Elektroenergetska omrežja in naprave I . Elektroenergetsko omrežje

1. Elektroenergetska omrežja in napraveI. Elektroenergetsko omrežje Boštjan Blažič bostjan.blazic@fe.uni-lj.si leon.fe.uni-lj.si 01 4768 414 Ljubljana, 2013

2. 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: ‘Warofcurrents’) • Edison (GE): enosmerni sistem • Tesla in Westinghouse: izmenični sistem EON

3. 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 • 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

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

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

6. 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

7. 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

8. Razvoj VN omrežja na območju nekdanje Jugoslavije EEO

9. Prenosno omrežje Slovenije (operater ELES) EON

10. Prenosno omrežje Slovenije – izmenjava s sosednjimi državami EON

11. ENTSO-E • EuropeanNetworkofTransmissionSystemOperatorsforElectricity • Sinhrone cone • kontinentalna Evropa • Nordic • Baltic • Velika Britanija • Irska in S. Irska EON

12. 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 • Struktura • zazankano • radialno EON

13. Struktura elektroenergetskega sistema EON

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

15. 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 Točkasto obremenjeni vodi Vodi z obremenitvijo na koncu EON

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

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

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

19. 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) EON

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

21. 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

22. Ozemljevanje omrežij • Oznake: T (terra), N (neutral), I (isolated), S (separated), C (combined) TN-S TN-C TN-C-S TT IT EON

23. Ozemljevanje omrežij • Tipične vezave transformatorjev prenosnega in distribucijskega omrežja EON