Elektroenergetska omrežja in naprave
I. Elektroenergetsko omrežje
Boštjan Blažič
[email protected]
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)
 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
P  I 2R
 proizvodnja energije blizu porabe
– Današnji čas: razpršeni viri, DC omrežja
– 1998: Con Edison ima 4600 strank priključenih na enosmerno
–
EON
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
 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 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
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 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
•
Odprta
zanka
Struktura
− zazankano
− radialno
EON
Transformatorska
postaja
Stikalna
postaja
Ločilno
mesto
12
Struktura elektroenergetskega sistema
EON
13
Distribucijska omrežja (SN)
•
Struktura
− odprta zanka
Transformatorska
postaja
Odprta
zanka
Stikalna
postaja
Ločilno
mesto
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
 pomanjkljivosti
− nižja obratovalna zanesljivost
− večje izgube
− navadno večji preseki vodov
 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)
L1
L2
L3
19
Ozemljevanje omrežij
•
Distribucijska omrežja
Preko upora
Resonančna ozemljitve
L1
L2
L3
L1
L2
L3
RN
XN
Izolirano zvezdišče
L1
L2
L3
C
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
Generator ali
transformator
L1
L2
L3
2. ČRKA
1. ČRKA
Porabnik
EON
21
Ozemljevanje omrežij
•
Oznake: T (terra), N (neutral), I (isolated), S (separated), C (combined)
TN-S
TN-C
Generator ali
transformator
Generator ali
transformator
Generator ali
transformator
L1
N
L3
L3
PE
PE
PEN
N
RN
RN
RN
Porabnik
Porabnik
Generator ali
transformator
L2
L2
L3
Porabnik
L1
L1
L2
TT
IT
L1
L1
L2
L2
L3
L3
N
PE
PE
RA
Porabnik
Porabnik
Porabnik
Generator ali
transformator
RN
EON
TN-C-S
RA
Porabnik
22
Ozemljevanje omrežij
•
Generator
21 kV
Tipične vezave transformatorjev prenosnega in distribucijskega omrežja
TR
21/400 kV
TR
400/110 kV
TR
110/20 kV
TR
20/0,4 kV
L1
L2
L3
PEN
RN
EON
23