Elektroenergetska omrežja in naprave

I. Elektroenergetsko omrežje

Boštjan Blažičbostjan.blazic@fe.uni-lj.si

leon.fe.uni-lj.si01 4768 414

Ljubljana, 2013

Zgodovina

• Zgodovina elektrotehnike– Amperov zakon (1820), elektromagnetna indukcija – Faraday (1821)– Komutatorski DC motor (1830-eta)– Tesla: AC motor (1887)– Edison: komercialna žarnica (1879)

Nafta (kerozin) vs elektrika

• Konec 19. stoletja: ‘War of currents’)– Edison (GE): enosmerni sistem– Tesla in Westinghouse: izmenični sistem

EON 2

Zgodovina - enosmerni in izmenični sistem

2P I R

• Enosmerni sistem– Bremena

– žarnice na žarilno nitko– enosmerni motorji– izmenični motor še ni bil na voljo!

– Omrežje– napetost ±110 V (3 žice, + 0 -)– ni načina za spreminjanje napetostnih nivojev dc napetosti– velike izgube: najdaljši vodi 1 – 2 kmÞ proizvodnja energije blizu porabe

– Današnji čas: razpršeni viri, DC omrežja– 1998: Con Edison ima 4600 strank priključenih na enosmerno

omrežje– 2007: Con Edison, izklop zadnjega dela enosmernega omrežja

EON 3

4EON

Zgodovina - enosmerni in izmenični sistem

• Zakaj tri-fazni sistem?− dvo-fazni sistem− tro-žični enofazni sistem

• ZDA (Edisonova shema)

Zgodovina - enosmerni in izmenični sistem

• Izmenični sistem– Bremena

– žarnice– izmenični motorji

– Izmenični generator– Transformator

– Omrežje– majhne izgube– jalova močÞ omejena prenosna zmogljivost izmeničnega voda

– Današnji čas: DC prenos za prenos električne energije na dolge razdalje

EON 5

Tesla, patent

Zgodovina - enosmerni in izmenični sistem

• Tesla (1856 – 1943)– po rodu Srb, državljanstvo ZDA– prenos elektrike po zraku– patentira osnovni princip radia (…Marconi)– 1893: projekt Niagara dobi Westinghouse, Teslov sistem (dvofazni sistem 25 Hz),

75 MW → prevlada izmeničnega sistema

EON 6

7EON

Razvoj elektroenergetskega sistema Slovenije

• Začetki konec 19. stoletja− prva luč zasveti l. 1883, 4-leta po izumu žarnice,

enosmerni dinamo na parni pogon, 5 kW− stara mestna elektrarna Ljubljana 1898, javna

elektrarna, parni pogon, 640 kW− prva večja HE Završnica, 1915, 2,5 MW, začetek

splošne elektrifikacije (50 km omrežja)− HE Fala, 1918, 80 kV daljnovod (77 km)

• Povezovanje EE omrežja− 1957: povezava med republikami bivše Jugoslavije− 1970: začetek izgradnje 400 kV omrežja Jugoslavije

• Razlogi za povezovanje EE omrežja− bolj učinkovita izraba prenosih in proizvodnih zmogljivosti, bolj učinkovita izravnava

proizvodnje in porabe− večja zanesljivost obratovanja, boljša regulacija napetosti in frekvence− možnost priključitve večjih proizvodnih enot

Razvoj VN omrežja na območju nekdanje Jugoslavije

8EEO

EON

Prenosno omrežje Slovenije (operater ELES)

9

EON

Prenosno omrežje Slovenije – izmenjava s sosednjimi državami

10

EON

ENTSO-E

11

• European Network of Transmission System Operators for Electricity

• Sinhrone cone− kontinentalna Evropa− Nordic− Baltic− Velika Britanija− Irska in S. Irska

EON

Delitev elektroenergetskih omrežij

12

• Nazivna napetost (medfazna efektivna napetost)− omrežje nizke napetosti (do 1 kV): 0,4 kV− omrežje srednje napetosti (1 – 35 kV): 10 kV, 20 kV, 35 kV− omrežje visoke napetosti (35 – 400 kV): 110 kV, 220 kV, 400

kV• Funkcija

− prenosno omrežje− prenos na daljše razdalje− običajno zazankano

− distribucijsko omrežje− napajanje porabnikov− radialno, odprta zanka

− porabniško omrežje• Struktura

− zazankano− radialno Stikalna

postaja

Ločilno mesto

Transformatorskapostaja

Odprtazanka

EON

Struktura elektroenergetskega sistema

13

EON

Distribucijska omrežja (SN)

• Struktura− odprta zanka

14

Stikalnapostaja

Ločilno mesto

Transformatorskapostaja

Odprtazanka

EON

Porabniška omrežja (NN omrežja odprtega tipa)

• Struktura− vodi z obremenitvijo na koncu (posamično napajana bremena)

• visoka obratovalna zanesljivost (v primeru okvare, vzdrževanje)• velika poraba materiala

− točkasto obremenjeni vodi• okvara enega porabnika povzroči izpad celega voda• različna obremenjenost odsekov

15

Vodi z obremenitvijo na koncu Točkasto obremenjeni vodi

EON

Porabniška omrežja (NN omrežja odprtega tipa)

• Struktura− točkasto obremenjeni vodi s stopnjevanim prerezom

16

EON

Porabniška omrežja (NN omrežja zaprtega tipa)

• Struktura− dvostransko napajanje porabnikov− zazankano omrežje

• večja zanesljivost ob izpadu enega voda

17

EON

Načrtovanje omrežij

• Omrežja odprtega tipa− preglednost, enostavnost− enostavno odkrivanje mesta napake− kratkostične moči majhne− enostavna zaščita

• Omrežja zaprtega tipa− večja obratovalna zanesljivost− nižje izgube

18

pomanjkljivosti− nižja obratovalna zanesljivost− večje izgube− navadno večji preseki vodov

pomanjkljivosti− bistveno težja izvedba zaščite− težje odkrivanje mesta okvare

EON

Ozemljevanje omrežij• Ozemljevanje nevtralne točke transformatorja

− vpliv na tokove in napetosti ob kratkem stiku• direktna ozemljitev• ozemljitev preko upora• izolirano zvezdišče• resonančna ozemljitev

• Prenosno omrežje− direktna ozemljitev− enostavno zagotavljanje zaščite− hitro določanje točke okvare− majhne prenapetosti (nižja izolacijska stopnja

opreme)

19

L1L2L3

EON

Ozemljevanje omrežij• Distribucijska omrežja

20

L1L2L3

XN

L1L2L3

RN

L1L2L3

C

Preko upora Resonančna ozemljitve

Izolirano zvezdišče

EON

Ozemljevanje omrežij

• Porabniška omrežja− ozemljitve nevtralne točke transformatorja− povezava izpostavljenih delov pod napetostjo proti zemlji

• T: terra• N: neutral• I: isolated• S:separated• C: combined

21

L1L2

L3

Porabnik

Generator ali transformator

1. ČRKA2. ČRKA

EON

Ozemljevanje omrežij

• Oznake: T (terra), N (neutral), I (isolated), S (separated), C (combined)

22

RN

L1

L2

L3

N

PE

Porabnik

Generator ali transformator

Porabnik

TN-S

RN

L1

L2

L3

PEN

Porabnik

Generator ali transformator

TN-C

RN

L1

L2

L3

NPE

Porabnik Porabnik

Generator ali transformator

TN-C-S

RN

L1L2

L3

NPE

RA

Porabnik

Generator ali transformator

ITTT

L1

L2

L3

PE

RA

Porabnik

Generator ali transformator

EON

Ozemljevanje omrežij• Tipične vezave transformatorjev prenosnega in distribucijskega omrežja

23

L1L2L3

RN

PEN

Generator21 kV

TR21/400 kV

TR400/110 kV

TR110/20 kV

TR20/0,4 kV