1 Uvod
Upravitelji industrijskih elektroenergetskih objektov se
čedalje bolj ažurno odločajo za investicije v
optimizacijo in modernizacijo njihovih omrežij. Trendi
zmanjševanja obratovalnih stroškov narekujejo
podrobne analize obstoječih stanj, na podlagi katerih je
mogoče predlagati smiselne in predvsem ekonomsko
sprejemljive izboljšave. Današnje analize obratovanja
elektroenergetskih omrežij temeljijo na uporabi
različnih programskih orodij, ki na modelih dejanskih
omrežij omogočajo simulacije poljubnih obratovalnih
stanj. Večina programskih orodij je namenskih in v
splošnem specializiranih bodisi za izračune stacionarnih
bodisi simulacije dinamičnih razmer, manj pa je orodij,
ki hkrati omogočajo oboje.
V članku smo predstavljene analize razmer izvedli z
uporabo programskega orodja NETOMAC [1]. Orodje
je zmogljiv simulator električnih pojavov ter omogoča
statično in dinamično analizo elektroenergetskih
omrežij. Analize smo izvedli na modelu tipičnega
industrijskega omrežja, ki združuje številne asinhrone
pogone, impedančna bremena, kompenzacijske
elemente in lastno generacijo. Rezultate analiz
posameznih obratovalnih stanj smo predstavili
numerično in grafično ter poudarili ključne elemente, ki
jih je pri tovrstnih analizah priporočljivo upoštevati.
2 Karakteristike industrijskih omrežij
Industrijska omrežja lahko klasificiramo kot razdelilna
omrežja s topologijo omejenega obsega, ki združuje
različne napetostne nivoje. Navadno so večstransko
Prejet 20. maj, 2006
Odobren 22. september, 2006
Kerin, Bizjak, Žunko 298
napajana, bodisi iz prenosnega bodisi javnega
razdelilnega omrežja, in sicer prek transformatorjev na
odjemnih mestih. Transformatorji lahko obratujejo pri
različnih vrstah ozemljitve nevtralne točke. Ker je
neprekinjeno obratovanje v številnih industrijskih
procesih ključnega pomena, številna industrijska
omrežja obratujejo z izoliranim zvezdiščem
transformatorjev. Število napajalnih dovodov je odvisno
od velikosti omrežja in zahtev po zanesljivosti
napajanja, tako da imajo tovrstna omrežja v praksi
največkrat vsaj dve neodvisno napajani odjemni mesti.
V povprečju je priključna moč industrijskih omrežij od
250 kVA do 100 MVA, v izrednih primerih tudi več,
notranji napetostni nivoji pa so od 0,4 kV do 110 kV.
Pri oblikovanju odjemne karakteristike prevladujejo
predvsem številčni asinhroni pogoni in variabilna
bremena, ki so povezana s specifičnimi proizvodnimi
postopki (na primer elektrolizo). Nekatera omrežja
imajo zaradi specifičnosti bremen, industrijskih
postopkov ali ugodne lokacije tudi možnost lastne
proizvodnje električne energije. Proizvodnja je
največkrat prisotna v procesu kogeneracije z drugimi
tehnološkimi mediji in redkeje v smislu samostojnih
proizvodnih enot, v obliki manjših elektrarn. Čeravno
tovrstna lastna proizvodnja v povprečju ne presega 30%
celotne porabe električne energije določenega
elektroenergetskega objekta, mu še vedno omogoča vsaj
delno avtonomnost, predvsem v času nenapovedanih
izpadov zunanjega napajanja. V omrežjih, kjer takšna
lastna proizvodnja električne energije ni mogoča,
avtonomnost dosežemo z vgradnjo rezervnih
proizvodnih enot. V ta namen se uporabljajo predvsem
dizelski agregati velikih moči, ki jih zaganjamo po
potrebi.
Topološke razsežnosti industrijskih omrežij so
različne. Če se omrežja nahajajo v urbanem okolju, so
manjša, strnjena in v celoti kabelska, medtem ko so v
odprtih okoljih večja, obsežnejša ter tako kabelska kot
tudi nadzemna. Geografsko obsegajo do nekaj hektarov
velika območja, pri čemer je lahko skupna dolžina
internih povezav tudi nekaj deset kilometrov. Zaradi
različnih napetostnih nivojev, sposobnosti hitrega
prilagajanja dinamiki delovnih procesov in
zagotavljanja neprekinjenega napajanja prioritetnih
bremen je značilnost industrijskih omrežij tudi
kompleksna struktura.
3 Obratovalna stanja industrijskih omrežij
Obratovanje industrijskih omrežij je zelo raznoliko.
Proizvodnja posameznih industrijskih panog temelji na
uporabi specifičnih strojev in naprav, ki omrežje
obremenjujejo skladno z njihovimi obratovalnimi
karakteristikami. Njihovi upravljavci se tako vsak dan
srečujejo z individualnimi problemi ohranjanja
zanesljivosti obratovanja, pri čemer velja poudariti
predvsem ohranitev kontinuitete obratovanja prioritetnih
tehnoloških procesov. Zaradi naraščajočega števila
elektronsko reguliranih naprav je poleg zanesljivosti
napajanja v ospredju tudi vprašanje kakovosti električne
energije. Ker so industrijska omrežja na splošno lokalno
zaprti sistemi, je medsebojni vpliv priključenih
porabnikov nemogoče zanemariti. Še posebno je
tovrstna problematika izrazita tam, kjer izvajanje
zahtevnih industrijskih procesov poteka hkrati z
obratovanjem električno občutljivih elektronskih
naprav.
Obratovanje industrijskih omrežij je na splošno
analogno obratovanju javnih omrežij. Dinamika
sprememb obratovanja je izrazita, vseskozi so prisotne
motnje zunanjega ali notranjega izvora, prisotno je
dnevno izvajanje stikalnih manevrov in prilagajanje
topologije omrežja trenutnim razmeram. Nasprotno pa
je obratovanje industrijskih omrežij zaradi planskega
dela večinoma predvidljivo. Izjeme nastanejo le pri
prehodnih motnjah iz naslova kakovosti električne
energije ali pri defektnih stanjih. V smislu nazornejšega
delitve razmer smo različna obratovalna stanja
industrijskih omrežij uvrstili v tri skupine: normalno
obratovalno stanje, obratovanje v času motenj in
obratovanje v času defektnih stanj (glej poglavje 4, tretji
odstavek).
Normalno obratovalno stanje industrijskega omrežja
definiramo kot stanje, ko obratovanje postroja poteka
skladno s predvidenim planom. Definiramo ga na
podlagi vsakdanjih obratovalnih razmer, v katerih
zajamemo tudi manjša nihanja napetosti, harmonike,
fliker in morebitno fazno nesimetrijo oziroma vse tiste
pojave, ki so v industrijskih omrežjih vseskozi prisotni
in kratkoročno ne povzročijo defektnih stanj omrežja.
Obratovanje v času motenj definiramo kot
obratovalno stanje, v katero poleg razmer normalnega
obratovanja vključimo še prehodne pojave, ki že lahko
povzročijo defektna stanja omrežja. V to obratovalno
stanje poleg trajnih pojavov spadajo še večja nihanja
napetosti in druge oscilacije, ki navadno nastanejo kot
posledica zagonov bodisi večjih motorjev, vklopov ali
izklopov kompenzacijskih naprav, trenutnih
preobremenitev ali motenj v javnem omrežju.
Obratovanje v času defektnih stanj industrijskega
omrežja definiramo kot obratovanje v času kritičnih
okvar. Tovrstne okvare so največkrat različni kratki
stiki, atmosferska praznjenja ali izpadi zunanjega
napajanja. Okvare neposredno vplivajo na obratovalne
razmere v omrežju. Povzročijo delovanje zaščitnih
elementov in s tem prerazporeditev pretokov moči, v
izrednih primerih pa tudi prehod v otočno obratovanje.
4 Analiza obratovanja industrijskih
omrežij
Analize obratovalnih stanj industrijskih omrežij so
lahko s pomočjo merilnih naprav, simulacijskih orodij
in analitičnih postopkov zelo detajlne. Hkratna uporaba
Analiza industrijskih omrežij 299
več medsebojno neodvisnih metod omogoča zajem
obširnega nabora podatkov, ki vsebuje zapis o dinamiki
obratovanja in specifičnih lastnostih izbranega omrežja.
Zahtevnejše analize dejanskih omrežij s konkretno
izpostavljenimi obratovalnimi problemi so zaradi tega
sestavljene iz več sklopov različno osnovanih raziskav,
s katerimi ločeno obravnavamo enake obratovalne
razmere istega omrežja. Sklopi navadno obsegajo
izvedbo meritev na več lokacijah znotraj obravnavanega
omrežja, izdelavo modela omrežja in simulacije
obratovalnih razmer, primerjavo podatkov meritev in
simulacij ter dodatno ovrednotenje razmer na podlagi
primernih analitičnih postopkov.
Temelje raziskav obratovalnih stanj omrežij najbolje
predstavljajo podatkovne baze meritev karakterističnih
veličin, s katerimi je posneta dinamika obratovanja
dejanskega omrežja. Baze sestavljajo merilni podatki,
pridobljeni v premišljeno izbranih časovnih intervalih v
daljšem opazovanem obdobju. S strokovnim pregledom
merilnih rezultatov lahko poleg osnovnih značilnosti
obratovanja ugotovimo tudi parametre kakovosti
električne energije, šibka mesta omrežja in trend rasti ali
upada porabe energije. Zgolj rezultati meritev pa niso
vedno primerni za dolgoročno napoved porabe,
raziskovanje kritičnih stanj omrežja in ugotavljanje
vpliva modernizacije omrežja. V ta namen uporabimo
model omrežja, ki ga v smislu verodostojnosti umerimo
glede na razpoložljive podatke opravljenih meritev.
Merodajen model omrežja je primeren za analizo
poljubnih stanj omrežja. Pri analizah industrijskih
omrežij v modelu navadno simuliramo razmere, s
katerimi zajamemo več obratovalnih lastnosti omrežja
hkrati. Standardni nabor simulacij največkrat obsega
simulacije normalnega obratovalnega stanja, simulacije
razmer v času prehodnih okvar in simulacijo razmer v
času defektov. Če proučujemo morebitno modernizacijo
omrežja, nabor simulacij razširimo še s simulacijami
obratovalnih stanj v omrežju s spremenjenimi
lastnostmi. Rezultate simulacij vedno podamo v
numerični in grafični obliki, v odvisnosti od simuliranih
stanj pa lahko rezultate nekaterih simulacij primerjamo
tudi z dnevnim obratovanjem dejanskega omrežja.
Dodatno lahko karakteristike omrežja raziščemo tudi
z analitičnimi postopki in metodami. Uporabne so
predvsem za proučevanje pretokov moči stacionarnih
obratovalnih stanj in ugotavljanje maksimalnih
kratkostičnih moči in kratkostičnih tokov v primeru
kratkih stikov. Ker pa tovrstne metode navadno niso
primerne za velika kompleksna omrežja, njihova
izvedba namreč postane izredno dolgotrajna, jih
največkrat uporabimo le pri analizi manjših omrežij.
5 Model industrijskega omrežja
Primer analize omrežij smo izvedli na simulacijskem
modelu tipičnega industrijskega omrežja, ki združuje tri
napetostne nivoje: 35 kV, 6 kV in 0,4 kV. Omrežje ima
karakteristično topologijo z dvema napajalnima
transformatorjema s prestavo 35/6 kV, ki obratujeta pri
izoliranem zvezdišču. Enopolna shema modela omrežja
je prikazana na sliki 1. Osrednji del omrežja sta 6 kV
dvosistemski zbiralki, prek katerih so posredno ali
neposredno napajani vsi porabniki v omrežju.
Porabniško strukturo tvori 20 impedančnih bremen s
stalnim odjemom in 12 asinhronskih motorjev. Večina
impedančnih bremen je nizkonapetostna in se napajajo
prek transformacije 6/0,4 kV, medtem ko sta dve
bremeni 6 kV. Vsi asinhronski motorji obratujejo na
6 kV in imajo kvadratno odvisno bremensko
karakteristiko. Omrežje ima tudi lastno proizvodnjo
električne energije. Sestavljena je iz petih hidro in enega
parnega agregata, ki poleg električne energije proizvaja
tudi tehnološko paro. Skupna dolžina kabelskih in
nadzemnih povezav vseh treh napetostnih nivojev je
9,7 km oziroma 12 km. Maksimalna moč odjema je
11 MW, maksimalna moč lastne generacije je 8 MW in
maksimalna kompenzacija jalove moči 6 MVAr.
Slika 1: Model tipičnega industrijskega omrežja
Figure 1: Model of a typical industrial power system
6 Analiza obratovanja modela omrežja
V modelu omrežja smo za prikaz postopkov analize
simulirali izbrana obratovalna stanja:
1. normalno obratovalno stanje,
2. enopolni zemeljski stik in tripolni kratki stik,
3. prehod v otočno obratovanje in
4. zagon motorjev.
V obravnavi posameznega primera smo podali
klasifikacijo in osnovne smernice za izvedbo analiz
posameznih obratovalnih stanj ter jih zaključili s kratko
analizo simuliranih razmer na modelu omrežja.
6.1 Pretoki moči in napetostne razmere v
normalnem obratovalnem stanju
Normalno obratovalno stanje omrežja definiramo kot
stanje, v katerem je izpolnjeno ravnovesje pretokov
moči, zahtevane napetostne razmere in obratovanje
porabnikov v skladu z obratovalnim načrtom. Omrežje
takrat obratuje v določeni obratovalni točki in s stalnim
odjemom. Tako opisano stanje omrežja lahko
poenostavljeno definiramo tudi kot stacionarno
Kerin, Bizjak, Žunko 300
obratovalno stanje in velja le za trenutno obravnavano
konfiguracijo omrežja. V tem primeru razmere v
omrežju obravnavamo na podlagi izračunov
stacionarnih pretokov moči in napetosti v posameznih
vozliščih.
V praksi je izračun in raziskava stacionarnih razmer
največkrat uporabljen postopek pri analizi omrežij.
Kljub nezahtevni izvedbi namreč nudi detajlen vpogled
v vsakdanje obratovanje omrežja. S pregledom
rezultatov tovrstnih analiz na preprost način ugotovimo
električno najbolj obremenjena vozlišča omrežja,
maksimalne padce napetosti in smeri pretokov moči
oziroma vse izstopajoče lastnosti omrežja v nekem
obratovalnem stanju. Rezultati so na voljo v numerični
obliki in jih največkrat predstavimo s tabelami, iz
katerih so razvidni tudi podatki o napetostnih nivojih
omrežja, številu in vrsti priključenih elementov, skupni
moči odjema ter moči morebitne lastne proizvodnje.
Konfiguracija normalnega obratovalnega stanja
obravnavanega modela omrežja je določena s
povezavami prikazanimi na sliki 1. Z izračunom
stacionarnih razmer ugotovimo, da napetosti v vozliščih
omrežja ustrezajo zahtevam, določenim s kakovostjo
električne energije [2]. Najnižja napetost je 0,975 pu na
zbiralki 6 (Zb6). Celoten odjem omrežja je 9,72 MW in
1,75 MVAr, pri čemer ocenjene izgube pomenijo 0,3%.
Del odjema pokrijemo z generatorji lastne proizvodnje
(4,28 MW). Napetostne razmere posameznih vozlišč so
podane v tabeli 1.
Vozlišče Un
[kV]
U
[p.u.]
odjem
[MW] / [MVAr]
Št.
odvodov
Zb1 6 0,978 6,78 / 0,55 3
Zb2 6 0,978 4,27 / 1,7 3
Zb3 6 0,977 6,45 / 4,41 20
Zb4 6 0,977 0,32 / 0,11 1
Zb5 6 0,978 0,042 / 0,032 1
Zb6 6 0,975 1,49 / 0,71 6
Zb7 6 0,976 0,45 / 0,16 2
Zb8 6 0,996 0,36 / 0,32 2
Dovod 35 1,000 5,45 / 0,045 2
Tabela 1: Izračun pretokov moči in napetosti
Table 1: Load flow calculation results
6.2 Razmere v času kratkih stikov
Z analizo kratkostičnih razmer podamo upravljavcu
omrežja karakteristične lastnosti odziva omrežja pri
različnih kratkih stikih (k.s.). Zato zajamemo vrsto k.s.,
ki so v obravnavanem omrežju pogost pojav in imajo
posredno največje ekonomske posledice ter morebitne
spremljajoče pojave, ki so značilni za omrežja z
določeno strukturo [3]. Ker so k.s. časovno odvisni
pojavi, je rezultate analize smiselno predstaviti tako
numerično kot grafično, pri čemer pri prvih še posebej
poudarimo maksimalne vrednosti opazovanih veličin.
Diagrame izberemo v smislu najboljšega prikaza
dinamike celotnega prehodnega pojava, pri čemer je
priporočljivo podati napetostne razmere na
izpostavljenih vozliščih, nihanja v obratovanju strojev,
dinamiko kratkostičnega toka in pretokov moči. Pri
obravnavi enopolnih zemeljskih stikov, dvopolnih
stikov in dvopolnih zemeljskih stikov je veličine
smiselno prikazati s trenutnimi vrednostmi, medtem ko
pri analizah tripolnih kratkih stikov uporabimo prikaz
na podlagi efektivnih vrednosti.
Kratki stiki so pogosti v elektroenergetskih
omrežjih. Čeprav sta gostota in vrsta kratkih stikov
odvisni od številnih parametrov, številne izkušnje in
študije, s področja proučevanja tovrstnih okvar,
poudarjajo enopolni zemeljski stik (e.z.s.) kot
najpogostejšo vrsto kratkega stika ter tripolni kratki stik
(t.k.s.) kot najneugodnejšo vrsto kratkega stika. Na tej
podlagi je omenjeni vrsti kratkih stikov smiselno izbrati
tudi kot osnovo raziskav kratkostičnih razmer v
industrijskih omrežjih. Vpliv kratkih stikov na razmere
v omrežju je odvisen predvsem od načina ozemljevanja
omrežij. V omrežjih z izoliranim zvezdiščem
transformatorjev, kot je to v našem primeru, e.z.s. ne
pomeni večje nevarnosti za omrežje. Pojavu sicer sledi
karakteristično povišanje napetosti zdravih faz na
približno nU⋅3 , vendar je zaradi izoliranega vozlišča
zemeljskotični tok majhen in ne preseže 15 A. Z
ustreznimi vezavami transformatorjev pa je obratovanje
omrežja kljub pojavu še vedno mogoče [4]. Zato večina
industrijskih omrežij še danes obratuje z izoliranimi
zvezdišči transformatorjev.
Nasprotno od e.z.s. pa t.k.s. povzroči znatnejšo
gmotno škodo in navadno tudi prekinitev obratovanja.
Še posebno to velja pri t.k.s. v glavnem napajalnem ali
razdelilnem vozlišču omrežja. V modelu omrežja t.k.s.
simuliramo na glavni zbiralki z oznako Zb1 (slika 1).
Kratek stik na izbrani lokaciji povzroči trenutni upad
napetosti v celotnem omrežju, zato je moteno
obratovanje vseh porabnikov, prav tako pa vpliva na
obratovanje povezanih generatorjev. Če t.k.s. ni dovolj
hitro odstranjen, lahko povzroči nekontrolirano
pospeševanje rotorjev generatorjev, ki se lahko konča s
prehodom obratovanja v nestabilno območje. V
obravnavnem primeru simuliramo t.k.s., ki traja 150 ms.
Napetostne razmere so podane na sliki 2.
Slika 2: Tripolni kratki stik na zbiralki Zb1
Figure 2: Three phase short circuit on node Zb1
Analiza industrijskih omrežij 301
Na sliki 2 je na prvem diagramu prikazan časovni potek
efektivne napetosti na okvarjeni zbiralki 1 (Zb1), na
drugem diagramu pa so prikazane napetostne razmere
na priključnem vozlišču električno najbližjega
generatorja G6. Poleg napetosti je prikazan tudi časovni
potek rotorskega kota generatorja. Iz karakteristike
slednjega je mogoče ugotoviti, da izbrana dolžina t.k.s.
ne pomeni nevarnosti za prehod v nestabilno
obratovanje.
6.3 Prehod v otočno obratovanje
Če lahko industrijska omrežja z lastno proizvodnjo
električne energije omogočijo neodvisno in nemoteno
napajanje dela odjema, velja da so sposobna zagotoviti
otočno obratovanje omrežja. Na splošno ima povezano
obratovanje industrijskega omrežja z javnim omrežjem
številne prednosti, zato je otočno obratovanje
industrijskih omrežij priporočljivo le v izrednih
primerih in ni pogost ukrep. Največkrat takšno
obratovanje nastane kot posledica defektnih stanj v
javnem omrežju ali v času planiranih vzdrževalnih del.
Analizo prehoda omrežja v otočno obratovanje
navadno sestavljajo ugotovitve več ločenih raziskav. Z
njimi zajamemo vzroke in pogoje za prehod v otočno
obratovanje, obratovalne lastnosti bremen in
generatorjev v času tovrstnih dinamičnih sprememb,
razmerje pretokov moči v otočnem obratovanju in
vrednosti časovnih parametrov prehoda. Dinamiko
dogodka dodatno spremljamo tudi na podlagi časovnih
sprememb frekvence in napetosti. Na podlagi oscilacij
frekvence določimo območje njene deviacije in čas,
potreben za vrnitev v standardno predpisane vrednosti,
na podlagi sprememb napetosti pa ugotavljamo
morebitno napetostno nestabilnost. V močno
obremenjenih omrežjih lahko namreč prehod v otočno
obratovanje povzroči napetostno nestabilnost v otoku. V
tem primeru ugotovimo vzroke za nestabilnost,
predlagamo smiselne rešitve in ukrepe ter jih z
dodatnimi simulacijami tudi preizkusimo. Rezultate
vseh simulacij in analize prehoda podamo z diagrami, iz
katerih je nazorno razvidna dinamika celotnega dogodka
oziroma prehodnega pojava.
Ker lahko defektna stanja v zunanjem omrežju
povzročijo dinamične pojave, ki jim sledi izklop
generatorjev lastne proizvodnje, mora biti prehod v
otočno obratovanje hiter in s stališča obratovanja
omrežja nezaznaven. V nekaterih primerih namreč že
sam prehod v otočno obratovanje povzroči prehodni
pojav, ki je lahko vzrok za težave v obratovanju
generatorjev oziroma bremen v otočnem delu omrežja.
Najdaljši dovoljeni čas prehoda je glede na
konstrukcijske lastnosti omrežij različen, na splošno pa
je omejen z mejo stabilnega obratovanja generatorjev.
Za izbrano konfiguracijo modela omrežja v otočnem
obratovanju je ugotovljena meja stabilnosti generatorjev
240 ms.
Simulacija prehoda na modelu omrežja v otočno
obratovanje obsega zaporedje več dogodkov. Začne se s
tripolnim kratkim stikom v javnem omrežju, ki povzroči
nezaželene spremembe v industrijskem omrežju in
prehod dela omrežja v otočno obratovanje. Otok tvorijo
bremena, priključena na zbiralki Zb 3 in Zb 6 ter
generatorji na zbiralkah Zb 6, Zb 8 in Zb 9. Skupna moč
odjema je 7,8 MW in 5,0 MVAr. Dinamika razmer v
času prehoda je prikazana na sliki 3.
Slika 3: Prehod v otočno obratovanje
Figure 3: Islanding of part of the power network model
Ob okvari napetost v celotnem omrežju najprej hipno
pade na približno 30% nazivne vrednosti (slika 3,
diagrama 1 in 2). Nato se ob razklopu sklopnega polja
in prehodu v otočno obratovanje napetost na zbiralki
Zb1 še dodatno zniža, medtem ko se napetostne razmere
v delu omrežja, ki je prešel v otočno obratovanje
začnejo normalizirati. Na zbiralki 2 (Zb2) napetost
ponovno doseže nazivno vrednost po 10 s. V otočnem
obratovanju frekvenco otoka vzdržujejo generatorji
lastne proizvodnje oziroma predvsem parni generator
G6. Frekvenca v času okvare in preklopa sklopnega
polja močno zaniha, vendar se po prehodu v otočno
obratovanje, po približno 11 s, ustali na vrednosti
49,5 Hz. Deviacija frekvence in napetosti v delu
omrežja v otočnem obratovanju je prikazana na
diagramu 3.
6.4 Zagon enega ali več motorjev
Analiza obratovanja motorjev spada v sklop obveznih
simulacij pri obravnavah industrijskih omrežij. Obsegati
mora skrajne primere v njihovem obratovanju in podati
njihov vpliv na razmere v preostalem omrežju. Dnevno
obratovanje različnih pogonskih strojev namreč močno
obremenjuje inštalacije industrijskih omrežij. Nenehno
prilagajanje obratovanja proizvodnim procesom
oziroma njihova regulacija v omrežju povzroča
napetostne oscilacije in nihanja pretokov moči, ki lahko
vplivajo tudi na obratovanje drugih elementov v
omrežju.
Kerin, Bizjak, Žunko 302
Največja nihanja povzročijo zagoni električnih
motorjev. Med zagonom motorji namreč iz omrežja
zahtevajo precej večji tok od nazivnega, ki je pretežno
induktiven. Takšnemu povečanju toka navadno sledi
karakteristični upad napetosti, ki lahko v slabo
konstruiranih omrežjih bodisi podaljša čas zagona
motorjev bodisi povzroči nepravilno delovanje
povezanih napetostno občutljivih naprav. Zato danes
zagone motorjev izvajamo posredno, tj. z omejevanjem
zagonskega toka. Kljub temu pa je s simulacijami še
vedno smiselno preveriti posledice morebitnih direktnih
zagonov enega ali več motorjev hkrati. S tovrstnim
preskusom lahko namreč ugotovimo specifične odzivne
lastnosti omrežja pri skočni spremembi obremenitve in
posledično nastala nihanja veličin.
Z analizo zagona motorjev ugotovimo maksimalni
zagonski tok izbranega števila motorjev, mejne
vrednosti deviacije napetosti, čas prehodnega pojava
veličin in končno obratovalno točko posameznega
motorja. S simulacijami lahko poleg numeričnih
rezultatov podamo še diagrame časovnega poteka
priključne napetosti in toka, morebitna deviacijo
frekvence in trenutne spremembe vrtljajev motorjev.
V obravnavanem omrežju simuliramo razmere pri
zagonu dveh motorjev priključenih na 6 kV zbiralko
Zb 3. Pri simulacijah zagona izhajamo iz normalnega
obratovalnega stanja omrežja, ki obratuje brez dveh
izbranih motorjev. Med simulacijo nato motorja
povežemo z omrežjem in s tem izvedemo direkten
zagon. Zagon spremljamo z opazovanjem vrtljajev
motorja, potekom zagonskega toka in napetosti na
priključnem vozlišču ter deviacijo frekvence. Razmere
ob zagonu so prikazane na sliki 4.
Slika 4: Zagon motorjev na zbiralki 3 (Zb3)
Figure 4: Startup of two 6kV motors on node Zb3
Z analizo razmer ugotovimo, da v obravnavanem
omrežju direkten zagon motorjev ne povzroči bistvene
spremembe obratovalnih razmer. Opazimo manjši upad
napetosti na priključni zbiralki in pričakovano
povečanje napajalnega toka. Zagon ne povzroči večjih
odstopanj v zahtevani kakovosti električne energije in
tako ne pomeni nevarnosti za ohranitev obratovalnih
razmer omrežja.
7 Sklep
Analize industrijskih omrežij ni mogoče standardizirati.
Zaradi raznolikosti topologije, porabniške strukture in
režimov obratovanja je treba posamezno industrijsko
omrežje obravnavati individualno, s poudarkom na
raziskavah specifičnih lastnosti omrežja. Vseeno pa je
na podlagi izkušenj mogoče podati smernice za tovrstne
raziskave, ki so lahko podlaga za izvedbo in prikaz
rezultatov analiz bodisi najpogostejših bodisi izrednih
stanj omrežij. V članku smo obravnavali le nekaj izmed
mnogih stanj podanega omrežja. Stanja smo na kratko
analizirali in končali s predlogi o načinu in končni
podobi izvedene analize. Podani primeri so najpogosteje
predmet analiz obratovanja industrijskih omrežij,
vsekakor pa jih je v vsakdanjih raziskavah treba
dopolniti še z analizami specifičnih obratovalnih stanj.
8 Literatura
[1] U. Kerin, ''Ocena dinamične sigurnosti s
simulacijskim programom NETOMAC'',
Diplomsko delo, Fakulteta za elektrotehniko,
September 2004
[2] SIST EN 50160:2000 "Značilnosti napetosti v
javnih razdelilnih omrežjih", standard.
[3] U. Kerin, G. Bizjak, P. Žunko ''Intermitirajoči
zemeljski stik v razdelilnih SVN omrežjih'',
prispevek na konferenci, ERK, September 2005
[4] J. M. Nahman, "Uzemljenje neutralne tačke
distributivnih mreža", Naučna knjiga Beograd
1980, pp 53-86.
Uroš Kerin je diplomiral na Fakulteti za elektrotehniko v
Ljubljani (2004). Kot mladi raziskovalec je zaposlen v
Laboratoriju za električna omrežja in naprave. Njegova
področja raziskav obsegajo analizo in optimizacijo omrežij,
dinamiko prehodnih stanj in kakovost električne energije v
razdelilnih in prenosnih omrežjih.
Grega Bizjak je diplomiral, magistriral in doktoriral na
Fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani (v letih 1990, 1993 in
1997). Njegovo raziskovalno področje zajema modeliranje
elementov elektroenergetskega sistema za potrebe digitalne
simulacije s poudarkom na stikalnih aparatih ter simulacije
prehodnih pojavov v industrijskih omrežjih.
Peter Žunko je diplomiral, magistriral in doktoriral na
Fakulteti za elektrotehniko v Ljubljani (v letih 1965, 1974 in
1978). Leta 1990 je postal redni profesor na Katedri za
elektroenergetske sisteme in naprave. Njegovo raziskovalno
delo zajema naprave za transformacijo in prenos električne
energije, stikalno tehniko in analizo prehodnih pojavov v
normalnih in defektnih stanjih v električnih omrežjih