MOŽNOST VGRADNJE PETERSENOVE DUŠILKE V OMREŽJE … · grounding. Resonance operation with...

Arnej Savinek

MOŽNOST VGRADNJE PETERSENOVE DUŠILKE V

OMREŽJE ELEKTRA CELJE

Diplomska naloga

Maribor, marec 2011

I

Diplomska naloga univerzitetnega študijskega programa



Študent: Arnej SAVINEK Študijski program: univerzitetni, Elektrotehnika Smer: Močnostna elektrotehnika

Mentor: red. prof. dr. Jože PIHLER Somentor: red. prof. dr. Josip VORŠIČ Mentor iz podjetja: mag. Boris KUPEC Mentor iz podjetja: mag. Tomislav KRAMARŠEK

Maribor, marec 2011

VI

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Jožetu

Pihlerju, somentorju red. prof. Josipu Voršiču in

mentorjema iz podjetja Elektra Celje mag. Borisu

Kupcu in mag. Tomislavu Kramaršku za pomoč,

vodenje in nasvete pri opravljanju diplomske

naloge.

Prav tako se zahvaljujem Elektru Celje d.d. za

pripravništvo in omogočen dostop do podatkov.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi

omogočili študij.

VII



Ključne besede: Elektroenergetsko omrežje, naprave, transformator, Petersenova dušilka,

resonančno ozemljeno omrežje

UDK: 621.313/.314(043.2)

Povzetek

V diplomskem delu so opisani različni načini ozemljitve nevtralne točke transformatorja.

Podrobno je predstavljeno resonančno obratovanje preko Petersenove dušilke. Obdelani so

pogoji, ki morajo biti izpolnjeni za zanesljivo in varno obratovanje transformatorja

ozemljenega preko Petersenove dušilke. Določeni so kriteriji in izbrane razdelilne

transformatorske postaje, ki so najbolj primerne za vgradnjo Petersenove dušilke v

elektroenergetskem omrežju Elektra Celje d.d.. Predstavljeno ju tudi delovanje že vgrajene

Petersenove dušilke v razdelilni transformatorski postaji Krško.

VIII

POSSIBILITY OF INCLUSION THE PETERSEN COIL INTO THE ELEKTRO CELJE ELECTRICAL POWER NETWORK

Key words: Electric power grid, electrical power equiptment, transformer, Petersen coil,

resonant earthed grid

UDK: 621.313/.314(043.2)

Abstract

The work contains a general description of different types of transformer neutral point

grounding. Resonance operation with Petersen coil is presented in greater detail. Parameters

required for a safe and reliable operation of a transformer grounded via Petersen coil are

described. Selective criteria, for selection of most suitable substations for Petersen coil

implementation in Elektro Celje's power grid system, were made. The operation of substation

Krško, which is already equiped with Petersen coil, is presented.

IX

KAZALO

1 UVOD.................................................................................................................................1

2 PREGLED STANJA ..........................................................................................................4

2.1 Zgodovinski pregled stanja nevtralne točke srednjenapetostnih omrežij v Sloveniji. 4

2.2 Zgodovinski pregled stanja nevtralne točke srednjenapetostnih omrežij v Evropi ..... 5

3 NAČINI OZEMLJEVANJA NEVTRALNE TOČKE.......................................................7

3.1 Dosedanji načini ozemljevanja nevtralne točke v Sloveniji ........................................ 7

4 RESONANČNO OZEMLJENA NEVTRALNA TOČKA PREKO PETERSENOVE

DUŠILKE .................................................................................................................................13

4.1 Teoretični del ............................................................................................................. 13

4.2 Pogoj obratovanja Petersenove dušilke na dva transformatorja ................................ 32

4.3 Značilnost razdelilnih transformatorskih postaj primernih za delovanje ene

Petersenove dušilke na dva transformatorja ......................................................................... 39

4.4 Enočrtne sheme in izhodišča za dimenzioniranje velikosti Petersenove dušilke ...... 41

5 VGRADNJA PETERSENOVE DUŠILKE .....................................................................56

5.1 Kriteriji vgradnje Petersenove dušilke v razdelilno transformatorsko postajo.......... 56

5.2 Potrebni ukrepi za vključitev Petersenove dušilke v posamezno razdelilno

transformatorsko postajo ...................................................................................................... 57

5.3 Izbira upravičenih razdelilnih transformatorskih postaj za vgradnjo Petersenove

dušilke................................................................................................................................... 63

X

6 Izkušnje z vgrajenim primerom........................................................................................80

6.1 Osnovni gradniki Petersenove dušilke vgrajene v RTP Krško.................................. 84

6.2 Primer delovanja Petersenove dušilke v razdelilni transformatorski postaji Krško .. 87

7 SKLEP..............................................................................................................................90

8 VIRI, LITERATURA............................................................................................................92

XI

KAZALO SLIK

Slika 3.1: Sheme ozemljitve nevtralne točke transformatorja v SN omrežju.............................8

Slika 3.2: Karakteristika WATT-metrične zaščite ...................................................................11

Slika 4.1: Princip kompenzacije kapacitivne komponente toka EZS s Petersenovo dušilko ...14

Med trajanjem enofanega zemeljskega stika se napetosti na NN (porabniški) strani ne

spremenijo. Razlog je v galvanski ločitvi SN in NN navitja distribucijskega transformatorja.

Izboljša se zanesljivost dobave električne energije. .................................................................14

Slika 4.2: EZS v omrežju z izolirano nevtralno točko in povišanjem napetosti v....................14

Slika 4.3: Razporeditev toka v fazah in tleh ob EZS v popolno kompenziranem omrežju......17

Slika 4.4: Induktivnost Petersenove dušilke v odvisnosti od kapacitivnosti omrežja in

frekvence ..................................................................................................................................18

Slika 4.5: Ojačevalni faktor zK ................................................................................................21

Slika 4.6: Povečanje napetosti zvezdišča ob izpadu dela ene faze v resonančno ozemljenem

omrežju .....................................................................................................................................23

Slika 4.7: Prehodni pojav magnetnega pretoka in toka Petersenove dušilke za φ = 90°..........25

Slika 4.8: Mejni krivulji samougasnitev obloka (a kompenzirano omrežje, b izolirano

omrežje) ....................................................................................................................................26

Slika 4.9: Prekinitev zemeljskostičnega toka ...........................................................................27

Slika 4.10: Povratna napetost in ponovni vžig obloka .............................................................28

Slika 4.11: Nastop EZS in izklop okvarjenega izvoda .............................................................29

XII

Slika 4.13: Napetostni kazalci v primeru delovanja dveh transformatorjev.............................34

Slika 4.14: Vklop vzporedne dušilke pri pragu 120 A .............................................................37

Slika 4.15: Ozemljitev dveh transformatorjev preko ene Petersenove dušilke (varianta C2)..38

Slika 4.16: Področje impedanc v polarnem diagramu ob preklopu upora vzporedno k

Petersenovi dušilki....................................................................................................................43

Slika 4.17: Ozemljitev po varianti C2 ali C3 ...........................................................................45

Slika 4.18: Transformatorska postaja z enim transformatorjem in kasnejšo vgradnjo novega

transformatorja (prikaz variante C2, lahko bi bila tudi C3) .....................................................46

Slika 4.19: Sistemska varianta v obstoječih RTP-jih (C2 ali C3) ............................................47

Slika 4.20: Varianti C1 in C3 brez vzporednega upora in z zbiralkami za povezavo

Petersenove dušilke z ničliščem ...............................................................................................48

Slika 4.21: Krivulje optimalnega obratovanja RTP glede na njegovo obremenitev (RTP z

dvema enakima transformatorjema) .........................................................................................49

Slika 4.22: Varianta C2 ali C3 v RTP z izmeničnim obratovanjem transformatorjev .............50

Slika 4.23: Enopolne shema za tri transformatorje ..................................................................53

Slika 4.24: Primer izpada TR1 ali Petersenove dušilke pri TR1 v RTP s tremi transformatorji .

…….......................................................................................................................................... 53

Slika 4.25: Specialni primer RTP s tremi transformatorji ........................................................54

Slika 6.1: Blok shema izvodne celice RTP Krško....................................................................84

Slika 6.2: Petersenova dušilka nameščena v RTP Krško ob Trf. I...........................................85

Slika 6.3: Odklopnik maloohmskega upora in Petersenove dušilke ........................................86

Slika 6.4: Osnovni gradniki Petersenove dušilke .....................................................................87

XIII

Slika 6.5: Linijska napetost sistema UL1, UL2 in UL3 ob bežnem zemeljskem stiku..................87

Slika 6.6: Napetost na dušilki UL ob bežnem zemeljskem stiku ..............................................87

Slika 6.7: Tok na dušilki iL ob bežnem zemeljskem stiku........................................................87

Slika 6.8: Tok na mestu okvare ifault ob bežnem zemeljskem stiku ..........................................87

XIV

KAZALO TABEL

Tabela 4.1: Največji tok kompenzacijske dušilke je pogojen z nazivno močjo terciarnega

(delta) navitja transformatorja. .................................................................................................36

XV

KAZALO DIAGRAMOV

Diagram 5.1: Razmerje med DV in KB na Elektru Celje d.d. .................................................64

Diagram 5.2: Razmerje med DV in KB po RTP-jih na Elektru Celje v letu 2009 ..................65

Diagram 5.3: Število EZS v letih 2008 in 2009 v posamezni RTP-jih ....................................66

Diagram 5.4: Razmerje EZS v letu 2009 glede na število odjemalcev, ki jih ima posamezna

RTP ..........................................................................................................................................67

Diagram 5.5: Število EZS v RTP Sevnica................................................................................68

Diagram 5.6: Število EZS v RTP Rogaška Slatina za leto 2009..............................................69

Diagram 5.7: Število EZS v RTP Mozirje za leto ....................................................................70

Diagram 5.8: Število EZS v RTP Podlog.................................................................................70

Diagram 5.9: Število EZS v RTP Ravne ..................................................................................71

Diagram 5.10: Število EZS v RTP Brežice ..............................................................................72

Diagram 6.1: Letna primerjava po številu EZS in številu kratkotrajnih prekinitev za izvode,

napajane preko transformatorja, ozemljenega preko Petersenove dušilke ...............................82

XVI

UPORABLJENI SIMBOLI

C - kapacitivnost (F)

0C - dozemna kapacitivnost (F)

0G - dozemna odvodnost ( )1mΩ

i - tok skozi stikalo (A)

cI - kapacitivni tok (A)

I - efektivna vredost toka (A)

i - električni tok (A)

1cLI - prispevek toka zaradi kapacitivnosti 0C v fazi L1 (A)

maxcI - največji tok kompenzacijske dušilke (A)

gI - aktivna komponenta toka (A)

1glI - prispevek toka zaradi odvodnosti 0G v fazi L1 (A)

gpI - aktivna komponenta toka skozi Petersenovo dušilko (A)

( )kLI - induktivni tok za k-ti harmonik (A)

lpI - reaktivna komponenta toka skozi Petersenovo dušilko (A)

npI - nazivni tok kompenzacijske dušilke (A)

zI - tok na mestu EZS (A)

( )kzI - zI za k-ti harmonik (A)

k - stopnja harmonika

zK - faktor zemeljskega stika

L - induktivnost tuljave (H)

XVII

dodL - induktivnost vzporedne fiksne (ali z odcepi) dušilke (H)

mL - nadomestna induktivnost omrežja (H)

pL - induktivnost Petersenove dušilke (H)

5%p nadL - induktivnost Petersenove dušilke, ko je ta 5% nad-kompenzirana (H)

skupniL - skupna nad. induktivnost Petersenove dušilke in vzporedne dušilke (H)

m - relativni del izpadlega dela omrežja

fe

cu

PP - razmerje med izgubami v železu in nazivnimi izgubami v navitju

R - ohmsko breme

uR - ohmska upornost (Ω)

80R Ω - 80 ohmski upor (Ω)

RL - ohmsko-induktivno breme

pR - upornost Petersenove dušilke (Ω)

npS - nazivna moč kompenzacijske dušilke (VA)

0t - trenutek ugasnitve obloka, tok pade na 0 A

0U - nična napetost (V)

2u - napetost na kondenzatorju C (V)

InU - napetost zvezdišča izoliranega omrežja (V)

kU - kratkostična napetost (V)

LU - fazna napetost (V)

NU - napetost zvezdišča (V)

nfU - fazna napetost (V)

nmfU - medfazna napetost (V)

XVIII

npU - nazivna napetost kompenzacijske dušilke (V)

1rLU - gonilna napetost toka okvare v fazi L1 (V)

( )1

krLU - 1rLU za k-ti harmonik (V)

pX - reaktanca Petersenove dušilke (Ω)

δ - relativna vrednost aktivne komponente toka EZS

pkδ - δ v točki popolne kompenzacije

υ - relativna vrednost reaktivne komponente toka EZS

'υ - υ ob izpadu m-dela omrežja

ψ - vklopni kot trenutka nastanka okvare

ω - krožna frekvenca ( )rads

1iω - lastna krožna frekvenca omrežja, če zanemarimo izgube ( )rads

gφ - maksimalni magnetni pretok Petersenove dušilke (Wb)

nφ - magnetni pretok Petersenove dušilke pri nazivni napetosti (Wb)

XIX

UPORABLJENE KRATICE

APV – avtomatski ponovni vklop

DCV – daljinski center vodenja

DV – daljnovod

EE – elektroenergetski

EES – elektroenergetski sistem

EZS – enofazni zemeljski stik

HAPV - hitri avtomatski ponovni vklop

KB – kablovod

NN – nizko napetostni

RP – razdelilna postaja

RTP - razdelilna transformatorska postaja

SCADA – (Supervisory Control And Data Acquisition) je skupno ime za sisteme, ki so

namenjeni nadzorovanju in krmiljenju različnih tehnoloških procesov

SN – srednje napetosti

TP – transformatorska postaja

VN – visoko napetostni

1

1 UVOD

Gospodarska rast je v današnjih dneh eden izmed najpomembnejših ciljev. Splošno znano

je, da je med gospodarsko rastjo in rastjo porabe električne energije močna korelacija.

Torej, vsak izpad električne energije neudobno vpliva na gospodarstvo. Trdimo lahko, da

je visoka zanesljivost delovanje elektroenergetskega omrežja za gospodarstvo zelo

pomembna. Vedno večje zahteve po kakovostni električni energiji se kažejo tudi na nivoju

končnega porabnika.

Po statističnih podatkih [1] so najpogostejši vzroki za izpad električne energije enofazni

zemeljski stiki. Zaradi čedalje večjega števila elektronskih naprav, ki zahtevajo višjo

kakovost električne energije, strmijo distribucijska podjetja ne samo k odpravljanju

trajnih, marveč tudi k preprečevanju kratkotrajnih izpadov dobave električne energije. Tudi

ob učinkovitem hitrem avtomatskem ponovnem vklopu delovanje večine elektronskih

naprav ne ostane nemoteno.

Ena izmed možnosti zmanjšanja težav ob nastanku enofaznega zemeljskega stika nudi

sprememba načina ozemljitve nevtralne točke transformatorja. Tako imenovana

resonančna ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove dušilke omogoča kompenzacijo

toka enofaznega zemeljskega stika na mestu okvare, tako da se kapacitivna komponenta, ki

je prispevek omrežja izniči z induktivno komponento, ki jo generira Petersenova dušilka. V

optimalnem primeru teče skozi mesto okvare le še delovni tok. Zmanjšanje tega toka

poveča verjetnost ugasnitve obloka na mestu enofaznega zemeljskega stika. S tem se

zmanjša število tako imenovanih prehodnih okvar.

Druga ugodna posledica zmanjšanja toka skozi mesto enofaznega zemeljskega stika se

navezuje na varnost. V času enofaznega zemeljskega stika se zaradi toka, ki teče preko

ozemljila v zemljo dvigne potencial ozemljitvenega sistema in vseh z njim galvansko

povezanih delov. Merili za stopnjo nevarnosti (odvisno od časa trajanja okvare), ki jo

predstavlja enofazni zemeljski stik v nekem elektroenergetskem objektu in njegovi okolici,

sta napetosti dotika in koraka. Napetost dotika je sicer definirana kot del napetosti

ozemljila, ki jo lahko človek premosti, napetost koraka pa kot del napetosti ozemljila, ki jo

2

človek lahko premosti z 1 m dolgim korakom. Zaradi manjših napetosti dotika in koraka se

lahko podaljša čas obratovanja enofaznega zemeljskega stika.

V času okvare se napetosti v zdravih fazah dvignejo na približno 3 krat višjo vrednost v

primeru vezave zvezda, vendar ostane trikotnik medfaznih napetosti na srednjenapetostni

strani skoraj nespremenjen. Zaradi galvanske ločitve srednjenapetostnega in

nizkonapetostnega navitja, transformatorja z Dy1 vezavo, v času enofaznega zemeljskega

stika končni porabnik ostane nemoteno napajan.

Zvišane napetosti v zdravih fazah pomenijo obremenitev izolacije in prenapetostnih

odvodnikov v zdravih fazah. Zato je pomembno, da pred vgraditvijo Petersenove dušilke

preverimo in po potrebi zamenjamo opremo, pri kateri bi lahko prišlo do preskoka zaradi

časne prenapetosti v času enofaznega zemeljskega stika. Prav tako je potrebno pravilno

dimenzionirati prenapetostne odvodnike, da ob povišanju napetosti ne pride do njihove

termične preobremenitve. Zmožnost odvajanja toplote odvodnika mora biti višja od

proizvedene toplote v času povišanja napetosti. Trajna obratovalna napetost odvodnika

mora biti ustrezno višja od trajne obratovalne napetosti sistema.

V distribucijskem podjetju Elektro Celje d.d. bomo postopoma prehajali iz ozemljitve

preko maloohmskega upora na resonančno ozemljitev nevtralne točke VN/SN

transformatorjev. Zato bom v diplomski nalogi najprej opisal različne načine ozemljevanja

nevtralne točke VN/SN transformatorjev. Nato se bom osredotočil na resonančno

ozemljitev oziroma na ozemljitev preko Petersenove dušilke. Opisal bom način delovanja

Petersenove dušilke in posledično tudi pogoje, ki morejo biti izpolnjeni, da lahko

Petersenovo dušilko sploh vgradimo v neko razdelilno transformatorsko postajo. Cilj

diplomske naloge je določiti kriterije, s pomočjo katerih bom podal vrstni red vgradnje

Petersenove dušilke v posamezne razdelilne transformatorske postaje. Podrobno bom

preučil tri najbolj primerne razdelilne transformatorske postaje, vgradnjo Petersenove

dušilke in ocenil stroške, ki bi nastali ob morebitni vgradnji, posledično pa tudi prihranke

zaradi zanesljivejšega obratovanja. Tako bom ugotovil ali je vgradnja Petersenove dušilke

finančno upravičena. Na koncu bom predstavil še razdelilno transformatorsko postajo 1 Dy je vrsta vezave primarne in sekundarne strani transformatorja.

3

Krško, v kateri Petersenova dušilka že obratuje, in primerjal trenutno obratovanje s

predhodnim obratovanjem preko maloohmskega upora. Analiziral bom prednosti in

slabosti, ki so se pojavile v tem času obratovanja Petersenove dušilke.

4

2 PREGLED STANJA

2.1 Zgodovinski pregled stanja nevtralne točke srednjenapetostnih omrežij v Sloveniji

V preteklosti se je zaradi različnih tehničnih pogojev ozemljevalo nevtralne točke SN

omrežij na različne načine. Najprej so obratovala omrežja z izolirano nevtralno točko. Tu

se je pojavil problem, zaradi velikosti kapacitivnega toka v omrežju pri enofaznih

zemeljskih stikih, ki je nenehno naraščal z večanjem EE omrežja. Potreben je bil prehod na

drug način ozemljitve nevtralne točke.

Odločiti se je bilo potrebno bodisi za resonančno, bodisi za indirektno ozemljeno nevtralno

točko. Študije so pokazale, da je bil najbolj primeren prehod na indirektno ozemljitev

nevtralne točke preko maloohmskega delovnega upora. Tako se je v osemdesetih letih

začelo uvajati ozemljitv nevtralne točke transformatorja preko maloohmskega delovnega

upora, ki omejuje tok enofaznega zemeljskega stika v SN omrežjih na 300 A v čistih

kabelskih omrežjih in 150 A v nadzemnih ali mešanih omrežjih.

Sedaj so v Sloveniji nevtralne točke transformatorjev na 20 kV strani večinoma indirektno

ozemljene preko maloohmskega upora. Z vgrajevanjem kablovodov se je reaktivna

komponenta toka enofaznih zemeljskih stikov močno povečala, zato se je znatno povečal

tudi skupni tok enofaznih zemeljskih stikov. Poleg tega se zaradi omenjenega povečajo

tudi prehodne napetosti. Za rešitev tega problema je ponekod potrebno paralelno

maloohmskemu uporu vgraditi dušilko (z odcepi), ki delno kompenzira kapacitivno

komponento toka enofaznega zemljskega stika na mestu okvare.

Zaradi zahtev po kakovostni dobavi električne energije (občutljive elektronske naprave) se

je pokazala potreba po zmanjšanju kratkotrajnih prekinitev, ki so posledica delovanja

avtomatskega ponovnega vklopa (APV) pri prehodnih enofaznih zemeljskih stikih. V ta

namen so se ponekod vgradila shunt stikala. Na področju Elektra Celje d.d. in Elektra

Ljubljane d.d se je začela prakticirati resonančna ozemljitev nevtralne točke preko

Petersenove dušilke .

5

Petersenova dušilka na mestu enofaznega zemeljskega stika kompenzira kapacitivno

komponento toka, kar poveča verjetnost samougasnitve obloka. S tem se poveča

zanesljivost dobave električne energije (brez kratkotrajnih prekinitev pri prehodnih

enofaznih zemeljskih stikih).

2.2 Zgodovinski pregled stanja nevtralne točke srednjenapetostnih omrežij v Evropi

Distribucijska omrežja posameznih evropskih držav se med seboj precej razlikujejo.

Načrtovanje omrežji ni bilo vezano na enotna izhodišča, ampak so bili pristopi pri

načrtovanju omrežij v posameznih državah popolnoma različni. Načini ozemljitve

nevtralne točke posameznih elektroenergetskih omrežij so bili izbrani glede na zatečeno

stanje v nekem EE omrežju v odvisnosti od oblike, razsežnosti in kratkostične moči.

Slednji vplivajo na velikost toka zemeljskega stika, na napetost dotika, na način izvedbe

ozemljitve in zaščitne sisteme. Zaradi tega se načini ozemljitve nevtralnih točk posameznih

omrežij precej razlikujejo od države do države. Pomembno izhodišče pri njihovem

načrtovanju je način ozemljitve nevtralne točke. V omrežjih, ki imajo nevtralno točko

ozemljeno direktno ali preko maloohmskega upora, je mogoče doseči večjo natančnost in

selektivnost sistemov zaščit.

Izbira načina ozemljitve nevtralne točke je odvisna od več faktorjev, med katerimi

posamezni prevladajo nad drugimi. V Nemčiji so Petrsenovo dušilko vgrajevali, ker so si

prizadevali obdržati referenčni potencial zemlje, zaradi varnosti živih bitij, da se ohrani

čim nižja napetost koraka. Petersenova dušilka je bila izumljena leta 1917. Proti koncu 1.

svetovne vojne so posamezne države spejele odločitev o načinu ozemljitve nevtralne točke.

V 30 kV distribucijskem omrežju v Berlinu [1] so nevtralno točko leta 1914 direktno

ozemljili, ker so se pojavljale previsoke prenapetosti. Posledice so bile povečane vibracije

transformatorjev in povečano število defektov na kablih in spojkah. Da bi odpravili

posledice so prešli na ozemljitev nevtralne točke preko upora 120 Ω, s čimer se je tok

enofaznega zemeljskega stika zmanjšal s 1000 A na 145 A. Maloohmska ozemljitev

nevtralne točke se uporablja v SN distribucijskih omrežjih Francije in Velike Britanije.

Večina nemških SN omrežij danes obratuje s kompenzirano nevtralno točko (nevtralna

točka ozemljena preko Petersenove dušilke). Nekatera nemška podjetja so zaradi širitve

6

posameznih omrežij in njihovega pospešenega kabliranja ter s tem povezanega povečanja

zemeljsko stičnega toka, prešla na direktno ozemljitev nevtralne točke, druga pa na

ozemljitev preko maloohmskega upora. V Angliji so skoraj vsa omrežja ozemljena preko

maloohmskega upora, le manjše število omrežij ima kompenzirano nevtralno točko.

V Franciji so bila v preteklosti visokonapetostna omrežja zelo redko ozemljena preko

maloohmskega upora. Enoten način ozemljevanja se je uveljavil šele z združitvijo

energetskih omrežji pod okriljem EDF2. V SN omrežjih je nevtralna točka ozemljena preko

maloohmskega upora, pri čemer je v razdelilnih daljnovodnih omrežjih tok enofaznega

zemeljskega stika omejen na 300 A, v razdelilnih kabelskih pa na 1000 A ( zaradi vpliva

na šibkotočne napeljave). Bistvena razloga za maloohmsko ozemljitev nevtralne točke sta

bila enostavna zaščita in dejstvo, da so ob kratkotrajni breznapetostni pavzi vsi obločni

stiki ugasnili sami. Trenutno se nagibajo k resonančni ozemljitvi nevtralne točke s kratkim

časom obratovanja z zemeljskim stikom.

2 EDF je francoska družba Electricite de France

7

3 NAČINI OZEMLJEVANJA NEVTRALNE TOČKE

3.1 Dosedanji načini ozemljevanja nevtralne točke v Sloveniji

Ozemljitev TP je predvsem odvisna od višine toka enofaznega zemeljskega stika, ki je

neposredno odvisen od načina ozemljevanja nevtralne točke TP in časa trajanja okvare.

Tok enofaznih zemeljskih stikov nam povzroča previsoke napetosti dotika in koraka v

primeru, če nimamo dobre ozemljitvene upornosti. Največkrat je nimamo zaradi terena

(zemlje), ki ne omogoča doseganja predpisane vrednosti ozemljitvene upornosti. Velikost

toka, ki je bistven za dimenzioniranje in oblikovanje ozemljitvenega sistema združene

ozemljitve, določa način ozemljitve nevtralne točke SN omrežja, na katero je

transformatorska postaja priključena. Razlika pri izvedbi in razsežnosti združenih

ozemljitev je samo v tretiranju ozemljitve nevtralne točke SN omrežja, kar posledično

pomeni različen tok okvare pri enofaznih zemeljskih stikih.

Pri mešanih in nadzemnih SN omrežjih je mogoče uporabiti različne načine ozemljitve

nevtralne točke [1]. Načini so:

• izolirana nevtralna točka (A1),

• indirektna ozemljitev nevtralne točke preko maloohmskega upora (B1) in

• resonančna ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove dušilke (C1).

Obstajajo še dodatne kombinacije osnovnih tretiranj nevtralne točke:

• indirektna ozemljitev nevtralne točke preko paralelno vezanega

maloohmskega upora in dušilke z odcepi (B2),


maloohmskega upora s shunt stikalom na SN zbiralkah (B3),


maloohmskega upora in dušilke z odcepi s shunt stikalom na SN zbiralkah

(B4),

8

• resonančna ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove dušilke z

možnostjo preklopa na indirektno ozemljeno nevtralno točko preko

paralelno vezanega maloohmskega upora (C2),

• resonančna ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove dušilke z

vgrajenim uporom (C3) in

• resonančna ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove dušilke s

kompenzacijo preostalega maloohmskega toka (C4)3.

Slika 3.1: Sheme ozemljitve nevtralne točke transformatorja v SN omrežju

3 KPDT je kompenzacija preostalega delovnega toka

9

Na sliki (sl. 3.14) so prikazane sheme naštetih načinov ozemljevanja nevtralne točke

transformatorja. Ločilniki niso narisani, temveč le odklopniki. Pri varianti B1 in B2 je

prikazana kombinacija s shunt stikalom za eliminiranje kratkotrajnih prekinitev.

Pri izolirani nevtralni točki SN omrežja bi bila lahko ozemljitvena upornost ustrezno višja

zaradi nižjega toka pri enofaznih zemeljskih stikih, kar velja le za manjša omrežja. Z

vgradnjo kabeljskih vodov se kapacitivni prispevek toka lahko poveča preko meje, ko je še

mogoča samougasnitev obloka, tako da lahko pride do dvofaznih zemeljskih stikov. V

Sloveniji je izolirano omrežje A1 v zatonu, zaradi omejenosti z velikostjo omrežja. Še

zadnja izolirana SN omrežja prehajajo na indirektno ali resonančno ozemljitev nevtralne

točke.

Danes so v veliki večini vsa SN zvezdišča transformatorjev ozemljena preko

maloohmskega upora (Ru = 80 Ω pri 20 kV in Ru = 40 Ω pri 10 kV ). Ta omejuje tok

enofaznega zemljskega stika na 150 A. V teh omrežjih pomeni vsak bežni zemeljski stik

kratkotrajno prekinitev dobave električne energije. Zaradi slabih izkušenj pri uporabi

polizoliranih vodov, se vse več uporabljajo klasični enožilni in univerzalni kabli. S tem

narašča velikost kapacitivne komponente zemeljskostičnega toka. Zato lahko paralelno k

maloohmskemu uporu vežemo dušilko z odcepi. Indirektno ozemljitev nevtralne točke

preko paralelno vezanega maloohmskega upora in dušilke z odcepi (na primer za delno

kompenzacijo kapacitivnega toka 50 A, 100 A, 150 A…), uporabimo v omrežjih z visoko

kapacitivno komponento toka enofaznih zemeljskih stikov. Dušilka delno kompenzira

kapacitivni tok in s tem zmanjša tok enofaznih zemeljskih stikov na mestu okvare.

Indirektno ozemljitev nevtralne točke preko delovnega upora s shunt stikalom na SN

zbiralkah uporabimo v omrežjih, kjer je veliko število prehodnih enofaznih zemeljskih

stikov, ki povzročajo zaradi delovanja APV, kratkotrajne prekinitve dobave električne

energije. Z vgradnjo shunt stikala izboljšamo zanesljivost dobave, torej kakovost električne

energije.

Shunt stikalo je sestavljeno iz treh enopolnih odklopnikov, ki delujejo med seboj

neodvisno in releja, ki selekcionira okvarjeno fazo in vklopi ustrezni pol odklopnika.

4 1. slika 3. poglavja

10

Odklopnik je na eni strani vezan direktno na SN zbiralnice na drugi pa je povezan direktno

z uporom zvezdišča transformatorja.

Za eliminiranje bežnega enofaznega zemeljskega stika na nekem vodu je potrebna ustrezno

dolga breznapetostna pavza, ki je potrebna za gašenje obloka. Le to v SN omrežjih, ki

imajo nevtralno točko ozemljeno preko maloohmskega upora dosežemo tako, da se

okvarjena faza za določen čas poveže z ozemljitveno sponko ozemljitvenega upora. S tem

se doseže kovinska premostitev mesta okvare na prizadeti fazi odvoda. To ima za

posledico gašenje obloka zaradi skoraj popolne izenačitve potenciala med faznim

vodnikom in zemljo, hkrati pa z uporoma zvezdišča transformatorja omejimo tok

zemeljskega stika na vrednost 150 A. [8]

Resonančna ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove dušilke z možnostjo preklopa

na indirektno ozemljeno nevtralno točko preko paralelno vezanega delovnega upora

zmanjša kapacitivni tok na mestu enofaznega zemeljskega stika na minimalno vrednost.

Ob ustrezni nastavitvi Petersenove dušilke je tok na mestu enofaznega zemeljskega stika

majhen, zato oblok pri prehodnih enofaznih zemljskih stikih ugasne, s čimer se odpravi

okvara. Zanesljivost obratovanja se tako izboljša. Obratovanje poteka tako, da je omrežje

ozemljeno preko Petersenove dušilke. V primeru trajnega enofaznega zemljskega stika se

po določenemu času priključi paralelno k Petersenovi dušilki maloohmski upor, ki

zagotavlja selektivno delovanje zaščite.

Podobno je pri resonančni ozemljitvi nevtralne točke preko Petersenove dušilke z

vgrajenim uporom. Upor je vgrajen na pomožnem sekundarnem navitju v Petersenovi

dušilki. V primeru trajnega enofaznega zemeljskega stika se vklopi upor, ki požene delovni

tok, ki je potreben za selektivno delovanje WATT - metrične zaščite (sl. 3.25).

5 2. slika 3. poglavja.

11

Slika 3.2: Karakteristika WATT-metrične zaščite

Resonančna ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove dušilke s kompenzacijo

preostalega delovnega toka je smiselna, kadar je preostali delovni tok prevelik ali v

kabelskih omrežjih.

Pri izbiri enega od zgoraj naštetih načinov ozemljitve nevtralne točke je potrebno

upoštevati naslednje argumente:

• velikost toka enofanega zemeljskega stika,

• problematiko ozemljitev,

• velikost prenapetosti pri enofaznem zemeljskem stiku,

12

• delovanje zaščite,

• zanesljivost napajanja odjemalcev,

• elektrarne na SN omrežju,

• investicijske stroške.

13

4 RESONANČNO OZEMLJENA NEVTRALNA TOČKA PREKO PETERSENOVE DUŠILKE

4.1 Teoretični del

Z naraščanjem oziroma velikim številom izklopov neposredno vplivamo na slabšanje

zanesljivosti in kvalitete dobave električne energije. Zahteve po neprekinjeni dobavi

električne energije na eni strani in izklopa zaradi varnosti živih bitij na drugi strani vodijo

do kontradiktornosti. Rešitev, ki omogoča odpravo protislovja, je mogoča s kompenzacijo

toka ob zemeljskem stiku in se imenuje resonančna ozemljitev nevtralne točke. Osnovno

načelo je, da se kapacitivni tok omrežja kompenzira z induktivnim tokom Petersenove

dušilke priključene v nevtralno točko transformatorja. Na ta način se tok okvare vzdržuje v

mejah, ki dopuščajo bistveno daljše izklopne čase in teoretično omogoča celo trajno

obratovanje ob okvari.

Ob nastopu enofaznih zemeljskih stikov steče skozi mesto okvare tok, ki se razdeli na tok,

ki teče preko zemlje v zvezdišče in na tok, ki se zaključuje preko dozemnih odvodnosti in

kapacitivnosti zdravih dveh faz (sl. 4.16). V 20 kV omrežju je lahko predvsem zaradi

velikega deleža kablov in s tem zaradi velike kapacitivnosti omrežja, kapacitivna

komponenta toka enofaznih zemeljskih stikov zelo velika. Resonančna ozemljitev

nevtralne točke preko Petersenove dušilke omogoča kompenzacijo kapacitivne

komponente toka enofaznih zemeljskih stikov na mestu okvare, tako da teče le še delovna

komponenta toka.


14

Slika 4.1: Princip kompenzacije kapacitivne komponente toka EZS s Petersenovo dušilko

Med trajanjem enofanega zemeljskega stika se napetosti na NN (porabniški) strani ne

spremenijo. Razlog je v galvanski ločitvi SN in NN navitja distribucijskega

transformatorja. Izboljša se zanesljivost dobave električne energije.

Slika 4.2: EZS v omrežju z izolirano nevtralno točko in povišanjem napetosti v

zdravih fazah

Posledica, ki jo povzroča enofazni zemeljski stik v omrežju ozemljenem preko Petersenove

dušilke (kot pri omrežju z izolirano nevtralno točko), je povišanje napetosti v zdravih dveh

fazah za približno 3 , lahko tudi do 2 krat (sl. 4.27).

Za tok na mestu enofaznega zemeljskega stika velja enačba [1]:

( ) ( )p2 pp

1z 0 rL1 0 rL13 3R

XXI G U j C Uω= + + − (4.1)


15

V tej enačbi so PR in PX parametra Petersenove dušilke, 0G dozemna odvodnost in 0C

dozemna kapacitivnost. Napetost rL1U je gonilna napetost toka enofaznega zemeljskega

stika. Vidi se, da se lahko s primerno vrednostjo reaktance Petersenove dušilke reaktivna

komponenta toka popolnoma izniči (kompenzira).

Zgornjo enačbo lahko zapišemo tudi v drugačni obliki:

( )z cI j Iδ ν= + (4.2)

V tej enačbi je z cI označena kapacitivna komponenta toka:

c 0 rL13I C Uω= (4.3)

Parametra δ in ν sta definirana z izrazoma:

( ) ( )( )p0 1i

0 p

2RGC X

ωω ωδ = + (4.4)

( )1i2

1 ωων = − (4.5)

Z 1iω je označena lastna krožna frekvenca nične sheme omrežja, če se zanemarijo izgube.

( )p 0

11i 3L C

ω = (4.6)

Iz enačbe 4.2 se vidi, da parametra δ in ν predstavljata relativni vrednosti aktivne in

kapacitivne komponente toka enofaznega zemeljskega stika v kompenziranem omrežju,

normirane na tok cI . Tok cI prestavlja kapacitivno komponento toka enofaznega

zemeljskega stika, ki bi tekel skozi mesto okvare, če omrežje ne bi bilo kompenzirano.

16

Glede na velikost parametra ν opredelimo tri variante:

I. ν > 0 (pod-kompenzirana omrežja),

II. ν = 0 (popolno kompenzirana omrežja),

III. ν < 0 (nad-kompenzirana omrežja).

V prvem primeru skozi mesto enofaznega zemeljskega stika teče del kapacitivnega toka

omrežja, zato je omrežje pod-kompenzirano. V drugem primeru se kapacitivni tok v mestu

enofaznega zemeljskega stika izniči z induktivno komponento toka, ki ga povzroča

Petersenova dušilka, zato je omrežje popolno kompenzirano. V tretjem primeru, ko je ν <

0, ima reaktivna komponenta toka v mestu enofaznega zemeljskega stika induktivni

karakter, ker je reaktivna komponenta toka Petersenove dušilke večja od toka cI , zato je

omrežje nad-kompenzirano.

V primeru popolne kompenzacije:

LP C 0I I+ = (4.7)

kar ustreza enačbi 4.1.

Iz slike (sl. 4.38) se vidi, da se tokovi, ki tečejo preko dozemnih kapacitivnosti in

odvodnosti, zaključujejo preko nevtralne točke transformatorja. To velja tudi za vse ostale

vode omrežja, kar pomeni, da teče v nevtralno točko transformatorja celotni tok dozemnih

kapacitivnosti in odvodnosti vseh odvodov.

Tok v nevtralno točko se lahko razdeli na dva dela. En del teče po okvarjeni fazi voda do

mesta zemeljskega stika in predstavlja tok zemeljskega stika zI . V popolno

kompenziranem omrežju (ν = 0) je navedeni tok sestavljen le iz aktivne komponente toka

vodov in dušilke.

Drugi del toka teče skozi dušilko in preko povratnih poti skozi zemljo zapira kapacitivne

tokovne kroge vodov. 8 3. slika 4. poglavja.

17

Slika 4.3: Razporeditev toka v fazah in tleh ob EZS v popolno kompenziranem omrežju

Daljnovode in kablovode lahko predstavimo kot model s porazdeljenimi parametri.

Kapacitivni tokovi zdravih faz postopoma rastejo po velikosti od konca voda proti

energetskemu transformatorju. Skozi okvarjeno fazo v primeru popolne kompenzacije se

velikost kapacitivnega toka ujema z velikostjo toka dušilke.

Na tem mestu je treba poudariti dejstvo, da je uglašenost Petersenove dušilke s

kapacitivnim tokom omrežja odvisna od frekvence. To se jasno vidi iz enačbe 4.8, ki izhaja

iz enačbe 4.1.. Pogoju za popolno uglašenost je zadoščeno, ko je imaginarni del v enačbi

4.1 enak nič:

( ) ( ) ( )2p p 0

1 1 10 0 P 3

3 0 3X L CC C Lω ω

ω ω− = ⇒ = ⇒ = (4.8)

18

Slika 4.4: Induktivnost Petersenove dušilke v odvisnosti od kapacitivnosti omrežja in

frekvence

Petersenovo dušilko se uglasi na eno frekvenco, in sicer omrežno. Ali drugače, uglasi se jo

na stacionarni kapacitivni tok. To je tok po končanem prehodnem pojavu.

4.1.1 Uglasitev dušilke

Uglasitev omrežja z resonančno ozemljeno nevtralno točko pomeni iskanje, induktivnosti

(položaja) Petersenove dušilke, da bo tok na mestu enofaznega zemeljskega stika čim

manjši. V tako imenovani resonančni točki se na mestu enofaznega zemeljskega stika med

seboj izničita kapacitivna in induktivna komponenta toka. Petersenova dušilka injicira

induktivni tok, ki je nasprotno enak prispevkom kapacitivnih tokov na mestu enofaznega

zemeljskega stika, zato (v resonančni točki, ko je omrežje popolno kompenzirano) skozi

mesto enofaznega zemeljskega stika teče le delovni tok. Velikost tega toka je odvisna od

odvodnosti v omrežju G0, zato ga ni mogoče kompenzirati z navadno Petersenovo dušilko.

Resonančno točko lahko poiščemo na dva načina. Prvega smo že omenili, in sicer iz

iskanja minimuma toka na mestu enofaznega zemeljskega stika ( zI ). Drugi način je z

iskanjem maksimuma napetosti zvezdišča U0. Jasno je, da način iskanja resonančne točke

na podlagi minimuma toka skozi mesto enofaznega zemeljskega stika v praksi ni mogoč,

temveč je mogoče na tak način uglasiti omrežje, le na podlagi simulacije na modelu

19

omrežja ali s poskusom, kjer bi namenoma povzročili enofazni zemeljski stik. V praksi se

omrežje uglašuje na podlagi meritev napetosti v zvezdišču U0.

O stanju resonančno ozemljenega omrežja preko Petersenove dušilke sklepamo na podlagi

napetosti zvezdišča U0. Ob povišanju napetosti preko vnaprej določenega praga se

aktivirajo ustrezne zaščite. Poseben problem povzročajo visokoohmske okvare, ki jih

navedena zaščita zaradi premajhne spremembe napetosti zvezdišča, težko zazna.

4.1.1.1 Minimum toka skozi mesto enofaznega zemeljskega stika

Posnetek resonančne krivulje na podlagi meritve napetosti zvezdišča naredimo kadar v

omrežju ni okvare (EZS). Drugi način posnetka resonančne krivulje dobimo z meritvijo

toka skozi mesto okvare ob nastopu enofaznega zemeljskega stika.

Kot je že bilo rečeno, je najprikladnejši način iskanja resonančne točke s pomočjo

simulacije na modelu omrežja. S spreminjanjem induktivnosti, se spreminja velikost toka

skozi mesto enofaznega zemeljskega stika. V dveh skrajnih primerih sta karakterja toka na

mestu enofaznega zemeljskega stika popolnoma različna. V prvem primeru, pri zelo veliki

vrednosti induktivnosti dušilke se omrežje obnaša podobno kot omrežje z izolirano

nevtralno točko. Na mestu enofaznega zemeljskega stika teče ves kapacitivni tok omrežja.

Torej ima pri veliki induktivnosti tok na mestu enofaznega zemeljskega stika kapacitivni

karakter. Drug skrajni primer je, ko je induktivnost kompenzacijske dušilke zelo majhna,

skoraj nič. Takrat se omrežje obnaša podobno kot direktno ozemljeno omrežje, zato teče

takrat skozi v mestu enofaznega zemeljskega stika tok induktivnega karakterja. Nekje

vmes obstaja vrednost induktivnosti dušilke, pri kateri se kazalca reaktivnih prispevkov

toka v mestu enofaznega zemeljskega stika izničita. To je resonančna točka te krivulje.

4.1.1.2 Maksimum napetosti zvezdišča

V resonančno ozemljenem omrežju, se ob spreminjanju induktivnosti Petersenove dušilke,

spreminja napetost v zvezdišču. S Petersenovo dušilko na nek način spreminjamo ojačenje

napetosti zvezdišča. Ojačevalni faktor Kz preko katerega, glede na induktivnost 00

2 2 2 2

11

z

GCK ω

δ ν δ ν

+

+ +

⎛ ⎞= ≈⎜ ⎟⎝ ⎠

(4.9)

20

Petersenove dušilke ali stopnjo kompenzacije omrežja, določa napetost zvezdišča

resonančno ozemljenega omrežja. Ta faktor podaja razmerje med napetostjo zvezdišča v

resonančno ozemljenem zvezdiščem in omrežjem z izoliranim zvezdiščem.

Napetost v zvezdišču omrežja z izoliranim zvezdiščem nastane zaradi nesimetrije v

omrežju. V dveh skrajnih primerih lahko nastanejo težave. V prvem primeru je omrežje

zelo simetrično, kar pomeni, da je napetost v zvezdišču zelo majhna. Resonančna krivulja

je lahko premalo izražena, zato ne moremo določiti resonančne točke. Nekateri

proizvajalci Petersenovih dušilk to težavo rešujejo tako, da v času iskanja resonančne

točke, v zvezdišče injicirajo nek tok. Ta povzroči na dušilki padec napetosti, ki se doda

prvotni napetosti zvezdišča. To večjo napetost se nato s spreminjanjem induktivnosti ojača,

posname resonančno krivuljo in določi resonančno točko. V drugem primeru lahko nastopi

neugodna situacija v močno nesimetričnem omrežju, kjer je napetost v zvezdišču precej

velika. Takrat lahko dobimo z ojačenjem te napetosti v zvezdišču precejšno napetost (reda

velikosti fazne napetosti), kar je popolnoma nesprejemljivo. V takem primeru je potrebno

zmanjšati faktor Kz. Iz enačbe 4.9 je razvidno, da ga lahko znižamo z zvišanjem faktorja δ

(enačba 4.4), ki ga lahko imenujemo faktor dušenja. Kot smo že omenili, vsebuje faktor δ

nespremenljiv del, ki se navezuje na parametre omrežja in del, ki vsebuje parametre

dušilke. Faktor Kz je možno znižati s povišanjem upornosti Rp v zvezdišču, kar zviša faktor

dušenja δ (enačba 4.4).

Nesimetrija povzroči v omrežju neko napetost. Ta, v nevtralni točki izoliranega zvezdišča

v normalnem obratovalnem stanju, je izhodiščna napetost, ki govori o simetričnosti

omrežja. Glede na način ozemljitve nevtralne točke, ki vpliva na faktor Kz, se preko enačbe

4.10 to napetost ojača.

4.1.2 Napetost nevtralne točke v normalnem obratovanju

Napetost med nevtralno točko in zemljo imenujemo napetost nevtralne točke ali napetost

zvezdišča transformatorja. Ta se izračuna kot produkt napetosti iNU , ki bi bila v nevtralni

točki, če bi bilo omrežje izolirano, in faktorja zK , ki je odvisen od načina ozemljitve [1].

iN2 2N

UUδ ν+

= (4.10)

21

Ko ni okvar, je napetost nevtralne točke transformatorja odvisna od simetrije DV, KB in

energetskih transformatorjev. V primeru, ko bi bilo omrežje popolnoma simetrično in bi

bila napetost nevtralne točke enaka nič, se Petersenove dušilke ne bi dalo uglasiti na

kapacitivni tok omrežja. V realnosti vedno obstaja neka fazna nesimetrija, ki povzroči v

nevtralni točki neko napetost.

Na sliki (sl. 4.59) je grafično prikazana odvisnost parametra zK od parametra ν za δ = 0,05

in δ = 0,1. Ti dve vrednosti parametra δ sta približni zgornji in spodnji meji v realnem

omrežju, ki sta prikazani na abcisni osi.

Slika 4.5: Ojačevalni faktor zK

Glede na tipične vrednosti parametra δ lahko napetost nevtralne točke resonančno

ozemljenega omrežja, doseže tudi do 20 kratno vrednost napetosti nevtralne točke

izoliranega omrežja. Torej lahko zaključimo, da se v resonančno ozemljenem omrežju s

Petersenovo dušilko ojača napetost zvezdišča transformatorja, ki je odvisna od nesimetrije

v omrežju. Ta se ojača glede na faktor ojačenja, ki je pogojen z velikostjo faktorja δ .

Iz enačb 4.4 in 4.10 vidimo, da se v točki popolne kompenzacije (ν = 0), napetost

zvezdišča transformatorja izoliranega omrežja ojača s faktorjem ( )1δ . Ker je v točki

popolne kompenzacije ( )1i 1ωω = , lahko zapišemo za ta primer naslednjo enačbo:


22

( ) ( )p0

0 ppkRG

C Xωδ = + (4.11)

Faktor pkδ je sestavljen iz dveh delov, in sicer prvega na desni strani enačbe, ki je odvisen

od parametrov omrežja, in drugega, ki je odvisen od parametrov Petersenove dušilke.

Velikost faktorja pkδ je odvisna od razmerja med odvodnostjo in kapacitivnostjo voda

(DV, KB) ter razmerja med ohmsko upornostjo in reaktanco Petersenove dušilke.

Parameter mora biti po eni strani čim manjši, zato da je velikost preostalega ohmskega

toka na mestu enofaznega zemeljskega stika čim manjša in po drugi strani mora biti dovolj

velik, da ni ojačanje napetosti izoliranega zvezdišča preveliko. Na razmerje parametrov

( )0

0

GC lahko vplivamo le z vgraditvijo nove opreme ali zamenjavo stare. To pomeni, da je

del enačbe za določeno omrežje vnaprej določen. Faktor δ se zato prilagaja na želeno

vrednost s spremembo razmerja ( )p

p

RX , torej s spremembo ohmske in induktivne upornosti

Petersenove dušilke. To sestavljata upornost samega navitja in dodanega upora, ki se ga

lahko doda za ustrezno prilagoditev faktorja δ .

Povišanje napetosti zvezdišča je mogoče omejiti z zmanjšanjem asimetrije vodnikov.

Asimetrijo lahko zmanjšamo s prepletanjem nadzemnih vodov ali s polaganjem kablov v

trikotno formacijo.

Napetost nevtralne točke se zelo učinkovito omeji z nepopolno kompenzacijo omrežja

(enačba 4.10). Bolje je obratovati z nad-kompenziranim kot pod-kompenziranim

omrežjem, saj lahko v primeru izpada enega voda v pod-kompenziranem omrežju, preide

omrežje v popolno kompenzirano omrežje. Običajno se omrežje 5 % do 10 % nad-

kompenzira, čemur ustreza ν = 0,05 do ν = 0,1. V praksi se delavno točko nastavi glede

na absolutno vrednost (npr: 5 A nad-kompenzirano).

Visoka napetost v nevtralni točki se lahko pojavi pri odklopu ali prekinitvi ene faze na

nekem vodu, s čimer bi se pokvarila simetrija omrežja.

Pri izpadu ene faze se zaradi spremembe odvodnosti 0G rahlo spremeni tudi parameter δ ,

vendar se lahko ta sprememba zaradi majhnega vpliva na napetost zvezdišča zanemari.

23

Na sliki (sl. 4.610) je grafično prikazana odvisnost razmerja ( )N

nf

UU od veličine 1-m, ki

predstavlja relativno vrednost nične kapacitivnosti izpadlega dela faze, glede na normalno

kapacitivnost omrežja. 1 pomeni delež celotnega omrežja, m pa delež izpadlega omrežja.

Prikazanih je več krivulj za različne načine obratovanja omrežja pred izpadom faze.

Krivulja z oznako 0 se nanaša na omrežje z izolirano nevtralno točko, medtem ko se

krivulja 1 nanaša na popolno kompenzirano resonančno ozemljeno omrežje. Krivulji 3 in 4

se nanašata na pod-kompenzirano omrežje, v krivulji 4 je upoštevano nasičenje dušilke. Iz

slike se vidi, da lahko pride do velikih prenapetosti, če omrežje pred izpadom dela faze

obratuje v območju pod-kompenzacije. Iz poteka krivulje 2 je razviden ugoden vpliv nad-

kompenzacije na prenapetosti v danih okoliščinah. V relativnih razmerah so te napetosti

precej nižje, zaradi nasičenja Petersenove dušilke, saj se ji pri porastu napetosti znatno

zniža reaktanca (ν se poviša, enačbi 4.5 in 4.6). V območju nasičenja in ob majhnem

povišanju napetosti na dušilki, se tok skozi njo močno poviša.

Slika 4.6: Povečanje napetosti zvezdišča ob izpadu dela ene faze v resonančno ozemljenem

omrežju


24

Iz poteka krivulje 2 se vidi, da je napetost nevtralne točke omrežja, ki pred izpadom dela

faze obratuje v območju nad-kompenzacije precej nižje kot v nasprotnem primeru (krivulji

3 in 4).

4.1.3 Višji harmoniki v toku enofaznega zemeljskega stika

Zaradi nelinearnih karakteristik nekaterih elementov v omrežju se napetost in tok popačita.

S tem je mišljeno, da njuni obliki nista več sinusni, temveč skupek več sinusnih funkcij.

Prispevki, ki se razlikujejo od osnovne sinusne komponente, se imenujejo višje harmonske

komponente toka in napetosti. Te obstajajo že ob normalnem obratovalnem stanju. Ob

enofaznem zemeljskem stiku lahko zaradi povišanja napetosti pridejo nekatere

nelinearnosti bolj do izraza, kar poudari nekatere višje harmonske komponente toka in

napetosti.

Tok enofaznega zemeljskega stika lahko napišemo za vsak harmonik posebej:

( ) ( ) ( )p

k k 1z rL1 03 k LI U j k C ωω= − (4.12)

V enačbi 4.12 predstavlja 0C skupno nično kapacitivnost omrežja vseh vodov omrežja,

( )kraU pa predstavlja efektivno vrednost k harmonika napetosti faze a v režimu brez

zemeljskega stika.

Iz relacije je razvidno, da je kapacitivni tok enofaznega zemeljskega stika za k2 večji od

induktivne komponente toka enofaznega zemeljskega stika, ki jo prispeva Petersenova

dušilka. Prispevek induktivnega toka kompenzacijske dušilke ( )kLI , ki kompenzira

kapacitivni tok na mestu enofaznega zemeljskega stika se z naraščanjem reda harmonika k

močno zmanjšuje.

4.1.4 Prehodni pojavi ob enofaznem zemeljskem stiku

Po razbremenitvi okvarjene faze nastopi obremenjevanje zdravih faz (valovni proces) in

Petersenove dušilke, zaradi spremembe napajalnih napetosti. Kompenzacijska dušilka

zaradi svoje velike induktivnosti ne vpliva bistveno na časovni potek hitro spremenljivih

komponent napetosti in toka, ker za njih predstavlja praktično neskončno impendanco.

25

Zato lahko rečemo, da za hitro spremenljive komponente toka in napetosti,

kompenzacijska dušilka ne obstaja, zato se tedaj omrežje obnaša enako kot bi bilo

izolirano.

Proces obremenjevanja Petersenove dušilke je počasen, zaradi njene velike časovne

konstante. Zaradi tega lahko privzamemo dejstvo, da se proces vzpostavljanja toka skozi

dušilko začne po končanih prehodnih procesih obremenjevanja zdravih faz in je od teh

(predhodnih) pojavov neodvisen.

Slika 4.7: Prehodni pojav magnetnega pretoka in toka Petersenove dušilke za φ = 90°

Na zgornji sliki (sl. 4.711) sta prikazana časovna poteka magnetnega pretoka in toka

Petersenove dušilke. Oba časovna poteka izkazujeta prehodni časovni karakter. Stacionarni

del prehodnega pojava običajno nastopi po 5 ali 6 periodi, kar je približno 0,1 s – 0,15 s.

Maksimalna vrednost magnetnega pretoka Φg lahko doseže dvojno vrednost magnetnega

pretoka Φn. Φn je magnetni pretok pri nazivni napetosti. To povišanje magnetnega pretoka

povzroči, zaradi nelinearnega železnega jedra, precejšne povišanje toka skozi dušilko.

Dušilke so dimenzionirane tako, da ta tok ne preseže petkratne vrednosti nazivnega toka.


26

Na podlagi navedenih prehodnih pojavov se lahko odkrije vod, na katerem je okvara, in

nato aktivira ustrezno signalizacijo ali zaščito.

4.1.5 Gašenje obloka enofaznega zemeljskega stika in povratna napetost

Samougasnitev obloka zemeljskostičnega toka je odvisno od več dejavnikov.

Najpomembnejši so mesto in vzrok okvare, hitrost vzpostavljanja in amplituda povratne

napetosti ter velikost zemljostičnega toka. Pogoji za samougasnitev obloka so vezani tudi

na atmosferske pogoje, kot so hitrost in smer vetra ter vlažnost, ki so izrazito stohastične

narave. Samougasnitev je močno odvisna tudi od tega ali je prišlo do okvare s preskokom v

zraku na neki izolirani konstrukciji ali s prebojem v izolaciji. Zaradi kompleksnosti

okoliščin, ki pogojujejo samougasnitev obloka je težko oceniti mejne vrednosti pri katerih

je verjetnost samougasnitve obloka še mogoča. Na verjetnost samougasnitve obloka

najbolj vpliva velikost toka na mestu enofaznega zemeljskega toka in malo manj nazivna

napetost omrežja (sl. 4.812). Krivulja a velja za resonančno ozemljena omrežja, medtem ko

velja krivulja b za omrežje z izolirano nevtralno točko.

Slika 4.8: Mejni krivulji samougasnitev obloka (a kompenzirano omrežje, b izolirano

omrežje) 12 8. slika 4. poglavja.

27

Karakter zemeljskostičnega toka je v omrežju z resonančno ozemljeno nevtralno točko

pretežno ohmskega karakterja, medtem ko je v izoliranem omrežju ta tok kapacitivnega

karakterja. Zaradi časovnega zamika napetosti in toka je kapacitivni tok težje prekiniti, kar

se kaže tudi v časovnem poteku povratne napetosti. Zaradi ugodnejšega poteka povratne

napetosti je tok samougasnitve v resonančnem omrežju višji kot v izoliranem omrežju.

Termin povratna napetost pomeni spremembo napetosti na fazi, ki je bila okvarjena ob

ugasnitvi obloka na mestu okvare. Povratna napetost se v popolno kompenziranem

omrežju, zaradi majhne vrednosti parametra δ vzpostavlja zelo počasi. Običajno napetost

na okvarjeni fazi raste nazaj na normalno vrednost po približno 15 periodah. Ravno toliko

časa je potrebno, da se napetost v nevtralni točki zaduši nazaj na normalno vrednost.

Pri nepopolno kompenziranem omrežju sta krožni frekvenci 1iω in ω različni, zato dobi

povratna napetost pulzirajočo obliko časovnega poteka.

Povratna napetost oscilira s krožno frekvenco 1i2

ω ω+, ki je blizu normalni krožni frekvenci,

amplituda pa se ji spreminja relativno počasi s krožno frekvenco 1i2

ω ω−.

4.1.6 Prekinitev zemeljsko stičnega toka

Pri manipulacijah v omrežju pride do prerazporeditve magnetne energije shranjene v

dušilkah. V popolno kompenziranem omrežju lahko ta prerazporeditev povzroči nevarnost

visoke prenapetosti. Ta pojav je podoben pojavu, ki nastopi ob izključitvi induktivnega

elementa.

Slika 4.9: Prekinitev zemeljskostičnega toka

28

Na sliki (sl. 4.913) predstavlja Lm induktivnost omrežja, L induktivni element, C in G pa

predstavljata kapacitivnost in odvodnost omrežja.

Pri majhnih kapacitivnostih C0 je mogoča precejšnja porast napetosti na kondenzatorju, in

sicer zaradi pretvorbe energije magnetnega polja shranjene v tuljavi (induktivnost L) v

energijo električnega polja shranjeno v kondenzatorju (kapacitivnost C).

Napetost se lahko vzpostavi s takšno hitrostjo in intenziteto, da pride med kontakti do

ponovnega vžiga obloka. Na sliki (sl. 4.1014) sta prikazana časovna poteka napetosti 2u na

kondenzatorju in tok skozi stikalo i.

Slika 4.10: Povratna napetost in ponovni vžig obloka

V trenutku 0t se tok nenadoma prekine, zato sta induktivni in kapacitivni element

odklopljena iz omrežja. Napetost 2u naglo naraste do trenutka, ko doseže mejno vrednost

pri kateri pride do ponovnega vžiga obloka v stikalu. Po vžigu obloka se napetost nazaj



29

zniža na približno nazivno vrednost omrežja. Nato se po kratkem času tok zopet prekine in

napetost 2u naglo naraste. Zaradi večkratnega opisanega pojava je krivulja napetosti

žagaste oblike, z naraščajočimi napetostnimi konicami.

Do podobnih pojavov lahko pride pri izklopu katerekoli induktivnosti iz omrežja. V

kompenziranih omrežjih lahko pride do takšnih pojavov zaradi obstoja kompenzacijske

dušilke ob izklopu zemeljskostičnega toka katerekoli vrste.

Predpostavimo, da je v fazi L1 prišlo do enofaznega zemeljskega stika (sl. 4.1115). Pri

izklopu naj se najprej prekinejo tokovi zdrave faze.

Slika 4.11: Nastop EZS in izklop okvarjenega izvoda

V primeru, da je omrežje pred izklopom popolno kompenzirano, ima tok i induktivni

karakter in bo praktično v fazi s tokom Li . Če pride do prekinitve toka pri vrednosti

različni od 0 (i0≠0), bo v dušilki ostala neka magnetna energija. Zaradi praznjenja te

energije preko kapacitivnosti C0 nastanejo hitro spremenljive komponente napetosti, ki se

prištejejo nazivni napetosti omrežja in povzročijo nastanek prenapetosti. Te bodo najvišje v

primeru, da pride do enofaznega zemeljskega stika na začetku edinega voda, tako da

predstavljajo kapacitivnosti C0 le kapacitivnosti elementov postroja. Prenapetosti na strani


L3

L2

L1

C0

i

30

dušilke lahko privedejo do ponovnega vžiga obloka v stikalnem aparatu in ponovne

vzpostavitve zemeljskega stika.

Visoke prenapetosti se lahko pojavijo pri izklopu dvofaznega zemeljskega stika, saj je v

tem primeru tok skozi dušilko zamaknjen približno za četrtino periode, glede na tok skozi

vodnik v okvari. To pomeni, da je lahko v trenutku odklopa toka okvarjenih faz v dušilki

shranjene precej magnetne energije, ki je vzrok nastanka prenapetosti.

Opisane prenapetosti se lahko omejijo z izbiro ustreznega prenapetostnega odvodnika,

pravočasnim izklopom toka okvarjene faze (i0=0) ali/in ustreznim stikalom, čigar

zmogljivost se prilagodi velikosti možnega kratkostičnega toka.

Prenapetostne odvodnike se postavi vzporedno h kompenzacijski dušilki. Ti morajo biti

sposobni absorbirati vso energijo magnetnega polja dušilke. Trajna obratovalna napetost

odvodnika mora biti višja od trajne napetosti zvezdišča (v času trajanja EZS).

4.1.7 Ozemljitve dveh transformatorjev preko ene Petersenove dušilke

Petersenova dušilka lahko učinkovito kompenzira kapacitivni tok na mestu enofaznega

zemeljskega stika, tudi če jo uporabimo za ozemljitev dveh transformatorjev.[1] Jasno je,

da bi v primeru paralelnega obratovanja transformatorjev (sl. 4.1216, a) Petersenova dušilka

kompenzirala kapacitivne tokove omrežji obeh transformatorjev, saj sta omrežji, ki jih

napajata oba transformatorja v tem primeru medsebojno galvansko povezani. V Sloveniji

je to najbolj aktualno tam, kjer transformatorja obratujeta paralelno le kratek čas. To je v

postajah z dvema transformatorjema, kjer obratuje pri normalni obremenitvi

transformatorske postaje le en transformator. Transformatorja delujeta pri normalni

obremenitvi časovno izmenično, na primer vsak en mesec. Pri preklopu bremen na drugi

transformator, le-ta za kratek čas obratujeta paralelno. Druga možnost paralelnega

obratovanja nastopi v primeru, ko obremenitev postaje naraste preko zmožnosti enega

transformatorja. Tudi takrat transformatorja obratujeta le za kratek čas paralelno.


31

Slika 4.12: Možnosti obratovanja dveh transformatorjev preko ene Petersenove dušilke

Drugi primer (sl. 4.1217, b) obratovanja dveh transformatorjev na eno Petersenovo dušilko

je, ko srednjenapetostne zbiralke transformatorjev niso medsebojno galvansko povezane.

Pri ozemljitvi dveh transformatorjev preko ene Petersenove dušilke sta nevtralni točki

transformatorjev med seboj galvansko povezani. V primeru enakih vezav obeh

transformatorjev so kazalci napetosti v SN delu omrežja obeh transformatorjev enako

usmerjeni. Razlikujejo se le po velikosti, in sicer zaradi (možnih) različnih napetostnih

stopenj transformatorjev in bremen.

Ob enofaznem zemeljskem stiku na omrežju enega transformatorja (npr.: Tr1, sl. 4.12, b)

se spremenijo napetostne razmere tega sistema. Te so odvisne od faze, mesta in upornosti

okvare. Običajno pade napetost okvarjene faze na neko vrednost blizu 0 V, medtem ko v

zdravi fazi zrastejo na približno nP nP nPS U I= kratno vrednost napetosti zdrave faze.

Omenjene razmere predstavljajo nesimetrično obremenitev za transformator, kar pomeni,

da se po simetričnih komponentah v času enofaznega zemeljskega stika v zvezdišču pojavi

nična napetost 0U .

Enofazni zemeljski stik povzroči v okvarjenem omrežju nesimetrijo, ki generira v

zvezdišču nično napetost 0U . Če je mesto enofaznega zemeljskega stika (električno) blizu

transformatorja, je ta napetost približno nasprotno enaka napetosti okvarjene faze pred

nastopom enofaznega zemeljskega stika.


a) b)

32

Na problem lahko pogledamo tudi z drugega zornega kota. Vzemimo zdravo omrežje brez

enofaznega zemeljskega stika in v zvezdišče priključimo napetostni vir z napetostjo 0U . S

tem bi v tem sistemu povzročili hudo napetostno fazno nesimetrijo. Vzpostavili bi enake

napetostne razmere kot nastanejo pri enofaznem zemeljskem stiku. Zaradi navedenega ob

nastanku enofaznega zemeljskega stika v enem izmed omrežij transformatorjev, pride do

porušitve napetostnih razmer v omrežju obeh transformatorjev, saj se zaradi galvanske

povezave zvezdišč transformatorjev vsili nesimetrijo okvarjenega omrežja tudi drugemu,

zdravemu omrežju. Vzpostavijo se enake razmere kot v primeru, da bi bile

srednjenapetostne zbiralke obeh transformatorjev galvansko povezane. Zato lahko

zaključimo, da v omrežju z ozemljitvijo dveh transformatorjev preko ene Petersenove

dušilke in ločenih srednjenapetostnih zbiralk, ob nastanku enofaznega zemeljskega stika

lahko kompenziramo kapacitivne tokove dveh galvansko ločenih omrežij.

Prednosti ozemljitve dveh transformatorjev preko ene Petersenove dušilke sta predvsem

prihranek pri ceni in prostoru. Slabost take ozemljitve je prenos okvare iz dela omrežja v

katerem nastopi enofazni zemeljski stik, v zdravi del omrežja. S tem se obremenjuje

izolacijo naprav v obeh delih omrežja, kar poviša verjetnost nastopa dvofaznega

zemeljskega stika.

4.2 Pogoj obratovanja Petersenove dušilke na dva transformatorja

4.2.1 Splošno

V poglavju 4.1.7 je bilo pojasnjeno teoretično ozadje obratovanja dveh transformatorjev

ozemljenih preko ene Petersenove dušilke (sl. 4.12, b). Izkazalo se je, da se na tak način

ozemljeno omrežje v določenih pogledih obnaša podobno kot omrežje napajano preko

dveh paralelnih transformatorjev. Zato si naprej poglejmo pogoje za paralelno obratovanje

dveh transformatorjev:

• enaki vezni skupini transformatorjev,

• enaki napetosti na zbiralkah (enaki napetostni stopnji),

• enaki kratkostični napetosti (se lahko razlikujeta manj kot 10 %),

• razmerje nazivne moči.

33

Te pogoje imenujemo obratovalni pogoji in preverimo, če veljajo tudi za obratovanje dveh

transformatorjev z ločenim SN delom (sl. 4.12, b) ozemljenim preko ene Petersenove

dušilke.

Resonančno krivuljo se v praksi določi na podlagi meritve napetosti zvezdišča (kadar ni

EZS) ob spreminjanju induktivnosti Petersenove dušilke. V primeru enakih veznih skupin

transformatorjev resonančne krivulje (točke) sovpadajo.

Poleg obratovalnih, moramo izpolniti tudi konstrukcijske pogoje in zanesljivostne pogoje,

ki upoštevajo možnost izpada Petersenove dušilke.

4.2.2 Obratovalni pogoji

Izhajamo iz dejstva, da ena Petersenova dušilka učinkovito kompenzira kapacitivne tokove

v omrežju, ki ga napaja transformator ozemljen preko te dušilke.

Vprašati se moremo, kaj se zgodi, če preko te dušilke ozemljimo še en transformator

(ločena SN dela, sl. 4.12, b). Ker sta v tem primeru nevtralni točki galvansko povezani, je

sedaj napetost (lahko se zviša ali zniža) v zvezdišču pogojena z nesimetrijo obeh omrežij.

Na sliki (sl. 4.1318) so prikazani kazalci napetosti na SN zbiralkah dveh transformatorjev s

povezano nevtralno točko za dva različna primera. V prvem primeru so kazalci napetosti

enaki, v drugem pa se razlikujejo po smeri. Ob zemeljskem stiku v fazi L1 se v obeh

sistemih vzpostavijo nove (nesimetrične) napetostne razmere. V zvezdišču se pojavi

napetost (ničnega sistema) približno nasprotno enaka fazni napetosti UL1.


34

Slika 4.13: Napetostni kazalci v primeru delovanja dveh transformatorjev

Zaradi povezave nevtralnih točk sta ničlišči transformatorjev na enakem potencialu, zato se

ob enofaznem zemeljskem stiku napetost ničnega sistema prenese preko ničlišča drugega

transformatorja tudi v zdravo omrežje.

Če pogledamo desni del slike (sl. 4.13), kjer so kazalci na SN strani dveh transformatorjev

med seboj različni, opazimo, da v določenih neugodnih primerih nastopi možnost

povišanja napetosti v zdravih dveh fazah, zdravega dela omrežja preko 3 krat fazne

napetosti.

Najbolj neugoden primer bi nastopil v primeru močne nesimetrije v okvarjenem delu

omrežja in bi se okvara zgodila v fazi z najvišjo napetostjo. Hkrati bi moral biti kazalec

nične napetosti v isti smeri kot eden izmed kazalcev zdravega dela omrežja. To bi se

zgodilo, če bi se vezni skupini transformatorjev razlikovali za 6 (npr. transformatorja z

vezavama Yy0 in Yy6). V tem primeru bi lahko napetost v zdravi fazi zdravega dela

omrežja presegla dvojno nazivno vrednost napetosti.

Iz navedenega sklepamo, da morata imeti transformatorja, ki obratujeta s povezano

nevtralno točko enaki vezavi (najpogostejši vezavi distribucijskih transformatorjev Yyn6d5

ali Yyn6d11), kar je tudi eden izmed pogojev paralelnega obratovanja.

4.2.3 Konstrukcijski pogoji

V času enofaznega zemeljskega stika je transformator močno nesimetrično obremenjen,

zato je takrat terciarno navitje, ki je v delta vezavi močno termično obremenjeno. Zato

moramo ob vgradnji Petersenove dušilke upoštevati, da njena nazivna moč ne sme biti

35

večja od nazivne moči terciarnega navitja v delta vezavi. Ponavadi je nazivna moč terciarja

distribucijskega transformatorja enaka eni tretjini nazivne moči primarja.

Nazivno moč kompenzacijske dušilke se izračuna kot produkt nazivne napetosti in toka

dušilke. Nazivna napetost dušilke se določi glede na napetostni nivo omrežja in je enaka

fazni napetosti omrežja. Nazivni tok kompenzacijske dušilke je enak maksimalnemu toku

(pri najmanjši induktivnosti), ki steče skozi dušilko, če je le-ta obremenjena z nazivno

napetostjo.

nP nP nPS U I= (4.13)

Prikazan je primer določitve največjega nazivnega toka kompenzacijske dušilke za 20

MVA (110/20 kV) transformator s terciarnim navitjem v delta vezavi moči 6,67 MVA:

nP nP nP

nP nf nmf

3 36,67nP 20 577,6S S S MVA

U U U kVI A= = = = = (4.14)

Največji kapacitivni tok, ki ga smemo kompenzirati s Petersenovo dušilko je pogojen z

močjo terciarnega navitja.

Navedeni pogoji veljajo za primer enega transformatorja ozemljenega preko ene

Petersenove dušilke. V primeru ozemljitev dveh transformatorjev preko skupne

Petersenove dušilke, se zaradi skupne nevtralne točke prenese nesimetrija okvarjenega dela

omrežja v zdravo. Zato je transformator, ki napaja del omrežja, v katerem ni okvare, tudi

nesimetrično obremenjen. S stališča dimenzioniranja terciarnega navitja transformatorja se

konstrukcijski pogoji ne spremenijo.

Med VN/SN transformatorji je najpogostejša vezava Yy6nd5. V tabeli 4.1 so povzeti

največji kapacitivni tokovi za tri take transformatorje različnih moči.

36

Tabela 4.1: Največji tok kompenzacijske dušilke je pogojen z nazivno močjo terciarnega

(delta) navitja transformatorja.

Napetostni nivo [kV] Nazivna moč [MVA] Primar 110 40 31,5 20 Sekundar 20 40 31,5 20 Terciar 10,5 13,3 10,5 6,67

Icmax [A] 1152 909 577

Na podlagi teh vrednosti so določeni največji kapacitivni tokovi, ki jih le-ta lahko

kompenzira. Petersenove dušilke niso tipizirane. Vsaka dušilka zase je unikat, izračunan iz

naročnikovih zahtev.

V uvodnem poglavju je bilo razloženo, da se z novimi povezavami zviša kapacitivnost

omrežja. S tem se zmanjša skupna 1j Cω reaktanca omrežja. Ker sta v resonančni točki

reaktanci omrežja (kapacitivni karakter) in kompenzacijske dušilke (induktivni karakter)

uravnoteženi, je potrebno ob povišanju kapacitivnosti induktivnost Petersenove dušilke

zmanjšati j Lω .

Ponavadi se pred vgradnjo Petersenove dušilke predvidi možno povišanje kapacitivnega

toka omrežja, zaradi zamenjav daljnovodov s kabli ali novih povezav. Če bi v nekem

trenutku kapacitivni tok omrežja presegel zmožnost Petersenove dušilke, bi bilo le-to

potrebno zamenjati ali pa vzporedno k njej priključiti neko novo dušilko (fiksno ali z

odcepi). S tem bi zmanjšali skupno, nadomestno induktivnost priključeno v zvezdišču

transformatorja. Zaradi relativnega zmanjšanja področja regulacije, predstavlja boljšo

rešitev zamenjava Petersenove dušilke z novo. To bi povzročilo stroške zamenjave same

Petersenove dušilke, kajti ostala potrebna oprema, ki je potrebna za delovanje ostane ista.

Poudariti je potrebno, da fiksne dušilke, ki so se vgrajevale v Sloveniji niso

dimenzionirane za trajno obratovanje. Nove fiksne dušilke morajo biti dimenzionirane

glede na tok (pred in med okvaro) in čas obratovanja pod okvaro.

37

Na primeru 125 A Petersenove in 100 A fiksne dušilke poglejmo obnašanje ob priklopu

vzporedne dušilke. Vzemimo primer, ko se vzporedna dušilka vklopi pri 120 A (sl. 4.1419).

Prikazano je potovanje delovne točke ob priklopu vzporedne fiksne dušilke. Ta potuje v

zaporedju ABC [1].

Slika 4.14: Vklop vzporedne dušilke pri pragu 120 A

Zaradi navedenih možnosti nevšečnosti, naj se ob vgradnji Petersenove dušilke podrobneje

preuči možnost povišanja kapacitivnih tokov omrežja in dušilko ustrezno predimenzionira.

Ob vsem tem je potrebno upoštevati dejstvo, da se natančnost nastavitve induktivnega toka

Petersenove dušilke z njeno velikostjo zmanjšuje. Proizvajalci jo podajo v odstotkih

največjega kompenzacijskega toka dušilke (1 % - 2 %).

4.2.4 Pogoji za zagotavljanje zanesljivosti

Pogoji za zagotavljanje zanesljivosti obravnavajo možnost izpada Petersenove dušilke in

možnosti prenapajanja. Med seboj se razlikujejo glede na shemo ozemljitve nevtralne

točke (sl. 3.120), način obratovanja in število transformatorjev v RTP.



38

Za delovanje ene Petersenove dušilke na dva transformatorja so potrebne zbiralke ničlišča

transformatorja. Ozemljitev dveh transformatorjev preko ene Petersenove dušilke nastopi v

dveh primerih. Prvi je namera ozemljitve preko ene Petersenove dušilke. Drugi nastopi ob

izpadu ene izmed Petersenovih dušilk, če nimamo druge alternative.

Druge alternative so:

• obratovanje z indirektno ozemljeno nevtralno točko,

• en transformator je dimenzioniran za napajanje celotne RTP v vseh primerih.

Izhodišče za nadalnja razpredanja o zanesljivosti naj bo kriterij n-1, pri čemer mora veljati:

• da nevtralna točka transformatorja mora biti vselej ozemljena,

• če ta pogoj ni izpolnjen naj transformator ne obratuje.

Namerna ozemljitev dveh transformatorjev preko ene Petersenove dušilke nam ne dopušča

druge izbire kot ozemljitev na način C2 (sl. 3.121). Ob okvari in izpadu Petersenove dušilke

bi ozemljili transformatorja preko vzporednega upora in navadne dušilke, če je le ta

potrebna (sl. 4.1522). V ostalih dveh primerih C1 in C3 (sl. 3.1) nevtralne točke ne bi mogli

ozemljiti (potrebno transformatorja izključiti), zato sta ti dve varianti nesprejemljivi.

Slika 4.15: Ozemljitev dveh transformatorjev preko ene Petersenove dušilke (varianta C2) 21 1. slika 3. poglavja.


39

Če bi želeli nevtralno točko ozemljiti na način C1 ali C3 (sl. 3.123), bi morali uporabiti dve

Petersenovi dušilki. V normalnem obratovanju nevtralni točki ne bi bili povezani. V

primeru okvare ene izmed dušilk, pa bi z eno kompenzirali kapacitivne tokove obeh

omrežij. Verjetnost za nastop okvare Petersenove dušilke naj bi bila enaka verjetnosti

nastopa okvare transformatorja.

4.3 Značilnost razdelilnih transformatorskih postaj primernih za delovanje ene Petersenove dušilke na dva transformatorja

4.3.1 Splošno

Pri ozemljitvi dveh transformatorjev preko ene Petersenove dušilke sta nevtralni točki

transformatorjev med seboj galvansko povezani. V primeru enakih vezav obeh

transformatorjev so kazalci napetosti v omrežjih obeh transformatorjev enako usmerjeni.

Razlikujejo se lahko le po velikosti, in sicer zaradi (možnih) različnih napetostnih stopenj

transformatorjev. Izkazalo se je, da lahko v primeru različne usmerjenosti kazalcev

napetosti (transformatorja imata različni vezavi) dobimo v zdravih fazah ob enofaznih

zemeljskih stikih do dvakrat večjo napetost.

Preden se omrežje ozemlji preko Petersenove dušilke, je dobro poznati vsaj dva

karakteristična podatka omrežja, in sicer napetost zvezdišča v normalnem obratovanju in

kapacitivni tok izoliranega omrežja pri enofaznih zemeljskih stikih.

Napetost zvezdišča izoliranega omrežja v normalnem obratovalnem stanju je kazalec o

stopnji nesimetrije omrežja in bremen. Z vgraditvijo Petersenove dušilke se ta napetost

ojača glede na faktor Kz, ki je odvisen od parametrov omrežja.

Nazivno moč Petersenove dušilke se določi glede na kapacitivni tok enofaznega

zemeljskega stika, vendar ne sme biti večja od nazivne moči terciarnega navitja. Velikost

kapacitivnega toka je rahlo odvisna od (električne) oddaljenosti okvare.

23 1. slika 3 .poglavja.

40

4.3.2 Vpliv parametrov transformatorja

Resonančno krivuljo določenega omrežja se v praksi dobi na podlagi meritve napetosti

zvezdišča tako, da se spreminja induktivnost Petersenove dušilke. V primeru skupne

resonančne ozemljitve nevtralne točke se dobi resonančno krivuljo, ki velja za dve omrežji

z različnimi vhodnimi parametri. Kadar nastopi enofazni zemeljski stik v delu omrežja z

višjo napetostjo, je tok v mestu enofaznega zemeljskega stika sorazmerno višji.

Petersenova dušilka lahko učinkovito kompenzira kapacitivno komponento toka

enofaznega zemeljskega stika ne glede na napetostni stopnji dveh transformatorjev in

razliko v kratkostični napetosti ali nazivni moči.

4.3.3 Končni porabnik

Namen Petersenove dušilke je izboljšati zanesljivost obratovanja in posledično izboljšati

kakovosti električne energije. V omrežju ozemljenem preko Petersenove dušilke se ob

enofazne zemeljskem stiku spremenijo fazne napetosti, medtem ko medfazne ostanejo

skoraj enake.

Zaradi Dy ali Yz vezave SN/NN transformatorjev (galvansko ločeni SN in NN navitji)

ostanejo napetosti na NN strani, tudi v času enofaznega zemeljskega stika nespremenjene,

zato končni porabniki ne čutijo posledic enofaznega zemeljskega stika.

4.3.4 Primeri razdelilnih transformatorskih postaj

Obratovanje dveh transformatorjev ozemljenih preko ene Petersenove dušilke pride v

poštev v RTP-jih:

• kjer izmed dveh obratuje samo en transformator,

• ozemljenih na način C1 ali C3, brez vzporednega upora.

Prvi primer nastopi v RTP-jih z nizko obremenitvijo, ob preklopu iz enega na drug

transformator. V času preklopa transformatorja obratujeta paralelno s povezanimi

nevtralnimi točkami.

41

V primeru ozemljitve na način C1 ali C3 (sl. 3.1.24), se uporabi obratovanje ene

Petersenove dušilke na dva transformatorja ob pogoju, da je odjemna moč višja od moči

enega transformatorja.

Transformatorja lahko obratujeta s povezano nevtralno točko tudi v RTP-jih s tremi

transformatorji in tremi (ali dvema ob okvari ene Petersenove dušilke) Petersenovimi

dušilkami z zbiralkami ničlišča.

4.4 Enočrtne sheme in izhodišča za dimenzioniranje velikosti Petersenove dušilke

4.4.1 Splošno

Distribucijske razdelilne transformatorske postaje imajo najpogosteje dva transformatorja,

ponekod obstajajo tudi postaje z enim ali tremi transformatorji. Ne glede na število

vgrajenih transformatorjev v postaji so bili do sedaj energetski transformatorji (SN navitje)

ozemljeni indirektno preko maloohmskega upora.

Navkljub enakemu ozemljevanju nevtralne točke, se RTP-ji razlikujejo glede na način

obratovanja, ki je pogojen z velikostjo omrežja, karakteristikam porabnikov in konceptom

obratovanja.

Predpostavimo, da se bo način obratovanja postaje ohranil tudi po prehodu na resonančno

ozemljitev. V fazi zamenjave načina ozemljevanja nevtralne točke sta najbolj primerni

shemi C2 in C3 (sl. 3.1).

Varianta C1 (sl. 3.1.) v tej fazi ne pride v poštev. Zaradi majhnega toka na mestu

enofaznega zemeljskega stika in posledično toka v izvodni celici, ni izpolnjen pogoj za

delovanje klasične zemeljskostične zaščite (obstoječe zaščite). Izklop okvarjenega izvoda

zato ni zagotovljen. Potrebno bi bilo dograditi detektorje okvare v celici, ki določijo

okvarjen izvod na podlagi prehodnega pojava ob nastanku enofaznega zemeljskega stika.

Varianta C2 (sl. 3.1.) je kombinacija ozemljitve nevtralne točke preko Petersenove dušilke

in obstoječega upora. V tem primeru zamenjava zaščitnega sistema ni potrebna, saj po 24 1. slika 3. poglavja.

42

preteku v naprej določenega časa vklopimo vzporedno vejo obstoječega upora, kar

omogoča delovanje že uporabljenih klasičnih zaščit po ustaljeni praksi. Varianta C3 (sl.

3.1.) je Petersenova dušilka z vgrajenim uporom, ki služi za povečanje watt-metrične

komponente toka enofaznega zemeljskega stika.

4.4.2 O prehodu na resonančno ozemljitev

V Sloveniji se je ponekod začelo prehajati iz direktne na resonančno ozemljitev nevtralne

točke. Resonančno ozemljeno omrežje se obnaša drugače od indirektnega, ko le-ta obratuje

normalno in hkrati drugače ob nastopu enofaznega zemeljskega stika. Vemo, da ni mogoče

trenuten prehod vseh RTP-jev na resonančno ozemljitev, zato bo v prehodnem času del

postaj, ki bodo obratovale na star način (indirektno ozemljena nevtralna točka) in del, ki bo

resonančno ozemljen. To pomeni, da bo določen čas možno dvojno obratovanje v omrežjih

istega upravljalca.

V Sloveniji so nevtralne točke na SN strani večinoma indirektno ozemljene, kar pomeni,

da v RTP-ju že obstajajo upori preko katerih so le-te ozemljene. Navkljub prehodu na

resonančno ozemljitev bi bilo smiselno, če seveda ni prostorskih omejitev, upore obdržati.

Upore bi se v kritičnih stanjih uporabilo bodisi za odkrivanje okvar (varianta C2), bodisi za

spremembo iz hibridno ozemljenega v indirektno ozemljenega (varianta C3). S tem bi se,

vsaj za čas prehoda zagotovilo večjo obvladljivost omrežja v kritičnih stanjih.

Na tem mestu opozorimo na dejstvo, da ob priključitvi vzporednega upora Petersenova

dušilka ostane priključena, zato razmere niso povsem enake kot pri varianti B1 (sl. 3.1.)

(kapacitivna komponenta EZS je eliminirana). Z 80 Ω uporom omejimo tok skozi

zvezdišče na približno 150 A. Velikost tega toka se zmanjša z višjo prehodno upornostjo

na mestu okvare. Ko se tok zmanjša preko določenega praga, napake ni možno zaznati.

Podatki distribucijskih podjetij kažejo, da je možno (samo z uporom) zaznati

visokoohmske okvare do reda velikosti 10 kΩ. Izbrana varianta vpliva na nastavitve zaščite

in možnost vgradnje zbiralk za skupno zvezdišče. [1]

43

Na sliki (sl. 4.1625) je prikazan priklop upora k vzporedni dušilki s področjem impedanc v

polarnem diagramu. Nadomestna impedanca, preko katere je ozemljeno zvezdišče, se

razlikuje glede na induktivnost dušilke, ki jo priključimo vzporedno k 80 Ω uporu.

Slika 4.16: Področje impedanc v polarnem diagramu ob preklopu upora vzporedno k

Petersenovi dušilki

Osnovna ocena, o možnih induktivnostih Petersenove dušilke je med 100 in 700 mH. Torej

je področje impedanc, kot se vidi iz slike med 75 Ω absolutno s faznim kotom 20° ter 30 Ω

absolutno s faznim kotom 70°.

4.4.3 Izhodišča za dimenzioniranje Petersenove dušilke

Peterseno dušilko oziroma njeno velikost opišemo z velikostjo kapacitivnega toka, ki ga je

ta sposobna kompenzirati. Izhodišče za določitev velikosti Petersenove dušilke naj bo

pogoj, da mora biti Petersenova dušilka sposobna kompenzirati kapacitivne toke v vsej

dobi delovanja v določenem omrežju, ne glede na obratovalne pogoje.

Petersenova dušilka se dimenzionira glede na:

• izbrano enopolno shemo,

• kapacitivni tok predvidenega dela omrežja postaje,

• pričakovano povišanje kapacitivnega toka omrežja, razvoj SNO in kabliranje-

kratkoročno in srednjeročno. 25 16. slika 4. poglavja.

44

Preveriti je potrebno tudi možnost prenapajanja – mora kompenzirati Ic prenapajanega dela

omrežja.

Pri dimenzioniranju Petersenove dušilke moramo upoštevati, da nazivna moč Petersenove

dušilke ne sme biti večja od nazivne moči terciarnega navitja v delta vezavi. Pozornost je

potrebno nameniti tudi dimenzioniranju nevtralnega vodnika preko katerega je Petersenova

dušilka povezana z zvezdiščem transformatorja. Presek nevtralnega vodnika se določi

gleda na največji tok Petersenove dušilke in največji pričakovani čas trajanja enofaznega

zemeljskega stika.

4.4.4 Kriterij za določitev optimalne enočrtne sheme

Kriteriji za določitev najprimernejše enočrtne sheme upoštevajo dejstvo, da bo zamenjava

načina ozemljitve nevtralne točke izvedena postopoma v več etapah. Predvsem je potrebno

poudariti, da se prehod z indirektno ozemljene nevtralne točke v Sloveniji razlikuje od

prehoda z izolirane, v nekaterih drugih državah. Prehod z izolirane nevtralne točke na

resonančno ozemljitev je bolj naraven, kot prehod z indirektne ozemljitve. Obnašanje

izoliranega omrežja je sorodno obnašanju resonančno ozemljenega omrežja. V obeh

primerih gre za neke vrste mehko obratovanje, ki dopušča obratovanje tudi v času

enofaznega zemeljskega stika. Indirektno ozemljeno omrežje se v času enofaznega

zemeljskega stika obnaša precej bolj togo. V indirektno ozemljenem omrežju se ne

dopušča obratovanja z enofaznim zemeljskim stikom, ki ogroža varnost ljudi. Okvaro se

čim prej izklopi.

Pomembno je razumevanje dejstva, da bo zamenjava postopna. To pomeni, da se bo na

podlagi izkušenj obratovanja s Petersenovo dušilko v prvotno vgrajenih RTP-jih, odločalo

o naslednjih. Prvotno obdobje bo obdobje učenja obvladovanja, obdobje spoznavanja z

omrežjem. Vendar, ne smemo pozabiti, da je vedno brezpogojno potrebno poskrbeti za

varnost ljudi.

Kriteriji za osnovanje enočrtne sheme zajemajo pogoje navedene v 4.2 poglavju. Ključno

je dejstvo, da je v večini transformatorskih postaj, zvezdišče ozemljeno preko

maloohmskega upora ali upora in dušilke. Če prostor dopušča, naj se po vgradnji

Petersenove dušilke upor obdrži.

45

V RTP Krško DES Elektra Celje d.d. imamo vgrajeno eno Petersenovo dušilko po varianti

C3 (sl. 3.126). Poleg Petersenove dušilke je tudi (klasični 80 Ω) upor, ki je poleg zato, da

ob morebitnih posebnih situacijah preklopimo nazaj na staro obratovanje. V tem času je

Petersenova dušilka izklopljena. Pogoj je, da lahko obratujemo le z enim načinom

ozemljitve nevtralne točke ali s Petersenovo dušilko ali pa z maloohmskim uporom.

Preklop načina obratovanja se izvaja ročno.

4.4.5 Razdelilna transformatorska postaja z enim transformatorjem

Transformatorskih postaj z le enim transformatorjem ni veliko. Kjer je le en transformator,

se planira vgradnjo novega, tako da v prihodnosti ne bo postaj z enim transformatorjem.

V primeru postaje z enim transformatorjem naj se vzporedno k maloohmskemu uporu

vgradi Petersenovo dušilko (sl. 4.1727). V normalnem obratovanju je ne glede na varianto

(C2 ali C3) vzporedno priključen upor izklopljen.

Petersenova dušilka mora biti dimenzionirana vsaj na kapacitivni tok celotnega omrežja.

Dušilko je potrebno ustrezno predimenzionirat glede na pričakovane spremembe stanja

omrežja, ki ga napaja tako ozemljen transformator.

Slika 4.17: Ozemljitev po varianti C2 ali C3 26 1. slika 3. poglavja.


46

Ob povečanju porabe v omrežju in vgradnji novega transformatorja naj se drugi

transformator ozemlji na enak način kot prvi (sl. 4.1828). S tem si povečamo zanesljivost

obratovanja oziroma rezervno ozemljitev nevtralne točke ob predpostavki, da pride do

okvare na eni od Petersenovih dušilk.

Slika 4.18: Transformatorska postaja z enim transformatorjem in kasnejšo vgradnjo novega

transformatorja (prikaz variante C2, lahko bi bila tudi C3)

4.4.6 Razdelilna transformatorska postaja z dvema transformatojema

4.4.6.1 Osnovna varianta

Transformatorske postaje z dvema transformatorjema so večinoma dimenzionirane na

kriterij n-1. To pomeni, da ob izpadu enega transformatorja drugi transformator pokriva

porabo celotne postaje.

V takem primeru bi se naj k uporu vsakega transformatorja vzporedno vgradila ena

Petersenova dušilka, ki naj bo zmožna kompenzirati kapacitivne tokove celotnega omrežja,

ki jo napaja ta postaja. V tem primeru gledamo na transformator in pripadajočo dušilko kot

blok-izpad dušilke ali transformatorja v bloku pomeni izpad dotičnega bloka. V tem

primeru vgradnja zbiralk za skupno zvezdišče ni potreba.


47

V primeru, ko en transformator ne bi bil zmožen pokrivati porabe celotne postaje, bi bil ob

izpadu enega transformatorja, del energije, ki presega zmogljivost drugega, zdravega

transformatorja, dobavljen iz drugega vira preko prenapajanja.

Slika 4.19: Sistemska varianta v obstoječih RTP-jih (C2 ali C3)

V primeru nove transformatorske postaje, kjer bi se odločili za vgradnjo Petersenove

dušilke na način C1 ali C3 (sl. 3.129) brez možnosti vzporedne priključitve upora ali

dušilke, bi lahko imeli težave z zagotavljanjem zanesljivosti po kriteriju n-1. Problem bi

lahko nastal v primeru odpovedi Petersenove dušilke, ker v omenjenih variantah ni možen

preklop na vzporedni upor ali drugo Petersenovo dušilko.

Zato se v novih postajah, kjer lahko en transformator pokriva celotno porabo postaje,

resonančno ozemlji na način C2 ali C3 (sl. 4.1930), ko je možen preklop na vzporedni upor.

Ozemljitev na način C1 ali C3 (sl. 4.2031) brez vgradnje vzporednega upora bi zahteval

takojšno vgradnjo dveh Petersenovih dušilk in zbiralk za povezavo Petersenove dušilke z

ničliščem.




48

Slika 4.20: Varianti C1 in C3 brez vzporednega upora in z zbiralkami za povezavo

Petersenove dušilke z ničliščem

Prednost osnovne blok variante (sl. 4.1932) pred variantami z zbiralkami ničlišča je

predvsem enostavnost in preglednost. V slovenskem distribucijskem omrežju je v RTP-ju z

dvema transformatorjema vselej zagotovljena dobava električne energije ob izpadu enega

transformatorja. To se zagotovi bodisi s primernim dimenzioniranjem transformatorjev ali

z možnostjo prenapajanja. Prednost variant z zbiralkami ničlišča je predvsem možen

prihranek pri Petersenovi dušilki ob morebitnem prenapajanju sosednjega RTP-ja.

4.4.6.2 Urbana območja

V nekaterih novih transformatorskih postajah je vgradnja Petersenove dušilke zaradi

izključno kabelskega omrežja nesmiselna. Če izhajamo iz sheme C2 (sl. 3.1), ki je

namenjena za odpravljanje kratkotrajnih okvar enofaznih zemeljskih stikov, je vgradnja

Petersenove dušilke nesmiselna, saj v izključno kabelskem omrežju ni prehodnih okvar.

V tako omrežje bi bila smiselna vgraditev Petersenove dušilke, le v primeru trajnega

obratovanja z enofaznim zemeljskim stikom. V takem primeru lahko osamimo mesto

enofaznega zemeljskega stika, brez prekinitve dobave električne energije.

Pri trajnem obratovanju se poviša verjetnost dvofaznega kratkega stika (še posebej pri

starih kablih). Prispevek k višji zanesljivosti dobave električne energije je zato vprašljiv.


49

4.4.7 Razdelilna transformatorska postaja z nizko obremenitvijo

4.4.7.1 Izmenično obratovanje

Najbolj pogoste so transformatorske postaje z dvema transformatorjema. Posebej v

ruralnih območjih se zna zgoditi, da je obremenitev postaje zelo nizka, zato se obratuje le z

enim transformatorjem. Na tak način se obratuje en mesec z enim in nato en mesec z

drugim transformatorjem. Ko je obremenitev postaje višja od vnaprej določenega praga, se

vključi še drugi transformator.

Na sliki (sl. 4.2133) so prikazane tri krivulje z mejami, ki povedo od kakšne obremenitve

naprej je smiselno obratovati z dvema transformatorjema. Krivulja je odvisna predvsem od

izgub v železu, ki so neodvisne od obremenitve transformatorja in od izgub v navitju

(bakru), ki se z obremenitvijo višajo. S faktorjem Fe

Cu

PP smo podali razmerje med izgubami v

železu in nazivnimi izgubami v bakru. Nazivne izgube v bakru so za vse tri primere enake.

Slika 4.21: Krivulje optimalnega obratovanja RTP glede na njegovo obremenitev (RTP z

dvema enakima transformatorjema)


50

Na sliki (sl. 4.21) so prikazane tri krivulje z mejami, ki povedo od kakšne obremenitve

naprej je smiselno obratovati z dvema transformatorjema. Krivulja je odvisna predvsem

od izgub v železu, ki so neodvisne od obremenitve transformatorja in od izgub v navitju

(bakru), ki se z obremenitvijo višajo s kvadratom toka. S faktorjem Fe

Cu

PP je podano razmerje

med izgubami v železu in nazivnimi izgubami v bakru. Nazivne izgube v bakru so za vse

tri krivulje enake. Z višanjem izgub v železu se viša prag, ko je smiselno obratovati z

dvema transformatorjema. Vendar, poudarimo, da je to popolnoma teoretični pogled, saj je

v realnosti potrebno upoštevati še nekatere ostale dejavnike, kot so pričakovani čas

preseganja navedenega praga, kvalitete dobave električne energije in življenska doba

transformatorjev.

V takšnih RTP-jih je vgradnja več kot ene dušilke nesmiselna, ker dva transformatorja ne

obratujeta istočasno. Ta varianta zahteva izgraditev zbiralk za skupno zvezdišče.

Slika 4.22: Varianta C2 ali C3 v RTP z izmeničnim obratovanjem transformatorjev

Pogoji za obratovanje, ki se nanašajo na Petersenovo dušilko in značilnosti obratovanja s

povezanima nevtralnima točkama transformatorjev (sl. 4.2234), so opisani v poglavjih 4.2

in 4.3:

• transformatorja naj imata enaki napetosti (VN in SN) in vezavi,

• transformator mora imeti primerno dimenzionirano terciarno navitje.


51

Preklop iz enega transformatorja bi potekal na enak način kot do sedaj. Najprej bi delovala

ločeno, nato paralelno in zopet ločeno.

4.4.7.2 Povišanje porabe

Ob kratkotrajnem povišanju porabe je potrebno priključiti še en transformator. Tedaj bosta

nevtralni točki transformatorja povezani. Napetostne razmere ob enofaznem zemeljskem

stiku so enake kot v prvotnem primeru.

Ob trajnem povišanju porabe postaje preko zmožnosti enega transformatorja bi bilo

potrebno vgraditi še eno Petersenovo dušilko.

Prvotno vgrajena Petersenova dušilka mora biti dimenzionirana na celotni kapacitivni tok

omrežja. Od vgradnje druge Petersenove dušilke, bi bile zbiralke za skupno zvezdišče

uporabne le v primeru okvare ene Petersenove dušilke ali upora. Tedaj bi obratovali na

enak način kot ob kratkotrajnem povišanju porabe.

Ker so zbiralke ničlišča že zgrajene, bi bilo nesmiselno, da jih od trenutka vgradnje druge

dušilke ne bi več uporabljali. Uporabne bi bile v primeru okvare ene Petersenove dušilke.

Tedaj bi druga morala biti zmožna kompenzirati celotni kapacitivni tok omrežja. S tem bi

zagotovili večjo fleksibilnost obratovanja kot v osnovnem primeru z dvema

transformatorjema.

4.4.8 Razdelilna transformatorska postaja s tremi transformatorji

4.4.8.1 Osnovni primer - mešano omrežje brez možnosti izvzetja dela omrežja

Vzemimo primer, ko transformatorska postaja s tremi transformatorji napaja mešano

omrežje, to pomeni tako kabeljsko mrežo, kot prostozračne vode. Transformatorji so

dimenzionirani tako, da lahko v vsakem trenutku dva transformatorja pokrivata porabo

celotne postaje.

Osnova naj bo blok izvedba, kar pomeni, da k vsakemu uporu vzporedno vežemo

Petersenovo dušilko. Takšna izvedba zahteva ogromno prostora (3 transformatorji, 3

52

dušilke s tremi upori), kar lahko predstavlja precejšnjo težavo, saj v vseh obstoječih

transformatorskih postajah ni bilo rezerviranega toliko prostora.

Problem lahko nastane tudi, če so kapacitivni tokovi omrežja veliki. Tok enofaznega

zemeljskega stika v omrežju s Petersenovo dušilko, ki je dimenzionirana na celotni

kapacitivni tok, bi lahko ob upoštevanju natančnosti regulacije dušilke, ustrezni

nadkompenzaciji in nekompenziranemu reaktivnemu delu toka, presegala mejo

samougasnitve obloka v mestu enofaznega zemeljskega stika.

Pri oblikovanju nadalnjih enočrtnih shem, z manjšimi Petersenovimi dušilkami naletimo

na težave, saj (ni rečeno, da) odjem določenega odcepa korelira s kapacitivnim tokom tega

odcepa (korelacija je naključna).

V primeru:

• bremena na koncu kabla in

• bremena na koncu enako dolgega daljnovoda,

sta obremenitvi enaki, medtem ko je razlika v kapacitivnem toku, ki ga prispeva ta odcep

ogromna. Prispevek kapacitivnega toka na dolžinsko enoto 20 kV kabla je približno 70 krat

večji od prispevka 20 kV daljnovoda. V zelo neugodnem primeru, bi se znalo zgoditi, da

določen transformator napaja relativno majhno breme, medtem ko bi bila pripadajoča

dušilka zaradi velikega kapacitivnega toka povezave do tega bremena, nastavljena na 100

% svoje zmogljivosti. Lahko bi nastopil tudi obraten primer, kjer bi bil transformator polno

obremenjen, dušilka pa ne.

Zaradi navedenih razlogov, naj se v transformatorskih postajah s tremi transformatorji, kjer

se nameravajo vgraditi tri Petersenove dušilke in vsaka ne zmore sama kompenzirati

celotnega kapacitivnega toka omrežja, vgradi tudi zbiralke za povezavo Petersenovih

dušilk z ničlišči transformatorja (sl. 4.2335).

35 23. slika 4.poglavja.

53

Ker lahko dva transformatorja (in ne samo eden) pokrijeta večjo porabo celotne postaje,

Petersenovo dušilko dimenzioniramo tako, da dve Petersenovi dušilki skupaj pokrijeta

celotni kapacitivni tok omrežja.

Slika 4.23: Enopolne shema za tri transformatorje

V primeru normalnega obratovanja vseh transformatorjev in Petersenovih dušilk, naj

obratujejo ločeno kot bloki. Poskrbeti se mora, da so kapacitivni toki in obremenitve čim

bolj enakomerno razporejeni med tri bloke. Če tega ni možno zagotoviti, naj se pri bloku,

kjer bi lahko prišlo do preseganja kapacitivnega toka, vklopi sosednje stikalo (sl. 4.2436) za

povezavo zbiralk za ničlišča. S tem zagotovimo kompenzacijo kapacitivnega toka, saj se

le-ta ob ustrezni nastavitvi enakomerno porazdeli med dve dušilki.

Slika 4.24: Primer izpada TR1 ali Petersenove dušilke pri TR1 v RTP s tremi

transformatorji

Na podoben način bi uporabili zbiralke ničlišča ob izpadu enega transformatorja ali

Petersenove dušilke. Ob izpadu transformatorja lahko njemu pripadajočo dušilko 36 24. slika 4. poglavja.

54

odklopimo ali pa jo preko zbiralk ničlišča povežemo k sosednjemu bloku. Ob izpadu

Petersenove dušilke moramo vklopiti vsaj eno sosednje stikalo na zbiralkah ničlišča.

4.4.8.2 Možnost izvzetja dela omrežja

V posebnem primeru bi lahko prihranili eno Petersenovo dušilko (sl. 4.2537). To bi bilo

možno tedaj, ko bi se dalo del porabnikov napajati preko enega transformatorja in bi bil

točno ta del porabnikov napajan izključno (ali skoraj) preko kabelskega omrežja. Ta

transformator bi lahko ozemljili na konvencionalni način, preko maloohmskega upora in

fiksne dušilke. Ta del bi na nek način odcepili od preostalega dela transformatorske

postaje. Preostali del bi moral obratovati na enak način kot osnovna različica postaje z

dvema transformatorjema. To pomeni, da bi moral biti zmožen en transformator pokrivati

porabo celotnega preostalega dela postaje. Ravno tako bi morali obe Petersenovi dušilki

dimenzionirati na celotni kapacitivni tok dela omrežja, ki ne vsebuje dela napajanega s

transformatorja ozemljenega na konvencionalen način. S tem bi imele manjše Petersenove

dušilke, saj bi kabelski del, ki največ prispeva k kapacitivnosti, ločen od resonančnega

omrežja.

Slika 4.25: Specialni primer RTP s tremi transformatorji


55

Težava bi lahko nastala v primeru izpada transformatorja, ki napaja odcepljeni del omrežja.

V primeru izpada TR3, more eden izmed transformatorjev (TR1 ali TR2), nadomestiti

TR3. Resonančno ozemljeni del pa mora obratovati z enim transformatorjem.

56

5 VGRADNJA PETERSENOVE DUŠILKE

5.1 Kriteriji vgradnje Petersenove dušilke v razdelilno transformatorsko postajo

Električna energija je gibalo današnje družbe in od njene kakovosti so odvisna praktično

vsa človeška prizadevanja. Proizvodnja, prenos in razdeljevanje električne energije so

dejavnosti, ki oblikujejo tehnološko verigo, ki sega od proizvodnje, do porabe električne

energije. Zadnja v tej verigi smo distribucijska podjetja. Eno izmed petih distribucijskih

podjetij v Sloveniji smo tudi Elektro Celje d.d., ki strmimo k čim bolj stalni dobavi

električne energije našim odjemalcem. Pri spremljanju stalnosti dobave imamo opravka z

zanesljivostjo. Po definiciji je zanesljivost verjetnost, da bo naprava, postroj ali sistem

sposoben opravljati funkcije pod določenimi pogoji in v izbranem časoven intervalu. Za

predpostavljene podatke o številu odjemalcev na izvodu, številu izvodov in številu

reduciranih dogodkov je analizirana odvisnost kazalca MAIFI38 in to na nivoju izvoda,

RTP-ja in podjetja. MAIFI upošteva razmerje med številom kratkotrajnih izpadov

odjemalcev in številom vseh odjemalcev na opazovanem območju. Eden izmed ukrepov,

da bi zmanjšali število kratkotrajnih izpadov je, da bomo za ozemljitev nevtralne točke

transformatorjev v RTP-jih vgradili Petersenovo dušilko in s tem zmanjšali število

kratkotrajnih izpadov, posledično pa izboljšali kvaliteto dobave električne energije.

Zaradi velikega števila RTP-jev in tudi obstoječega stanja SN omrežja smo na Elektru

Celje d.d. za vgradnjo Petersenove dušilke določili glavne kriterije.

Ti kriteriji so:

• število enofaznih zemeljskih stikov,

• število odjemnih mest in

• finančna plat vgradnje.

38 MAIFI je Momentary Average Interruption Frequency Index oz indeks trenutne povprečne frekvence

prekinitev [7].

57

Kot glavni kriterij, po katerem se bo vgrajevala Petersenova dušilka, bomo vzeli število

enofaznih zemeljskih stikov na področju posamezne RTP. Tu je potrebno dati najprej

poudarek na tip omrežja, katero je lahko prostozračno, mešano (prostozračno in kabelsko)

ali pa čisto kabelsko omrežje. Čistega prostozračnega SN omrežja skorajda ni. Prevladuje

mešano omrežje in čisto kabelsko omrežje (mesta). Vgradnja Petersenove dušilke je

smiselna predvsem v prostozračnem oziroma mešanem omrežju, kjer zmanjšuje število

kratkotrajnih prekinitev. Kratkotrajne prekinitve so vse prekinitve krajše od treh minut.

Zelo pomemben kriterij je tudi finančna plat vgradnje Petersenove dušilke, kar nam da nov

pogled na obravnavano problematiko. Pri tem je potrebno upoštevati obstoječe stanje, kako

je ozemljena nevtralna točka transformatorja in stroške, ki nastanejo ob morebitnem

prehodu na novo varianto, v našem primeru na Petersenovo dušilko.

Poleg stroškov naprav se bodo pojavili tudi nekateri pozitivni učinki, s stališča

zanesljivosti napajanja odjemalcev. Kajti vsak kratkotrajni izpad ima svojo ceno, torej z

zmanjšanjem le teh, bi se povečali prihranki v podjetju.

5.2 Potrebni ukrepi za vključitev Petersenove dušilke v posamezno razdelilno transformatorsko postajo

Kot smo že omenili v poglavju 5.1, je Petersenova dušilka najbolj primerna za vgradnjo v

prostozračna SN omrežja. Torej moremo pred vklopom Petersenove dušilke temeljito

preučiti obstoječe omrežje.

Sprememba načina ozemljitve nevtralne točke iz maloohmske na resonančno ozemljitev

nevtralne točke preko Petersenove dušilke brez ali z vgrajenim uporom, zahteva

prilagoditev sistemov zaščit transformatorjev in vodov. V primeru, da je vgrajena

numerična zaščita proizvajalca, ki omogoča prenastavitev zaščitnih funkcij to ne

predstavlja večjih težav. V primeru starejše elektromehanske oziroma elektrostatične in

tudi numerične zaščite, je potrebna zamenjava le te ali pa dograditev ustreznih elementov.

To je potrebno tudi pri transformatorski zaščiti in zaščiti za regulacijo elementov za

kompenzacijo nevtralne točke. Obseg prilagoditve in nadgraditve zaščitnih funkcij je

odvisen od režima obratovanja in dovoljenega časa obratovanja pod enofaznim zemeljskim

stikom. V primeru prehoda na resonančno ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove

58

dušilke z možnostjo preklopa na indirektno ozemljitev preko paralelno vezanega

obstoječega upora, je zagotovljeno pravilno delovanje vseh vrst zaščit in njihova

prilagoditev ni potrebna. Kombinacija resonančne ozemljitve nevtralne točke preko

Petersenove dušilke in obstoječega načina ozemljitve preko nizkoohmskega upora, ki se

zagotovi s preklopom po časovni zakasnitvi v primeru trajne okvare, za obstoječa SN

distribucijska omrežja predstavlja najugodnejšo izbiro..

Sedanja slovenska SN omrežja so neefektivno ozemljena preko nizkoohmskega upora. V

njih lahko v normalnih pogojih obratovanja napetost zdravih faz pri enofaznem

zemeljskem stiku preseže 0,8 kratno vrednost medfazne napetosti. Pri resonančni

ozemljitvi preko Petersenove dušilke doseže napetost v zdravih dveh fazah pri enofaznem

zemeljskem stiku vrednost medfazne napetosti, kar poveča možnost nastanka dvojnega

zemeljskega stika. Zato je pri prehodu na resonančno ozemljitev nevtralne točke preko

Petersenove dušilke potrebno ponoviti postopek koordinacije izolacije v smislu primerjave

prenapetosti v obstoječih in novih razmerah. S tem v zvezi je potrebno določiti izolacijsko

stopnjo vgrajenih naprav, kamor se prištevajo tudi kablovodi, izolatorji in prenapetostni

odvodniki.

Pri prehodu slovenskih 20 kV distribucijskih omrežij na resonančno ozemljitev nevtralne

točke imamo na razpolago tri možnosti:

• resonančna ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove dušilke,

• resonančna ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove dušilke z možnostjo

preklopa na indirektno ozemljitev preko paralelno vezanega obstoječega upora in

• resonančna ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove dušilke z vgrajenim

uporom.

V primeru resonančne ozemljitve nevtralne točke s popolno kompenzacijo toka, se skoraj v

celoti kompenzira kapacitivna komponenta toka enofaznega zemeljskega stika. Skozi

mesto okvare teče tako imenovani preostali tok, ki ga pri popolni uglasitvi dušilke

sestavljajo delovne komponente omrežja, delovni tok dušilke in nekompenzirani višji

harmonski kapacitivni tokovi. Velikost preostalega toka se giblje med 5 % in 10 %

kapacitivnega toka obravnavanega SN omrežja. Tako majhna vrednot toka skozi mesto

59

okvare ne zagotavlja selektivnega delovanja obstoječih klasičnih zemeljsko stičnih zaščit,

zato je potrebno le te prilagoditi.

Taka ozemljitev nevtralne točke ima prednost, da lahko sistem nekaj časa obratuje z

enofaznim zemeljskim stikom, kar omogoča neprekinjeno napajanje v primeru, da je

okvara v tem času odpravljena. Glede na čas delovanja z enofaznega zemeljskega stika se

EE omrežja v skladu s standardom IEC 60183:1984 [2] in IEC 60502-2:2005 [2] razvrstijo

v tri kategorije (A, B, C), ki določajo napetostno obremenitev izolacije. Pri obratovanju z

enofaznim zemeljskim stikom se poveča verjetnost nastanka dvojnega zemeljskega stika,

zato je potrebno napako čim prej odpraviti. Čas delovanja z enofaznim zemeljskim stikom

naj v skladu s standardom IEC 60183:1984 [2] za omrežje kategorije B ne bi presegal ene

ure, vendar se za SN kable z ekstrudirano izolacijo v skladu s standardom IEC 60502-

2:2005 tč. 4.1 [2] dopušča obratovanje z enofaznega zemeljskega stika do 8 ur ob pogoju,

da skupno trajanje vseh enofaznih zemeljskih stikov v enem letu ne presega 125 ur. Slabost

take ozemljitve nevtralne točke je, da se v času obratovanja z enofaznim zemeljskim

stikom poveča obremenitev izolacije kablov in verjetnost nastanka dvojnega zemeljskega

stika.

V praksi se je pokazalo, da pri dalj časa trajajočem obratovanju ob enofaznem zemeljskem

stiku več kot 50 % vseh zemeljski stikov preide v kratke stike. Zaradi omenjenih težav so v

nemških SN omrežjih, ki obratujejo z resonančno ozemljeno nevtralno točko s popolno

kompenzacijo toka, sprejeli odločitev, da v SN omrežjih ne uporabljajo trižilnih kablov,

razen v omrežjih z obratovalnimi napetostmi do 10 kV, ker so tu nižje medfazne napetosti.

V primeru resonančne ozemljitve nevtralne točke s Petersenovo dušilko in paralelnim

obstoječim uporom gre za kombinacijo resonančne ozemljitve nevtralne točke in

ozemljitve preko nizkoohmskega upora R = 80 Ω. Ob enofaznih zemeljskih stikih se s

Petersenovo dušilko doseže skoraj kompenzacijo kapacitivne komponente toka, tako da

skozi mesto okvare teče le tako imenovan preostali tok, kot v primeru resonančne

ozemljitve nevtralne točke s popolno kompenzacijo toka. V primeru trajnega enofaznega

zemeljskega stika se po časovni zakasnitvi 2 sekund do 7 sekund paralelno k Petersenovi

dušilki vklopi obstoječ upor R = 80 Ω, čas delovanja zaščite pa je med 0,25 in 0,3 sekunde.

Tok skozi mesto okvare je enak kot v indirektno ozemljenem omrežju brez kapacitivne

60

komponente, kar zagotavlja delovanje klasičnih zaščit. Ker velikost tokov skozi mesto

okvare ne presega vrednosti iz omrežij z indirektno ozemljeno nevtralno točko, ne

predstavlja nevarnosti za poškodbo kabelskih plaščev.

V tretjem primeru je nevtralna točka ozemljena preko Petersenove dušilke z dodatnim

navitjem, v katerega je vgrajen upor. Ta se vklopi z določeno zakasnitvijo, ki je potrebna

za samougasnitev obloka ob prehodni okvari in povzroči, da skozi ničlišče steče ohmski

tok, katerega red velikosti po absolutni vrednosti znaša do 10 % toka Petersenove dušilke.

Induktivni tok je odvisen od konfiguracije omrežja na katerega se je Petersenova dušilka

uglasila, tako da se lahko spremeni, če se konfiguracija omrežja po nastavitvi spremeni.

Velikost ohmske komponente toka se giblje od 15 A do 25 A, kar zopet ne ogroža

kabelskih plaščev. Za zagotovitev selektivnosti izklapljanja okvar pri tem načinu

ozemljitve nevtralne točke je potrebno uporabiti watmetrično zaščito.

5.2.1 Kablovodi

Kar zadeva izbiro izolacijske stopnje kablov, je potrebno preveriti njihovo sposobnost

obratovanja glede na kategorijo omrežja A, B ali C [2]. Izolacijska stopnja kabla se izbere

glede na zahtevan čas obratovanja kablovoda z zemeljskim stikom, ki ga določa kategorija

omrežja. V omrežju z resonančno ozemljitvijo nevtralne točke preko Petersenove dušilke

(bodisi trajno bodisi z možnostjo preklopa na indirektno ozemljitev preko paralelno

vezanega obstoječega upora), je potrebno izbrati kable, ki ustrezajo kategoriji sistema B.

V kategorijo A se uvrščajo sistemi, v katerih je enofazni zemeljski stik izklopljen v čim

krajšem možnem času, vsekakor prej kot v 1 minuti.

V kategorijo B se uvrščajo sistemi, ki lahko obratujejo z enofaznim zemeljskim stikom nek

omejen čas, ki naj ne bi glede na navedbo standarda IEC 60183:1984 [2]presegal 1 ure, če

v standardih, ki opredeljujejo posamezen tip kabla ni navedeno drugače. V standardu IEC

60502-2:2005[2], ki opredeljuje SN kable z ekstrudirano izolacijo, se dopušča obratovanje

z enofaznim zemljskim stikom v trajanju do 8 ur ob pogoju, da skupen čas obratovanja z

enofaznim zemeljskim stikom v letu ne presega 125 ur.

61

V kategoriji C se uvrščajo vsi sistemi, ki ne izpolnjujejo zahtev kategorije A in B. Za

posamezno nazivno napetost je v večini sekcij določeno kakšnemu obratovalnemu načinu

EES glede na čas obratovanja z enofaznim zemeljskim stikom (A, B, C) kabli ustrezajo.

V resonančno ozemljenih omrežjih, kjer je predvideno obratovanje z enofaznim

zemeljskim stikom za omejen čas (tipično 2 do 8 ur oz. 125 ur v enem letu) se poveča

verjetnost nastanka dvojnega zemeljskega stika, ki obremenjuje kovinske zaslone, zato je

le te potrebno dimenzionirati na vrednost kratkostičnega toka, ki se pojavi pri dvojnem

zemeljskem stiku. Njegovo vrednost dobimo, če vrednost trifaznega kratkostičnega toka

pomnožimo s ( 32 ).

Zaradi povečane obremenitve izolacije, ki nastane pri obratovanju z enofaznim zemeljskim

stikom v resonančno ozemljenih omrežjih, so posamezne države članice CENELEC39

sprejele odločitev, da ne bodo uporabljale trižilnih kablov, kar so tudi določile v svoji

sekciji standarda [2].

V kolikor kablovod poteka vzdolž trase z zelo visoko upornostjo tal in je poleg tega na

območju zelo visoka stopnja atmosferskih razelektritev, je priporočljivo uporabiti kabel z

večjim prerezom kovinskega zaslona ali celo kabel z dvema ločenima kovinskima

zaslonoma. Kovinski zaslon je potrebno na obeh straneh kabla ozemljiti. Izjema so krajše

povezave, kjer je lahko kovinski zaslon ozemljen le na eni strani, na drugi strani pa je

potrebno vgraditi prenapetostne odvodnike. Poleg tega je vzdolž kabelske trase nad kablom

potrebno položiti valjanec ustreznega prereza. Valjanec mora biti položen nad kablom na

primerni razdalji (nekaj 10 cm), ki omogoča, da se potencial čim bolj enakomerno odvede

v okolico, ne da bi pri tem prišlo do prevelikega dviga potenciala zemlje, ki je v

neposrednim stiku s kablom, kar bi lahko pripeljalo do poškodbe zunanjega plašča kabla.

Na prehodu daljnovoda v kablovod se priporoča namestitev prenapetostnih odvodnikov

ustrezne nazivne napetosti in absorbcijske sposobnosti. V SN kabelskih omrežjih je

potrebno kovinske zaslone ozemljiti obojestransko zaradi zmanjšanja prenapetosti v njih.

39 CENELEC je evropski komite za elektrotehniško standardizacijo.

62

Hkrati se izenačijo ozemljitvene upornosti točk v katerih je omrežje ozemljeno, kar

prispeva k zmanjšanju obratovalne upornosti.

V podjetju Elektro Celje d.d. pri izgradnji novih SN omrežij prevladujejo kablovodi. V

mestih in urbanih območjih se vgrajujejo enožilni kabli prerezov 70 mm2, 150 mm2 in 240

mm2 tipa NA2XS(F)2Y z aluminijastimi vodniki. Na podeželju je zgrajenih nekaj krajših

nadzemnih vodov s polizoliranimi vodniki prereza 35 mm2 in 70 mm2. Zaradi pogostih

težav v zvezi z odgorevanjem vodnikov je izgradnja nadzemnih vodov ustavljena in

nadomeščena z univerzalnimi kabli.

5.2.2 Prenapetostni odvodniki

V elektroenergetskih omrežjih se iz različnih vzrokov pojavljajo razne vrste prenapetosti,

ki se razlikujejo po obliki in velikosti. Razdelitev napetosti in prenapetosti v posamezne

skupine določajo veljavni standardi [2], ki obravnavajo koordinacijo izolacije. Skladno s

tem je koordinacija izolacije definirana na naslednji način. Izbira dielektrične zdržnosti

opreme glede na napetosti, ki se lahko pojavijo v sistemu, za katerega je oprema

namenjena, ob upoštevanju razmer v obratovanju in karakteristik zaščitnih naprav. V

povezavi z obravnavano problematiko moramo torej upoštevati:

• primerjavo prenapetosti v obstoječih in novih razmerah,

• izbrano izolacijsko stopnjo vgrajenih naprav v 20 kV sistemu in

• vgrajeno prenapetostno zaščito (karakteristike odvodnikov).

V SN omrežjih že več let prevladujejo ZnO40 prenapetostni odvodniki. Zaradi nizke cene,

zanesljivega obratovanja in predvsem dobrih zaščitnih lastnosti so skoraj v celoti izrinili

klasične SiC41 odvodnike. Glede zgradbe je bistvena razlika med obema v tem, da SiC

odvodniki vsebujejo notranja iskrišča, ki so zaporedno vezana z nelinearnimi SiC upori,

medtem ko ZnO odvodniki iskrišč nimajo. To bistveno vpliva na delovanje in zaščitne

lastnosti odvodnika. Pri SiC odvodnikih se ob pojavu strmo naraščajoče prehodne 40 ZnO je cinkov oksid.

41 SiC je silicijev karbid.

63

prenapetosti (čas čela je reda velikosti μs) v prvem trenutku ta koncentrira na iskriščih, ko

pa se pojavi oblok, se potencial spusti na nivo preostale prenapetosti zaradi toka v SiC

uporih. Zaradi tega imamo v začetku visoko napetostno konico. Oblok namreč potrebuje za

nastanek določen čas. To napetostno konico občutijo tudi zaščitene naprave. Nasprotno se

pri ZnO odvodnikih napetost takoj omeji na preostalo napetost nelinearnega ZnO upora.

Zaščitni nivo (najvišja napetost) odvodnika je torej pri ZnO odvodniku bistveno nižji.

Na območju Elektra Celje d.d. se sedaj zamenjujejo stari 18 kV SiC prenapetostni

odvodniki z novejšimi 24 kV ZnO odvodniki prenapetosti. To je pomembno zaradi tega,

ker bo v bodoče nevtralna točka transformatorja resonančno ozemljena preko Petersenove

dušilke in bo možnost delovanja omrežja pod enofaznim zemeljskim stikom, se bo

napetost na zdravih dveh fazah dvignila na medfazno vrednost. Kar je več, za kar so

dimenzionirani stari SiC prenapetostni odvodniki in tudi dosedanji ZnO in SiC.

5.2.3 Izolatorji Zanesljivost obratovanja SN daljnovodov ima pomembno vlogo pri zagotavljanju

nemotene oskrbe uporabnikov z električno energijo, čemur dajemo vedno večji pomen. Pri

tem predstavljajo pomemben člen daljnovodni izolatorji, ki morajo zdržati čim višje

napetostne obremenitve tudi v pogojih, najbolj neugodnih vplivov iz okolja (sol,

onesnaženje zaradi vplivov industrije, …). Do danes so se večinoma uporabljali

porcelanasti in stekleni izolatorji (klasični). Kompozitne izolatorje so začeli uporabljati v

80. letih. Danes se zaradi slabših lastnosti klasičnih izolatorjev (velika teža, mehanska

občutljivost) vse bolj uporabljajo kompozitni izolatorji. Električne lastnosti izolatorja so

odvisne predvsem od obloge, s katero je zaščiteno jedro. Ustrezna oblika (obroči) je

pomembna zaradi dobre dielektrične zdržnosti elementa tudi ob neugodnih vplivih iz

okolja.

5.3 Izbira upravičenih razdelilnih transformatorskih postaj za vgradnjo Petersenove dušilke

5.3.1 Omrežje Elektra Celje

Geografsko področje, ki ga pokriva podjetje Elektro Celje d.d., zavzema tri osrednje

slovenske regije, in sicer Savinjsko, Koroško in Spodnje Posavsko regijo. Velikost

64

preskrbovalnega območja obsega 4.345 km2, cca 22 % površine Slovenije s 383.000

prebivalci. Na tem območju imamo 165.667 odjemnih mest.

Na območju Elektra Celje d.d. je zagrajenih 17 RTP-jev. Preko njih se napaja 12 RP-jev in

3520 km vsega SN omrežja. Od tega je 2912 km SN daljnovodov in 608 km SN

kablovodov.

Razmerje med DV in KB na Elektru Celje

KB; 17%

DV; 83%

% DV% KB

Diagram 5.1: Razmerje med DV in KB na Elektru Celje d.d.

Pri obdelavi podatkov sem upošteval 15 RTP-jev in 12 RP-jev, ker sta RTP Dravograd in

RTP Brestanica v obratovanju le kratek čas, tako da še ni na razpolago zadostno število

podatkov, ki bi jih potreboval za uspešno analizo. Eden izmed kriterijev je procent DV in

KB določenega RTP-ja. V diagramu 5.2 se vidi, da je na območju Elektra Celje d.d.

pretežen del podeželskega omrežja, razen v mestnih RTP-jih kot je RTP Lava.

65

Diagram 5.2: Razmerje med DV in KB po RTP-jih na Elektru Celje v letu 2009

5.3.2 Število enofaznih zemeljskih stikov po posameznih razdelilnih transformatorskih postajah

Število enofaznih zemeljskih stikov je glavni kriterij, po katerem sem naredil vrstni red

vgradnje Petersenove dušilke v posamezne RTP-je. Največje število enofaznih zemeljskih

stikov je bilo v obravnavanih letih in v prejšnjih letih v RTP-jih, ki imajo izrazito

podeželske izvode. To pomeni, da je procent DV veliko večji v primerjavi s procentom

KB. Za enofazne zemeljske stike je značilno, da so v veliki večini kratkotrajnega značaja

oziroma so prehodni. Teh je približno 70 %. Med kratkotrajne izpade spadajo tisti, ki so

krajši od 3 minut. Petersenova dušilka pa s svojim delovanjem odpravlja ravno te

kratkotrajne izpade, ki jih povzročijo enofazni zemeljski stiki in s tem izboljša zanesljivost

obratovanja in kvaliteto dobave električne energije. Iz tega lahko sklepamo, da bomo

Petersenovo dušilko vgrajevali predvsem v tiste RTP-je, kjer prevladujejo DV omrežja. Iz

diagrama 5.2 in 5.3 se vidi, da se s povečanjem procenta DV v nekem RTP-ju, poveča tudi

število enofaznih zemeljskih stikov. To lahko vidimo tudi, če primerjamo mestni RTP

Lava, z vsemi ostalimi.

66

Diagram 5.3: Število EZS v letih 2008 in 2009 v posameznih RTP-jih

V diagramu 5.3 vidimo primerjavo v številu enofaznih zemeljskih stikov v letih 2008 in

2009. Vidimo, da so se v letu 2009 izboljšale razmere v RTP-jih, razen določenih izjem,

kar se tiče števila enofaznih zemeljskih stikov. Na izboljšanje razmer so vplivali različni

dejavniki. Obnove posameznih DV neposredno vplivajo na zanesljivost sistema. Prav tako

so pomembni poseki oziroma varnostne razdalje. Ta razdalja znaša za prostozračne

distribucijske elektroenergetske vode nazivnih napetosti 10 kV ali 20 kV 10 m, merjeno od

osi voda. Največji vpliv na boljše kazalce enofaznih zemeljskih stikov ima narava sama,

kajti v letu 2009, so bili vremenski pogoji veliko bolj ugodni kot v letu 2008. Skratka ni

bilo toliko vremenskih havarij.

Poleg števila kilometrov daljnovodov, ki jih ima nek RTP, je pomembno tudi, na kakšnem

območju se ti daljnovodi nahajajo. Iz tega lahko sklepamo, da je nek DV, katerega trasa se

nahaja v nekem hribovitem območju (Zgornja Savinjska dolina), veliko bolj izpostavljen

naravnim ujmam. To je eno od pomembnih dejstev, ki so upoštevana pri izbiri primernih

RTP-jev za vgradnjo Petersenove dušilke.

Pomemben kriterij so tudi odjemalci. Preučiti je potrebno koliko odjemalcev se napaja

preko posameznega RTP-ja. Bolj pomembno je kakšne vrste odjemalcev imamo. Ali so to

gospodinjski odjemalci ali ali so to večji industrijski obrati. Iz diagrama 5.4 se vidi

kolikšen procent ima posamezen RTP glede na celotno območje Elektra Celje d.d.

enofaznih zemeljsih stikov in število odjemalcev.

67

Diagram 5.4: Razmerje EZS v letu 2009 glede na število odjemalcev, ki jih ima posamezna

RTP

5.3.3 Izbira razdelilnih transformatorskih postaj, ki so najbolj primerne za vgradnjo Petersenove dušilke

V RTP Krško imamo vgrajeno Petersenovo dušilko. Poleg tega se je v Brestanici zgradila

nova RTP, tako da so se na tem območju napetostne razmere dodatno izboljšale. Prav tako

se je zgradila nova RTP v Dravogradu in s tem razbremenila delovanje RTP Slovenj

Gradec ter RTP Vuzenica. V teh RTP-jih število enofaznih zemeljskih stikov ni tako

veliko, da bi bila potrebna vgradnja Petersenove dušilke. S tem kvalitete električne

napetosti ne bi bistveno izboljšali. Poleg tega ima to območje malo število odjemalcev

glede na površino, ki jo ti RTP-ji pokrivajo. Pojavi se vprašanje, kdaj bi se investicija

obrestovala.

Zelo veliko število enofaznih zemeljskih stikov ima RTP Sevnica. Je na drugem mestu po

številu enofaznih zemeljskih stikov med vsemi RTP-ji na območju Elektra Celje d.d.. RTP

Sevnica napaja tudi RP Planina in RP Mokronog. Tako se skupno napaja 12648 odjemnih

mest. Dolžina SN omrežja znaša 422 km in je najdaljše SN omrežje na območju Elektra

Celje d.d.. Od tega ima 89 % DV SN omrežja in 11 % KB SN omrežja.

68

Število EZS v RTP Sevnica

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Št. EZS

1. f. Zemeljski stiki 3 1 3 2 5 4 7 7 6 1 5 16 10

DV 20 kV Krmelj

DV 20 kV Mokronog

DV 20 kV Hotemež

DV 20 kV Tabornišk

i dom

DV 20 kV Sevnica 1

KB 20 kV Šmarje III

DV 20 kV Radeče

DV 20 kV Trebelno

DV 20 kV Veliki Cirnik

DV 20 kV Krmelj

DV 20 kV Mirna

DV 20 kV Šentrupter

DV 20 kV Dobje pri Planini

Diagram 5.5: Število EZS v RTP Sevnica

V RTP Sevnica sta bili obnovljeni transformatorski celici in zamenjana dotrajana

transformatorska zaščita z numerično ABB-jevo. Prav tako se na območju RTP Sevnice

obnavlja RP Mokronog, kjer se vgrajuje regulacijski transformator, ki bo trenutno zaradi

dolgih dolžin in velikih padcev napetosti reguliral napajalno napetost iz RTP Sevnica. V

prihodnje, ko bo zgrajen napajalni DV 110 kV, bo RP Mokronog prešla v RTP. S tem se

bo število enofaznih zemelsjki stikov v RTP Sevnica znatno zmanjšalo, saj se enofazni

zemeljski stiki, ki se bodo pojavili v bodočem RTP-ju Mokronog ne bodo prištevali k RTP

Sevnica.

Najbolj izstopa po številu enofaznih zemeljskih stikov RTP Rogaška Slatina. RTP Rogaška

Slatina napaja še RP Podplat. Skupno napaja 11128 odjemnih mest. Iz diagrama 5.2 se

vidi, da je skoraj 90 % vsega omrežja, ki se napaja iz RTP Rogaška Slatina daljnovodnega,

kabelski del je predvsem v centru Rogaške Slatine in delu Šmarja pri Jelšah. Ostalo DV

omrežje je zgrajeno po zahtevnem hribovitem terenu, kar je tudi vzrok za večje število

enofaznih zemeljskih stikov. To se vidi tudi na diagramu 5.6. Tu najbolj iztopa DV Zibika.

69

Število EZS v RTP Rogaška Slatina

0

5

10

15

20

25

30

Št. EZS

1. f. Zemeljski stiki 3 28 6 10 5 14 3 2 4 8 6 1

DV 20 kV Brestovec

DV 20 kV Zib ika

DV 20 kV Podčetrtek

DV 20 kV Rogatec

DV 20 kV Kostrivnica

DV 20 kV Cerovec

DV 20 kV Steklarna Rogaška

KB 20 kV Donat

DV 20 kV Slovenske

Konjice

DV 20 kV Šmarje

DV 20 kV Zib ika

KB 20 kV Kostrivnica

Diagram 5.6: Število EZS v RTP Rogaška Slatina v letu 2009

RTP Rogaška Slatina bi bila po številu enofaznih zemeljskih stikov in po dolžini

kilometrov najbolj primerna za vgradnjo Petersenove dušilke. Slabost je, da je RTP

Rogaška Slatina opremljena s staro infrastrukturo. RTP ima dva transformatorja,ki imata

na SN strani vsak po en sistem zbiralk, kar pomeni težave pri vgradnji Petersenove dušilke.

Potrebno bi bilo sistem SN zbiralk prenoviti, da bi lažje obratoval. Ločiti bi morali izvode

po sistemih, ki bi se napajali preko transformatorja, ozemljenega preko upora (kablovodi)

in izvode, ki bi se napajali preko transformatorja, ozemljenega preko Petersenove dušilke

(daljnovodi). Drugi večji strošek bi povzročila obnova transformatorskih in SN vodnih

celic. To mislim predvsem na zaščito, ker je sedaj vgrajena starejša zaščita, ki ni primerna

za delovanje v primeru vgradnje Petersenove dušilke.

Naslednja dva RTP-ja, ki izstopata sta RTP Podlog in RTP Mozirje. Oba pokrivata zelo

veliko površino ozemlja, in sicer Spodnjo in Zgornjo Savinjsko dolino. Skupno napajata

22111 odjemnih mest. Preko RTP-ja Mozirje se napajata še RP Nazarje in RP Ljubno.

Skupna dolžina SN omrežja RTP-ja Mozirje znaša 337 km, od tega je približno 95 % DV

omrežja. To omrežje poteka po geografsko zelo zahtevnem terenu Zgornje Savinjske

doline. Število enofaznih zemeljskih stikov ni zanemarljivo, kar se vidi iz diagrama 5.7.

70

Število EZS v RTP Mozirje

0

2

4

6

8

10

12

14

Št. EZS

1f. Zemeljski stiki 2 7 1 13 3 3 9 8 6 1 2 4

DV 20 kV Preseka

DV 20 kV Gorenje

DV 20 kV Prebold

DV 20 kV Letuš

DV 20 kV Loke

DV 20 kV Nazarje jug I

DV 20 kV Savina

DV 20 kV Zadrečka

dolina

DV 20 kV Logarska

dolina

DV 20 kV Citrija

DV 20 kV Rastke

DV 20 kV Savina

Diagram 5.7: Število EZS v RTP Mozirje v letu 2009

RTP Podlog napaja Spodnjo Savinjsko dolino. Skupna dolžina SN omrežja v RTP-ju

Podlog znaša 272 km, od tega je 83 % DV omrežja. Procent DV je manjši, ker se preko

RTP Podlog napaja več strnjenega naselja in mesto Žalec, kjer prevladuje kabelsko mrežje.

RTP Podlog napaja tudi RP Vransko. Čeprav ima RTP Podlog manj SN omrežja kot RTP

Mozirje ima več odjemnih mest, hkrati pa tudi večje število enofaznih zemeljskih stikov.

Število EZS v RTP Podlog

0

5

10

15

20

25

Št. EZS

1.f. Zemeljski stiki 1 10 2 21 2 3 10 12 13

DV 20 kV Velenje

DV 20 kV Ločica Predori

DV 20 kV JUTEKS

DV 20 kV Vransko

DV 20 kV Polzela

DV 20 kV Šempeter

KB 20 kV Levec

DV 20 kV Roje

DV 20 kV Ponikva

Diagram 5.8: Število EZS v RTP Podlog v letu 2009

71

RTP Podlog in RTP Mozirje sta bila popolnoma obnovljena. Obnovljen je bil daljinski

sistem vodenja in vsa zaščita. Na vodnih in na transformatorskih celicah so nameščeni

ABB-jevi numerični releji. Obnovljen je bil tudi SN sistem zbiralk. SN stikališče je

razdeljeno na štiri sisteme, ki jih je možno med seboj zaporedno povezati. Sistemi so

narejeni tako, da lahko en transformator napaja en, dva, tri ali vse štiri sisteme, katere med

seboj povezujejo ali ločujejo SN odklopniki. Lahko se bo ločilo izvode, ki bodo ostali

napajani preko transformatorja, ozemljenega preko upora in izvode, ki se bodo napajali

preko transformatorja ozemljenega preko Petersenove dušilke.

Izpostaviti je potrebno še dva RTP-ja. To sta RTP Ravne in RTP Brežice. Pri obeh je bilo

zabeleženih veliko število enofaznih zemeljskih stikov. Poleg tega je v RTP Ravne še en

velik problem, ki zmanjšuje kvaliteto napetosti, in sicer flicker42. Ta je posledica železarne

Ravne, ki se nahaja v neposredni bližini. RTP Ravne napajajo 187 km SN napetostnega

omrežja, vključno z RP Mežica. Od tega je 78 % daljnovodnega omrežja. Preko RTP

Ravne se napaja 10890 odjemnih mest.

Število EZS v RTP Ravne

0

2

4

6

8

10

12

14

Št. EZS

1. f. Zemeljski stiki 13 2 3 2 1 11 8 1 7 8

DV 20 kV Dravograd

DV 20 kV Žerjav

DV 20 kV Prevalje

DV 20 kV Poljana

DV 20 kV Ravne center

DV 20 kV Slovenj Gradec

DV 20 kV Uršlja gora

KB 20 kV Mežica

DV 20 kV Črna 1

DV 20 kV Šmelc

Diagram 5.9: Število EZS v RTP Ravne v letu 2009

42 Flicker utripanje električne napetosti.

72

RTP Brežice napajajo 230 km SN omrežja, vključno z RP Podgračeno. Od tega je 84 %

daljnovodnega omrežja. Preko RTP Brežice se napaja 9871 odjemnih mest.

Število EZS v RTP Brežice

0

2

4

6

8

10

12

14

Št. EZS

1f. Zemeljski stiki 1 8 8 12 7 1 8 2

KB 20 kV Brežice šolski

centerDV 20 kV Zakot I

DV 20 kV Globoko

DV 20 kV Dobova I

DV 20 kV Mokrice

DV 20 kV Dobova

DV 20 kV Slovenska vas DV 20 kV Koritno

Diagram 5.10: Število EZS v RTP Brežice v letu 2009

5.3.3.1 RTP-ji v katere se bo najprej vgradila Petersenova dušilka in z njimi povezani stroški

Po pregledu kriterijev sem določil tri RTP-je, kjer se bo najprej vgradila Petersenova

dušilka. To so:

• RTP Podlog,

• RTP Mozirje in

• RTP Rogaška Slatina.

V RTP Podlog in RTP Mozirje se je vgradnja Petersenove dušilke načrtovala že nekaj

časa. Oba RTP-ja sta bila obnovljena, tako SN polje, kot transformatorski prostor in

opremljena z ABB-jevo zaščito, ki je primerna za vgradnjo Petersenove dušilke. Tako

ostanejo stroški same vgradnje Petersenove dušilke in obnova omrežja, ki mora ugajati

strožjim zahtevam, ki jih pogojujejo nova napetostna stanja v morebitnem delovanju

Petersenove dušilke.

73

Stroški, ki nastanejo pri vgradnji Petersenove dušilke so naslednji:

• stroški projektne dokumentacije,

• Petersenova dušika,

• rele (pokrije štiri izvodne celice),

• regulator (regulator dušilke),

• sinhronizator,

• izdelava omare,

• celica,

• spuščanje v pogon in

• gradbena dela.

Ostanejo še stroški obnove omrežja. To mislim na obnovo kabelskih odsekov, zamenjavo

prenapetostnih odvodnikov in izolatorjev.

Obnova kablovodov se nanaša na odseke, ki so starejši od 25 let, kar je življenjska doba

kablov tipa XHE in EHP. Slednji je tudi najpogosteje uporabljen SN kabel na Elektru Celje

d.d.. Pregledal sem celotno SN omrežje na področju RTP Podlog in RTP Mozirje ter

izračunal dolžino vseh kablov, katerim je pretekla življenjska doba. Dolžina vseh KB, ki

jih je potrebno zamenjati na tem območju znaša 6041 m. Od tega je 2970 m KB

napajanega iz RTP Podlog in 3071 m KB napajanega iz RTP Mozirje. Te dele odsekov

sem tudi cenovno ovrednotil, tako material, kot tudi delo obnove.

Zelo velik strošek predstavlja zamenjava prenapetostnih odvodnikov. Zamenjati jih je

potrebno bodisi zaradi pretečene življenjske dobe, bodisi zaradi prenizke nazivne

obratovalne napetosti. Na območju obeh omenjenih RTP-jev jih je potrebno zamenjati

približno 1710. Na SN omrežju RTP-ja Podlog 588 in na SN omrežju RTP-ja Mozirje

1122.

Potrebno je obnoviti tudi izolatorske verige. Kjer so vgrajeni keramični izolatorji, se mora

izolatorska veriga podvojiti. V starem obratovalnem stanju ja zadostoval en keramični

izolator. V novem obratovalnem stanju bo sistem enofaznega zemeljskega stika deloval na

medfazni napetosti. Potrebno bo električno ojačati izolatorsko verigo. Kjer se SN DV

obnavljajo, se vgrajujejo kompozitni izolatorji. V tem primeru zadostuje en sam izolator.

74

Posebni primer je tam, kjer je potrebno mehansko ojačati izolatorsko verigo(npr.: DV

prečka cesto). To pomeni, da se vzporedno doda še en kompozitni izolator oziroma, če je

izolatorska veriga sestavljena iz keramičnih izolatorjev, se vzporedno dodata še dva

izolatorja. V RTP Mozirje in RTP Podlog je potrebno skupaj zamenjati 1452 izolatorjev.

Od tega na SN omrežju RTP Mozirje 876 izolatorjev in na SN omrežju RTP Podlog 576

izolatorjev.

5.3.3.2 Stroški, ki bodo nastali v RTP Mozirje in RTP Podlog

Podani so stroški, ki bodo nastali pri vgradnji Petersenove dušilke v RTP Mozirje in RTP

Podlog. V stroške sem vključil ceno Petersenove dušilke s pripadajočo opremo, ceno

prenapetostnih odvodnikov in izolatorjev, ki jih je potrebno zamenjati. Pri menjavi

prenapetostnih odvodnikov in izolatorjev sem upošteval stroške dela ( tudi stroški

napovedanih izklopov) in kilometrino.

RTP Mozirje

Petersenova dušilka:

• stroški projektne dokumentacije: 20 000 €

• Petersenova dušika: 50 000 €

• rele (pokrije 4 izvodne celice) x 4: 3 500 x 4 = 14 000 €

• regulator: 7 000 €

• sinhronizator: 2 000 €

• izdelava omare: 7 000 €

• celica: 10 000 €

• spuščanje v pogon: 10 000 €

• gradbena dela + elektromontažna dela: 20 000 €

Skupni stroški vgradnje znašajo 140 000 €

Prenapetostni odvodniki:

• 1122 prenapetostnih odvodnikov: 173 000 €

V stroških so vključeni material in stroški dela.

75

Izolatorji:

• 876 izolatorjev: 46 720 €


Kabli:

• 3071 m kablov: 156 334 €


Skupni stroški za RTP Mozirje znašajo 516 054 €.

RTP Podlog








• celica: 10 000 €



Skupni stroški vgradnje znašajo 140 000 €.




Izolatorji:

76

• 576 izolatorjev: 30 720 €


Kabli:

• 2970 m kablov: 151 427 €


Skupni stroški za RTP Podlog znašajo 421 247 €.

RTP Rogaška Slatina

RTP Rogaška Slatina najbolj izstopa po številu enofaznih zemeljskih stikov, hkrati pa

pokriva tudi zelo veliko geografsko območje. Glede na kriterije, ki sem jih uporabil za

vgradnjo Petersenove dušilke v RTP-je, je bila RTP Rogaška Slatina najbolj primerna.

Problem predstavljajo veliki stroški. Obnoviti bo potrebno celotni RTP, kot tudi večino SN

omrežja, vključno z vgradnjo Petersenove dušilke. Tu bodo stroški nekoliko višji, ker

velika večina opreme, ki je trenutno vgrajena ne ustreza napetostnemu nivoju, ki je

potreben ob delovanju Petersenove dušilke. Trenutno je vgrajena oprema nazivne napetosti

18 kV, pri delovanju Petersenove dušilke pa mora biti oprema nazivnega napetostnega

nivoja 24 kV. Predvideni stroški, ki bodo nastali zaradi obnove samega RTP-ja bodo

znašali približno 500 000 €. Tu sem mislil na obnovo VN in SN dela RTP-ja s pripadajočo

opremo.








77

• celica: 10 000 €



Skupni stroški vgradnje znašajo 140 000 €.




Izolatorji:

• 5192 izolatorjev: 276 960 €


Kabli:

• 2087 m kablov: 107 470 €

V stroških so vključeni cena materiala in stroški dela.

Skupni stroški za RTP Rogaška Slatina znašajo 1162 880 €.

5.3.4 Amortizacijski čas vgrajene dušilke

Vgradnja Petersenove dušilke izboljša zanesljivost napajanja odjemalcev, zaradi

zmanjšanja kratkotrajnih izpadov. V ta namen lahko izdelamo oceno prihrankov, ki jih

dosežemo z uporabo tega načina ozemljevanja nevtralne točke.

Struktura izvodov, ki bodo napajani preko transformatorja, ozemljenega preko Petersenove

dušilke je praviloma povezana na nadzemne vode in vode podeželskega tipa. To pomeni,

da praviloma ni večjih industrijskih odjemalcev. V takšnih izvodih lahko pričakujemo

manjše podjetniške in obrtne delavnice, kjer imajo kratkotrajni izpadi manjše posledice.

78

Strošek kratkotrajnega izpada sem povzel iz študije [7] kjer so ocenili strošek

kratkotrajnega izpada v višini 0,70 [€/kratkotrajni izpad] in odjemalca. Pri tem ni

upoštevanih večjih industrijskih obratov in obrti ter javnih ustanov, kar bi ta strošek samo

še povečalo na približno 1 [€/kratkotrajni izpad] in odjemalca. Ostal sem pri skromnejši

oceni 0,70 [€/kratkotrajni izpad] in odjemalca, zaradi same strukture omrežja, ter tipa

odjemalcev kjer se bodo vgradile Petersenove dušilke. Ti izpadi se v praksi še ne plačujejo,

v prihodnosti jih bo potrebno plačati.

Tako sem pri RTP-jih preanaliziral izvode, ki bodo priključeni na transformator ozemljen

preko Petersenove dušilke. Število odjemalcev na posameznem izvodu sem pomnožil s

stroškom kratkotrajnega izpada. Nato sem pomnožil s številom enofaznih zemeljskih

stikov na posameznem izvodu. Število enofaznih zemeljskih stikov sem izbral iz leta 2009,

le za RTP Krško iz leta 2008, ker je tam že obratovala Petersenova dušilka določen čas leta

2009. V tem letu je bilo število enofaznih zemeljskih stikov sorazmerno malo v primerjavi

s prejšnjimi leti. K temu so pripomogle tudi ugodne vremenske razmere. Tako so

izračunani stroški zaradi kratkotrajnih izpadov bili manjši. Dobro je, da vidimo ali se

amortizira vgradnja Petersenove dušilke tudi v obdobju, ko je število enofaznih zemeljskih

stikov znatno zmanjšano.

Izračuni so pokazali:

RTP Podlog

• Skupni stroški vgradnje – 421 247 €

• Stroški, ki bi nastali v letu 2009 zaradi enofaznih zemeljskih stikov – 62025 €

Pri teh pogojih bi se Petersenova dušilka amortizirala v šestih do sedmih letih, vendar ne

smemo pozabiti na stroške financiranja.

RTP Mozirje


• Stroški, ki bi nastali v letu 2009 zaradi EZS – 51 214 €

79

Pri teh pogojih bi se Petersenova dušilka amortizirala v dobrih desetih letih, vendar ne

smemo pozabiti na stroške financiranja.

RTP Rogaška Slatina


• Stroški, ki bi nastali v letu 2009 zaradi enofaznih zemeljskih stikov – 89 076 €

Pri teh stroških bi se Petersenova dušilka amortizirala približno v trinajstih letih, vendar ne

smemo pozabiti na stroške financiranja. Iz teh izračunov lahko sklepamo, da se skupni

stroški vgradnje Petersenove dušilke povrnejo v zglednem času. Kljub temu, da so začetni

stroški nekoliko večji kot pri vgradnji Petersenove dušilke v RTP Mozirje in RTP Podlog,

se ti stroški amortizirajo v približno enakem času, zaradi večjega števila enofaznih

zemeljskih stikov na SN izvod oziroma števila odjemalcev na SN izvod. Investicija se

izplača.

80

6 Izkušnje z vgrajenim primerom

V RTP Krško je v letu 2008 potekala obnova sekundarne opreme na 20 kV vodnih celicah,

ki so napajane iz TRF I. Zaradi vgradnje Petersenove dušilke za TRF I. je bilo potrebno

zamenjati obstoječe že tudi dotrajane zaščitne releje z novimi numeričnimi releji

proizvajalca ABB. Kombinacija Petersenove dušilke, regulatorja dušilke, relejev detekcije

zemeljskega stika, relejev v SN celicah, enopolnega odklopnika upora in odklopnika

dušilke, sestavljajo sistem obratovanja 20 kV omrežja z resonančno ozemljeno nevtralno

točko, kar bo izboljšalo kazalec obratovanja SN omrežja.

Petersenova dušilka, ki je vgrajena v RTP Krško, nam služi za kompenzacijo kapacitivnega

toka SN omrežja in posledično za gašenje električnega obloka, ki se pojavi pri enofaznih

zemeljskih stikih. Vgrajena je med zvezdišče transformatorja in ozemljitvenim sistemom

ter vezana vzporedno z obstoječim maloohmskim uporom TRF I. in je stalno priključena,

maloohmski upor je izključen.

Več kot 70 % vseh prekinitev v SN omrežju so bežni EZS. Petersenova dušilka

kompenzira kapacitivni tok SN omrežja, ki se zaključuje skozi zvezdišče transformatorja,

razen nastavljene vrednosti 10 A, katera je potrebna zaradi selekcije kvarnega voda.

Uglasitev obloka oziroma prekinitev kratkostičnega tokokroga je v večini primerov

zanesljiva, saj je na mestu okvare premalo energije za vzdrževanje obloka. Oskrba z

električno energijo je nemotena, ni izklopov in odjemalci ne zaznavajo nobenega dogajanja

v SN mrežju.

Pojavijo se lahko trajni enofazni zemeljski stiki (okvare), ki so nizkoohmskega ali

visokoohmskega značaja.

Pri nizkoohmski okvari rele detekcije zemeljskih stikov na osnovi primerjave rezultatov

različnih matematičnih metod in sicer tranzientne, harmonske in wattmetrične metode

določi vod, ki je v okvari ter pošlje signal zaščitnemu releju predmetne SN vodne celice, ki

nato izklopi vod.

Pri visokoohmski okvari je upornost okvare tako visoka, da rele za detekcijo zemeljski

stikov ne more zanesljivo locirati voda v okvari, zato vklopi regulator pomožni upor, ki je

81

del dušilke ter s tem poveča ohmsko komponento kvarnega toka na mestu okvare in tako

po wattmetrični metodi določi vod v okvari. V večini primerov je metoda uspešna. Po

razklopu SN omrežja in iskanju mesta okvare s stikalnimi manipulacijami, lahko dispečer

v DCV priklopi upor v Petersenovi dušilki. Po nekaj sekundah lahko odčita signalizacijo

na SCAD-i ter določi vod v okvari. Kadar ta metoda ne bo uspešna lahko dispečer preide v

obratovanje z maloohmskim uporom tako, da vzporedno k dušilki priklopi upor, s tem se

tudi avtomatsko vsa zaščita na vodnih celicah prestavi v R43 delovanje ter rešuje okvaro

klasično.

Na začetku so bili na transformatorju ozemljenim preko Petersenove dušilke priključeni

tako podeželski, kot mestni SN vodi. Ko so se začeli pojavljati enofazni zemeljski stiki, je

Petersenova dušilka le te uspešno odpravljala. Vendar je to povzročilo veliko obremenitev

SN KB in tako je začelo prihajati do defektov na njih. Do defektov je prihajalo predvsem

na KB, ki jim je pretekla življenjska doba 25 let in KB, ki so bili slabo položeni oziroma je

bila njihova izolacija načeta že prej, vendar zaradi drugačnega režima obratovanja prej ni

bilo težav. Poseben problem so predstavljali KB tipa XHE. Zaradi teh težav je bilo

potrebno nekatere KB odseke obnoviti. Določeni pretežno KB izvodi, ki so bili prej

napajani preko transformatorja ozemljenega preko Petersenove dušilke, so se potem

prestavili na transformator, ki je ozemljen preko nizkoohmskega upora. S tem se je

razbremenila KB mreža, ki je bila šibki člen sistema.

Dobra lastnost je bila ta, da so se v letu 2009 zmanjšali enofazni zemeljski stiki in s tem

tudi kratkotrajni upadi. To je pripomoglo k izboljšanju kvalitete dobavljene energije pri

samih odjemalcih.

43 R je delovanje z maloohmskim uporom.

82

Diagram 6.1: Letna primerjava po številu EZS in številu kratkotrajnih prekinitev za izvode,

napajane preko transformatorja ozemljenega preko Petersenove dušilke

Iz diagrama 6.1 se vidi, da se je pojavilo skoraj enako število enofaznih zemeljskih stikov

v letih 2007 in 2008. V letu 2009, ko je že določen čas obratovala Petersenova dušilka, se

opazi znaten upad števila enofaznih zemeljskih stikov in k temu primerno zmanjšanje

števila kratkotrajnih upadov.

Stroški, ki so nastali zaradi vgradnje Petersenove dušilke v RTP Krško so:


Skupna cena vgradnje znaša 160 000 €.



V stroške je vključen material in delo.

Izolatorji:

• Izolatorjev v ta namen ni bilo zamenjanih, ker so se ta dela opravila že pred

vgradnjo Petersenove dušilke.

83

Kabli:

• V sklopu vgradnje Petersenove dušilke se ni menjalo dotrajanih KB oziroma KB, ki

jim je pretekla življenjska doba. Po začetku obratovanja so se začeli pojavljati

defekti na določenih odcepih KB, ki so bili kasneje zamenjani.

Zamenjati oziroma obnoviti je bilo potrebno 2234 m KB. Skupni stroški pri menjavi KB so

znašali 124 582 €. V tej ceni so vključeni stroški materiala in dela.

Skupni stroški za RTP Krško znašajo 427 083 €.

RTP Krško


• Stroški, ki bi nastali v letu 2008 zaradi enofaznih zemeljskih stikov – 60 758 €

Po izračunih se bo Petersenova dušilka amortizirala v dobrih sedmih letih, vendar ne

smemo pozabiti na stroške financiranja. Iz teh izračunov lahko sklepamo, da se bodo

skupni stroški vgradnje Petersenove dušilke povrnili v zglednem času, tako da se je

vgradnja izplačala.

84

6.1 Osnovni gradniki Petersenove dušilke vgrajene v RTP Krško

Za pravilno delovanje Petersenove dušilke so potrebni različni energetski elementi, ki so

prikazani na sliki (sl. 6.144).

Slika 6.1: Blok shema izvodne celice RTP Krško

Rele tipa REF proizvajalca ABB izvaja upravljanje celice in preko koncentratorja COM

615 komunicira s preostalimi releji tipa REF in po protokolu IEC 60870-5-104 [3] s

centrom vodenja. Iz blok sheme je razvidna povezava zemeljskostičnega releja EOR-D,

katerega funkcija je povišanje občutljivosti in zanesljivosti delovanja v primeru zemeljskih

stikov ob obratovanju s Petersenovo dušilko. Zaščitni element EOR-D omogoča detekcijo

okvar s pomočjo naslednjih metod:


85

• transientna metoda z qu algoritmom, ki omogoča detekcijo okvar reda nekaj kΩ in

detekcijo intermitirajočih stikov,

• metoda na bazi harmonikov,

• watmetrična metoda in

• pulzna metoda, ki omogoča lokacijo okvare po globini omrežja.

Regulator REG-DP izvaja regulacijo Petersenove dušilke v obratovanju. Za svoje

delovanje potrebuje napetost nevtralne točke in dejansko pozicijo dušilke. Primarna naloga

regulatorja je, da spremlja dogajanje med obratovanjem in v primeru izklopa ali vklopa

vodov, ko se kapacitivni toki spremenijo in pride do premika resonančne krivulje, poskrbi

za nastavitev v naprej določene nadkompenzacije. Na ta način je zagotovljeno, da bo ob

nastanku okvare skozi mesto okvare tekel točno določen nastavljen tok.

Glavni energetski element, ki omogoča kompenzacijo kapacitivne komponente toka, je

Petersenova dušilka. Petersenova dušilka je nameščena ob Trf. I (sl. 6.245.).

Slika 6.2: Petersenova dušilka nameščena v RTP Krško ob Trf. I


86

Tehnični podatki vgrajene dušilke (vsi podatki so fazni).

• Nazivna napetost: 11,55 kV

• Nazivna moč: 2310 kVar (trajno)

• Nazivni tok 20 – 200 A (trajno)

• Nazivna moč 2888 kVar (do 2 uri)

• Nazivni tok 20 – 250 A (do 2 uri)

• Impendanca 578 – 57,8 Ω (trajno)

• Impendanca 46,2 Ω (do 2 uri)

Dušilki (sl. 6.446)je prigrajen oljni upor 1 Ω, ki je dimenzioniran za čas obratovanja 90

s. Služi za izboljšanje pogojev delovanja watmetrične zaščite tako, da se ob

zemeljskem stiku za kratek čas vključi preko pomožnega navitja dušilke in na ta način

trenutno poveča ohmsko komponento toka za zaneslivejšo in lažjo detekcijo. Dušilka in

obstoječ upor 80 Ω sta preko enopolnih odklopnikov z magnetnim pogonom

priključena v skupno točko, ki je povezana z nevtralno točko transformatorja. (sl. 6.347)

Slika 6.3: Odklopnik maloohmskega upora in Petersenove dušilke



87

Slika 6.4: Osnovni gradniki Petersenove dušilke

6.2 Primer delovanja Petersenove dušilke v razdelilni transformatorski postaji Krško

Prikazan je primer delovanja Petersenove dušilke ob bežnem zemeljskem stiku. Iz slike (sl.

6.5.48). se vidi velikost linijskih napetosti in tokov v normalnem obratovalnem stanju tako

na dušilki, kot na izvodu.


88

Slika 6.5: Linijska napetost sistema UL1, UL2 in UL3 ob bežnem zemeljskem stiku

V normalnem obratovalnem stanju je imela napetost na izvodu (sl. 6.549) po fazah nazivno

vrednost, ko pa je prišlo do bežnega zemeljskega stika, je v okvarjeni fazi napetost padla

proti 0 V, (odvisno od oddaljenosti okvare), v ostalih dveh zdravih fazah pa je prišla

napetost na medfazno vrednost.

Slika 6.6: Napetost na dušilki UL ob bežnem zemeljskem stiku

Napetost na Petersenovi dušilki je v normalnem obratovalnem (sl. 6.650) stanju odvisna od

nesimetričnega obratovanja elektroenergetskega sistema. Tej napetosti pravimo

izenačevalna oziroma rezidualna napetost, prav tako se pojavi izenačevalni tok. Ko pride



89

do bežnega zemeljskega stika, napetost v Petersenovi dušilki znatno naraste, s tem pa

požene izenačevalni induktivni tok, kateri skompenzira okvarni kapacitivni tok (sl. 6.751).

Slika 6.7: Tok na dušilki iL ob bežnem zemeljskem stiku

Slika 6.8: Tok na mestu okvare ifault ob bežnem zemeljskem stiku

Na (sl. 6.852) je viden preostali kapacitivni tok, ki teče skozi mesto okvare. Na vseh

izvodih, ki so priključeni na isti sistem napetosti stečejo kapacitivni tokovi, katere pa

skompenzira Petersenova dušilka.



90

7 SKLEP

V diplomski nalogi sem raziskal možnosti vgradnje Petersenove dušilke v

elektroenergetsko omrežje Elektra Celje. Predstavil sem različne načine ozemljevanja

nevtralne točke transformatorjev. Podrobneje sem opisal trenutni način ozemljevanja

netralne točke preko maloohmskega upora. Nato sem teoretično predstavil resonančno

ozemljitev nevtralne točke preko Petersenove dušilke. Obdelal sem pogoje za zanesljivo in

varno obratovanje transformatorja ozemljenega preko Petersenove dušilke. Določil sem

kriterije in izbral razdelilne transformatorske postaje, ki so najbolj primerne za vgradnjo te

dušilke v elektroenergetskem omrežju Elektra Celje. Predstavil sem delovanje že vgrajene

Petersenove dušilke v razdelilni transformatorski postaji Krško.

Ugotovil sem, da pogostost enofaznih zemeljskih stikov nepostredno vpliva na število

izpadov in na slabše parametre kakovosti dobave električne energije. Resonančna

ozemljitev nevtralne točke kompenzira kapacitivno komponento električnega toka z

induktivno, ki steče skozi okvaro ob zemeljskem stiku in predstavlja ukrep, da se poveča

možnost samougasnih okvar in tako neposredno vpliva na zmanjšanje števila izpadov ter

povišanje zanesljivosti dobave električne energije.

Posledica, ki jo povzroča enofazni zemeljski stik v omrežju ozemljenem preko Petersenove

dušilke, je povišanje napetosti na zdravih dveh fazah za pribljižno 3 , lahko tudi do 2

krat. To pomeni, da sprememba načina ozemljitve nevtralne točke iz maloohmske na

resonančno ozemljitev nevtralne točke preko Petersnove dušilke zahteva prilagoditev

sistemov zaščit in električnih vodov. Potrebno je določiti izolacijsko stopnjo vgrajenih

naprav. Sem štejemo kablovode, izolatorje in prenapetostne odvodnike.

Glavni kriterij, preko katerega sem izbral najbolj primerne razdelilne transformatorske

postaje, je število enofaznih zemeljskih stikov. Pomemben kriterij je število odjemnih

mest. Prav tako so pomembni kapacitivni tokovi pri razdelilnih transformatorskih postajah,

ki imajo pretežno kabelsko omrežje. Zelo pomembna je finančna plat, saj nam pove, kdaj

se investicija obrestuje.

Glede na te kriterije sem določil tri razdelilne transformatorske postaje, ki so najbolj

primerne za vgradnjo Petersenove dušilke (RTP Mozirje, RTP Podlog in RTP Rogaška

91

Slatina). Za te razdelilne transformatorske postaje sem podrobno preučil infrastrukturo in

ovrednotil stroške, ki bi nastali ob morebitni vgradnji.

V razdelilni transformatorski postaji Krško je v letu 2008 potekala obnova sekundarne

opreme na 20 kV vodnih celicah, ki so napajane iz TRF I. Zaradi vgradnje Petersenove

dušilke je bilo potrebno zamenjati že dotrajane zaščitne releje z novimi numeričnimi releji

proizvajalca ABB. Na začetku so bili na transformatorju ozemljeni preko Petersenove

dušilke priključeni tako podeželski, kot mestni srednjenapetostni vodi. Ko so se začeli

pojavljati enofazni zemeljski stiki, je Petersenova dušilka le-te uspešno odpravljala.

Delovanje Petersenove dušilke je pozročilo dodatno obremenitev srednjenapetostnih

kablovodov, zato je začelo prihajati do defektov na njih, ker jim je pretekla življenjska

doba, so bili slabo položeni ali je bila njihova izolacija načeta že prej. Zaradi drugačnega

načina obratovanja prej ni bilo težav. Poseben problem so predstavljali kablovodi tipa

XHE, ki jih je bilo potrebno na določenih odsekih obnoviti. Določeni kabelski izvodi, ki so

bili prej napajani preko transformatorja ozemljenega preko Petersenove dušilke, so se

potem prestavili na transformator, ki je ozemljen preko maloohmskega upora.

Razbremenilo se je kabelsko mrežje, ki je bilo šibki člen sistema.

Dobra lastnost je ta, da so se v času obratovanja Petersenove dušilke zmanjšali enofazni

zemeljski stiki in s tem tudi kratkotrajni upadi. To je pripomoglo, k izboljšanju kvalitete

dobavljene energije pri samih odjemalcih.

92

8 VIRI, LITERATURA [1] Oblikovanje enopolne sheme in dimenzioniranje dušilk za obratovanje z

resonančno ozemljeno nevtralno točko, Elektroinštitut Milan Vidmar, Inštitut za

elektrogospodarstvo in elektroindustrijo, Ljubljana, november 2009

[2] Verifikacija obratovalnih lastnosti in ugotavljanje ustreznosti energetskih SN

kablov za uporabo v slovenskih SN distribucijskih omrežjih, Elektroinštitut Milan

Vidmar, Inštitut za elektrogospodarstvo in elektroindustrijo, Ljubljana, julij 2009

[3] M. Rošer, G. Štumberger, V. Tanjšek, R. Škof, V. Pintar, Resonančna ozemljitev

nevtralne točke v RTP Krško, 9. konferenca slovenskih elektroenergetikov,

Kranjska Gora, 25.05.2009-27.5.2009, Društvo CIGRE-CIRED, Ljubljana 2009

[4] P. Hrobat, R. Isaković, Ozemljitve transformatorskih postaj pri različnih sistemih

ozemljevanja nevtralne točke, 8. konferenca slovenskih elektroenergetikov, Čatež

2007, Društvo CIGRE-CIRED, Ljubljana 2007

http://www.cigre-cired.si/Images/File/MIRO/CATEZ2007/1/CIRED1-11.pdf

[5] M. Vižintin, M. Rošer, Prednosti indirektno ozemljene nevtralne točke

transformatorja pred resonančno ozemljitvijo v SN omrežjih v Sloveniji, 7.

konferenca slovenskih elektroenergetikov, Velenje, 2005, Ljubljana 2005

http://www.cigre-cired.si/Images/File/MIRO/VELENJE2005/1/CIRED1-7.pdf

[6] G. Šagovac, I. Watson, Poboljšanje kvalitete isporuke električne energije

rezonantnim uzemljenjem neutralne točke srednjenaponske mreže, 1. savjetovanje

HO CIRED, Šibenik, 18.-22. svibnja 2008

http://www.ho-cired.hr/referati/SO2-02.pdf

[7] Elektroinštitut Milan Vidmar, Inštitut za elektrogospodarstvo in elektroindustrijo,

Ljubljana, 2009, št. študije: 1839

[8] V. Pintar, Kriteriji vgradnje in simulacija delovanja Shunt stikala, Elektro-

Slovenija, d.o.o. Izobraževalni center Elektrogospodarstva Slovenije, Višja

strokovna šola Ljubljana, Hajdrihova 2;

MOŽNOST VGRADNJE PETERSENOVE DUŠILKE V OMREŽJE … · grounding. Resonance operation with...

Documents

Transcript of MOŽNOST VGRADNJE PETERSENOVE DUŠILKE V OMREŽJE … · grounding. Resonance operation with...