečna vrednost fazne upornosti VN navitja: R1
./ = ./0 + .1/ − .012 = 0,118Ω
.0 = .01 + ./0 − .1/2 = 0,118Ω
.1 = .1/ + .01 − ./02 = 0,118Ω
. = ./ + .0 + .13 = 0,118Ω
- povprečna vrednost fazne upornosti NN navitja: R2
. = 32 (
.&7 + .78 + .8&3 ) = 0,071Ω
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
97
- bazna moč na fazo VN in NN navitja: Sb
97 = 9:3 = 3,333MVA
- bazna napetost na fazo VN navitja: Ub1
!7 = !:√3 = 12,124kV
- bazna napetost na fazo NN navitja: Ub2
!7 = !: = 10,500kV
- bazna impedanca na fazo VN navitja: Zb1
C7 = !7297 = 44,1Ω
- bazna impedanca na fazo NN navitja: Zb2
C7 = !7297 = 33,08Ω
- bazni tok VN navitja: Ib1
7 = 97!7 = 274,93A
- bazni tok VN navitja: Ib2
7 = 97!7 = 317,46A
- fazna upornost v sistemu enotinih vrednosti VN navitja: R1pu
.DE = .C7 = 0,003
- fazna upornost v sistemu enotinih vrednosti NN navitja: R2pu
.DE = .C7 = 0,002
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
98
- kratkostična impedanca v sistemu enotinih vrednosti: Zkpu
CFDE = GF100 = 0,063
- reaktanca VN in NN navitja v sistemu enotinih vrednosti: X1pu in X2pu
HDE = HDE =ICFDE − (.DE + .DE)
2 = 0,032 = JDE = JDE
- upornost magnetilne veje: Rfe
.KL = !:2M3= 22.956Ω
- tok magnetilne veje: Ife
KL =M3!: = 0,46A
- tok magnetilne veje v praznem teku: I0f
K = √3 = 2,33A
- tok skozi induktivni del magnetilne veje: Iµ
O = IK2 − KL2 = 2,29A
- reaktanca magnetilne veje: Xµ
HO = !:O = 4.594,3Ω
- ohmska upornost magnetilne veje v sistemu enotinih vrednosti: Rfepu
.KLDE = .KLC7 = 694,06
- reaktanca magnetilne veje v sistemu enotinih vrednosti: Xµpu
HODE = HOC7 = 138,91 = JODE
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
99
A.3 Sinhronski generator v TP Merksha
Tehnični podatki:
- napetost na sponkah: Un = 10,5 kV,
- nazivna moč: Sn = 8,44 MVA,
- upornost statorja: Rs = 0,071 Ω,
- začetna vzdolžna reaktanca: xd'' = 15,76 %.
- vzdolžna reaktanca: xd = 234,58 %.
Izračun podatkov za model transformatorja v Maltabu:
- začetna vzdolžna reaktanca v sistemu enotinih vrednosti: Xd''
HP′′ = RP′′100 = 0,158
- vzdolžna reaktanca v sistemu enotinih vrednosti: Xd
HP = RP100 = 2,346
- začetna impedanca generatorja: Zg''
CS′′ = HP′′(!:2
9: ) = 2,059Ω
- impedanca generatorja: Zg
CS = HP(!:2
9: ) = 30,645Ω
- začetna kratkostična moč generatorja: SK''
9T′′ = (!:2CSUU ) = 53,553MVA
- začetna impedanca generatorja: SK
9T = V!:2CS W = 3.597MVA
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
100
A.4 Model trifaznega voda
Osnovni tehnični podatki uporabljenih trifaznih vodov so povzeti po podatkih simetričnih
komponent podanih v programskem orodju DMS.
1. Kablovod 20 kV, NA2XS(F)2Y 1×150/25 mm²
Tehnični podatki:
- ohmska upornost pozitivnega zaporedja: R(1) = 0,264 Ω/km,
- ohmska upornost ničnega zaporedja: R(0) = 0,93 Ω/km,
- reaktanca pozitivnega zaporedja: X(1) = 0,176 Ω/km,
- reaktanca ničnega zaporedja: X(0) = 0,37 Ω/km,
- susceptanca pozitivnega zaporedja: B(1) = 120 µS/km,
- susceptanca ničnega zaporedja: B(0) = 120 µS/km.
Izračun podatkov za model kablovoda 150 mm2 v Maltabu:
- induktivnost pozitivnega zaporedja: L(1)
J() = H()2XY = 0,56Z/\
- induktivnost ničnega zaporedja: L(0)
J() = H()2XY = 1,178Z/\
- kapacitivnost pozitivnega zaporedja: C(1)
]() = ^()2XY = 0,382μ`/\
- kapacitivnost ničnega zaporedja: C(0)
]() = ^()2XY = 0,382μ`/\
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
101
2. Daljnovod 20 kV, Al-Fe 70 mm²
Tehnični podatki:
- ohmska upornost pozitivnega zaporedja: R(1) = 0,41 Ω/km,
- ohmska upornost ničnega zaporedja: R(0) = 1,23 Ω/km,
- reaktanca pozitivnega zaporedja: X(1) = 0,38 Ω/km,
- reaktanca ničnega zaporedja: X(0) = 1,14 Ω/km,
- susceptanca pozitivnega zaporedja: B(1) = 1,256 µS/km,
- susceptanca ničnega zaporedja: B(0) = 1,256 µS/km.
Izračun podatkov za model daljnovoda 70 mm2 v Maltabu:
- induktivnost pozitivnega zaporedja: L(1)
J() = H()2XY = 1,21Z/\
- induktivnost ničnega zaporedja: L(0)
J() = H()2XY = 3,629Z/\
- kapacitivnost pozitivnega zaporedja: C(1)
]() = ^()2XY = 3,998`/\
- kapacitivnost ničnega zaporedja: C(0)
]() = ^()2XY = 3,998`/\
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
102
3. Daljnovod 20 kV, Al-Fe 35 mm²
Tehnični podatki:
- ohmska upornost pozitivnega zaporedja: R(1) = 0,82 Ω/km,
- ohmska upornost ničnega zaporedja: R(0) = 2,46 Ω/km,
- reaktanca pozitivnega zaporedja: X(1) = 0,38 Ω/km,
- reaktanca ničnega zaporedja: X(0) = 1,14 Ω/km,
- susceptanca pozitivnega zaporedja: B(1) = 1,256 µS/km,
- susceptanca ničnega zaporedja: B(0) = 1,256 µS/km.
Izračun podatkov za model daljnovoda 35 mm2 v Maltabu:
- induktivnost pozitivnega zaporedja: L(1)
J() = H()2XY = 1,21Z/\
- induktivnost ničnega zaporedja: L(0)
J() = H()2XY = 3,629Z/\
- kapacitivnost pozitivnega zaporedja: C(1)
]() = ^()2XY = 3,998`/\
- kapacitivnost ničnega zaporedja: C(0)
]() = ^()2XY = 3,998`/\
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
103
DODATEK B: BIOGRAFIJA
B.1 Naslov
Ime in priimek: Tomaž Sotlar
B.2 Šolanje
Vpliv generatorja na kratkostične razmere v distribucijskem omrežju
104
DODATEK C: BIBLIOGRAFIJA
1. T. Sotlar, Načrtovanje omrežja za izboljšanje kakovosti, Maribor: Prispevek na
konferenci 13. posvetovanje Komunalna energetika, 2004.
2. T. Sotlar, M. Ritovšek, Ekonomska primerjava možnih izvedb srednjenapetostnih
vodov, Velenje: Prispevek na konferenci 7. konferenca CIRED, 2005
3. T. Sotlar, J. Pihler, M. Rošer, Vpliv generatorja na kratkostične razmere v
distribucijskem omrežju, Maribor: Prispevek na konferenci 24. posvetovanje
Komunalna energetika, 2015.
4. T. Sotlar, Simulacija realnega kratkega stika s programskim paketom Matlab,
Maribor: Prispevek na konferenci 25. posvetovanje Komunalna energetika, 2016.