Elektroenergetska omreja in naprave I Elektroenergetsko omreje Botjan

Elektroenergetska omrežja in naprave I. Elektroenergetsko omrežje Boštjan Blažič bostjan. blazic@fe. uni-lj. si leon. fe. uni-lj. si 01 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) Ø 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 • 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 km Þ proizvodnja energije blizu porabe – Današnji čas: razpršeni viri, DC omrežja – 1998: Con Edison ima 4600 strank priključenih na – EON enosmerno omrežje 2007: Con Edison, izklop zadnjega dela enosmernega omrežja 3

Zgodovina - enosmerni in izmenični sistem • Zakaj tri-fazni sistem? − dvo-fazni sistem − tro-žični enofazni sistem • ZDA (Edisonova shema) EON 4

Zgodovina - enosmerni in izmenični sistem • Izmenični sistem – Bremena – žarnice – izmenični motorji Tesla, patent – Izmenični generator – Transformator – Omrežje – majhne izgube – jalova moč Þ omejena prenosna zmogljivost izmeničnega voda – Današnji čas: DC prenos za prenos električne energije na dolge razdalje EON 5

Zgodovina - enosmerni in izmenični sistem • Tesla (1856 – 1943) – – EON 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 6

Razvoj elektroenergetskega sistema Slovenije • Začetki konec 19. stoletja • − prva luč zasveti l. 1883, 4 -leta po izumu žarnice, enosmerni dinamo na parni pogon, 5 k. W − stara mestna elektrarna Ljubljana 1898, javna elektrarna, parni pogon, 640 k. W − prva večja HE Završnica, 1915, 2, 5 MW, začetek splošne elektrifikacije (50 km omrežja) Povezovanje EE omrežja − HE Fala, 1918, 80 k. V daljnovod (77 km) − 1957: povezava med republikami bivše Jugoslavije − 1970: začetek izgradnje 400 k. V 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 EON 7

Razvoj VN omrežja na območju nekdanje Jugoslavije EEO 8

Prenosno omrežje Slovenije (operater ELES) EON 9

Prenosno omrežje Slovenije – izmenjava s sosednjimi državami EON 10

ENTSO-E • European Network of Transmission System Operators for Electricity • Sinhrone cone − − − EON kontinentalna Evropa Nordic Baltic Velika Britanija Irska in S. Irska 11

Delitev elektroenergetskih omrežij • Nazivna napetost (medfazna efektivna napetost) − omrežje nizke napetosti (do 1 k. V): 0, 4 k. V − omrežje srednje napetosti (1 – 35 k. V): 10 k. V, 20 k. V, 35 k. V − omrežje visoke napetosti (35 – 400 k. V): 110 k. V, 220 k. V, 400 k. V • Funkcija − prenosno omrežje − prenos na daljše razdalje − običajno zazankano − distribucijsko omrežje − napajanje porabnikov − radialno, odprta zanka − porabniško omrežje • Struktura EON − zazankano − radialno 12

Struktura elektroenergetskega sistema EON 13

Distribucijska omrežja (SN) • Struktura − odprta zanka EON 14

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 Vodi z obremenitvijo na koncu EON Točkasto obremenjeni vodi 15

Porabniška omrežja (NN omrežja odprtega tipa) • Struktura − točkasto obremenjeni vodi s stopnjevanim prerezom EON 16

Porabniška omrežja (NN omrežja zaprtega tipa) • Struktura − dvostransko napajanje porabnikov − zazankano omrežje • večja zanesljivost ob izpadu enega voda EON 17

Načrtovanje omrežij • Omrežja odprtega tipa − preglednost, enostavnost − enostavno odkrivanje mesta napake − kratkostične moči majhne − enostavna zaščita • Omrežja zaprtega tipa − večja obratovalna zanesljivost − nižje izgube EON Ø pomanjkljivosti − nižja obratovalna zanesljivost − večje izgube − navadno večji preseki vodov Ø pomanjkljivosti − bistveno težja izvedba zaščite − težje odkrivanje mesta okvare 18

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 − − EON direktna ozemljitev enostavno zagotavljanje zaščite hitro določanje točke okvare majhne prenapetosti (nižja izolacijska stopnja opreme) 19

Ozemljevanje omrežij • Distribucijska omrežja Preko upora Resonančna ozemljitve Izolirano zvezdišče EON 20

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 EON 21