1 i 2. strana.qxp

Transcription

1 i 2. strana.qxp

Sadràj
ELEKTROPRIVREDA, GODINA LXIV, BROJ 3, 2011.
Godina
Year
LXIV
Jul-Septembar
July-September
Broj
No.
Strana
Page
Sadràj
3
Content
Gojko B. Dotli}
UVODNA RE^ 196 INTRODUCTION WORD
Du{an S. Joksimovi},
Zoran N. ]iri}, \or|e M. Stoji},
Nemanja S. Miloj~i}, Du{an B. Arnautovi} i Dragan S. Petrovi}
PARAMETRI POBUDNIH SISTEMA 198 EXCITATION SYSTEM PARAMETERS
êdomir V. Pono}ko,
Milutin V. Jankovi}, Slobodan V. Kati} i Marko P. Markovi}
CELISHODNOST POPRAVKE INTERKONEKTIVNIH
INTERCONNECTION AUTO-TRANSFORMER
AUTOTRANSFORMATORA SA STANOVI[TA
207
EKSPLOATACIONOG VEKA
REPAIR FEASIBILITY FROM
THE OPERATION LIFE ASPECT
Ivan D. Mili}evi},
Marko P. Markovi} i Goran M. Raleti}
ISPITIVANJE METALOKSIDNIH ODVODNIKA PRENAPONA
TESTING OF METAL-OXIDE SURGE ARRESTERS
NA TERENU
214
IN THE FIELD
Vesna S. Kugli Nikoli} i \or|e M. Gli{i}
KONSTRUKCIJA KABLA ZA PLITKO POLAGANJE 221 SHALLOW ROUTED CABLE STRUCTURE
Dragoslav A. Leli},
Ivan M. Milanov i Du{an M. Radoj~i}
PROMENA PRISTUPA U PROJEKTOVANJU NADZEMNIH
THE CHANGE IN HV OVERHEAD LINE DESIGNING
VODOVA VISOKOG NAPONA U ZONAMA POVE]ANE
OSETLJIVOSTI USLED NOVOG PRAVILNIKA O GRANICAMA
227
IZLAGANJA NEJONIZUJU]IM ZRA~ENJIMA
APPROACH IN THE INCREASED SENSITIVITY ZONES
BASED ON THE NEW UN-IONISING RADIATION S
OURCES EXPOSURE LIMITS RULES
Stanko P. Jankovi} i Dragutin D. Salamon
UTICAJ ZEMLJOVODNOG UZETA U PRORAÛNU STRUJE
GROUND WIRE IMPACT IN THE PHASE-TO-CURRENT FAULT
JEDNOPOLNOG ZEMLJOSPOJA
235
CALCULATION
Slobodan N. Vukosavi} i @eljko V. Despotovi}
ISKUSTVA U EKSPLOATACIJI HIBRIDNOG NAPAJANJA
EXPERIENCE WITH THE HYBRID ELECTROSTATIC
ELEKTROSTATI^KIH IZDVAJAÂ NA TE „MORAVA”
241
PRECIPITATOR POWER SUPPLY IN THE MORAVA TPP
Desimir B. Triji}
ANALIZA RADA DIFERENCIJALNE ZA[TITE TRANSFORMATORA
EXPERIENCE WITH THE HYBRID ELECTROSTATIC
U POGONU KOJI NAPAJA ELEKTROLU^NE PE]I
250
PRECIPITATOR POWER SUPPLY IN THE MORAVA TPP
Impresum
@eljko R. \uri{i},
Branislav I. \uki}, Nenad N. [ijakovi},
Dragan T. Balkoski, Dejana J. Popovi} Milovanovi}
ANALIZA KARAKTERISTIKA VETRA
U JU@NOM BANATU I
USLOVI INTEGRACIJE VETROELEKTRANA
U ELEKTROENERGETSKOM SISTEMU SRBIJE
256
ANALISYS OF WIND CHARACTERISTICS
IN THE SOUTH BANAT REGION AND
CONDITIONS ASSOCIATED WITH WIND POWER
INTEGRATION IN THE SERBIAN POWER SYSTEM
Goran S. Jakupovi},
Ninel V. ûkalevski, Ljubi{a M. Mihailovi}, Zvezdan N. Kara},
Nemanja D. Samardì}, Nikola M. Obradovi} i Mirela M. \ur|evi}
UVO\ENJE TERMOAGREGATA IZ TENT A U SISTEM
NIKOLA TESLA A TPP INTRODUCTION OF TERMAL POWER
SEKUNDARNE REGULACIJE FREKVENCIJE I 271 PLANT „NIKOLA TESLA A” INTO THE AUTOMATIC
SNAGE RAZMENE (LFC)
GENERATION CONTROL (AGC) SYSTEM
Mi}o V. Olja~a,
Sneàna I. Ilja~a, Mirko M. Nedi}, Kosta B. Gligorevi},
Aleksandra A. ânak Nedi}, Marjan M. Dolen{ek
RACIONALIZACIJA SAVREMENIH RE[ENJA
RATIONALISATION OF MODERN BIOMASS
KORI[]ENJA BIOMASE U DOMA]INSTVIMA 279 USAGE SOLUTIONS IN HOUSEHOLDS
Zoran N. Stojanovi} i Zlatan M. Stojkovi}
PROCENA STANJA METALOKSIDNOG ODVODNIKA
EVALUATION OF METAL-OXIDE SURGE ARRESTER
PRENAPONA PRIMENOM HARMONIJSKE ANALIZE 287 CONDITION USING THE HARMONIC ANALYSIS
STRUJE ODVO\ENJA PRI RADNOM NAPONU MRE@E
OF LEAKAGE CURRENT
Vladimir M. Jankovi},
Milo{ B. Mladenovi} i Dejan S. Stoj~evski
PRAKTI^NI ASPEKTI
PRACTICAL ASPECTS
SPAJANJA TR@I[TA ELEKTRI^NE ENERGIJE 296 OF ELECTRICITY MARKET COUPLING
Sa{a S. Mini},
Maja R. Markovi} i Milan V. Ivanovi}
SPECIFI^NOSTI ANALIZE MOGU]NOSTI
SPECIFIC CHARACTERISTICS
PRIKLJUÊNJA VETROPARKOVA 303 OF WIND FARM CONNECTION POTENTIAL ANALYSIS
NA DISTRIBUTIVNU MRE@U
TO THE DISTRIBUTION NETWORK
Radovan Lj. Radosavljevi},
Milo{ R. Zdravkovi}, Bojan B. Cavri}, Koviljka \. Stankovi} i Aleksandra I. Vasi}
POVI[ENJE NIVOA [UMA KOD SOLARNIH ]ELIJA USLED
INCREASED NOISE LEVEL IN SOLAR CELLS CAUSED BY THE
POVI[ENJA TEMPERATURE I RADIJACIONIH O[TE]ENJA 311 INCREASED TEMPERATURE AND RADIATION DAMAGE
Bojan V. Milinkovi},
Jasmina S. Mandi} Luki} i Maja M. Stefanovi} Glu{ac
TELEKOMUNIKACIONE VEZE DRINSKO-LIMSKIH
COMMUNICATION LINKS OF „DRINSKO-LIMSKE”
317 HYDROPOWER PLANTS
HIDROELEKTRANA
Milun J. Babi}
Prikaz monografije
Book summary
ENERGETIKA SRBIJE – 323 SERBIAN ENERGY SECTOR –
JUÊ, DANAS I SUTRA
YESTERDAY, TODAY AND TOMORROW
Sadràj
IZDAVA^:
JP ELEKTROPRIVREDA SRBIJE
11 000 Beograd, Carice Milice 2
Telefon: 011/3952-380
Telefaks: 011/3972-967
Elektronska prezentacija: www.eps.co.rs;
Elektronska po{ta: [email protected]
ZA IZDAVAÂ:
PUBLISHER:
SERBIA ELECTRIC POWER INDUSTRY
11 000 Beograd, Carice Milice 2
Telefon: +381 11/3952-380
Telefaks: +381 11/3972-967
www.eps.co.rs;
E-mail: [email protected]
PUBLISHER’S REPREZANTIVE:
GENERALNI DIREKTOR
DRAGOMIR S. MARKOVI], dipl. in`. ma{.
GENERAL MENADZER
DRAGOMIR M. MARKOVI], B. Mech. Ing.
GLAVNI UREDNIK
Branislav A. Bo{kovi}, dipl. in`. el.
CHIEF EDITOR
Branislav A. Bo{kovi}, B. El. Ing.
IZDAVA^KI SAVET (PUBLISHING COUNCIL)
Branislav A. Bo{kovi}, dipl. in`. el., predsednik (prezident),
Prof. dr Dragutin D. Salamon, Elektrotehni~ki fakultet Univerziteta u Beogradu, ~lan (member),
Dr Slobodan V. \eki}, dipl. in`. ma{., JP „Elektroprivreda Srbije”, ~lan (member),
Dr Slavoljub V. Luki}, dipl. in`. el., JP „Elektroprivreda Srbije”, ~lan (member),
Mr Gojko B. Dotli}, dipl. in`. el., „Elektromreà Srbije”, ~lan (member),
Mr Vladan M. Radulovi}, dipl. in`. el., AD Prenos-Podgorica, ~lan (member),
Vladimir S. Vujovi}, dipl. in`. el., „Elektroprivreda Crne Gore” AD, ~lan (member),
Dragutin D. Martinovi}, dipl. in`. el., „Regulatorna agencija za energetiku”, ~lan (member).
REDAKCIONI ODBOR (EDITORIAL BOARD)
Prof. dr Dragutin D. Salamon, Elektrotehni~ki fakultet Univerziteta u Beogradu, predsednik (president),
Mr Miroslav F. Markovi}, „Elektroprivreda Crne Gore” AD, zamenik predsednika (deputy resident),
Prof. dr Marko V. Iveti}, Gra|evinski fakultet Univerziteta u Beogradu, ~lan (member),
Prof. dr Ne{o A. Miju{kovi}, JP „Elektromreà Srbije”, ~lan (member),
Prof. dr Vladimir I. Pavlovi}, Rudarsko-geolo{ki fakultet Univerziteta u Beogradu, ~lan (member),
Prof. dr Milan V. Petrovi}, Ma{inski fakultet Univerziteta u Beogradu, ~lan (member),
Prof. dr Jadranka S. Radovi}, Elektrotehni~ki fakultet Univerzitet Crne Gore, ~lan (member),
Prof. dr Vladimir C. Strezoski, Fakultet tehni~kih nauka Univerziteta u Novom Sadu, ~lan (member),
Vanr. prof. dr Sa{a M. Stojkovi}, Tehni~ki fakultet â~ak Univerziteta u Kragujevcu, ~lan (member),
Dr Petar I. Vukelja, Elektrotehni~ki institut „Nikola Tesla”, ~lan (member),
Dr Veselin N. Ili}, AD Prenos-Podgorica, ~lan (member),
Dr Dragoslav M. Peri}, JP „Elektromreà Srbije”, ~lan (member),
Dr Du{ko Z. Tubi}, JP „Elektromreà Srbije”, ~lan (member),
Dr Ninel V. ûkalevski, Institut „Mihailo Pupin”, ~lan (member),
Mr Bo{ko P. Bogeti}, „Elektroprivreda Crne Gore” AD, ~lan (member),
Mr Vladimir M. Jankovi}, JP „Elektromreà Srbije”, ~lan (member),
Mr Milanko R. Koruga, „Elektroprivreda Crne Gore” AD, ~lan (member),
Mr Predrag M. Mijajlovi}, AD Prenos-Podgorica, ~lan (member),
Mr Aleksandra A. ânak-Nedi}, dipl. in`., JP „Elektroprivreda Srbije”, ~lan (member),
Mr Velimir Lj. Strugar, „Elektroprivreda Crne Gore” AD, ~lan (member),
Milan M. Mirosavljevi}, dipl. in`. el., JP „Elektroprivreda Srbije”, ~lan (member),
Vojislav S. [kundri}, dipl. in`. el., JP „Elektroprivreda Srbije”, ~lan (member).
LEKTOR (LINGUISTIC REVIEW)
Mr Branislava M. Markovi}, dipl. filolog.
PREVODILAC (TRANSLATION)
Sr|an M. Bugari} dipl. prof., JP „Elektroprivreda Srbije”
LIKOVNA PRIPREMA KORICA (COVER DESIGN)
Svetlana D. Petrovi}, dipl. dizajner grafike, JP „Elektroprivreda Srbije”
âsopis „Elektroprivreda” izlazi kvartalno.
The „Elektroprivreda” journal is issued quarterly.
Prelom teksta: Agencija „Negativ”, 11 070 Novi Beograd, Ismeta Mujezinovi}a 20 a
Layout and design: Agencija „Negativ”, 11 070 Novi Beograd, Ismeta Mujezinovi}a 20 a
[tampa: „ûgura print” d.o.o., 11 070 Novi Beograd, Partizanske avijacije 3
Printed by: „ûgura print” d.o.o., 11 070 Novi Beograd, Partizanske avijacije 3
Tira`: 800 primeraka
Circulation: 800 copies
Dotli} B. Gojko: Uvodna re~
ELEKTROPRIVREDA, GODINA LXIV, BROJ 3, 2011, 196–197
196
Uvodna re~
Po{tovani ~itaoci,
Srpski nacionalni komitet Me|unarodnog saveta za velike elektri~ne mreè – CIGRE Srbija odrào
je svoje jubilarno, 30. savetovanje na Zlatiboru, u
periodu od 29. maja do 3. juna 2011. Ove godine,
CIGRE slave 90 godina postojanja, i 60 godina rada u Jugoslaviji i Srbiji. CIGRE Srbija je tim povodom izdala Antologiju tekstova iz priloga, monografija i dokumenata, koja pored istorije JUKO CIGRE
prikazuje i rad CIGRE Srbija do dana{njeg dana.
Jubilarno 30. savetovanje imalo je za cilj da
stru~noj javnosti predstavi najnovija tehni~ka znanja
i iskustva iz oblasti proizvodnje, distribucije i potro{nje elektri~ne energije.
Na jubilarnom 30. savetovanju okupilo se preko
1 000 stru~nih i nau~nih radnika i poslovnih ljudi iz
elektroprivrednih kompanija, elektroindustrije, instituta, projektantskih, konsultantskih, nau~noistraìva~kih organizacija i fakulteta iz Srbije, Republike
Srpske i zemalja iz okruènja. Stru~ni izvestioci i
autori predstavili su oko 200 referata na preferencijalne teme, koje je definisalo 16 studijskih komiteta.
U~esnici Savetovanja imali su mogu}nost da u
diskusijama vo|enim po plenarnim sednicama
16 studijskih komiteta daju svoj doprinos re{avanju
aktuelnih problema u elektroenergetskom sektoru.
Studijski komiteti su izabrali najzapaènije referate
o kojima je vo|ena diskusija, na osnovu koje su formirani zaklju~ci koji }e biti smernice za budu}i rad
na aktuelnim temama u elektroenergetskom sektoru.
Pored stru~nih sadràja, na 30. savetovanju je
bila organizovana i tehni~ka izlo`ba EXPO 2011,
koja je ilustrovala teme iz oblasti Savetovanja i pruìla priliku proizvo|a~koj delatnosti i uslu`nim organizacijama da se sa najnovijim dostignu}ima
predstave {irokoj javnosti.
Dear readers,
The Serbian National Committee of the International Council on Large Electric Systems - CIGRE
held its 30th Jubilee Conference on the Zlatibor Mountain, between 29 May and 3 June 2011. This year,
CIGRE celebrates its 90 years of existence and 60
years in Yugoslavia and Serbia. CIGRE Serbia has
on this occasion issued an Anthology describing the
CIGRE Serbia activities to date, in addition to the
JUKO CIGRE history.
The 30th Jubilee Conference targeted the presentation of the latest technical know-how and
experience from the field of electricity generation,
distribution and consumption.
The 30th Jubilee Conference gathered over
1.000 experts, scientists and businessmen coming
from power utilities, power industry, institutes, design, consultancy, scientific-research originations
and faculties from Serbia, Republic of Srpska and
the neighbouring countries. Participants and authors
have presented some 200 papers on the preferential
topics defined by the 16 study committees.
The Conference participants were able to contribute to the discussions led on the plenary sessions
of the 16 study committees, thus providing their input to the resolution of the current power sector issues. Study committees have selected the most
noteworthy papers used as the basis for the discussions. Conclusions stemming out of the discussions
will serve as guidelines for the future elaboration of
these topics within the power sector.
In addition to the technical programme, the 30th
Conference also involved a technical exhibition EXPO 2011. It illustrated the Conference topics and
offered the opportunity for the manufacturing and
Kontakt sa autorom preko elektronske adrese: [email protected]
Dotli} B. Gojko: Uvodna re~
197
Gost 30. savetovanja bio je gospodin François
Meslier, generalni sekretar CIGRE Paris, koji je na
sve~anom otvaranju odrào predavanje.
Sa zadovoljstvom moèmo da konstatujemo da
je jubilarno 30. savetovanje ispunilo o~ekivanja u
svakom pogledu, i uspelo da sa~uva kvalitet na koji
su na{i ~lanovi navikli, bez obzira na trenutnu ekonomsku situaciju.
Na samom kraju moram da iskoristim priliku i
jo{ jednom zahvalim svim sponzorima, kolektivnim
i individualnim ~lanovima i u~esnicima, koji su svojim prisustvom i zalaganjem omogu}ili da se Savetovanje odrì.
service companies and organisations to present their latest achievements to a wider public.
Mr. François Meslier, CIGRE Paris general
secretary, was a guest of the 30th Conference. Mr.
Meslier gave a presentation at the official Conference opening.
We are pleased to conclude that the 30th Jubilee
Conference has met all of the expectations and managed to preserve its usual quality, regardless of the
current economic situation.
Finally, I use this opportunity to thank all the
sponsors, collective and individual members and
participants for making this Conference possible
with their presence and immense efforts.
Predsednik CIGRE Srbija
mr Gojko Dotli}
CIGRE Serbia president
Gojko Dotlic, M.Sc.
Joksimovi} S. Du{an i ostali: Parametri pobudnih sistema
198
Parametri pobudnih sistema
Du{an S. Joksimovi}1, Zoran N. ]iri}1, \or|e M. Stoji}1,
Nemanja S. Miloj~i}1, Du{an B. Arnautovi}1 i Dragan S. Petrovi}2
1
Elektrotehni~ki Institut „Nikola Tesla”, Univerzitet u Beogradu, Koste Glavini}a 8a, 11 000 Beograd, Srbija
2
Elektrotehni~ki fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73, 11 000 Beograd, Srbija
Stru~ni rad
UDK: 621.311.22; 62-533.7
Rezime
U radu su prikazani: osnovni koncept savremenih pobudnih sistema, pregled funkcija i parametara sistema pobude, metodi za odre|ivanje parametara regulatora, odzivi sistema regulacije pobude dobijeni eksperimentalno i odzivi sistema dobijeni kori{}enjem ra~unarske simulacije na primeru termoelektrane „Kostolac B”.
Klju~ne re~i: sistem pobude, sinhroni generator, parametri, regulacija, simulacija
EXCITATION SYSTEM PARAMETERS
Abstract
his paper presents the following: the main modern excitation systems concept, review of excitation system functions and parameters, methods for voltage regulator parameters determination, excitation system
responses obtained experimentally and system responses obtained by computer simulation on the Kostolac
B TPP example.
Key words: Excitation system, synchronous generator, parameters, regulation, simulation
1. UVOD
Osnovne funkcije sistema pobude sinhronih generatora su napajanje pobudnog namotaja generatora i automatska regulacija statorskog napona generatora. Ta regulacija ne uti~e samo na statorski napon
ve} i na struju statora, reaktivnu snagu i faktor snage na krajevima ma{ine. Stoga parametri sistema
pobude moraju biti odabrani tako da sistem pobude
omogu}i pouzdan i stabilan rad generatora i u stacionarnim reìmima rada generatora i tokom prelaznih procesa. Na izbor parametara sistema pobude
presudan uticaj imaju generator i elektroenergetski
sistem na koji je generator povezan. Sistem regulacije pobude je pojam {iri od sistema pobude i obuKontakt sa autorom preko elektronske adrese: [email protected]
hvata pored sistema pobude i generator i elektroenergetski sistem. Sistem pobude sastoji se od energetskog i regulacionog dela. Energetski deo obuhvata
ure|aje preko kojih se napaja pobudni rotorski namotaj generatora. U okviru regulacionog dela realizovana je automatska regulacija napona generatora,
ali i niz drugih regulacionih, za{titnih, stabilizacionih, komandnih, mernih i signalizacionih funkcija.
Savremeni pobudni sistemi sa upravljanim tiristorskim pretvara~ima i digitalnim mikroprocesorskim
regulatorima uz dobro pode{ene parametre u potpunosti zadovoljavaju sve zahteve koje postavljaju generator i elektroenergetski sistem. Modelovanje elemenata sistema za regulaciju pobude i kori{}enje
ra~unarske simulacije olak{ava i ubrzava izbor para-
199
metara sistema pobude i odre|ivanje dinami~kih
performansi sistema regulacije pobude.
2. OSNOVNI KONCEPT SAVREMENIH
POBUDNIH SISTEMA
Savremeni pobudni sistemi sinhronih generatora su stati~kog samopobudnog tipa i napajaju pobudni namotaj generatora preko kliznih prstenova. Bazirani su na tiristorskim mostovima i digitalnim regulatorima i u zavisnosti od zahteva generatora i elektroenergetskog sistema pobude mogu imati sve ili
neke od navedenih funkcija:
– napajanje pobudnog namotaja (namotaja rotora)
sinhronog generatora iz tiristorskih mostova potrebnom pobudnom strujom u svim dozvoljenim
stacionarnim i prelaznim reìmima rada generatora u induktivnoj i kapacitivnoj oblasti;
– automatsku regulaciju napona statora prema zadatoj referentnoj vrednosti uz kompenzaciju po reaktivnom i aktivnom optere}enju;
– rezervnu regulaciju struje pobude prema zadatoj
referentnoj vrednosti;
– automatsko ograni~enje rada generatora u oblasti
dozvoljenih termi~kih naprezanja statora i rotora
prema pogonskoj karti realizovano preko limitera
pobude;
– brz odziv na male poreme}aje u sistemu u cilju pobolja{anja dinami~ke stabilnosti;
– forsiranje struje pobude sa zadatim koeficijentom
forsiranja pri sniènju napona na sabirnicama generatora usled velikih poreme}aja u sistemu u cilju pobolj{anja tranzijentne stabilnosti;
– prigu{enje elektromehani~kih oscilacija u elektroenergetskom sistemu.
Savremene pobudne sisteme odlikuje brz odziv,
visoko su pouzdani, imaju male gubitke, jednostavni su za upravljanje i odràvanje. Velika prednost
ovih sistema je i mogu}nost redundancije. Primena
digitalnih tehnologija i tiristorskih mostova omogu}ava da se redundancija realizuje i u upravlja~kom i
u energetskom delu sistema pobude. Na slici 1 prikazana je blok-{ema jednog savremenog dvokanalnog stati~kog sistema pobude.
3. ENERGETSKI PARAMETRI
Energetski parametri sistema pobude uveliko
zavise od konstrukcije generatora. U energetske parametre spadaju: nominalna pobudna struja, nomi-
Mre`ni
Mre
ni
prekida~
prekidaè
EES
VR1
VR1
Paljenje
Paljenje αá
tiristora
tiristora
1.
1. kanala
kanala
VR2
VR2
Paljenje
Paljenje
tiristora
tiristora
2.
2. kanala
kanala
BlokBlok
transformator
transformator
Regulator
Regulator 11
Regulator 22
Regulator
x6
x6
αá
x6
x6
Ug
Ug
Usinh1
Usinh1
If1
If1
Generatorski
Generatorski
prekida~
prekidaè
lgIg
Rastavlja~
Rastavljaè
Tiristorski most
Q1.2
Q1.2
Tiristorski
most
TM1
TM1
Pobudni
Pobudni
transformator
transformator
Rastavlja~
Rastavljaè
Q1.1
Q1.1
Brzo
razbu|ivanje
razbuðivanje
Prenaponska
Prenaponska
za{tita
zaštita
Nezavisan
Nezavisan
izvor
izvor
If2
If2
Po~etna
Poèetna
pobuda
pobuda
Generator
Generator
Usinh2
Usinh2
G
3~
Rastavlja~
Rastavljaè
Tiristorski most
Q2.2
Q2.2
Tiristorski
most
TM2
TM2
Slika 1. Blok-{ema stati~kog sistema pobude sa samopobudom
Rastavlja~
Rastavljaè
Q2.1
Q2.1
200
nalni pobudni napon, pobudna struja praznog hoda,
pobudni napon praznog hoda, nominalna struja sistema pobude, nominalni napon sistema pobude, plafonski napon, plafonska struja i vreme odziva. Svi
navedeni parametri su definisani u [1]. Nominalna
pobudna struja, nominalni pobudni napon, pobudna
struja praznog hoda, pobudni napon praznog hoda,
nominalna struja sistema pobude i nominalni napon
sistema pobude parametri su koji se odnose na trajne
reìme rada. Plafonski napon, plafonska struja i vreme odziva su parametri od kojih zavisi odziv sistema
pobude pri velikim poreme}ajima u elektroenergetskom sistemu i uti~u na tranzijentnu stabilnost generatora. Potrebne ovih vrednosti parametara koje treba da ima sistem pobude odre|uju se na osnovu analize tranzijentne stabilnosti sistema [2].
4. PARAMETRI REGULATORA POBUDE
4.1. Automatska regulacija
Osnovna funkcija automatske regulacije je odràvanje statorskog napona generatora na referentnoj
vrednosti. Tako|e, pomo}ne funkcije sistema pobude deluju preko automatske regulacije. Kod novijih
regulatora pobude sa tiristorskim mostovima automatska regulacija je zasnovana na PI upravlja~kom
zakonu. Upravljanjem nelinearnim procesom pomo}u linearnih regulatora dobija se razli~it kvalitet regulacije upravljanja u razli~itim radnim ta~kama.
Prilikom odre|ivanja parametara linearnog regulatora treba voditi ra~una kako parametri objekta upravljanja zavise od radne ta~ke, koja radna ta~ka je
najkriti~nija i s obzirom na nju odrediti parametre
regulatora, ~ime se osigurava stabilnost u svim radnim ta~kama. Najkriti~niji reìm rada sinhronog generatora je prazan hod. Budu}i da nema reakcije in-
V
VminL
minL
V
Vref
ref
+
VVmaxL
maxL
+ V
Verr
err
K
Kpp
K
Kii
ss
- -
dukta, u praznom hodu sinhroni generator ima najve}e vrednosti poja~anja i tranzijentne vremenske konstante. Dinamika sinhronog generatora u praznom
hodu moè se opisati prenosnom funkcijom prvog
reda sa poja~anjem KG i tranzijentnom vremenskom
konstantom praznog hoda generatora Td0’ [3]. Sistemi pobude sa stati~kim pretvara~em koji direktno
napaja pobudni namotaj generatora imaju zanemarljivo vremensko ka{njenje, pa se energetski deo pobudnog sistema moè predstaviti samo poja~anjem
KE. Kosinusna zavisnost izlaznog napona tiristorskog mosta od ugla paljenja tiristora moè se kompenzovati inverznom kosinusnom funkcijom izme|u izlaza regulatora i ugla paljenja [3]. Na taj na~in
je postignuto da poja~anje KE ne zavisi od ugla paljenja tiristora, odnosno tiristorski most postaje linearan element. Uobi~ajena struktura automatske regulacije sa PI regulatorom i generatorom u praznom
hodu prikazana je na slici 2.
Na blok-dijagramu prikazani su parametri automatskog regulatora. Za pode{avanje PI regulatora
moè se koristiti metod poni{tavanja polova. Metod
poni{tavanja polova koristi ~injenicu da se dinami~ki efekti pola poni{tavaju ako postoji nula u blizini
pola. PI regulator sadrì jedan pol i jednu nulu. Za
primenu metoda poni{tavanja polova potrebno je
podesiti poja~anja PI regulatora tako da nula regulatora poni{ti dominantan pol generatora. Na osnovu
prenosne funkcije sistema sa otvorenom povratnom
spregom napisane u obliku:
K
K P (s + I )
KP
GOL ( s ) = K G K E
(1)
1
Td' 0 s ( s + ' )
Td 0
moè se odrediti vrednost integralnog poja~anja regulatora da bi se postiglo poni{tavanje pola:
VVRmax
Rmax
+
V
VRR
+
PI
PI
VV/Hz
V/Hz
VVRmin
Rmin
KKEE
VVff
Tiristorski
Tiristorski
most
most
Regulator
Regulator
Slika 2. Blok-dijagram automatske regulacije u praznom hodu
KGG
(1+sTd0'
d0’) )
Generator
Generator
V
Vgg
201
1
(2)
Td' 0
Da bi se odredilo poja~anje KI, potrebno je najpre odrediti poja~anje Kp. Poja~anje Kp moè se odrediti na osnovu èljenog vremena odziva tr:
KI = KP
TE ⋅ ln 9
(3)
tr KG K E
Ta~no poni{tavanje polova nije prakti~no jer se
tranzijentna vremenska konstanta generatora menja
u zavisnosti od radnog reìma. Tokom rada generatora na mreì pol generatora }e biti pomeren ulevo u
odnosu na prazan hod, pa se iz tog razloga nula PI
regulatora postavlja s leve strane pola u praznom hodu. Donje i gornje ograni~enje izlaznog signala regulatora VRmin i VRmax odre|eni su maksimalnim i
minimalnim uglom paljenja tiristora. Za rad tiristorskog mosta u ispravlja~kom i invertorskom reìmu
preporu~eni opseg ugla paljenja tiristora je 0 °–160 °.
Za donje i gornje ograni~enje izlaznog signala regulatora uzimaju se slede}e vrednosti:
ra. Uobi~ajeno je da se kompenzuje 50–80 % pada
napona kako bi rad generatora u paraleli bio zadovoljavaju}i. Kompenzacija se moè vr{iti i samo na
osnovu reaktivne snage. Kako se uticaj Rc i aktivne
komponente struje Ip naj~e{}e mogu zanemariti,
moè se napisati slede}i izraz:
V gc ≈ Vg + X c I Q = V g + X c ⋅ Q (r. j.)
KP =
VR min = cos160 ° = −0,94 i VR max = cos 0 ° = 1 (4)
4.2. Kompenzacija optere}enja
Kada se u regulacionu petlju uvede kompenzacija optere}enja, koja simulira pad napona na nekoj
impedansi, regulator efektivno reguli{e napon u ta~ki koja je sa generatorom povezana tom impedansom tako {to se izmerenoj vrednosti napona generatora doda pad napona na impedansi. Kompenzacija
optere}enja realizuje se u okviru povratne sprege automatske regulacije prema relaciji:
V gc = V g + ( Rc + jX c ) I g
(6)
4.3. Limiter potpobude
Limiter potpobude deluje na pove}anje pobudne struje i ima za cilj da spre~i ulazak generatora u
zabranjene potpobu|ene reìme rada i da odrì generator u okviru dozvoljene oblasti pogonskog dijagrama. Postoje dva ograni~avaju}a faktora u podbu|enim reìmima koji odre|uju levu granicu dozvoljene oblasti pogonskog dijagrama generatora, a to
su stati~ka stabilnost generatora (sposobnost generatora da odrì sinhonizam) i pregrevanje ~eonih delova statora. Tako|e, delovanje limitera potpobude
treba da spre~i odradu za{tite od gubitka pobude.
Ulazni signali limitera su aktivna snaga Pg i reaktivna snaga Qg. Izlazni signal limitera potpobude deluje na regulator preko sumatora i u~estvuje u formiranju signala gre{ke. Blok-dijagram limitera sa parametrima prikazan je na slici 3.
VVupup
Qg
Q
Verrerr
V
+
KKIU
IU
K
KPU
PU ++
s
VVminL
minL
00
Pg
Qref
(Pg)
Q ref (Pg)
Qref
ref
Q
(5)
Za pozitivne vrednosti Rc i Xc regulator reguli{e napon u ta~ki koja se nalazi unutar generatora.
Ovakva kompenzacija se koristi kada su sinhrone
ma{ine spojene u istu ta~ku bez ikakve impedanse
izme|u njih i koriste isti blok-transformator. Svrha
kompenzacije je da simulira imepedansu izme|u generatora kako bi raspodela reaktivne snage bila odgovaraju}a. Bez kompenzacije generator ~iji je napon ve}i proizvodio bi svu reaktivnu snagu, dok bi
reaktivna snaga drugog generatora bila negativna,
odnosno postojala bi struja cirkulacije izme|u generatora. Za negativne vrednosti Rc i Xc regulator reguli{e napon u ta~ki van generatora. U ovom slu~aju cilj kompenzacije je da kompenzuje pad napona
na blok-transformatoru kada su dva generatora ili vi{e njih povezani preko posebnih blok-transformato-
Slika 3. Blok-dijagram limitera potpobude
Granica odrade limitera je odre|ena relacijom:
Qref ( Pg ) = kU Pg + Qref 0
(7)
KU i Qref0 se mogu odrediti na osnovu pogonskog dijagrama generatora pomo}u ta~aka (0, Q0) i
(Pnom, Q1) na granici potpobu|ene oblasti. Ako je
margina prorade limitera 20 %, mogu se napisati izrazi:
kU = 0,8 ⋅ (Q1 − Q0 ) / Pnom i Qref 0 = 0,8 ⋅ Q0
(8)
Dinami~ke parametre limitera KPU i KIU treba
podesiti tako da se pri zatvorenoj povratnoj sprezi li-
202
mitera dobije dobro prigu{en sistem. Stoga, nova
prese~na u~estanost ωc treba da je malo manja od
prese~ne u~estanosti sistema bez limitera. Da bi se
osigurala stabilnost u svim radnim reìmima, frekventne karakteristike i prose~nu u~estanost sistema
bez limitera treba odrediti za najnepovoljniji radni
reìm, a to je reìm kada je aktivna snaga generatora maksimalna i kada je elektroenergetski sistem najja~i (u radu su svi vodovi i generatori u sistemu) [4].
Poja~anje celog sistema zajedno s limiterom pri izabranoj prose~noj u~estanosti treba da bude 1, a fazni
stav -180° + PM, gde je PM èljena fazna margina.
Na osnovu toga se moè napisati:
( K PU +
K IU
) M G e jθG = 1 ⋅ e j ( −180+ PM )
jωc
(9)
gde su: MG i θG poja~anje i fazni stav sistema bez limitera. Navedena relacija moè se napisati i u obliku:
( K PU +
K IU
) M G (cos θG + j sin θG ) =
jωc
(10)
= cos(−180 + PM ) + j sin( −180 + PM )
Izjedna~avanjem realnih i imaginarnih delova s
leve i desne strane dobijaju se poja~anja limitera:
K PU = −
cos( PM − θG )
ω sin( PM − θG )
i K IU = c
(11)
MG
MG
Dobar faktor prigu{enja je za vrednosti ve}e od
0,707, zbog ~ega je neophodno da fazna margina
PM bude 70 °. Uobi~ajeno se za èljenu marginu
usvaja malo ve}a vrednost 75 ° [4]. Izlaz iz limitera
je ograni~en na 0,2 p.u. parametrom Vup.
4.4. Limiter natpobude
Limiter natpobude deluje na smanjenje pobudne struje i ima za cilj da spre~i pregrevanje usled
prevelike struje pobude dok istovremeno treba da
omogu}i struju forsiranja. Merna veli~ina limitera je
pobudna struja. Blok-dijagram limitera koji ima dve
vrednosti prorade i kombinovanu trenutnu i inverznu vremensku karakteristiku sa parametrima prikazan je na slici 4.
Izlazni signal limitera potpobude deluje na regulator preko sumatora i u~estvuje u formiranju signala gre{ke. Vremensko ka{njenje limitera (parametri A, B i C) treba podesiti prema vremenskoj karakteristici dozvoljenog preoptere}enja rotora. Pobudni
namotaj je naj~e{}e konstruisan tako da moè trajno
da radi pri struji pobude ~ija je vrednost 10 % ve}a
od nominalne, pa se prva vrednost prorade ImaxL1
pode{ava na 110 % nominalne struje, dok se druga
vrednost prorade ImaxL2 pode{ava na vrednost plafonske pobudne struje. Kada pobudna struja pre|e
vrednost ImaxL1, aktivira se vremenski broja~ limitera po inverznoj karakteristici. Odrada limitera treba
da ima histerezisnu karakteristiku, odnosno kada se
vrednost struje smanji ispod ImaxL1H (ImaxL1H <
ImaxL1), broja~ limitera }e odbrojavati unazad. Kada
broja~ limitera dostigne vreme prorade, limiter smanjuje vrednost pobudne struje na ImaxL1 i struja ostaje na toj vrednosti sve dok uslovi u sistemu ne dovedu do smanjenja pobudne struje ispod ImaxL1H. Kada
pobudna struja pre|e vrednost ImaxL2, limiter trenutno smanjuje vrednost struje pobude na ImaxL2, a zatim kada broja~ limitera dostigne vreme prorade, limiter smanjuje vrednost struje pobude na ImaxL1. Dinami~ke parametre limitera natpobude KPO i KIO
treba podesiti na isti na~in kao i limiter potpobude
tako da prese~na u~estanost ωc sistema sa limiterom
IImaxL1
maxL1
IImaxL2
maxL2
Vup
V
11
IIff
-
-
BB
+
+
00
-
IImaxL1H
maxL1H
-C
I fIf-C
A
A
1/s
1/s
+
11
00
+
+
00
Slika 4. Blok-dijagram limitera natpobude
KK UO
K
+ UO
KPO
PO + s
s
00
V
VmaxL
maxL
maxL
natpobude bude malo manja od prose~ne u~estanosti sistema bez limitera za najnepovoljniji radni reìm. Za razliku od limitera potpobude, najnepovoljniji radni reìm limitera natpobude je reìm kada je
aktivna snaga generatora maksimalna i kada je elektroenergetski sistem najslabiji (nisu u radu svi vodovi i generatori u sistemu) [4]. Izlaz iz limitera je
ograni~en na 0,2 p.u. parametrom Vup.
4.5. Visokofrekventni limiter
Visokofrekventni limiter (V/Hz) sluì da za{titi
generator i blok-transformator od prekomernog
magnetnog fluksa pri niskoj frekvenciji ili prevelikom naponu. Prekomeran fluks izaziva pregrevanje,
{to moè o{tetiti gvozdeno jezgro blok-transformatora i generatora. Odnos napona i frekvencije u relativnim jedinicama, nazna~en kao odnos V/Hz, predstavlja veli~inu proporcionalnu magnetnom fluksu i
predstavlja ulazni signal V/Hz limitera. Ako su nominalni napon sekundara blok-transformatora i nominalni napon generatora isti, ograni~enja generatora odre|uju pode{enje V/Hz limitera. Me|utim, nominalni napon sekundara blok-transformatora ~esto
je 5 % manji od nominalnog napona generatora, i u
tom slu~aju je pode{enje V/Hz limitera odre|eno
ograni~enjima transformatora. V/Hz limiter ograni~ava napon statora kada odnos V/Hz pre|e pode{enu vrednost odrade limitera delovanjem na signal
gre{ke regulatora. Blok-dijagram V/Hz limitera sa
parametrima prikazan je na slici 5.
UgU(p.u.)
g (p.u.)
f(p.u.)
f(p.u.)
U
Ugg/f/f
VVZLM
ZLM
+
203
5. VREMENSKI ODZIVI
U nastavku su prikazani vremenski odzivi sistema regulacije pobude na odsko~ne poreme}aje i odrada limitera potpobude i natpobude dobijeni eksperimentalno snimanjem na samom agregatu na primeru TE „Kostolac B” [5]. Parametri regulatora pobude su pode{eni prema opisanim metodima. Sa
eksperimentalno dobijenim snimcima prikazani su i
snimci dobijeni ra~unarskom simulacijom. Simulacija je ura|ena pomo}u Matlab/Simulink programskog paketa. Bazirana je na numeri~kom re{avanju
sistema diferencijalnih jedna~ina i u njoj su modelovani sistem pobude, sinhroni generatori i upro{}en
400 kV elektroenergetski sistem na koji je povezana
TE „Kostolac B”. Kao rezultat simulacije dobijaju
se vremenski odzivi na male i velike poreme}aje,
amplitudske i fazne frekventne karakteristike, geometrijsko mesto korena i sopstvene vrednosti karaktersti~ne jedna~ine modela linearizovanog u prostoru stanja. U ovom radu su prikazani samo vremenski
odzivi i upore|eni s odzivima dobijenim snimanjem
na samom agregatu. Uz odre|ene modifikacije i
unos odgovaraju}ih parametara elemenata ova simulacija se moè primeniti i na druge elektrane koje imaju stati~ki tiristorski samopobudni sistem.
Pobu|ivanje i razbu|ivanje
VVup
up
V
err
V err
K
K IZ
K
+ IZ
K PZ
PZ +
s
V
VV/Hz
V/Hz
0
0
Snimak na agregatu: Tp = 1,36 s, Tr = 1,19 s
Slika 5. Blok-dijagram visokofrekventnog limitera
Dinami~ke parametre limitera KPZ i KIZ treba
podesiti na isti na~in kao i limitere potpobude i natpobude tako da prose~na u~estanost ωc sistema sa
V/Hz limiterom bude malo manja od prose~ne u~estanosti sistema bez limitera za najnepovoljniji radni reìm. Najnepovoljniji radni reìm V/Hz limitera
isti je kao i za limiter natpobude, a to je reìm kada
je aktivna snaga generatora maksimalna i kada je
elektroenergetski sistem najslabiji (nisu u radu svi
vodovi i generatori u sistemu) [4]. Izlaz iz limitera je
ograni~en na 0,2 p.u. parametrom Vup.
Simulacija: Tp = 1,33s, Tr = 1,16 s
204
Odziv na odsko~ni poreme}aj od 5 %
u praznom hodu generatora
Odrada limitera potpobude
Snimak na agregatu
Snimak na agregatu: Tu = 0,21s, Ts = 0,25 s
Simulacija
Simulacija: Tu = 0,19 s, Tr = 0,23 s
Odrada limitera natpobude sa zadr{kom
Odziv na odsko~ni poreme}aj od 5 %
pri radu generatora na mreì
Snimak na agregatu: Tz = 3,1s
Snimak na agregatu: Tu = 2,11 s, Ts = 2,73 s,
Q1 = 0,13 p.u., Q2 = 0,79 p.u.
Simulacija: Tz = 3,3 s
Simulacija: Tu = 1,94 s, Tr = 2,32,
Q1 = 0,13 p.u., Q2 = 0,82 p.u.
Na svim dobijenim snimcima odziv regulatora
pobude je brz i stabilan bez preskoka, pa se moè zaklju~iti da sistem regulacije pobude ima dobre dinami~ke performanse i da su parametri regulatora po-
205
bude dobro pode{eni. Tako|e, moè se zaklju~iti da
su odzivi dobijeni simulacijom pribli`no jednaki
eksperimentalno dobijenim odzivima uz malo ve}a,
ali nevelika, odstupanja pri radu agregata na mreì,
{to verifikuje modele primenjene u simulaciji. Stoga
se ra~unarska simulacija moè koristiti za izbor parametara regulatora i analizu dima~kih karakteristika sistema regulacije pobude.
[2]
6. ZAKLJUÂK
[4]
U radu je prikazana struktura savremenih stati~kih pobudnih sistema uz date blok-dijagrame
funkcija regulatora pobude. Navedeni su parametri
pobudnih sistema i opisani metodi za njihov izbor.
Na osnovu ispitivanja na samom agregatu moè se
zaklju~iti da se primenom ovih metoda dobijaju dobre dinami~ke performanse sistema regulacije pobude. Pore|enjem odziva dobijenih ispitivanjima na
samom agregatu i odziva dobijenih ra~unarskom simulacijom sistema regulacije pobude verifikovana je
ra~unarska simulacija na primeru TE „Kostolac B”.
7. LITERATURA
[1]
IEEE Std 421.1-1986, IEEE STANDARD DEFINITIONS FOR EXCITATION SYSTEMS FOR SYNCHRONOUS MACHINES
[3]
[5]
[6]
[7]
IEEE Std 421.2-1990, IEEE GUIDE FOR IDENTIFICATION, TESTING, AND EVALUATION OF
THE DYNAMIC PERFORMANCE OF EXCITATION CONTROL SYSTEMS
K. Kim, M. J. Basler, A. Godhwani, DESIGN EXPERIENCE WITH PID CONTROLLERS FOR
VOLTAGE REGULATION OF SYNCHRONOUS
GENERATOR, IEEE Transactions on Energy Conversion, 2004.
X. M. Jia, S. S. Choi, A TECHNIQUES FOR TUNING EXCITATION LIMITERS, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 14, No. 4, November
1999.
Zoran ]iri}, \or|e Stoji}, Du{an Joksimovi}, Nemanja Miloj~i}, SISTEM POBUDE AGREGATA
B1 U TE „KOSTOLAC B” – PROJEKAT IZVEDENOG STANJA, 2008.
Rosica R. Cveji}, Zoran N. ]iri}, \or|e M. Stoji},
Du{an S. Joksimovi}, Nemanja S. Miloj~i}: REVITALIZACIJA SISTEMA REGULACIJE POBUDE
BLOKA 100 MW TE KOSTOLAC A, ~asopis
„Elektroprivreda” 2–2010, str. 142–155.
Ilija Stefanovi}, Du{an Arnautovi} i Zoran ]iri}:
KLASIFIKACIJA I PRIKAZ STANJA REGULATORA POBUDE SINHRONIH GENERATORA U
ELEKTROPRIVREDI SRBIJE, ~asopis „Elektroprivreda” 1–2008, str. 18–29.
Dora|en rad STK A1–07 30. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 27. 06. 2011. godine
Rad odobrilo uredni{tvo 07. 06. 2011. godine
Du{an S. Joksimovi} ro|en je u Pri{tini 1982. godine. Osnovnu {kolu i gimnaziju prirodno-matemati~kog smera zavr{io je u Pri{tini. Na Energetskom odseku Elektrotehni~kog
fakulteta u Beogradu diplomirao je 2005. godine. Nakon zavr{etka studija radio je u termoelektrani „Nikola Tesla A” na poslovima odràvanja pobudnih i regulacionih sistema generatora. Od 2006. godine zaposlen je u Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla” u Centru za
automatiku i regulaciju, gde se bavi: pobudnim sistemima generatora, elektri~nim za{titama
i sinhronizacijom generatora, sistemima akvizicije i merenjima.
Zoran N. ]iri} ro|en 1950. godine u Izvoru kod Pirota. Osnovnu {kolu i gimnaziju zavr{io je u Pirotu. Diplomirao je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu, Smer
elektroenergetski. Od 1976. do 1979. godine radio je prora~une, projektovanje i realizaciju
kompenzacije reaktivne energije u industriji gumenih proizvoda „Tigar” iz Pirota, a od 1979.
do 1989. radio je u HE „\erdap”. U periodu od 1979. do 1982. godine radio je u HE „\erdap I” u odràvanju i eksploataciji elektrane, a od 1982. do 1989. godine bio je glavni inènjer za elektroradove na izgradnji i pu{tanju u rad HE „\erdap II”. U Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla” se zaposlio 1989. godine u Centru za automatiku i regulaciju, gde i sada radi kao
vi{i savetnik. Radio je na projektovanju, izradi i pu{tanju u rad pobudnih sitema malih, srednjih i velikih
sinhronih generatora i motora. U~estvovao je u automatizaciji malih hidroelektrana, kao i na ispitivanjima i otklanjanju nedostataka na sistemima pobude u svim hidro i termoelektranama elektroprivrede Srbije i mnogim industrijskim postrojenjima i u elektroprivredi Republike Srpske. U~estvovao je u ispitivanjima i izradi studija za pove}anje snage generatora u EPS-u i na ve}em broju projekata Ministarstva nauke
Republike Srbije. Bio je rukovodilac elektroradova pri prvom pu{tanju i stavljanju u pogon ve}eg broja hidro i turboagregata u Elektroprivredi Srbije.
206
\or|e M. Stoji} ro|en je u Beogradu 1970. godine. Elektrotehni~ki fakultet u Beogradu
zavr{io je 1994. godine, gde je magistrirao 1996. i doktorirao 2004. godine. Sa zvanjem vode}eg savetnika radi u Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla” u Centru za automatiku i
regulaciju. Radi na poslovima projektovanja sistema automatskog upravljanja.
Nemanja S. Miloj~i} ro|en je 1982. godine u Beogradu. Osnovnu {kolu i gimnaziju zavr{io je u Mladenovcu i diplomirao na Energetskom odseku Elektrotehni~kog fakulteta Univerziteta u Beogradu 2005. godine. Po zavr{etku studija radi na poslovima razvoja i projektovanja uljnih i suvih energetskih transformatora u kompaniji ABS – Minel trafo u Mladenovcu. Od 2007. godine radi na Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla” u Centru za automatiku i regulaciju, gde se bavi problemima regulacije u elektroenergetskim sistemima, razvojem, projektovanjem i ispitivanjem pobudnih sistema sinhronih ma{ina, ispitivanjem elektri~nih ma{ina, relejnom za{titom, elektri~nim merenjima i automatizacijom malih hidroelektrana.
Du{an B. Arnautovi} ro|en je 1950. godine u Beogradu, gde je zavr{io osnovnu {kolu i
gimnaziju. Diplomirao je 1973. godine na Energetskom odseku, magistrirao 1978. godine na
Smeru elektroenergetski sistemi i doktorsku tezu odbranio 1988. godine, sve na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Od 1975. do 1977. godine staìrao na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Godine 1977. zaposlio se u Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla”, Centar za automatiku i regulaciju, gde i danas radi na mestu direktora. Godine 1995. sti~e nau~no zvanje vi{i nau~ni saradnik. U dosada{njem radu angaòvan u oblastima: regulacija elektrana i elektroenergetskih sistema, modelovanju i simulaciji rada elektrana i elektroenergetskih sistema i
primeni moderne teorije upravljanja u elektroenergetskim sistemima. Kao autor ili koautor objavio je preko 95 me|unarodnih i doma}ih nau~nih i stru~nih radova. Rukovodio i sara|ivao na izradi preko 55 studija i istraìva~kih projekata.
Dragan S. Petrovi} redovni profesor u penziji ro|en je 1942. god. u Kosanici kod Pljevalja. Elektrotehni~ki fakultet u Beogradu je zavr{io 1964. godine, gde je i magistrirao 1968.
godine. Doktorirao je 1977. godine na ETF u Zagrebu sa temom iz ispitivanja sinhronih ma{ina. Ceo radni period proveo je na ETF u Beogradu, gde je pro{ao kroz sva nastavno-nau~na zvanja, od asistenta do redovnog profesora. U tom zvanju je penzionisan 2009. godine. Od
1991. do 2011. godine bio je predsednik STK A1 CIGRE Srbije.
Pono}ko N. êdomir i ostali: Celishodnost popravke interkonektivnih autotransformatora sa stanovi{ta eksploatacionog veka
207
Celishodnost popravke interkonektivnih
autotransformatora sa stanovi{ta
eksploatacionog veka
êdomir N. Pono}ko, Milutin V. Jankovi}, Slobodan V. Kati} i Marko P. Markovi}
JP „Elektromreà Srbije”, Kneza Milo{a 11, 11 000 Beograd, Srbija
Stru~ni rad
UDK: 621.314.21
Rezime
U radu je analizirana opravdanosti popravke havarisanih energetskih autotransformatora prenosnih
odnosa 400/X kV/kV i 220/X kV/kV, instalisanih u prenosnoj mreì Srbije. Nominalne snage primara i sekundara interkonektivnih autotransformatora su tipizirane. Autotransformatori poti~u od razli~itih proizvo|a~a i pojedini se zna~ajno razlikuju jedan od drugog, kako po osnovnoj kostrukciji, tako i po nominalnoj
snazi i nominalnom naponu tercijarnih namotaja. Razli~ite su starosti, uslova eksploatacije i preostalog ìvotnog veka, te postoji potreba za jasno unapred definisanim kriterijumima kada ih nakon havarije treba
slati u fabriku na popravku, a kada popravku proglasiti necelishodnom i rashodovati ih. Autori su razmotrili tehni~ke, organizacione, eksploatacione i ekonomske ~injenice koje uti~u na ovu problematiku.
Klju~ne re~i: autotransformator, eksploatacija, {teta, popravka, tro{ak, vrednost, ostatak
INTERCONNECTION AUTO-TRANSFORMER REPAIR FEASIBILITY
FROM THE OPERATION LIFE ASPECT
Abstract
This paper analyses the damaged ponjer auto-transformers repair feasibility of 400/X kV and 220/X kV
transformation ratios installed in the Serbian transmission netnjork. Nominal ponjers of primary and
secondary njindings of interconnection auto-transformers are typified. The auto-transformers njere made
by different manufacturers and some units differ significantly from each other, both according to their basic design and according to the tertiary njinding nominal ponjer and nominal voltage. They differ also according to the follonjing characteristics: age, operational conditions and remaining lifetime. Therefore, there is a need to clearly establish pre-defined criteria providing support in decision-making njhether to repair or decommission autotransformers after hazards. Authors have considered technical, organisational,
operational and economical facts influencing this particular issue.
Key words: Auto-transformer, Operating life, Damage, Repair, Cost, Value, Remaining
1. UVOD
Pogonska spremnost transformatorskih stanica i
razvodnih postrojenja u Javnom preduze}u „Elektromreà” Srbije (JP EMS), u toku 2010. godine, bila je
ugroèna havarijama i kvarovima nekoliko zna~ajnih
autotransformatora velikih i srednjih snaga. To se odnosilo, pre svega, na TS 400/110/35 kV/kV/kV „Pan~evo 2”, gde je do{lo do havarije TR1 od 300 MVA,
koji je zamenjen rezervnim, na TS 400/110 kV/kV
208
Kragujevac 2, gde se u autotransformatoru TR1 od
300 MVA, generi{u gasovi kvara koji nastaju u aktivnom delu autotransformatora izazivaju}i delovanje buholc-relea. Zatim je u TS 220/35 kV/kV Bajina Ba{ta do{lo do havarije transformatora 31,5 MVA.
U TS 220/110 kV/kV Beograd 3, na relativno novom
autotransformatoru,
TR2-150
MVA,
220/110/10 kV/kV/kV, samo nakon ~etiri godine
eksploatacije, postoji visok nivo koncentracije pojedinih gasova kvara i on se u~estano ispituje i prati.
Pogonska spremnost odre|enog broja starih i
bombardovanih transformatorskih stanica je ugroèna zbog delimi~nih o{te}enja, starosti i nedostatka
rezervnih delova, kako za transformatore, tako i za
visokonaponsku opremu u celini.
Pogonska spremnost ostalih transformatora i visokonaponske opreme bila je na relativno dobrom
nivou. Tome su doprineli kvalitetno preventivno i
korektivno odràvanje visokonaponske opreme, redovni pregledi, revizije i remonti visokonaponske
opreme, kao i rekonstrukcije nekih velikih transformatorskih stanica.
Pogonska spremnost moè i dalje biti ugroèna
zbog mnogo razloga, ali je najzna~ajniji onaj koji se
odnosi na starost opreme, posebno energetskih i
mernih transformatora, {to za posledicu ima degradaciju uljnopapirne izolacije, a samim tim i nizak nivo otpornosti izolacije namotaja transformatora, visok nivo sa~inilaca dielektri~nih gubitaka transformatora, lo{e fizi~ko-hemijske karakteristike ulja i
pove}ane nivoe koncentracije gasova kvara u ulju
koje su posledica termi~kih razaranja ulja.
Uzimaju}i u obzir relativno veliku starost na{ih
energetskih transformatora, moè se re}i da je rad
energetskih transformatora u 2010. godini bio dobar,
dok su sporadi~no nastajali samo karakteristi~ni
problemi vezani za curenje ulja i standardni problemi vezani za prekida~ke delove i pogonske mehanizme teretnih regulatora napona, na najstarijim transformatorima. Posebna pa`nja je posve}ena energetskim transformatorima koji su blizu kraja svog ìvotnog, eksploatacionog veka, odnosno onih sa preko 30 godina, za koje je potrebno predvideti delimi~nu ili kompletnu revitalizaciju. Poznato je da neke od konstrukcija transformatora imaju konstrukcione slabosti. S obzirom na relativno veliku starost
transformatora, treba o~ekivati iz godine u godinu
njihovu sve manju pouzdanost. Predmet na{eg istraìvanja je re{avanje dileme koju od interkonektivnih
jedinica popravljati, a ~ija popravka nije svrsishodna s tehni~kih i finansijskih aspekata. Posebna pa`nja posve}ena je autotransformatorima proizvedenim u periodu 1976–1986. na kojima su zabeleèni
kvarovi u poslednjoj deceniji. Bilo ih je desetak. Iako se pojedina~nom defektaòm detaljno utvrdio
kvar svakog autotransformatora, njihove „anamneze” se mogu grupisati po sli~nosti konstrukcije i
uzroku kvarova. Grubo i generalno moèmo posmatrati 3 grupe autotransformatora:
– autotransformatori snage 300 MVA s nominalnim
prenosnim odnosom 400/115/X kV/kV/kV sa tercijarnim namotajem nedovoljne snage,
– autotransformatori snage 300 MVA s nominalnim
prenosnim odnosom 400/115/X kV/kV/kV, koji su
bili izloèni bliskom kratkom spoju na sekundarnoj strani,
– autotransformatori snaga 250 MVA i 150 MVA s
nominalnim prenosnim odnosom 220/115/10,5 sa
pove}anom koli~inom gasova rastvorenih u ulju
zbog nesavr{enosti magnetnog kola.
Autotransformator snage 400 MVA sa nominalnim prenosnim odnosom 400/231/31,5 kV/kV/kV
ne moè se tipizirati ni u jednu pomenutu grupu jer
je kvar na njemu prouzrokovan poàrom.
2. ÎNIOCI KOJI UTIÛ NA DONO[ENJE
ODLUKE O POPRAVCI U FABRICI
Kada se donosi odluka o popravci transformatora u fabrici, potrebno je razmotriti slede}e.
1. Nije mogu}a popravka na terenu.
2. Proceniti opravdanost popravke na osnovu izmerenih vrednosti na terenu.
3. Proceniti vrednost transporta.
4. Ozna~iti vreme potrebno da se transformator dovede u ispravno stanje.
5. Nazna~iti koji se kvalitet o~ekuje nakon popravke.
6. Kako je sredstvo osigurano i kakva mu je knjigovodstvena vrednost.
7. Obratiti pa`nju na godinu proizvodnje, godinu
stavljanja u pogon i uslove ekspoloatacije.
8. Uporediti sa cenom, kvalitetom i rokom isporuke
novog transformatora.
Svaki od navedenih ~inilaca moè uticati na dono{enje odluke da se transformator ne popravlja, ve}
da se nabavi novi.
2.1. Popravka na terenu
Za transformator za koji postoji potvrda da je
neispravan, prvo se razmatra mogu}nost popravke
na licu mesta bez pomeranja sa temelja u transformatorskoj stanici (TS). Ovakav na~in popravke se
sporovodi ukoliko se pregledima i merenjima usta-
novi da postoji mogu}nost da su namotaji ostali ispravni.
2.2. Procena nivoa kvara na osnovu
spoljnih merenja
Savremenim i klasi~nom metodima ispitivanja
transformatora moè se dosta pouzdano utvrditi o~ekivani obim kvara. To su slede}i metodi:
– dijagnoza kvara ispitivanjem ulja gasnohromatografijom. Ovim metodom se procenjuje na osnovu
koncetracije pojedinih gasova na kom delu uljnopapirne izolacije je kvar;
– merenje odnosa transformacije, merenje otpornosti namotaja, merenje me|usobne induktivnosti i
me|usobne kapacitivnosti namotaja. Ovim merenjima se procenjuju kvarovi koji podrazumevaju
skra}enja, prekide i me|asobno pomeranje namotaja;
– merenje otpora izolovanosti i ugla gubitaka. Ovim
merenjima se ocenjuje promena izolacionog stanja
transformatora;
– merenje struje praznog hoda pri naponu 3 x 380 V
i pore|enjem sa fabri~kim podacima;
– dijagnosti~kim metodom frekventnog odziva
(SFRA). Ovim savremenim metodom moè se
prona}i kvar u transformatoru naro~ito ako postoji zapis ispitivanja frekventnog odziva na tom
transformatoru pre nastanka kvara.
2.3. Transport
Transport interkonektivnih autotransformatora,
zbog transportne mase koja je uvek ve}a od 100 t,
spada u kategoriju specijalnih. Po iskustvu koje se
ima sa transporterima za ovu kategoriju tereta potrebna su skupa prevozna i utovarna sredstva. Tako|e su potrebne posebne dozvole za kori{}enje puteva i mostova, {to uti~e na ukupnu cenu. Iz dosada{nje prakse na na{em trì{tu evidentirano je da transportni tro{kovi prelaze 50 % tro{kova utvr|ivanja
kvara i minimalne popravke u fabrici.
2.4. Rokovi popravke
U zavisnosti od stepena o{te}enja, minimalni
rokovi popravke retko su manji od 6 meseci. Neretko popravke traju duè od 12 meseci. Tome treba
dodati i trajanje priprema i sprovo|enja javnih nabavki defektaè i popravke autotransformatora.
209
nivoa. Vrlo ~esto se popravljaju manje o{te}eni namotaji. Ozbiljnije o{te}eni namotaji se zamenjuju
novim. Nezamenjeni namotaji, odnosno delovi namotaja, koji nisu o{te}eni kvarom, ponekad imaju i
veoma staru papirnu izolaciju, pa im je preostao relativno kratak vek. Obi~no se zadràva staro magnetno kolo, ali se ono presloì, {to podrazumeva zamenu izolacije. Gubici u gvo`|u kod ovih transformatora su oko 50 % ve}i nego kod novih konstrukcija s kvalitetnijim limovima, savremenom obradom
limova i step-lep na~inom slaganja. Garancije za
usluge popravke su obi~no 12 meseci, a za nove
transformatore i do 72 meseca. Garancija se nikada
ne daje za delove koji nisu menjani prilikom popravke. Dielektri~na visokonaponska ispitivanja popravljenih transformatora sprovode se sa sniènim ispitnim naponom, pa se ne moè imati dovoljan uvid
u stanje popravljenih transformatora. Neka od ovih
ispitivanja mogu biti i vrlo rizi~na jer ne postoje ispitni listovi sa nekada{njih prijemnih ispitivanja u
fabrici.
2.6. Osiguranje
Firma osigurava svoja osnovna sredstva u skladu sa Zakonom o javnim nabavkama. Osiguranje se
ugovara po kriterijumu najjeftinije ponude i osiguravaju}e ku}e naj~e{}e kao motiv imaju dobijanje posla, bez detaljnog sagledavanja rizika koji }e imati
kao osigurava~i. Kada nastane {tetni doga|aj, postavlja se pitanje visine nadoknade {tete. Naime, vrednost amortizacije transformatora starog 30 godina je
oko 70 %, {to zna~i da svi tro{kovi zamene, transporta i popravke ne smeju pre}i 30 % vrednosti novog transformatora da bi se priznala delimi~na {teta.
Po pravilu, tro{kovi prevazilaze ostatak vrednosti
autotransformatora te osigurava~i ispla}uju ostatak
knjigovodstvene vrednosti umanjene za vrednost otpadnih materijala. Isplata osiguranja se svodi na oko
20 % vrednosti novog transformatora.
2.7. Eksploatacioni vek transformatora
Starost transformatora sveobuhvatno podrazumeva: godinu proizvodnje, godinu stavljanja u pogon, eksploatacine uslove vezane za nivo optere}enja i broj stresova usled bliskih kratkih spojeva i dokumentovane intervencije na aktivnom delu nakon
prethodnih kvarova.
2.8. Novi transformatori
2.5. Kvalitet
U pore|enju s novim transformatorom, nikada
nakon popravke se ne moè o~ekivati kvalitet istog
Cena i rokovi isporuke novih interkonektivnih
transformatora su od presudnog zna~aja za dono{enje odluke o popravci starog havarisanog transfor-
210
matora. U 2010. i 2011. godini na svetskom trì{tu su
pojeftinili interkonektivni transformatori. Rokovi isporuke su od 6 do 12 meseci, {to je bilo nezamislivo
u ranijem periodu, kada su za ekonomski najpovoljnije nabavke rokovi isporuke bili i do 24 meseca.
Grafikon na slici 1 prikazuje procentualnu vrednost promene cene autotransformatora 300 MVA,
400/110 kV, u odnosu na referentnu vrednost uzetu
u novembru 2010. godine, ~ime se potvr|uje unapred navedena konstatacija da je u periodu od 18
meseci do{lo do pojeftinjenja od 20 %, {to zna~ajno
moè da uti~e na odluku o popravci. U formuli (1)
prikazan je na~in formiranja relativne cene transformatora u procentima u odnosu na referentnu vrednost u nekom trenutku. ^lanovi u zagradi prikazuju
respektivno udele cena bakra, gvo`|a i ulja, a slobodni ~lanovi udeo uloènog rada u procesu izrade i
cene standardne opreme ugra|ene na transformatoru
(po EMS-ovom standardu, regulator, sistem za hla|enje, monitoring i upravljanje...).
115
115
(%)
1 000
FAKTOR CENE = 100 (0,21Ccu/Ccuo + 0,202
Cfe/Cfeo + 0,062 Coil/Coilo + 0,2 + 0,326)
(1)
Grafikoni na slikama 2 i 3 prikazuju promene
cena bakra i gvo`|a na Londonskoj berzi. Upore|uju}i kretanje cena transformatora i cene bakra (slike
1 i 2), odnosno cene gvo`|a (slika 3), vidi se da one
nisu u ~vrstoj korelaciji. Imaju}i u vidu i iskustvene
podatke, de{avalo se usled visokih cena bakra kada
se kupuju transformatori, njihova cena bude vrlo niska. Vaìlo je i obrnuto.
2 000
16. 12. 2010.
19. 6. 2010.
21. 12. 2009.
95
95
24. 6. 2009.
100
100
26. 12. 2008.
0
29. 6. 2008.
105
105
1. 1. 2008.
110
110
90
90
? ? ’08.
? 08
januar
? ? ? ’08.
? 08
mart
? ?’08.
? 08
maj
?? ’08.
? 08
jul
? ? ? ’08.
? 08
septembar
? ? ?’08.
08
novembar
januar
’09.
?? ?
09
? ? ?’09.
? 09
mart
maj
? ?’09.
? 09
?? ’09.
? 09
jul
septembar
? ? ? ’09.
? 09
novembar
? ? ?’09.
09
januar
’10.
?? ?
10
mart
? ? ?’10.
? 10
maj
? ?’10.
? 10
jul
?? ’10.
? 10
septembar
? ? ? ’10.
? 10
novembar
? ? ?’10.
10
Slika 3. Promena cene gvo`|a na Londonskoj berzi
Slika 1. Promena cene AT 300 MVA, 400/110 kV/kV
u odnosu na referentnu vrednost uzetu u novembru
2010. godine
10 000
9 000
8 000
7 000
6 000
5 000
4 000
Slika 2. Promena cene bakra na Londonskoj berzi
16. 12. 2010.
19. 6. 2010.
21. 12. 2009.
24. 6. 2009.
26. 12. 2008.
1. 1. 2008.
2 000
29. 6. 2008.
3 000
2.9. Primeri popravki havarisanih
interkonektivnih autotransformatora
1. Autotransformatori 400/400/100 MVA/MVA/MVA,
400/220/30 kV/kV/kV – Proizvo|a~ (I): AT (1.1),
AT (1.2)
Oba autotransformatora su imala probleme sa
grejnim mestima u magnetnom kolu, {to je za posledicu imalo generisanje gasova kvara koji su bili u
zna~ajnim koncentracijama rastvoreni u ulju i ukazivali su na temperature iznad 700 °C. Zbog izraènijih problema na autotransformatoru AT (1.2) on je
zamenjen drugim posle desetak godina eksploatacije. Autotransformator AT (1.1) ostao je u pogonu iako je tako|e imao problem grejnih mesta. Ovaj autotransformator je, nakon trideset godina eksploatacije, imao te{ku havariju namotaja, pa je odlu~eno
da je njegova popravka tehnoekonomski neopravdana i on je rashodovan.
Nakon kompleksnih ispitivanja drugog autotransformatora, zbog produbljivanja grejnog mesta
magnetnog kola i drasti~nog uve}anja broja metalnih ~estica u ulju, doneta je odluka da je popravka i
ovog autotransformatora tehnoekonomski neopravdana i on je rashodovan.
2. Autotransformator 300/300/30 MVA/MVA/MVA,
400/110/10 kV/kV/kV, Proizvo|a~ (II): AT (2.1),
AT (2.2), AT (2.3)
Sva tri navedena autotransformatora su, posle
desetak godina eksploatacije, imala havarije namotaja tercijara, pra}ene o{te}enjima i drugih namotaja, pre svega namotaja 110 kV i jarmova magnetnog
kola. Ponekad su bili o{te}eni i namotaji 400 kV.
O{te}enja aktivnog dela su bila takva da je popravka morala biti obavljena u fabrici. Autotransformator AT (2.3) imao je dve fabri~ke popravke.
Sama zamena autotransformatora drugim, i kada je postojao onaj rezervni, i pod relativno povoljnim meteorolo{kim uslovima, trajala je oko dva meseca. Ova zamena je zahtevala projektnu dokumentaciju, odre|ene adaptacije i izmene. Tako|e je bio
neophodan transport i samog tela autotransformatora i pripadaju}e opreme, za kojim ne bi bilo potrebe
da se nije dogodila havarija. Vrlo ~esto nov, odnosno
ispravan autotransformator je, pre ovakve hitne
ugradnje, bio odveèn na drugu lokaciju gde je pripreman da se ugradi na tom mestu, od ~ega se prisilno moralo odustajati.
Svaka fabri~ka popravka, ra~unaju}i i demontaù, transport, defektaù i montaù, iznosila je oko
50 % nabavne cene novog autotransformatora. Ova
cena je, pri odre|enim trì{nim okolnostima, iznosila
manje, odnosno vi{e, od ovako uprose~ene vrednosti.
Kao posledica ovih havarija, naro~ito u uslovima sankcija, ratova i ekonomskih kriza, nastajale su
i nepremostive prepreke vezane za te{ko}e popravki,
nabavku rezervnih transformatora, rezervnih delova,
zatim smanjenje pouzdanosti i sigurnosti mreè.
Od dana havarije do dana pu{tanja u pogon popravljenog autotransformatora prolazilo je u proseku oko dve godine, {to zna~i da je vreme neraspoloìvosti ovih autotransformatora iznosilo oko 20 %
njegovog prethodnog vremena eksploatacije, odnosno 5 % njegovog veka ra~unatog na duìnu od ~etrdeset godina.
Po pravilu, dve fabri~ke popravke su prema{ivale cenu nabavke novog autotransformatora.
400/110/30 kV/kV/kV – Proizvo|a~ (II): AT
(3.1), AT (3.2) i AT (3.3)
Sva tri autotransformatora su bila u eksploataciji blizu trideset godina. Od navedena tri autotransformatora dva su ve} na popravci AT (3.1) i AT
(3.2), sa o{te}enjima namotaja tercijara 30 kV i namotaja 110 kV, koji moraju biti zamenjeni. Tre}i autotransformator AT (3.3), istog tipa kompleksno je
ispitan i doneta je odluka da se on zameni novim, a
da je njegova popravka mogu}a samo u fabri~kim
uslovima.
211
Postavlja se pitanje svrsishodnosti njihove popravke po{to se imaju u vidu godine starosti i cena
popravke, koja iznosi oko 50 % cene nabavke novih
transformatora sli~nih karakteristika.
400/110/30 kV/kV/kV – Proizvo|a~ (I): AT (4.1),
AT (4.2)
Autotransformatori AT (4.1) i AT (4.2) od istog
proizvo|a~a su (I) kao i autotransformatori AT (1.1)
i AT (1.2). Jedan od ova dva autotransformatora AT
(4.2) popravljen je na licu mesta, uz u~e{}e predstavnika proizvo|a~a ovog autotransformatora i kooperaciju sa doma}im proizvo|a~em transformatora. Drugi autotransformator AT (4.1) transportovan
je u fabriku i odustalo se od njegove popravke, te je
on rashodovan, a umesto njega montiran je rezervni
autotransformator AT (2.3).
220/110/10 kV/kV/kV – Proizvo|a~ (III): AT
(5.1), AT (5.2), AT (5.3), AT (5.4) i AT (5.5)
Svaki od navedenih autotransformatora iz navedene grupe imao je po jednu fabri~ku popravku i u
proseku po dve popravke na terenu, koje su zahtevale svaki put po oko dva meseca neraspoloìvosti i naj~e{}e stru~nu pomo} predstavnika proizvo|a~a. Naj~e{}i kvarovi su bili lokalna pregrevanja na vertikalnim zavrtnjima, parcijalna pra`njenja na {antovima
suda i {antovima vertikalnih zavrtnjeva, zatim lokalna pregrevanja usled slabih kontakata bira~a i predbira~a regulatora napona. Jedan od ovih autotransformatora AT (5.1) imao je havariju posle koje je bilo kakva popravka bila nesvrsishodna. Kod drugog autotransformatora zamenjeni su neki od namotaja i kompletan teretni regulator napona AT (5.3). Autotransformatori AT (5.2) i AT (5.4) relativno su u lo{em
stanju jer im je papirna izolacija vrlo degradirana (sa~inilac dielektri~nih gubitaka tgδ je visok i u stalnom
porastu, otpor izolacije nizak i u stalnom padu, sadràj vode u ulju je u stalnom porastu). Cela grupa od
navedenih pet autotransformatora je relativno nepouzdana i postavlja se pitanje njihovog preostalog eksploatacionog veka. Bilo kakva havarija na njima, s
obzirom na njihovo sli~no op{te stanje i starost (oko
35 godina), zna~ila bi, verovatno, i dono{enje odluke
o odustajanju od popravke i njihovom rashodovanju.
220/110/10 kV/kV/kV – Proizvo|a~ (II): AT
(6.1), AT (6.2) i AT (6.3)
Sva tri autotransformatora AT (6.1), AT (6.2) i
AT (6.3) imala su u proseku po dve dugotrajne popravke na licu mesta. Glavni problemi su se sastojali u elektri~nim preskocima na izvodima tercijera
212
10 kV, na vezama regulacionih namotaja i na {antovima za smanjenje rasutog fluksa. Jedan autotransformator (6.1) doìveo je havariju i nalazi se na fabri~koj popravci. Naàlost, njihove havarije su nastajale u zimskom periodu, kada su bili najpotrebniji u prenosnom sistemu.
220/110/10 kV/kV/kV – Proizvo|a~ (IV): AT
(7.1)
220/110/10 kV/kV/kV – Proizvo|a~ (IV): AT
(7.2)
Autotransformator (7.1) imao je dve fabri~ke
popravke. Prva je usledila posle tridesetak godina
eksploatacije, a druga posle samo dve godine eksploatacije posle popravke. Radilo se o havariji i zameni namotaja. Kod drugog autotransformatora radilo se o deformacijama namotaja i ispadanju podmeta~a za stezanje namotaja.
220/110/10 kV/kV/kV – Proizvo|a~ (V): AT (8.1)
AT (8.2)
Prvi autotransformator (8.1) imao je dve havarije. Prva havarija nastala je posle dvadesetak godina eksploatacije. Izvr{ena je fabri~ka popravka pri
kojoj su zamenjeni kompletan aktivni deo i teretni
regulator napona. Pri drugoj havariji do{lo je do proboja donjih kapacitivnih prstenova, neposredno posle pu{tanja u pogon, nakon fabri~ke popravke. Drugi autotransformator (8.2) posle samo ~etiri godine
eksploatacije ima visoke koncentracije gasova rastvorenih u ulju, {to ukazuju na kvar u aktivnom delu.
U toku su zavr{na ispitivanja nakon kojih }e se doneti kona~na odluka o njegovom ostanku u pogonu.
4. Neke od fabri~kih popravki interkonektivnih autotransformatora starijih od dvadeset pet godina
pokazale su se kao vrlo skupe i tehnoekonomski
neopravdane.
5. Posle havarija interkonektivnih autotransformatora, starijih od dvadeset pet godina, treba napraviti sveobuhvatnu tehnoekonomsku analizu, pre
eventualnog transporta u fabriku, ~iji bi glavni
cilj trebalo da bude utvr|ivanje svrsishodnosti
njihove popravke.
6. Osiguranik i osigurava~ trebalo bi da na|u zajedni~ki interes u dono{enju odluka o neisplativosti
popravke nekih interkonektivnih autotransformatora starijih od dvadeset pet godina. U toj situaciji potrebno je pristupiti nabavci novih autotransformatora s boljim tehni~kim karakteristikama i
ve}om pouzdano{}u.
4. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
3. ZAKLJUÂK
[6]
1. Svaki od interkonektivnih autotransformatora napaja elektri~nom energijom i kompletne regione,
odnosno gradove, te je njihova pouzdanost izuzetno va`na za ìvot i rad stanovnika ovih regiona i
gradova.
2. Neki od interkonektivnih autotransformatora
imaju nedopustivo nisku pouzdanost i zbog toga
nastaju {tete koje daleko prema{uju nabavnu cenu novih interkonektivnih autotransformatora.
3. Pouzdanost interkonektivnih autotransformatora
drasti~no opada s njihovom staro{}u iznad oko
dvadeset pet godina.
[7]
GODI[NJI IZVE[TAJ O DELATNOSTI PRENOSA ELEKTRI^NE ENERGIJE 2005–2010. GODINE, JP Elektromreà Srbije
ABB Group, TRANSFORMER HANDBOOK, Zürich SWITZERLAND, 2004.
Martin J. Heathcote Ceng, A PRACTICAL
TEHNOLOGY OF THE POWER TRANSFORMER, London 1998
êdomir Pono~ko, Aleksandar Jankovi}, Dragan
Stankovi}: PRA]ENJE DIJAGNOSTIKE TRANSFORMATORA 220/110/10 kV/kV/kV starosti
preko 30 godina, ~asopis „Elektroprivreda” 4–1999,
str. 11–17.
Vladica Mijailovi}: ODR@AVANJE ENERGETSKIH TRANSFORMATORA, ~asopis „Elektroprivreda” 3–2003, str. 18–24.
Radovan Radosavljevi}, Aleksandar Bojkovi},
Aleksandar M. Popovi}, Milorad Damjanovi} i Petar Nikoli}: PROCENA STANJA IZOLACIJE I
PREOSTALOG RADNOG VEKA BLOK TRANSFORMATORA HE „\ERDAP 1” KAO FAKTORA PRI PLANIRANJU REVITALIZACIJE I ZAMENA UZ NOVE TEHNI^KE KARAKTERISTIKE, ~asopis „Elektroprivreda” 4–2007, str. 15–28.
Jelena M. Luki}, Sla|ana S. Teslid, \or|e E. Jovanovi}, Sr|an B. Milosavljevi}, Dragan S. Kova~evi}: ANALIZA IZOLACIJONOG ULJA I PAPIRA
PRIMENJENE U DIJAGNOSTICI POGONSKIH
STANJA ENERGETSKIH TRANSFORMATORA,
~asopis „Elektroprivreda” 3–2008 str. 3–17.
Dora|en rad STK A2-09 – 30. savetovanje CIGRA Srbija je primljen u uredni{tvo 26. 06. 2011. godine
213
êdomir N. Pono}ko ro|en je 1951. godine u Banatskom Vi{nji}evu. Elektrotehni~ki fakultet je zavr{io 1977. a magistarske studije 1993. na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Prvo zaposlenje mu je bilo 1978. godine u „Minel-Transformatorima”, gde je radio kao
projektant transformatora. Od 1981. godine radi u „Elektroistoku”, „Elektroprenosu” i
EMS-u na poslovima odràvanja transformatorskih stanica i dalekovoda, izradi tehni~kih
uslova za nabavke visokonaponske opreme, internim tehni~kim pregledima novih i rekonstrisanih transformatorskih stanica i njihovom pu{tanju u pogon. Bavi se i popravkama, ispitivanjima i pu{tanjima transformatora u pogon. ^lan je doma}e CIGRE i pisac vi{e referata iz oblasti visokonaponske opreme, a posebno iz oblasti transformatora.
Milutin V. Jankovi} ([email protected]) ro|en je 1956. u Velikoj Plani. Diplomirao je 1981. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Do 1985. godine radio na poslovima odràvanja elektroenergetskih postrojenja u Javnom preduze}u „Elektro{umadija”
Kragujevac. Do 2009. radio je u „Minel-dinamu” u Beogradu na popravkama distributivnih
i specijalnih transformatora. Trenutno je zaposlen u Javnom preduze}u „Elektromreà Srbije” na poziciji inènjera koordinatora u Slu`bi za visokonaponska postrojenja, u Direkciji za
prenos elektri~ne energije.
Slobodan V. Kati} ([email protected]) ro|en je 1946. u Beogradu. Zavr{io je Srednju elektrotehni~ku {kolu „Nikola Tesla” u Beogradu. Posle dvodecenijskog rada na poslovima ispitiva~a u visokonaponskoj laboratoriji fabrike MINEL TRANSFORMATORI prelazi
u Slu`bu za visokonaponska postrojenja u „Elektroistoku”. Danas, kao zaposlen u Javnom
preduze}u „Elektromreà Srbije”, spada u red najboljih stru~njaka za energetske transformatore i vrhunski je poznavalac teretnih regulatora napona.
Marko P. Markovi} ([email protected]) ro|en je 1977. u Para}inu. Diplomirao
je 2003. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Do 2006. godine radio je na poslovima odràvanja elektroenergetskih postrojenja i elektrovu~nih podstanica u Javnom preduze}u „@eleznice Srbije”. Trenutno je zaposlen u Javnom preduze}u „Elektromreà Srbije”
na poziciji samostalnog inènjera u Slu`bi za visokonaponska postrojenja, u Direkciji za prenos elektri~ne energije. Objavio je vi{e stru~nih radova iz oblasti visokonaponske opreme i
energetskih transformatora.
Mili}evi} D. Ivan i ostali: Ispitivanje metaloksidnih odvodnika prenapona na terenu
214
Ispitivanje metaloksidnih odvodnika
prenapona na terenu
Ivan D. Mili}evi}1, Marko P. Markovi}2 i Goran M. Raleti}3
1
JP Elektromreà Srbije pogon Kru{evac, @upski put bb, 37 000 Kru{evac, Srbija
JP Elektromreà Srbije pogon tehnika, Kneza Milo{a 11, 11 000 Beograd, Srbija
3
JP Elektromreà Srbije pogon Beograd, Rovinjska 14, 11 000 Beograd, Srbija
2
Stru~ni rad
UDK: 621.316.933; 621.015.3; 537.52
Rezime
U radu su prikazane specifi~nosti metaloksidnih odvodnika prenapona u pogledu konstrukcije i karakteristike delovanja. Opisan je metod ispitivanja u eksploataciji merenjem struje odvo|enja i snimanjem talasnih oblika osnovnog i tre}eg harmonika, kao i mogu}nost primene termovizije radi otkrivanja potencijalnih kvarova. Posebna pa`nja je posve}ena konkretnom primeru iz prakse.
Klju~ne re~i: odvodnik, struja odvo|enja, termovizija
TESTING OF METAL-OXIDE SURGE ARRESTERS IN THE FIELD
Abstract
This paper presents the specificities of metal-oxide surge arresters in terms of structure and characteristics of activities. It describes the testing method in operation by measuring the leakage current and recording of the basic waveforms and the third harmonic, as well as the possibility of using thermal imaging
to detect potential failures. Special emphasis was given to a concrete practical example.
Key words: surge arrester, leakage current, thermal imaging
1. UVOD
1.1. Silicijumkarbidni odvodnici
Za za{titu elektroenergetskih objekata, a posebno transformatora, upotrebljavaju se odvodnici prenapona koji se u su{tini pona{aju kao nelinearni otpori, ~ija se vrednost menja u zavisnosti od veli~ine
dovedenog napona. Na taj na~in se napon odvodnika odràva gotovo konstantnim ~ak i pri velikim
vrednostima struja, pa se na mestu ugradnje odvodnika prenaponi ograni~avaju na vrednost preostalog
napona odvodnika, dok s porastom udaljenosti od
odvodnika raste i vrednost napona.
U praksi se jo{ naj~e{}e sre}u odvodnici s iskri{tem koji se sastoje od redne veze otpornika izra|enih od silicijum-karbida (SiC) i iskri{ta.
Prilikom nailaska prenapona iskri{ta probijaju,
javlja se proradna struja vrlo velike strmine, koja
proti~e preko iskri{ta i nelinearnih otpora odvodnika
i stvara visok stepen jonizacije izme|u iskri{ta i u
nelinearnim otporima. Zbog toga nakon prolaska
prenapona preostaje propratna struja pogonske u~estanosti, koja prolazi kroz kalem u kome se stvara
magnetsko polje i razvla~i elektri~ni luk. Istovreme-
no raste otpor nelinearnih otpornika, tako da se prekida propratna struja [1].
1.2 . Metaloksidni odvodnici
Noviju tehnologiju predstavljaju metaloksidni
odvodnici prenapona koji imaju izrazito nelinearnu
strujno-naponsku karakteristiku. Osnovu odvodnika
~ine otpornici-varistori koji se sastoje od zrnaca
cink-oksida (ZnO) i nekih aditiva (bizmut-oksid,
magnezijum-oksid i dr.). Najva`nija svojstva varistora osim nelinearnosti su visoka sposobnost apsorpcije energije i velika termi~ka provodnost.
Na~in rada odvodnika koji se sastoji od serijski
spojenih otpornika (bez iskri{ta) vrlo je jednostavan.
Prilikom nailaska prenapona, struja kroz odvodnik
se kontinualno pove}ava, tako da nema nagle promene napona. S prolaskom prenapona smanjuje se i
struja kroz odvodnik, tako da nema propratne struje
kao kod klasi~nih odvodnika. Po{to nema iskri{ta,
nema ni nagle promene napona, koja je kod SiC odvodnika uzrokovana proradom iskri{ta [1]. Pore|enje rada SiC i metaloksidnih odvodnika (MO) prikazano je na slici 1.
Aktivni deo metaloksidnih odvodnika sastoji se
od cilindri~nih otpornika u obliku plo~ica. Broj plo~ica zavisi od nazivnog napona odvodnika. One se
nalaze u hermeti~ki zatvorenom porcelanskom ku}i{tu, koje moè biti i od silikona (novije izrade). Prostor izme|u plo~ica i silikonskog ku}i{ta moè biti
ispunjen gasom ili se porcelansko ku}i{te direktno
nanosi na plo~ice. Pri pogonskom naponu plo~ice
215
imaju kapacitivni karakter. Rasipni kapacitet plo~ica
prema uzemljenim delovima uzrokuje nelinearnu
raspodelu potencijala du` odvodnika kod pogonskog napona, sli~no kao kod izolatorskog lanca. Nelinearnost se pove}ava s duìnom odvodnika. Zato
se za odvodnike predvi|ene za mreù vi{ih nazivnih
napona (iznad 220 kV) ugra|uju prstenovi za izjedna~enje potencijala, koji kompenzuju delovanje rasipnih kapaciteta [1].
Poslednjih desetak godina u novim postrojenjima se montiraju gotovo isklju~ivo MO odvodnici, i
to zbog ve}e efikasnost u pogonu, nièg preostalog
napona (pogotovo kod prenapona vrlo strmog ~ela),
kao i dobrog pona{anja prilikom zaga|enja.
2. METODI ISPITIVANJA
2.1. Princip merenja i merna oprema
U toku eksploatacije odvodnika nastaje potreba
za preventivnim ispitivanjem kako bi se otkrile eventualne nepravilnosti u radu i predupredile mogu}e posledice, kao {to je eksplozija odvodnika. Najmerodavnije bi bilo laboratorijsko ispitivanje odvodnika
prema zahtevima standarda IEC60099-4 [2] i
IEC60099-5 [3], ali postoje prakti~na ograni~enja koja se ti~u vremena neraspoloìvosti transformatora u
toku ispitivanja ili pak neophodne rezerve odvodnika
svih naponskih nivoa (400 kV, 220 kV, 110 kV i neptun spojeva 35 kV, 20 kV i 10 kV). Zbog toga se u
skladu s pomenutim standardima i poznatim iskustvima primenjuje metod kontrole odvodnika u poU(t)
U(t)
Z1
Z1
ZnO
R
U
U
Napon bez odvodnika
2U(t)
2U(t)
napon
napon
struja
struja
I
I
a)
b)
Slika 1. Pore|enje rada silicijum-karbidnih i metaloksidnih odvodnika
216
gonu merenjem i analizom struje odvo|enja. U sklopu ispitivanja mere se temena i srednja vrednost struje odvo|enja, kao i vrednost tre}eg harmonika struje
[4]. Preko temene i srednje vrednosti ukupne struje
odvo|enja izraàva se kapacitivna komponenta, a
kao kontrola eventualnog izobli~enja ra~una se i njihov odnos koji je vrlo blizak vrednosti za ~ist √2 sinusni signal. Tre}i harmonik struje odvo|enja koristi
se kao pokazatelj izobli~enja struje odvo|enja usled
relativnog pove}anja rezistivne komponente struje
odvo|enja [5]. Pove}anje rezistivne komponente
struje odvo|enja tipi~no dovodi do smanjenja odnosa temene i srednje vrednosti ukupne struje odvo|enja. Za prvu ocenu stanja odvodnika prilikom ispitivanja u postrojenju koristi se vizuelna analiza oblika
struje odvo|enja. Kao dodatni metod za utvr|ivanje
pogonskog stanja odvodnika, kao i blièg lociranja
eventualnog mesta neispravnosti, primenjuje se termovizijsko snimanje odvodnika.
Za merenje struje odvo|enja koristi se merni instrument sa strujnim kle{tima ABLEITERDIAG
proizvo|a~a TRIDELTA sa ugra|enim niskopropusnim filtrom f ≤ 500 Hz. Za snimanje talasnog oblika i vizuelnu analizu struje odvo|enja koristi se ~etvorokanalni prenosni digitalni osciloskop METRIX
tip OH7204, 100 MHz. Za termovizijsku kontrolu
odvodnika upotrebljava se IC kamera InfraCAM
proizvo|a~a FLIR [6].
2.2. Rezultati merenja i tuma~enje
U konkretnom primeru izvr{ena su merenja u
objektu JP EMS – Pogon Kru{evac, ta~nije na odvodnicima u TS 220/110 kV/kV Kraljevo-3. Ispitivanjem
su obuhva}eni odvodnici naponskog nivoa 220 kV,
110 kV, kao i neptun spojevi 10,5 kV u poljima transformatora T-1 i T-2. Na osnovu rezultata merenja
datih u tabelama 1 i 2 uo~eno je izvesno odstupanje,
Tabela 1.
Izmerene vrednosti struje odvo|enja na transformatoru T-1
TS Kraljevo 3 TR1
Naponski
nivo (kV)
220
220
220
110
110
110
10,5
faza
0
4
8
0
4
Datum ispitivanja:
1. 9. 2010. godine
Temperatura
ambijenta 25 °C
Proizvo|a~, tip
MINEL (ABB)
MWL-151
MINEL (ABB)
MWL-84
MINEL (SIEMENS)
8
3EP2-2-108
NEPTUN MINEL (ABB)MWL
Naponi na sabirnicama (kV)
U1 = 213
U2 = 111
Struja odvo|enja
Imax
(mApv)
1,962
1,438
1,291
0,953
1,009
Ieff
(mA)
1,372
1,041
0,894
0,665
0,682
Odnos
Imax/Ieff (%)
1,430
1,381
1,444
1,433
1,479
I3
(mApv)
0,071
0,040
0,039
0,041
0,028
Odnos I3/Ieff
(%)
5,175
3,842
4,362
6,165
4,106
0,549
0,379
1,449
0,014
3,694
0,530
0,390
0,261
Tabela 2.
Izmerene vrednosti struje odvo|enja na transformatoru T-2
TS Kraljevo 3 TR1
Datum ispitivanja:
1. 9. 2010. godine
Temperatura
ambijenta 25 °C
Naponski
faza
Proizvo|a~, tip
nivo (kV)
220
0
MINEL (SIEMENS)
220
4
3EP2-2-192
220
8
110
0
MINEL (SIEMENS)
110
4
3EP2-2-108
110
8
10,5
NEPTUN MINEL (ABB)MWL
Naponi na sabirnicama (kV)
U1 = 213
U2 = 111
I3
(mApv)
0,014
0,016
0,021
0,019
0,017
0,017
0,002
Odnos I3/Ieff
(%)
3,675
3,383
2,349
3,823
3,549
3,625
Struja odvo|enja
Imax
(mApv)
0,555
0,686
0,839
0,729
0,697
0,682
0,114
Ieff
(mA)
0,381
0,473
0,894
0,497
0,479
0,469
0,067
Odnos
Imax/Ieff (%)
1,457
1,450
0,938
1,467
1,455
1,454
217
faza 0
faza 8
faza 4
Slika 2. Uporedni snimak talasnog oblika struje odvo|enja u sve tri faze na strani 220 kV transformatora T-1
odnosno pove}ane vrednosti struje odvo|enja na odvodniku 220 kV u fazi 0 transformatora T-1. Tako|e,
vidi se da je pove}ana vrednost struje tre}eg harmonika, a smanjen odnos maksimalne i srednje vrednosti struje odvo|enja. Ovakvi rezultati ukazuju na mogu}i proboj dela varistora ili na eventualni prodor
vlage u odvodnik. To bi zna~ilo da je trajni radni napon (Uc) odvodnika snièn, {to moè dovesti do termi~kog bega odvodnika i potencijalne eksplozije.
Imaju}i u vidu da je ta~nost merenja u pogonskim
uslovima znatno manja nego u laboratorijskim, i to
zbog uticaja okolnog postrojenja, kao i ~injenicu da
ne postoje jasno definisani kriterijumi za ocenu stanja odvodnika na osnovu dobijenih vrednosti struje
odvo|enja, nije bilo jednostavno doneti zaklju~ak.
Osciloskopski snimak talasnog oblika struje odvo|enja u sve tri faze na strani 220 kV transforma-
tora T-1 (slika 2) potvrdio je postojanje anomalije na
odvodniku u fazi 0. Treba naglasiti da je ovo prvi
ovakav slu~aj zabeleèn u praksi autora.
Radi sagledavanja problema sa {to vi{e aspekata i prikupljanja {to vi{e relevantnih podataka, kako
za konkretni odvodnik, tako i za sva budu}a ispitivanja, primenjeno je termovizijsko snimanje IC kamerom. Da bi se izbegao uticaj refleksije, tj. da bismo
bili sigurni da emitovano zra~enje poti~e od posmatranog odvodnika, snimanje je obavljeno u ve~ernjim satima. Dobijeni snimci prikazani su na slici 3.
Na slici 3. a) jasno se vidi da je povr{ina odvodnika u fazi 0 toplija od povr{ine druga dva odvodnika (razlika je 7 °C), dok se na slici 3. b) uo~ava da
donji deo odvodnika u fazi 0 emituje vi{e zra~enja
od gornjeg dela (razlika je 3 °C). Osim toga, moè
se zapaziti da i du` samog donjeg dela postoji nerav-
a)
b)
Slika 3. Termovizijski snimak: a) sva tri odvodnika na strani 220 kV transformatora T-1 i
b) odvodnika u fazi 0 na strani 220 kV transformatora T-1
218
nomerna raspodela temperature (toplija i hladnija
mesta). Kori{}ena kamera ima relativno malu rezoluciju (120 x 120 px), pa apsolutne vrednosti temperature valja uzeti s izvesnom rezervom i bazirati se
na slici i nadtemperaturama.
Na osnovu svih ispitivanja zaklju~eno je da problem izvesno postoji i da dalje zadràvanje odvodnika u pogonu nije bezbedno. Zbog toga je preporu~ena njegova zamena u {to je mogu}e kra}em roku.
3. LABORATORIJSKO ISPITIVANJE
– merenje struje odvo|enja pri trajnom radnom naponu Uc,
– merenje referentnog napona i
– merenje parcijalnih pra`njenja.
Ispitivanja su obavljena na svakom delu odvodnika posebno.
Za ovaj tip odvodnika (MWL) struja odvo|enja
pri trajnom radnom naponu ima vrednost Ic ≥ 2,5 mA
(meri se vr{na vrednost struje), referentni napon pri
referentnoj struji treba da je Uref ≥ 1,25 Uc (meri se
efektivna vrednost napona), a parcijalna pra`njenja
pri 1,05⋅Uc treba da budu pp < 10pC.
Uzimaju}i u obzir sve navedeno, nakon demontaè, odnosno zamene odvodnika, on je ispitan u laboratoriji proizvo|a~a. Ispitivanje je sprovedeno u
skladu sa zahtevima standarda IEC60099-4, {to zna~i da je vr{eno:
a) Gornji deo odvodnika –
Uc = 78 kV, Iref = 5 mA
Pri Uc = 78 kV izmerena je struja odvo|enja
Ic = 1,46 mA
a)
b)
Slika 4. Talasni oblik napona Uref i struje Iref: a) gornjeg i b) donjeg dela odvodnika
a)
b)
Slika 5. Izgled: a) gornjeg i b) donjeg dela odvodnika nakon otvaranja
Pri Iref = 5 mA izmeren je referentni napon
Uref = 101,46 kV
Pri naponu 1,05⋅Uc izmerena su parcijalna pra`njenja od 2 pC.
b) Donji deo odvodnika – Uc = 73 kV, Iref = 5 mA
Prilikom podizanja napona ve} na 20 kV izmerena
je struja odvo|enja Ic = 8 mA, pa je merenje prekinuto da se ne bi o{tetili odvodnici i merna oprema.
Pri Iref = 5 mA izmeren je referentni napon
Uref = 24,8 kV.
Prilikom merenja parcijalnih pra`njenja ve} pri naponu od 40 kV izmereno je 200 pC, a pri 60 kV ~ak
2000 pC, pa napon nije ni podizan na vrednost
1,05⋅Uc.
Osciloskopski snimak napona (Uref) i struje
(Iref) prikazan je na slici 4.
Na osnovu dobijenih rezultata moè se zaklju~iti da je gornji deo odvodnika ispravan, a da u donjem delu postoji o{te}enje aktivnog dela (varistora)
ili da je prodrla vlaga. Detaljnim pregledom donjeg
dela odvodnika uo~ena je deformacija ventila s gornje strane, {to zna~i da je izba~ena plazma, odnosno
da je odvodnik po~eo pravilno da deluje, pa nije do{lo do razaranja ili eksplozije. Nakon svega je otvoren odvodnik (i gornji i donji deo), te je utvr|eno da
je gornji deo bio hermeti~ki zatvoren, a na donjem
su prona|eni o~igledni tragovi prorade (tragovi gareì) tako da su sve pretpostavke potvr|ene (slika 5).
nja koja uti~u na ta~nost rezultata, a naro~ito na ispravno zaklju~ivanje i dono~enje odluka. To su prvenstveno uticaj okolnog postrojenja i atmosferskih
uslova (struja odvo|enja ima izraènu temperaturnu
zavisnost), kao i klasa ta~nosti mernih ure|aja u pogonskim uslovima. Osim toga, zna~ajan problem je i
nedostatak jasno definisanih kriterijuma za ocenu
stanja odvodnika na osnovu ovako izmerenih veli~ina. Zbog svega navedenog preporu~uje se da osnov
u tuma~enju rezultata bude pore|enje izmerenih
vrednosti na odvodnicima u sve tri faze, pri ~emu se
mogu porediti samo odvodnici istog proizvo|a~a i
tipa, {to se jasno vidi i iz tabela 1 i 2. Osim toga, dobar pokazatelj nepravilnosti u radu odvodnika je talasni oblik struje odvo|enja. Navedeni primer potvrdio je opravdanost primene termovizijskog snimanja
kao dodatnog metoda za potvrdu postojanja anomalija, pa ~ak i za bliè lociranje mesta kvara.
5. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
4. ZAKLJUÂK
Moè se zaklju~iti da je ispitivanje metaloksidnih odvodnika u eksploataciji neophodno kako bi se
na vreme uo~ile promene osnovnih parametara kao
{to je struja odvo|enja i omogu}ilo preventivno delovanje radi spre~avanja ve}ih posledica koje mogu
nastati eventualnom eksplozijom odvodnika. Sam
metod merenja struje odvo|enja ima niz ograni~e-
219
[5]
[6]
Prof. dr Ivo Ugle{i}, TEHNIKA VISOKOG NAPONA, Fakultet elektrotehnike i ra~unarstva, Zagreb,
2002.
IEC 60099-4: Surge arresters – Part 4: Metal-oxid
surge arresters without gaps for a.c. Systems, 2009.
IEC 60099-5: Surge arresters – Part 5: SELECTION AND APPLICATION RECOMMENDATIONS, 1996.
Zoran Stojanovi}, Zlatan Stojkovi}, PROCENA
STANJA METALOKSIDNOG ODVODNIKA
PRENAPONA PRIMENOM METODA ZASNOVANIH NA ANALIZI STRUJE ODVO\ENJA PRI
RADNOM NAPONU MRE@E, 29. Savetovanje
CIGRE Srbija, Zlatibor, 2009, referat C4-04
Prof. dr Jovan Nahman, dr Vladica Mijailovi},
ODABRANA POGLAVLJA IZ VISOKONAPONSKIH POSTROJENJA, Elektrotehni~ki fakultet,
Akademska misao, Beograd, 2002.
FLIR systems, User’s manual for InfraCAM, 2007.
Dora|en rad STK A3–07 30. savetovanje GIGRE Srbije je primljen u uredni{tvo 14. 06. 2011. godine
Ivan D. Mili}evi} ro|en je 1975. u Kru{evcu. Osnovnu i srednju elektrotehni~ku {kolu
zavr{io u Kru{evcu kao u~enik generacije. Diplomirao na Energetskom odseku Elektrotehni~kog fakulteta u Beogradu 2001. godine. Od 2002. godine zaposlen u JP Elektromreà Srbije
– Pogon Kru{evac (do 2005. Elektroistok), i to najpre u Slu`bi automatike, a zatim u Slu`bi
odràvanja. Od formiranja Slu`be za tehni~u koordinaciju 2010. godine radi na mestu vode}eg diplomiranog inènjera u ovoj slu`bi. Najve}i deo dosada{nje karijere posvetio problemima odràvanja visokonaponske opreme, sa posebnim akcentom na primenu dijagnosti~kih
ispitivanja u cilju prevencije otkaza opreme i spre~avanja havarija u postrojenjima.
220
Marko P. Markovi} ro|en je 1977. godine u Para}inu. Diplomirao je 2003. godine na
Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Do 2006. godine radio na poslovima odràvanja
elektroenergetskih postrojenja i elektrovu~nih podstanica u Javnom preduze}u „@eleznice Srbije”. Trenutno je zaposlen u Javnom preduze}u „Elektromreà Srbije” na poziciji samostalnog inènjera u Slu`bi za visokonaponska postrojenja, u Direkciji za prenos elektri~ne energije. Objavio je vi{e stru~nih radova iz oblasti visokonaponske opreme i energetskih transformatora.
Goran M. Raleti} ro|en je 1970. godine u Negotinu. Osnovnu {kolu je zavr{io u Valjevu,
srednju elektrotehni~ku „Nikola Tesla” u Beogradu. Zavr{io je elektrotehni~ki fakultet Odsek
– energetski.
Radno iskustvo: radio je u prosveti: M[ „Radoje Daki}” i ET[ „Nikola Tesla” Beograd
sve do 2006. godine, a od 2006. godine pa do danas u EMS pogon Beograd. U Pogonu
Beograd radi u slu`bi za odràvanje VN opreme u postrojenju.
Nikoli} Kugli S. Vesna i Gli{i} M. \or|e: Konstrukcija kabla za plitko polaganje
221
Konstrukcija kabla
za plitko polaganje
Vesna S. Kugli Nikoli}1 i \or|e M. Gli{i}2
1
Novkabel AD, Industrijska bb, 21 000 Novi Sad, Srbija
Elektrodistribucija Beograd, Masarikova 1–3, 11 000 Beograd, Srbija
2
Stru~ni rad
UDK: 621.315
Rezime
U radu je data konstrukcija niskonaponskog energetskog kabela za priklju~enje pokretnog privremenog objekta na javnoj povr{ini. Opisani su neki od ispitnih metoda potrebnih za proveru posebnih osobina
ovog tipa kabela. Navedeni su i neki od pogodnih na~ina za plitko polaganje.
Klju~ne re~i: kabel za plitko polaganje, pokretni privremeni objekat, otpornost na gnje~enje, otpornost na udar
SHALLOW ROUTED CABLE STRUCTURE
Abstract
The paper provides the LV energy cable structure used to connect the portable temporary facility in public areas. It also describes some of the testing methods required to verify the special features of this type
of cable. In addition, it indicates some of the adequate shallow routing methods.
Key words: shallow routed cable, portable temporary facility, squeezing resistance, impact resistance
1. UVOD
Pove}anje potro{nje elektri~ne energije u urbanim sredinama postavlja zahteve za pove}anjem stepena bezbednosti i pouzdanosti snabdevanja. Posebno
se postavljaju strogi zahtevi za priklju~enje pokretnog
privremenog objekta sezonskog tipa na javnoj povr{ini, kako u pogledu prostornog planiranja, ekologije i
za{tite ìvotne sredine, tako i u pogledu bezbednosti.
Javnu povr{inu ~ini gra|evinsko zemlji{te namenjeno za javno kori{}enje, i to: ulice, trgovi, slobodni prostori izme|u zgrada namenjeni za javnu
upotrebu, autobuske i èlezni~ke stanice, parking
prostori, parkovi i druge javne zelene povr{ine.
Pokretni privremeni objekat kao {to je tezga,
aparat za sladoled, aparat za kokice, rashladna ko-
mora, drugi lako pokretni objekat za izlaganje i prodaju robe na malo, vr{enje zanatskih usluga, kao i
specijalizovano vozilo za {altersku prodaju robe priklju~en je na niskonaponsku distributivnu mreù.
Postavljanje privremenog pokretnog objekta na
javnoj povr{ini regulisano je propisima.
Privremeni pokretni objekat na javnoj povr{ini
postavlja se u odre|enom periodu u toku godine i
potrebno je da se svakog dana po isteku radnog vremena ukloni sa javne povr{ine.
Priklju~ci ovakvih objekata na niskonaponsku
mreù su uglavnom vidljivi po ulicama, drve}u, pomo}nim stubovima i konzolama, zgradama i predstavljaju potencijalne izvore opasnosti u pogledu
ekologije i za{tite ìvotne sredine.
222
U ovom radu je predloèna konstrukcija niskonaponskog energetskog kabla za priklju~enje pokretnog privremenog objekta na javnoj povr{ini koji bi se plitko polagao.
2. PRIKLJUÂK POKRETNOG
PRIVREMENOG OBJEKTA
Priklju~ak pokretnog privremenog objekta na
javnoj povr{ini predstavlja skup kablova, opreme i
ure|aja koji preko merno-razvodnog ormana povezuju elektri~ne instalacije pokretnog privremenog
objekta sa glavnim niskonaponskim kablom.
Priklju~ak privremenog pokretnog objekta na
javnoj povr{ini obuhvata:
– mesto priklju~enja niskonaponskog kabla na pokretni privremeni objekat,
– niskonaponski kabl pokretnog privremenog objekta,
– mesto priklju~enja kabla priklju~ka pokretnog privremenog objekta,
– kabl priklju~ka pokretnog privremenog objekta,
– merno-razvodni orman pokretnog privremenog
objekta.
Mesto priklju~enja niskonaponskog kabla pokretnog privremenog objekta je mesto na kome se
niskonaponski kabl pokretnog privremenog objekta
spaja sa glavnim niskonaponskim kablom. To moè
da bude TS 10/0,4 kV/kV, kablovska priklju~na kutija ili stubno mesto.
Niskonaponski kabl pokretnog privremenog
objekta je skup kablova, opreme i ure|aja koji povezuju mesto priklju~enja pokretnog privremenog
objekta sa glavnim niskonaponskim kablom. Niskonaponski kabl pokretnog privremenog objekta mora
biti podzemni kabl odgovaraju}eg preseka i konstrukcije.
Mesto priklju~enja kabla priklju~ka pokretnog
privremenog objekta je mesto na kome se spaja kabl
priklju~ka pokretnog privremenog objekta sa nisko-
naponskim kablom i moè biti nepokretno, pokretno
ili nepokretno-pokretno (slika 1).
Kabl priklju~ka pokretnog privremenog objekta
je kabl koji povezuje elektri~ne instalacije pokretnog privremenog objekta sa niskonaponskim
kablom.
Merno-razvodni orman pokretnog privremenog
objekta moè biti na mestu priklju~enja niskonaponskog kabla pokretnog privremenog priklju~ka, na
mestu priklju~enja kabla priklju~ka ili na samom pokretnom privremenom objektu.
3. KONSTRUKCIJA KABLA
Niskonaponski kabl pokretnog privremenog
objekta za nazivni napon ≤ 1 kV i mora biti podzemni kabl odgovaraju}eg preseka i konstrukcije. Odre|ivanje potrebnog preseka kabla zavisi od broja i
strujnog optere}enja pokretnih privremenih objekata koji se priklju~uju.
Podzemni niskonaponski kabl pokretnog privremenog objekta treba svojom konstrukcijom da
zadovolji slede}e uslove:
– da bude lako savitljiv,
– da moè izdràvati poja~ana mehani~ka optere}enja usled prolaska mehanizacije i ljudi,
– da je slabo goriv,
– da je otporan na vodu.
Kabl pored navedenih zahteva treba da se polaè plitko. Kabl koji se plitko polaè smanjuje tro{kove gra|evinskih radova kod polaganja i odràvanja kablova, kao i vreme trajanja radova.
Kabl pod nazivom NFK GLIK (G – gradski,
L – laki, I – instalacioni, K – kabl) kabl ispunjava
postavljene zahteve.
3.1. Provodnik
Bakarni provodnik kabla treba da je klase 5 ili 6
po zahtevima standarda za izradu provodnika IEC
Slika 1. Primer pokretnog i nepokretnog mesta priklju~enja voda priklju~ka pokretnog privremenog objekta
223
Slika 2.
60228. Provodnici navedenih klasa su savitljivi, odnosno naro~ito savitljivi i omogu}avaju traènu savitljivost prilikom priklju~enja na mesto priklju~enja kabla priklju~ka pokretnog privremenog objekta.
@ice u provodniku mogu biti sa metalnom prevlakom ili bez nje.
Koja klasa provodnika i da li su potrebne pojedina~ne ìce bez metalne prevlake ili sa njom mogu}e je odrediti u zavisnosti od konkretne primene
kabla.
Nazivni presek provodnika je najvi{e 25 mm2.
3.2. Izolacija i pla{t
U zavisnosti od primene i mesta polaganja, ovaj
kabl moè imati izolaciju i pla{t od gumenih ili PVC
me{avina.
Primenjeni materijal za izolaciju treba da zadovoljava potrebnu radnu temperaturu na provodniku,
naponski nivo i obezbedi potrebno strujno optere}enje.
Za pla{t su potrebni materijali koji imaju dobre
osobine, odnosno otporni su na vodu i mehani~ke
uticaje, a tako|e su i slabo gorivi. Upijanje vode kod
upotrebljenih materijala treba da je {to manje. Po-
trebno je da pla{t ima sposobnost brzog oporavka,
relaksacije nakon mehani~kog naprezanja, naj~e{}e
gnje~enja. Potrebno je da pla{t bude {to elasti~niji.
Slabo gorivi materijal, kao spolja{nji pla{t, obezbe|uje bolje pona{anje kabla u slu~aju zapaljenja.
Za pla{t su najpogodnije me{avine na bazi poliolefina ili PVC me{avine sa pobolj{anim karakteristikama.
3.3. Mehani~ka za{tita
Najva`niji konstrukcioni elemenat ovog kabla
je mehani~ka za{tita. Ona je neophodna kod kabla
predvi|enog za plitko polaganje. Zbog zahteva da
kabl bude savitljiv nije mogu}e primeniti metalne
trake ili ìce kao konstrukcioni elemenat koji treba
da obezbedi dobru mehani~ku za{titu. Metalne trake
ili ìce ukru}uju kabl u koji su ugra|eni kao konstrukcioni deo.
Potrebno je da mehani~ka za{tita bude izvedena
u nemetalnoj varijanti. Nemetalna mehani~ka za{tita se postavlja ispod spolja{njeg pla{ta.
Da bi kabl bio mehani~ki za{ti}en, potrebno ga
je omotati slojevima aramidnih traka. One su sa~injene od vrlo gusto tkanih aramidnih vlakana velike
Slika 3. Aramidna traka
224
~vrsto}e i omotane su u dva sloja oko kabla. Trake
umanjuju ili zaustavljaju spolja{nje mehani~ke uticaje na elemente kabla koje {tite.
Aramidna vlakna su sinteti~ka, polimerna i prvi
put su proizvedena 1960-ih godina. Najpoznatija
aramidna vlakna su kevlar (poli-p-fenilentereftalamid – PPTA) i tvaron. Aramidna vlakana imaju malu gustinu (1,44 g/cm3) i veliku zateznu ~vrsto}u
(4 480 N/mm2). Njihov modul elasti~nosti je 124,1 x
103 N/mm2. Otporna su na rezanje, poàr, hemikalije i korozije. Aramidno vlakno je sinteti~ki organski
polimer (aromatic polyamid). Vlakna su zlatnoùte
boje i imaju veliku otpornost prema udaru, abraziji i
termi~koj degradaciji. Na slici 2 pokazana je traka
od aramidnih vlakana.
Aramidne tkane trake su predvi|ene da {tite
kablove od mehani~kih proboja, ekstremnih klimatskih promena ili da se pomo}u njih pobolj{a otpornost i poja~a kabl koji se primenjuje u ekstremnim
uslovima, u koje se moè svrstati i plitko polaganje.
4. ISPITIVANJA KABLA
Pored uobi~ajenih ispitivanja za niskonaponski
energetski kabl kod ovog kabla je potrebno obaviti i
neka posebna tipska ispitivanja:
– otpornost na gnje~enje i
– otpornost na udar.
Cilj ovog ispitivanja je da se proveri sposobnost
kabla da izdrì gnje~enje.
Razvijen je interni metod za ovo ispitivanje, pri
~emu se koristilo saznanja o sli~nom ispitivanju kod
opti~kih kablova.
U laboratorijskim uslovima otpornost na gnje~enje mogu}e je simulirati direktnim gnje~enjem
kabla. Ispitivanje je mogu}e obaviti na dovoljno
sna`noj kidalici.
Uzorak kabla treba da je dovoljne duìne da se
moè obaviti ispitivanje. Uzorak se postavlja izme|u dve ~eli~ne plo~e. Jedna je osnovna, bazna, plo~a koja je nepokretna i na nju se postavlja uzorak.
Druga plo~a je pokretna i njom se uzorak ravnomerno gnje~i. Sila gnje~enja se primenjuje na 100 mm
duìne uzorka. Uzorak izme|u plo~a treba da je tako postavljen da se spre~i bo~no pomeranje po
osnovnoj plo~i. Sila gnje~enja se postepeno pove}ava bez naglih promena vrednosti. Najve}a sila se drì 1 minut.
Ispitivanje je potrebno obaviti na 3 mesta na ispitnom uzorku, pri ~emu razmak izme|u ispitivanih
mesta ne treba da je ve}i od 500 mm, i to bez okretanja kabla.
Kabl je zadovoljio ispitivanje na gnje~enje ako
ni na jednom konstrukcionom elementu kabla nije
uo~eno fizi~ko o{te}enje ili naprslina.
Na slici 3 prikazan je princip metoda kojim je
mogu}e obaviti ovo ispitivanje.
4.1. Otpornost na gnje~enje
Primenjena sila
Preko kabla za plitko polaganje mogu} je povremeni saobra}aj kamiona za polivanje ulica, vatrogasnog ili dostavnog vozila. Zbog toga je kod
ovog kabla veoma bitno da izdrì silu kojom oni
mogu da deluju na njega. Prilikom delovanja nekom
silom mogu}e je da do|e do gnje~enja kabla.
Pokretna plo~a
Uzorak
kabla
Osnovna plo~a
Slika 5. Metod za ispitivanje otpornosti na gnje~enje
4.2. Otpornost na udar
Slika 4. Primer testiranja
Na kabl za plitko polaganje moè delovati i
spolja{nji mehani~ki udar, naj~e{}e prilikom nekih
radova u blizini gde je kabl poloèn.
Prenosnik od
udarca ~eki}a
êli~no
postolje
φ20
[irina „{lica” u asfaltu zavisi od pre~nika energetskog kabla koji se polaè. Kabl se postavlja na
sredinu „{lica”.
Posteljica kabla treba da je sitnozrnasta zemlja.
U sloj zemlje du` cele trase je potrebno postaviti
upozoravaju}u traku sa natpisom „energetski kabl”.
Na zemlju se postavljaju jedna na drugu dve gumene „jastuk” trake, preko kojih se nanosi bitumen.
Na slici 8 prikazano je plitko polaganje kabla u
asfalt.
40
Uzorak
kabla
100
êki}
5.2. Polaganje kabla u asfalt
Dubina postavljanja kabla
Cilj ovog ispitivanja je da se proveri otpornost
kabla na udar.
S kabla je potrebno ise}i 3 uzorka duìne koja
je najmanje 5 puta ve}a od pre~nika kabla, ali ne
manja od 150 mm.
Za ispitivanje se koristi ure|aj prikazan na slici 4.
Mere na slici su date u milimetrima. Uzorak se postavlja na ~eli~no postolje i pu{ta se ~eki} odre|ene
mase da sa visine od 300 mm pada na sredinu uzorka. Broj udara i masa ~eki}a odre|uju se prema konstrukciji i preseku provodnika.
Smatra se da je uzorak izdrào ispitivanje ako
se ni na jednoj izolaciji ne mogu primetiti naprsline
golim okom.
Ure|aj za ispitivanje otpornosti na udar prikazan je na slici 6.
225
Slika 6. Ure|aj za ispitivanje otpornosti na udar
Upozoravaju}a
traka
Sloj {ljunka
Dve gumene
„jastuk” trake
Posteljica
(sitnozrnasta
zemlja)
Kabl
Slika 7. Plitko polaganje kabla ispod betonskih ili
granitnih plo~a
5. POLAGANJE KABLA
5.1. Polaganje kabla ispod betonskih ili
granitnih plo~a
[irina rova zavisi od pre~nika energetskog kabla
koji se polaè. Kabl se postavlja na sredinu rova.
Posteljica kabla treba da je sitnozrnasta zemlja.
Na zemlju se podu`no postavljaju jedna na drugu
dve gumene „jastuk” trake, preko kojih ide sloj
{ljunka. U sloj {ljunka du` cele trase je potrebno postaviti upozoravaju}u traku sa natpisom „energetski
kabl”. Preko {ljunka se postavljaju betonske ili granitne plo~e.
Na slici 7 prikazano je plitko polaganje kabla
ispod betonskih ili granitnih plo~a.
Dubina postavljanja kabla
Kabl za plitko polaganje polaè se u kablovski
rov. Preporu~uje se pojedina~no postavljanje kabla.
Bitumen
Dve gumene
„jastuk” trake
Upozoravaju}a traka
Posteljica (sitnozrnasta zemlja)
Kabl
Slika 8. Plitko polaganje kabela u asfalt
226
6. ZAKLJUÂK
7. LITERATURA
Kod nas se jo{ ne koristi kabl za plitko polaganje kao kabl za priklju~enje pokretnog privremenog
objekta na javnoj povr{ini. Neophodno je izraditi
tehni~ku preporuku za primenu kabla za plitko polaganje. Tako|e je potrebno uraditi ve}i broj posebnih
ispitivanja kako bi se mogle utvrditi potrebne vrednosti za otpornost na gnje~enje i udar.
[1]
[2]
[3]
[4]
\. Gli{i}, A. Popovac-Damljanovi}, V. Kugli-Nikoli}: TIP kablA ZA PRIKLJUÊNJE POKRETNOG
PRIVREMENOG OBJEKTA NA JAVNIM POVR[INAMA, RB1-03, Savetovanje CIGRE SRBIJA.
Standard IEC 60794-1-2-E3
Standard SRPS N.C0.056
Katalozi raznih proizvo|a~a
Dora|en rad STK B1–01 30. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 09. 06. 2011. godine
Vesna Nikoli} Kugli ro|ena je u Novom Sadu 1959. godine. Na Fakultetu tehni~kih nauka u Novom Sadu diplomirala na Elektrothni~kom odseku, Smer energetika, elektronika i telekomunikacije 1986. godine. U Novkabelu od 1986. radi na poslovima konstrukcije kablova
kao konstruktor ili samostalni konstruktor. Trenutno radi kao vode}i inènjer razvoja.
\or|e Gli{i} ro|en je 1950. u Beogradu. Diplomirao je 1973. na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Radio je 1974–1979. u Elektronskoj industiji – Fabrika signalnih ure|aja u Beogradu, kao projektant automatskih ure|aja putnih prelaza za èleznicu. Od 1979. godine radi u Elektrodistribucija – Beograd Sektor za razvoj, kao glavni inènjer za distributivne nadzemne vodove.
Leli} A. Dragoslav i drugi: Promena pristupa u projektovanju nadzemnih vodova visokog napona u zonama pove}ane osetljivosti...
227
Promena pristupa u projektovanju nadzemnih
vodova visokog napona u zonama pove}ane
osetljivosti usled novog pravilnika o granicama
izlaganja nejonizuju}im zra~enjima
Dragoslav A. Leli}1, Ivan M. Milanov1 i Du{an M. Radoj~i}2,
1
„Elektroistok – Inènjering” d.o.o., Rovinjska 12, 11 000 Beograd, Srbija
„Elektroistok – Projektni biro” d.o.o., Rovinjska 14, 11 000 Beograd, Srbija
2
Stru~ni rad
UDK: 621.315.1
Rezime
Stupanjem na snagu Pravilnika o granicama izlaganja izvorima nejonizuju}eg zra~enja znatno su snièni referentni grani~ni nivoi izlaganja stanovni{tva elektromagnetskim poljima u zonama pove}ane osetljivosti. Usled toga mora do}i do promene u dosada{njem pristupu projektovanju nadzemnih vodova naponskog nivoa preko 35 kV u navedenim zonama. Ovo se pre svega odnosi na pove}anje sigurnosne visine provodnika od objekata i tla.
U ovom radu je pokazano koliko je potrebno pove}ati visine provodnika dalekovoda razli~itih naponskih nivoa u zonama pove}ane osetljivosti da bi se ispunili uslovi koje zahteva navedeni pravilnik i kako sve
to uti~e na pojedine elemente dalekovoda.
Klju~ne re~i: elektromagnetno polje, nadzemni vod, Pravilnik o granicama izlaganja izvorima nejonizuju}im
zra~enjima
THE CHANGE IN HV OVERHEAD LINE DESIGNING APPROACH IN THE INCREASED SENSITIVITY
ZONES BASED ON THE NEW UN-IONISING RADIATION SOURCES EXPOSURE LIMITS RULES
Abstract
The new Un-Ionising Radiation Sources Exposure Limits Rules significantly lowered the reference levels of population exposure to electromagnetic fields in urban areas. As a result, the current approach to
the design of overhead lines with the voltage above 35 kV in these areas has to be changed. This refers
primarily to the increase in security height above facilities and ground.
This paper shows the level of increase in transmission line height of different voltage levels, in urban
areas in order to meet the conditions defined by the above-specified Rules and its impact on certain overhead power lines elements.
Key words: electromagnetic field, overhead line, Un-Ionising Radiation Sources Exposure Limits Rules
1. UVOD
U blizini nadzemnih elektroenergetskih vodova
napon (naelektrisanje), odnosno struja provodnika
vodova, stvaraju elektri~na i magnetna polja indu-
strijske u~estanosti (niske u~estanosti). Ova polja
uti~u na objekte i ìve organizme u blizini elektroenergetskih objekata.
Vi{e faktora uti~e na intenzitet elektri~nog i
magnetnog polja, u prvom redu napon i struja.
228
Uticaj elektri~nog polja je stalan sve dok je dalekovod pod naponom i istog intenziteta po{to se
smatra da je nominalni napon stalan. Promene napona u praksi nisu ve}e od ± 5 %. U tim granicama se
menja intenzitet elektri~nog polja.
Uticaj magnetnog polja je u direktnoj srazmeri
sa strujom optere}enja dalekovoda, tako da se vrednost magnetnog polja menja od nekoliko procenata
(struja praznog hoda) do maksimalne vrednosti (nominalna vrednost struje).
Uticaj elektri~nog i magnetnog polja na ìve organizme, a naro~ito na ljude, intenzivno se prou~ava duè od trideset godina.
Radi za{tite ìvotne sredine, a u skladu s najnovijim propisima za ovu oblast, usavr{eni su metodi
za prora~un elektri~nog i magnetnog polja, kao i sistemi merenja vrednosti polja na terenu. Ja~ine (gradijenti) ovih polja i indukovanih struja mogu se izra~unati i meriti s dovoljnom precizno{}u u svim
prakti~nim slu~ajevima.
U skladu sa svetskim i evropskim tendencijama
u ovoj oblasti, u Srbiji je 24. 12. 2009. stupio na snagu Pravilnik o granicama izlaganja nejonizuju}im
zra~enjima, ~ije se odredbe odnose na zone pove}ane osetljivosti. Pod zonama pove}ane osetljivosti
podrazumevaju se podru~ja stambenih zona u kojima se osobe mogu zadràvati i 24 sata dnevno; {kole, domovi, pred{kolske ustanove, porodili{ta, bolnice, turisti~ki objekti, te de~ja igrali{ta; povr{ine neizgra|enih parcela namenjene, prema urbanisti~kom
planu, navedenim namenama.
Primena novog pravilnika je naro~ito izraèna u
blizini gradova gde je, po pravilu, cela duìna dalekovoda u zoni pove}ane osetljivosti. U toku godinu
i po dana, koliko se Pravilnik primenjuje, u mreì
EMS ura|eni su projekti za DV 400 kV u duìni od
18 km, 220 kV u duìni od 6 km i DV 110 kV u duìni od 8 km, i to celom duìnom u zoni pove}ane
osetljivosti.
Ovim pravilnikom propisani su referentni grani~ni nivoi izlaganja stanovni{tva elektri~nim, magnetnim i elektromagnetnim poljima razli~itih frekvencija, koji za frekvenciju od 50 Hz, u zonama
pove}ane osetljivosti, iznose:
– za ja~inu elektri~nog polja E = 2 kV/m,
– za gustinu magnetnog fluksa B = 40 μT.
Uz ovaj pravilnik stupio je na snagu i Pravilnik
o izvorima nejonizuju}ih zra~enja od posebnog interesa, vrstama izvora, na~inu i periodu njihovog ispitivanja. Prema ovom pravilniku, nadzemni vodovi
spadaju u stacionarne izvore elektromagnetnog zra~enja i smatraju se jedinstvenim izvorima elektromagnetnog polja celom svojom duìnom.
2. PREGLED VREDNOSTI ELEKTRI^NOG I
MAGNETNOG POLJA ZA DOSADA[NJU
PRAKSU I ZA PRIMENU
NOVOG PRAVILNIKA
Do dono{enja Pravilnika o granicama izlaganja
nejonizuju}im zra~enjima kod nas su se kada su projektovani dalekovodi koristile preporuke Svetske
zdravstvene organizacije (WHO), odnosno preporuke Saveta Evropske unije. Prema tim preporukama,
grani~ne vrednosti elektri~nog i magnetnog polja, za
frekvenciju od 50 Hz, iznose:
– za ja~inu elektri~nog polja E = 5 kV/m,
– za gustinu magnetnog fluksa B = 100 μT.
Novim pravilnikom znatno su snièni referentni grani~ni nivoi izlaganja stanovni{tva elektromagnetnim poljima. Usled toga mora do}i do promene u
dosada{njem pristupu projektovanja nadzemnih vodova naponskog nivoa preko 35 kV jer se moraju
preduzeti odre|ene mere da bi se snizila vrednost
elektromagnetnog polja u blizini dalekovoda.
Vrednost elektri~nog i magnetnog polja usled
dalekovoda moè se smanjiti na vi{e na~ina, i to:
a) smanjenjem strujnog optere}enja dalekovoda ({to
je neisplativo jer je onda neophodno pove}anje
naponskog nivoa da bi se prenela ista snaga);
b) kori{}enje izolovanih provodnika – time se omogu}uje manji sigurnosni razmak izme|u faza na
stubu i pove}anje naponskog nivoa voda, bez izmene glave stuba, ali i poskupljuje sam dalekovod;
c) promenom redosleda faza – ovo je primenljivo na
dvostrukim dalekovodima. Najpovoljniji je slu~aj
nesimetri~nog reìma na „bure” stubu (048-840)
jer se dobijaju najmanje vrednosti elektri~nog i
magnetnog polja;
d) zamenom jednostrukog sistema dvostrukim;
e) odgovaraju}im rasporedom provodnika (izmena
konfiguracija glave stuba). U prilogu ovog rada
dati su dijagrami elektri~nog i magnetnog polja za
~etiri karakteristi~na slu~aja. Na njima se moè
videti kako raspored provodnika uti~e na vrednost
elektromagnetnog polja. Tako, na primer, za stub
tipa „bure”, uz povoljan redosled faza oba sistema, polje ima manju vrednost nego {to je to slu~aj kod horizontalnog redosleda faza (stub tipa
„portalni”);
f) pove}anjem visine provodnika iznad tla.
U ovom radu bi}e prikazano za koliko je neophodno pove}ati visinu provodnika iznad tla i objekata, za razli~ite naponske nivoe, da bi elektri~no i
magnetno polje bilo u granicama referentnih nivoa
propisanih Pravilnikom o granicama izlaganja nejonizuju}im zra~enjima, u zonama pove}ane osetljivosti.
Vrednosti elektri~nog i magnetnog polja izra~unate su i proverene pomo}u dva nezavisna softverska paketa:
– PLS-Cadd – u svetu naj~e{}e kori{}en i priznat
program za projektovanje dalekovoda, koji ima i
mogu}nost detaljnog prora~una elektromagnetnog
polja (svi prora~uni u ovom programu bazirani su
na metodima iz knjige EPRI Red Book – 2nd edition);
– Program „Polje”, koji je izradio profesor Milan
Savi} sa Elektrotehni~kog fakulteta Univerziteta u
Beogradu i koji se isklju~ivo koristi za prora~un
elektromagnetnog polja u zoni dalekovoda.
Pomenutim programima dobijaju se pribli`no
iste vrednosti elektri~nog i magnetnog polja.
U narednim tabelama date su vrednosti elektromagnetnog polja za minimalne visine provodnika
iznad tla.
– Tabela 1 – prema Pravilniku o tehni~kim normativima za izgradnju nadzemnih elektroenergetskih
vodova nazivnog napona od 1 kV do 400 kV. Pre
primene preporuka Svetske zdravstvene organizacije, za sigurnosne visine primenjivao se samo
Pravilnik za izgradnju nadzemnih vodova, kojim
su definisane sigurnosne visine voda u gusto nase-
229
ljenim mestima (~lan 130), u zavisnosti od naponskog nivoa:
– za 110 kV, 7,0 m;
– za 220 kV, 7,75 m;
– za 400 kV, 9,0 m.
Pravilnik za izgradnju nadzemnih elektroenergetskih vodova nije uzimao u obzir elektri~no i magnetno polje, odnosno smatrano je da navedene sigurnosne visine zadovoljavaju i s aspekta elektromagnetnog polja.
– Tabela 2 – prema preporukama Svetske zdravstvene organizacije, usvojenim 1998. godine, pove}ane su sigurnosne visine provodnika.
– Tabela 3 – prema novom Pravilniku o granicama
izlaganja nejonizuju}im zra~enjima (2009), dodatno su pove}ane sigurnosne visine u zonama pove}ane osetljivosti.
Svi prora~uni ura|eni su za referentnu ta~ku od
1,8 m iznad tla, za najkriti~nije slu~ajeve, odnosno
pri najve}em pogonskom naponu dalekovoda, maksimalnoj struji optere}enja voda (prema internom
standardu EMS-a IS 37) i uz najnepovoljniji redosled faza, kako bi se dobile {to ve}e vrednosti elektri~nog i magnetnog polja. Za stub tipa „bure” dat je
opseg vrednosti koji zavisi od redosleda faza oba sistema dvostrukog dalekovoda.
Tabela 1.
Vrednosti elektri~nog i magnetnog polja za visine vodova u naseljenim mestima propisane
Pravilnikom za izgradnju nadzemnih vodova
Nazivni napon (kV)
Tip stuba
Minimalna visina od tla (m)
E (kV/m)
B (μT)
„Jela”
7,0
1,8
19,6
110
„Bure” „Portalni”
7,0
7,0
1,6–2,6
2,2
20,5–33,4
32,1
„Jela”
7,75
3,9
31,8
220
„Bure”
7,75
3,2–5,2
29,5–49,1
„Y”
7,75
4,5
45,2
„Portalni”
7,75
4,4
45,2
400
„Y”
9,0
8,2
73,9
„Portalni”
9,0
8,8
74,8
Tabela 2.
Potrebna minimalna visina provodnika nad tlom da bi se postigle grani~ne vrednosti
prema preporukama Svetske zdravstvene organizacije
Nazivni napon (kV)
Tip stuba
E (kV/m)
B (μT)
„Jela”
4,2
5,0
53,0
110
4,1–4,8
4,5
5,0
5,0
56,2–62,9
64,5
„Jela”
6,8
5,0
38,9
220
„Bure”
6,4–8,0
5,0
42,3–45,5
„Y”
7,2
5,0
49,9
„Portalni”
7,2
5,0
49,9
400
„Y”
12,7
5,0
59,5
„Portalni”
12,8
5,0
64,1
Tabela 3.
Potrebna minimalna visina provodnika nad tlom da bi se postigle grani~ne vrednosti prema novom,
sada vaè}em Pravilniku o granicama izlaganja nejonizuju}im zra~enjima
Nazivni napon (kV)
Tip stuba
E (kV/m)
B (μT)
„Jela”
6,6
2,0
21,9
110
6,3–8,3
7,4
2,0
2,0
25,4–24,9
29,4
„Jela”
11,4
2,0
17,0
220
„Bure”
10,1–14,5
2,0
18,6–17,4
„Y”
12,7
2,0
22,0
„Portalni”
12,6
2,0
22,2
400
„Y”
21,7
2,0
19,9
„Portalni”
22,0
2,0
20,5
230
Tabela 4.
Dodatno pove}anje visine provodnika, u odnosu na Pravilnik za izgradnju nadzemnih vodova,
da elektri~no polje ne bi pre{lo vrednost od E = 5 kV/m
Nazivni napon (kV)
Tip stuba
Pove}anje (m)
„Jela”
–
110
„Bure”
–
„Portalni”
–
„Jela”
–
220
„Bure”
0,25
„Y”
–
„Portalni”
–
400
„Y”
3,7
„Portalni”
3,8
Tabela 5.
Dodatno pove}anje visine provodnika, u odnosu na Pravilnik za izgradnju nadzemnih vodova,
da elektri~no polje ne bi pre{lo vrednost od E = 2 kV/m
Nazivni napon (kV)
Tip stuba
Pove}anje (m)
„Jela”
–
110
„Bure”
1,3
„Portalni”
0,4
„Jela”
3,65
Iz tabela se moè videti da je ograni~avaju}i
faktor za sve razmatrane vodove, u pogledu minimalne visine provodnika, vrednost elektri~nog polja.
U narednim tabelama prikazano je koliko je potrebno pove}ati visine provodnika u odnosu na Pravilnik za izgradnju nadzemnih vodova, za E = 5 kV/m
(prema preporukama Svetske zdravstvene organizacije), odnosno za E = 2 kV/m (prema Pravilniku o
granicama izlaganja nejonizuju}im zra~enjima).
Vrednosti iz tabela 4 i 5 prikazane su i na slede}im dijagramima:
Na narednom dijagramu moè se videti kolike
su potrebne visine provodnika prema Pravilniku za
izgradnju nadzemnih vodova, prema preporukama
Svetske zdravstvene organizacije (za grani~nu vred-
220
„Bure”
6,75
„Y”
4,95
„Portalni”
4,85
400
„Y”
12,7
„Portalni”
13,0
nost elektri~nog polja E = 5 kV/m), kao i prema novom Pravilniku o granicama izlaganja nejonizuju}im zra~enjima (za grani~nu vrednost elektri~nog
polja E = 2 kV/m):
Pore|enjem podataka iz tabela i dijagrama moè se videti da sigurnosna visina definisana Pravilnikom za izgradnju nadzemnih vodova, s aspekta novih grani~nih vrednosti elektromagnetnog polja,
„pokriva” samo stub tipa „Jela” i tipa „Portal” naponskog nivoa 110 kV. Za sve ostale naponske nivoe
neophodno je pove}ati ovu sigurnosnu visinu prema
vrednostima datim u tabeli V.
U narednim tabelama procentualno je dato koliko ovo pove}anje sigurnosne visine provodnika, u
zoni pove}ane osetljivosti, uti~e na parametre dalekovoda razli~itih naponskih nivoa jer da bi se pove}ala visina provodnika iznad objekata ili tla, neophodno je pove}ati visinu stuba ili pove}ati broj stubova. I jedno i drugo povla~i za sobom pove}anje
~eli~ne konstrukcije i pove}anje povr{ine zemlji{ta
za otkup stubnog mesta. Osim toga, ukoliko bi se
i{lo na pove}anje broja stubova, to bi zahtevalo i dodatne elektromonta`ne radove i pove}anje koli~ine
spojne opreme.
U tabelama su vrednosti za visinu stuba utvr|ene za prose~an raspon od 300 m, naprezanje provod-
nika σ = 7,5 daN/mm2, dodatno optere}enje od leda
1,6 x O.D.O daN/m, kao i za temperaturu provodnika +80 °C.
231
3. VREDNOSTI GRANI^NIH NIVOA
ELEKTROMAGNETNIH POLJA
PROPISANE NACIONALNIM
REGULATIVAMA DRUGIH ZEMALJA
Tabela 6.
Promena parametara za DV 110 kV
Naponski nivo
Tip stuba
110 kV
„Bure”
Parametri stuba
Visina
Teìna
Pove}anje
10 %
14 %
Povr{ina za
otkup
10 %
Pove}anje visine stubova u zonama pove}ane
osetljivosti dovodi i do pove}anja ukupne cene izgradnje dalekovoda. Ovo pove}anje cene zavisi od
naponskog nivoa i pribli`no iznosi:
– za 110 kV: 7 do 10 %
– za 220 kV: 9 do 16 %
– za 400 kV: 20 do 25 % (Portalni stubovi se zbog
svojih dimenzija obi~no ne koriste u zonama pove}ane osetljivosti.)
Pove}anje cene izgradnje dalekovoda u zavisnosti od naponoskog nivoa prikazano je i na slede}em dijagramu:
U narednoj tabeli dat je pregled vrednosti referentnih grani~nih nivoa elektromagnetnih polja industrijske u~estanosti, za zone pove}ane osetljivosti
(javna bezbednost), propisanih nacionalnim regulativama zemalja u okruènju i u svetu.
U prvom redu tabele date su grani~ne vrednosti
izlaganja elektri~nim i magnetnim poljima, koje je
aprila 1998. godine usvojila Me|unarodna komisija
za za{titu od nejonizuju}ih zra~enja pod nazivom Internacionalna komisija za za{titu od nejoniziraju}ih
zra~enja (International Commission for Non-Ionizing Radiation Protection – ICNIRP). One predstavljaju stanovi{te struke za podru~je za{tite ljudi od
{tetnog delovanja elektromagnetskih polja i postale
su referentni dokument na koji se oslanja {ira stru~na i politi~ka javnost.
Na osnovu ovih direktiva Me|unarodne komisije, Savet Evropske unije doneo je preporuke osnovnih ograni~enja i referentnih grani~nih nivoa izlaganja elektromagnetnim poljima ekstremno niskih
u~estanosti (dokument br. 1999/519/ES 12. 07.
1999. godine). Ove vrednosti su navedene u drugom
redu tabele 9 i odnose se na podru~ja javne bezbednosti i bazirana su na kratkotrajnim efektima nejonizuju}ih zra~enja.
Ve}i broj evropskih zemalja, a i druge zemlje u
svetu, usvojio je preporuke Saveta Evropske unije.
Tu su pre svega Nema~ka, Francuska, Velika Britanija, Finska, ê{ka, Belgija, Malta, Irska, Portugal,
Ju`na Afrika, Ju`na Koreja, Australija. Dalje, u tabeli 9 navedene su samo zemlje ~ije se propisane vrednosti referentnih grani~nih nivoa elektromagnetnih
polja razlikuju od preporu~enih.
Tabela 7.
Naponski nivo
Tip stuba
220 kV
„Bure”
„Jela”
Parametri stuba
Visina
Teìna
Pove}anje
17 %
14 %
Povr{ina
za otkup
13 %
Visina
Teìna
37 %
33 %
„Y”
Povr{ina
za otkup
39 %
Visina
Teìna
26 %
18 %
Povr{ina
za otkup
22 %
Tabela 8.
Naponski nivo
Tip stuba
400 kV
„Y”
Parametri stuba
Visina
Teìna
Pove}anje
65 %
46 %
„Portalni”
Povr{ina
za otkup
66 %
Visina
Teìna
65 %
30 %
Povr{ina
za otkup
117 %
Iz na{eg blièg okruènja pomenute preporuke u
celosti su usvojile Austrija, Ma|arska, Italija, [vajcarska i Slovenija, s tom razlikom da za nove dalekovode, italijanski, {vajcarski i slovena~ki propisi
ograni~avaju srednju 24–~asovnu vrednost magnetne
indukcije (to su vrednosti date u zagradama).
Tabela 9.
Vrednosti referentnih grani~nih nivoa
elektromagnetnih polja propisane regulativama
raznih zemalja (izvor: internet sajt
Svetske zdravstvene organizacije)
Redni
broj
Zemlja
E
(kV/m)
B
(μT)
5
100
5
100
100
(1)
100
(0,5)
1 200
100
(10)
120
80
/
25
40
15–20
50
48
2.
Me|unarodna institucija
(ICNIRP)
Evropska unija
3.
[vajcarska
5
4.
Italija
5
5.
Bugarska
25
10
(0,5)
8
4
3
3
2
1,6–9
1
1
1.
6.
Slovenija
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Holandija
Gr~ka
Japan
Argentina
Hrvatska
SAD (zavisno od dràve)
Rusija
Poljska
vrha stuba 48,1 m. Podaci su dati za projektovani,
jo{ neizgra|en DV 400 kV u okolini Beograda.
Na taj na~in se znatno pove}avaju tro{kovi izgradnje dalekovoda, kao i zna~ajniji vizuelni uticaj
DV u okruènju zbog znatnog pove}anja visine stubova.
S obzirom na to da su DV 400 kV neophodni za
napajanje ve}ih gradova, neophodno je da se blagovremeno planiraju koridori DV 400 kV i da se u tim
koridorima ne planiraju zone pove}ane osetljivosti.
Potrebno je uskladiti zakonsku regulativu za izgradnju DV-a sa zakonima iz oblasti neojnizuju}ih
zra~enja i utvrditi i referentne grani~ne nivoe izlaganja stanovni{ta izvorima nejonizuju}eg zra~enja
za oblasti izvan zona pove}ane osteljivosti.
5. PRILOG
Dijagrami elektri~nog i magnentog polja za razli~ite tipove stubova, za visinu provodnika 7,0 m
2
Elektri~no polje (kv/m)
232
1
4. ZAKLJUÂK
0
-20
Magnetno polje (uT)
Kod projektovanja nadzemnih vodova visokog
napona uo~ena je tendencija pove}anja visine provodnika iznad tla i objekata u odnosu na Pravilnik
za izgradnju nadzemnih vodova iz 1988.
Pove}anje visine provodnika po~elo je sa uvaàvanjem starenja provodnika i dodavanjem rezerve od
oko 2 m na propisanu sigurnosnu visinu, bez obzira
na zonu kojom dalekovod prolazi. Slede}e pove}anje, u zonama pove}ane osetljivosti, usledilo je uvo|enjem granica za elektri~no i magnetno polje, {to je
u~inila Svetska zdravstvena organizacija 1998.
Pravilnikom o granicama izlaganja izvorima
nejonizuju}eg zra~enja u zonama pove}ane osetljivosti iz 2009. godine dodatno se pove}avaju sigurnosne visine na dalekovodima.
Kao {to se vidi iz prethodno priloènih tabela,
ovo pove}anje sigurnosnih visina, za DV 110 kV je
minimalno, dok za DV 220 kV i 400 kV ima znatnu
vrednost.
Tako, na primer, da bi se zadovoljili svi uslovi iz
novog pravilnika, visine nose}ih stubova (400 kV)
do provodnika iznose 40,0 m, do rigle 44,0 m, a do
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
-20
-15
-15
-10
-10
-5
0
5
Prenos (m)
-5
0
5
Prenos (m)
10
15
10
Dijagrami elektri~nog i magnetnog polja
za stub tipa „Jela”
15
20
20
Magnetno polje (uT)
3
2
1
0
-20
-15
-10
-5
0
5
Prenos (m)
10
15
20
30
-10
-5
0
5
Prenos (m)
10
15
20
3
25
Magnetno polje (uT)
-15
Dijagrami elektri~nog i magnetnog polja za stub
tipa „Bure” za povoljniji redosled faza (048-840)
35
20
15
10
5
0
-20
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
-20
233
-15
-10
-5
0
5
Prenos (m)
10
15
2
1
20
0
-20
-15
-10
Dijagrami elektri~nog i magnetnog polja
za stub tipa „Portal”
-5
0
5
Prenos (m)
10
15
20
Magnetno polje (uT)
35
2
1
30
25
20
15
10
5
0
-20
0
-20
-15
-10
-5
0
5
Prenos (m)
10
15
20
-15
-10
-5
0
5
Prenos (m)
10
15
20
Dijagrami elektri~nog i magnetnog polja za stub „Bure”
za najnepovoljniji redosled faza (048-804)
234
Iz priloènih dijagrama moè se videti koliko se
vrednost elektromagnetnog polja, za istu visinu provodnika iznad tla (7 m) menja u zavisnosti od tipa
stuba (rasporeda provodnika u glavi stuba), kao i u
zavisnosti od redosleda faza na dvostrukom dalekovodu.
[5]
6. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
PRAVILNIK O GRANICAMA IZLAGANJA IZVORIMA NEJONIZUJU]EG ZRAÊNJA („Sl.
glasnik RS”, br. 104/2009)
PRAVILNIK O IZVORIMA NEJONIZUJU]IH
ZRAÊNJA OD POSEBNOG INTERESA, VRSTAMA IZVORA, NAÎNU I PERIODU NJIHOVOG ISPITIVANJA („Sl. glasnik RS”,
br. 104/2009)
PRAVILNIK O TEHNI^KIM NORMATIVIMA
ZA IZGRADNJU NADZEMNIH ELEKTROENERGETSKIH VODOVA NAZIVNOG NAPO-
[6]
[7]
NA OD 1 KV DO 400 KV („Sl. list SFRJ” br. 65/88
i „Sl. list SRJ”, br. 18/92)
IS 37 TRAJNO DOZVOLJENE STRUJE FAZNIH
PROVODNIKA NADZEMNIH VODOVA NAZIVNIH NAPONA 400 kV, 220 kV I 110 kV,
JP Elektroprivreda Srbije, 2003, http://www.ems.rs
STUDIJA UTICAJA NADZEMNIH VODOVA
110 kV-400 kV NA OKOLINU I MERE ZA[TITE
– STUDIJA br. 310942, Elektrotehni~ki institut
„Nikola Tesla”
GUIDELINES FOR LIMITING EXPOSURE TO
TIME-VARYING ELECTRIC, MAGNETIC, AND
ELECTROMAGNETIC FIELDS (up to 300 ghz) –
ICNIRP Guidelines Health Physics Society 74 (4):
494–522; 1998.
GUIDELINES FOR LIMITING EXPOSURE TO
TIME-VARYING ELECTRIC AND MAGNETIC
FIELDS (1 HZ TO 100 KHZ) – Health Physics
Society 99(6):818–836; 2010.
Dragoslav A. Leli} ro|en je 1958. u Kopru. Osnovnu i srednju {kolu zavr{io je u Beogradu. Diplomirao je 1982. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu na Energetskom odseku. Zaposlen je u firmi „Elektroistok inènjering” iz Beograda. Predmet interesovanja su projektovanje, izgradnja i eksploatacija visokonaponskih nadzemnih vodova.
Ivan M. Milanov ro|en je 1978. godine u Beogradu. Osnovnu i srednju {kolu zavr{io je
u Smederevu. Diplomirao je 2005. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu na
Energetskom odseku. Zaposlen je u firmi „Elektroistok inènjering” iz Beograda. Predmet interesovanja je projektovanje nadzemnih vodova naponskog nivoa preko 1 kV, kao i stru~na
problematika u vezi sa projektovanjem viskonaponskih vodova.
Du{an M. Radoj~i} ro|en je1947. u Slavonskom Brodu. Osnovnu i srednju {kolu zavr{io je u Beogradu . Diplomirao je 1970. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu na
energetskom odseku. Zaposlen je u firmi „Elektroistok, Projektni biro” iz Beograda. Predmet
interesovanja su mu projektovanje i konsultantske usluge nadzemnih vodova naponskog nivoa preko 1 kV.
Jankovi} P. Stanko i Salamon D. Dragutin: Uticaj zemljovodnog uzeta u prora~unu struje jednopolnog zemljospoja
235
Uticaj zemljovodnog uzeta u prora~unu
struje jednopolnog zemljospoja
Stanko P. Jankovi}1, Dragutin D. Salamon2
1
JP „Elektromreà Srbije", Vojvode Stepe 412, 11 000 Beograd, Srbija
2
Stru~ni rad
UDK: 621.3.053; 621.316.99
Rezime
Prora~un struje jednopolnog zemljospoja jedan je od osnovnih prora~una prilikom projektovanja uzemljiva~kih sistema. Uobi~ajena praksa u prora~unu struje jednopolnog zemljospoja je da se vodovi modeluju kao redne impedanse, pri ~emu se zanemaruje uticaj zemljovodnog uèta. U radu je ura|ena komparativna analiza prora~una struje jednopolnog zemljospoja kada su vodovi modelovani na osnovu vrednosti
parametara usvojenih iz tehni~ke dokumentacije i kada su vodovi modelovani geometrijski. Svi prora~uni
su ura|eni u programskom paketu DIgSILENT PowerFactory.
Klju~ne re~i: jednopolni zemljospoj, model voda, zemljovodno uè, struja kroz zvezdi{te transformatora
GROUND WIRE IMPACT IN THE PHASE-TO-CURRENT FAULT CALCULATION
Abstract
Phase-to-current fault calculation represents one of the essential calculations during the grounding
systems design. A common practice in the phase-to-current fault calculation involves line modelling as serial impedance in mathematics models, while neglecting the ground wire impact. The paper includes the
comparative analysis between two methods of calculation when the lines are modelled based on parameter
values indicated in the technical documents and when they are modelled geometrically. All calculations have been done in the DIgSILENT PowerFactory software package.
Key words: Phase-to-current fault, Overhead line model, Ground wire, Transformer neutral point current
1. UVOD
Ovaj rad ima za cilj da analizira uticaj razli~itih
na~ina modelovanja nadzemnog voda u prora~unima struje jednopolnog zemljospoja u elektroenergetskom sistemu (EES). U radu je analizirano da li i u
kojoj meri zemljovodno uè uti~e na vrednost struje
zemljospoja. U dosada{njoj praksi zemljovodno uè
nije uzimano u obzir u prora~unima struja kroz elemente EES usled jednopolnog zemljospoja. Da bi se
ispitao ovaj uticaj, u radu su kori{}ena dva pristupa:
– prvi pristup se odnosi na klasi~an prora~un, sa parametrima nadzemnog voda dobijenim iz tehni~ke
dokumentacije voda;
– drugi pristup je sloèniji od prvog po{to se u njemu kompletno prora~unavaju sve potrebne impedanse na osnovu podataka o geometriji voda i rasporeda provodnika u glavi stuba. Ovaj na~in modelovanja voda naziva se geometrijsko modelovanje, {to podrazumeva modelovanje svakog faznog
i zemljovodnog uèta zasebno. Pri tome se defini{e visina ve{anja svakog uèta, kao i maksimalni
236
ugib fazne i zemljovodne uàdi elektromagnetno
spregnute.
Tema rada je obra|ena u okviru dva dela. U prvom delu su data potrebna teorijska obja{njenja vezana za prora~un parametara nadzemnog voda, dok
je u drugom delu izvr{ena uporedna analiza primene
razli~itog na~ina modelovanja nadzemnog voda pri
prora~unima struje jednofaznog zemljospoja na primeru jednog realnog voda. Radi postizanja {to ve}e
preciznosti, svi prora~uni su ura|eni primenom metoda superpozicije [1, 2]. U radu je ispitan i uticaj
na~ina modelovanja nadzemnog voda na struju kroz
zvezdi{te energetskog transformatora u slu~aju jednopolnog zemljospoja. Vi{e informacija o na~inu
modelovanja voda i upotrebi programskog paketa
DIgSILENT PowerFactory moè se na}i u [3–6].
2. PARAMETRI NADZEMNIH VODOVA
Impedansa nadzemnog voda se sastoji od tri
komponente [3]:
– unutra{nje impedanse Z’int = R’int(ω) + jωL’int(ω),
koja se ra~una na osnovu pada napona usled rezistanse provodnika i magnetnog polja unutar provodnika. Zbog skin efekta i reaktansa i rezistansa
su frekvencijski zavisne;
– geometrijske impedanse Z’G, koja predstavlja impedansu idealnog provodnika bez magnetnog polja unutar provodnika i zemlje sa idealnom provodno{}u. Geometrijska impedansa je frekvencijski nezavisna;
– izraza za korekciju usled uticaja zemlje
Z’E = R’t(ω) + jωL’t(ω), frekvencijski zavisan izraz
koji razmatra kona~nu provodnost zemlje i efekte
blizine. Ovaj izraz zavisi od otpornosti zemlje i
geometrije voda (razli~iti koeficijenti za sopstvenu i me|usobnu impedansu).
Zanemarenjem skin efekta unutra{nja impedansa se ra~una pomo}u slede}eg izraza
′ = RInt
′ + jω LInt′
Z Int
′ = RDC
RInt
(1)
(2)
μ0
⎧
pun provo
pun provodnik
⎪
8π
⎪
LInt = ⎨ ⎛
(3)
⎞
q4
r
3q 2 − r 2 ⎟ cilindri~an
⎪ μ0 ⎜
⋅ ln −
cilindrièa
⎪ 2π ⎜ (r 2 − q 2 )2
q 4 (r 2 − q 2 )⎟ provodnik
⎠
⎩ ⎝
U (2) je RDC podu`na otpornost provodnika pri
jednosmernoj struji u Ω/km, dok su r i q spolja{nji i
unutra{nji polupre~nik cilindri~nog provodnika, re-
spektivno. Ako se uvaì skin efekat, unutra{nja impedansa provodnika postaje funkcija u zavisnosti od
frekvencije i izra~unava se pomo}u Besselovih
funkcija:
(
(
J0 ς − j
1
Z Int = ⋅ RDC ς − j ⋅
2
J1 ς − j
(
)
pri ~emu je:
ωμ r μ 0
= r ⋅m
ρ
k
n+ 2k
∞
−1) ⎛ x ⎞
(
J n (x ) = ∑
⎜ ⎟
k = 0 k !⋅ (n + k )! ⎝ 2 ⎠
ς =r
m=r
ωμ r μ0
ρ
)
)
(4)
(5)
(6)
(7)
Parametar m u (5) predstavlja odgovaraju}u recipro~nu vrednost kompleksne dubine prodiranja
struja u tlo ρ po apsolutnoj vrednosti. Izraz (5) napisan kao funkcija otpornosti RDC je oblika
ς=
ωμ r μ 0
RDC π
(8)
Relativna permabilnost μr zavisi od geometrije
provodnika (μr = 1 za pun provodnik i μr ≤ 1 za cevasti provodnik), za provodnik izra|en od magnetnog materijala je μr > 1.
Geometrijska impedansa ra~una se pomo}u slede}ih izraza:
′ = jω
Z Gii
μ0
N ii
2π
(9)
′ = jω
Z Gik
μ0
Nik
2π
(10)
gde se frekvencijsko nezavisni koeficijent N ra~una
pomo}u izraza:
N ii = ln
2hi
ri
(11)
N ik = ln
dik
dik′
(12)
gde su parametri hi, dik, d’ik i ri definisani na slici 1.
Ako je provodnik izveden u snopu, vrednost polupre~nika ri u (5) dobija se iz izraza:
rB = n n ⋅ r ⋅ R n −1
(13)
gde je r polupre~nik individualnog provodnika u
snopu, n broj provodnika u snopu i R polupre~nik
snopa (izra~unat na osnovu rastojanja a u snopu, kao
{to je prikazano na slici 2).
86-8:Boskovic za 2.2010. (I-VI).qxd 5.9.2011 13:42 Page 237
i
k
Izraz za korekciju usled uticaja zemlje pomo}u
koga se dobija imedansa petlje koja se zatvara kroz
zemlju ra~una se prema Carsonovim redovima datim pomo}u izraza:
hk
(15)
ri
rk
hi
dik
237
Izrazi P i Q su visokofrekvencijski zavisni i izra~unavaju se pomo}u slede}ih izraza:
k’
i’
a)
(16)
hmin
hstub
b)
Slika1a)Prora~ungeometrijskihkoeficijenata
b)Rasponvodaizme|udvastuba
(17)
2r
U navedenim izrazima je:
za sopstvenu impendansu (18)
R
za me|usobnu impendansu (19)
a
(20)
(21)
Slika2.Simetri~nisnoppolupre~nikaRsanprovodnika,
provodnicisuname|usobnomrastojanjua
Visina hi predstavlja srednju visinu provodnika i
od zemlje. Ako je linija provodnika parabola, za raspone manje od 500 m srednja visina iznad zemlje je:
(22)
(23)
(14)
gde je hmin visina provodnika na sredini raspona, a
hstuba visina stuba kao {to je prikazano na slici 1.
(24)
238
k=
1
,
+ ln 2 − C = 0.61593
2
(25)
⎛ n 1
⎞
,
C = lim ⎜ ∑ − ln n ⎟ = 0.577215
n →∞
⎝ ν =1 ν
⎠
(26)
3. PRORAÛN STRUJE
JEDNOFAZNOG ZEMLJOSPOJA
3.1. Opis kori{}enog modela
Model sloènog EES kori{}en za prora~une sastoji se od modela EES Srbije koji obuhvata prenosnu mreù (vodovi 400, 220 i 110 kV, transformacije 400/220/x, 400/110/x i 220/110/x kV/kV/kV), generatorske jedinice povezane na mreù preko svojih
blok-transformatora i potro{nje direktno vezane na
sabirnice 110 kV. Potro{nja je modelovana kao potro{a~i konstantne snage. Usvojeni reìm za prora~une je reìm vr{nog optere}enja u zimu 2009. godine. Za taj reìm usvojene su slede}e pretpostavke:
– TE-TO u Novom Sadu, Beogradu i Zrenjaninu nisu u pogonu;
– procenjeni konzum Kosova i Metohije je 11,7 %
od ukupnog konzuma Srbije, tj. za vr{no optere}enje od 6 965 MW iznosi oko 815 MW;
– nivoi razmene EES Srbije sa susednim EES dati su
u tabeli 1.
Tabela1.
O~ekivani nivoi razmene na granicama EES Srbije
sa susednim EES u normalnom radnom reìmu
Pravac
Rumunija Bugarska Ma|arska
Hrvatska
Razmena (MW)
-300
-170
-500
140
Pravac
BiH
Albanija
CG
Makedonija
Razmena (MW)
120
-150
-30
240
Modelovani uvoz EES Srbije u ovom reìmu je,
ra~unaju}i sa HE „Piva”, pribli`no 400 MW. Svi
prora~uni su obavljeni po metodu superpozicije, pri
~emu su vodovi modelovani sa skoncentrisanim parametrima.
Da bi se ispitao uticaj zemljovodnog uèta na prora~un struje jednopolnog zemljospoja, bilo je potrebno
adekvatno modelovati vod koji pored tri fazna provodnika sadrì i zemljovodno uè. Za uporednu analizu
izabran je vod 220 kV Kraljevo 3 – Kru{evac 1. U
okviru analize izvr{eni su prora~uni struje jednopolnog zemljospoja u fazi a du` dalekovoda u razmacima od po 20 % duìne, kre}u}i se u pravcu od
TS „Kraljevo 3” prema TS „Kru{evac 1”. Podaci o
DV 220 kV Kraljevo 3 – Kru{evac 1 su slede}i:
Ukupna duìna voda:
Elektri~ni parametri:
48 km
Ukupan broj stubova:
Rd = 3,8 Ω
Direktna rezistansa
125
Duìna izolatorskog
Xd = 20,09 Ω
Direktna reaktansa
lanca: 1,87 m
R0 = 14,840 Ω
Nulta rezistansa
X0 = 57,12 Ω
Nulta reaktansa
Direktna
Bd = 123,33 μS
susceptansa
B0 = 94 μS
Nulta susceptansa
Za prora~une u kojima je primenjeno geometrijsko modelovanje voda usvojena je pretpostavka da
su svi stubovi i svi rasponi du` trase voda isti. Visina stuba je 20,5 m, dok su ostali podaci o stubu dati
na slici 3.
Za uporednu analizu ura|eni su prora~uni struje
jednopolnog zemljospoja kada je vod modelovan kao:
1) „Π” ekvivalentna {ema ~iji elektri~ni parametri
redne i oto~ne grane odgovaraju vrednostima parametara R, X i B iz dokumentacije, tip voda „Line Type (TypLne)”;
2) geometrijski modelovan vod kod koga su zanemarena oba zemljovodna uèta, tip voda „Tower
Geometry Type (TypGeo)”;
3) geometrijski modelovan vod sa jednim zemljovodnim uètom, tip voda „Tower Geometry Type
(TypGeo)”;
4) geometrijski modelovan vod sa dva zemljovodna
uèta, tip voda „Tower Geometry Type (TypGeo)”;
5) geometrijski modelovan vod kod koga su zanemarena oba zemljovodna uèta, tip voda „Tower
Type (TypTow)”;
6) geometrijski modelovan vod sa jednim zemljovodnim uètom, tip voda „Tower Type (TypTow)”;
7) geometrijski modelovan vod sa dva zemljovodna
uèta, tip voda „Tower Type (TypTow)”.
U prora~unu 1) vod je modelovan rednom impedansom ~iji su parametri jednaki vrednostima R i
X u direktnom i nultom redosledu dobijeni iz dokumentacije voda, dok su parametri oto~ne grane odgovaraju}e susceptanse u direktnom i nultom redosledu. Ovakav na~in modelovanja dalekovoda se
naj~e{}e koristi u analizama ustaljenih stanja.
U prora~unima od 2) do 7) vod je modelovan geometrijski. Za geometrijsko modelovanje vodova programski paket DIgSILENT PowerFactory nudi dve
mogu}nosti, „Tower Geometry Type (TypGeo)” i
„Tower Type (TypTow)”. Razlika izme|u ova dva tipa
je ta {to se u „Tower Geometry Type (TypGeo)” unose
podaci geometrijskog mesta svih modelovanih provodnika u glavi stuba i direktno se unosi èljeni tip
provodnika. Za razliku od ovog tipa, u „Tower Type
(TypTow)” unose se jedino podaci geometrijskog mesta modelovanih provodnika, dok se tip provodnika
defini{e kroz druge prozore u programu. U tipu provodnika unose se parametri vezani za karakteristike samog provodnika nezavisni od poloàja provodnika u
odnosu na druge provodnike na stubu, zemlju ili druge
vodove. Prednost „Tower Geometry Type (TypGeo)”
jeste mogu}nost uno{enja podatka o maksimalnom
ugibu provodnika, za razliku od slu~aja kada je vod
modelovan pomo}u „Tower Type (TypTow)”, gde nije
mogu}e uneti taj podatak. Za modelovan dalekovod tipa „Tower Geometry Type (TypGeo)” u analizama je
usvojena pretpostavka da je maksimalni ugib faznog
provodnika i zemljovodnog uèta 2/3 visine ve{anja.
Sa ovakvim modelom ne mogu se dobiti vrednosti
struja kroz zemljovodnu uàd. Da bi se dobile vrednosti struja kroz zemljovodnu uàd, potrebno je definisati dva provodnika, od kojih jedan predstavlja model fazne uàdi, dok drugi provodnik predstavlja model zemljovodnog uèta. Prilikom pokretanja funkcije za
elektromagnetno sprezanje ova dva provodnika potrebno je izabrati „Tower Type (TypTow)” kao tip modela voda definisan kao dvosistemski vod. Jedan sistem ~ini fazna uàd, dok drugi sistem predstavlja zemljovodno uè. Kod geometrijski modelovanog voda
koriste se podaci faznog provodnika tipa Al/^ 360/57
i zemljovodnog uèta tipa ^ 50.
3.2. Rezultati prora~una
Rezultati prora~una prikazani su u tabelama 2 i 3.
U prora~unima je simuliran kratak spoj u fazi a na
220 kV vodu TS Kraljevo 3 – TS Kru{evac 1, pri ~emu je ispitivan uticaj kada se mesto kvara pomera za
po 20 % duìne voda od TS Kraljevo 3 prema
TS Kru{evac 1. U tabeli 2 date su vrednosti struja na
mestu kvara i struje uticaja koje dolaze iz susednih
transformatorskih stanica za svaki simuliran kratki
spoj na vodu. Pri tome su date vrednosti struja kroz
zvezdi{ta energetskih transformatora iz susednih
transformatorskih stanica. Svi prora~uni su ponovljeni za razli~ite na~ine modelovanja nadzemnog
voda i razli~it broj modelovane zemljovodne uàdi.
Prvi na~in modelovanja je pomo}u tima „TypLne”,
tj. pomo}u parametara R, X i B dobijenih iz dokumentacije voda. Za ovakav na~in modelovanja nije
mogu}e uvaìti uticaj zemljovodnog uèta. Slede}e
tri simulacije odnose se na slu~aj kada je vod modelovan pomo}u tipa „TypGeo” kada nije modelovana
Tabela 2.
Suptranzijentna struja na mestu kvara i
kroz zvezdi{ta transformatora
Model
voda i
broj zemljovodne
uàdi
TypLne
TypGeo
0
TypGeo
1
TypGeo
2
TypTow
0
TypTow
1
TypTow
2
Slika 3 . Skica stuba sa potrebnim podacima o stubu,
dokumentacija
239
Mesto
kvara
od TS
Kraljevo 3
(%)
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
Struja kvara (kA)
Struja kroz zvezdi{te
transformatora (kA)
Na
Iz TS Iz TS TS Kraljevo
3
mestu Kralje- „Kru{ekvara vo 3” vac 1” T1
T2
7,093 5,062 2,050 1,149 0,964
6,155 3,942 2,231 0,866 0,726
5,733 3,248 2,502 0,683 0,573
5,654 2,782 2,887 0,553 0,464
5,891 2,457 3,449 0,450 0,377
6,537 2,231 4,318 0,359 0,301
7,047 5,064 2,010 1,152 0,966
6,060 3,896 2,187 0,857 0,719
5,622 3,187 2,456 0,672 0,564
5,544 2,718 2,844 0,541 0,453
5,797 2,394 3,417 0,437 0,367
6,483 2,175 4,319 0,346 0,290
7,174 5,070 2,129 1,120 0,939
6,378 4,056 2,344 0,876 0,734
6,000 3,388 2,631 0,711 0,596
5,919 2,919 3,016 0,590 0,495
6,111 2,574 3,550 0,494 0,415
6,635 2,316 4,328 0,412 0,345
7,248 5,073 2,200 1,101 0,923
6,537 4,131 2,428 0,882 0,740
6,189 3,488 2,719 0,730 0,612
6,107 3,023 3,100 0,617 0,517
6,272 2,672 3,612 0,527 0,442
6,725 2,400 4,334 0,451 0,378
7,129 5,128 2,025 1,084 0,909
6,094 3,923 2,193 0,802 0,673
5,632 3,196 2,455 0,627 0,526
5,537 2,718 2,836 0,503 0,422
5,774 2,389 3,399 0,407 0,341
6,439 2,165 4,284 0,322 0,270
7,197 5,138 2,077 1,071 0,898
6,113 3,917 2,214 0,795 0,666
5,638 3,199 2,458 0,626 0,525
5,548 2,738 2,828 0,512 0,429
5,808 2,436 3,389 0,426 0,357
6,528 2,252 4,292 0,356 0,298
7,199 5,141 2,073 1,073 0,900
6,115 3,919 2,213 0,796 0,667
5,640 3,201 2,458 0,627 0,526
5,551 2,740 2,829 0,512 0,429
5,812 2,439 3,391 0,427 0,358
6,531 2,251 4,299 0,356 0,299
TS Kru{evac
1
T1
T2
0,339 0,334
0,423 0,423
0,518 0,518
0,634 0,634
0,788 0,788
1,017 1,017
0,322 0,322
0,412 0,412
0,508 0,508
0,625 0,625
0,782 0,782
1,020 1,020
0,381 0,381
0,461 0,461
0,548 0,548
0,653 0,653
0,791 0,791
0,985 0,985
0,416 0,416
0,488 0,488
0,568 0,568
0,666 0,666
0,792 0,792
0,964 0,964
0,306 0,306
0,400 0,400
0,497 0,497
0,613 0,613
0,770 0,770
1,004 1,004
0,337 0,337
0,413 0,413
0,498 0,498
0,606 0,606
0,756 0,756
0,986 0,986
0,337 0,337
0,413 0,413
0,498 0,498
0,606 0,606
0,757 0,757
0,989 0,989
240
zemljovodna uàd, kada je modelovano jedno zemljovodno uè i kada su modelovana oba zemljovodna uèta. Poslednje tri simulacije su ponovljene
kao prethodne tri samo {to je umesto tipa „TypGeo”
kori{}en tip „TypTow”, pri ~emu su posmatrane i
struje kroz jedno uè ili oba zemnjovodna uèta u
zavisnosti od modelovanog broja. Vrednosti struja
kroz zemljovodnu uàd date su u tabeli 3.
Tabela 3.
Vrednost suptranzijentne struje kroz zemljovodnu
uàd
Mesto
TypTow,
TypTow, 2
kvara
1 zemljovodno uè
zemljovodna uèta
od TS Struja kroz zemljovodno uè Struja kroz zemljovodno uè
Kralje(kA)
(kA)
vo 3
(%) TS Kraljevo 3 TS Kru{evac 1 TS Kraljevo 3 TS Kru{evac 1
0
0,450
0,451
0,271
0,272
20
0,207
0,208
0,125
0,125
40
0,031
0,0317
0,018
0,019
60
0,130
0,129
0,078
0,078
80
0,303
0,302
0,182
0,182
100
0,528
0,527
0,321
0,320
Iz tabele 2 moè se videti da gre{ka koja nastaje
ukoliko se ne uvaì uticaj zemljovodnog uèta na
struju na mestu kvara moè dosti}i vrednost oko 2 %,
dok gre{ka koja nastaje ukoliko se ne uvaì uticaj
zemljovodnog uèta na struju koja prolazi kroz zvezdi{te energetskog transformatora moè dosti}i
vrednost oko 25 %.
4. ZAKLJUÂK
U programskom paketu DIgSILENT PowerFactory mogu}e je uraditi uporednu analizu uticaja zemljovodnog uèta na prora~un jednopolne struje
zemljospoja. U radu su svi prora~uni obavljeni po metodu superpozicije zato {to je ovaj metod precizniji od
metoda po standardu IEC 60909. Gre{ka koja nastaje
ukoliko se ne uvaì uticaj zemljovodnog uèta na struju na mestu kvara moè dosti}i vrednost oko 2 %. Gre{ka koja nastaje ukoliko se ne uvaì uticaj zemljovodnog uèta na struju koja prolazi kroz zvezdi{te transformatora moè dosti}i vrednost oko 25 %. U programskom paketu DIgSILENT PowerFactory ukoliko
je potrebno, mogu}e je dobiti struju i kroz zemljovodno uè ali se pri tom prora~unu ne moè uzeti u razmatranje maksimalni ugib provodnika. Prilikom prora~una struja jednopolnog zemljospoja za potrebe
planiranja uzemljiva~kih sistema potrebno je uzeti u
obzir uticaj zemljovodnog uèta.
5. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
S. Jankovi}, D. Popovi} Milovanovi}, V. Mili},
UTICAJ TERCIJERA U PRORAÛNU STRUJE
KRATKOG SPOJA U RAÛNARSKOM MODELU, 29. savetovanje CIGRE Srbija, Zlatibor, majjun 2009. godine
DIgSILENT PowerFactory Version 14.0,
PowerFactory User’s Manual, DIgSILENT GmbH
Gomaringen, Germany 2008
Overhead Line Parameters, DIgSILENT Technical
Documentation, DIgSILENT GmbH, May 2009
Overhead Line Models, DIgSILENT Technical Documentation, DIgSILENT GmbH, May 2009
Short-Circuit Calculations, Training Course Documents, DIgSILENT GmbH, June 2003
PowerFactory Manual, DIgSILENT PowerFactory
Version 13.2, DIgSILENT GmbH, 2007
Electromagnetic Transients Analysis, DIgSILENT
Workshop, Documentation, Gomaringen, May 2010
Dora|en rad STK B3–09 30. savetovanje CIGRE Srbija`1 je primljen u uredni{tvo 27. 06. 2011. godine
Stanko P. Jankovi} (1980) diplomirao je 2006. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u
Beogradu, na Energetskom odseku. Trenutno je upisan na doktorske studije na istom fakultetu, na izbornom podru~ju Elektroenergetske mreè i sistemi. Od 2006. godine je zaposlen u
JP „Elektromreà Srbije", Beograd, u Slu`bi za razvoj prenosne mreè. ^lan je organizacije
IEEE od 2009. godine i komiteta C1 organizacije CIGRE Srbija od 2010. godine. Autor je
nekoliko stru~nih radova.
Dragutin D. Salamon ro|en je u Vukovaru, Republika Hrvatska, 1949. godine. Na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu diplomirao je 1973. godine, magistrirao
1978, a doktorirao 1992. godine. Na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu zaposlen je od
diplomiranja, trenutno u zvanju vanrednog profesora. Na osnovnim studijama predaje predmete iz oblasti elektri~nih merenja na Energetskom odseku, na master studijama iz oblasti
elektromagnetne kompatibilnosti, a na doktorskim studijama iz oblasti mernih transformatora i uzemljenja postrojenja. Bavi se problematikom merenja u elektroenergetici i projektovanja, eksploatacije i odràvanja elektroenergetskih postrojenja i mreà.
Vukosavi} N. Slobodan i Despotovi} V. @eljko: Iskustva u eksploataciji hibridnog napajanja elektrostati~kih izdvaja~a na TE „Morava”
241
Iskustva u eksploataciji hibridnog
napajanja elektrostati~kih izdvaja~a
na TE „Morava”
Slobodan N. Vukosavi}1, @eljko V. Despotovi}2
1
Elektrotehni~ki fakultet, Bulevar kralja Aleksandra, 11 000 Beograd, Srbija,
2
Institut „Mihajlo Pupin”, 11 000 Beograd, Srbija
Stru~ni rad
UDK: 697.942; 621.314.21
Rezime
U radu su prikazani topologija i na~in upravljanja i opisana implementacija hibridnog napajanja elektrostati~kih izdvaja~a. Zadràva se jedinica transformator/ispravlja~ klasi~nog tiristorski regulisanog 50
Hz-nog sistema, ali se umesto tiristorskog pretvara~a za regulaciju sekundarnog napona ugra|uje H-most
sa IGBT prekida~ima. IGBT pretvara~ se upravlja iz DSP kontrolera u kojem je implementiran namenski
algoritam koji omogu}uje da konvencionalna T/R jedinica ispravno i pouzdano funkcioni{e u sklopu sa
IGBT pretvara~em, koji radi sa komutacionim u~estanostima reda 10 kHz. Pored komutacione u~estanosti,
spektar napona i struja sadrì i komponentu na niòj, takozvanoj osnovnoj u~estanosti. Osnovna u~estanost
struja i napona koji postoje na primaru T/R jedinice je u opsegu 10 Hz–500 Hz, dok je prekida~ka u~estanost IGBT prekida~a 5 kHz–20 kHz. Kao krajnji efekat dobija se promena visokog napona bliska oblicima
koje daje VF napajanje, {to dovodi do zna~ajnog uve}anja efikasnosti ~i{}enja postoje}ih elektroda. Nelinearni zakon upravljanja primarnim naponima i strujama, kao i pasivni primarni filtar omogu}uju ispravan i pouzdan rad standardne T/R jedinice u spoju sa IGBT pretvara~em, bez o{te}enja ili ubrzanog starenja 50 Hz transformatora. Hibridno re{enje moè biti zna~ajno u slu~aju retrofita ESP u kome se èle zadràti T/R jedinice i istovremeno uve}ati efikasnost izdvajanja. Na kraju rada dati su eksperimentalni rezultati dobijeni tokom dvogodi{nje eksploatacije hibridnog napajanja na elektrofiltarskom postrojenju u TE
„Morava” u Svilajncu. Kra}a ekonomska analiza ukazuje da se smanjenje emisije moè ostvariti uz minimalnu investiciju.
Klju~ne re~i: elektrostati~ki izdvaja~, korona, preskok, hibridno napajanje, IGBT pretvara~, DSP kontroler
EXPERIENCE WITH THE HYBRID ELECTROSTATIC PRECIPITATOR POWER SUPPLY
IN THE MORAVA TPP
Abstract
This paper presents the topology, controls and implementation details of a hybrid ESP power supply,
comprising a 10 kHz IGBT converter and a conventional T/R set, normally used in conjunction with 50 Hz
thyristor controlled solution. This solution is convenient for retrofitting, wherein the user dESPres benefits
from high frequency ESP power supply, yet he also wants to minimize the cost and retain the conventional
50 Hz transformer with diode rectifier (T/R set). A dedicated control algorithm is developed and applied,
focused on tailoring the voltage and current waveform. This allows usage of T/R sets in conjunction with
10 kHz IGBT power converter. At the same time, the system has a custom LCLC network that help fulfilling
the abovementioned task. Finally, the obtained result boosts up the ESP performance up to the level
242
normally obtained with high frequency ESP power supply. Experimental verification was performed at the
Morava TPP in Svilajnac, where the hybrid solution ETF DBS-180 was tested. It has demonstrated that
emission is reduced by half compared to conventional T/R sets.
Key words: Electrostatic precipitator, Corona, Spark, Retrofit power, IGBT converter, DSP controller
1. UVOD
Izvori kontrolisanog jednosmernog napona reda
100 kV i snage od 100 kW–200 kW klju~na su komponenta u tehnologijama i sistemima za otpra{ivanje
dimnog gasa u termoelektranama i industrijskim postrojenjima.
Konvencionalno re{enje se oslanja na T-I jedinice sa tiristorskom regulacijom [1−4]. Tiristorski regulator kontroli{e napajanje elektrostati~kih izdvaja~a
(ESP) posredstvom 50 Hz-nog visokonaponskog transformatora (VNT) i odgovaraju}eg visokonaponskog
ispravlja~a (VNI). Proteklih godina ova topologija se
pokazala veoma efikasnom, ali je ostvarila relativno
mali progres u ESP sistemima. I pored toga {to je pomenuta tiristorska topologija veoma robusna, jednostavna i fleksibilna, ona ima dosta ozbiljnih mana, od
kojih su najzna~ajnije: lo{ kvalitet ulazne struje, nizak
faktor snage, spor odziv, niska efikasnost, zna~ajne dimenzije i teìna VN opreme. Konvencionalna re{enja
tako|e dovode do vrlo brzog otkaza sistema usled erozije elektroda i niske efikasnosti izdvajanja ~estica.
Budu}i da se ~estice izdvajaju zahvaljuju}i naelektrisanjima stvorenim efektom korone, efikasnost ~i{}enja zavisi od njenog intenziteta. Korona se javlja pri
naponima koji dostiù 95 % probojnog napona emisionih elektroda. Usled toga, pri konvencionalnom na-
3x380 V, 50 Hz
L1
IDC
IGBT „H” – most
Q1
L0
L2
L3
Q2
pajanju, elektrodni sistem ESP koristi se svega 2–3 ms
u svakoj poluperiodi koja traje 10 ms. Stoga gradnja
ovakvog izdvaja~a zahteva vrlo velike povr{ine elektroda i samim tim veliku teìnu angaòvanog ~elika.
U novije vreme se na tehnolo{kom trì{tu ESP
sve vi{e radi na razvoju visokofrekventnih (VF) prekida~kih izvora napajanja. Oni se postepeno uvode u
sisteme napajanja ESP po prihvatljivoj ceni i postaju veoma konkurentni u odnosu na setove transformator/ispravlja~ (T/R) i tiristorsku kontrolu koja se
ve} dugo godina koristi u industriji. Novi VF prekida~ki izvori obezbe|uju vrlo razli~ite performanse i
fizi~ke karakteristike ESP od tiristorskih izvora napajanja, koji }e u najskorije vreme biti potisnuti iz
upotrebe. Primenjeni u ovim aplikacijama, novi VF
prekida~ki pretvara~i zna~ajno uti~u na izdvaja~ke
sisteme, i to s aspekata konstrukcije, rada i odràvanja [5−6]. Najkriti~nija i najzahtevnija komponenta
u ovim sistemima je visokonaponski VF transformator ~iji dizajn i realizacija zahtevaju re{avanje brojnih problema, koji su detaljno nazna~eni i obra|eni
u [7−8]. Primena VFVN napajanja je najbolje re{enje kada se grade nova filterska postrojenja ili se radi remont postoje}ih ESP u okviru koga se planira i
uklanjanje postoje}ih T/R jedinica.
U nekim aplikacijama su veoma popularna hibridna re{enja pretvara~a koja kombinuju dobre
VN transformator
0,4 kV/60 kV, 50 Hz
T1
Pasivni
filtar
-HV
HV-
ESI
VDC
UESI
C0
IDC
Q4
Q3
IESI
2X
IDC UDC
IMref (A)
2X
Uq1 Uq2
Uq3 Uq4
t
10 kΩ
HV+
U’
Vn ispravlja~
I’
Rsh
V(IESI)
IMref2
IMref1
IESI
DSP kontroler
fref (Hz)
t
R1 = 100 MΩ
I = 1 mA
U = 100 kV
VESI
0–200 Hz
Slika 1. Blok-{ema realizovanog hibridnog napajanja elektrostati~kog izdvaja~a
V(UESI)
osobine VF izvora i postoje}ih 50/60 Hz-nih transformatora. U ovim slu~ajevima se primarni namotaji VNT napajaju strujom relativno niske u~estanosti [9−10]. Motivacija za razvojem hibridnog napajanja nastala je zato {to ve}ina ESP postrojenja na
TE u okviru EPS-a ima grupe transformator/ispravlja~ za 50 Hz, tako da je na elektrodama ESP mogu}e posti}i brzo upravljiv napon male talasnosti, sa
svim pozitivnim efektima koje ovo prouzrokuje.
Realizovanim hibridnim re{enjem postignuto je
nekoliko zna~ajnih pobolj{anja u odnosu na konvencionalni tiristorski 50 Hz-ni sistem. Prvo, dobijena
je mnogo brà i preciznija kontrola radnih parametara ESP. Dalje, mogu}e je ostvariti brz porast napona i vrlo brz odziv na promene optere}enja, kao i
modulaciju izlaznog napona u sinhronizmu sa fazama otresanja. Upravljanje naponom omogu}ava pobolj{anje punjenja ~estica pra{ine/gasa naelektrisanjem i njihovo efikasnije sakupljanje.
2. OPIS HIBRIDNOG NAPAJANJA
ELEKTROSTATI^KIH IZDVAJAÂ
Principijelna {ema predloènog hibridnog napajanja ESP data je na slici 1. IGBT pretvara~ koristi
se za napajanje primara 50 Hz-nog VNT. Napajanje
IGBT pretvara~a se ostvaruje iz mreè 3 x 380 V,
50 Hz preko trofaznog diodnog ispravlja~a i LC filtra u DC me|ukolu. Osnovni upravlja~ki blok je baziran na DSP kontroleru sa implementiranom kontrolom izlaznog napona i broja preskoka u minutu na
elektrodama ESP. Pobudni signali za upravlja~ka
kola IGBT prekida~a u H-mostu dobijaju se iz DSP
strujnog kontrolera.
Ovi pobudni signali su galvanski odvojeni od
samog IGBT mosta optokaplerima. Pobuda prekida~a u H-mostu je ostvarena preko inteligentnih pobudnih kola integrisanih u samom IGBT modulu,
kao {to je pokazano na slici 2. U drajverskom kolu
su integrisana prekostrujna i nadtemperaturna za{tita modula.
C
V1
FO
Rref
Rfo
FO
SR
SR
O
IN
VC
Ci
VCC
TEMP
OUT1
OUT2
AMP
243
U~estanost struje kojom se napaja primar T/R
jedinice je u opsegu 10 Hz–500 Hz, dok je prekida~ka PWM u~estanost IGBT prekida~a 5kHz-20 kHz.
Kriterijumi za izbor u~estanosti napajanja primara
10 Hz–500 Hz bazirani su na kompromisu izme|u
postizanja {to manje valovitosti napona na DC strani i {to manjeg optere}enja 50 Hz-nog transformatora koji radi u strujnom reìmu razli~itom od 50 Hz i
koji karakteri{u izraèni vi{i harmonici struja. Sam
DSP algoritam koji odre|uje spektralni sastav je u
fazi patentne za{tite i o~ekuje se uskoro publikovanje patenta. Ne-50 Hz napajanje ima propratne efekte i negativno se odraàva na rad transformatora.
Rad 50 Hz-nog transformatora u nESPnusoidalnom
reìmu je dobro pokriven literaturom i efekti su poznati. Svrha primenjenog DSP algoritma je da se oni
umanje koliko god je to mogu}e. Kriterijumi za izbor prekida~ke PWM u~estanosti bazirani su na
kompromisu izme|u postizanja {to manjeg naponskog stresa izolacije sa takozvanim dV/dt, s jedne
strane, i {to brè reakcije samog izvora, s druge.
Sam algoritam koji re{ava ove probleme je tako|e u
fazi patentne za{tite.
Namenski dizajniran pasivan filtar koji je u fazi
patentiranja postavlja se izme|u izlaza IGBT pretvara~a i primara VNT. Njegova osnovna funkcija je
prilago|enje 50 Hz-nog VNT radu sa VF pretvara~em. On tako|e potiskuje potencijalno {tetne oblike
napona i struje koji mogu ugroziti T/R jedinicu, pogotovu kada su u njoj integrisane spore diode.
Za potrebe strujne regulacije koriste se povratne sprege po signalima koji su na slici 1 ozna~eni crvenom bojom: struja primara pasivnog filtra, kao i
struja i napon jednosmernog DC me|ukola. Pored
ovih signala za potrebu regulacije izlaznog napona i
broja preskoka koriste se povratne sprege po naponu
i struji ESP.
U okviru DSP kontrolne jedinice je implementiran namenski algoritam upravljanja, koji je tako|e
u fazi patentiranja, a kojim se obezbe|uje optimalno
kori{}enje pasivnog filtra, kao i samog VNT. Zadavanje svih kontrolnih parametra se ostvaruje preko
operatorskog panela koji je preko serijske komunikacije RS-485 vezan sa DSP kontrolnom jedinicom.
3. PODE[AVANJE NAPONA
NA ELEKTRODAMA
ELEKTROSTATI^KOG IZDVAJAÂ
Rg
SENS
SINK
GND
E
Slika 2. Interna arhitektura kori{}enih IGBT modula
Visokofrekventni rad IGBT prekida~a implicira
VF talasne oblike struja i napona VNT. Osnovna
ideja hibridnog napajanja je u{teda novca uz zadràvanje T/R jedinice. VF izlazni napon pretvara~a u
spektru pored 50 Hz komponente ima i VF komponente. Ovakav rad moè dovesti do dodatnih napre-
244
Iout
Ip
Ip
Is
model
VNT
Namenski
pasivni filtar
Lσ
N
t
50 Hz
Ip
N
Iout
1:N
Rp
Uout
Lμ
f
Rd
Cp
Cd
50 Hz
VNI
model ESI
Slika 3. Model hibridnog napajanja elektrodnog sistema elektrostati~kog izdvaja~a
zanja VNT u T/R jedinici, kao i do naprezanja dioda
u VNI, koje su predvi|ene za rad na relativno niskim
u~estanostima. Stoga je za analizu rada sistema formirano ekvivalentno kolo koje ~ini osnovu modela
sistema.
Budu}i da je sam ESP prete`no kapacitivno optere}enje, napajanjem njegovog elektrodnog sistema
konstantnom strujom mogu}e je posti}i pode{avanje
izlaznog jednosmernog napona. Principijelno kolo
strujno napajanog elektrodnog sistema ESP prikazano je na slici 3.
Po{to je kolo sa slike 3 predvi|eno za VF rad,
model VN transformatora je predstavljen induktivno{}u rasipanja induktivno{}u magne}enja i idealnim transformatorom podiza~em napona, prenosnog
odnosa. U ovom razmatranju su zenemareni aktivni
gubici u magnetnom jezgru transformatora i njego20 ms (50 Hz)
ve parazitne kapacitivnnosti. U realnom slu~aju je
Lμ >> Lσ. Aktivni gubici u namotaju su modelirani
otporno{}u RT. U realnom slu~aju je ova otpornost
veoma mala (≈ 20 mW). Model ESP dat je ekvivalentnim elektri~nim kolom koje je predloìo
Oglesby [11]. Dinami~ka otpornost korona pra`njenja je ozna~ena sa RP, dok je kapacitivnost izdvaja~a ozna~ena sa CP.
Otpornost je nelinearna i odre|uje se teorijski iz
strujno-naponske karakteristike ESP [12], dok se kapacitet odre|uje iz op{tepoznate formule [11], i zavisi od geometrije elektroda ESP i dielektri~ne permitivnosti prostora unutar njega. Pored ovog na~ina
ove parametre je mogu}e identifikovati i odrediti
merenjem struje i napona ESP kori{}enjem „mirnog
reìma” rada [13−14]. Dinami~ka impedansa sloja
praha predstavljena je parametrima Rd i Cd.
Uout2 > Uout1
Ip1
Iout1
IMref1
t
t
Uout1
t
Ip2
Iout2
IMref2
t
fsw = 10 kHz
t
Uout2
Uout2 > Uout1
t
TSW
Slika 4. Karakteristi~ni talasni oblici za dve referentne vrednosti struje
Kao rezultat iskustva u eksploataciji i primeni
sofisticiranih mernih metoda, ovde }e biti date neke
tipi~ne vrednosti parametara koji figuri{u u modelu
predstavljenom na slici 3. Tako je, na primer, dinami~ka otpornost korona pra`njenja mnogo ve}a od
dimani~ke otpornosti sloja praha Rd. U toku eksploatacionih istraìvanja dobijene su vrednosti otpornosti Rp = 50 kΩ. Tako|e je kapacitet elektrodnog sistema ESP mnogo ve}i od dinami~ke kapacitivnosti
sloja praha Cd. Ina~e je utvr|eno da je opseg promene kapacitivnosti od 20 nF do 40 nF.
Na slici 4 dati su karakteristi~ni talasni oblici
struje primara VNT i struje i napona ESP, za dve referentne vrednosti amplitude struje primara VNT.
Ovim vrednostima odgovaraju struje punjenja ekvivalantne kapacitivnosti ESP, odnosno trenutne vrednosti izlaznog napona na elektrodama ESP.
Sa ovih dijagrama se uo~ava kona~an porast
struje pri promeni reference sa negativne na pozitivnu vrednost i obrnuto. Ovaj efekat je posledica rasipnih induktivnosti samog VNT ali i induktivnosti
namenski dizajniranog pasivnog filtra. Kao posledica ovoga struja na visokonaponskoj DC strani ima
veoma uzane „propade” do nulte vrednosti, {to bitnije ne uti~e na talasnost izlaznog napona, koji u
ovom slu~aju kvalitativno veoma podse}a na naponske talasne oblike koji se imaju pri rezonanatnim i
multirezonanatnim VF napajanjima.
U nastavku rada bi}e prezentirani eksperimentalni rezultati dobijeni u okviru eksploatacionih ispitivanja hibridnog (retrofit) napajanja u sklopu VF
postrojenja elektrostati~kih izdvaja~a na TE „Morava” – Svilajnac.
245
sagleda okolnost da su klju~ni svetski proizvo|a~i
opreme za elektrofiltre povla~ili svoje proizvode sa
trì{ta usled otkaza u IGBT pretvara~kom stepenu.
U ovom poglavlju su predstavljeni eksperimentalni rezultati dobijeni tokom eksploatacionih ispitivanja i pode{avanja hibridnog napajanja u TE „Morava”, Svilajnac.
Na slici 5 prikazani su osciloskopski snimci talasnih oblika struje i napona primara VNT pri punoj
snazi, pri ~emu je amplituda referentne vrednosti
struje iznosila 150 A, a njena u~estanost 20 Hz. Kori{}eni senzor struje je u ovom slu~aju bio LEM modul LT300 . Na slici 6 prikazani su isti talasni oblici, ali pri u~estanosti reference od 50 Hz. U ovom
slu~aju za merenje struje je kori{}ena strujna sonda
FLUKE za opsege 60 A/300 A.
4. EKSPERIMENTALNI REZULTATI
Slika 5. Talasni oblici struje i napona primara VNT za
slu~aj u~estanosti referentnog signala struje od
20 Hz; CH1 – napon (1 V/mV), CH2 – struja (50 A/V)
Razvijeno hibridno napajanje je primenjeno na
elektrofiltarskom postrojenju na TE „Morava” i integralni je deo VN ispravlja~a koji se koristi za pobudu talo`nih elektroda ESP radi odvajanja ~estica
dima i ~a|i.
Pretvara~ sa IGBT tranzistora ima vr{nu snagu od
300 kW i dozvoljenu snagu trajnog rada od 120 kW. U
potpunosti je razvijen i projektovan na Elektrotehni~kom fakultetu (ETF) u Beogradu, u Laboratoriji
za digitalno upravljanje energetskim pretvara~ima i
pogonima. Tehnologija IGBT pretvara~a koju je razvio ETF u Beogradu prihva}ena je i koristila se {irom EU tokom prethodne dve decenije, prvenstveno
u primenama elektroprivrede i kod industrijskih robota u automobilskoj industriji. Pouzdanost IGBT
pretvara~a sa ETF tehnologijom je u praksi dokazana i daje MTBF (srednje o~ekivano vreme izme|u
dva kvara) od 18 godina. Zna~aj pouzdanosti IGBT
pretvara~a u oblasti elektrofiltara je jasniji ukoliko se
Slika 6. Talasni oblici struje i napona primara VNT za
slu~aj u~estanosti referentnog signala struje od 50 Hz;
CH1 – napon (1 V/mV), CH2 – struja (1 A/mV)
246
optere}enja. Uo~ava se da je struja pri kojoj je delovala za{tita oko 250 A i da je nakon 20 μs do{lo do
potpunog isklju~enja IGBT prekida~a u mostu.
Na slici 8 prikazana je emisija ~estica za interval vremena od 8 h u toku koga su logovani podaci
u recirkulacionom vodu postrojenja ESP na TE
„Morava”. U ovom intervalu je blok radio sa pribli`no konstantnom snagom od oko 90 MW i sa pribli`no istim kvalitetom uglja. Merenja su obavljena za
tri karakteristi~na slu~aja napajanja desne grane filtarskog postrojenja na TE „Morava” ( leva grana je
napajana sa 2 x 50 Hz napajanje): 50 Hz + retrofit,
isklju~eno napajanje, 2 x 50 Hz. Uo~ava se da je u
prvom slu~aju (50 Hz + retrofit) izlazna koncentracija 300 mg/m3, dok je u slu~aju napajanja 2 x 50 Hz
oko 500 mg/ m3. Pri isklju~enom napajanju dostignut je limit mernog sistema (2 000 mg/m3).
Treba napomenuti da je rezultat dobijen na slici
8 daleko izvan zakonskog limita o grani~nim vredSlika 7. Talasni oblici struje i napona primara VNT pri
nostima emisija od 50 mg/m3. Uzrok ovakvog rezuldelovanju za{tite od preoptere}enja; CH1 – napon (1
tata prvo je postoje}i elektrodni sistem na ESP poV/mV), CH2 – struja (30 A/V)
strojenju na TE „Morava”, projektovan 1970. godi2 000
ne i za nominalnu vrednost ~i{}enja od 150 mg/m3.
Opisanim hibridnim sistemom je postignut napon na
1 500
ESP od 40-45 kV, {to predstavlja za dato rastojanje
elektroda od 300 mm u samom izdvaja~u, apsolutno
1 000
maksimalnu vrednost. Pri ovome su dobijene vrednosti struja ESP od oko 1 000 mA. Ve}i napon i pre500
ma tome efikasnije izdvajanje mogli bi biti postignuti uz primenu adekvatnog VNT, razmicanjem
0
14:00
16:00
18:00
20:00
22:00 elektrodnog sistema, {to bi predstavljao krupan zaVreme (h)
hvat i rekonstrukciju u mehani~kom delu sistema.
Slika 8. Pore|enje emisije dimnog gasa u recirkulacioNo i pored ovoga zna~ajan efekat izdvajanja je ponom vodu elektrofiltarskog postrojenja na TE „Morastignut uskla|ivanjem izdvajanja ~estica i njihovog
va”. (a) hibridno napajanje , (b) 50 Hz-no napajanje
otresanja sa talo`nih i sa emisionih elektroda.
Na slici 9 dato je pore|enje
800
emisija dimnog gasa u toku vremenskog intervala od 1 h i 30 min. U desnoj grani ESP postrojenja je u pr600
vih 40 minuta bilo aktivno retrofit
napajanje i VF rezonantno napaja80 mg/m3
nje, ali sa uskla|enim otresanjem.
400
Postignuta koncentracija u recirkulaciji je iznosila 80 mg/m3, {to pred3
400 mg/m
stavlja zna~ajno manju vrednost od
200
one dobijene upotrebom 2 x 50 Hz
jedinicama u istoj grani ES postrojenja (400 mg/m3). Dobijeni rezultat
0
17:20 17:30 17:40 17:50 18:00 18:10 18:20 18:30 18:40 18:50 je veoma optimisti~ki i predstavlja
Vreme (h)
najmanju vrednost koncentracije
dobijene na ovom postrojenju ESP.
Slika 9. Pore|enje emisije dimnog gasa u recirkulacionom vodu
Treba napomenuti da je i ova vredelektrofiltarskog postrojenja na TE „Morava”; Pore|ena napajanja
postavljena u jednoj grani ESP postrojenja;. (a) hibridno +VF napajanje, nost iznad zakonskog limita. Ovaj
rezultat je predstavljen da bi se po(b)50 Hz-no napajanje
Emisija (mg/m3)
Emisija (mg/m3)
Na slici 7 dati su osciloskopski snimci struje i
napona VNT pri delovanju integralne za{tite od pre-
kazao relativni uticaj hibridnog napajanja na efekat
izdvajanja u odnosu na klasi~ni 50 Hz-ni sistem.
Izgled i mesto ugradnje hibridnog napajanja u
realnom okruènju VF postrojenja na TE „Morava”
prikazani su na slici 9.
1 – VF Rezonantni pretvara~i 3 x 0,4kV, 50 Hz/70 kVDC/1 A ,
proizvodnje NWL (2 kom)
2 – VF rezonantni pretvara~ AR70/1000, 3 x 0,4kV,
50 Hz/70 kV DC/1 A, proizvodnje ETF-Beograd (1 kom.)
3 – VNVF transformator podiza~ napona 0,4 kV/70 kV u
sklopu napajanja AR70/1000,
4 – Hibridno napajanje ETF DBS 180/340, 3 x 0,4 kV,
50 Hz/70 kV DC, prilago|eno postoje}em VN
transformatoru 50 Hz.
5 – Postoje}i VN transformator u~estanosti 50 Hz, 0,4/55 kV,
prividne snage 55 kVA.
Slika 9. Izgled hibridnog napajanja u VF postrojenju
ESP na TE „Morava”
5. TEHNOEKONOMSKA ANALIZA
Kada se hibridno re{enje primenjuje tako da se
zadrì 50 Hz T/R jedinica, jedina investicija je nabavka i ugradnja IGBT tranzistorskog pretvara~a sa
kontrolerom, koji se ugra|uje na mesto tiristorskog
regulatora, a ovaj je naj~e{}e u zatvorenoj prostoriji
pred 6 kV transformatora za napajanje elektrofiltra.
Nema nikakvih izmena na krovu postrojenja, gde se
naj~e{}e nalaze T/R jedinice, jer se mogu koristiti
svi postoje}i kablovi i nije potrebno ugra|ivati nove.
radi tehnoekonomske analize, prou~en je slu~aj TE
„Morava”.
– Ukupna snaga ESP u TE „Morava” je 300 kW (ovde se misli na ostvarivu snagu nakon ugradnje novog re{enja).
– Neto nabavna cena IGBT pretvara~a sa ESP kontrolerom za ove snage je oko 80 EUR/kW.
– Novac koji je potrebno uloìti u nabavku opreme
se procenjuje na 300 x 80 = 24 000 EUR.
– Dnevno umanjenje emisije pepela se na osnovu
raspoloìvih merenja procenjuje na 3 t.
247
– Uzimaju}i pun iznos takse za emisiju lete}eg pepela koji iznosi 533 EUR/t (~lan 27, „Sl. glasnik
RS”, 113/05, od 6/07), dnevna u{teda u TE „Morava” iznosi 2 132 EUR.
– Period povratka investicije moè se proceniti na
24 000/2 132 dana.
U radu je prikazano hibridno re{enje za napajanje ESP, kojim se zadràva jedinica transformator/ispravlja~ (T/R) klasi~nog tiristorski regulisanog
sistema. Umesto tiristorskog pretvara~a za regulaciju sekundarnog napona VNT ugra|uje se H-most sa
IGBT prekida~ima koji na svom izlazu ima namenski dizajniran pasivni filtar. Osnovu upravlja~kog sistema ~ini implementirani algoritam prilago|enja 50
Hz-nog VNT 10 kHz-nom radu IGBT pretvara~a.
Kao rezultat primenjenog hardvera i upravlja~kog
algoritma dobijaju se talasni oblici visokog napona,
koji daje ~isto VF napajanje, {to tako|e dovodi do
uve}anja efikasnosti ESP. Razvijeni algoritam je
fleksibilan po{to daje korisniku mogu}nost za svakakvu modifikaciju i unapre|enje rada ESP. Tehni~ko re{enje hibridnog napajanja ESP pod komercijalnim nazivom ETF_DBS_180 u fazi je patentiranja.
Procenjeni period povratka investicije u hibridno re{enje je oko 2 meseca.
6. ZAKLJUÂK
U radu je prikazano hibridno re{enje za napajanje ESP kojim se zadràva jedinica transformator/ispravlja~ (T/R) klasi~nog tiristorski regulisanog
sistema. Umesto tiristorskog pretvara~a za regulaciju sekundarnog napona VNT ugra|uje se H-most sa
IGBT prekida~ima koji na svom izlazu ima namenski
dizajniran pasivni filtar. Osnovu upravlja~kog sistema ~ini implementirani algoritam prilago|enja 50
Hz-nog VNT 10 kHz-nom radu IGBT pretvara~a.
Kao rezultat primenjenog hardvera i upravlja~kog
algoritma dobijaju se talasni oblici visokog napona,
koji daje ~isto VF napajanje, {to tako|e uve}ava efikasnost ESP. Razvijeni algoritam je fleksibilan po{to
daje korisniku mogu}nost za svakakvu modifikaciju
i unapre|enje rada ESP. Tehni~ko re{enje hibridnog
napajanja ESP pod komercijalnim nazivom
ETF_DBS_180 u fazi je patentiranja.
7. LITERATURA
[1]
[2]
K. Parker, ELECTRICAL OPERATION OF ELECTROSTATIC PRECIPITATORS, The Institution of
Electrical Engineers, London, 2003.
N. V. P. R Durga Prasad, T. Lakshminaray, J. R. K
Narasimham, T. M. Verman and C. S. R Kirshnam
Raju, AUTOMATIC CONTROL AND MANAGEMENT OF ELECTROSTATIC PRECIPITATOR,
248
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 35, No.
3, May/June 1999, pp.561-567.
P. Boyle, G. Paradiso, P. Thelen, PERFORMANCE
IMPROVEMENTS FROM USE OF LOW RIPPLE
THREE – PHASES POWER SUPPLY FOR ELECTROSTATIC PRECIPITATOR, Proceedings of
American Power Conference-Vol.61-1, Illinois Institute of Technologies, Feb.1999, Chicago , USA.
I. Stevanovi}, R. Prole, D. Jevti}, M. Ostoji}, D. Arnautovi}, ANALIZA RADA TROFAZNOG TIRISTORSKOG NAPAJANJA ELEKTROSTATI^KIH FILTERA, ELEKTROPRIVREDA,Vol. 62, br.
3, str. 59-66, 2009.
R. Reyes, B. Wallgren, A. Wramdemark, A Novel:
AND VERSATILE SWITCHED MODE POWER
SUPPLY FOR ESPS, Proceedings of the International Conference-Electrostatic Precipitators, 1998,
Kyongju, Korea.
@. Despotovi}, S. Vukosavi}, D. Arnautovi}, I. Stevanovi}: VISOKOFREKVENTNO NAPAJANJE I NJEGOV UTICAJ NA KVALITET RADA ESP, ELEKTROPRIVREDA,Vol. 4, str. 132-143, Dec. 2008.
John C. Fothergill, Philip W. Devine, and Paul W.
Lefley, A Novel: PROTOTYPE DESPGN FOR A
TRANSFORMER FOR HIGHVOLTAGE, HIGH
FREQUENCY, HIGH POWER Use in: IEEE Trans.
on Power Delivery, vol. 16, no. 1, January 2001, pp.
89-98.
@. Despotovi}, S. Vukosavi}: RAZVOJ PROTOTIPA
VISOKONAPONSKOG
VISOKOFREKVENTNOG TRANSFORMATORA ZA NAPAJANJE ELEKTROSTATI~KIH IZDVAJAÂ,
ELEKTROPRIVREDA, Godina: LXIII Vol. 2, str.
107-116, Septembar 2010.
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
Norbert Grass, Werner Hartmann, Michael Klockner: APPLICATION OF DIFFERENT TYPES OF
HIGH-VOLTAGE SUPPLIES FOR ELECTROSTATIC PRECIPITATORS, IEEE Transactions on
Industry Applications, Vol. 40, No 6, 2004.
Norbert Grass: 150/300 kV HIGH VOLTAGE
SUPPLY WITH IGBT INVERTER FOR LARGE
INDUSTRIAL ELECTROSTATIC PRECIPITATORS, Industry Applications Conference, 2007,
42nd IAS Annual Meeting, Conference Record of
the
2007
IEEE,
23/10/2007;
DOI:
10.1109/IAS.2007.127, New Orleans, LA, September 2007.
V. Dimi}, B. Buha, M. Ili}, IMPULSNO NAPAJANJE I NJEGOVA PRIMENA NA POSTOJE]IM I
NOVOINSTALIRANIM ELEKTROSTATI^KIM
IZDVAJAÎMA, Studija br. 21-92-01 Elektrotehni~ki institut ‘’Nikola Tesla’’, Beograd, 1990.
C. Buccella: QUASI-STATIC AND DYNAMICAL
COMPUTATION OF V-I CHARACTERISTICS
OF A DUST – LOADED PULSE-ENERGIZED
ELECTROSTATIC PRECIPITATOR, IEEE Trans.
on Industry Applications, Vol.35, No. 2,
March/April 1999, pp. 366-372.
J. Macan, EKSPLOATACIONA ISPITIVANJA REGULISANIH ISPRAVLJAÂ ZA NAPAJANJE
ELEKTROSTATI^KIH OTPRA[IVAÂ, VI simpozijum Energetska elektronika – Ee ’86, Subotica
(YU), jun 1986, pp.382-392.
Z. Stojiljkovi}, @. Despotovi}: REGULISANI ISPRAVLJA^ ZA NAPAJANJE ELEKTROSTATI^KIH FILTARA, XII SIMPOZIJUM ENERGETSKA ELEKTRONIKA – EE’03, N. Sad, 5-7. nov.
2003, Vol. T1-2.1, pp.1-5.
ZAHVALNICA
Eksperimetalna potvrda predloènog na~ina upravljanja i merenje efikasnosti ~i{}enja ostvareni su
merenjima na realnom pilot postrojenju ESP na TE „Morava”. Realizaciju ovog projekta finansirao je
PD TENT – Obrenovac, kao i Ministarstvo za nauku Republike Srbije u okviru Projekta tehnolo{kog razvoja ZS-21007: Razvoj i primena visokonaponske visokofrekventne ekolo{ke opreme za otklanjanje aerozaga|enja u industriji i elektroprivredi. Zaposleni u PD TENT i TE „Morava” u~estvovali su u svim
fazama projekta i pruìli stru~nu i tehni~ku pomo} bez koje projekat ne bi bio realizovan. Zahvaljujemo
i kompanijama Vickers-Electric i MOOG, korisnicima na{ih projektantskih usluga, koje su obezbedile
polufabrikate i razmenjiva~e toplote ~ija bi proizvodnja u Srbiji bila vrlo skupa.
Dora|e rad STK B4–04 30. davetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 18. 07. 2011. godine
Slobodan N. Vukosavi}, diplomirani inènjer elektrotehnike, redovni je profesor Elektrotehni~kog fakulteta Univerziteta u Beogradu i {ef Odseka za energetiku ETF, ~lan je saveta Univerziteta, saveta ETF, komisije IEC TC9 i drugih me|unarodnih i nacionalnih stru~nih
tela. Autor je tehni~kih re{enja i pronalazaka za{ti}enih me|unarodnim patentima.
Rukovodio je istraìva~korazvojnim timovima korporacija Emerson, Vikers i MOOG i dizajnirao hardver i softver sistema za upravljanje kretanjem robota za proizvodnju automobi-
249
la, koji se i danas koriste u fabrikama evropskih proizvo|a~a. Za tehni~ka re{enja i publikacije dobija Teslinu nagradu, Diplomu Privredne komore Beograda i druge.
Na ETF drì nastavu iz predmeta Elektri~ne ma{ine, Elektri~na vozila i Digitalno upravljanje pretvara~ima i pogonima. Na postdiplomskim studijama predaje tri specijalisti~ka kursa. Seminare i predavanja
odràva na fakultetima univerziteta u Banjaluci, Liverpulu, Torinu, Novom Sadu i \enovi, kao i na Univerzitetu North-Eastern u Bostonu, gde je 2003. izabran za pridruènog profesora. Govori engleski, italijanski
i ruski jezik.
Autor je velikog broja nau~nih radova, me|unarodnih patenata, ud`benika i monografija. Osnovao je Laboratoriju za mikroprocesorsko upravljanje pri ETF, koja se bavi primenom DSP tehnologija u elektroenergetici. Rukovodio je timom studenata saradnika Laboratorije koji je odneo prvu nagradu na svetskom takmi~enju studenata elektrotehnike, odrànom u îkagu 2005. Za sobom ima 21 me|unarodni projekat i 23 projekta nacionalnog zna~aja, me|u kojima i projekat upravljanja elektrofiltrima u termoelektranama u Srbiji.
@eljko V. Despotovi} ro|en je 13. 12. 1964. godine u Prijepolju. Osnovnu i srednju {kolu zavr{io je u Novoj Varo{i. Elektrotehni~ki fakultet Energetski odsek u Beogradu upisao je
1984. godine. Diplomirao je aprila 1990. godine na Energetskom odseku iz oblasti energetskih pretvara~a. Magistrirao je novembra 2004, a doktorirao novembra 2007. godine na
Elektrotehni~kom fakultetu – Smer energetski pretvara~i i pogoni, Univerziteta u Beogradu.
Po diplomiranju, zaposlio se u Institutu „Mihajlo Pupin”, gde i sada radi na poziciji sa istraìva~kim zvanjem nau~ni saradnik.
U toku svog stru~nog, istraìva~kog i nau~nog rada rukovodio i bio angaòvan kao u~esnik na vi{e zna~ajnih nau~nih projekata od interesa za elektroprivredu, procesnu industriju, vodoprivredu i vojnu industriju. Bavio se istraìvanjem iz oblasti upravljanja hidrauli~kih i hidrodinami~kih sistemima, kontrolom vibracija, razvojem industrijskih kontrolera, upravljanjem energetskih pretvara~a i elektromotornih pogona. Uà
specijalnost su mu energetska elektronika, industrijska elektronika i mehatronika.
Na osnovu pomenutih istraìvanja objavio je kao autor ili koautor preko 50 nau~nih radova. Autor ili
koautor je vi{e od 50 tehni~kih re{enja koja su dobila potvrdu u konkretnim prakti~nim primenama. Radio
je i kao projektant i odgovorni projektant na vi{e investicionih projekta vezanih za elektroprivredu i procesnu industriju. Poseduje licence Inènjerske komore Srbije: odgovorni projektant elektroenergetskih instalacija niskog i srednjeg napona i odgovorni projektant upravljanja elektromotornim pogonima – automatika, merenje i regulacija.
^lan je vi{e doma}ih nau~nih i stru~nih udruènja. ^lan je me|unarodnih inènjerskih udruènja:
IEEE Industrial Electronics Society, IEEE Industry Applications Society, IEEE Power Electronics Society i
IEEE ASME-Mechatronics Society.
Stru~ni recenzent je u presti`nom me|unarodnom ~asopisu IEEE Transactions on Industrial Electronics.
Trenutno radi na razvoju visokonaponskih visokofrekventnih pretvara~a i ekolo{ke opreme, koji se primenjuju u postrojenjima elektrostati~kih izdvaja~a na termoelektranama i toplanama.
Profesor je na Visokoj {koli elektrotehnike i ra~unarstva strukovnih studija – VISER, u Beogradu, na
predmetima Elektri~ni pretvara~i snage, Elektri~na vu~a i Relejna za{tita.
Triji} B. Desimir: Analiza rada diferencijalne za{tite transformatora u pogonu koji napaja elektrolu~ne pe}i
250
Analiza rada diferencijalne za{tite
transformatora u pogonu
koji napaja elektrolu~ne pe}i
Desimir B. Triji}
JP „Elektromreà Srbije”, Rovinjska 14, 11 000 Beograd, Srbija
Stru~ni rad
UDK: 669.187; 621.314
Rezime
Elektrolu~ni pogon se sastoji od pe}i i specijalnog transformatora koji se napaja od strane mre`nog
transformatora. Energija za topljenje posledica je elektri~nog luka ime|u grafitnih elektroda i {arè. Sa stanovi{ta elektri~nog napajanja, tehnologija rada elektrolu~ne pe}i podrazumeva mno{tvo uzastopnih kratkih
spojeva, koji s nelinearno{}u elektri~nog luka prouzrokuju velika strujna izobli~enja, koja se prenose i na
mre`ni transformator. Tokom eksploatacije dolazilo je do vi{e neselektivnih prorada diferencijalne za{tite
mre`nog transformatora, koje su posledica rada elektrolu~nog pogona.
U radu su analizirani uzroci nepravilnog rada za{tite, kao i mere i postupci za otklanjanje uo~enih
problema.
Kljucne reci: diferencijalna za{tita, TDIFF, IED, EAF, LF, strujno zasi}enje, struje magnetizacije
Abstract
ANALYSIS OF DIFFERENTIAL PROTECTION OPERATION OF TRANSFORMERS SUPPLYING
THE ELECTRIC ARC FURNACE
Electric arc facility comprises a furnace and a special transformer powered by a power transformer.
Melting energy occurs as a result of an electrical arc between the graphite electrodes and the batch. From
the power supply viewpoint, electric arc furnace operation technology involves consecutive short circuits,
which together with the nonlinear arc produce large current distortions transmitted to the power transformer.
Throughout the operation, a few non-selective activations of the power transformer differential protection
have occurred, being the effects of the electrical arc furnace operation.
This paper analyses the irregular operation causes, together with the measures and procedures used to
eliminate the perceived problem.
Key words: differential protection, IED, EAF, LF, current saturation, inrush current
1. UVOD
1.1. Opis postrojenja
Diferencijalna za{tita transformatora je osnovna
za{tita energetskih transformatora. Primenjuje se za
sve mre`ne (prenosne) i distributivne transformatore iznad 8 MVA. Analiziramo rad diferencijalne za{tite tronamotajnog transformatora koji sluì za napajanje fabrike s elektrolu~nim pogonom. Pogon se
sastoji od dva postrojenja: EAF za topljenje metalnog otpada i LF postrojenja u kome se nastavlja ob-
Ubrizgavanje
praha
Pe} (LF)
Grafitne
elektrode
Ekstrakcija dima
Dodatak
Hoper
Argon
Slika 1. LF pe}
E1
E2
E3
6 kV
20 kV
20 kV
J2
J5
J3
J4
TV1
LF
L3
J6
L2
TV2
Mv_Aux
EAF CAP
Slika 2. Principijelna jednopona {ema postrojenja
E1 je polje dalekovoda DV1231. E2 i E3 su
110 kV polja energetskog transformatora T1 i T2,
slede}ih karakteristika Yy0d11, 126/23,5/6,2 kV
30/25/10 MVA sa regulacijom napona u opsegu
111,8 kV do 140,4 kV. Transformatori nemaju uze-
mljena zvezdi{ta ni na 110 kV i 20 kV strani. Tansformator T1 napaja LF postrojenje na 20 kV strani
deklarisane snage 7 MVA, i sopstevenu potro{nju
preko 6 kV strane, deklarisane snage 3 MVA. Transformator T2 napaja EAF postrojenje na 20 kV deklarisane snage 21 MVA. Na iste sabirnice je priklju~ena kondenzatorska baterija od 27 Mvar, koja sluì
kao filter vi{ih harmonika. Postrojenje EAF sastoji
se od specijalnog transformatora Y-D/d (open), opsega snage 43 000–19 190 kVA, induktivnog reaktora i
elektrolu~ne pe}i. Postrojenje LF sastoji se od specijalnog transformatroa D /d (open), opsega snage
33 000–11 730 kVA i elektrolu~ne pe}i. Snage pe}i
prevazilaze nominalnu snagu transformatora. Korisnik je svestan ove ~injenice i deklarisanu snagu reguli{e preko regulacione preklopke pe}nih transformatora tako {to ograni~ava napon praznog hoda na
sekundaru. Sa stanovi{ta mreè, elektrolu~ni pogon
je nelinearni potro{a~ koji prouzrokuje amplitudne
nesimetrije, harmoni~ka izobli~enja, lo{ faktor snage
i sli~no (slika 3.) Nelinearnost proisti~e iz same prirode elektri~nog luka koji se razvija izme|u elektroda i {arè. Elektri~ni luk moè da se sasvim ugasi,
{to prestavlja prekid toka elektri~ne struje, dok u
drugom momentu otpornost moè postati toliko mala da zapravo predstavlja kratki spoj. U~estanost promena amplitude struje je takva da se u svakoj poluperiodi amplituda zna~ajno razlikuje od prethodne.
Tokom probnog rada ovog postrojenja dolazilo
je do vi{e prorada diferencijalne za{tite transformatora E2 (T1). Svi ispadi su se de{avali kod transformatora koji napaja LF postrojenje i sopstvenu potro{nju fabrike. Pregledom je ustanovljeno da nije bilo
kvarova unutar zone za{tite, odnosno ispadi su bili
neselektivni. Ve}i problem je predstavljao ispad
sopstvene potro{nje jer se time prekidao i zapo~eti
tehnolo{ki proces u livnici, {to je prouzrokovalo zastoj proizvodnje i pove}avalo tro{kove.
W1 CT IL2/A
rada istopljenog metala. Principijelna jednopolna {ema data je na slici 1.
251
Slika 3. Prikaz talasnog oblika struje faze L2
tokom rada pogona
1.2. Analiza ispada
Kao za{titni ure|aji za mre`ne transformatore
E2 i E3 koriste se savremeni multifunkcionalni ure|aji RET670. Ovaj tip ure|aja spada u grupu Intiigent Electronic Device – IED. Osnovna za{tita transformatora je tronamotajna diferencijalna za{tita ko-
ju predstavljaju za{titna funkcija T3WDIFF i ~itav
set prekostrujnih i kratkospojnih funkcija za svaki
naponski nivo. Za analizu ispada kori{}eni su comtrade snimci ispada iz samog IED ure|aja.
Analizirani su ispadi u vremenskom periodu od
6. 11. 2010. do 18. 11. 2010. U comtrade snimku
snimaju se analogne vrednosti diferenicijalne i stabilizacine struje, ~ije su vrednosti u momentu ispada
date u tabeli I.
W2 CT IL2/kA W2 CT IL1/kA
Tabela 1.
W2 CT IL3/kA
252
Vrednosti Id i Ibias u momentu ispada
datum
vreme
isklju~enje
18/11/2010 13:29:58 DIFF TRIP
18/11/2010 12:20:06 DIFF TRIP
18/11/2010 9:05:39 DIFF TRIP
18/11/2010 7:41:21 DIFF TRIP
16/11/2010 9:24:44 DIFF TRIP
8/11/2010 10:26:48 DIFF TRIP
6/11/2010 3:56:51 DIFF TRIP
Id
(A)
L2
75
L2
112
L3
54
L3
51
L2
62
L2, L3 59
L2
48,6
faza
Ibias
(A)
240
352
215
200
237
201
208
W1 CT IL2/A
Analizom snimaka ispada uo~eno je da je prilikom svih ispada veliko izobli~enje strujnih signala,
sa dominantnom jednosmernom komponentom i vi{im harmonicima, odnosno kvar izvan zone za{tite
pra}en je velikim strujnim zasi}enjem.
U radu je prezentovana detaljna analiza kvara
od 18. 11. 2010. u 12:20:06 jer ima najve}e struje
kvara. Grafi~ki prikaz harmonijskog spektra faze
IL2 na primaru i sekundaru u momentu ispada dat je
na slikama 4 i 5.
W1 CT IL2/A
Slika 4. Harmonijski spektar IL2 faze na primaru (W1)
Slika 5. Harmonijski spektar IL2 faze na sekundaru (W2)
Na slici 6 dat je prikaz analognih i binarnih signala iz comtrade zapisa za posmatrani ispad.
Diferencijalna za{tita se prora|uje kada amplituda strujnih signala po~inje da se smanjuje, odnosno kada prestane harmoni~ka blokada drugim harmonikom. Signal DIFF STL2 predstavlja start diferencijalne za{tite, {to zna~i da je radna ta~ka u zoni
prorade na karakteristici delovanja (slika 6). Signal
DIFF TRIP predstavlja odradu diferencijalne za{tite.
DIFF TRIP
DIFF TRIP RES
DIFF TRP UNRES
TRIP NS UNRES
TRIP NS SENS
DIFF STL1
DIFF STL2
DIFF STL3
DIF I2BLCK L1
DIF I2BLCK L2
DIF I2BLCK L3
Slika 6. Prikaz strujnih i binarnih signala
I za druge ispade sli~na su zapaànja, osim {to
je kvar bio u drugoj fazi a i vrednosti struja bile su
druga~ije.
Ostaje pitanje {ta je uzrok pojave strujnog izobli~enja. Da li je zasi}enje strujnih mernih transformatora izazvanih proticanjem velike struje ili je to
struja magnetizacije transformatora LF?
1.3. Re{avanje problema
Svi kvarovi sa stanovi{ta diferencijalne za{tite
(funkcije) bili su izvan zone za{tite, odnosno bili su
prolazni. Za takve kvarove diferencijalna za{tita treba
da je stabilna. Op{te je poznato da velike struje prolaznih kvarova mogu da dovedu do pojave strujnog zasi}enja mernih transformatora. Zasi}enja dovode do
„la`ne” pojave diferencijalne struje jer je velika gre{ka u amplitudi i fazi sekundarne struje u odnosu na
primarnu struju. Algoritam diferencijalne funkcije na
osnovu tvrdnje proizvo|a~a ima ~itav niz dodatnih
funkcija koji treba da prepoznaju stanja strujnog izobli~enja (zasi}enja) i da pravilno odrede mesto kvara.
Me|utim, ispadi su se de{avali, i to u svim fazama
tehnolo{kog procesa, tako da se nije mogla prona}i
uzro~nost zbog koje odre|ena faza tehnolo{kog procesa izaziva porast struje a samim tim ispad.
Na osnovu sprovedene analize pristupilo se re{avnju problema kroz slede}e korake:
1. Provera pode{enja diferencijalne funkcije
– Provera radnih parametra koji defini{u zonu prorade diferencijalne funkcije
Obavljena je provera stabilizacije diferencijalne
funkcije kroz proveru strujnih mernih transformatora i pripadaju}ih sekundarnih kola (prenosnog odnosa, polariteta, uzemljenih krajeva). Tako|e je proveren ogled kratkog spoja sa sniènim naponom, koji
je pokazao ispravna pode{enja. Ure|ajem za ispitivanje snimljena je karakteristika delovanja koja odgovara pode{enju. Zatim su tokom rada pogona o~itane trenutne vrednosti diferencijalne struje sa HMI
IED ure|aja, koji su pokazali malu diferencijalnu
struju u odnosu na stabilizacionu. Na osnovu ovih
provera zaklju~eno je da su pode{enja koji defini{u
rad i stabilizaciju diferencijalne funkcije ispravna.
– Nova diferencijalna karakteristika delovanja
Proradne ta~ke iz tabele 1 prikazane su na grafiku diferencijalne karakteristike delovanja Id = f(Ib)
(slika 7). Donja linija DIFF predstavlja diferencijalnu karakteristiku delovanja koja je definisala ranije,
odnosno postoje}e pode{enje tokom ispada.
Tabela 2.
Pode{enja diferencijalne karakteristike
DIFF
postoje}e
pode{enje
Diff new
Operate-Restrain
Characteristic
preporu~eno
pode{enje
Operate-Restrain
Characteristic
Idmin
0,3
Idmin
0,5
EndSection1
1,25
EndSection1
0,9
EndSection2
3
EndSection2
1,3
SlopeSection2
40
SlopeSection2
50
SlopeSection3
80
SlopeSection3
100
IdUnre
10
IdUnre
10
Oblast iznad linije predstavlja zonu prorade diferencijalne funkcije, a oblast ispod zonu blokade.
Vidi se da su svi ispadi grupisani u oblasti tik iznad
prvog kolena krakteristike, {to je nametnulo ideju da
se defini{e nova karakteristika, ~ime bi se „zagrubila” postoje}a pode{enja.
Snimci ispada prosle|eni su proizvo|a~u IED
ure|aja radi analize. U svom odgovoru proizvo|a~
je tako|e sugerisao da se promeni, odnosno „zagrubi” karakteristika. Pode{enja koja defini{u karakteristiku delovanja za nova pode{enja – gornja linija i
ranija pode{nja – donja linija navedena su u tabeli 2.
Ranija pode{enja su uzeta na osnovu dosada{nje
prakse, iskustava i preporuka. Parametri koji defini{u sekcije karateristike sa nagibom uzeti su po defaultu, odnosno preporu~io ih je proizvo|a~. Parame-
253
88
77
66
55
44
33
22
11
00 0
0
11
22
33
44
55
66
77
88
Slika 7. Karakteristike delovanja diferencijalne funkcije
tar Idmin = 0,3 (prorada prvog segmenta karakteristike) pode{an je na osnovu postoje}ih preporuka za
proradu diferencijalne za{tite kod regulacionog transformatora, koja iznosi 30 % nominalne struje.
Proizvo|a~ je preporu~io da se podigne prag
delovanja diferencijalne funkcije prvog segmeta i da
se podesi maksimalni nagib (slope) za drugi i tre}i
segment, pri }emu je promenio granice segmeta.
Drugi segment je od 0,9 do 1,3 Ib. a tre}i od 1,3 pa
nadalje.
– II harmonik
Diferencijalna za{tita ima algoritme za detekciju vi{ih harmonika, posebno II i V. Kada se u mernom signalu detektuje harmonijska komponenta iznad pode{ene granice, dolazi do privremene blokade
diferencijalne funkcije, pod uslovom da postoji start
(pobuda) diferencijalne za{tite. Blokada je fazno selektivna. Osnovna namena ove blokade je da spre~i
neselektivna isklju~enja prilikom energizacije transformatora, {to prouzrokuje struja magnetizacije (inrush current). Blokada je aktivna i tokom pogona.
Na slici 6 vidi se da se u jednom momentu blokada drugim harmonikom otpusti, {to dalje prouzrokuje nalog za isklju~enje. Po{to se kvar ne moè eliminisati dok se prekida~i ne isklju~e, na snimku se
dalje vidi da blokada postaje vi{e puta aktivna, pa
potom neaktivna. Ovo ukazuje da je trenutna vrednost II harmonika oko granice pode{ene vrednosti.
Pode{ena vrednost je bila 20 % od vrednosti osnovnog harmonika. Kada se pogleda harmonijski spektar za primarnu i sekundarnu struju u momentu ispada (slike 4 i 5), vidi se da II harmonik u primarnoj
struju IL2 iznosi 16,2 % osnovnog harmonika a u
sekundarnoj struji 23,4 % od osnovnog harmonika,
{to je iznad pode{enog praga pa se moè o~ekivati
da diferencijalna funkcija bude blokirana. Me|utim,
ova merenja treba uzeti s izvesnom rezervom jer je
254
za analizu harmonijskog spektra kori{}en programski paket Sigra, na osnovu comtrade snimka ispada.
[ta je zapravo merila diferencijalna funkcija i kako
je definisala blokadu zavisi od samog IED ure|aja,
odnosno od algoritma koji nije dostupan korisnicima. Proizvo|a~ ure|aja je preporu~io da se blokada
drugog harmonika podesi na 10 %.
– Vremensko zatezanje isklju~enja
Uobi~ajena je praksa da se vreme isklju~enja od
diferencijalne za{tite vremenski ne zateè, odnosno
da se isklju~uje sa sopstvenim vremenom delovanja.
Tipi~na vremena isklju~enja savremenih IED ure|aja
merena na izlaznom kontaku su od 20 ms do 30 ms.
Na slici 6 vidi se da postoji vi{e kratkih impulsa
DIFF_TRIP, prvi svega 4 ms, ali on je dovoljan za isklju~enje jer se generi{e iz takozvanog TRIP bloka,
koji svaku proradu za{tite minimalno produàva na
150 ms. Vi{e kratkotrajnih impulsa DIFF_TRIP nametnulo je ideju da se vreme odrade ipak vremenski
zategne. Sam funkcionalni blok T3WDIFF nema mogu}nost vremenskog zatezanja, pa je za tu namenu iskori{}en softverski eksterni tajmer u konfiguraciji
IED ure|aja. Izabrano vremensko zatezanje je 50 ms.
2. PROVERA ZAHTEVA
STRUJNIH MERNIH TRANSFORMATORA
Zbog izraènog zasi}enja u strujnim signalima
pristupilo se proveri izbora strujnih mernih transformatora (SMT). Proizvo|a~ IED ure|aja u svojim
uputstvima za svaku tipsku za{titnu aplikaciju daje
zahteve za izbor SMT [1]. U konkretnom slu~aju ovi
zahtevi su dati slede}im izrazima.
I uslov
Eal ≥ Ealreq = 30 ⋅ Int ⋅
Isn ⎛
Sr ⎞
⋅ ⎜⎜ Rct + Rl + 2 ⎟⎟
Ipn ⎝
Ir ⎠
II uslov
Eal ≥ Ealreq 2 = 2 Itf ⋅
Isn ⎛
Sr ⎞
⋅ ⎜⎜ Rct + Rl + 2 ⎟⎟
Ipn ⎝
Ir ⎠
gde je:
Eal – nazivna sekundarna grani~na ekvivalentna elektromotorna sila u saglasnosti sa standardom
IEC60044-6 [2]; Int – nominalna struja energetskog
transformatora; Itf – maksimalna prolazna struja kratkog spoja koja proti~e kroz oba SMT; Ipn – nazivna
primarna struja SMT; Isn – nazivna sekundarna struja
SMT; Ir – nazivna struja IED ure|aja; Rct – sekundarna otpornost jezgra SMT; Rl – otpornost sekundarnih
veza; Sr – potro{nja analognih ulaza IED ure|aja.
Na osnovu sprovedenog prora~una pri struji
kratkog spoja 12,83 kA na 6 kV strani jezgro tipa
5P15 15 VA koje se koristi za diferencijalnu funkciju ne ispunjava zahteve. Ako bi se umesto tog jezgra
koristilo drugo jezgro istog SMT karakteristika
kl.0,5&5P30; 30 VA (koje je fabri~ki iskori{}eno za
prekostrujnu za{titu same dovodne }elije), dobijaju
se slede}i podaci:
Eal = 151 V > Ealreg = 95,34 V,
odnosno:
Eal = 151 V > Ealreq2 = 87,25 V (ispunjava zahteve).
Prilikom analize comtrade zapisa maksimumi
struja na 6 kV strani su u nivou nominalne struje
(oko 1 kA u fazi L3). Talasni oblik ovih struja tako|e ima velika izobli~enja jer se tercijer koji je spregunut u trougao pona{a kao kompezacioni namotaj.
Tabela 3.
Provera ispunjenosti zahteva za SMT
Bazni napon
ZESS S,Mitrovica
Zvoda
110 kV
7,35 ohm
2,24 ohm
110 kV
Impedanse kratkog spoja
bazni napon 130 kV
I3pks svedeno na W1
6,63 kA
I3pks na W2
I3pks na W3
Nominalna struja ET
137,5 A
Strujni merni transformator 2x200/1/1/1/1 A
I: kl,0,5; Fs10; 5 VA
II:5P20; 30 VA
III: 5P20: 30 VA
Uslov:
ISPUNJAVA
Eal – Ealreq
640 V>59,18 V
Eal – Ealreq2
640 V>25,31 V
23,5 kV
Z12T1 = 62,53 ohm
Z12T1 = 62,73 ohm
0,881 kA
4,73 kA
615 A
2500/5/5/5 A
I: kl,5; Fs5; 10 VA
II: kl,0,5&5P10; 15 VA
II: 5P15; 15 VA
ISPUNJAVA
105 V>44,69 V
105 V>22,93 V
6,2 kV
Z13T1 = 91,09 ohm
Z13T1 = 91,26 ohm
0,631 kA
12,83 kA
932 A
1200/5/5/5 A
I: kl,5; Fs5; 10 VA
II: kl,0,5&5P30; 30 VA
III: 5P15; 15 VA
NE ISPUNJAVA
75,75 V<95,34 V
75,5 V<87,25 V
Moè se uo~iti da prilikom ispada vrednosti
struje na 6 kV strani nisu imale toliku vrednost da bi
izazvale zasi}enje SMT. Me|utim, treba uvaìti ~injenicu da prora~un zahteva za SMT na 6 kV za postoje}e izvedeno stanje ne zadovoljava, odnosno da
se razmotri mogu}nost da se drugo jezgro iskoristi
za diferencijalnu za{titnu funkciju.
Provera izbora SMT ra|ena je za ra~unske vrednosti kratkih spojeva na izvodima transformatora, odnosno nije uzeta impedansa LF specijalnog transformatora D d (open) koja iznosi 1,396, kao i impedansa
kablova. U realnom slu~aju struja kvara iza LF transformatra je manja od vrednosti navedenih u tabeli 3,
{to zna~i da SMT na 110 kV i 20 kV strani imaju dovoljnu rezervu u pogledu zahteva za rad diferencijalne funkcije. Ostaje druga mogu}nost, tj. da je struja
izobli~enja zapravo posledica uklju~enja specijalnog
transformatora LF, odnosno njegova struja magnetizacije (inrush). U prilog tome ide i ~injenica (slika 6) da
struja u sve tri faze ima vrednost nula pre naglog skoka amplitude, {to se moè objasniti time da LF transformator nije bio optere}en ili ~ak nije bio energizovan. Tako|e, talasni oblik struja na 20 kV strani sli~an
je tipi~nom talasnom obliku struja uklju~enja transformatora jer se sastoji od dela gde je aplituda velika i
dela gde je amplituda konstantna i relativno mala za
sve tri faze. Drugim re~ima, najverovatnije se LF transformator preko svog prekida~a uklju~ivao u rad dok
su mu elektrode bile u istopljenom metalu.
3. VERIFIKACIJA NOVIH PODE[ENJA
REPRODUKCIJOM COMTRADE
ZAPISA ISPADA
Diferencijalna funkcija je prepode{ena prema
razmatranjima navedenim u ta~ki 1. Potom se pristupilo proveri rada reprodukcijom comtrade zapisa.
Za reprodukciju zapisa kori{}eni su Omicron
CMC256 ure|aji i Advanced transplay softverski
paket. Jedan ure|aj ima maksimum 6 strujnih kanala, tako da su kori{}ena dva ure|aja: jedan sa 6 kanala a drugi sa 3 kanala. Da bi se sihronizovali ure|aji, kori{}en je GPS modul ta~nosti 1 μs. Vi{e puta
su reprodukovani razli~iti snimci ispada i pri svakoj
proveri nije bilo delovanja diferencijalne funkcije.
255
4. ZAKLJUÂK
Pogon s elektrolu~nim pe}ima sa stanovi{ta pode{enja ure|aja relejne za{tite veoma je specifi~an,
tako da ustaljenu praksu i preporuke za pode{enje
treba uzimati s rezervom. Kao re{enje za uo~ene
probleme izabrano je „ zagrubljivanje” karakteristike diferencijalne za{tite. Tim re{enjem su smanjene osetljivost i zona za{tite jer eventualni kvar koji
je blizu zvezdi{ta transformatora moè da ima manju struju od minimalne struje odrade Idmin, koja iznosi oko 70 A. Da bi se pove}ala ukupna osetljivost
za{titnog sistema, potrebno je razmotriti i mogu}nost uvo|enja ograni~ene zemljospojne za{tite, koja
zahteva direktno uzemljenje zvezdi{ta transformatora ili pak uvo|enje ku}i{ne za{tite, koja zahteva izolovanje suda transformatora. Tako|e treba izvr{iti
analizu moè li se umesto postoje}eg tipa diferencijalne za{tite iskoristiti visoko impedantni tip koji je
manje osetljiv na strujna izobli~enja.
Korisniku pogona postavlja se pitanje da li moè bolje da se reguli{e proces rada same pe}i u smislu da se ograni~e ili smanje radne struje. Elektrolu~ni pogon je izvor „prljanja” napojne mreè vi{im
harmonicima, tako da ostaje pitanje ugradnje odgovaraju}ih filtera.
Projektant bi trebalo da tokom izrade projekta
posebnu pa`nju posveti izboru strujnih mernih
transformatora, i to tako {to }e da uvaì rezultate
sprovedenih prora~una i, kao {to je u konkretnom
slu~aju, iskoristi jezgro koje ima bolje karakteristike
za diferencijalnu za{titu. Po{to se tokom energizacije pe}nih transformatora javljaju velike jednosmerne struje, potrebno je i tu ~injenicu uzeti u obzir prilikom izbora strujnih mernih transformatora.
5. LITERATURA
[1] Application manual Transformer protection IED
RET670, Document No: 1MRK 504 051-UEN Issued: January 2006., Revision: A
[2] IEC 60044-6, 1992.
[3] Network Protection & Automation Guide, Alstom,
2002.
Desimir Triji} (1975), diplomirao je 2000. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Od 2002. godine zaposlen je u JP Elektromreà (raniji naziv Elektroistok). Trenutno
radi na mestu rukovodioca Slu`be relejne za{tite u Sektoru za sisteme relejne za{tite i upravljanje objektima prenosne mreè. Bavi se poslovima izrade planova pode{enja, konfigurisanja, ispitivanja i analize rada za{titnih sistema u EES Srbije.
\uri{i} R. @eljko i ostali: Analiza karakteristika vetra u Ju`nom Banatu i uslovi integracije vetroelektrana u EES Srbije
256
Analiza karakteristika vetra
u Ju`nom Banatu i uslovi integracije
vetroelektrana u EES Srbije
@eljko R. \uri{i}1, Branislav I. \uki}2, Nenad N. [ijakovi}2,
Dragan T. Balkoski2, Dejana J. Popovi} Milovanovi}2
1
Elektrotehni~ki fakultet, Univerzitet u Beogradu, Bulevar kralja Aleksandra 73, 11 000 Beograd, Srbija,
2
JP Elektromreà Srbije, Vojvode Stepe 412, 11 040 Beograd, Srbija
Stru~ni rad
UDK: 621.854.4; 551.553; 62–854
Rezime
U radu su analizirani tipi~ni profili proizvodnje perspektivnih vetroelektrana u ju`nom Banatu dobijeni na osnovu vi{egodi{njih namenskih merenja brzine vetra u ciljnom regionu i realnih karakteristika snage vetroagregata. Analiziran je stepen korelisanosti izme|u prose~nih dnevnih dijagrama potro{nje u elektroprivredi Srbije i dijagrama proizvodnje vetroelektrana. Posebno su analizirani uslovi balansiranja energije u sistemu pri naglim promenama brzine vetra u ciljnom regionu. Tako|e su, kroz statisti~ku analizu
mernih podataka o brzini vetra, analizirane verovatno}e pojave ispada vetroelektrana u ciljnom regionu
zbog prejakog vetra. Sprovedene analize }e omogu}iti sagledavanje klju~nih tehni~kih problema integracije vetroelektrana u elektroenergetskom sistemu Srbije i pomo}i u proceni realnih kapaciteta vetroelektrana
koje sistem moè prihvatiti.
Klju~ne re~i: Ju`ni Banat, vetroelektrane, tokovi snaga, balansiranje snage
ANALISYS OF WIND CHARACTERISTICS IN THE SOUTH BANAT REGION AND CONDITIONS
ASSOCIATED WITH WIND POWER INTEGRATION IN THE SERBIAN POWER SYSTEM
Abstract
The paper analyses typical generation profiles of the perspective wind plants in the South Banat Region obtained on the basis of multiannual dedicated wind speed measurements in the target region and realistic wind generator capacity characteristics. In addition to this, it analyses the correlation level between
the average EPS daily load diagrams and the wind plant generation diagrams. It also considers the energy
balancing conditions within the system under abrupt wind speed changes in the target region. On the basis
of the statistic analysis of the wind speed data, it examines the wind plant outage probability within the target region due to strong wind. Executed analyses will provide for the consideration of the technical issues
occurring during wind plant integration into the Serbian power system and aid the assessment of realistic
wind plant capacities acceptable by the system.
Key words: South Banat Region, wind plants, power flows, power balancing
1. UVOD
Vetroelektrane su zna~ajan perspektivan izvor
elektri~ne energije u Srbiji [1]. U toku je razvoj vi{e
projekata vetroelektrana u ovom regionu ~ija je zbirna instalisana snaga preko 1 000 MW. Idejno re{enje
jedne od tih elektrana opisano je u literaturi [2].
Evakuacija proizvedene elektri~ne energije ovih ve-
troelektrana zna~ila bi injektiranje 0 – 1 000 MW
snage u jednom ~vori{tu u elektroenergetskom sistemu (TS Pan~evo 2, slika 1), pri ~emu je ta snaga direktno uslovljena karakteristikama vetra u ovom regionu. S obzirom na topografske karakteristike regiona, mikrolokacije perspektivnih vetroelektrana u
ju`nom Banatu karakteri{e vrlo sli~na klimatologija
u pogledu vetra, {to je i potvr|eno namenskim merenjima brzine vetra koja se sprovode u ovom regionu.
S obzirom na sli~ne karakteristike vetra i prakti~no jedinstvenu ta~ku priklju~enja ne prenosnu
mreù, s aspekta uticaja na elektroenergetski sistem
(EES) vetroelektrane u ju`nom Banatu mogu}e je
agregirati i posmatrati kao jedinstvenu vetroelektranu. Priklju~enje ove vetroelektrane zna~i injektiranje snage u jednom ~vori{tu koje direktno zavisi od
karakteristika vetra. U ovakvim uslovima menjaju
se tokovi snaga u prenosnoj mreì, pa se menja i nivo gubitaka, kao i prenosni kapaciteti na interkonektivnim dalekovodima. U ovakvim uslovima generisanja potrebno je na nivou sistema organizovati
termo–hidro–vetar koordinaciju koja }e obezbediti
optimalno balansiranje snage vetroelektrana u ju`nom Banatu i minimizovati gubitke snage u sistemu. Radi odràvanja stabilnosti sistema potrebno je
obezbediti dodatne regulacione kapacitete u sistemu
i postaviti ograni~enja u pogledu gradijenta prira{taja proizvodnje vetroelektrana.
257
2. GODI[NJI I DNEVNI PROFIL
PROIZVODNJE VETROELEKTRANA U
JU@NOM BANATU
2.1. Model i metodologija
U ovoj analizi pretpostavljeno je da je ukupna
instalisana snaga vetroelektrana u ju`nom Banatu
800 MW i da su priklju~ene na prenosnu mreù u
TS Pan~evo 2. Pretpostavljeno je da su vetroelektrane realizovane sa vetroturbinama Vestas V90, 2 MW
koje su postavljene na stubove na visini od 105 m.
Prora~un proizvodnje elektri~ne energije vetroeletkrane procenjivan je na osnovu krive snage vetroturbine i brzine vetra. Kriva snage se obi~no zadaje za fiksnu gusitnu vazduha (standardno je to
ρ0 = 1,225 kg/m3). Da bi se odredila snaga proizvodnje vetroturbine za proizvoljan desetominutni interval, potrebno je poznavati aktuelnu gustinu vazduha
i brzinu vetra na visini postavljanja vetroturbine
(105 m). U ovoj analizi pretpostavljeno je da merni
podaci sa mernog stuba u Bavani{tu mogu biti reprezentativni za proizvodnju agregirane vetroelektrane.
Za svaki desetominutni interval vr{en je prora~un
odgovaraju}e brzine vetra Vi na visini stuba H vetroturbine prema relaciji:
⎛ H ⎞
⎟⎟
Vi = V0i ⎜⎜
⎝ H0 ⎠
αi
(1)
Slika 1. Vetroelektrane u analiziranom ciljnom regionu sa nazna~enom ta~kom priklju~enja na prenosnu mreù
i potencijalom energije vetra na visini od 105 m
258
gde je V0i brzina vetra u i-tom destominutnom intervalu na referentnoj visini H0 koja odgovara najvi{oj
ta~ki merenja (za analizirani merni stub u Bavani{tu
je H0 = 60 m). Koeficijent smicanja vetra (αi) ra~unat je za svaki desetominutni interval primenom metoda minimuma sume kvadrata na jedna~inu (1). Zatim je izvr{en prora~un odgovaraju}e efektivne brzine vetra prema slede}oj relaciji:
1
Veff i
⎛ ρ ⎞3
= (1 − Δ ) ⋅ Vi ⎜⎜ i ⎟⎟
⎝ ρ0 ⎠
(2)
gde je ρi aktuelna gustina vazduha na visini osovine
vetroturbine koja je ra~unata na osnovu merenja pritiska i temperature, a Δ je relativno smanjenje brzine vetra zbog efekta zavetrine (wake), koje je u ovoj
analizi pretpostavljeno kao: Δ = 0,04. Estimacija
elektri~ne snage proizvodnje vetroagregata (Pi) za
svaki desetominutni interval vr{ena je prema slede}oj relaciji:
Pi = Ppower curve (Veffi )
(3)
gde je Ppowercurve(Peffi) standardna kriva snage vetroturbine za fiksnu gusitnu vazduha ρ0 = 1,225 kg/m3.
Kriva snage za odabrani test vetroagregat data je na
slici 2.
3.2. Godi{nji profil proizvodnje vetroelektrana
u ju`nom Banatu
Za procenu godi{njeg profila proizvodnje vetroelektrane kori{}eni su i podaci iz hidrometeorolo{ke
stanice Vr{ac za period od 1978. do 2010, mereni na
visini od 10 m i 60 m mernog stuba na lokaciji Bavani{tansko polje. Ustanovljena je dobra korelacija
izme|u ove dve merne stanice. Zbog nelinearne zavisnosti snage vetra od brzine, kao i nelinearne karakteristike snage vetroagregata, ne moè se egzaktno prora~unati godi{nji profil proizvodnje vetroelektrane na osnovu poznavanja godi{njeg profila
brzine vetra. Ipak, iskustva vode}ih instituta (RISO)
pokazuju da se izme|u profila proizvodnje vetroelektrane i profila brzine vetra moè uspostaviti iskustvena relacija [3]:
ΔP
⎛ ΔV ⎞
= f⎜
⎟,
P
⎝ V ⎠
f ≈2
(4)
gde je:
ΔP – odstupanje snage proizvodnje od srednje snage P na analiziranom vremenskom horizontu,
ΔV – odstupanje brzine vetra od srednje vrednosti V
na analiziranom vremenskom horizontu.
Na osnovu prora~unate o~ekivane godi{nje proizvodnje vetroelektrane i prora~unatih srednjih mese~nih brzina vetra koriste}i relaciju (10) izvr{en je
prora~un proizvodnje vetroelektrane po mesecima.
Prose~na neto snaga injektiranja agregirane vetroelektrane u ta~ki priklju~enja (Pan~evo 2) prikazana
je na slici 3.
Uporednom analizom godi{njeg dijagrama potro{nje elektri~ne energije u EES Srbije i godi{njeg
dijagrama proizvodnje elektri~ne energije vetroelektrana u ju`nom Banatu moè se zaklju~iti da su oni
u dobroj meri u korelaciji.
2 000
1 800
1 600
Elektri~na snaga (kW)
1 400
1 200
1 000
800
600
400
200
brzina vetra (m/s)
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Slika 2. Karekteristika snage vetroagregata Vestas V90, 2 MW za standardnu gustinu vazduha
259
350
Prose~na snaga (MW)
300
250
200
150
100
50
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Meseci
Slika 3. Prose~na neto snaga proizvodnje elektri~ne energije vetroelektrana u ju`nom Banatu
(ukupne instalisane snage 800 MW) u ta~ki priklju~enja po mesecima
2.3. Dnevni profil proizvodnje vetroelektrana
u ju`nom Banatu
Na osnovu prora~unatih desetominutnih snaga
proizvodnje izvr{en je prora~un srednjih satnih snaga proizvodnje vetroelektrana u ju`nom Banatu. Odgovaraju}i prose~ni dnevni dijagram snage agregirane vetroelektrane na godi{njem nivou prikazan je na
slici 4.
U pogledu proizvodnje vetroelektrane razlikuju
se dva godi{nja periodu: ko{avski (oktobar – april) i
vanko{avski (maj – septembar). Odgovaraju}i dnevni
dijagrami proizvodnje prikazani su na slikama 5 i 6.
Analizom dnevnih dijagrama proizvodnje vetroelektrana u ju`nom Banatu mogu se dati slede}i
zaklju~ci.
– Snaga proizvodnje je zna~ajno ve}a u toku ko{avskog perioda (oktobar – april), nego u toku vanko-
300
Snaga na pragu elektrane (MW)
250
200
150
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12 13
Vreme (h)
14
15 16
17 18
19
20
21
22
23
Slika 4. Dnevni dijagram proizvodnje vetroelektrana u ju`nom Banatu (ukupne instalisane snage 800 MW)
za prose~an dan u godini
24
260
300
250
200
150
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12 13
Vreme (h)
14
15 16
17 18
19
20
21
22
23
24
Slika 5. Dnevni dijagram proizvodnje vetroelektrana u ju`nom Banatu (ukupne instalisane snage 800 MW)
za prose~an dan u ko{avskom periodu godine (oktobar – april)
{avskog perioda (maj – septembar). Prose~na snaga u ta~ki priklju~enja agregirane vetroelektrane
(ukupne instalisane snage 800 MW) u ko{avskom
periodu je 279 MW, a u vanko{avskom 185 MW.
– Snaga proizvodnje je zna~ajno ve}a u toku no}nih
sati nego danju. Prose~ni faktor neravnomernosti
dijagrama proizvodnje vetroelektrana u ju`nom
Bantu (koli~nik minimalne i maksimalne srednje
satne snage proizvodnje) za ko{avski period je
0,72, a za ne ko{avski 0,52. Ovakav dnevni profil
proizvodnje je posledica dnevnih promena stabilnosti atmosfere. U toku dana atmosfera je obi~no
nestabilna i nju karakteri{e slab prira{taj brzine
vetra sa visinom. U toku no}nih sati atmosfera je
300
250
200
150
100
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 12 13
Vreme (h)
14
15 16
17 18
19
20
21
22
23
Slika 6. Dnevni dijagram proizvodnjevetroelektrana u ju`nom Banatu (ukupne instalisane snage 800 MW)
za prose~an dan u neko{avskom periodu godine (maj – septembar)
24
po pravilu stabilna i nju karakteri{e jak prira{taj
brzine vetra sa visinom. Nestabilnost atmosfere je
naro~ito izraèna u toku letnjih dana, pa je i neravnomernost dijagrama proizvodnje izraèna u letnjim mesecima.
3. UTICAJ VETROELEKTRANA U
JU@NOM BANATU NA TOKOVE SNAGA I
GUBITKE U PRENOSNOJ MRE@I SRBIJE
Priklju~enjem vetroelektrana na prenosni sistem menjaju se tokovi snaga kroz elemente prenosnog sistema. U ovakvim uslovima tokovi snaga zavise od snage proizvodnje vetroelektrana, odnosno
od brzine vetra. U ovom radu je bilo zna~ajno proceniti uticaj vetroelektrana na promenu gubitaka
snage na prenosnim vodovima i transformatorima u
odnosu na stanje pre priklju~enja.
3.1. Model i metodologija
Uticaj proizvodnje planiranih vetroelektrana u
oblasti TS 400 kV Pan~evo 2 analiziran je kvantitativno pore|enjem rezultata tokova snaga u slu~aju
~etiri razli~ita scenarija.
Scenario 0: Model u osnovnom stanju, bez vetroelektrana.
Scenario 1: Model sa injektiranjem vetroelektrana u
TS 400 kV Pan~evo 2. Proizvodnja aktivne snage u EES Srbije usled ulaska
vetroelektrana je 100 % balansirana pove}anjem izvoza iz prenosnog sistema
Srbije. Regionalni model Jugoisto~ne
Evrope nakon promene izbalansiran linearnom promenom forsiranih tokova
snaga po „x”-~vorovima.
vetroelektrana je 50 % balansirana po-
261
ve}anjem izvoza iz prenosnog sistema
Srbije i 50 % balansirana linearnim
smanjenjem proizvodnje u ostalim elektranama EES Srbije. Regionalni model
Jugoisto~ne Evrope nakon promene izbalansiran linearnom promenom forsiranih tokova snaga po „x”-~vorovima.
vetroelektrana je 100 % balansirana linearnim smanjenjem proizvodnje u
ostalim elektranama EES Srbije.
S obzirom na nelinearnu zavisnost gubitaka
snage i tokova snaga za procenu srednjih gubitaka
snage na godi{njem nivou odabrani su reprezentativni dani. Metodologija i rezultati odabira reprezentativnih dana za procenu sistemskih gubitaka dati su
u literaturi [4]. Reprezentativni dani u pogledu proizvodnje vetroelektrana u ju`nom Banatu prikazani
su u literaturi [5]. U tabeli 3.1 dat je prikaz karakteristi~nih dana i odgovaraju}ih podataka za analizirane scenarije za odabrani vremenski interval.
U prora~unima su kori{}eni modeli mreè Jugoisto~ne Evrope, i to za period maj – septembar model
za sredu (tre}a sreda u mesecu) 15. 7. 2009. u 10:30
(CET), a za period oktobar – april model za sredu
(tre}a sreda u mesecu) 21. 1. 2009. u 10:30 (CET).
3.2. Rezultati i analiza
U narednoj tabeli prikazani su sumarni podaci
snaga generisanja, potro{nje, razmene i sistemskih
gubitaka u EES Srbije za bazno stanje i sva tri scenarija balansiranja snage vetroelektrana za odabrane
reprezentativne dane.
Rezultati simulacionih anlaliza pokazuju da }e
se priklju~enjem vetroelektrana gubici u prenosnom
sistemu neznatno pove}ati. Treba napomenuti da bi
se optimalnim angaòvanjem agregata u sitemu u
Tabela 1.
Prikaz podataka o snagama generisanja i razmene za analizirane scenarije
za odabrane karakteristi~ne vremenske intervale
Datum
Vreme
Scenario
21. 1. 2009.
21. 1. 2009.
21. 1. 2009.
21. 1. 2009.
15. 7. 2009.
15. 7. 2009.
15. 7. 2009.
15. 7. 2009.
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
Scenario 0
Scenario 1
Scenario 2
Scenario 3
Scenario 0
Scenario 1
Scenario 2
Scenario 3
Srednja satna proizvodnja vetroelektrana
(MW)
0,00
284,00
284,00
284,00
0,00
230,00
230,00
230,00
Pove}anje
izvoza
(MW)
0,00
284,00
142,00
0,00
0,00
230,00
115,00
0,00
Linearno
smanjenje proizvodnje
(MW)
0,00
0,00
142,00
284,00
0,00
0,00
115,00
230,00
262
Tabela 2.
Sumarni podaci snaga generisanja, potro{nje, razmene i sistemskih gubitaka
u elektroenergetskom sistemu Srbije za bazno stanje i sva tri scenarija za odabrane reprezentativne dane
Datum
Vreme
Scenaria
Proizvodnja
aktivne snage
(MW)
Potro{nja
aktivne snage
(MW)
Gubici
aktivne snage
(MW)
Izvoz/uvoz
aktivne snage
(MW)
Tranzit
aktivne snage
(MW)
21. 1. 2009.
21. 1. 2009.
21. 1. 2009.
21. 1. 2009.
15. 7. 2009.
15. 7. 2009.
15. 7. 2009.
15. 7. 2009.
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
10:30 (CET)
Scenario 0
Scenario 1
Scenario 2
Scenario 3
Scenario 0
Scenario 1
Scenario 2
Scenario 3
5 803,60
6 087,70
5 945,80
5 803,60
4 046,70
4 276,80
4 151,70
4 048,30
5 976,10
5 976,10
5 976,10
5 976,10
4 004,90
4 004,90
4 004,90
4 004,90
187,90
190,41
189,16
188,12
112,88
116,18
114,41
113,05
-360,40
-79,00
-219,50
-360,60
-71,10
155,60
32,50
-69,60
960 00
1 050,40
1 010 00
968,30
859,70
775,60
856,90
858,90
uslovima vetrogenrisanja gubici mogli i smanjiti u
odnosu na stanje bez vetrogenerisanja jer se perspektivne vetroelektrane nalaze u blizini relativno
velikih potro{a~kih centara.
U pogledu promene tokova snaga po vodovima
prenosne mreè glavni uticaj priklju~enja vetroelektrana je na smanjenje tokova snaga na vodu RP Mladost – TS Beograd 8, koje za karakteristi~an zimski
dan (10:30) iznosi 130 do 150 MW u zavisnosti od
scenarija balansiranja. Pored ovog pozitivnog efekta,
priklju~enjem vetroelektrana pove}avaju se tokovi
snaga na dalekovodu TS Pan~evo 2 – TS Beograd 8,
koje za karakteristi~an zimski dan (10:30) iznosi
150 do 170 MW u zavisnosti od scenarija balansiranja snaga vetroelektrana. U pogledu uticaja vetroelektrana na tokove snaga po interkonektivnim dalekovodima moè se dati generalna ocena da vetroelektrane u ju`nom Banatu pozitivno uti~u na transfer elektri~ne energije prema isto~nim susedima i
neznatno pove}avaju tokove snaga prema zapadnim
susedima.
vrednost brzine uklju~enja kod trokrakih vetroturbina je Vmin = (2,5 ÷ 4) m/s;
– nominalna radna brzina vetra vn (nominal wind
speed) je minimalna brzina vetra pri kojoj vetroagregat dostiè svoju nominalnu snagu. Nominalna brzina kod vetroagregata za manje vetrovite lokacije je Vn = (10 ÷ 13) m/s, a za vetrovite lokacije je Vn = (14 ÷ 17) m/s;
– maksimalna radna brzina vetra Vmax (cut-out wind
speed) je brzina vetra pri kojoj se vetroturbina zaustavlja. Brzina isklju~enja je obi~no Vmax = 25 m/s
mada postoje vetroagregati sa Vmax > 30 m/s. Vetroturbina je mehani~ki projektovana da u zako~enom stanju izdrì i ekstremno velike brzine vetra
(survival wind speed) od (60 ÷ 70) m/s.
S obzirom na to da se vetar kao primarni energent ne moè akumulirati, kao kod klasi~nih izvora
(akumulacionih hidroelektrana i termoelektrana), radi odràvanja balansa snaga proizvodnje i potro{nje
neophodno je vr{iti balansiranje snage proizvodnje
vetroelektrana.
4. USLOVI BALANSIRANJA SNAGE
VETROELEKTRANA
U JU@NOM BANATU
4.1. Uslovi balansiranja snage vetroelektrana
pri stabilnim uslovima vetra
Snaga proizvodnje vetroagregata je direktno
uslovljena brzinom vetra i krivom snage vetroagregata. Promena brzine vetra uslovljava promenu snage generisanja vetroagregata, tako da proizvodnja
vetroelektrana direktno zavisi od brzine vetra.
Vetroagregat normalno radi u odre|enom opsegu brzine vetra. Taj opseg je definisan sa tri karakteristi~ne brzine vetra (koje se defini{u kao srednje desetominutne vrednosti) za svaki vetroagregat:
– minimalna radna brzina vetra Vmin (cut-in wind
speed) je brzina vetra pri kojoj vetroagregat po~inje proizvodnju elektri~ne energije. Za brzine vetra V < Vmin vetroturbina je zako~ena. Tipi~na
U normalnim uslovima vetar je kvazistacionaran, tako da je proizvodnja elektri~ne energije vetroelektrana tako|e kvazistacionarna. Predikcija proizvodnje vetroelektrana u stabilnim uslovima vetra
klju~ni je parametar za odre|ivanje balansnih kapaciteta u sistemu. Iz tog razloga potrebno je razviti odgovaraju}e sisteme (softvere) za kratkoro~nu i dugoro~nu predikciju proizvodnje vetroelektrana u ju`nom Banatu. Ovi sistemi treba da obezbede kratkoro~nu predikciju proizvodnje vetroelektrana sa petnaestominutnom rezolucijom (do pet sati unapred),
predikciju proizvodnje za 24 sata unapred sa satnom
rezolucijom, kao i predikciju proizvodnje na nedeljnom horizontu. Ovakav sistem predikcije obezbedio
bi optimalno dimenzionisanje i alokaciju balansnih
kapaciteta u sistemu i optimalnu hidro?termo?vetar
koordinaciju. Gre{ka u proceni proizvodnje defini{e
potrebnu snagu balansiranja, odnosno balansnu rezervu snage u sistemu. Iz tog razloga ta~nost sistema
za predikciju proizvodnje je od klju~ne va`nosti za
organizovanje sistema balansiranja snage vetroelektrane i optimalno angaòvanje agregata u sistemu.
Zahtevi koji se odnose na predikciju proizvodnje elektri~ne energije razlikuju se od dràve do dràve i ne zavise toliko od tehni~kih mogu}nosti i
ograni~enja pojedinih sistema koliko od specifi~nosti trì{ta elektri~ne energije, kao i prostorne raspodele vetroelektrana u pojedinim dràvama.
U Francuskoj je trì{te elektri~ne energije tako
koncipirano da se zahteva predikcija proizvodnje
elektri~ne energije za dan-unapred, kao i za nedelju
dana unapred, dok se u Velikoj Britaniji proizvodnja
prognozira za dva sata unapred. U Danskoj i Nema~koj trì{te diktira poznavanje generisane elektri~ne energije samo za dan-unapred.
[to se ti~e uticaja prostorne raspodele vetroelektrana, u Danskoj i Nema~koj vetroagregati su rasprostranjeni gotovo po celoj teritoriji, pa se zbog toga
proizvodnja elektri~ne energije prognozira za velike
oblasti pojedina~no. U Americi i [paniji vetroagregati su skoncentrisani u okviru nekoliko ve}ih vetroelektrana, usled ~ega se generisanje elektri~ne energije prognozira posebno za svaku vetroelektranu.
Meteorolo{ki instituti ve}eg broja zemalja razvili su brojne metode za kratkoro~nu predikciju snage vetra. Riso nacionalna laboratorija za odrìvu
energiju (Risø Nationallaboratoritet for Bæredygtig
Energi) i Tehni~ki univerzitet Danske (Danmarks
Tekniske Universitet) prvi su po~eli rad na razvoju
ovih metoda. Koristili su detaljne trodimenzionalne
modele terena i numeri~ke modele za prognozu vremenskih prilika kao {to su HiRLAM (High Resolution Limited Area Model), UK MESO (UK Meteorological Office Meso-scale model) i LM (Lokal-Modell Nema~ke meteorolo{ke slu`be).
Metodi za predikciju proizvodnje elektri~ne
energije iz vetroelektrana funkcioni{u sli~no kao metodi za prognozu vremena, osim {to kao izlazne informacije daju brzinu i smer duvanja vetra za sve vetroelektrane u odre|enoj oblasti. Na osnovu tih informacija, kori{}enjem programa kao {to je WAsP
(Wind Atlas Analysis and Application Program) re{avaju se fizi~ke jedna~ine koje kao re{enje daju izlaznu snagu pojedinih vetroelktrana. Ovakvim metodima mogu}e je vr{iti predikciju proizvodnje i do 48
sati unapred. Metodi za predikciju koriste prvenstveno energetske kompanije koje u vlasni{tvu imaju
zna~ajne kapacitete vetroelektrana. Sli~ni metodi za
263
prognozu generisanja elektri~ne energije razvijeni su
u Norve{koj, Americi, Nema~koj, Japanu i Irskoj.
Neki metodi za predikciju ne zasnivaju se na re{avanju fizi~kih jedna~ina ve} na statistici, neuralnim mreàma ili fuzzy logici. Njihova prednost u
odnosu na standardne metode za predikciju je ta {to
mogu da „u~e” iz iskustva. Mana im je ta {to zahtevaju „uve`bavanje” obradom velikog broja podataka pre po~etka njihove primene u praksi.
U Danskoj, metod (program) Wind Power Prediction Tool (WPPT) koji je razvio Univerzitet Kopenhagen koristi operator prenosnog sistema na zapadu Danske – Eltra, dok operator prenosnog sistema na istoku Danske – Elkraft koristi sli~an metod
koji je sam razvio.
U Nema~koj energetske kompanije E.ON,
RWE Net i VET koriste alat Advanced Wind Power
Prediction Tool (AWPT), koji je razvio institut ISET
i pomo}u kojeg se prognozira proizvodnje 95 % nema~kih vetroelektrana.
Dosada{nja iskustva zemalja koje imaju zna~ajne instalisane kapacitete u vetroelektranama ([panija) pokazuju da je srednja relativna gre{ka u predikciji satne proizvodnje na nivou 24 h unapred reda
20 %, dok je srednja normalizovana kvadratna gre{ka oko 5 %.
Nivo gre{ke proizvodnje elektri~ne energije iz
vetroelektrana na nivou sistema uveliko zavisi od
prostorne disperzije vetroelektrana. Ukoliko vetroelektrane pripadaju razli~itim klimatskim podru~jima, onda se gre{ke u proizvodnji mogu delom kompenzovati, tako da se gre{ka na sistemskom nivou
smanjuje. U ju`nom Banatu vetroelektrane pripadaju
istoj klimatologiji u pogledu vetra, tako da se gre{ke
u proceni proizvodnje pojedina~nih vetroelektrana
prakti~no algebarski sabiraju. Na slikama 7 i 8 prikazani su uporedo vremenski dijagrami promene srednjih desetominutnih brzina vetra na visini od 60 m
(slika 7) i smera vetra (slika 8) za dva merna stuba na
lokacijama u blizini Kovina i Zrenjanina za period od
nedelju dana (20. 12. do 26. 12. 2009). Merne lokacije su udaljene 60 km u smeru jugoistok–severozapad.
Na osnovu datih dijagrama moè se zaklju~iti
da vetroelektrane u ju`nom Banatu pripadaju istoj
klimatologiji vetra za oba dominantna smera vetra
(jugoisto~ni i severozapadni) i da se o~ekuje velika
sli~nost u vremenskom dijagramu proizvodnje elektrana, tako da je opravdana pretpostavka da se sve
elektrane u ju`nom Banatu mogu posmatrati kao jedinstvena (agregirana) elektrana s aspekta profila
proizvodnje. Gre{ka u predikciji proizvodnje vetroelektrana u ju`nom Banatu bi}e kumulativna, tako
da se moè o~ekivati da bude ve}a od uobi~ajene
vrednosti u zemaljama kod kojih postoji disperzovanost vetroelektrana. Tako|e je potrebno ispitati ko-
264
18
Zrenjanin
Kovin
16
Brzina vetra (m/s)
14
12
10
8
6
4
2
0
0
6
12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 114 120 126 132 138 144 150 156 162168
Vreme (20. 12–26. 12. 2009)
Slika 7. Vremenski dijagrami promene srednjih desetominutnih brzina vetra na visini od 60 m
za dva merna stuba na lokacijama u blizini Kovina i Zrenjanina za period od nedelju dana
relaciju gre{ke u predikciji proizvodnje vetroelektrana i gre{ke u predikciji potro{nje konzuma u
EES-u Srbije jer je vetar ulazni parametar za predikciju potro{nje. Budu}i da se zna~ajan konzum,
uklju~uju}i i Beograd, nalazi u ko{avskom podru~ju, uticaj vetra na gre{ku potro{nje moè biti zna~ajan. Gre{ka potro{nje i gre{ka proizvodnje su suprotnog znaka, tako da je ovo pozitivan efekat u pogledu zahtevane balansne snage.
4.2. Uslovi balansiranja snage
pri jakim vetrovima
Pri jakim vetrovima (Vn < V < Vmax) vetroelektrana }e generisati nominalnu snagu, tako da gre{ka
u predikciji brzine vetra u ovoj oblasti ne}e dovesti
do gre{ke u predikciji proizvodnje. Me|utim, kada
su vetrovi vrlo jaki (V > Vmax), vetroagregat se isklju~uje iz siguronosnih razloga tako da se snaga ve-
400
Zrenjanin
Kovin
350
300
Smer vetra (°)
250
200
150
100
50
0
0
6
12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 102 108 114 120 126 132 138 144 150 156 162168
Vreme (20. 12–26. 12. 2009)
Slika 8. Vremenski dijagrami promene srednjih desetominutnih smerova vetra na visini od 60 m za dva merna stuba
na lokacijama u blizini Kovina i Zrenjanina za period od nedelju dana
troelektrane naglo smanjuje. Isklju~enje agregata nije trenutno, ali je gradijent gubitka snage u sistemu
vrlo veliki, pa se ovakav scenario moè tretirati kao
ispad elektrane iz sistema {to, s obzirom na pretpostavljenu snagu agregirane vetroelektrane, moè
predstavljati ozbiljan poreme}aj u EES-u, koji moè
ugroziti dinami~ku stabilnost sistema.
Potrebno je detaljnije analizirati uslove isklju~enja vetroagregata usled prejakog vetra, odnosno
objasniti pojam prejakog vetra. [to se ti~e sistema
za kontrolu isklju~enja vetroturbina usled prejakog
vetra, postoje tri refernetne brzine vetra prema IEC
standardu:
– cut out brzina vetra se kod svih vetroturbina odnosi na srednju desteominutnu brzinu vetra na visini
osovine vetroturbine (tipi~no je 25 m/s),
– srednja 1 minutna brzina vetra na visini osovine
vetroturbine (tipi~no je 28 m/s) i
– srednja 3 s brzina vetra na visini osovine vetroturbine (tipi~no je 30 m/s).
Na slici 9 prikazan je dijagram brzina vetra dobijen na osnovu srednjih desetominutnih mernih podataka merenih na razli~itim visinama na mernom stubu u Bavani{tanskom polju za najvetrovitiji dan (dan
u kojem je izmerena najve}a srednja desetominutna
vrednost brzine vetra) u dvogodi{njem periodu merenja vetra. Na osnovu datog dijagrama moè se zaklju~iti da ni u jednom destominutnom intervalu u toku
dvogodi{njeg perioda merenja brzina vetra na pretpostavljenoj visini osovine vetroturbine (105 m) nije
pre{la vrednost od 25 m/s. To zna~i da je po ovom
265
kriterijumu verovatno}a isklju~enje vetroturbina, odnosno gubitaka snage proizvodnje veoma mala.
Na slici 10 prikazan je dijagram brzina vetra
dobijen na osnovu srednjih dvosekundnih mernih
podataka merenih na razli~itim visinama na mernom
stubu u Bavani{tanskom polju za dan sa najja~im
udarem vetra u dvogodi{njem periodu merenja vetra. Na osnovu datog dijagrama moè se zaklju~iti
da je u analiziranom kriti~nom danu u pogledu udara vetra srednja dvosekundna brzina vetra na visini
od 105 m bila oko 33 m/s. Srednja trosekundna brzina vetra, merodavna za isklju~enje vetroturbine
usled udara vetra, moè se proceniti na oko 30 m/s.
To zna~i da je i po ovom kriterijumu verovatno}a isklju~enje vetroturbina, odnosno gubitaka snage proizvodnje veoma mala.
Generalni zaklju~ak ovih analiza je da ekstremni vetrovi u ju`nom Banatu ne}e izazivati velike ispade snaga perspektivnih vetroelektrana. Na osnovu
slike 7 moè se zaklju~iti da u ciljnom regionu oko
15 % vremena na godi{njem nivou duvaju jaki vetrovi (V >10 m/s na visini 60 m). To zna~i da }e oko
1 300 sati godi{nje vetroelektrane raditi sa nominalnom snagom (800 MW).
4.3. Uslovi balansiranja snage vetroelektrana
pri naglim promenama brzine vetra
Vremenski dijagram promene brzine vetra je
uveliko stohasti~an, tako da se nagle promene brzine vetra uglavnom ne mogu predvideti, ~ak ni u
26
Srednja desetominutna brzina vetra (m/s)
24
22
20
18
16
14
12
10
105 m (ekstrapolirano)
60 m (mereno)
40 m (mereno)
10 m (mereno)
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
Vreme (10. 3. 2010)
15 16
17 18
19
20
21
Slika 9. Dijagram srednjih desetominutnih brzina vetra na razli~itim visinama
za dan sa najve}om izmerenom brzinom vetra u analiziranom dvogodi{njem periodu merenja
22
23
24
Srednja dvosekundna brzina vetra (m/s)
266
34
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
Vreme (22. 5. 2009)
15 16
17 18
19
20
21
22
23
24
Slika 10. Dijagram maksimalnih dvosekundnih brzina vetra na razli~itim visinama
za dan sa najve}im izmerenim udarom vetra u analiziranom dvogodi{njem periodu merenja
kratkoro~nim prognozama. Zbog relativno male
inertnosti sistema vetroagregata promene brzine vetra se mogu relativno brzo odraziti na promenu izlazne snage. Ove promene su nepredvidive i potrebno
je da sistem ima mehanizme balansiranja ili ograni~enja naglih promena snage vetroelektrane.
Na slici 11 prikazane su promene srednjih desetominutnih brzina vetra na visini od 60 m za dve
udaljene merne lokacije u ju`nom Banatu za karakteristi~an vremenski period od dva dana. Na osnovu
ovog dijagrama moè se potvrditi da i pri nestabilnim vetrovima postoji velika sli~nost u profilu brzi-
16
15
Zrenjanin
Kovin
14
13
12
Brzina vetra (m/s)
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 4344 45 46 47 48
Vreme (29–30. 8. 2010)
Slika 11. Promene srednjih desetominutnih brzina vetra na visini od 60 m za dve udaljene merne lokacije
u ju`nom Banatu za karakteristi~an vremenski period (dva dana) sa velikim gradijentom porasta i pada brzine vetra
267
18
Zrenjanin
Kovin
Srednja desetominutna brzina vetra (m/s)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
Vreme (31. 3. 2010)
15 16
17 18
19
20
21
22
23
24
u ju`nom Banatu za karakteristi~an dan sa kratkotrajnim udarnim talasom vetra
ne vetra u ciljnom regionu. Za analizirani karakteristi~an dan u vetroelektrane bi u preiodu izme|u 16 i
18 h radila sa minimalnom snagom jer je brzina vetra V≈Vcut in = 3 m/s, u periodu od nekoliko desetina
minuta nakon 18 h vetroelektrana bi dostigla nominalnu snagu jer je brzina vetra naglo porasla na nominalnu vrednost. Promena snage injektiranja u
~voru TS Pan~evo 2 bila bi oko ΔP = 800 MW, sa
gradijentom od oko 30 MW/minuti. Vetroelektrana
bi radila sa nominalnom snagom oko 5 sati, a zatim
bi se naglo smanjila snaga na oko 200 MW sa gradijentom od oko -30 MW/minuti.
Na slici 12 prikazan je karakteristi~an dan u kojem bi vetroelektrana iz reìma minimalne snage
Snaga na pragu agregirane vetroelektrane (MW)
800
a=0,1 p.j./min
a=0,07 p.j./min
a=0,05 p.j./min
700
600
500
400
300
200
100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
Vreme (31. 3. 2010)
15 16
17 18
19
20
21
22
23
u ju`nom Banatu za karakteristi~an dan sa kratkotrajnim udarnim talasom vetra
24
268
Snaga na pragu agregirane vetroelektrane (MW)
800
a=0,1 p.j./min
a=0,07 p.j./min
a=0,05 p.j./min
700
600
500
400
300
200
100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
Vreme (31. 3. 2010)
15 16
17 18
19
20
21
22
23
24
Slika 13. Promene snage vetroelektrane za karakteristi~ni dan,
⎛ ΔP ⎞
⎟
⎝ ΔT ⎠ max
prikazan na slici 11, za razli~ite vrednosti a = ⎜
pre{la u reìm nominalne snage za period od nekoliko minuta. Gradijent promene snage bio bi u ovom
slu~aju > 80 MW/minut. Vetroelektrana bi radila sa
nominalnom snagom oko 20 minuta, a zatim bi na-
glo pala snaga na minimalnu vrednost sa gradijentom od oko -40 MW/minut.
Ovakve promene snage te{ko su predvidljive i
zahtevaju velike rezerve balansnih snaga u sistemu
100
90
efikasnost vetroelektrane (%)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
a (r.j./minut)
0,06
0,07
0,08
Slika 14. Procene smanjenja efikasnosti proizvodnje vetroelektrana u ju`nom Banatu
⎛ ΔP ⎞
⎟
⎝ ΔT ⎠ max
na godi{njem nivou za razli~ite vrednosti faktora a = ⎜
0,09
0,1
koje moraju biti vrlo fleksibilne (hidroelektrane).
Kompenzacija nepredvidivih promena (porasta)
snage vetroelektrana je naro~ito nezgodna u jutarnjim satima kada elektrane rade na tehni~kom minimumu i dalje potiskivanje snage elektrana prakti~no
nije mogu}e. Iz tog razloga potrebno je definisati
grani~ne vrednosti gradijenta porasta snage vetroelektrana koje su prihvatljive za EES. Ograni~enje
promene snage zadaje se svakoj vetroelektrani sa
fiksnom vredno{}u maksimalnog gradijenta porasta
⎛ ΔP ⎞
snage a = ⎜
⎟ .
⎝ ΔT ⎠ max
Na slici 13 prikazane su promene snage vetrolektrane za karakteristi~ni dan prikazan na slici 12
⎛ ΔP ⎞
za razli~ite vrednosti a = ⎜
⎟ .
⎝ ΔT ⎠ max
Limitiranjem gradijenta porasta snage proizvodnje vetroelektrane postiè se pozitivan efekat u
smislu smanjenja udara snage proizvodnje. Negativan efekat smanjuje efikasnosti vetroelektrane, odnosno godi{nju proizvodnju. Na slici 14 prikazane
su procene smanjenja efikasnosti proizvodnje vetroelektrana u ju`nom Banatu na godi{njem nivou za
⎛ ΔP ⎞
razli~ite vrednosti faktora a = ⎜
⎟ .
⎝ ΔT ⎠ max
Na osnovu sprovedene analize moè se zaklju~iti da se uvo|enjem limitiranja gradijenta prira{taja
proizvodnje vetroelektrane smanjuje njena efikasnost. Smanjenje efikasnosti je manje od 5 % za faktore limitiranja a > 0,04 p. j./minuti.
Radi optimizacije rada vetroelektrane mogu}e
je uvesti promenljivo limitiranje u zavisnosti od raspoloìvih uslova balansiranja snage. Mogu}e je u ranim jutarnjim satima uvesti stroì zahtev za balansiranjem, a kada je mogu}e potiskivanje hidroelektrana u sistemu, pove}ati grani~ni faktor a. Tako|e, u
uslovima limitiranog faktora a, vetroelektrana moè
posedovati izvesnu rezervu u proizvodnji, tako da je
mogu}e tu rezervu uklju~iti u primarnu regulacionu
rezervu u sistemu.
5. ZAKLJUÂK
S obzirom na topografske karakteristike regiona, mikrolokacije perspektivnih vetroelektrana u ju`nom Banatu karakteri{e vrlo sli~na klimatologija u
pogledu vetra, {to je i potvr|eno namenskim merenjima brzine vetra koja se sprovode u ovom regionu.
S aspekta uticaja na elektroenergetski sistem, vetroelektrane u ju`nom Banatu je mogu}e agregirati i
posmatrati kao jedinstvenu vetroelektranu. Priklju~enje ove vetroelektrane zna~i injektiranje snage u
269
jednom ~vori{tu, koja direktno zavisi od karakteristika vetra.
Analizom dnevnih dijagrama proizvodnje vetroelektrana u ju`nom Banatu mogu se dati slede}i zaklju~ci.
– Snaga proizvodnje je zna~ajno ve}a u toku ko{avskog perioda (oktobar – april), nego u toku vanko{avskog perioda (maj – septembar). Prose~na snaga u ta~ki priklju~enja agregirane vetroelektrane
(ukupne instalisane snage 800 MW) u ko{avskom
periodu je 279 MW, a u vanko{avskom 185 MW.
– Snaga proizvodnje je zna~ajno ve}a u toku no}nih
sati nego danju. Prose~an faktor neravnomernosti
dijagrama proizvodnje vetroelektrana u ju`nom
Banatu (koli~nik minimalne i maksimalne srednje
satne snage proizvodnje) za ko{avski period je
0,72, a za neko{avski 0,52.
U pogledu promene tokova snaga po vodovima
prenosne mreè glavni uticaj priklju~enja vetroelektrana je na smanjenje tokova snaga na vodu
RP Mladost – TS Beograd 8, koje za karakteristi~an
zimski dan (10:30) iznosi 130 do 150 MW u zavisnosti od scenarija balansiranja. Pored ovog pozitivnog
efekta, priklju~enjem vetroelektrana pove}avaju se
tokovi snaga na dalekovodu TS Pan~evo 2 – TS Beograd 8, koje za karakteristi~an zimski dan (10:30)
iznosi 150 do 170 MW u zavisnosti od scenarija balansiranja snaga vetroelektrana. U pogledu uticaja
vetroelektrana na tokove snaga po interkonektivnim
dalekovodima moè se dati generalna ocena da vetroelektrane u ju`nom Banatu pozitivno uti~u na
transfer elektri~ne energije prema isto~nim i neznatno pove}avaju tokove snaga prema zapadnim susedima.
U radu su analizirani uslovi balansiranja snage
perspektivnih vetroelektrana u ju`nom Banatu u
normalnim uslovima vetra, jakih vetrova i u uslovima nestabilnog vetra. Zaklju~eno je da je neophodno razvijati softvere za kratkoro~nu i dugoro~nu
predikciju proizvodnje vetroelektrana i da je nepovoljan element {to }e gre{ka u proizvodnji vetroelektrana u ju`nom Banatu biti kumulativna. Merenja
vetra pokazuju da ekstremni vetrovi u ju`nom Banatu ne}e izazivati velike ispade snaga perspektivnih
vetroelektrana.
U radu je analiziran efekat limitiranja brzine porasta snage vetroelektrana na uslove balansiranja
snaga. Zaklju~eno je da se uvo|enjem limitiranja gradijenta prira{taja proizvodnje vetroelektrane smanjuje njena efikasnost. Smanjenje efikasnosti je manje od
5 % za fakotore limitiranja a > 0,04 p. j./minuti. Radi
optimizacije rada vetroelektrane mogu}e je uvesti
promenljivo limitiranje u zavisnosti od raspoloìvih
uslova balansiranja snage.
270
6. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
D. Miki~i}, @. \uri{i}, B. Radi~evi}: VETROGENERATORI – PERSPEKTIVNI IZVORI ELEKTRI^NE ENERGIJE, pregledan rad, Elektroprivreda, br. 4, 2002. str. 5–17.
\uri{i} @, Obradovi} M., Arsenijevi} N.: USLOVI
RAZVOJA PROJEKTA VETROPARKA „BAVANI[TANSKO POLJE” SNAGE 188 MW, Savetovanje CIGRE, Zlatibor, 2009.
Rathmann O, Mortensen NG, UNCERTAINTIES
WHEN „PRODUCTION – ESTIMATING” WITH
[4]
[5]
WASP, Vindkraftnet meeting 14th Jan 2009, Suzlon, Arhus.
Trifunovic J., Mikulovic J., Djurisic Z., Djuric M., Kostic M.,: REDUCTIONS IN ELECTRICITY CONSUMPTION AND POWER DEMAND IN CASE OF
THE MASS USE OF COMPACT FLUORESCENT
LAMPS, Energy 34 (2009), Pages 1355–1363.
Stojanovi} M., [ijakovi} N., Mikulovi} J., Djurisic
Z., IMPACT OF LARGE SCALE WIND FARM
INTEGRATION TO ACTIVE POWER LOSSES
IN TRANSMISSION NETWORK OF SERBIA,
Proc. of European Wind Energy Conference
(EWEC 2010), Warsaw, Poland, April, 2010.
Dora|en rad STK C1–04 30. savetovanje CIGRE Srbije je primljen u uredni{tvo 27. 07. 2011. godine
@eljko R. \uri{i} ([email protected]) ro|en je 1972. godine u selu Babino, Berane. Diplomirao je i magistrirao na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu (1999. i 2006). Radi kao
asistent na Katedri za elektroenergetske sisteme Elektrotehni~kog fakulteteta u Beogradu,
gde drì ra~unske ve`be iz predmeta: Mehanika, Elementi elektroenergetskih sistema, Elektrane, Razvodna postrojenja, Obnovljivi izvori energije, Kvalitet elektri~ne energije i Digitalne relejne za{tite. Radi i kao honorarni predava~ na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta
u Isto~nom Sarajevu, gde predaje Kvalitet elektri~ne energije. Koautor je dve knjige i preko
100 stru~nih i nau~nih radova iz oblasti elektroenergetike. Uè specijalnosti su mu: vetroelektrane, fotonaponske elektrane, elektri~ne ma{ine i nadzemni vodovi.
Branislav I. \uki} ([email protected]) ro|en je 1971. godine u [apcu. Diplomirao je 2000. godine na Elektrotehni~kom fakultetu. Radi kao direktor Direkcije za upravljanje prenosnim sistemom u JP Elektromreà Srbije. Autor je nekoliko stru~nih radova iz oblasti elektroenergetike. Uè specijalnosti su mu: upravljanje elektroenergetskim sistemom, mehanizmi za upravljanje zagu{enjima i obra~un kompenzacija me|unarodnih tranzita elektri~ne energije, planiranje rada i razvoja prenosnog sistema.
Dragan T. Balkoski ([email protected]) ro|en je 1953. godine u Beogradu. Diplomirao je i magistrirao na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu (1976. i 2001). Radi kao
koordinator za poslove priklju~enja u JP Elektromreì Srbije. Autor je ve}eg broja stru~nih i
nau~nih radova iz oblasti elektroenergetike. Uè specijalnosti su mu: planiranje rada i razvoja prenosnog sistema i distributivnog sistema, razvoj aplikativnih softvera u oblasti planiranja razvoja prenosnog sistema.
Nenad N. [ijakovi} ([email protected]) ro|en je 1980. godine u Beogradu. Diplomirao je i magistrirao na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu (2004. i 2011). Radi kao rukovodilac slu`be za planiranje razvoja prenosnog sistema u Elektromreì Srbije. Autor je ve}eg broja stru~nih i nau~nih radova iz oblasti elektroenergetike. Uè specijalnosti su mu: planiranje rada i razvoja prenosnog sistema, upravljanje zagu{enjima, mehanizam obra~una i
kompenzacije me|unarodnih tranzita elektri~ne energije, razvoj aplikativnih softvera u oblasti planiranja rada i razvoja prenosnog sistema.
Dejana J. Popovi} Milovanovi} ([email protected]) ro|ena je 1972. godine u Beogradu. Diplomirala je 1997. godine na Elektrotehni~kom fakultetu. Radi kao glavni inènjer
za planiranje razvoja prenosne mreè u Direkciji za upravljanje prenosnim sistemom u
JP Elektromreà Srbije. Autor je nekoliko stru~nih radova iz oblasti elektroenergetike. Uè
specijalnosti su joj: analiza rada i planiranje razvoja prenosnog sistema.
Jakupovi} S. Goran i ostali: Uvo|enje termoagregata iz TENT A u sistem sekundarne regulacije frekvencije i snage razmene (LFC)
271
Uvo|enje termoagregata iz TENT A
u sistem sekundarne regulacije frekvencije i
snage razmene (LFC)
Goran S. Jakupovi}1, Ninel V. ûkalevski1, Ljubi{a M. Mihailovi}2,
Zvezdan N. Kara}2, Nemanja D. Samardì}2, Nikola M. Obradovi}3 i Mirela M. \ur|evi}3
1
Institut „Mihajlo Pupin”, Univerzitet u Beogradu, Volgina 15, 11 000 Beograd, Srbija,
JP EPS, Privredno dru{tvo „Termoelektrane Nikola Tesla”, Bogoljuba Uro{evi}a Crnog b.b.,
11 500 Obrenovac, Srbija, 3EMS Elektromreà Srbije, Vojvode Stepe 412, 11 000 Beograd, Srbija
2
Stru~ni rad
UDK: 621.3.018.2
Rezime
Za potrebe sekundarne (AGC/LFC) regulacije frekvencije i snage razmene Elektroprivreda Srbije je decenijama uspe{no koristila isklju~ivo hidroelektrane (HE \erdap 1, HE Bistrica, HE Bajina Ba{ta i RHE
Bajina Ba{ta). Kako je odziv hidroelektrana na regulacione zahteve sistema tipi~no zna~ajno brì od onog
koji obezbe|uju termoelektrane a njihovo uvo|enje u sekundarnu regulaciju zna~ajno jednostavnije, nije se
doskora javljala potreba za uvo|enjem termolektrana u sistem sekundarne regulacije Elektroenergetskog
sistema Srbije.
Me|utim, tokom godina se pokazalo da postoje eksploatacione situacije u kojima regulacija, isklju~ivo sa hidrojedinicama, nije dovoljna. Primer za to je stanje visokog dotoka kada hidroelektrane rade na
maksimumu da bi izbegle prelivanje, {to za posledicu ima nedostatak regulacione rezerve i nemogu}nost vr{enja sekundarne regulacije. Kao logi~na posledica navedenog pojavio se i zahtev za uvo|enjem neke od
termoelektrana u regulaciju. Kako je u TENT A prethodnih godina izvr{ena modernizacija lokalnih upravlja~kih (SCADA/DCS) sistema na svim blokovima, ~ime je obezbe|ena potrebna lokalna hardverska i softverska podr{ka, moglo se pristupiti realizaciji navedenog sistema, u cilju zadovoljenja postavljenog zahteva. Sam proces uvo|enja termoblokova TENT A u sekundarnu regulaciju aktivne snage (LFC) i pri tome
dobijeni rezultati tema su ovog rada.
Klju~ne re~i: AGC, LFC, SCADA, DCS
NIKOLA TESLA A TPP INTRODUCTION OF TERMAL POWER PLANT „NIKOLA TESLA A”
INTO THE AUTOMATIC GENERATION CONTROL (AGC) SYSTEM
Abstract
For the purpose of secondary (AGC/LFC) load frequency control Electric Power Industry of Serbia
(EPS) for decades successfully used only the hydropower plants (\erdap 1 HPP \erdap 1, HPP Bistrica
HPP, HPP Bajina Ba{ta HPP and RHPP Bajina Ba{ta PSHPP). Since dynamical response of hydro power
plants to control inputs is significatlysignificantly faster than those od of thermal power plants (TPP), and
since their introduction in the secondary control of hydro power plants (HPP) is significantly easier, there
were was no need for introductionto introduce of thermal power plants in secondary control was observed.
But However, over the years it was observed that there are situations in which regulation with only hydro
power units only is not enoughsufficient. An example of one of these situations is a state of high water when
the hydroelectric hydropowerpower plants operate at maximum to avoid the overflow which may lead to
lack of regulatory reserves and inability to perform secondary control. A logical solution to this problem is
272
introduction ofto introduce some of the thermal power plants (TPP) in regulation. Since modernization of
local (SCADA/DCS) control systems in the TPP „Nikola Tesla AA” TPP was recently performed, providing
necessary local hardware and software support for the introduction of this plant in secondary control, the
Nikola Tesla A TPP „Nikola Tesla A” became an obvious candidate for secondary control role. This paper
deals with the Nikola Tesla A TPP introduction process.Process of introducing TPP „Nikola Tesla A” is the
topic of this paper.
Key words: AGC, LFC, SCADA, DCS
1. UVOD
Automatsko upravljanje proizvodnjom (AGC –
Automatic Generation Control), a posebno njegova
komponenta automatskog upravljanja frekvencijom
i snagom razmene (LFC – Load Frequency Control), ima vrlo va`nu ulogu u obezbe|enju kontinualnog i pouzdanog rada povezanih elektroenergetskih sistema. Stoga je AGC esencijalna komponenta
EMS (Energy Management System) sistema u dispe~erskim centrima elektroprivreda, odnosno operatera prenosne mreè (TSO). Kontinualni rad elektroenergetskog sistema zahteva od operatera sistema da,
u realnom vremenu, obezbedi stalni balans proizvodnje elektri~ne energije i zahteva potro{nje. Promene, odnosno odstupanja proizvodnje od potro{nje
mogu se pratiti merenjem frekvencije sistema i tokova snaga na interkonektivnim dalekovodima. U izolovanom sistemu pove}ana potro{nja }e uticati na
pad frekvencije, a smanjena na porast. Kod povezanih sistema deo pada (pove}anja) frekvencije }e biti
kompenzovan (neèljenom) promenom tokova snaga na interkonektivnim dalekovodima. Obaveza je
operatera prenosne mreè da „balansira” sistem odràvaju}i frekvenciju sistema i neto tokove snaga
razmene {to je bliè mogu}e zadatim vrednostima.
Ovaj proces je poznat kao sekundarna regulacija frekvencije i snage razmene (LFC). LFC odràva balans izme|u proizvodnje i potro{nje unutar pojedina~nih regulacionih oblasti. Vi{e regulacionih oblasti je me|usobno povezano interkonektivnim dalekovodima, pri ~emu je svaka oblast zaduèna za
odràvanje frekvencije sistema i snaga razmene sa
susednim oblastima. Sekundarna regulacija frekvencije i snage razmene vr{i se promenom proizvodnje
aktivne snage elektrana koje u~estvuju u sekundarnoj regulaciji (regulacione elektrane).
⎧(P0 − P1 ) + BF ( f1 − f 0 )
⎪
⎪⎪(P0 − P1 )
ACE = ⎨ BF ( f1 − f 0 )
⎪
⎪ ACE POOL
⎪⎩
(1)
Standardni AGC/LFC algoritmi vr{e minimizaciju tzv. regulacione gre{ke oblasti (ACE). Unutar
svake regulacione oblasti neophodno je da se regulaciona gre{ka kontinualno svodi na nultu vrednost.
Standardni izrazi za regulacionu gre{ku oblasti i vrste regulacije dati su izrazima (1):
2. SEKUNDARNA REGULACIJA
FREKVENCIJE I AKTIVNE SNAGE
U SRBIJI
Sekundarna regulacija u Elektroprivredi Srbije
ima dugu istoriju. Sa uvo|enjem sistema sekundarne regulacije je zapo~eto je 70-ih godina pro{log veka u sklopu priprema za povezivanje elektroenergetskog sistema (EES) SFRJ sa UCPTE interkonekcijom. Sistem sekundarne regulacije bio je hijerarhijski organizovan sa centralnim regulatorom za celu
Jugoslaviju i po jednim regulatorom za svaku republiku. Prvi sistem sekundarne regulacije u Srbiji zasnivao na analognom ra~unarskom sistemu koji je
proizvela firma Leeds & Northrop. Od samih po~etaka teret sekundarne regulacije bio je na hidrojedinicama.
Tokom 2009. godine zapo~eo je proces revitalizacije HE \erdap 1 i HE Bajina Ba{ta skoro istovremeno. Po{to ove dve elektrane obezbe|uju tehni~ku
osnovu sekundarne regulacije u Srbiji, a broj jedinica dostupnih za sekundarnu regulaciju je tokom procesa revitalizacije smanjen, problemi sa obezbe|enjem regulacione rezerve su vrlo verovatni tokom
perioda visoke vode. Logi~no re{enje za navedeni
problem je uvo|enje u sekundarnu regulaciju neke
od termojedinica.
U Srbiji je za sekundarnu regulaciju zaduèn
operater prenosne mreè, odnosno JP Elektromreè
Srbije (u daljem tekstu EMS). Srpski elektoroener-
regulacija frekvencije
→ regulacija
frekvencijei isnage
snagerazmene
razmene
regulacija snage
→ regulacija
snagerazmene
razmene
regulacija frekvencije
→ regulacija
frekvencije
regulaciona gre{ka
centra (koordinatora
→ regulaciona
greškadobijena
dobijenaiziznadre|enog
nadre ðenog
regulacionog bloka)
centra (koordinatora regulaci onog bloka)
(1)
getski sistem je deo UCTE/ENTSO-E SMM (Serbia, Macedonia, Montenegro) regulacionog bloka,
~iji je koordinator EMS. To zna~u da je EMS nadleàn za dva hijerarhijska nivoa sekundarne regulacije, nivo regulacionog bloka i lokalnu sekundarnu regulaciju elektroenergetskog sistema Srbije. Na nivou regulaciong SMM bloka prora~unava se regulaciona gre{ka bloka i svih ~lanica bloka, kao i prora~uni vezani za penalizacije i pla}anja vezana za regulaciju. Na nivou bloka se ne vr{i direktno upravljanje regulacionim elektranama ve} se regulacione
gre{ke i drugi podaci u realnom vremenu prosle|uju
podre|enim nacionalnim dispe~erskim centrima ~lanica bloka, ~iji sekundarni regulatori upravljaju svojim regulacionim jedinicama na bazi regulacionih
gre{aka dobijenih od regulatora bloka.
U nacionalnom dispe~erskom centru (NDC)
EMS-a, pored sistema za koordinaciju sekundarne
regulacije SMM bloka, instalirana su dva sistema
sekundarne (AGC) regulacije namenjena upravljanju EES Srbije. Glavni AGC sistem je eterra-generation (poznat i kao RTGEN), instaliran u sklopu
AREVA e-terra SCADA/EMS sistema, koji je u
upotrebi od 2007. godine. Rezervni sistem je IMP
AGC 5.0 sistem koji radi u sprezi sa VIEW 6000
SCADA sistemom (u sklopu ovog sistema radi i se-
273
kundarni AGC regulator SMM bloka). Ovaj sistem
je, u razli~itim, postepeno unapre|ivanim verzijama,
u upotrebi od 1996. godine.
Oba pomenuta sistema su osposobljena za rad
sa termojedinicama u regulaciji, mada ta dva AGC
sistema koriste algoritme koji se razlikuju po pristupu regulaciji sa termojedinicama. IMP AGC 5.0 regulator ~injenicu da su termojedinice tipi~no sporije
od hidro jedinica uzima u obzir tako {to za termojedinice koristi duì regulacioni ciklus (tipi~no 30 s)
nego za hidrojedinice (tipi~no 4 s). Regulaciona gre{ka ACE deli se na dva dela, od kojih se jedan deo
dodeljuje termo, a drugi hidrojedinicama na bazi podesivih koeficijenata participacije. U Areva e-terrageneration sistemu nema separacije regulacije na hidro i termojedinice, ve} se dinamika jedinica uzima
u obzir modelovanjem odziva u sklopu regulacionog
algoritma. Za modelovanje odziva je zaduèn tzv.
regulator elektrane (plant controller), ~iji se parametri eksperimentalno pode{avaju za svaku regulacionu jedinicu. U cilju optimalnog pode{avanja rada
„regulatora elektrane” bilo je potrebno izvr{iti kalibraciju impulsa i pode{avanja, {to je opisano u
odeljku 4. ovog rada.
Va`no je napomenuti da, mada su oba AGC sistema i regulacione elektrane u stanju da vr{e regu-
Slika 1. Upro{}eni prikaz strukture lokalnog upravlja~kog sistema TE „Nikola Tesla” A
274
laciju na bazi poslatih postavnih vrednosti, upravljanje se zasniva na primeni regulacionih impulsa vi{e/niè fiksne duìne.
3. LOKALNI UPRAVLJA^KI SISTEM
(SCADA/DCS) U TE „NIKOLA TESLA” A
Globalna struktura lokalnog upravlja~kog sistema u TE „Nikola Tesla A” prikazana je na slici 1.
Kao {to se moè videti na slici, sva komunikacija sa
NDC EMS ostvaruje se preko jednog RTU (RTU
AT32). Upravlja~ki zahtevi poslati iz NDC distribiuiraju se SCADA/DCS sistemima odgovaraju}ih jedinica, gde se impulsi vi{e/niè konvertuju u odgovaraju}e inkremente/dekremente referenci aktivnih
snaga agregata. Regulacioni zahtev zatim izvr{avaju
lokalni koordinisani regulatori koji uzimaju u obzir
sve relevantne procesne varijable (pritisak pare, èljenu i stvarnu aktivnu snagu itd.).
4. TESTIRANJE ODZIVA JEDINICA I KALIBRACIJA REGULACIONIH IMPULSA
Pode{avanje AGC regulatora vr{i se posmatranjem odziva jedinica i sistema na AGC komande i
modifikovanjem parametara radi optimizacije performasi. U sklopu Areva e-terra-generation AGC si-
stema procedura pode{avanja se sastoji od slede}a
~etiri koraka ili faze:
1. verifikacije merenja i upravlja~kih signala,
2. testiranja odziva jedinica,
3. pode{avanja parametara „regulatora elektrane”
(plant controller) i
4. pode{avanje globalnih paramatera AGC-a na nivou regulacione oblasti.
Verifikacija merenja i upravlja~kih signala
izvr{ena je pomo}u direktne telefonske veze sa osobljem na elektrani. Merenja prikazana na SCADA
displejima u NDC EMS upore|ena su sa odgovaraju}im vrednostima zabeleènim u lokalu na elektrani. Relevantna merenja i statusi koji se akviziraju na
elektrani uklju~uju slede}e:
– merenja aktivne snage generatora u MW,
– merenja aktivne snage na visokonaponskoj (VN)
strani blok-transformatora u MW,
– indikaciju da je jedinica uklju~ena u sekundarnu
regulaciju,
– vrednost maksimalnog gradijenta aktivne snage
jedinice u MW/minutu
– lokalno izra~unatu postavnu vrednost jedinice
(setpoint) u MW.
Upravljanja (regulacioni impulsi vi{e/niè) ru~no su zadavana iz NDC EMS-a, a rezultuju}e akcije
na daljinskim stanicama (RTU) elektrane su saop{tavane od strane osoblja elektrane. Na ovaj na~in je
Slika 2. Excel worksheet koji se koristi za kalibraciju regulacionih impulsa
provereno da li stiè ispravan broj impulsa, da li su
pravog smera i trajanja.
Testiranje odziva jedinice se sprovodi u otvorenoj sprezi, ru~nim slanjem upravlja~kih signala i
zatim beleènjem odziva jedinice. Za jedinice koje
se upravljaju impulsima vi{e/niè u ovoj fazi se
standardno odre|uju slede}i parametri:
– kalibracija impulsa – koristi se za utvr|ivanje koja inkrementalna promena aktivne snage odgovara
poslatom impulsu;
– maksimalna i minimalna duìna impulsa – u slu~aju TE „Nikola Tesla” A koriste se impulsi fiksnog
trajanja od 500 ms, pa su ove vrednosti bile unapred zadate;
– ka{njenje odziva – ovaj parametar defini{e o~ekivano ka{njenje u odzivu jedinice posle izdatog impulsa.
Ovaj test je sproveden slanjem nekoliko serija
impulsa vi{e/niè (svi impulsi u nizu moraju biti
istog smera) i posmatranjem odziva jedinice na
275
SCADA displejima. Excel spreadsheet (videti sliku 2. za primer sa rezultatima snimljenim tokom testiranja TENT A4) kori{}en je za beleènje podataka za svaki test (niz poslatih impulsa). Na bazi poslatih impulsa, zabeleène po~etne snage, po~etnog
vremena, kona~ne snage, trenutka kada je jedinica
dostigla kona~nu snagu, kao i trenutka kada je jedinica dostigla priblizno 0,63 kona~ne vrednosti snage
odre|eni su navedeni parametri. U trenutku pisanja
ovog rada testiranja su zavr{ena samo za blok 4 TE
„Nikola Tesla” A i dobijeni su slede}i rezultati: efektivna promena snage (merenja na visokonaponskoj
strani blok-transformatora) iznosi 0,91 MW po 500
ms impulsu, a procenjeno ka{njenje odziva je 352 s.
Pode{avanja parametara „regulatora elektrane” (plant controller) sprovodi se u zatvorenoj
sprezi ru~nim zadavanjem èljene snage regulacione
jedinice, na koju je automatski navodi „regulator
elektrane” i posmatranjem odgovaraju}eg odziva.
Eksperiment se ponavlja vi{e puta i pri tome se po-
Slika 3. Parametri „regulatora elektrane”
276
Slika 4. Primer odziva regulacione jedinice na niz regulacionih impulsa
de{avaju razli~iti parametri. Cilj ovih pode{avanja je
dobijanje {to je mogu}e brèg odziva jedinice, bez
zna~ajnijih preskoka ili oscilatornog odziva. Parametri su uspe{no pode{eni, uz konstataciju da je zbog
dosta konzervativnog pode{enja maksimalnog gradijenta promene aktivne snage na lokalnom regulatoru
bloka, dobijen sporiji odziv. Na slici 3 prikazan je
ekran „regulatora elektrane” (plant controller) sa parametrima kako su pode{eni na kraju testa.
Generalno zabeleèni odziv jedinice je bio zadovoljavaju}i. Lokalna regulacija bloka A4 (koordinisano upravljanje) radila je dobro i blok je uvek doveden do èljene vrednosti aktivne snage. Primer
odziva jedinice A4 na niz impulsa prikazan je na slici 4. Glavni problem se pojavio tokom testiranja je
nedostupnost jedinice u situacijama kada je raspoloìvi ugalj lo{eg kvaliteta i kada je jedinica posledi~no radila ispod donjeg limita za upotrebu u sekundarnoj regulaciji. Takve situacije su mogu}e u svakodnevnom radu i treba ih uzeti u obzir kod planiranja regulacione rezerve.
Cilj pode{avanja globalnih parametara
AGC-a je analiza ukupnih upravlja~kih akcija koje
je izvr{io AGC sistem u razli~itima uslovima, radi
utvr|ivanja da li su sveukupne upravlja~ke akcije
adekvatne u svim uslovima. Ovo pode{avanje je originalno izvr{eno tokom instalacije i prijema Areva
SCADA/EMS sistema, ali samo sa hidrojedinicama
koje su tada jedine bile dostupne za potrebe sekundarne regulacije. Ova pode{avanja }e biti ponovlje-
na kada se zavr{e ostala pode{avanja za sve 4 jedinice (A3 – A6) TE „Nikola Tesla” A predvi|ene za
uvo|enje u sistem sekundarne regulacije, i kada te
jedinice budu uvedene u sistem upravljanja u zatvorenoj povratnoj sprezi.
5 ZAKLJUÂK
Prvi testovi sa blokom A4 TE „Nikola Tesla A”
radi uvo|enja u sekundarnu regulaciju aktivne snage dali su zadovoljavaju}e rezultate. Mada su testovi pokazali da je ta termojedinica o~ekivano zna~ajno sporija u odzivu od hidrojedinica koje se trenutno
koriste u sekundarnoj regulaciji, pokazalo se da je
A4 svejedno potpuno sposobna za rad u sekundarnoj
(AGC) regulaciji. Naredni koraci su testiranje i pode{avanje preostalih jedinica TE „Nikola Tesla A”
predvi|enih za rad u sekundarnoj regulaciji (A3, A5
i A6), kao i njihovo testiranje u zajedni~kom radu.
Tako|e, u trenutnku pisanja ovog rada, predstoji uklju~enje bloka A4 u probni rad u sekundarnoj
regulaciji zajedno sa hidrojedinicama. Tokom probnog rada pra}ene performanse jedinice i biti izvr{ena ponovna pode{avanja parametara ako se za tim
ukaè potreba. O~ekuje se da ako sve 4 jedinice budu kori{}ene istovremeno u regulaciji, da }e sveukupne performanse, odnosno brzina odziva, elektrane biti pribli`nije onima kod hidrojedinica. Brì odziv se moè dobiti i manje konzervativnim pode{avanjem gradijenta aktivne snage u lokalnom regulato-
ru bloka. Ovaj parametar je trenutno pode{en dosta
konzervativno, na stranu sigurnosti.
6. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
Jakupovi} Goran, ûkalevski Ninel, Obradovi} Nikola, \ur|evi} Mirela, IMPLEMENTATION AND
TESTING OF AUTOMATIC GENERATION
CONTROL SOFTWARE PACKAGE FOR SERBIAN ELECTRIC POWER SYSTEM, CIGRE
Black-Sea El-Net Regional Meeting, Suceava, Romania, 10–14 June, 2001.
UCTE OPERATION HANDBOOK – POLICY 1:
LOAD-FREQUENCY CONTROL AND PERFORMANCE, UCTE Operation Handbook, rev. 2.2 level E, July 2004
UCTE OPERATION HANDBOOK – APPENDIX
1 — LOAD-FREQUENCY CONTROL AND PER-
[4]
[5]
[6]
277
FORMANCE, UCTE Operation Handbook, rev. 1.9
level E, June 2004.
E-TERRAGENERATION PROGRAMMER/ANALYST GUIDE, AREVA T&D Energy Automation &
Information Corporation, September 2004
Goran Jakupovi}, Ninel ûkalevski, Nikola
Obradovi} i Ismar Sinanovi}: RAZVOJ, IMPLEMENTACIJA I ISKUSTVA IZ UPOTREBE AGC
REGULATORA SMM BLOKA, ~asopis „Elektroprivreda” 4–2008, str. 6–16.
Sa{a Mini}, Tijana Janji}, Miloje M. Kosti}, Milan
Ivanovi}, Branislav ûpi} i Maja Markovi}: NAPONSKO-REAKTIVNE PRILIKE, U PRENOSNOJ MRE@I SRBIJE I EFEKTI MERA ZA NJIHOVO POBOLJ[ANJE, ~asopis „Elektroprivreda”
3–2007, str. 14–25.
Dora|en rad STK C2–09 30. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 19. 07. 2011. godine
Goran S. Jakupovi} ro|en je u Beogradu 1971. godine. Diplomirao je i magistrirao na
Odseku za elektroniku, telekomunikacije i automatiku – Smer upravljanje sistemima, Elektrotehni~kog fakulteta Univerziteta u Beogradu. Oblasti njegovog profesionalnog interesovanja
uklju~uju: projektovanje sistema automatskog upravljanja, upravljanje elektroenergetskim sistemima, SCADA/EMS tehnologije, sisteme za upravljanje u realnom vremenu i primenu u fazi logike i inteligentnih sistema u automatskom upravljanju. Zaposlen je u Institutu „Mihajlo Pupin” od 1995. godine, prvo u odeljenju za inteligentne sisteme laboratorije za automatiku, a od 1996. godine radi u odeljenju za upravljanje EES. ^lan je studijskog komiteta C2 srpskog nacionalnog komiteta CIGRE.
Ninel V. ûkalevski ro|en je 1949. godine u Beogradu, gde je i diplomirao 1972, magistrirao 1983. i doktorirao 1990. godine na Elektrotehni~kom fakultetu. Od 1977. godine neprekidno je zaposlen u Institutu „Mihajlo Pupin”, gde je 1986. godine formirao odeljenje za
upravljanje EES. Do sada je radio na brojnim problemima primene informacionih tehnologija u elektroenergetici, kao i na problemima analize, planiranja i upravljanja savremenim
elektroenergetskim sistemima. Kao autor ili koautor objavio je ukupno preko 130 radova u
zemlji i inostranstvu (42) i realizovao brojna (20) tehni~ka re{enja (pre svega u domenu informacionih sistema, baza podataka i aplikativnih programskih paketa i upravljanja EES). Pored toga, u~estvovao je u realizaciji zna~ajnog broja studija i projekata (vi{e od 60). Tokom 1984. godine bio je na vi{emese~nom studijskom usavr{avanju na Washington University, SAD. Godine 1998. izabran je za profesora za predmet Klijent-server sistemi na Smeru za Nove ra~unarske tehnologije Vi{e elektrotehni~ke {kole u Beogradu (sa nepunim radnim vremenom,) na kojoj je drào nastavu do 2010. godine. Od 2010. godine je angaòvan na doktorskim studijama na ETF u Beogradu kao profesor za predmet Primena IT u elektroenergetici. U zvanje nau~nog savetnika je izabran 2003. godine. ^lan je me|unarodne organizacije IEEE Power Engineering Society od 1986. godine, IEEE Computer Society od 2000. godine, kao i ~lan SC
C2 (Operation and Control) CIGRE, Pariz. U okviru me|unarodne organizacije CIGRE Pariz, od juna
2009. rukovodi radom WG C2.33 i ~lan je radne grupe C4.112. ^lan je Nacionalnog komiteta CIGRE Srbija i udruènja ETRAN-a. Od 2011. godine predsednik je STK C2 Cigre Srbija. Dobitnik je ugledne nagrade Technical Committee Award me|unarodne organizacije CIGRE Pariz za 2007. godinu.
278
Zvezdan N. Kara} ro|en je u Zenici, 1964. Diplomirao je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Zaposlen je u TE „Nikola Tesla” Obrenovac od 1996. godine.
Trenutno je na poziciji vode}eg inènjera odeljenja za procesni IT i odràvanje. Glavne oblasti profesionalnog interesovanja su mu sistemi upravljanja, merna instrumentacija, organizacija rada i projekt-menad`ment.
Ljubi{a M. Mihailovi} ro|en je 1951. godine u Murga{u. Zavr{io je osnovnu {kolu i klasi~nu gimnaziju u Obrenovcu. Diplomirao je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u
Beogradu 1978. godine na Odseku za elektroenergetiku. Zaposlen je u TENT od 1980. godine, prvo kao pripravnik, a zatim kao mla|i inènjer u odseku za proizvodnju. Od 1984. godine radi u Odseku za tehni~ko upravljanje kao tehnolog za upravljanje i za{tite, a zatim radi
na istim poslovima u Odseku za odràvanje TENT A. Posle toga je radio kao koordinator za
upravljanje i za{titu sistema za proizvodnju u odeljenju investicija. Trenutno je zamenik direktora za proizvodnju TENT.
Nemanja D. Samardì} ro|en je u Beogradu, 1979. godine. Diplomirao je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu, Odsek energetika. Zaposlen je u Termoelektrani „Nikola Tesla A” u Obrenovcu od 2006. godine. Trenutno radi u Slu`bi odràvanja na mestu inènjera za regulaciju i upravljanje turbinom i njenim pomo}nim sistemima.
Nikola M. Obradovi} ro|en je u Beogradu 1963. godine. Diplomirao je i magistrirao na
Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Bavi se upravljanjem i modelovanjem
elektroenergetskih sistema, a posebno automatskom regulacijom u~estanosti i aktivne snage.
Radio je u Zajednici jugoslovenske elektroprivrede (JUGEL), JP Elektroprivredi Srbije (JP
EPS), a sada je zaposlen u JP Elektromreà Srbije (JP EMS).
Mirela M. \ur|evi} ro|ena je u Boru, 1970. godine. Diplomirala je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Radila je u HE „\erdap”, Elektroprivredi Srbije, a
trenutno radi u JP Elektromreà Srbije. Bavi se odràvanjem i implementacijom SCADA/EMS
sistema od 1998. godine.
Olja~a V. Mi}o i drugi: Racionalizacija savremenih re{enja kori{}enja biomase u doma}instvima
279
Racionalizacija savremenih re{enja
kori{}enja biomase u doma}instvima
Mi}o V. Olja~a1, Sneàna I. Ilja~a1, Mirko M. Nedi}1, Kosta B. Gligorevi}1,
Aleksandra A. ânak Nedi}2, Marjan M. Dolen{ek3
1
Poljoprivredni fakultet, Univerzitet u Beogradu, Nemanjina 6, 11 080 Zemun, Srbija,
Elektroprivreda Srbije, sektor za za{titu ìvotne sredine, Vojvode Stepe 412, 11 000 Beograd, Srbija,
3
Poljoprivredno-{umarski zavod, si-8000 Novo Mesto, Slovenija
2
Stru~ni rad
UDK: 662.6; 62–66
Rezime
Analiza potencijalne mogu}nosti pribavljanja drvne biomase koja se moè koristiti za proizvodnji toplotne energije u doma}instvima treba da uzme u obzir drvnu biomasu iz {uma, biomasu sa poljoprivrednih
povr{ina i povr{ina u po{umljavanju, kao i otpatke iz drvne industrije. Za vlasnika ili korisnika toplotne
energije od klju~ne va`nosti je realna procena koli~ina drvne biomase i na~in pripreme. Potencijali ne zavise samo od prirodnih uslova (nadmorska visina, reljef) i od strukture poseda (povr{ina {ume, poljoprivredne povr{ine, pilane) nego i od izabrane tehnologije pripreme i upotrebe drvne biomase (razni tipovi peleta ili klasi~no pripremljena drva za ogrev). Savremene tehnologije pripreme, a zatim i sagorevanja drvne
biomase imaju visoku efikasnost, minimalne emisije CO2 i veliku komfornost upotrebe za grejanje. Prepreke za uvo|enje ovakvog na~ina kori{}enja su visoki tro{kovi investicija, pa su neophodne intervencije iz javnih finansijskih sredstava dràve Srbije.
Klju~ne re~i: drvna biomasa, ma{ine, tehnologija pripreme, upotrebe drvne biomase
RATIONALISATION OF MODERN BIOMASS USAGE SOLUTIONS IN HOUSEHOLDS
Abstract
Wood biomass potential analysis could include wood biomass from forests, wood biomass from agricultural areas and areas undergoing forestation and waste wood from the wood processing industry. A realistic assessment of permanently available biomass is of vital importance for heat owners or consumers.
The available potential does not exclusively depend from the natural conditions (altitude, terrain, etc.)
and structure (such as forest and agricultural areas, sawmill, etc.), but also from the wood biomass preparation and usage technology (different types of wood pellets or classic firewood). Modern burning and preparation technologies enable highly efficient energy usage, minimum emissions of harmful substances and
comfortable heating in houses. Their introduction is hindered by high investment costs, thus requiring the
Serbian government subsidies.
Key words: Wood Biomass, Machines, wood biomass preparation and usage technologies
1. UVOD
Prema mnogobrojnim istraìvanjima [5], [6] drvo je u proteklom razdoblju izgubilo svoje mesto u
proizvodnji toplote na seoskim imanjima i kod vlasnika {uma u Srbiji, a njegovo mesto su zauzela fosilna goriva. Uzrok je u neekonomi~nosti upotrebe
drveta u pore|enju s drugim izvorima energije. Po-
280
red cene fosilnih goriva (koja se promenila nekoliko
puta u poslednjih nekoliko godina), vaàn uzrok su i
zastarele tehnologije pripreme i sagorevanja biomase (velika potro{nja vremena, manuelan ru~ni rad).
Danas na trì{tu postoje savremene tehnologije za
pripremu i energetsko kori{}enje drvne biomase u
doma}instvima.
Prvi izvor biomase je drvo {uma. Drvo za energetsku upotrebu moè se ubrojiti u sporedne proizvode {ume. Zna~ajan potencijal su ostaci primarne,
sekundarne i tercijarne prerade drveta. Ostaci sekundarne i tercijarne prerade drveta mogu se koristiti samo ako nisu kontaminirani bojama, sredstvima za
impregnaciju i lepkom.
Drugi zna~ajan izvor su poljoprivredne i urbanizovane povr{ine (drvo i `bunje gradskih parkova,
u okolini vodenih povr{ina i vodotokova, saobra}ajnica, kao i ostaci rezidbe u vo}njacima i sli~no.). Drvo je obnovljiv energetski izvor (uz po{tovanje principa pravilnog gospodarenja {umama). Sagorevanje
drveta ne pove}ava emisija CO2, zbog zatvorenog
kruga drvo–sagorevanje–drvo. Isto tako je vaàn
kao dostupan lokalni izvor energije. Njegova upotreba ja~a lokalnu ekonomiju.
Neki od naj~e{}ih izvora biomase su:
– arborikulturalna biomasa (iz javnih parkova i {uma),
– biomasa dobijena prilikom razre|ivanja {uma,
– otpaci drveta iz industrije (iz pilana),
– ostaci iz ba{ta i vo}njaka,
– poljoprivredni i ìvotinjski ostaci,
– vegetacija koja se uzgaja za potrebe dobijanja
energije (energetski usevi: vrbe, topole, konoplje i
miscanthus),
– mulj (kanalizacioni mulj od komunalnog ili industrijskog ~i{}enja vode, papirni mulj), i
– otpaci od prerade hrane.
2. METODI
2.1. Potencijal i vrednost drvne biomase
Metodi [2] i postupci za merenje i procenu potencijala (i kalorijske mo}i) drvne biomase omogu}uju pojedinim posedima ili farmama (korisnicima
toplotne energije) i pore|enje s drugim vrstama
energenata (tabela 1).
Preporu~eni metodi i postupci su deo saveta
vlasnicima {uma za efikasnu energetsku upotrebu i
pripremu drvne biomase. Za odre|ivanje potencijala
iz {uma koriste se podaci o planiranoj i realizovanoj
se~i drvne mase, podaci o planiranim i realizovanim
postupcima nege {uma (npr. prore|ivanje stabala,
sanitarna se~a stabala) i drugi podaci (zalihe drveta,
prirast drvne mase) iz planova {umarske javne slu`be [1]. Iz tih podataka se moè proceniti letnji potencijal za energetsku upotrebu drvne biomase (koli~ina biomase).
2.2. Tehnologije savremene energetske (toplotne)
upotrebe drvne biomase
Na osnovu doma}ih i stranih podataka [1], [2],
[3] i prakti~nog iskustva u pro{lim godinama, kod
uvo|enja savremenih tehnologija pripreme i upotrebe drvne biomase u energetske svrhe (proizvodnja
toplote u doma}instvima), pripremljen je pregled tih
tehnologija i upore|ena njihova ekonomi~nost sa fosilnim gorivima.
Uporedni pokazatelji i karakteristike upotrebe razli~itih energenata, [8]
Redni
broj
Vrsta goriva
Jedinica
mere
1.
Prirodni gas
m3
2.1
Tabela 1.
Toplotna Koeficijent
Cena energije
Neto toplotCena energije
mo} iskori{}enja
dinara/jedinica
Indeks cena
na mo} (MJ)
dinara/100MJ
(MJ)
energije
mere
33,34
0,92
30,67
12,00
39,13
112
Kolubara
kg
8,00
0,75
6,00
2,10
35,00
99
Pljevlja
kg
15,00
0,75
11,25
5,50
48,89
140
2.3
Banovi}i
kg
18,00
0,75
13,50
5,50
40,74
116
3.1
Zelena zona
≤350 kWh
kWh
3,60
0,98
3,53
2,77
78,47
224
Plava zona
kWh
3,60
0,98
3,53
4,15
117,56
336
Crvena zona
>1 601 kWh
kWh
3,60
0,98
3,53
9,83
278,47
795
2.2
3.2
3.3
Ugalj
Elektri~na
energija
4.
Drvo
kg
15,70
0,60
9,42
3,57
37,89
108
5.
Biobriketbeleti
kg
17,14
0,75
12,85
4,5
35,02
100
281
Potrebno je napomenuti da na procenu mogu}ih
izvora drvne biomase uti~e i tehnologija upotrebena~in loènja drveta (klasi~ni oblik ili peleti) i minimalna debljina drveta.
3. TEHNI^KO-TEHNOLO[KA RE[ENJA
PRIKUPLJANJA BIOMASE DRVETA
3.1. Potencijali drvne biomase
Potencijali drvne biomase [3] iz svih mogu}ih
izvora prikazani su na slici 1. Ovi potencijali se mogu sumirano prikazati kao:
5
P = ΣF + A + C + I
1
gde je:
F1 – od redovne godi{nje se~e
F2 – od neplanirane godi{nje se~e
F3 – iz nege {ume (npr. prore|ivanje)
F4 – od odràvanja saobra}ajne infrastrukture u {umi
F5 – sa povr{ina u po{umljavanju
A – sa poljoprivrednih povr{ina
C – drvni otpaci (npr. stari name{taj)
I – ostaci prerade drveta u industriji (npr. strugotina)
3.2. Tehnologije savremene energetske upotrebe
drvne biomase – proizvodnja toplote
Upotreba drvne biomase za proizvodnju toplote
moè biti realizovana na vi{e na~ina:
– daljinski sistemi (toplane nazivne snage iznad
1 MW),
– grupni (za nekoliko ku}a, selo, nazivne snage do
1 MW),
– individualni (pojedina~ne, ku}e sa povezanim
objektima, nazivne snage od 100 do 200 kW).
Savremeni kotlovi na drvnu biomasu imaju korisnost iznad 90 %, a emisije {tetnih materija u dimu
su na nivou lo`-ulja ili gasa ili ~ak manje, prema podacima sa grafika (slika 3), koji prikazuje pad emisije CO kod testiranih kotlova u periodu od 20 godina.
25000
25 000
20000
20 000
C
I
15000
15 000
CO (mg/Nm 3)
A
CO (mg/Nm3)
F
10000
10 000
5000
5 000
00
1980. 1982. 1984. 1986. 1988. 1990. 1992. 1994. 1996. 1998. 2000.
Slika 1. Potencijali drvne mase
Godina
Slika 3. Smanjenje emisija CO
kod testiranih kotlova na drvo [3]
Izvori lesne
Izvori
lesne
biomase
biomase
Po{umljene
Pošu
mljene povr{ine
površine
Drvniotpaci
otpaci i iostaci
Drvni
ostaci
[uma
Šuma
Poljoprivredne povr{ine
Poljoprivredne
pov ršine
Slika 2. Potencijali i mogu}i izvori drvne biomase
Savremeni kotlovi su podeljeni prema obliku
drveta za loènje, na:
A) kotlove (slika 4) koji koriste isitnjene komade
(sitno seckano drvo – sekanci), sa automatskim
transportom drvne mase u kotao,
B) kotlove (slika 5) koji koriste klasi~no pripremljeno drvo (oblice),
C) kotlove koji koriste pelete (presovani drvni ostaci razli~itih oblika i veli~ina).
Sve tri vrste kotlova mogu se primeniti za individualne sisteme u doma}instvima. Za daljinske i
grupne sisteme koriste se samo kotlovi na sekance.
U seoskim doma}instvima Slovenije (koji imaju {ume), na primer, koriste se kotlovi na sekance ili na
klasi~no drvo. Kotlovi koji koriste kao gorivo pelete alternativa su fosilnim gorivima u urbanim sredinama (kupovina peleta), [1].
282
Slika 4. Princip rada savremenog individualnog kotla
na sekance
Za pripremu sekanca koristi se ma{ina sa sitnjenje drveta, koja ima zadatak da drvo sitni na komadi}e odre|ene dimenzije, tako da ih pu`ni transporter
moè transportovati u kotao. Dimenzije sekanca zavise od mogu}nosti transportnog sistema, a ve}ina
komadi}a drveta ima dimenzije u proseku do 20 mm.
Ma{ine za sitnjenje drveta (slika 7) razli~itih su
veli~ina i kapaciteta, od malih, koje u prijemni ko{
primaju oblice do 150 mm, do onih koje mogu da
prime oblice od 700 mm i vi{e. Pogon ovih ma{ina
moè biti izveden preko priklju~nog vratila traktora
ili mogu imati zaseban motorni pogon. Za seckanje
drveta potro{i se ekvivalent energije u iznosu do 5 %
energije koju sadrì ise~eno drvo.
Slika 7. Ma{ine za sitnjenje prikupljene biomase drveta
[4] , [13]
Cena seckanja drveta [1], [2], po nasutom kubnom metru drvne mase (nm3) smanjuje se sa pove}anjem kapaciteta ma{ine. To je grafi~ki prikazano na
slici 8, gde su u prora~unu cene sumirani tro{kovi
ma{ine za sitnjenje, traktora, odnosno pogonskog
motora i radnika.
Slika 5. Princip rada savremenog individualnog kotla
na oblice drveta
Za spremanje drvne mase iz {ume, individualni
vlasnici naj~e{}e koriste motornu testeru, vitla za
vu~u i obi~ne traktorske prikolice za prevoz. Savremeniji sistem je prikolica sa utovariva~em (hidrauli~na ruka sa dvodelnom re{etkastom ka{ikom), kojim se obavi najteì deo rada, a to je podizanje debala na prikolicu (slika 6).
Slika 6. Izvla~enje drveta vitlom, i transport prikolicom
7
7
6
6
3
€/nm 3
evra/nm
3.3. Tehnologije savremene energetske upotrebe
drvne biomase
8
8
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
8
9
10
11
12
13
14
15
30
40
50
3
nm /h
Slika 8. Kretanja cena seckanja drveta
u zavisnosti od kapaciteta ma{ine, [1]
Drva za loènje (oblice) pripremaju se na vi{e
na~ina. Tradicionalni na~in je cepanje komada drveta duìne 1 m, {to se moè izvesti ru~no ili ma{inski
(ma{inama sa vertikalnim radnim organima za manje kapacitete ili horizontalnim za ve}e kapacitete,
slika 9), zatim su{enje i posle toga rezanje motornom testerom ili kru`nim cirkularom – testerom na
odre|enu duìnu od 330 mm.
283
i pneumatskim transporterima direktno ubacuju u
skladi{ta doma}instava i koriste u procesu sagorevanja u kotlovima (slika 13).
Slika. 9. Vertikalna i horizontalna ma{ina za
cepanje drva duìne do 100 cm [1]
Drugi sistem pripreme drvne mase je rezanje i
cepanje stabla drveta (slika 10) na kona~nu duìnu
sa kombinovanim alatom koji se~e i cepa drvenu oblicu u vi{e komada, koji se posle ove operacije su{e
na vazduhu.
Slika 10. Ma{ina za rezanje i cepanje drva
do pre~nika od 35 cm [1]
Slika 13. Postupak transporta, skladi{tenja i upotrebe
peleta u doma}instvima [4]
3.4. Ekonomika i subvencije za investicije kori{}enja biomase kao energije
Investicija u savremeni kotao na drvnu biomasu
(npr. sekance) i do pet puta je ve}a od investicije u
kotao na lo`-ulje (tabela 2), prema [1]. Zbog toga
sve ostale prednosti (upotreba vlastitog energetskog
izvora, automatizovano loènje, mehanizovana priprema sekanaca) nisu dovoljne da bi se investitori
~e{}e odlu~ivali za ovakve sisteme.
Iskustva iz pojedinih dràva (Austrija, Finska,
[vedska, Danska) [1], [3], [5] govore da su subvencije u visini 30 do 40 % investicije nu`ne da bi investitori po~eli da ugra|uju sisteme za loènje na drvnu
biomasu (u Sloveniji trenutno do 15 % investicije).
Tabela 2.
Peleti (briketi) predstavljaju presovane valjkaste komade drveta ili sli~nih materijala duìne do
20 mm i pre~nika do 6 mm. Izrada peleta [4], danas
je industrijski postupak (slika 11). Glavni deo za izradu peleta je kru`na presa, koja pelete istiskuje pod
visokom pritiskom kroz matricu. Peleti (briketi) mogu se izraditi i od ostataka industrije name{taja (drvni prah, piljevina, granje i sli~no).
Tro{kovi goriva i investicije razli~itih sistema proizvodnje toplote, primer: 15 kW: nazivna snaga kotla (porodi~na ku}a 200 m2, savremena gradnja – sa
termoizolacijom) – cene novembar 2008 [1]
Vrsta goriKoli~ina
Cena
va/energije
3
Oblice
13 pm
60 €/m3
Sekanci
30 nm3
15 €/m3
Peleti – briketi 6 000 kg 0,22 €/kg
Lo` ulje
3 000 l 0,849 €/l
GoriInvesticivo/godina
ja €
800
9 000
450
15 000
1 400
11 000
2 130
3 000
4. ZAKLJUÂK
Slika 11. Razli~ite prese za izradu peleta ili briketa
od drveta i sli~nih materijala [4]
Slika 12. Oblici peleta ili briketa [4]
Peleti ili briketi se na kraju ciklusa pripreme biomase transportuju kamionskim cisternama [1], [4],
Upotreba drvne mase kao obnovljivog energetskog izvora toplote ima svoju budu}nost. Tu su obaveze smanjenja emisije CO2, planovi EU, ve}i udeo sopstvenih izvora energije, zadràvanje stanovnika marginalnih ruralnih podru~ja, spre~avanje po{umljavanja poljoprivrednih povr{ina, iskori{}avanje ostataka
prerade drva i ve}i obim iskori{tavanja {uma.
Savremene tehnologije kori{}enja drvne biomase imaju veliku efikasnost, male emisije {tetnih materija u dimu i potpuno su automatizovani. Tro{kovi
investicija u ovakve kotlove su ve}i od investicija u
kotlove na fosilna goriva, pa su zbog toga nu`ne
subvencije.
284
Biomasa (drvo) moè se smatrati strategijskim
potencijalom ne samo zbog toga {to je obnovljiv izvor energije ve} i zbog toga {to je {iroko rasprostranjena i sveprisutna i moè da obezbedi proizvode od
ìvotnog zna~aja za sektore privrede koji zna~ajno
zavise od uvoza (gorivo za saobra}aj, elektri~nu
energiju, hemijske proizvode i sli~no).
Osim toga, doprinosi za{titi ìvotne sredine i
socijalnoekonomskom razvoju, posebno u seoskim
podru~jima (Slovenija, Srbija, Austrija), stvaranjem
uslova za novu proizvodnju i privredni razvoj uz
istovremeno o~uvanje kvaliteta ìvotne sredine.
U ruralnim podru~jima, zbog poznatih energetskih te{ko}a, kako zbog udaljenosti od gradskih centara, i neizgra|enih puteva i saobra}ajnica, stabilne
elektromreè i sli~no, proizvodnju toplotne energije
na opisani na~in treba posebno stimulisati dodatnim
finansijskim sredstvima u okviru razvoja seoskog turizma i farmi sa organskom proizvodnjom, gde se toplotna energija uspe{no proizvodi i koristi na opisanim principima.
Svetska kretanja u oblasti kori{}enja obnovljivih izvora energije pokazuju da se sve razvijene zemlje ubrzano orijenti{u na intenzivno kori{}enje
svih raspoloìvih obnovljivih izvora energije. Evropska unija je izmenila u ovoj oblasti svoje planove,
propisuju}i da do 2010 . godine udeo biomase u proizvodnji komercijalne energije poraste od planiranih 6 % na 12 %.
Novi Zakon o energetici u Srbiji podràva kori{}enje obnovljivih izvora energije i predvi|a povlastice za proizvo|a~e energije koji koriste ove izvore.
Me|utim, u Srbiji se i dalje ozbiljno ne razmatra
prelazak na alternativne izvore energije. Zbog visokih po~etnih ulaganja ceo proces se smatra neisplativim.
Naàlost, u Srbiji ne postoji nijedna elektrana ili
toplana koja koristi bilo koji od postupaka opisanih
u ovom radu. Ali treba o~ekivati da }e uskoro ovaj
vid proizvodnje energije biti realizovan i u Srbiji.
5. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
UPORABNIKIH, str. 20–29, http://www.aure.gov.si/eknjiznica/prirocnik_izob_svet_LB.pdf,
2004.
Poga~nik N.: OCENJEVANJE POTENCIALOV
LESNE BIOMASE IZ GOZDOV IZKORISTLJIVE V ENERGETSKE NAMENE. EGES 3/99,
str. 77–80, 1999.
Lasselsberger L.: STAND DER TECHNIK. PREZENTACIJA, 39. str. 2001.
Olja~a V. M.: PRIMENA SAVREMENIH MA[INA I TEHNOLOGIJA U ODR@AVANJU I EKSPLOATACIJI REKULTIVISANIH POVR[INA
KOPOVA RB KOLUBARA, Predavanje po pozivu,
Prezentacija, Lazarevac, 2007.
Olja~a Sneàna, Olja~a M., Kova~evi} D., Glamo~lija \.: EKOLO[KE POSLEDICE UPOTREBE
BILJAKA ZA DOBIJANJE ENERGIJE, Poljoprivredna tehnika, No 4, str. 91–97, Beograd, 2007.
Dèletovi} @., Draì} Gordana, Glamo~lija \., Mihailovi} Nevena: PERSPEKTIVE UPOTREBE BILJAKA KAO BIOENERGETSKIH USEVA, Poljoprivredna tehnika, No 3, str. 59–67, Beograd, 2007.
Jacquelyn A. Ottman: GREEN MARKETING, OPPORTUNITZ FOR INNOVATION, NTC-McGrawHill, 1998.
Jovanovi} M., Ki{ F., POLJOPRIVREDA KAO
PROIZVO\A^ ENERGIJE, SPT (2004), No 1,
str.171–181.
Stability Pact Watch Group: ARRESTED DEVELOPMENT, ENERGY EFFICIENCY AND RENEWABLE ENERGY IN THE BALCANS, 2005.
Inforse, SUSTAINABLE ENERGY NEWS, december 2004.
Branislav \or|evi}: PRILOG OBJEKTIVNIJEM
VREDOVANJU OBNOVLJIVIH ENERGIJA (I),
~asopis „Elektroprivreda” 4–2001, str. 3–15.
Branislav Dordevic: PRILOG OBJEKTIVNIJEM
VREDOVANJU OBNOVLJIVIH ENERGIJA (II),
~asopis „Elektroprivreda” 1–2002, str. 3–13.
www.vermer.co
www.biopolitics.gr
www.endemit.org.yu
Dolen{ek M.: PRIDOBIVANJA, PREDELAVE IN
RABE LESNE BIOMASE PRI INDIVIDUALNIH
Mi}o V. Olja~a, doktor biotehni~kih nauka Univerziteta u Beogradu, redovni profesor
Poljoprivrednog fakulteta u Beogradu. Nau~na oblast istraìvanja: kori{}enje i za{tita resursa zemlji{ta i voda u poljoprivrednoj proizvodnji, radne i specijalne ma{ine za ure|enje, odràvanje i kori{}enje terena i zemlji{ta posebnih namena, tehni~ki sistemi u irigaciji zemlji{ta,
uzroci i posledice nesre}a u poljoprivredi, za{tita i mere kontrole zdravlja ljudi u kori{}enju
poljoprivredne tehnike, tehnologije obnovljivih izvora energije. Objavio 220 nau~nih radova
285
ili publikacija, i u~estvovao u 12 nau~nih projekta Ministarstva za nauku i tehnolo{ki razvoj, i drugih ministarstva Republike Srbije. Napisao 3 monografije i jedan univerzitetski ud`benik. Mentor je
2 doktorske disertacije, a u~estvovao kao ~lan komisije u odbrani 2 doktorske disertacije i 4 magistarska
rada. Ima 3 registrovana patenta (Zavod za patente, Beograd, RS) iz oblasti unapre|enja konstrukcije alata meliorativnih ma{ina. Jedan od dobitnika „Grand Prix” nagrade za pronalaske na me|unarodnoj izlo`bi „Pronalaza{tvo–Beograd 2007”, kao i nagrade Privredne komore Beograda za 2007. godinu. Od 2002.
godine je predava~ za Obrazovni program za srpske farmere „Budi bolji”; za Projekat obuke za poljoprivredne proizvo|a~e „Uvo|enje integralne i organske biljne proizvodnje i dobre poljoprivredne prakse,
oblast Mikroirigacione tehnike, u okviru kursa Organske poljoprivrede i organskog ratarstva; Projekat
obuke za poljoprivredne proizvo|a~e: Spre~avanje doga|anja nesretnih slu~ajeva u poljoprivredi Srbije”,
gde je organizator Ministarstvo poljoprivrede, {umarstva i vodoprivrede Republike Srbije.
Sneàna I. Ilja~a, doktor biotehni~kih nauka Univerziteta u Beogradu, redovni profesor
Poljoprivrednog fakulteta u Beogradu. Nau~na oblast istraìvanja: agroekologija, za{tita ìvotne sredine u poljoprivredi, ekologija, agroekosistemi, organska poljoprivreda. Objavila
162 nau~na rada ili publikacija, i u~estvovala u 10 nau~nih projekta Ministarstva za nauku i
tehnolo{ki razvoj, i drugih ministarstva Republike Srbije. Bila je rukovodilac ~etiri nau~na
projekta. U~estvovala je kao ekspert na 5 projekata koje je finansirala Evropska agencija za
rekonstrukciju i Svetska banka.
Kao gostuju}i profesor odràla je kurs „Organic Farming, from Production to Marketing” na master
studijama pod nazivom „Sustainable development of Agricultural and Rural areas of the Adriatic-Ionian
Basin” na Univerzitetu u Bolonji, Italija (2006). Napisala jednu monografiju, praktikum i ud`benik, mentor je dve doktorske disertacije i u~estvovala, kao ~lan komisije, u odbrani jedne doktorske disertacije i dva
magistarska rada.
Dobitnik je bronzane medalje FAO za doprinos bezbednosti hrane povodom Svetskog dana hrane 2009.
^lan je Upravnog odbora Nacionalnog udruènja za organsku poljoprivredu Serbia Organica u Beogradu.
Mirko M. Nedi} ro|en je 1958. godine u Zemunu. Maturirao je u Parizu u Academie de
Paris 1978. Diplomirao je na Poljoprivrednom fakultetu 1984. godine. Magistrirao je na
istom fakultetu 1991, a doktorirao 2007. godine.
Od 1988. do 1992. godine radio je na problemima navodnjavanja zemlji{ta u Institutu
Agroekonomik Beograd.
Tokom 1990. godine bio je na specijalizaciji u Francuskoj, u INRA, u Centre de Recherches des Toulouse, gde je radio na problemima primerne radiometrije i termografije u poljoprivredi. Od 1992. godine zaposlen je na Poljoprivrednom fakultetu, gde predaje predmete Konzervacija
zemlji{ta i voda i Ure|enje poljoprivrednog zemlji{ta.
Gligorevi} B. Kosta, diplomirani inìnjer poljoprivrede odràvanja i eksploatacije mehanizacije, asistent Poljoprivrednog fakulteta u Beogradu. Nau~na oblast istraìvanja: mehanizacija biljne proizvodnje, tehni~ki sistemi u irigaciji zemlji{ta, uzroci i posledice nesre}a
u poljoprivredi. U~estvovao u realizaciji 4 projekta koje je finansiralo Ministarstvo za nauku
i tehnolo{ki razvoj RS, a tako|e permanentno u~estvuje u istraìva~kim aktivnostima nastavnika i saradnika Instituta za poljoprivrednu tehniku Poljoprivrednog fakulteta u Beogradu.
Jedan je od dobitnika „Grand Prix” nagrade za pronalaske na me|unarodnoj izlo`bi
„Pronalaza{tvo – Beograd 2007”, kao i nagrade Privredne komore Beograda za 2007. godinu za pronalazak „Linija ma{ina za ure|enje zemlji{ta po povr{ini i dubini” . Kao autor i koautor objavio je 50 nau~nih
radova, jednu monografiju. Ima registrovan jedan patent (Zavod za patente, Beograd, RS) iz oblasti unapre|enja konstrukcije alata meliorativnih ma{ina.
286
Aleksandra A. ânak Nedi}, ro|ena je 1961. godine. Gimnaziju je zavr{ila 1980. u Beogradu. Diplomirala je na Poljoprivrednom fakultetu 1984, a magistrirala na istom fakultetu 2009. U periodu 1985–1988. bila je zaposlena u INEP-u, gde je radila na problematici rekultivacije, konzervaciji deponija pepela i jalovine i za{titi ìvotne sredine; 1988-1993. godine bila je zaposlena u INI „Agroekonomik”, gde se bavila problemima za{tite ìvotne sredine i rekultivacije.
Od 1993. godine zaposlena je u Javnom preduze}u Elektroprivreda Srbije, u Sektoru za
za{titu ìvotne sredine.
Na mestu sekretara novoformiranog komiteta STK C3: „Perfomanse za{tite ìvotne sredine” JUKO
CIGRE bila je 2004–2007. godine, a od 2007. godine i predsednik komiteta CIGRE SRBIJA.
Marjan M. Dolen{ek, poljoprivredni inìnjer i magistar biotehni~kih nauka Univerziteta u Beogradu. Savetodavac za poljoprivrednu tehniku, Poljoprivredno-{umarskog zavoda,
Novo Mesto, Slovenija. Stru~ne oblasti rada: tehnika i tehnologija mehanizacije poljoprivredne proizvodnje, ekonomika upotrebe poljoprivredne i {umarske mehanizacije, spre~avanje udesa i sigurnost kod rada u poljoprivredi i {umarstvu, obnovljivi izvori energije. Objavio je vi{e od 700 stru~nih radova iz razli~itih oblasti rada u stru~nim ~asopisima i oko 20
nau~nih radova. Najvi{e nau~nih radova objavio u Sloveniji, Srbiji, a po nekoliko radova u
Austriji, Hrvatskoj, [vajcarskoj i Nema~koj. Spoljni je saradnik [umarskog instituta Slovenije u razli~itim
projektima energetskog kori{tenja drvne biomase u okviru EU programa: Intelligent energy Europe. ^lan
je austrijskog udruènja za poljoprivrednu tehniku (Osterreichische Kuratorium fur Landtechnik). Kao
predstavnik Slovenije ~lan je savetodavnog odbora sekcije za poljoprivredu kod me|unarodnog udruènja
za socijalnu sigurnost (ISSA – International Social Security Association). Predstavnik je Slovenije za poljoprivredu kod evropske agencije za sigurnost i zdravlje u radu (European Agency for Safety and Health
at Work) i predstavnik je Slovenije u evropskom udruènju ma{inskih krugova (EMR – Association of the
European National MR-Federations). Stru~ni je saradnik, konsultant Ministarstva poljoprivrede, saobra}aja, finansija i socijalne slu`be Slovenije kod pripremanja propisa iz oblasti saobra}aja, poreza i sigurnosti rada.
Stojanovi} N. Zoran i Stojkovi} M. Zlatan: Procena stanja metaloksidnog odvodnika prenapona primenom harmonijske analize struje...
287
Procena stanja
metaloksidnog odvodnika prenapona
primenom harmonijske analize struje
odvo|enja pri radnom naponu mreè
Zoran N. Stojanovi}, Zlatan M. Stojkovi}
Stru~ni rad
UDK: 621.316.933; 621.3.015.3; 537.52
Rezime
U radu je razmatrana procena stanja metaloksidnog odvodnika prenapona primenom metoda zasnovanog na harmonijskoj analizi struje odvo|enja pri radnom naponu mreè. Upore|ene su slede}e varijante ovog
metoda: 1) metod harmonijske analize ukupne struje odvo|enja; 2) metod na bazi tre}eg harmonika rezistivne komponente struje odvo|enja; 3) metod gubitaka aktivne snage; 4) metod kompenzacije kapacitivne komponente struje odvo|enja; 5) metod direktnog odre|ivanja maksimalne vrednosti rezistivne komponente struje odvo|enja. Za navedene metode uvedeni su odgovaraju}i indikatori za procenu stanja metaloksidnog odvodnika prenapona ~ija je mogu}nost primene analizirana u zavisnosti od prisustva vi{ih harmonika radnog
napona metaloksidnog odvodnika prenapona. Prora~uni su sprovedeni primenom programa MATLAB na
upro{}enoj ekvivalentnoj {emi metaloksidnog odvodnika prenapona sa nelinearnim elementom modelovanim
stepenom funkcijom. Na osnovu rezultata prora~una izvr{ena je gradacija primenljivosti pojedinih indikatora
za procenu stanja metaloksidnog odvodnika prenapona, koja ukazuje na posebnu prednost primene osnovnog
harmonika rezistivne komponente struje odvo|enja i osnovnog harmonika snage aktivnih gubitaka.
Klju~ne re~i: metaloksidni odvodnik prenapona, struja odvo|enja, monitoring, dijagnostika, harmonici
EVALUATION OF METAL-OXIDE SURGE ARRESTER CONDITION USING THE HARMONIC
ANALYSIS OF LEAKAGE CURRENT
Abstract
This paper presents the evaluation of metal-oxide surge arrester condition using the method based on
the harmonic analysis of leakage current. A comparison is made between the following variants of this method: 1) The method based on harmonic analysis of the total leakage current; 2) The method based on third
order harmonic of the resistive leakage current; 3) The method of power loss; 4) The capacitive current compensation method; 5) The method based on direct measurement of the amplitude of the resistive leakage current. For these methods the appropriate indicators are introduced for the evaluation of the MOSA condition.
The application of these methods is analyzed depending on the presence of higher harmonics of the metaloxide surge arrester operating voltage. Calculations were conducted using the program MATLAB on a simplified equivalent circuit of a metal-oxide surge arrester with a non-linear element modeled using the degree
function. Based on the calculation results, a gradation was made for the applicability of individual indicators for the evaluation of the metal-oxide surge arrester condition which indicates a special advantage for
using the basic harmonic of the resistive component of leakage current and the basic harmonic of power loss.
Key words: Metal-oxide surge arrester, leakage current, monitoring, diagnostics, harmonics
288
1. UVOD
Pouzdano i kvalitetno snabdevanje elektri~nom
energijom predstavlja osnovni zahtev koji pred elektroenergetski sistem (EES) postavljaju potro{a~i
elektri~ne energije. Ovaj zahtev EES mora ispuniti
po svim funkcionalnim nivoima proizvodnje, prenosa i distribucije elektri~ne energije. Na pouzdanost
rada EES-a u znatnoj meri uti~e stanje metaloksidnog odvodnika prenapona (MOP), koji danas predstavljaju osnovne ure|aje za za{titu od prenapona na
svim naponskim nivoima. Karakteristike MOP-a tokom eksploatacije nepovratno se menjaju usled vi{e
faktora, od kojih su najva`niji: nepravilan izbor, starenje usled radnog napona, ubrzano starenje usled
strujnog naprezanja, prodor vlage u ku}i{te, kao i
uticaj atmosferskih prilika i hemijskih reakcija.
Stanje MOP-a generalno se moè proceniti na
osnovu metoda koji zahtevaju prekid pogona (off-line metodi) i metoda koji ne zahtevaju prekid pogona
(on-line metodi). Off-line metodi omogu}avaju bolji
uvid u stanje MOP-a, ali njihova primena uzrokuje
visoke tro{kove demontaè, transporta i laboratorijskih ispitivanja. Ekonomski najprihvatljiviji metodi
za procenu stanja MOP-a su on-line metodi. Iako
manje pouzdani, njihova primena moè dati preliminarnu sliku o stanju MOP-a na osnovu koje se preduzimaju dalji koraci, odnosno sprovode terenska i/ili
laboratorijska ispitivanja. Metodi na bazi struje odvo|enja pri radnom naponu mreè (u daljem tekstu:
struja odvo|enja) [1–4], metodi na bazi temperature
MOP-a [5, 6] i metodi na bazi elektromagnetskog
polja oko MOP-a [7, 8] predstavljaju on-line metode
za procenu njegovog stanja. Najstariji i ujedno najrasprostranjeniji metodi za procenu stanja MOP-a zasnovani su na analizi struje odvo|enja. Uticaj kolebanja radnog napona MOP-a na primenljivost pojedinih metoda detaljno je razmotren na upro{}enom
modelu MOP-a sa nelinearnim elementom modelovanim stepenom funkcijom [9, 10, 11].
U radu je prikazan postupak procene stanja
MOP-a, zasnovan na harmonijskoj analizi struje odvo|enja. Za navedene varijante metoda uvedeni su
slede}i indikatori za procenu stanja MOP-a: efektivna vrednost tre}eg harmonika ukupne struje odvo|enja (It3), efektivna vrednost tre}eg harmonika rezistivne komponente struje odvo|enja (Ir3), efektivna
vrednost rezistivne komponente struje odvo|enja
(Ir), amplituda rezistivne komponente struje odvo|enja (Imr) i ukupna snaga aktivnih gubitaka (P). Pored pomenutih indikatora, koji proisti~u iz metoda
baziranih na struji odvo|enja, uvedeni su i novi indikatori koje pomenuti metodi dosad nisu tretirali:
efektivna vrednost osnovnog harmonika rezistivne
komponente struje odvo|enja (Ir1) i osnovni harmo-
nik snage aktivnih gubitaka (P1). Posebno je razmotren uticaj tre}eg, petog i sedmog harmonika napona
na struju odvo|enja, a potom i njihovo zajedni~ko
dejstvo. Analiza je ura|ena za dozvoljene vrednosti
vi{ih harmonika napona u zavisnosti od naponskog
nivoa prema relevantnim standardima [12, 13], odnosno normi [14]. Svi prora~uni sprovedeni su primenom programskog alata MATLAB [15]. Na osnovu rezultata prora~una izvedeni su odgovaraju}i zaklju~ci u vezi s primenljivo{}u pojedinih indikatora
za procenu stanja MOP-a. Posebnu pa`nju potrebno
je posvetiti osnovnom harmoniku rezistivne komponente struje odvo|enja i osnovnom harmoniku snage aktivnih gubitaka kao najboljim indikatorima za
procenu stanja MOP-a.
2. UTICAJ VI[IH HARMONIKA
RADNOG NAPONA
Dozvoljene vrednosti vi{ih harmonika napona u
zavisnosti od naponskog nivoa definisane su u relevantnim standardima [12, 13], odnosno normi [14].
U analizi je kori{}en upro{}en model MOP-a, zna~aja, za metode bazirane na struji odvo|enja [9]. Pritom je nelinearna karakteristika varistora MOP-a
predstavljena izrazom:
α
I mr ⎛⎜ U m ⎞⎟
(1)
=
I ref ⎜⎝ U ref ⎟⎠
gde je:
Imr – amplituda rezistivne komponente struje odvodnika,
Um – amplituda napona odvodnika, Iref,
Uref – referentna struja i referentni napon koji defini{u jednu ta~ku na U-I karakteristici,
a – koeficijent nelinearnosti.
Pod pretpostavkom da primenjen napon pored
osnovnog harmonika sadrì i n-ti harmonik, on se
moè predstaviti relacijom [16]:
u (t ) = 2 ⋅ U 1 ⋅ cos(ω ⋅ t ) + 2 ⋅ U n ⋅ cos(n ⋅ ω ⋅ t + θ n ) (2)
gde je:
Un – efektivna vrednost n-tog harmonika napona,
ω – kru`na u~estanost osnovnog harmonika
(314 rad/s),
t – vreme,
n – red harmonika,
θn – po~etna faza n-tog harmonika.
Kapacitivna komponenta ic ukupne struje odvo|enja it sadrì pored osnovnog i n-ti harmonik koji
je posledica postojanja istog harmonika u naponu:
ic = ic1 + icn
(3)
Rezistivna komponenta ir ukupne struje odvo|enja it tako|e se sastoji od osnovnog i vi{ih harmonika. Budu}i da svi metodi tretiraju struju odvo|enja
najvi{e do tre}eg harmonika, dovoljno je posmatrati
samo pomenute harmonike u rezistivnoj komponenti, odnosno:
ir1 = ir' 1 + ir''1
(4)
ir 3 = ir' 3 + ir''3
(5)
gde je:
i’r1 – osnovni harmonik rezistivne komponente koji
je posledica nelinearne karakteristike MOP-a,
i’’r1 – osnovni harmonik rezistivne komponente koji
je posledica vi{ih harmonika napona,
i’r3 – tre}i harmonik rezistivne komponente koji je
posledica nelinearne karakteristike MOP-a,
i’’r3 – tre}i harmonik rezistivne komponente koji je
posledica vi{ih harmonika napona.
Amplitude komponenata i’’r1 i i’’r3 zavise od
vrednosti Un, θn, kao i od po~etne faze θn. Po{to su
za procenu stanja MOP-a merodavne samo komponente i’r1 i i’r3, u delu koji sledi bi}e analiziran uticaj
komponenata i’’r1 i i’’r3, koje su posledica vi{ih harmonika napona. Pritom je akcenat stavljen na neparne harmonike, naro~ito tre}i, peti i sedmi kao najzastupljenije harmonike. Parni harmonici nisu tretirani
zbog zanemarljivog uticaja.
2.1. Uticaj tre}eg harmonika napona
Za analizu uticaja tre}eg harmonika napona na
mogu}nost primene dijagnosti~kih metoda, U-I ka-
rakteristike MOP-a modelovane su primenom (1) za
slede}e usvojene vrednosti: Iref = 1 mA, Uref = 1 r.j.,
αn = 4,7 za nov MOP, i αa = 3,4 za degradiran
MOP [9]. Primenom diskretne Fourierove transformacije dobija se harmonijski sadràj pojedinih veli~ina za razli~ite vrednosti po~etne faze tre}eg harmonika napona θ3 za slu~ajeve novog i degradiranog
MOP-a. Na osnovu ovako odre|enih indikatora mogu}e je sprovesti analizu primenljivosti svakog od
pomenutih metoda za monitoring i dijagnostiku
MOP-a kada napon sadrì tre}i harmonik.
Na slikama 1a i 1b prikazana je zavisnost tre}eg
harmonika rezistivne komponente Ir3 od tre}eg harmonika napona U3 i po~etne faze tre}eg harmonika
θ3 za slu~aj novog i degradiranog MOP-a. Tre}i harmonik napona U3 kre}e se u intervalu od 0 do 5 % a
po~etna faza tre}eg harmonika θ3 je varirana od
-180° do 180°. Zavisnost osnovnog harmonika rezistivne komponente Ir1 od tre}eg harmonika napona
U3 i po~etne faze tre}eg harmonika θ3 za slu~aj novog i degradiranog MOP-a ilustrovana je na slikama
2a i 2b. Zavisnost osnovnog harmonika snage gubitaka P1 od tre}eg harmonika napona U3 i po~etne faze tre}eg harmonika θ3 za slu~aj novog i degradiranog MOP-a prikazana je na slikama 3a i 3b. Zbog
ograni~enog prostora nisu dati grafi~ki prikazi ostalih indikacionih veli~ina.
Grafici prikazani na slikama 1–3 prikazuju kvalitativnu promenu navedenih indikatora u funkciji
tre}eg harmonika napona U3 i po~etne faze tre}eg
harmonika θ3 za slu~aj novog i degradiranog MOP-a.
U analizi indikatora potrebno je uzeti u obzir najnepovoljniji slu~aj koji se moè javiti budu}i da je po~etna faza tre}eg harmonika napona θ3 slu~ajne prirode, te se na nju ne moè uticati. Imaju}i ovo u vi(b)
80
Ir3 (μA)
Ir3 (μA)
(a)
55
50
45
40
35
30
25
5
289
70
60
50
4
3
U3 (%)
2
1
0 -180
-90
0
θ3 (°)
90
180
40
5
4
3
U3 (%)
2
1
0 -180
-90
0
90
θ3 (°)
Slika 1. Zavisnost tre}eg harmonika rezistivne komponente Ir3 od tre}eg harmonika napona U3 i
po~etne faze tre}eg harmonika θ3 za slu~aj novog (a) i degradiranog (b) MOP-a
180
290
(b)
100
165
95
160
Ir1 (μA)
Ir1 (μA)
(a)
90
85
150
80
75
5
155
4
3
2
1
U3 (%)
0 -180
-90
0
90
145
5
180
θ3 (°)
4
3
2
1
U3 (%)
0 -180
-90
0
90
180
θ3 (°)
Slika 2. Zavisnost osnovnog harmonika rezistivne komponente Ir1 od tre}eg harmonika napona U3 i
(b)
70
115
65
110
P1 (r.j.)
P1 (r.j.)
(a)
60
55
50
5
105
100
4
3
U3 (%)
2
1
0 -180
-90
0
θ3 (°)
90
180
95
5
4
3
U3 (%)
2
1
0 -180
-90
0
90
180
θ3 (°)
Slika 3. Zavisnost osnovnog harmonika snage gubitaka P1 od tre}eg harmonika napona U3 i
du, sa grafika na slikama 1–3 moè se uo~iti da indikatori postiù ekstremne vrednosti pri θ3 = ±180°
ili θ3 = 0°. Najnepovoljniji slu~aj dobija se ako se
posmatraju maksimalna vrednost indikatora novog
MOP-a i minimalna vrednosti odgovaraju}eg indikatora degradiranog MOP-a. Ove vrednosti su odre|ene za vrednost tre}eg harmonika napona 5 %, {to
odgovara maksimalnoj dozvoljenoj vrednosti u niskonaponskoj mreì (NNM) i srednjonaponskoj
mreì (SNM), odnosno za vrednost tre}eg harmonika napona 2 %, {to odgovara maksimalnoj dozvoljenoj vrednosti u visokonaponskoj mreì (VNM) (tabela 1). Boldirane vrednosti defini{u najnepovoljniji slu~aj koji se moè javiti pri analizi uticaja tre}eg
harmonika napona na indikacione veli~ine. Rezulta-
ti u koloni za U3 = 0 % odnose se na slu~aj kada nema tre}eg harmonika.
Na osnovu rezultata prikazanih u tabeli 1 mogu
se izvesti zaklju~ci o upotrebljivosti pojedinih indikatora za procenu stanja MOP-a u prisustvu tre}eg
harmonika napona. Za NNM – SNM, gde je maksimalna dozvoljena vrednost tre}eg harmonika napona
5 %, dobijaju se maksimalna vrednost indikatora It3
novog MOP-a od 168,4 μA i minimalna vrednost indikatora It3 degradiranog MOP-a od 71,3 μA. Kada
je posredi VNM, gde je dozvoljeni nivo tre}eg harmonika 2 %, vrednost indikatora It3 varira od maksimalne vrednosti 91,7 μA kod novog MOP-a, do minimalne vrednosti 5,7 μA kod degradiranog MOP-a.
Kako je u svim pomenutim slu~ajevima vrednost in-
291
Tabela 1.
Ekstremne vrednosti indikacionih veli~ina za razli~ite naponske nivoe pri dejstvu tre}eg harmonika napona
U3 = 0 %
Indikator
It3
(μA)
Ir3
(μA)
Ir
(μA)
Imr
(μA)
Ir1
(μA)
P
(r.j.)
P1
(r.j.)
VNM (U3 = 2 %)
nov
degradiran
max
min
max
min
NNM – SNM (U3 = 5 %)
nov
degradiran
max
min
max
min
nov
degradiran
40,7
56,7
91,7
10,3
107,9
5,7
168,4
86,7
184,8
71,3
40,7
56,7
45,6
35,9
63,3
50,1
53,2
29,1
73,4
40,3
94,2
161,5
100,2
88,7
167,8
155,8
110,3
81,5
178,1
148,3
187,1
297,4
205,3
170,1
318,1
277,7
235,3
147,0
351,1
249,8
84,6
151,2
88,6
81,0
155,2
147,5
95,3
76,2
161,8
142,6
59,2
105,8
62,3
56,2
109,5
102,6
68,6
52,3
115,7
98,4
59,2
105,8
62,0
56,7
108,7
103,3
66,7
53,3
113,3
99,8
dikatora It3 novog MOP-a nekoliko puta ve}a od odgovaraju}e vrednosti indikatora degradiranog MOP-a,
zaklju~uje se da je metod zasnovan na indikatoru It3
neupotrebljiv za procenu stanja MOP-a u uslovima
postojanja tre}eg harmonika napona.
Maksimalna vrednost indikatora Ir3 za NNM –
SNM iznosi 53,2 μA za nov, odnosno 40,3 μA za degradiran MOP, {to ukazuje na neupotrebljivost ovog
indikatora u navedenim mreàma. U VNM je situacija povoljnija jer je maksimalna vrednost indikatora
Ir3 novog MOP-a (45,6 μA) nià od minimalne vrednosti indikatora Ir3 degradiranog MOP-a (50,1 μA).
Ovaj rezultat ukazuje na manju osetljivost ovog indikatora u pore|enju sa It3, ali je prira{taj nedovoljan
za pouzdan zaklju~ak o stanju MOP-a. Kada je re~ o
indikatoru Ir moè se zaklju~iti da se on moè koristiti za procenu stanja MOP-a u svim mreàma s obzirom na to da je maksimalna vrednost ovog indikatora za nov MOP nià od minimalne vrednosti indikatora za degradiran MOP (110,3 μA prema 148,3 μA
za NNM – SNM, odnosno 100,2 μA prema 155,8 μA
za VNM). Situacija je nepovoljnija za indikator Imr
jer su prira{taji manji, naro~ito za NNM – SNM
(235,3 μA prema 249,8 μA za NNM – SNM mreù,
odnosno 205,3 μA prema 277,7 μA za VNM).
Zaklju~ak o primenljivosti indikatora Ir1 za procenu stanja MOP-a u navedenim mreàma je jo{ izrazitiji s obzirom na odnos maksimalne vrednosti
ovog indikatora za nov MOP i minimalne vrednosti
za degradiran MOP. Taj odnos iznosi 95,3 μA prema
142,6 μA za NNM – SNM, odnosno 88,6 μA prema
147,5 μA za VNM. Iz tabele 1 moè se uo~iti da su
u svim mreàma vrednosti indikatora P i P1 novog
MOP-a niè od odgovaraju}ih vrednosti ovih indikatora degradiranog MOP-a, {to navedene indikato-
re kvalifikuje za kori{}enje u proceni stanja MOP-a.
Indikator P predstavlja dobar pokazatelj stanja
MOP-a, ali je ne{to osetljiviji na prisustvo tre}eg
harmonika napona, pa je za ocenu stanja MOP-a bolje koristiti indikator P1.
U tabeli 2 prikazani su procentualni prira{taji
indikacionih veli~ina za najnepovoljniji slu~aj koji
potvr|uju prethodne konstatacije. Na osnovu vrednosti iz tabele 2 indikatori se mogu rangirati po~ev{i od najboljeg na slede}i na~in: Ir1 ili P1, P, Ir, Imr,
Ir3 i na kraju It3.
Tabela 2.
Procentualni prira{taji indikacionih veli~ina
za razli~ite naponske nivoe pri dejstvu
tre}eg harmonika napona
Indikator
U3 = 0 %
ΔIt3 (%)
ΔIr3 (%)
ΔIr (%)
ΔImr (%)
ΔIr1 (%)
ΔP (%)
ΔP1 (%)
39,3
39,3
71,4
59,0
78,7
78,7
78,7
VNM
(U3 = 2 %)
-93,8
9,9
55,5
35,3
66,5
64,7
66,6
NNM – SNM
(U3 = 5 %)
-57,7
-24,2
34,5
6,2
49,6
43,4
49,6
2.2. Uticaj petog harmonika napona
Po{to je peti harmonik napona u SNM i VNM
zastupljeniji od tre}eg harmonika jer ga sprega energetskog transformatora Dy ne filtrira, potrebno je ispitati uticaj i ovog harmonika na primenljivost metoda za procenu stanja MOP-a. Postupak je identi~an kao i u analizi uticaja tre}eg harmonika napona.
U tabeli 3 prikazane su ekstremne vrednosti indika-
292
Tabela 3.
Ekstremne vrednosti indikacionih veli~ina za razli~ite naponske nivoe pri dejstvu petog harmonika napona
U5 = 0 %
Indikator
It3
(mA)
Ir3
(mA)
Ir
(mA)
Imr
(mA)
Ir1
(mA)
P
(r.j.)
P1
(r.j.)
VNM (U5 = 2 %)
nov
degradiran
max
min
max
min
NNM – SNM (U5 = 6 %)
nov
degradiran
max
min
max
min
nov
degradiran
40,7
56,7
43,9
37,6
60,4
53,1
50,6
31,7
67,8
45,9
40,7
56,7
43,9
37,6
60,4
53,1
50,6
31,7
67,8
45,9
94,2
161,5
96,9
92,2
163,4
160,3
104,5
90,8
169,4
160,2
187,1
297,4
205,3
170,1
318,1
277,7
246,0
147,8
362,6
250,7
84,6
151,2
85,5
84,1
151,6
151,2
88,2
84,2
153,2
152,1
59,2
105,8
60,0
58,9
106,2
105,9
62,7
59,3
108,2
107,2
59,2
105,8
59,8
58,9
106,1
105,8
61,8
59,0
107,2
106,5
cionih veli~ina za razli~ite naponske nivoe pri dejstvu petog harmonika napona. Boldirane vrednosti
defini{u najnepovoljniji slu~aj koji se moè javiti pri
analizi uticaja petog harmonika napona na indikacione veli~ine.
Na osnovu rezultata prikazanih u tabeli 3 formirana je tabela 4 sa procentualnim prira{tajima indikacionih veli~ina za najnepovoljniji slu~aj. Prema tabeli 4 moè se konstatovati da jedino indikatori It3 i Ir3
imaju negativne prira{taje, i to kod NNM i SNM. Po
svim ostalim pozicijama indikatori imaju pozitivne
prira{taje. Pritom, najmanju osetljivost na prisustvo
petog harmonika napona pokazuju veli~ine Ir1 i P1,
potom slede pokazatelji P, Ir i Imr, respektivno.
Tabela 4.
petog harmonika napona
Indikator
U5 = 0 %
VNM
(U5 = 2 %)
NNM – SNM
(U5 = 6 %)
ΔIt3 (%)
ΔIr3 (%)
ΔIr (%)
ΔImr (%)
ΔIr1 (%)
39,3
21,0
-9,3
39,3
21,0
-9,3
71,4
65,4
53,3
59,0
35,3
1,9
78,7
76,8
72,4
ΔP (%)
ΔP1 (%)
78,7
76,5
71,0
78,7
76,9
72,3
Tabela 5.
Ekstremne vrednosti indikacionih veli~ina za razli~ite naponske nivoe pri dejstvu sedmog harmonika napona
U7 = 0 %
Indikator
It3
(mA)
Ir3
(mA)
Ir
(mA)
Imr
(mA)
Ir1
(mA)
P
(r.j.)
P1
(r.j.)
VNM (U7 = 2 %)
nov
degradiran
max
min
max
min
NNM – SNM (U7 = 5 %)
nov
degradiran
max
min
max
min
nov
degradiran
40,7
56,7
41,4
40,0
56,9
56,5
42,7
39,3
57,3
56,2
40,7
56,7
41,4
40,0
56,9
56,5
42,7
39,3
57,3
56,2
94,2
161,5
95,1
94,1
162,0
161,8
98,0
95,5
164,1
163,6
187,1
297,4
205,3
170,1
318,1
277,7
235,3
170,5
351,1
278,1
84,6
151,2
84,8
84,8
151,4
151,3
85,8
85,7
152,3
152,1
59,2
105,8
59,4
59,4
106,1
106,0
60,5
60,4
107,2
107,1
59,2
105,8
59,4
59,4
106,0
105,9
60,1
60,0
106,6
106,5
2.3. Uticaj sedmog harmonika napona
Pored petog harmonika napona sprega energetskog transformatora Dy ne filtrira ni sedmi harmonik
napona. Stoga }e biti analiziran uticaj i ovog harmonika na mogu}nost primene dijagnosti~kih metoda za
procenu stanja MOP-a. U tabeli 5 prikazane su ekstremne vrednosti indikacionih veli~ina za razli~ite naponske nivoe pri dejstvu sedmog harmonika napona.
Boldirane vrednosti defini{u najnepovoljniji slu~aj
koji se moè javiti pri analizi uticaja sedmog harmonika napona na indikacione veli~ine, kao {to je to ura|eno i pri analizi uticaja tre}eg i petog harmonika napona. Na osnovu ovih vrednosti formirana je tabela 6
sa procentualnim prira{tajima indikacionih veli~ina.
Brojne vrednosti iz tabele 6 jasno pokazuju da je
uticaj sedmog harmonika napona na primenljivost dijagnosti~kih metoda za procenu stanja MOP-a najmanji u pore|enju sa uticajem tre}eg i petog harmonika.
Na takav zaklju~ak ukazuju i indikatori It3 i Ir3 koji
Tabela 6.
sedmog harmonika napona
Indikator
U7 = 0 %
ΔIt3 (%)
ΔIr3 (%)
ΔIr (%)
ΔImr (%)
ΔIr1 (%)
ΔP (%)
ΔP1 (%)
39,3
39,3
71,4
59,0
78,7
78,7
78,7
VNM
(U7 = 2 %)
36,5
36,5
70,1
35,3
78,4
78,5
78,3
NNM – SNM
(U7 = 5 %)
31,6
31,6
66,9
18,2
77,3
77,0
77,2
293
pokazuju pozitivne promene po svim pozicijama.
Drugim re~ima, {to je red naponskog harmonika ve}i, to je njegov uticaj na indikacione veli~ine manji.
2.4. Uticaj kombinovanog dejstva tre}eg, petog i
sedmog harmonika napona
Na kraju je sprovedena i analiza istovremenog
dejstva tre}eg, petog i sedmog harmonika napona na
primenljivost indikatora za procenu stanja MOP-a.
Radi postizanja najnepovoljnijeg slu~aja koji se odnosi na maksimalnu vrednost indikacione veli~ine
novog MOP-a i minimalnu vrednost indikacione veli~ine degradiranog MOP-a, primenjeni su naponi sa
razli~itim po~etnim fazama vi{ih harmonika za nov
i degradiran MOP. Kada je re~ o amplitudama pojedina~nih komponenata, one su odabrane tako da se
ukupno harmonijsko izobli~enje dovoljno pribliì
dozvoljenim vrednostima datim u [12, 13]. Imaju}i
prethodno u vidu, usvojeni su slede}i harmonijski
sastavi: U3 = 1,5 %, U5 = 2 %, U7 = 1,5 % za VNM;
U3 = 4 %, U5 = 5 %, U7 = 4 % za NNM – SNM.
Vrednosti indikacionih veli~ina za razli~ite naponske nivoe pri jednovremenom dejstvu tre}eg, petog i sedmog harmonika napona i ukupnog harmonijskog izobli~enja napona THDU date su u tabeli 7.
Brojne vrednosti date u tabeli VII ne obe}avaju
mnogo, s obzirom na to da se vrednosti iz kolona
„nov” i „degradiran” ozbiljno pribliàvaju, smanjuju}i na taj na~in kredibilitet pomenutih metoda. Me|utim, usvojene vrednosti vi{ih harmonika napona iako
odgovaraju standardima, retko se mogu javiti u pomenutim mreàma. Ovo se naro~ito odnosi na SNM i
VNM gde se dijagnostika MOP-a i sprovodi. Konstatacija da u pomenutim mreàma sprega distributivnih
Tabela 7.
Vrednosti indikacionih veli~ina za razli~ite naponske nivoe pri jednovremenom dejstvu tre}eg, petog i
sedmog harmonika napona i ukupnog harmonijskog izobli~enja napona THDU
Indikator
It3
(mA)
Ir3
(mA)
Ir
(mA)
Imr
(mA)
Ir1
(mA)
P
(r.j.)
P1
(r.j.)
THDU = 0 %
nov
degradiran
THDU = 2,92 % (VNM)
nov
THDU = 7,55 % (NNM?SNM)
degradiran
40,7
56,7
61,6
61,5
119,6
107,8
40,7
56,7
48,4
48,3
63,2
36,2
94,2
161,5
103,0
157,0
124,8
155,6
187,1
297,4
235,3
253,9
332,2
263,8
84,6
151,2
88,9
148,8
99,3
147,1
59,2
105,8
63,1
103,8
73,0
103,5
59,2
105,8
62,2
104,1
69,5
102,9
294
transformatora Dy filtrira tre}i harmonik napona dobija jo{ vi{e na va`nosti budu}i da je prethodna analiza pokazala da najve}i uticaj na indikatore za procenu stanja MOP-a ima upravo tre}i harmonik napona.
3. ZAKLJUÂK
Na osnovu analize rezultata prora~una mogu se
izvesti slede}i zaklju~ci.
3.1. Sprovedena analiza pokazala je veliki uticaj vi{ih
harmonika radnog napona na primenljivost dijagnosti~kih metoda. Me|utim, usvojene vrednosti vi{ih harmonika napona, iako odgovaraju
standardima, retko se mogu javiti u pomenutim
mreàma. Ovo se naro~ito odnosi na srednje naponsku mreù i visoko naponsku mreù gde se dijagnostika metaloksidnog odvodnika prenapona
i sprovodi. U ovim mreàma sprega distributivnih transformatora Dy filtrira tre}i harmonik napona. Ova konstatacija dobija jo{ vi{e na va`nosti budu}i da najve}i uticaj na primenu metoda
za procenu stanja metaloksidnog odvodnika prenapona ima upravo tre}i harmonik napona.
3.2. Kod metoda koji pored merenja struje zahtevaju
i merenje napona, a to su metod gubitaka aktivne snage i metod kompenzacije kapacitivne komponente struje odvo|enja, mogu}e je smanjiti
uticaj vi{ih harmonika napona, odnosno pobolj{ati pouzdanost procene stanja metaloksidnog
odvodnika prenapona. S obzirom na to da ve}
postoji merenje napona, moè se utvrditi i sadràj vi{ih harmonika, kao i odgovaraju}ih po~etnih faza. Na osnovu njih mogu se uvesti korekcioni faktori ili koeficijenti koji bi smanjili uticaj
vi{ih harmonika na primenljivost razmatranih
dijagnosti~kih metoda. Situacija je jo{ povoljnija ako se kao indikacione veli~ine koriste osnovni harmonici, budu}i da su oni najmanje osetljivi na prisustvo vi{ih harmonika napona. Kod
metoda gubitaka aktivne snage umesto ukupne
snage gubitaka P treba koristiti osnovni harmonik P1, dok kod metoda kompenzacije kapacitivne komponente struje umesto amplitude (Imr) ili
efektivne vrednosti (Ir) treba koristiti osnovni
harmonik rezistivne komponente struje (Ir1).
3.3. Metodi koji se baziraju samo na merenju struje
odvo|enja mnogo su ugroèniji vi{im harmonicima napona. Re{enje problema je definisanje
uslova pri kojima se ovi metodi mogu koristiti.
Umesto da se prate samo osnovni i tre}i harmonik struje odvo|enja, u analizu treba uvesti i
harmonike vi{eg reda (peti, sedmi, deveti itd.).
Ovi harmonici struje nisu dobri pokazatelji stanja metaloksidnog odvodnika prenapona, ali su
zato osetljivi na vi{e harmonike napona. Ukoli-
ko bi odgovaraju}i strujni harmonik iza{ao iz
nekog, unapred definisanog opsega vrednosti, to
bi se moglo iskoristiti kao pokazatelj prisustva
vi{ih harmonika u mre`nom naponu. U takvim
slu~ajevima primenjen metod bi trebalo tretirati
kao nedovoljno pouzdan, a rezultati koje on daje prihvatiti s rezervom.
3.4. Predmet daljih istraìvanja bi}e usmeren na verifikaciju pomenutih zaklju~aka na realnim odvodnicima, kako u laboratorijskim uslovima, tako i u postrojenjima. Merenjem napona i struje za odre|en
tip metaloksidnog odvodnika prenapona mogu se
kreirati realni korekcioni faktori po naponu i vi{im
harmonicima koji bi omogu}ili utvr|ivanje jasnih
granica i kriterijuma do koje mere se metaloksidni
odvodnik prenapona moè bezbedno i pouzdano koristiti. Zavr{ni korak u verifikaciji zaklju~aka omogu}i}e periodi~na merenja na metaloksidnom
odvodniku prenapona u pogonu {to bi, uz implementaciju predloènih algoritama, omogu}ilo efikasan
postupak monitoringa i dijagnostike stanja metaloksidnog odvodnika prenapona tokom eksploatacije.
4. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
S. Shirakawa, F. Endo, H. Kitajima, S. Kobayashi,
K. Kurita, K. Goto, M. Sakai, MAINTENANCE
OF SURGE ARRESTER BY A PORTABLE ARRESTER LEAKAGE CURRENT DETECTOR, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 3, No. 3,
July 1988
J. Lundquist, L. Stenstrom, A. Schei, B. Hansen,
NEW METHOD FOR MEASUREMENT OF THE
RESISTIVE LEAKAGE CURRENT OF METALOXIDE SURGE ARRESTERS IN SERVICE, IEEE
Transactions on Power Delivery, Vol. 5, No. 4, November 1990
L. T. Coffeen, J. E. McBride, HIGH VOLTAGE AC
RESISTIVE CURRENT MEASUREMENTS
USING A COMPUTER BASED DIGITAL WATTS
TECHNIQUE, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 6, No. 2, April 1991
X. Yan, Y. Wen, X. Yi, STADY ON THE RESISTIVE LEAKAGE CURRENT CHARACTERISTIC
OF MOV SURGE ARRESTERS, IEEE/PES, Transmission and Distribution Conference and Exhibition, Vol. 2, Asia Pacific, 6–10 October 2002
Ch. Heinrich, V. Hinrichsen, DIAGNOSTICS AND
MONITORING OF METAL-OXIDE SURGE ARRESTERS IN HIGH-VOLTAGE NETWORKSCOMPARISON OF EXISTING AND NEWLY DEVELOPED PROCEDURES, IEEE Transactions on
Power Delivery, Vol. 16, No. 1, January 2001
V. Hinrichsen, G. Scholl, M. Schubert, Th. Ostertag,
ONLINE MONITORING OF HIGH-VOLTAGE
METAL-OXIDE SURGE ARRESTERS BY WIRELESS PASSIVE SURFACE ACOUSTIC WAVE
(SAW) TEMPERATURE SENSORS, High Voltage
Engineering, Eleventh International Symposium
(Conference Publication No. 467), Vol. 2, London,
22–27 August 1999
[7] J. H. Shaw, N. V. Holmgren, CHARACTERISTICS
WHICH CAN BE USED TO DETECT DEFECTIVE DISTRIBUTION SURGE ARRESTERS, IEEE
Transaction on Power Apparatus and Systems, Vol.
PAS-104, No. 1, January 1985
[8] K. L. Wong, ELECTROMAGNETIC EMISSION
BASED MONITORING TECHNIQUE FOR POLYMER ZNO SURGE ARRESTERS, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,
Vol. 13, No. 1, February 2006
[9] Z. Stojanovi}, Z. Stojkovi}, PROCENA STANJA
METALOKSIDNOG ODVODNIKA PRENAPONA PRIMENOM METODA ZASNOVANIH NA
ANALIZI STRUJE ODVO\ENJA PRI RADNOM
NAPONU MRE@E, 29. Savetovanje CIGRE Srbija,
Ref. C4-04, Zlatibor, 31. maj–6. jun 2009.
[10] A. M. Miri, Z. Stojkovi}, ELEKTROMAGNETNI
PRELAZNI PROCESI U SEKUNDARNIM KOLIMA MERNIH TRANSFORMATORA U SF6 POSTROJENJU, Elektroprivreda, Br. 4, 1999, str. 61–66.
295
[11] Z. Stojkovi}, A. Miri, G. Mitri}, PRORAÛN PORASTA POTENCIJALA METALNOG OKLOPA
GASOM SF6 IZOLOVANOG POSTROJENJA IZAZVANOG SKLOPNIM OPERACIJAMA RASTAVLJAÊM, Elektroprivreda, Br. 2, 2003, str. 54–59.
[12] IEC 61000-2-2, Electromagnetic compatibility
(EMC) – Part 2-2: Environment – Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances and
signalling in public low-voltage power supply
systems, Ed. 2.0, March 2002.
[13] IEC/TR 61000-3-6, Electromagnetic compatibility
(EMC) – Part 3-6: Limits – Assessment of emission
limits for the connection of distorting installations
to MV, HV and EHV power systems, Ed. 2.0, February 2008.
[14] EN 50160, VOLTAGE CHARACTERISTICS OF
ELECTRICITY SUPPLIED BY PUBLIC DISTRIBUTION NETWORKS, September 2007.
[15] MATLAB – The Language of Technical Computing, Version 7.10.0 (R2010a), The Math Works
Inc., 2010.
[16] H. Zhu, M. R. Raghuveer, INFLUENCE OF HARMONICS IN SYSTEM VOLTAGE ON METALOXIDE SURGE ARRESTER DIAGNOSTICS,
Conference on Electrical Insulation and Dielectric
Phenomena, Vol. 2, Austin, 17–20 October 1999.
ZAHVALNICA
Autori zahvaljuju Ministarstvu za nauku i tehnolo{ki razvoj Republike Srbije koje je u okviru Projekta integralnih i interdisciplinarnih istraìvanja omogu}ilo pripremu i prezentaciju ovog rada. Drugi
autor zahvaljuje Fondaciji „Alexander von Humboldt”, Bon, SR Nema~ka, na celokupnoj podr{ci njegovom nau~noistraìva~kom radu.
Zoran Stojanovi} (1979) diplomirao je 2003. i magistrirao 2009. godine na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Od 2003. do 2004. godine radio je kao projektant
u Energoprojektu – Hidroinènjering A.D. Od kraja 2004. godine radi na Elektrotehni~kom
fakultetu Univerziteta u Beogradu pri Katedri za elektroenergetske sisteme kao asistent.
Oblasti njegovog interesovanja su relejna za{tita i monitoring visokonaponske opreme.
Zlatan Stojkovi} (1960) diplomirao je 1984, magistrirao 1991. i doktorirao 1995. godine na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Od 1984. do 1993. godine radio
je kao projektant u Energoprojektu – Hidroinènjering A.D. Od 1993. godine radi na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu pri Katedri za elektroenergetske sisteme, ~iji je {ef od 2006. godine. Kao stipendista Fondacije „Alexander von Humboldt”, Bon, SR Nema~ka, boravio je na posledoktorskom usavr{avanju u institutima za elektroenergetske sisteme i visok napon univerziteta u Karlsrueu, [tutgartu i Rostoku, SR Nema~ka. Autor i koautor
je 3 monografije nacionalnog zna~aja i jednog praktikuma, 75 radova u me|unarodnim i doma}im ~asopisima i konferencijama. U~estvovao je u realizaciji 65 projekata i 6 programskih alata. Recenzent je 11 knjiga i monografija, kao i me|unarodnih i doma}ih ~asopisa, odnosno konferencija. Nagra|en je za 7 radova objavljenih na doma}im konferencijama.
296
Jankovi} M. Vladimir i drugi: Prakti~ni aspekti spajanja trì{ta elektri~ne energije
Prakti~ni aspekti spajanja trì{ta
elektri~ne energije
Vladimir M. Jankovi}, Milo{ B. Mladenovi} i Dejan S. Stoj~evski
JP Elektromreà Srbije, Vojvode Stepe 412,
11 040 Beograd, Srbija
Stru~ni rad
UDK: 621.311.16; 339.1
Rezime
U radu je predstavljen algoritam spajanja dan-unapred trì{ta elektri~ne energije koji se zasniva na
maksimizaciji ukupne dru{tvene dobrobiti na zajedni~kom, spojenom trì{tu elektri~ne energije. Pomo}u
ovog algoritma moè se spojiti vi{e trì{ta bez obzira na strukturu fizi~kih veza izme|u njih. Na primeru
spajanja trì{ta zapadne Evrope i nordijskih zemalja kao prvog uspe{nog multiregionalnog povezivanja prikazane su sloènost i fleksibilnost koncepta spajanja dan-unapred trì{ta elektri~ne energije.
Klju~ne re~i: spajanje trì{ta elektri~ne energije, implicitne aukcije prenosnih kapaciteta,
dru{tvena dobrobit, optimizacija
PRACTICAL ASPECTS OF ELECTRICITY MARKET COUPLING
Abstract
This paper presents the day-ahead electricity market coupling algorithm. This algorithm is based on
maximization of the total social welfare in a common, coupled electricity market. By using this algorithm it
is possible to couple several markets regardless of the structure of physical connections between the markets. Complexity and flexibility of the day-ahead electricity market coupling is shown using the example of
market coupling between Central-West Europe and Nordic countries as the first successful multi-regional
market coupling.
Key words: electricity market coupling, implicit capacity auctions, social welfare, optimization
1. UVOD
Operatori prenosnih sistema i berze elektri~ne
energije zajedni~ki su razvili implicitne aukcije prekograni~nih prenosnih kapaciteta kao na~in dodele
kapaciteta na dan-unapred trì{tu elektri~ne energije. Kod implicitnih aukcija se istovremeno trguje i
elektri~nom energijom i pravima na kori{}enje prenosnih kapaciteta izme|u dve zone [1], tj. vr{i se
spajanje trì{ta elektri~ne energije (market cou-
pling). Smatra se da to predstavlja ne samo najefikasniji na~in dodele prenosnih kapaciteta izme|u dve
zone ve} da se time obezbe|uju i efikasni ekonomski signali za sve u~esnike na trì{tu elektri~ne energije. Zbog toga se spajanje trì{ta elektri~ne energije smatra i delatno{}u u dru{tvenom, odnosno op{tem interesu.
Osnovni kriterijumi na osnovu kojih se moè
proceniti da li je spajanje trì{ta u dru{tvenom interesu su slede}i [2].
1. Da li se postiè maksimizacija ukupne dru{tvene
dobrobiti na trì{tu dan-napred kori{}enjem prenosnih kapaciteta izme|u zona koje se spajaju?
2. Da li se prenosni kapaciteti dodeljuju na objektivan, transparentan i nediskriminatoran na~in?
3. Da li se u~esnicima na trì{tu {alju efikasni ekonomski signali kao {to su ujedna~avanje cena izme|u susednih zona i izbegavanje pojave suprotnih komercijalnih tokova energije (kada tokovi
idu od trì{ta sa ve}om cenom ka trì{tu sa manjom cenom elektri~ne energije)?
ski period) prikupljaju naloge za prodaju i kupovinu
koje re|aju po veli~ini u obliku krive ponude PS (MS)
i krive potra`nje PD(MD). Prese~na ta~ka ovih dveju
krivih daje prese~nu cenu (MCP) i koli~inu kupljene,
odnosno prodate (MCV) energije po toj ceni (slika 1).
Ukoliko berza elektri~ne energije nije spojena s
drugim berzama, ukupna koli~ina energije koju je u
nekom satu kupilo K kupaca bi}e jednaka koli~ini
energije koju im je prodalo J proizvo|a~a, tj. vaì
slede}a relacija:
CS = ∑ (PD ,k − MCP )⋅ M D ,k
K
(1)
Dobitak proizvo|a~a PS defini{e se kao razlika
izme|u trì{ne cene po kojoj je njegov proizvod kupljen (postignuta cena elektri~ne energije na dan-unapred trì{tu MPC) i cene kojom pokriva tro{kove proizvodnje tog proizvoda (cena PS po kojoj je
bio spreman da proda koli~inu energije MS na dan-unapred trì{tu). Ako imamo ukupno J proizvo|a~a,
njihov ukupni dobitak je:
J
(
)
j =1
J
k =1
j =1
åícena
à
EUR/
(evra/
MWh)
MWh)
(2)
Ove definicije vaè na idealnom (savr{enom)
trì{tu gde nalozi za prodaju proizvo|a~a i nalozi za
kupovinu kupaca koje oni daju na dan-unapred trì{tu realno odslikavaju marginalne tro{kove proizvodnje, odnosno potro{nje.
Sabiranjem dobitaka svih proizvo|a~a i svih
kupaca dobija se vrednost ukupne dru{tvene dobrobiti koja iznosi:
MCP
MCP
kriva ï î
êðèâà
potra`nje
PD
PD(MD)
Na osnovu (3) i (4) dobije se da vrednost ukupne dru{tvene dobrobiti u jednoj izolovanoj zoni ne
zavisi od trì{ne cene MCP i da iznosi:
K
J
k =1
j =1
W = CS + PS = ∑ PD ,k ⋅ M D ,k − ∑ PS , j ⋅ M S , j (5)
Na osnovu (5) dru{tvena dobrobit se moè grafi~ki intepretirati kao {rafirana povr{ina izme|u krive potra`nje i krive ponude (slika 2).
åícena
à
EUR/
(evra/
MWh)
MWh)
kriva
êðèâàponude
ï î í óäå
PPSS(M
(Ì S)
MCP
MCP
kriva
potra`nje
êðèâà ï î
PD(MDP)D
K
k =1
J
(
j =1
)
koli~ina (MWh)ê
Slika 1. Krive ponude i potra`nje u jednoj zoni
za jedan obra~unski period
W = CS + PS = ∑ (PD ,k − MCP )⋅ M D , k +
+ ∑ MCP − PS , j ⋅ M S , j
(4)
kriva ponude
êðèâà
ï î í óäå
PPSS(M
(Ì SS))
MCV
k =1
PS = ∑ MCP − PS , j ⋅ M S , j
K
MCV = ∑ M D ,k = ∑ M S , j
2. UKUPNA DRU[TVENA DOBROBIT
U teoriji se ukupna dru{tvena dobrobit defini{e
kao zbir dobitaka proizvo|a~a i kupaca na nekom trì{tu [3].
Dobitak kupaca CS defini{e se kao razlika izme|u cene koju je taj kupac bio spreman da plati za
neki proizvod (npr. PD je cena po kojoj je spreman
da kupi koli~inu elektri~ne energije MD) i trì{ne cene po kojoj je taj proizvod kupio (npr. cena elektri~ne energije koja se postiè na dan-unapred trì{tu
elektri~ne energije MCP). Ako imamo ukupno K kupaca, njihov zajedni~ki dobitak je jednak:
297
(3)
Berze elektri~ne energije [4] kao pravna lica koja
organizuju dan unapred trì{te, za svaki sat (obra~un-
MCV
koli~ina (MWh)ê
Slika 2. Grafi~ka interpretacija ukupne dru{tvene dobiti
kao povr{ine izme|u krive ponude i krive potra`nje
298
3. OPTIMIZACIJA SPOJENIH TR@I[TA
ELEKTRI^NE ENERGIJE
Najjednostavniji slu~aj spajanja trì{ta je spajanje samo dva trì{ta ili spajanje vi{e trì{ta koja su
linijski povezana. Prilikom ovakvog spajanja mogu
se primeniti jednostavniji algoritmi za spajanje koji
se svode na popunjavanje prekograni~nog prenosnog kapaciteta izme|u dve zone dokle god se mogu upariti niè ponude za prodaju iz jedne s vi{im
ponudama za kupovinu iz druge zone. Koliko }e se
ponuda me|usobno upariti na ovaj na~in zavisi od
vrednosti kapaciteta, kao i od cena iz naloga za kupovinu i prodaju iz obe zone. Ovaj algoritam je opisan u [5] i on kao rezultat daje ili potpuno spojena
trì{ta (s istom cenom u obe zone) ili dva odvojena
trì{ta kod kojih su se cene pribliìle nakon spajanja
i izme|u koji je u celosti popunjen prekograni~ni
prenosni kapacitet.
U slu~aju spajanja vi{e trì{ta sa sloènijom
strukturom nije mogu}e primeniti jednostavni algoritam ve} je neophodno primeniti neki sloèniji postupak. Za taj slu~aj razvijen je optimizacioni postupak ~ija je su{tina istovremeno maksimiziranje
ukupne dru{tvene dobrobiti u svim trì{nim zonama
bez obzira na na~in kako su te zone me|usobno fizi~ki povezane.
Matemati~ka formulacija ovog postupka je slede}a. Istovremeno se maksimira ukupna dru{tvena
dobrobit u svim zonama Z (npr. postoji ukupno
N zona) i u svim obra~unskim periodima t unutar trì{nog dana (npr. za sva 24 sata u toku jednog dana
ako je obra~unski period t = 1 sat). Odgovaraju}a
ciljna funkcija za optimizaciju tada se moè izkazati kao:
N ⎛ 24 ⎛ K
OBJ : max ∑ ⎜⎜ ∑ ⎜ ∑ (PD , Z ,t ,k − MCPZ .t )⋅ X D , Z ,t , k +
Z =1⎝ t =1⎝ k =1
J
⎞⎞
+ ∑ MCPZ ,t − PS , Z ,t , j ⋅ X S , Z ,t , j ⎟ ⎟⎟
(6)
j =1
⎠⎠
U ovoj funkciji XD i XS predstavljaju prihva}ene koli~ine iz satnih naloga za kupovinu, odnosno
prodaju koje se optimiziraju. U zavisnosti od trì{nih pravila nalozi se mogu prihvatiti i u celosti (kao
MD i MS) ili delimi~no, tj. XD i XS mogu imati vrednosti od nule do maksimalne vrednosti. Kona~ne
vrednosti XD i XS dobijaju se kao rezultat optimizacionog postupka.
Uz ciljnu funkciju potrebno je uvaìti i odre|ena ograni~enja. Osnovna ograni~enja koja se moraju uvaìti prilikom optimizacije dru{tvene dobrobiti
odnose se na bilans energije unutar svake zone.
Ako se trì{ta ne spajaju, u svakoj zoni Z i u
svakom satu t zbir koli~ina energije iz prihva}enih
(
)
naloga za kupovinu mora biti jednak zbiru prihva}enih naloga za prodaju. To ograni~enje se moè iskazati kao:
Cons Z ,t :
K
J
k =1
j =1
∑ X D , Z ,t ,k = ∑ X S , Z ,t , j = MCVZ ,t (7)
U slu~aju spajanja trì{ta, moè do}i do razmene energije zone Z sa Y susednih zona NZ, pa se
ograni~enje vezana za bilans u svakoj zoni Z i u svakom satu t moè iskazati kao:
Cons Z ,t :
K
J
k =1
j =1
∑ X D , Z ,t , k − ∑ X S , Z , t , j +
Y
Y
NZ =1
NZ =1
+ ∑ Exp Z → NZ ,t − ∑ I mp NZ → Z ,t = 0
(8)
pri ~emu su sa ExpZ→NZ i ImpNZ→Z ozna~eni izvoz u
susednu zonu, i uvoz iz susedne zone.
Razmena energije izme|u zona u jednom smeru ograni~ena je vredno{}u raspoloìvog prenosnog
kapaciteta (ATC) za taj smer i obra~unski period, pa
je u tom smislu neophodno uvesti dodatno ograni~enje, npr. za uvoz energije iz jedne zone (A) u drugu
zonu (B) u satu t:
Cons NTC , A→ B ,t :
Y
∑ Exp A→ B ,t ≤ ATC A→ B ,t (9)
NZ =1
Dodatna ograni~enja se ti~u sloènih naloga za
kupovinu, odnosno prodaju energije. U praksi, na
svim berzama elektri~ne energije pored satnih naloga mogu}e je davati i vi{esatne blok-naloge za kupovinu, odnosno prodaju energije. Ovi nalozi se izvr{avaju ili u potpunosti (npr. vrednost bloka je MBlock za
ceo period bloka koji ~ini uzastopni niz od nint obra~unskih perioda, tj. sati) ili se u potpunosti odbacuju.
Da bi se i ovakvi nalozi mogli uklju~iti u optimizacioni postupak, neophodno je uvesti binarnu promenljivu B koja moè imati vrednost ili 1 ili 0 i kojom se
moè iskazati da li je blok-nalog prihva}en u celosti
(B = 1) ili je u celosti odbijen (B = 0).
Uvo|enjem blok-naloga ciljna funkcija se pro{iruje sa dva dodatna sabirka koji se odnose na blok-naloge za kupovinu (vrednost bloka MBlockD sa cenom PBlockD u periodu koji obuhvata nint,BlockD obra~unskih intervala) i blok-naloge za prodaju (vrednost
bloka MBlockS sa cenom PBlockS u periodu koji obuhvata nint,BlockS obra~unskih intervala). U zoni Z ima
ukupno M blok-naloga za prodaju i L blok-naloga za
kupovinu. Ciljna funkcija sada ima slede}i oblik:
N ⎛ 24 ⎛ K
OBJ : max ∑ ⎜⎜ ∑ ⎜ ∑ (PD, Z ,t ,k − MCPZ .t )⋅ X D , Z ,t , k +
Z =1⎝ t =1⎝ k =1
(
)
J
⎞
+ ∑ MCPZ ,t − PS , Z ,t , j ⋅ X S , Z ,t , j ⎟
j =1
⎠
M
+ ∑ BBlockD , Z ,m ⋅ PBlockD , Z ,m ⋅ M BlockD, Z ,m ⋅ n BlockD, Z ,m
m
(10)
L
⎞
− ∑ BBlockS , Z ,l ⋅ PBlockS , Z ,l ⋅ M BlockS ,Z ,l ⋅ n BlockS , Z ,l ⎟
l
⎠
Optimizacija se vr{i po MCP, XD, XS, BBlockD i
BBlockS u svakoj zoni, u svakom satu i na nivou dana. Satni nalozi se mogu odbiti, prihvatiti delimi~no
ili u potpunosti, dok se blok-nalozi mogu odbiti ili
prihvatiti u potpunosti.
Sa uvo|enjem blok-naloga mora se promeniti i
ograni~enje (8) koje se odnosi na bilans u zoni i ono
je sada:
Cons Z ,t :
K
J
M
k =1
j =1
m
∑ X D , Z ,t ,k − ∑ X S , Z ,t , j + ∑ BBlockD , Z ,m ⋅
L
⋅ M BlockD , Z , m − ∑ BBlockS , Z ,l
(11)
l
Y
Y
NZ =1
NZ =1
+ ∑ ExpZ → NZ ,t − ∑ I mp NZ → Z ,t = 0
Pored navedenih ograni~enja mogu}e je uvesti
jo{ nekoliko dodatnih:
– da se u slu~aju pojave zagu{enog kapaciteta izme|u dve zone (kada je izra~unati tok energije jednak
raspoloìvom prenosnom kapacitetu) mora javiti
razlika izme|u cena u zonama povezanim tim kapacitetom i da tok energije mora i}i od zone s niòm ka zoni s vi{om cenom;
Cenovna zona iz koje se
izvozi
dobitak
kupaca
299
– da po nekom dalekovodu (obi~no je re~ o jednosmernom prenosu elektri~ne energije) postoji
ograni~enje koliko se moè pove}ati tok energije u
jednom satu u odnosu na prethodni sat.
Optimizacioni zadatak opisan sa ciljnom funkcijom (10) i ograni~enjima (9) i (11) defini{e se kao
zadatak me{ovitog celobrojno-kvadratnog programiranja.
Kada ne bi bilo blok-naloga (uvedenih preko binarnih promenljivih), ovaj zadatak bi se sveo na zadatak kvadratnog programiranja koji bi se mogao re{avati i putem komercijalno dostupnog optimizacionog alata.
Zbog postojanja vi{e vrsta blok-naloga svaka
berza elektri~ne energije je u zavisnosti od potrebe
razvila posebne alate za re{avanje navedenog optimizacionog zadatka. Oni se svi zasnivaju na tzv.
branch and bound algoritmu za re{avanje zadatka
me{ovitog celobrojno-kvadratnog programiranja.
Kao rezultat optimizacionog postupka za svaku
zonu dobijaju se cena koja vaì za tu zonu, vrednosti prihva}enih ili delimi~no prihva}enih satnih naloga, kao i prihva}eni ili odbijeni blok-nalozi. Tako|e, mogu se izra~unati i neto komercijalni tokovi
energije izme|u svih zona (saldo razmene energije
izme|u dve zone gde su me|usobno kompenzovani
istovremeni komercijalni tokovi u oba smera), kao i
neto pozicija svake zone (da li ta zona uvozi ili izvozi energiju, ili je u balansu).
Va`no je napomenuti da se pri spajanju trì{ta
ukupna dru{tvena dobrobit pove}ava na ra~un sma-
Cenovna zona u koju se
uvozi
Prekograni~ni prenosni
kapacitet
cena
MCP
uvozne zone
izvozne zone
1
1÷2
1
2
1÷2
2
izvoz
dobitak
proizvo|a~a
a)
dodatni dobitak
proizvo|a~a usled
izvoza
uvoz
b)
koli~ina
dodatni dobitak
kupaca usled
uvoza
izvoz/uvoz
dobitak TSO
zbog zagu{enja
c)
Slika 3. Preraspodela dobitka kod u~esnika na trì{tu nakon spajanja trì{ta koje je izvr{eno pomo}u algoritma
maksimizacije ukupne dru{tvene dobrobiti – dvostruko {rafirana povr{ina ( 1 ÷ 2 ) odgovara preraspodeljenom
dobitku izme|u kupaca i proizvo|a~a prilikom spajanja trì{ta
300
njenja dobitka nekog od u~esnika na trì{tu. U drugim privrednim granama se ~esto pove}anje ukupne
dru{tvene dobrobiti ograni~ava time da nema smanjenja dobitka ni za jednog u~esnika na trì{tu. Ovo
ograni~enje se ne moè uvesti u slu~aju spajanja trì{ta elektri~ne energije.
Na slici 3 prikazana je preraspodela dobitka izme|u u~esnika na trì{tu u slu~aju spajanja dva trì{ta [2].
U zoni (grafik a) gde je posle spajanja do{lo do
skoka cene elektri~ne energije zbog izvoza, deo dobitka kupaca je predat proizvo|a~ima koji pored toga imaju i dodatno pove}anje dobitka usled izvoza
odre|enih koli~ina energije u drugu zonu. Dvostruko {rafirana povr{ina ( 1 ÷ 2 ) odgovara preraspodeljenom dobitku, tj. iznosu koji su izgubili kupci, a
dobili proizvo|a~i, a tamno obojena povr{ina odgovora dodatnom dobitku proizvo|a~a.
U zoni (grafik b) gde je do{lo do smanjenja cene zbog uvoza, deo dobitka proizvo|a~a je predat
kupcima koji su dodatno profitirali i od uvoza elektri~ne energije iz druge zone. Dvostruko {rafirana
povr{ina ( 1 ÷ 2 ) odgovara preraspodeljenom dobitku, tj. iznosu koji su izgubili proizvo|a~i, a dobili
kupci, a tamno obojena povr{ina odgovora dodatnom dobitku kupaca.
Posebno, kada dolazi do zagu{enja prenosnog
kapaciteta izme|u zona, javlja se i dobitak operatora prenosnih sistema koji je srazmeran razlici u cenama u obe zone (grafik v). I ovaj dobitak ulazi u
ukupnu dru{tvenu dobrobit jer su aktivnosti operatora prenosnih sistema po pravilu regulisane i sav dobitak se mora vratiti korisnicima mreè, tj. u~esnicima na trì{tu.
Kako je krajnji cilj liberalizacije trì{ta stvaranje
unutra{njeg trì{ta elektri~ne energije u EU, tj. trì{ta
bez granica gde koristi od jeftinije energije u jednom
delu Evrope treba da imaju svi potro{a~i u Evropi,
preovla|uju}e mi{ljenje u politi~kim, regulatornim i
poslovnim krugovima je da navedeni na~in spajanja
trì{ta zadovoljava sve kriterijume po pitanju dru{tvenog interesa navedene u poglavlju 1. Stoga je
spajanje trì{ta putem implicitnih aukcija prenosnih
kapaciteta i prihva}eno kao ciljni, krajnji model dan-unapred trì{ta elektri~ne energije za celu EU.
4. SPAJANJE TR@I[NIH REGIONA
CENTRALNOZAPADNE I
SEVERNE EVROPE
Od po~etka liberalizacije trì{ta elektri~ne energije u EU je do{lo do stvaranja ve}eg broja razli~itih organizacionih struktura s aspekta organizacije
dan-unapred trì{ta elektri~ne energije. Da bi se mogle opisati trenutne organizacione strukture, pret-
hodno je potrebno definisati pojmove kao {to su trì{ni regioni, trì{ne oblasti i cenovne zone.
Trì{na oblast je oblast koju pokriva jedna berza elektri~ne energije, tj. jedno pravno lice. Unutar
jedne trì{ne oblasti moè biti jedna ili vi{e cenovnih zona, tj. zona za koju je na osnovu ponude i potra`nje u toj zoni mogu}e odrediti jedinstvenu cenu.
Dve ili vi{e trì{nih oblasti mogu ~initi trì{ni region kada se trì{ne oblasti spoje preko nekog algoritma za spajanje (npr. onog opisanog u poglavlju 3).
Prethodnih godina u EU je stvoreno nekoliko
razli~itih organizacionih struktura po pitanju trì{nih
regiona, trì{nih oblasti i cenovnih zona.
U zemljama severne Evrope kao jednom trì{nom regionu stvorena je jedna trì{na oblast (koju
pokriva berza elektri~ne energije Nord Pul Spot –
Nord Pool Spot) sa vi{e cenovnih zona (po jedna zona za [vedsku i Finsku, dve zone za Dansku i tri ili
vi{e zona za Norve{ku). Nord Pul Spot odre|uje cene za svaku zonu i komercijalne tokove energije izme|u zona koriste}i optimizacioni postupak razdvajanja trì{ta (market splitting) kojim se maksimizira
dru{tvena dobrobit uz uvaàvanje niza ograni~enja.
To se radi za dan-unapred, za svaki sat u tom danu.
U trì{nom regionu centralnozapadne Evrope
(kako se zvani~no naziva ovaj region u okviru tzv.
regionalnih inicijativa za integraciju evropskog trì{ta elektri~ne energije) postoje tri trì{ne oblasti:
Belgija (koju pokriva berza Belpex), Holandija
(APX/ENDEX) i Francuska/Nema~ka (koju pokriva
Epexspot). U zajedni~koj francusko-nema~koj trì{noj oblasti postoje dve cenovne oblasti (Francuska
i Nema~ka). Ove tri trì{ne oblasti su spojene u trì{ni region preko algoritma za spajanje koji se sprovodi u zajedni~koj kompaniji EMCC. Sam algoritam se sli~no kao i kod Nord Pul Spota, zasniva na
maksimiziranju dru{tvene dobrobiti uz uvaàvanje
niza ograni~enja.
Na slici 4 data je struktura trì{nih i cenovnih
oblasti u zemljama zapadne Evrope i nordijskim zemljama.
U cilju ispunjenja zacrtanog modela dan-unapred trì{ta postavilo se pitanje na koji na~in je mogu}e spojiti vi{e razli~ito organizovanih trì{nih regiona, tj. spojiti trì{ni region centralnozapadne
Evrope sa trì{nim regionom severne Evrope [2].
U vezi s osnovnim trì{nim konceptom spojenih trì{ta otvorila su se dva pitanja.
Jedno od pitanja ticalo se hijerarhijskog modela
gde je bilo potrebno re{iti da li da se algoritam za
spajanje poveri nekoj novoj me|uregionalnoj organizaciji (multiregionalni pristup) uz zadràvanje postoje}ih odnosa i struktura u svakom od trì{nih regiona ili da se taj zadatak poveri jednoj od postoje}ih organizacija (npr. Nord Pul Spotu ili EMCC), {to
301
janje trì{ta, od kojih je ~etiri primenljivo u praksi.
cenovna zona (jedna cena)
1. Multiregionalno labavo spajanje
trì{na oblast (jedna berza)
NO2
NO3
po koli~ini – koristi se minimalni
skup podataka, izlaz iz algoritma
granica trì{nih regiona
za spajanje su neto komercijalni
tokovi izme|u trì{nih regiona.
BE
NL
NO1
SE
FI
2. Multiregionalno ~vrsto spajanje
po koli~ini – koristi se kompletan
su neto komercijalni tokovi izmeFR
DE
DK1
|u trì{nih regiona.
3.
Jednoregionalno ~vrsto spajanje
DK2
po koli~ini – koristi se kompletan
su neto tokovi izme|u trì{nih regiona, ali i neto komercijalni toSlika 4. Trì{ne i cenovne oblasti u dva trì{na regiona
kovi izme|u cenovnih zona unu(regionu severne Evrope i regionu centralnozapadne Evrope)
tar svakog od trì{nih regiona.
je zahtevalo i promenu u ve} uspostavljenim regio- 4. Jednoregionalno spajanje po ceni i koli~ini – konalnim strukturama (jednoregionalni pristup).
risti se kompletan skup podataka, izlaz iz algoritDrugo pitanje se odnosilo na izbor jednog od tri
ma su neto komercijalni tokovi izme|u trì{nih
mogu}a tipa spajanja trì{nih regiona:
regiona, neto komercijalni tokovi izme|u cenov1. spajanje po ceni i koli~ini (price coupling),
nih zona unutar trì{nih regiona, odnosno trì{nih
2. ~vrsto spajanje po koli~ini (tight volume couoblasti, kao i cene u svim zonama.
pling) i
Iako je o~igledno da je krajnji cilj i evropskog
3. labavo spajanje po koli~ini (loose volume cou- modela dan-unapred trì{ta jednoregionalno spajapling).
nje po ceni i koli~ini (price coupling), takva vrsta
Kod spajanja po ceni i koli~ini pomo}u algoritspajanja nije mogu}a iz komercijalnih, organizacioma za spajanje odre|uju se cene u svakoj zoni u oba
trì{na regiona, odabiraju se blok-ponude u svakoj nih, regulatornih i politi~kih razloga. Stoga je, kao
zoni i odre|uju se neto komercijalni tokovi energije kompromisno prelazno re{enje, izabrano multiregioizme|u svih zona (koji predstavljaju saldo razmene nalno ~vrsto spajanje po koli~ini. Ovo re{enje omoenergije izme|u dve zone gde su me|usobno kom- gu}ava da postoje}e, ve} ustaljene strukture trì{ta u
penzovani istovremeni komercijalni tokovi u oba zapadnoj i severnoj Evropi i dalje funkcioni{u na
smera). Spajanje po ceni i koli~ini zahteva da se kao postoje}i na~in, a da se istovremeno izvr{i maksiulaz u algoritam daju svi trì{ni podaci (tj. iz svih malno mogu}a integracija tih struktura kroz zajedcenovnih zona) i da se u potpunosti ugrade trì{na ni~ko kori{}enje svih trì{nih podataka.
pravila iz svih zona (npr. u vezi sa svim postoje}im
5. ZAKLJUÂK
vrstama blok-naloga).
Kod spajanja po koli~ini pomo}u algoritma za
spajanje odre|uju se samo neto komercijalni tokovi
Odabrani ciljni model dan-unapred trì{ta elekizme|u cenovnih zona, trì{nih oblasti ili izme|u tr- tri~ne energije u EU i Energetskoj zajednici je spaì{nih regiona, a cene u svakoj zoni/oblasti/regionu janje trì{ta elektri~ne energije po ceni i koli~ini.
i blok-ponude biraju se po pravilima lokalnih berza Ovakvo spajanje je mogu}e izvr{iti kori{}enjem alelektri~ne energije. Razlika izme|u ~vrstog i laba- goritma koji se zasniva na maksimizaciji ukupne
vog povezivanja je u obimu trì{nih podataka koji se dru{tvene dobrobiti. Uspe{no su razra|eni optimikoriste u algoritmu za spajanje. Kod ~vrstog spaja- zacioni postupci koji omogu}avaju spajanje trì{ta
nja koristi se isti skup podataka kao kod spajanja po elektri~ne energije sa razli~itim strukturama i razliceni i koli~ini (kompletni skup trì{nih podataka), ~itim produktima. Glavni problemi koji se jo{ moradok se kod labavog spajanja koristi minimalni skup ju re{iti odnose se na plan harmonizacije i promene
podataka nephodan za spajanje.
ve} uspostavljenih trì{nih struktura, kao i uspostaKombinacijom dva tipa hijerarhijskog modela i
vljanje regulatornog i politi~kog okvira za spajanje
tri vrste spajanja trì{ta dobija se {est opcija za spatrì{ta kao aktivnosti od op{teg interesa.
302
Neophodno je ubrzati pripreme za uspostavljanje berze elektri~ne energije u Srbiji da bi se doma}e trì{te elektri~ne energije moglo uspe{no i pravovremeno integrisati u unutra{nje trì{te EU. Odabrani koncept uspostavljanja berze u Srbiji treba da
je takav da omogu}i {to brè i jednostavnije spajanje doma}eg trì{ta sa trì{tima susednih i drugih
evropskih zemalja.
[2]
[3]
[4]
6. LITERATURA
[1]
S. Mijailovi}, Z. Vujasinovi}, M. Apostolovi},
PREGLED AKTUELNIH METODA ZA UPRAVLJANJE ZAGU[ENJIMA U PRENOSNOJ
MRE@I U EVROPI, Elektroprivreda, br. 1/2004,
str. 40–55.
[5]
E. Bridge, ANALYSIS OF COUPLING SOLUTIONS FOR THE CWE REGION AND THE NORDIC MARKET, final version, September 2009
H. J. Haubrich, TECHNICAL ISSUES REGARDING OPEN MARKET COUPLING–OMC, Aachen University, April 2006
M. Mladenovi}, N. Lap~evi}, V. Jankovi}, KONCEPCIJA USPOSTAVLJANJA BERZE ELEKTRI^NE ENERGIJE U SRBIJI, Elektroprivreda,
br. 3/2009, str. 103–115
V. Jankovi}, D. Stoj~evski, M. Mladenovi}, DECENTRALIZOVANE IMPLICITNE AUKCIJE
PREKOGRANI^NIH PRENOSNIH KAPACITETA, 29. Savetovanje CIGRE Srbija, R C5-12, 2009
Dora|en rad STK C5–12 30. savetovanje CIGRE Sbija je primljen u uredni{tvo 26. 07. 2011. godine
Vladimir M. Jankovi} ro|en je 1964. u â~ku. Na Energetskom odseku Elektrotehni~kog fakulteta u Beogradu diplomirao je 1991. Tokom studija proveo je 12 meseci na studentskoj praksi u kompaniji ABB Power Systems u [vedskoj (1988–1989). Od 1991. bio je zaposlen u Elektroprivredi Srbije u Direkciji za upravljanje elektroenergetskim sistemom, gde je
radio na poslovima operativnog dispe~era (1991–1994), inènjera za analizu stati~ke sigurnosti elektroenergetskog sistema (1994–2001) i pomo}nika direktora direkcije za deregulaciju trì{ta elektri~ne energije (2001–2005). Magistrirao na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu na Smeru za elektroenergetske mreè i sisteme 2001. sa temom Stati~ki pristup analizi naponske stabilnosti u elektroenergetskim sistemima. Kao ~lan niza radnih grupa i projektnih timova aktivno je u~estvovao u izradi i prakti~noj primeni koncepcije liberalizacije trì{ta elektri~ne energije u Srbiji i u regionu Jugoisto~ne Evrope. Od 2005. radi u JP Elektromreà Srbije, gde obavlja du`nost direktora Direkcije za poslove trì{ta elektri~ne energije. Objavio je preko 30 radova na doma}im i me|unarodnim konferencijama.
Milo{ B. Mladenovi} ro|en je 1968. u Beogradu. Zavr{io je ET[ „Nikola Tesla”, a 1995.
godine diplomirao na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu, Odsek elektroenergetski sistemi. Od 1998. radi u JP EPS, a zatim u JP EMS kao dispe~er NDC na poslovima upravljanja
elektroenergetskim sistemom, od 2006. kao rukovodilac slu`be za razvoj trì{ta elektri~ne
energije, od 2008. kao pomo}nik generalnog direktora za upravljanje i trì{te, a od 2010. kao
izvr{ni direktor za upravljanje i trì{te. Kao predstavnik JP EPS, a kasnije JP EMS u SETSO
TF i Atinskom forumu, od 2004. godine aktivno u~estvuje na poslovima vezanim za implementaciju regionalnog trì{ta elektri~ne energije, a trenutno je predstavnik JP EMS u Komitetu za trì{te
ENTSO-E i predsednik ENTSO-E regionalne grupe za trì{te Jugoisto~ne Evrope. Koautor je vi{e zapaènih radova na nacionalnim CIGRE savetovanjima.
Dejan S. Stoj~evski ro|en je 1967. u Beogradu. Diplomirao je 1994. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu, Odsek elektroenergetski sistemi. Od 1996. do 2005. godine
radio je u Elektroenergetskom koordinacionom centru kao inènjer na poslovima koordinacije rada interkonekcije Druge UCTE sinhrone zone, analizama sigurnosti elektroenergetskog sistema, kvalitetu rada primarne i sekundarne regulacije, energetskim obra~unima i
pravljenju dnevnih planova rada prekograni~ne razmene elektri~ne energije. Od 2005. godine zaposlen je u JP Elektromreà Srbije, gde trenutno obavlja du`nost rukovodioca Sektora
za razvoj i administraciju trì{ta elektri~ne energije.
Mini} S. Sa{a i ostali: Specifi~nosti analize mogu}nosti priklju~enja vetroparkova na distributivnu mreù
303
Specifi~nosti analize mogu}nosti
priklju~enja vetroparkova
na distributivnu mreù
Sa{a S. Mini}, Maja R. Markovi}, Milan V. Ivanovi}
Elektrotehni~ki institut „Nikola Tesla”, Univerzitet u Beogradu, Koste Glavini}a 8a, 11 000 Beograd, Srbija
Stru~ni rad
UDK: 621.311.245; 621.548; 62–854; 551.556.3
Rezime
U radu su prikazane osnovne specifi~nosti analize mogu}nosti priklju~enja vetroparkova snage do
10 MW na distributivnu mreù. Analizirane su mogu}nosti priklju~enja s aspekta primene postoje}e Tehni~ke preporuke br. 16 Direkcije za distribuciju Elektroprivrede Srbije i izmenjene Tehni~ke preporuke br. 16,
~ije su usvajanje o~ekuje, a koja je uskla|ena s primenom tehnolo{ki unapre|enih vetrogeneratora i savremenim evropskim standardima vezanim za kvalitet elektri~ne energije vetrogeneratora povezanih na mreù.
Prezentirani su i analizirani efekti na distributivnu mreù u pogledu naponskih prilika u kriti~nim stanjima
i gubitaka u distributivnoj mreì u slu~aju priklju~enja vetroparka na dva razli~ita na~ina, u zavisnosti od
toga da li se primenjuju stari ili novi kriterijumi.
Klju~ne re~i: distributivna mreà, vetropark, priklju~enje
SPECIFIC CHARACTERISTICS OF WIND FARM CONNECTION POTENTIAL ANALYSIS TO THE DISTRIBUTION NETWORK
Abstract
This paper presents the basic characteristics of analysis of wind farm (up to 10 MW capacity) connection potentials to the distribution network. Connection potentials are analyzed on the basis of the existing
Technical Recommendation No. 16 developed by the Electricity Distribution Department of the Electric
Power Industry of Serbia, and the updated Technical Recommendation No. 16 to be adopted in the near future. This Recommendation is harmonized with the technological developments in this area and the current
European standards regarding power quality characteristics of grids connected to wind turbines. Distribution network effects are presented and analyzed, especially considering critical network states, voltage conditions and network losses, for two wind farm connection types at the same location, depending on the applied criteria.
Key words: distribution network, wind farm, connection
1. UVOD
Me|u obnovljivim izvorima elektri~ne energije
specifi~ne su vetroelektrane. Posle skoro 100 godina
u kojima je zna~aj vetra kao izvora energije opao, u
prvim godinama XXI veka, zahvaljuju}i napretku
tehnologije konverzije energije, ovaj ~isti izvor energije u ekolo{kom smislu dobija sve ve}i zna~aj. Do
sredine 2010. godine, prema Svetskom udruènju za
energiju vetra (World Wind Energy Association),
304
ukupna instalisana snaga vetrogeneratora na svetu
iznosila je 175 000 MW, {to je za oko 16 000 MW
vi{e nego na kraju 2009. godine, a ukupna proizvodnja u toku 2009. godine procenjena je na 340 miliona MWh [1]. Pet najve}ih proizvo|a~a elektri~ne
energije iz vetroparkova u 2009. godini (SAD sa
22,1 %, Kina sa 16,3 %, Nema~ka sa 16,2 %, [panija sa 11,5 % i Indija sa 6 %) zauzimali su oko 73 %
ukupnog svetskog instalisanog kapaciteta u proizvodnji elektri~ne energije i vetra.
Dakle, zna~aj vetra kao izvora energije postaje
sve ve}i i u svetu, a i u Evropi. U Srbiji je proizvodnja elektri~ne energije iz vetroparkova na samom
po~etku, delimi~no i zbog regulative koja nije bila
prilago|ena tehnolo{kom napretku u ovoj oblasti, i
ne do kraja definisanih i razra|enih procedura za budu}e proizvo|a~e elektri~ne energije iz energije vetra. Naravno, poseban zna~aj za budu}u ekspanziju
proizvodnje elektri~ne energije iz energije vetra ima
i povla{}ena cena od 9,5 c€/kWh za period od 12
godina, definisana uredbom [2] Vlade Republike Srbije.
U ovom radu }e se analizirati specifi~ne mogu}nosti priklju~enja na distributivnu mreù elektrana na vetar snage do 10 MW. Analiza }e biti izvr{ena s aspekta postoje}ih uslova priklju~enja u okviru
Tehni~ke preporuke br. 16 Direkcije za distribuciju
Elektroprivrede Srbije (EPS) [3], kao i s aspekta izmenjene Tehni~ke preporuke br. 16, ~ije su usvajanje o~ekuje, a koja je uskla|ena sa primenom tehnolo{ki unapre|enih vetrogeneratora i savremenim
evropskim standardima vezanim za kvalitet elektri~ne energije vetrogeneratora povezanih na mreù [4].
Predmet analize bi}e svi kriterijumi osim kriterijuma dozvoljenih struja vi{ih harmonika.
Vetroparkovi priklju~eni na distributivnu mreù
mogu razli~ito uticati na funkcionisanje ove mreè.
U radu }e biti sagledan uticaj na dva realna primera
sa zna~ajnim razlikama u pogledu uticaja na gubitke
u distributivnoj mreì. Tako|e }e se prezentirati metodologija analize uticaja vetroparka na naponske
prilike u distrubituvnoj mreì u stacionarnim reìmima.
2. TEHNI^KI USLOVI ZA PRIKLJUÊNJE
VETROPARKA NA DISTRIBUTIVNU
MRE@U I POSLEDICE
NJIHOVE PRIMENE
Osnovni tehni~ki uslovi za priklju~enje malih
elektrana, pa i vetroparkova, na distributivnu mreù
definisani su Tehni~kim preporukama Direkcije za
distribuciju EPS [3] i Pravilima o radu distributivnog sistema [5]. Kriterijumi za priklju~enje vetroparka na distributivnu mreù su:
– kriterijum dozvoljene snage male elektrane (ta~ka
5.4),
– kriterijum flikera (ta~ka 5.5),
– kriterijum dozvoljenih struja vi{ih harmonika (ta~ka 5.6) i
– kriterijum snage kratkog spoja (ta~ka 5.7).
Kriterijum flikera i dozvoljenih struja vi{ih harmonika moè se proveriti samo za konkretan vetrogenerator na osnovu parametara koje daje proizvo|a~, odnosno ovla{}ena nezavisna institucija, posebno za svaki generator i elektranu kao celinu, na
osnovu atesta o tipskom ispitivanju male elektrane
koja ima iste ili sli~ne karakteristike kao mala elektrana koja se gradi. Nakon zavr{ene gradnje vetroparka i priklju~enja na distributivni sistem merenjem mora da se potvrdi vrednost parametara na
osnovu kojih su izvr{ene provere uslova priklju~enja. Analiza unapre|enja kriterijuma dozvoljenih
struja vi{ih harmonika ne}e biti predmet ovog rada.
Za neke druge tipove obnovljivih izvora energije (npr. za male hidroelektrane) ne proveravaju se
drugi i tre}i uslov. To je posledica ~injenice da vetroparkovi rade intermitentno, ~ime prouzrokuju povremene periodi~ne propade napona (flikere), a s
druge strane, odre|eni tipovi vetrogeneratora prouzrokuju zna~ajno utiskivanje struja vi{ih harmonika
u mreù.
2.1. Kriterijum snage kratkog spoja
Imaju}i u vidu navedene ~injenice, osnov za
proveru tehni~kih uslova za priklju~enje malih elektrana je provera kriterijuma dozvoljene snage male
elektrane. Ovaj kriterijum garantuje da, u prelaznim
reìmima, promena napona na mestu priklju~enja na
mreù elektrodistribucije (ED) ne}e prekora~iti
vrednost Δum = 2 %. Mala elektrana moè da se priklju~i na mreù ED po kriterijumu dozvoljene snage
ako je ispunjen slede}i uslov:
S NGM ≤
S ks
50 ⋅ k
(1)
gde je:
SNGM – najve}a vrednost jedini~ne snage generatora
u maloj elektrani, odnosno ukupna snaga vi{e generatora ako se jednovremeno priklju~uju na mreù, u MVA
Sks – stvarna vrednost snage trofaznog kratkog spoja na mestu priklju~enja na mreù, u MVA
k = Ip/In – koeficijent odre|en koli~nikom maksimalne polazne struje Ip (struje uklju~enja)
i nazna~ene struje generatora In, i ima
vrednosti:
k = 1 za sinhrone generatore i invertore
k = 2 za asinhrone generatore
k = 8 kada nije poznat podatak o polaznoj struji Ip.
Kod malih elektrana sa vi{e generatora priklju~enje narednog generatora na mreù ED sme da se
izvede najmanje dva minuta posle priklju~enja prethodnog generatora. U suprotnom, ove generatore
treba tretirati kao da se priklju~uju jednovremeno.
Prema [3], navodi se jo{ jedan kriterijum za (jednovremeno) priklju~enje male elektrane na mreù ED:
S NGM ≤
S ks
50 ⋅ k
(2)
gde je sa SMEL ozna~ena ukupna instalisana snaga
svih generatora u maloj elektrani.
Mogu}nosti za priklju~enje malih elektrana na
distributivnu mreù obi~no se analiziraju pod pretpostavkom da u razmatranoj maloj elektrani postoji
mogu}nost pojedina~nog priklju~enja generatora na
mreù ED. Stoga se kriterijum (2) obi~no ne razmatra, po{to je znatno stroì od kriterijuma (1).
Posledice primene postavljenog kriterijuma
mogu se sagledati ukoliko se analiziraju najpovoljniji (ali uobi~ajeni) slu~ajevi s gledi{ta veli~ine snage kratkog spoja primenjene na sinhroni vetrogenerator (k = 1).
Maksimalna vrednost struje kratkog spoja mreè
110 kV je oko 24 kA, {to zna~i da je snaga kratkog
spoja oko 5 000 MVA (na ovu vrednost se maksimalno dimenzioni{e oprema 110 kV u transformatorskoj
stanici (TS) 110/X kV/kV na podru~ju Srbije).
– Ukoliko bi se vetropark priklju~io na sabirnice
35 kV u TS 110/35 kV/kV sa dva transformatora snage 31,5 MVA (mada se pri prora~unu ra~una sa jednim transformatorom), maksimalna snaga jednog
agregata iznosi ne{to vi{e od 5,8 MVA. Ukoliko bi
struja kratkog spoja odgovarala najniìm vrednostima u mreì Srbije (oko 3 kA), maksimalna snaga
agregata koji se moè priklju~iti je oko 4,3 MVA, a
ukoliko bi za tu snagu kratkog spoja instalisan bio bar
jedan transformator 110/35 kV/kV snage 20 MVA,
maksimalna snaga bi pala na oko 3,15 MVA.
– Po{to su vetroparkovi locirani na vangradskim
podru~jima, mogu} je priklju~ak i na vod 35 kV,
bilo u nekoj TS 35/10 kV/kV na 35 kV strani, bilo na postoje}e, bilo na novoformirano razvodno
postrojenje (RP) 35 kV. Obi~no se TS ili RP 35 kV
napajaju nadzemnim vodom 35 kV. Naj~e{}i presek u distributivnim mreàma Srbije je Al~e 95
mm2, a prvi kilometar ovog voda smanjuje jedini~nu snagu agregata koju je mogu}e priklju~iti za
oko 140 kVA. Deseti kilometar voda smanjuje
snagu na oko 3,1 MVA u najpovoljnijem slu~aju
(IKS = 24 kA, SnomTR = 31,5 MVA).
– Najve}u redukciju snage unosi transformator
35/10 kV/kV. Na primer, transformator snage 8 MVA
305
u analiziranom slu~aju obara maksimalnu snagu vetrogeneratora na svega 1,5 MVA, a ukoliko je napojni vod duga~ak samo 1 km, na oko 1,9 MVA. Uobi~ajene snage agregata koje su ekonomi~ne za primenu na podru~ju Srbije kre}u se od 1,5 do 3 MVA, pa
je jasno da se te{ko moè o~ekivati mogu}nost priklju~enja ovih agregata na mreù srednjeg napona,
a da to zadovoljava postavljeni kriterijum. Naime,
ukoliko je mesto priklju~enja svega jedan kilometar
du` voda Al~e 50 mm2 udaljeno od TS 35/10 kV/kV
sa transformatorima snage 8 MVA, a koja se napaja vodom duìne 1 km, jedini~na snaga agregata
koji se moè priklju~iti pada na svega 1,3 MVA.
Uobi~ajeni uslovi u mreì su zna~ajno lo{iji od
analiziranih, pa se pod uslovima definisanim kriterijumom 5.4 u okviru [3] ne moè o~ekivati da vetropark ekonomski prilago|en vetru u na{im uslovima,
zadovolji uslove priklju~enja na mreù 10 kV, a ~esto ni na mreù 35 kV.
S druge strane, tehnolo{ki napredak omogu}io
je primenu indukcionih generatora kao vetrogeneratora, koji su na mreù vezani preko AC-DC-AC
konvertora (generatori sa punom konverzijom), ~ime su varijacije napona pri uklju~enju minimizirane. Vi{e o mogu}nostima ovakvih vrsta generatora
dato je u [6].
Naime, predstavljeni kriterijum dozvoljene snage male elektrane vezan je za ograni~enje napona u
toku prelaznog procesa uklju~enja elektrane, kao
posledica procesa sinhronizacije elektrane na mreù.
Ra~una se da se tokom priklju~enja elektrana povezuje sa mreòm dok jo{ postoji odstupanje frekvencije, napona i faznog ugla generatora od vrednosti
koje diktira mreà na mestu priklju~enja. Kada se na
mreù priklju~uju vetrogeneratori sa punom konverzijom, nema direktnog kontakta generatora sa mreòm, ve} se vr{i najpre AC/DC konverzija, a zatim
DC/AC konverzija uz dva regulatora koji upravljaju
celim procesom i minimiziraju polaznu struju (tzv.
IGBT PWM konvertori – insulated gate bipolar
transistors pulse-width modulated converters – [6]).
Zbog navedenog slu~aja, standard IEC 61400-21
[4] defini{e maksimalnu o~ekivanu promenu napona
na mestu priklju~enja zbog pokretanja vetrogeneratora kao:
d max = 100 ⋅
ΔU max
S
= 100 ⋅ ku (ψ k )⋅ nom
Un
Sk
(3)
iz koje se jednostavno prelazi u formulu (1) definisana u [3].
U formuli je ku definisan kao faktor promene
napona (voltage change factor) koji odgovara faktoru k u [3], a zavisi od vrednosti faznog ugla impedanse kratkog spoja koju „vidi” generator na mestu
priklju~enja. Ostale veli~ine u formuli su:
306
dmax– maksimalna o~ekivana promena napona na
mestu priklju~enja zbog pokretanja vetrogeneratora, u %,
ΔUmax – maksimalna o~ekivana promena napona na
mestu priklju~enja zbog pokretanja vetrogeneratora, u kV
Unom – nominalna vrednost napona mreè u ta~ki
priklju~enja, u kV
Sk – vrednost snage trofaznog kratkog spoja na mestu priklju~enja na mreù ED, u MVA
Snom – vrednost snage generatora u maloj elektrani
koja se jednovremeno priklju~uje na mreù
ED, u MVA
k – ugao impedanse kratkog spoja u ta~ki priklju~enja, u °:
⎛ X ks ⎞
⎟
⎝ Rks ⎠
ψkk = arg (Z ks ) = arctan ⎜
(4)
Zks – kompleksna vrednost impedanse kratkog spoja
u ta~ki priklju~enja svedena na nominalni napon mreè u ta~ki priklju~enja, u Ω,
Xks – reaktantska kratkog spoja u ta~ki priklju~enja
svedena na nominalni napon mreè u ta~ki priklju~enja, u Ω,
Rks – rezistansa kratkog spoja u ta~ki priklju~enja
svedena na nominalni napon mreè u ta~ki priklju~enja, u Ω.
Jasno je da je, ukoliko se defini{e vrednost
maksimalne dozvoljene promene napona na mestu
priklju~enja vetrogeneratora, mogu}e jednostavno
do}i do maksimalne dozvoljene snage vetrogeneratora koju je jednovremeno mogu}e priklju~iti na
mreù. Standard [4] defini{u uslovi pod kojima se
obavlja „laboratorijsko” merenje faktora promene
napona ku(ψk) i vrednosti ugla ψk za koje se odre|uje ova vrednost. Dakle, ra~una se na ~injenicu da se
vrednosti ku(ψk) ne}e usvajati za unapred definisane
generatore (kao u [3]) ve} }e se merenjem odrediti
pod unapred definisanim uslovima, a zatim }e se izmerene vrednosti koristiti za analize mogu}nosti
priklju~enja u realnim uslovima u mreì.
Posledice izmene kriterijuma mogu se sagledati ukoliko se analiziraju navedeni slu~ajevi, s gledi{ta veli~ine snage kratkog spoja i parametara mreè.
Pritom su za analizu usvojene procenjene vrednosti
parametara (koje idu na stranu sigurnosti) za generator snage 3 MVA (slika 1).
– Vetrogenerator jedini~ne snage 10 MVA sa karakteristikama prikazanim na slici 1 mogao bi se priklju~iti na sabirnice 35 kV bilo koje TS 110/35 kV/kV.
U najnepovoljnijem slu~aju priklju~enja na sabirnice TS 110/35 kV/kV sa instalisanih 1x20 MVA i
strujom kratkog spoja na 110 kV strani od 3 kA,
dmax dostiglo bi vrednost 1,7 %, {to je manje od
2 %.
– Vod 35 kV preseka Al~e 95 mm2 duìne 10 km
ograni~ava jedini~nu snagu generatora sa karakteristikama kao na slici 1 na oko 5 MVA.
– Najve}u redukciju snage unosi transformator
35/10 kV/kV. Na primer, transformator snage
8 MVA u analiziranom slu~aju obara maksimalnu
snagu vetrogeneratora na 3,3 MVA, a ukoliko je
napojni vod duga~ak samo 1 km, na oko 5,7 MVA.
Ukoliko je mesto priklju~enja jedan kilometar du`
voda Al~e 50 mm2 udaljeno od TS 35/10 kV/kV sa
transformatorima snage 8 MVA, a koja se napaja
vodom 35 kV duìne 1 km, jedini~na snaga agregata koji se moè priklju~iti pada na 4,1 MVA.
Usvajanje novog kriterijuma dozvoljene snage
za analizu mogu}nosti priklju~enja vetroparka, u
okviru izmenjene Tehni~ke preporuke br. 16, obezbe|uje priklju~enje zna~ajno ve}ih jedini~nih snaga.
U odre|enom broju slu~ajeva to }e zna~iti i mogu}Tabela 1.
Prikaz procenjenih vrednosti elektri~nih karakteristika i performansi vetrogeneratora
Ugao faze mre`nog impedansa, ψk (°)
Godi{nji prosek brzine vetra, va (m/s)
30 °
va = 6,0 m/s
va = 7,5 m/s
va = 8,5 m/s
va = 10,0 m/s
3
3
3
3
Slu~aj prebacivanja poslovanja
Maksimalan broj prebacivanja, N100m
Maksimalan broj prebacivanja, N120m
Ugao faze mre`nog impedansa, ψk (°)
Korak faktora treperenja, ki(ψk)
Promena faktora napona, ku(ψk)
50 °
70 °
Koeficijent treperenja, c (ψk, va)
3
3
3
3
3
3
3
3
85 °
3
3
3
3
Po~etak pri nominalnoj ili ve}oj brzini vetra
3
35
30 °
0,4
1,1
50 °
0,35
0,85
70 °
0,3
0,5
85 °
0,25
0,25
nost priklju~enja vetroparkova na mreù srednjeg
napona ukoliko je ona u blizini vetroparka i relativno je blizu napojne TS 35/10 kV/kV. Za sve uobi~ajene situacije u mreì 35 kV, vetropark sa uobi~ajenom snagom jedini~nih agregata (1,5 – 3 MVA) bi}e mogu}e priklju~iti na najbliù ta~ku u mreì
35 kV, {to primenom do sada vaè}eg kriterijuma nije uvek bilo mogu}e. Osnovni kriterijum koji ograni~ava priklju~enje vetroparka ne}e vi{e biti ograni~enje varijacije napona u prelaznom, ve}, verovatno,
naponske prilike u stacionarnim reìmima (pre svega pri minimalnom optere}enju mreè i maksimalnom angaòvanju vetroparka).
2.2. Uticaj tehnolo{ki unapre|enih
vetrogeneratora na zadovoljenje
kriterijuma flikera
Zbog intermitentnog rada pojava flikera moè
biti veliki problem kod rada vetrogeneratora. Kriterijum flikera ocenjuje se pomo}u faktora smetnji (Alt)
male elektrane, izazvanih flikerom dugog trajanja
(preko dva sata). Mala elektrana sa n generatora
ukupne instalisane snage: Smel = ΣSn moè da se priklju~i na distributivni sistem ako je ispunjen uslov:
3
3
⎛
S ⎞ ⎛ c f 1 S mel ⎞
,
Alt = ⎜ c fmel ⋅ mel ⎟ = ⎜
⋅
⎟ ≤ 0.1
Sk ⎠ ⎝ n S k ⎠
⎝
odnosno:
Plt = c fmel ⋅
Smel
,
≤ 0.46
Sk
(5)
(6)
gde je:
Alt – dugotrajni faktor smetnji prouzrokovaih flikerima,
Plt – dugotrajni faktor brojnosti (emisije) flikera,
n – broj generatora u maloj elektrani,
cfmel – koeficijent flikera male elektrane sa „n” generatora,
cf1 – koeficijent flikera male elektrane s jednim generatorom,
Sk – vrednost snage trofaznog kratkog spoja na mestu priklju~enja na mreù, u MVA
Smel – ukupna instalisana snaga u maloj elektrani, u
MVA,
Sn – snaga pojedina~nog generatora u maloj elektrani, u MVA.
Koeficijent flikera cf ozna~ava osobinu male
elektrane da proizvodi flikere. Vrednost koeficijenta
flikera cf daje proizvo|a~, odnosno ovla{}ena nezavisna institucija, posebno za svaki generator i elektranu kao celinu, na osnovu atesta o tipskom ispitivanju male elektrane koja ima iste ili sli~ne karakteristike kao mala elektrana koja se gradi. Nakon zavr{ene gradnje male elektrane i priklju~enja na di-
307
stributivni sistem merenjem mora da se potvrdi da
koeficijenti flikera cf1 (pojedina~no za svaki generator) i cfmel (za celu malu elektranu) ne prelaze vrednosti koje su garantovane atestom o ispitivanju.
Ovakav na~in provere kriterijuma bio je definisan u
okviru [3].
Da bi se dodatno proverili flikeri u izmenjenim
preporukama (na osnovu nema~kih preporuka [7]),
dugotrajni faktor brojnosti flikera potrebno je prora~unati i na slede}i na~in:
,
0.31
, ⎞
3.2
8 ⎛ n
(7)
,
Plt = ⋅ ⎜ ∑ N 120,i ⋅ (k f ,i ⋅ S n ,i ) ⎟ ≤ 0.46
S k ⎝ i =1
⎠
gde je:
Sk – vrednost snage trofaznog kratkog spoja na mestu priklju~enja na mreù, u MVA,
n – broj generatora u maloj elektrani,
kf,i – koeficijent flikera (u zavisnosti od vrednosti
faznog ugla impedanse kratkog spoja koju „vidi” generator na mestu priklju~enja, u °) koji
daje proizvo|a~ vetrogeneratora,
N120,i – maksimalni broj sklopnih operacija koje se
mogu izvr{iti na jedinici i tokom perioda od
120 min,
Sn,i – nazivna snaga i-tog generatora, u MVA.
Pokazuje se, me|utim, da savremeni vetrogeneratori u kojima su indukcioni generatori preko
AC/DC/AC konvertora vezani na mreù, uglavnom
bez problema zadovoljavaju uslove flikera. Za konkretni generator ~ije su procenjene vrednosti (ina~e,
zna~ajno ve}e od realnih) prikazane na slici 1, za
kriti~an slu~aj priklju~ka generatora snage 3,1 MVA
(na 10 kV vod preseka Al~e 50 mm2, na rastojanju
1 km od napojne TS 35/10 kV/kV sa transformatorom 1 x 8 MVA koja se napaja iz TS 110/35 kV/kV
1 x 20 MVA vodom 35 kV preseka Al~e 95 mm2 i
duìne 10 km) vrednost dugotrajnog faktora brojnosti flikera je 0,344 na osnovu jedna~ine (6). Me|utim, primena formule (7) zadovoljavaju}u vrednost
od 0,46 daje tek za tri generatora snage 2,4 MVA, ili
~etiri generatora snage 2,2 MVA.
U realnim situacijama, kada se priklju~ak jedinica ove snage planira na mreù 35 kV (jer vod Al~e
50 mm2 nema kapacitet za prenos snage nijednog
generatora snage –3 MVA), obe provere za tri jedinice snage 3 MVA daju zadovoljavaju}e rezultate.
Ipak, moè se zaklju~iti da kriterijum flikera u
analiziranoj situaciji predstavlja faktor ograni~enja
za snagu koja se moè priklju~iti na mreù.
2.3. Kriterijum snage kratkog spoja
Zbog priklju~enja male elektrane (pa i vetroparka) snage do 10 MW na distributivnu mreù ne sme
do}i do pove}anja struje kratkog spoja iznad vred-
308
nosti za koje je dimenzionisana oprema u postrojenjima 10, 20, 35 i 110 kV. înjenica da su vetroparkovi locirani u vangradskim zonama i da se priklju~uju na mreù u objektima koji se napajaju relativno
dugim vodovima 35, 20 ili 10 kV umnogome relaksira ograni~enja koja name}e ovaj kriterijum. U realnim situacijama u kojima je proverena mogu}nost
priklju~enja vetroparkova snage do 10 MW na elektrodistributivnu mreù 35 kV, snaga kratkog spoja u
TS 35/10 kV/kV na strani 35 kV bila je manja od
150 MVA, {to je zna~ajno manje od vrednosti
750 MVA za koju se oprema projektuje. Doprinos
pove}anju snage kratkog spoja savremenih vetrogeneratora ~ija je ukupna snaga do 10 MW, a priklju~uju se na mreù na lokaciji vetroparka kre}e se do
30 MVA (zbog ograni~enja polazne struje koju name}u konvertori, suptranzijentna reaktansa ovih generatora ima zna~ajno ve}u vrednost). Ukoliko bi se
usvojila i kriti~no niska vrednost suptranzijentne reaktanse vetrogeneratora od 10 %, doprinos pove}anju snage kratkog spoja je manji od 100 MVA, {to u
realnim slu~ajevima ne bi trebalo da bude problem
pri priklju~enju na mreù 35 kV.
U realnim analiziranim slu~ajevima priklju~enja
doprinos vetroparkova snage oko 9 MVA pove}anju
snage kratkog spoja na 35 kV strani TS 35/10 kV/kV
koje su u blizini mesta priklju~enja (ili predstavljaju
mesto priklju~enja) iznosio je svega oko 20 MVA i
ni na koji na~in ne ugroàva postoje}u opremu.
3. FUNKCIONISANJE VETROGENERATORA U USTALJENIM RADNIM STANJIMA
3.1. Kriterijum varijacije napona
u stacionarnom reìmu
Prema preporuci [3], u stacionarnom stanju, najve}e dozvoljeno odstupanje napona na mestu priklju~enja u odnosu na nazivne napone generatora u mini
elektrani (ME) iznosi ΔUm = ±5 % ako se ME priklju~uje na mreù srednjeg napona (SN), odnosno
ΔUm = ±5% – 10 % ako se ME priklju~uje na mreù
niskog napona (NN). Provera ovog kriterijuma nije
jednostavna jer nisu definisani uslovi stacionarnog
stanja, a provera se vezuje za nazivne napone generatora u ME.
Da bi se prevazi{li problemi vezani za proveru
ovog kriterijuma, u izmenjenoj preporuci [3] definisan je opseg dozvoljenih vrednosti napona u stacionarnom reìmu na mestu priklju~enja elektrane za
bilo koji reìm njenog rada. Ovaj opseg je vezan za
naponska ograni~enja pri planiranju mreà definisana u okviru [5] i dat je u narednoj tabeli.
Naravno, funkcionisanje mreè u stacionarnom
reìmu zavisi od napona na pragu distributivne mreè (npr. na 35 kV strani u napojnoj TS 110/35 kV),
koji moè varirati u relativno {irokom opsegu i nivoa i rasporeda optere}enja. Primereno je analizirati varijacije napona u napojnoj ta~ki u razumnim
granicama jer nije mogu}e o~ekivati da se bilo koji
vetropark prilagodi varijacijama napona u ovoj ta~ki u naj{irim mogu}im granicama (npr. u opsegu
31,5–38 kV). S druge strane, vetropark se u pogledu
napona mora prilagoditi svim nivoima optere}enja u
mreì. Iz tog razloga za proveru kriterijuma u izmenjenoj preporuci za priklju~ak elektrane na mreù 35 kV
analizirana su dva stanja: 1) stanje sa minimalnim
optere}enjem, naponom 36 kV na pragu distributivne mreè i maksimalnim angaòvanjem elektrane,
2) stanje sa maksimalnim optere}enjem, naponom
35 kV na pragu distributivne mreè i neangaòvanom elektranom.
Zahvaljuju}i unapre|enom na~inu sistematizacije podloga opisanom u [8], danas je mogu}e brzo
proveriti funkcionisanje mreè u oba stanja u svim
distributivnim preduze}ima u Srbiji. Ukoliko se u
oba stanja u svim ta~kama mreè dobiju naponi u
granicama definisanim tabelom I, pri ~emu je mogu}e koristiti i dispe~erske akcije (sezonsku promenu
prenosnog odnosa transformatora, ili sezonsko isklju~enje neoptere}enih transformatora), smatra se
da vetropark zadovoljava uslove rada u stacionarnom reìmu.
3.2. Uticaj rada vetroparka na gubitke
u distributivnoj mreì
Ne moè se doneti generalni zaklju~ak o uticaju rada vetroparka na gubitke u distributivnoj mreì
Tabela 2.
Naponska ograni~enja pri planiranju mreà
Nominalni napon ~vori{ta
110 kV
35 kV
20 kV
10 kV
Minimalni napon u normalnom
radnom reìmu
99 kV
31,5 kV
19 kV
9,5 kV
Minimalni napon u havarijskom radnom reìmu
99 kV
31,5 kV
18 kV
9 kV
Maksimalni napon u normalnom radnom reìmu
121 kV
38 kV
21,4 kV
10,7 kV
jer gubici zavise od dispozicije optere}enja u odre|enom trenutku, naponskih prilika na pragu distributivne mreè, konfiguracije mreè na koju funkcionisanje vetroparka moè da uti~e, poloàja vetroparka u mreì i naravno proizvodnje vetroparka u
odre|enom trenutku. Dosada{nja iskustva ukazuju
na to da se pre moè o~ekivati pove}anje nego smanjenje gubitaka iz nekoliko razloga. Ekonomi~nije
je graditi vetroparkove snaga pribli`nijih maksimalnim i u zonama u kojima vetar omogu}uje rad u reìmu maksimalnog generisanja u {to duèm periodu.
S druge strane, vetroparkovi su obi~no locirani u nenaseljenim zonama, odnosno u zonama sa malom
gustinom optere}enja, a i malim ukupnim konzumom, pa se naj~e{}e moè o~ekivati da elektrana
vra}a snagu do napojne ta~ke za distributivnu mreù, nego da smanji tokove snaga po napojnim vodovima.
Na primeru elektrane u zoni Podunavlja u Srbiji, snage od oko 9 MW, pokazuje se, me|utim, da
uticaj moè biti i pozitivan. Me|utim, taj uticaj zavisi od na~ina priklju~enja (pravca plasmana snage),
koji je uslovljen kriterijumima koji }e biti primenjeni za priklju~enje (postoje}im ili izmenjenim). Naime, u slu~aju da se primene postoje}i kriterijumi,
mogu}e je priklju~iti vetropark sa jedini~nom snagom generatora od 1,8 MW, pri ~emu vetropark koji se sastoji od pet generatora snagu treba da plasira
u pravcu jedne TS 110/35 kV/kV. Na ovaj na~in gubici u mreì bi se u maksimalnom reìmu smanjili za
oko 100 kW.
U slu~aju primene izmenjenih kriterijuma, jedini~na snaga generatora u okviru vetroparka moè da
bude i ve}a (usvojene su ~etiri jedinice snage
2,3 MW), pri ~emu se snaga plasira u pravcu druge
napojne TS 110/35 kV/kV. U drugom slu~aju gubici
u maksimalnom reìmu smanjuju se za skoro
600 kW u maksimalnom reìmu. Ukoliko bi ekvivalentno vreme trajanja angaòvanja maksimalne snage vetroparka bilo oko 2 000 sati (za male vetroparkove bi trebalo da bude i ve}e da bi bili ekonomi~ni
za izgradnju), o~ekivana u{teda u nabavci elektri~ne
energije bila bi godi{nje ve}a od 15 000 evra. Dakle,
izmenjeni kriterijumi pruàju fleksibilnost u izboru
na~ina priklju~enja koja omogu}uje izbor re{enja
koja najvi{e odgovaraju radu distributivne mreè u
stacionarnom reìmu.
tehnolo{ka unapre|enja vetrogeneratora koja sama
po sebi omogu}uju stabilno funkcionisanje mreè.
Evropski standardi (npr. [4]) ispratili su ova tehnolo{ka unapre|enja kroz mogu}nost da se parametri
koji su do tada ra~unski proveravani, mere u laboratorijskim uslovima, i na bazi toga donose zaklju~ci o mogu}nosti zadovoljenja postoje}ih kriterijuma.
Izmena preporuke [3] ide u tom pravcu, a u radu su
analizirane posledice izmena primenjene na realnim
primerima.
Pokazuje se da primena izmenjenih preporuka
omogu}uje priklju~ak generatora zna~ajno ve}ih
snaga na mreù s gledi{ta kriterijuma promene napona u prelaznom reìmu, tako da kriterijum funkcionisanja vetroparka u stacionarnom reìmu, i kriterijum flikera postaju odlu~uju}i za izbor na~ina priklju~enja.
S druge strane, primena izmenjenih kriterijuma
omogu}uje ve}u fleksibilnost u na~inu priklju~enja,
tako da postoji mogu}nost zna~ajnog pobolj{anja
rada distributivne mreè u nekim situacijama koje
ne bi bile mogu}e kroz primenu postoje}ih kriterijuma priklju~enja. Prikazani primer pokazuje da primena izmenjenih kriterijuma pri izboru na~ina priklju~enja moè omogu}iti smanjenje gubitaka od
skoro 600 kW pri maksimalnim optere}enjima, {to
donosi zna~ajan pozitivan finansijski efekat distributivnom preduze}u.
5. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
4. ZAKLJUÂK
Rigidnost postoje}e preporuke [3] u zna~ajnoj
meri oteàvaju mogu}nost prilju~enja vetroparkova
na distributivnu mreù. Izvesna konzervativnost u
pogledu za{tite stanja u distributivnoj mreì mora
da postoji, ali postoje}e preporuke ne uvaàvaju
309
[5]
[6]
World Wind Energy Report 2009, World Wind
Energy Association WWEA, March 2010.
UREDBA O MERAMA PODSTICAJA ZA PROIZVODNJU ELEKTRI^NE ENERGIJE KORI[]ENJEM OBNOVLJIVIH IZVORA ENERGIJE I
KOMBINOVANOM PROIZVODNJOM ELEKTRI^NE I TOPLOTNE ENERGIJE, „Slu`beni glasnik RS”, 99/2009, 2009.
Tehni~ka preporuka br. 16, OSNOVNI TEHNI^KI
ZAHTEVI ZA PRIKLJUÊNJE MALIH ELEKTRANA NA MRE@U ELEKTRODISTRIBUCIJE
SRBIJE, JP-EPS Direkcija za distribuciju,
maj 2003.
IEC 64100-21 WIND TURBINES – PART 21: MEASUREMENT AND ASSESSMENT OF POWER
QUALITY CHARACTERISTICS OF GRID CONNECTED TO WIND TURBINES (Merenje i procena karakteristika kvaliteta elektri~ne energije vetrogeneratora povezanih na mreù), Edition 2.0, 2008
Pravila o radu distributivnog sistema (verzija 1.0),
JP EPS, 2009.
Ion Boldea, THE ELECTRIC GENERATORS
HANDBOOK, VARIABLE SPEED GENERATORS, CRC Press, Taylor & Francis Group, 2006.
310
[7]
[8]
Generating Plants Connected to Medium Voltage
Network, Guideline for generating plants’ connection to and parallel operation with the medium-voltage network, Bundesverband der Energie- und
Wasserwirtschaft e.V., 2008.
Rade M. ]iri} i Nikola Rajakovi}: ANALIZA RADA NISKONAPONSKIH MRE@A SA SINHRONIM GENERATORIMA, ~asopis „Elektroprivreda” 1–2010, str. 39–48.
[9]
Milan ]alovi} i Miodrag Mesarovi}: VETROELEKTRANE U SAVREMENIM ELEKTROENERGETSKIM SISTEMIMA, ~asopis „Elektroprivreda” 1–2009, str. 3–16.,
[10] MOGU]NOSTI U PRIMENI ELEMENATA GEOGRAFSKOG INFORMACIONOG SISTEMA U
ELEKTRODISTRIBUTIVNIM PREDUZE]IMA,
Elektroprivreda, No. 3, 2010, str. 242–252.
Dora|en rad STK C6–09 30. savetovanje CIGRE Srbije <None>je primljen u uredni{tvo 27. 06. 2011. godine
Sa{a Mini} ro|en je 1971. godine. Diplomirao 1994. godine. na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu, Smer elektroenergetski sistemi. Od 1994. godine zaposlen u Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla” u Beogradu. Bavi se analizom rada i planiranjem razvoja
prenosnih i distributivnih elektri~nih mreà. Rukovodio izradom ve}eg broja studija razvoja
mreà.
Maja R. Markovi} (1980) diplomirala je 2006. godine na Elektronskom fakultetu u Ni{u na Smeru za industrijsku energetiku. Po diplomiranju se zaposlila u Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla” u Beogradu. Sara|ivala na izradi vi{e studija analiza rada prenosne
mreè i planiranja razvoja distributivnih mreà. Rukovodila je izradama studija koje su tretirale dugoro~ni razvoj mreè na podru~ju ED Vranje i ED Loznica.
Milan Ivanovi} ro|en je 1978. godine u Boru. Zavr{io Elektrotehni~ki fakultet u Beogradu 2004. godine. Magistrirao je 2010. godine. Zaposlen u Elektrotehni~kom institutu
„Nikola Tesla” od 2005. godine. Saradnik i rukovodilac na vi{e studija i projekata iz oblasti analize i planiranja distributivnih mreà i analize rada i stabilnosti funkcionisanja prenosne mreè.
Radosavljevi} Lj. Radovan i drugi: Povi{enje nivoa {uma kod solarnih }elija usled povi{enja temperature i radijacionih o{te}enja
311
Povi{enje nivoa {uma kod solarnih }elija
usled povi{enja temperature i
radijacionih o{te}enja
Radovan Lj. Radosavljevi}1,
Milo{ R. Zdravkovi}1, Bojan B. Cavri}1, Koviljka \. Stankovi}1 i Aleksandra I. Vasi}2
1
2
Ma{inski fakultet, Univerzitet u Beogradu, Kraljice Marije 16, 11 000 Beograd, Srbija
Stru~ni rad
UDK: 621.385.51; 523.9; 612.014.44
Rezime
Rad u oteànim uslovima kao {to su povi{ena temperatura i zra~enje mogu zna~ajno pogor{ati osnovne karakteristike fotodetektora (na primer, solarnih }elija). Iako mehanizmi i procesi degradacije mogu biti razli~iti, svi oni, manje ili vi{e, pove}avaju nivo {uma u ure|aju i pove}avaju prag detekcije i ograni~avaju funkcionisanje ure|aja. To je veoma izraèno kod solarnih }elija, zbog njihovog specifi~nog dizajna i
stalne izloènosti sun~evom zra~enju. U ovom radu istraìvanja su usmerena na analizu uticaja povi{ene
temperature i radijacionih o{te}enja na nivo {uma u solarnim }elijama.
Klju~ne re~i: nivo {uma, solarne }elije, radijaciona o{te}enja
INCREASED NOISE LEVEL IN SOLAR CELLS CAUSED BY THE INCREASED TEMPERATURE AND
RADIATION DAMAGE
Abstract
Difficult working conditions such as increased temperature and radiation could significantly deteriorate main characteristics of photo-detectors (e.g. solar cells). Though degradation mechanisms and processes could be various, they all, more or less, increase the noise level in the device, thus resulting in the rise
of the detection threshold, and limitation of device functioning. This is particularly prominent in the case of
solar cells, because of their specific design, and constant exposure to solar irradiation. Investigations in
this paper are directed to analyzing the influence of the increased temperature and radiation damage on noise level in solar cells.
Key words: noise level, solar cells, radiation damage
1. UVOD
Jedna od osnovnih karakteristika svih detektora
je energetska rezolucija koja prvenstveno zavisi od
{uma. Negativan uticaj {uma na funkcionisanje detektora ogleda se u {irenju spektralne linije signala i
podizanju praga detekcije, {to predstavlja glavni
ograni~avaju}i faktor za rad detektora [1]. Zbog to-
ga je sniàvanje nivoa {uma veoma vaàn preduslov
za dobijanje kvalitetnih detektora, te su istraìvanja
fizi~kih osnova razli~itih tipova {uma neophodna za
njihovu optimizaciju. Bez obzira na kvalitet detektora, {um postoji u svim detektorima i zavisi od fundamentalnih fizi~kih procesa tokom proizvodnje i tokom rada ure|aja.
312
U poluprovodnicima je naro~ito zna~ajan niskofrekventni elektri~ni {um, kao {to su 1/f {um i
praskavi {um. Obe vrste {uma se manifestuju kao
slu~ajna fluktuacija struje ili napona na izlazu i sniàvaju efikasnost ure|aja. Iako jo{ nije teorijski dokazano, mnogi eksperimentalni rezultati ukazuju na
to da poreklo 1/f {uma i praskavog {uma mogu da
budu fluktuacije broja slobodnih nosilaca naelektrisanja povezane sa zamkama lokalizovanim u blizini
ili direktno u oblasti spoja, ili fluktuacije pokretljivosti nosilaca naelektrisanja [2–4]. U oba slu~aja
ove fluktuacije proizlaze iz interakcije nosilaca sa
defektima, povr{inskim stanjima i ne~isto}ama nastalim ili tokom procesa proizvodnje ure|aja, ili
usled nepovoljnih uslova rada (zra~enje, povi{ene
temperature, vla`nost) [5]. To je naro~ito izraèno
kada ure|aji imaju veliki odnos povr{ina/zapremina,
kao {to su solarne }elije. U tim slu~ajevima se o~ekuje da su povr{inski efekti glavni uzrok pojave
niskofrekventnog {uma, pa su visokokvalitetni kontakti od izuzetnog zna~aja. S obzirom na to da silicidi imaju dobru temperaturnu stabilnost i malu otpornost, oni se vrlo ~esto koriste za proizvodnju
pouzdanih kontakata. Formiranje silicida je veoma
sloèn proces jer uklju~uje nano{enje tankih metalnih slojeva na poluprovodnik, odgrevanje i jonsku
implantaciju, tako da kvalitet silicida, a samim tim i
nivo {uma, zavise od mnogo povezanih faktora
(temperature, doze implantacije itd.).
Drugi uzrok {uma koji se naj~e{}e povezuje s
oteànim uslovima rada je zra~enje. Prilikom interakcije sa materijalom, zra~enje moè da deponuje
veliku koli~inu energije koja izaziva razli~ite efekte
[6]. Defekti u poluprovodnicima poizvedeni zra~enjem povezani su sa lokalizovanim energetskim stanjima [7–9] koja menjaju koncentraciju i pokretljivost nosilaca naelektrisanja. Naime, osnovna karakteristika detektora je {irok opseg koncentracija nosilaca naelektrisanja, bilo usled postojanja ne~isto{a i
defekata, bilo usled povi{ene temperature. Lokalizovana energetska stanja u kristalu naj~e{}e su takozvani rekombinacioni centri a ne~isto}e sa dubokim
ili vi{estrukim energetskim nivoima u znatnoj meri
stimuli{u proces rekombinacije. Defekti izazvani
zra~enjem ispunjavaju ove uslove i mogu da predstavljaju rekombinacione centre. Glavni efekat koji
zra~enje izaziva je pove}anje struje zasi}enja generisane unutar povr{ine osiroma{ene oblasti ili na
njoj. Trajna o{te}enja ure|aja su pouzrokovana sudarima upadnog zra~enja s atomima kristalne re{etke, {to moè da dovede do njihovog izme{tanja i
stvaranja defekata [10, 11]. Generaciono-rekombinacioni {um moè da bude prozveden fluktuacijama
gustine nosilaca naelektrisanja proizvedene spontanim fluktuacijama generacije i rekombinacije nosi-
laca naelektrisanja. Iz tih razloga se sprovode opse`na istraìvanju radi razvijanja poluprovodni~kih
ure|aja koji mogu pouzdano da rade u uslovima pove}anog zra~enja [12–14]. Sa tehnolo{kog stanovi{ta je veoma va`no da se utvrde promene izlaznih
karakteristika ure|aja (struje, napona i efikasnosti)
usled izloènosti zra~enju koje mogu da uti~u na
njegov rad.
Cilj ovog rada je da istraì povi{enje nivoa {uma kod solarnih }elija usled povi{enja temperature i
radijacionih o{te}enja radi proizvodnje pouzdanih i
kvalitetnih ure|aja.
2. EKSPERIMENTALNA PROCEDURA
Prou~avanje temperaturske zavisnosti 1/f {uma
u silicidima obavljeno je za TiN/Ti/Si uzorke. Za sve
uzorke je ura|ena jonska implantacija As+ jonima,
odgrevanje i karakterizacija elektri~nih osobina. Doze implantacije su se kretale od 5 x 1 015 jona/cm2
do 1 x 1 016 jona/cm2. Uzorci su izlagani termi~kom
tretmanu na razli~itim temperaturama 20 minuta. Za
razliku od drugih merenja sli~nog tipa, ova merenja
su bila bazirana na temperaturnoj zavisnosti nivoa
{uma u silicidima na dve temperature: 21 °C i 50 °C.
Nivo {uma je meren standardnom ORTEC opremom
(za automatsku kalibraciju je kori{}en MAESTRO
II kod).
Eksperimentalna merenja promena izlaznih karakteristika solarnih }elija su vr{ena na komercijalno dostupnim solarnim }elijama baziranim na enkapsuliranom polikristalnom silicijumu. Strujno-naponska merenja su kori{}ena za karakterizaciju izlaznih
veli~ina solarnih }elija. Kori{}ena je standardna
merna oprema za merenje I-V krive za razli~ite nivoe osvetljenja (izme|u 40 i 350 W/m2).
Solarne }elije su ozra~ivane Co-60 gama izvorom razli~itih doza. Ozra~ivanje je izvr{eno kroz
staklo u kontrolisanim uslovima. Pre i posle svakog
koraka ozra~ivanja merene su strujno-naponske karakteristike u strogo kontrolisanim uslovima na sobnoj temperaturi. Za sva merenja, kombinovana merna nesigurnost je bila manja od 5 %.
3. REZULTATI I DISKUSIJA
3.1. Merenja nivoa {uma u silicidima
Iako je o~ekivano da je u uslovima povi{ene
temperature termi~ki {um dominantan u celokupnom {umu u poluprovodni~kim ure|ajima, u ovom
radu je prime}eno pove}anje i 1/f {uma. Spektri frekventno zavisnog {uma na niòj (21 °C) i vi{oj
(50 °C) temperature prikazani su na slikama 1 i 2,
respektivno. Iako se smatra da su stabilni i pouzda-
ni kao kontakti, defekti i ne~isto}e u osnovnom materijalu silicida mogu tokom vremena da proizvedu
neke negativne efekte.
To je naro~ito izraèno ako se ta stanja nalaze
unutar energetskog procepa i aktiviraju se tokom rada u nepovoljnim uslovima kao {to je povi{ena temperatura. U tom slu~aju ona postaju zamke za parove elektron–{upljina i na taj na~in smanjuju broj kolektovanih nosilaca naelektrisanja, proizvode}i {um
u ure|aju.
Me|utim, prime}eno pove}anje 1/f {uma moè
da se, u izvesnoj meri, stabilizuje kontrolisanom jonskom implantacijom, kao {to se moè videti na slikama 1 i 2. Strukturalna RBS analiza je pokazala da
jonska implantacija ne izaziva redistribuciju komponenata kada su posredi niè doze implantacije, ali je
za vi{e doze implantacije (1 x 1 016 jona/cm2) prime}ena razru{ena struktura, a tako|e i vi{i nivo {uma.
Nivo frekventnog {uma (keV)
75
U = +1 V
65
60
neimplantiran
5x1015
1x1016`
55
50
45
40
35
30
0
50
100
150
200 250
Δf (kHz)
300
350
Slika 1. Nivo frekventnog {uma za dva implantirana i
jedan neimplantiran uzorak na 21 °C
600
Nivo frekventnog {uma (keV)
T = 50 °C
U = +1 V
500
400
neimplantiran
5x1015
1x1016
300
200
100
0
0
50
100
150 200
Δf (kHz)
Ova temperaturno zavisna merenja ukazuju na
veoma zna~ajnu ~injenicu da jonska implantacija moè da obezbedi temperaturnu stabilnost silicida kada
je posredi 1/f {um. Naime, sa slika 1 i 2 moè da se
vidi da uzorci implantirani dozama od 5 x 1 015 jona/cm2 imaju najniì nivo {uma i veoma dobru temperaturnu stabilnost, pa se moè re}i da ova doza
implantacije dovodi do homogenije silicidacije i
stvaranja Ti-Si faze sa najniòm koncentracijom kristalnih defekata (posle odgrevanja). Tako|e, raniji
rezultati su pokazali [4] da je nivo {uma najniì za
uzorke implantirane posle odgrevanja. To ukazuje
na ~injenicu da termi~ka obrada dovodi do relaksacije kristalne re{etke i pobolj{anja kristalne strukture silicida, kao i pobolj{anja elektri~nih karakteristika ure|aja baziranih na silicidima kao kontaktima
(na primer solarnim }elijama).
3.2. [um u solarnim }elijama
proizveden zra~enjem
T = 21 °C
70
313
250
300
350
Slika 2. Nivo frekventnog {uma za dva implantirana i
jedan neimplantiran uzorak na 50 °C
Kao {to je moglo i da se o~ekuje, zra~enje ima
veliki uticaj na izlazne karakteristike solarnih }elija
(struju, napon, efikasnost). Poznato je da se, u zavisnosti od energije gama zra~enja, njegova interakcija sa materijalom svodi na jonizaciju kroz fotoefekat
i Komptonov efekat. Tako|e, usled neizbe`nog prisustva povr{inskih energetskih stanja (kao rezultat
defekata re{etke, dislokacija, ne~isto}a i sl.), brzina
povr{inske rekombinacije i gustina povr{inskih stranja rastu posle izlaganja silicijuma zra~enju. Ova
stanja mogu da predstavljaju veoma efikasne rekombinacione centre za nosioce naelektrisanja. Generacija parova elektron–{upljina usled jonizacionih
efekata obi~no pove}ava {um i smanjuje izlaznu
struju, kao {to moè da se vidi sa slike 3. Ovo smanjenje je izraèno bez obzira na nivo osvetljenja iako je pad strmiji za niè doze zra~enja.
Postojanje promena u materijalu izazvanih zra~enjem potvr|eno je merenjima redne otpornosti solarnih }elija (slika 4).
Nagli rast redne otpornosti prime}en je za obe
doze, ali je za vi{u dozu zra~enja redna otpornost
imala istu vrednost za oba nivoa osvetljenja, {to
ukazuje da je za vi{e doze zra~enja uticaj zra~enja
dominantan u odnosu na uticaj osvetljavanja. Ovaj
porast redne otpornosti negativno uti~e na ostale izlazne karakteristike solarnih }elija, prvenstveno na
faktor ispune i kona~no na efikasnost. Na slici 5 prikazan je taj uticaj, gde je uo~ljiv pad efikasnosti.
[to se zavisnosti Jsc ti~e, opadanje je strmije za
prvu dozu zra~enja, {to ukazuje da najve}e razru{enje strukture i transportnih mehanizama koji dovode
do povi{enja {uma nastaje na po~etku. Tako|e, kao
{to na slici 5 moè da se vidi, opadanje efikasnosti
314
2
J]SC (mA/cm2)
89
4
ne zavisi od nivoa osvetljenja. Vrednosti efikasnosti
su manje-vi{e iste za oba nivoa osvetljenja, {to ukazuje da zra~enje vi{e uti~e na proizvodnju i transport
nosilaca naelektrisanja nego osvetljenje. Sa stanovi{ta principa rada solarne }elije to moè da bude vaàn ograni~avaju}i faktor.
Moè se re}i da zajedni~ki uticaj povi{enja 1/f i
praskavog {uma usled o{te}enja izazvanog zra~enjem ima negativan uticaj na glavnu karakteristiku
solarnih }elija, efikasnost.
3
4. ZAKLJUÂK
2
255
255 W/m
W/m 2
2
338
338 W/m
W/m 2
8
7
7
6
6
5
54
3
00
11000
000
22000
000
33000
000
44000
000
55000
000
66000
000
D
(kGy)
D [kGy]
Slika 3. Zavisnost gustine izlazne struje JSC
od doze zra~enja za dva nivoa osvetljenja
RS (Ω)
1.4
1,4
1.3
1,3
1.2
1,2
1.1
1,1
22
255
255 W/m
W/m
22
338
338 W/m
W/m
1.0
1,0
0.9
0,9
0.8
0,8
0.7
0,7
0.6
0,6
0,5
0.5
0,4
0.4
00
11000
000
22000
000
33000
000
44000
000
55000
000 6 000
6000
D
D (kGy)
[kGy]
Slika 4. Zavisnost redne otpornosti
od doze gama zra~enja za dva nivoa osvetljenja
S obzirom na ~injenicu da je degradacija elektri~nih i opti~kih karakteristika pri povi{enoj temperaturi jedan od glavnih ograni~avaju}ih faktora za
rad solarnih }elija, merenja i sniènje nivoa {uma je
veoma zna~ajno za pobolj{anje karakteristika solarnih }elija. Temperaturna zavisnost 1/f {uma u kontaktnim slojevima pokazala je da, iako je termi~ki
{um dominantan na vi{im temperaturama, postoji i
zna~ajno povi{enje 1/f {uma. Utvr|eno je da doza
implantacije ima uticaj i na fizi~ke i na elektri~ne
osobine kori{}enih silicida. S druge strane, pove}enje redne otpornosti usled izlaganja gama zra~enju
je tako|e potvrdilo da o{te}enja izazvana zra~enjem
pove}avaju nivo {uma u poluprovodni~kim ure|ajima. Fluktuacije struje i napona i njihovo smanjenje
posledica su uticaja zra~enja na generaciju i transport nosilaca naelektrisanja. Sve to neizbe`no dovodi do smanjenja rezolucije fotodetektora, sniàvaju}i efikasnost solarnih }elija, pa se karakteristike
ure|aja moraju kontinualno pratiti, naro~ito ukoliko
su solarne }elije izloène nepovoljnim uslovima rada.
5. LITERATURA
η (%)
12
12
2
255
255W/m
W/m
2
338
338W/m
W/m 2
11
11
[1]
10
10
99
[2]
8
7
6
[3]
5
4
3
22
00
11000
000
22000
000
33000
000
44000
000
55000
000 66000
000
DD (kGy)
[kGy]
Slika 5. Zavisnost efikasnosti od doze gama zra~enja
za dva nivoa osvetljenja
[4]
C. F. G. Delaney, E. C. Finch, RADIATION DETECTORS PHYSICAL PRINCIPLES AND APPLICATIONS, Oxford Univ. Press, New York,
1992.
P. V. V. Jayaweera, P. K. D. D. P. Pitigala, A. G. U.
Perera, K. Tennakone, 1/F NOISE AND DYE-SENSITIZED SOLAR CELLS, Semiconductor Science
Technology 20 (2005) L40-L42.
P. V. V. Jayaweera, P. K. D. D. P. Pitigala, M. K. I.
Senevirante, A. G. U. Perera, K. Tennakone, 1/F
NOISE IN DYE-SENSITIZED SOLAR CELLS
AND NIR PHOTON DETECTORS, Infrared
Physics & Technology 50 (2007) 270–273.
M. Stojanovi}, A. Vasi}, C. Jeynes, ION IMPLANTED SILICIDES STUDIES BY FREQUENCY
NOISE LEVEL MEASUREMENTS, NIM B 112
(1996) 192–195.
[5]
J. L. Barth, C. S. Dyer, E. G. Stassinopoulos, SPACE, ATMOSPHERIC, AND TERRESTIAL RADIATION ENVIRONMENTS, IEEE Trans. Nucl. Sci.
50 (2003)466–482.
[6] S. Stankovi}, R. Ili}, P. Osmokrovi}, B. Lon~ar, A.
Vasi}, COMPUTER SIMULATION OF GAMMA
IRRADIATION ENERGY DEPOSITION IN
MOSFET DOSIMETERS, IEEE Trans. Plasma Sci.
34 (2006) 1715–1718.
[7] G. Holmes-Siedle, L. Adams, HANDBOOK OF
RADIATION EFFECTS, 2nd Ed., Oxford
University Press, 2002.
[8] K. F. Galloway, HIGH-IMPACT PAPERS PRESENTED AT THE IEEE NUCLEAR AND SPACE
RADIATION EFFECTS CONFERENCE: THE
VIEW IN 2003, IEEE Trans. Nucl. Sci. 50 (2003)
457–465.
[9] D. R. Alexander, TRANSIENT IONIZING RADIATION EFFECTS IN DEVICES AND CIRCUITS,
IEEE Trans. Nucl. Sci. 50 (2003) 565–582.
[10] T. Takagi, J. Noda, GAMMA-RAY IRRADIATION
EFFECTS IN LIGHT-EMITTING DIODE AND
PHOTODIODES FOR FIBER OPTICS, IEEE
Trans. Nucl. Sci. NS-32 (1985) 4453–4459.
315
[11] E. Barnes, THE EFFECTS OF RADIATION ON
OPTOELECTRONIC DEVICES, in Proc. SPIE Fiber Optics in Adverse Enviroments, vol. 721 (1986)
18–25.
[12] N. Horiushi, T. Nozaki, A. Chiba, IMPROVEMENT IN ELECTRICAL PERFORMANCE OF
RADIATION-DAMAGED SILICON SOLAR
CELLS BY ANNEALING, NIM A 443 (2000)
186–193.
[13] M. Alurralde, M. J. L. Tamasi, C. J. Bruno, M. G.
Martinez Bogado, J. Pla, J. Fernandez Vasquez, J.
Duran, J. Shuff, A. A. Burlon, P.Stoliar, A. J. Kreiner, EXPERIMENTAL AND THEORETICAL RADIATION DAMAGE STUDIES ON CRYSTALLINE SILICON SOLAR CELLS, Solar Energy Materials & Solar Cells 82 (2004) 531–542.
[14] Khan, M. Yamaguchi, Y. Ohshita, N. Dharmaraso,
K. Araki, V. T. Khanh, H. Itoh, T. Ohshima, M. Imaizumi, S. Matsuda, STRATEGIES FOR IMPROVING RADIATION TOLERANCE OF Si SPACE
SOLAR CELLS, Solar Energy Materials & Solar
Cells 75 (2003) 271–276.
ZAHVALNICA
Rad je ura|en pod pokroviteljstvom Ministarstva za nauku i tehnolo{ki razvoj Republike Srbije u
okviru projekta 171007.
Dora|en rad STK D1–02 30. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 20. 06. 2011. godine
Radovan Lj. Radosavljevi} ro|en je 1949. u Kraljevu. Diplomirao je, magistrirao i doktorirao na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu 1972, 1987. i 1994. godine,
respektivno. Zaposlen je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu u zvanju
vanrednog profesora.
Milo{ R. Zdravkovi} ro|en je 1976. godine u Beogradu. Osnovne i diplomske akademske studije zavr{io je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu 2007. i 2010.
godine, respektivno. Trenutno je student doktorskih studija na Elektrotehni~kom fakultetu u
Beogradu i zaposlen je u JP Putevi Srbije.
Bojan B. Cavri} ro|en je 1985. godine u Beogradu. Osnovne studije zavr{io je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu 2010. godine. Trenutno je student diplomskih
akademskih studija na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu.
316
Koviljka \. Stankovi} ro|ena je 1979. godine u Zemunu. Osnovne i diplomske akademske studije zavr{ila je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu 2007. i 2008.
godine, respektivno. Asistent je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu.
Aleksandra I. Vasi} ro|ena je 1966. godine u Beogradu. Diplomirala je, magistrirala i
doktorirala na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu 1991, 1999. i 2002. godine, respektivno. Zaposlena je na Ma{inskom fakultetu Univerziteta u Beogradu u zvanju
vanrednog profesora.
Milinkovi} V. Bojan i drugi: Telekomunikacione veze Drinsko-limskih hidroelektrana
317
Telekomunikacione veze
Drinsko-limskih hidroelektrana
Bojan V. Milinkovi}, Jasmina S. Mandi} Luki} i Maja M. Stefanovi} Glu{ac
Energoprojekt – Entel,
Bulevar Mihaila Pupina 12, 11 070 Novi Beograd, Srbija
Stru~ni rad
UDK: 621.395
Rezime
Telekomunikaciono povezivanje objekata Drinsko-limskih hidroelektrana i njihovo uklju~ivanje u telekomunikacioni sistem Elektroprivrede Srbije realizovano je kori{}enjem IP i SDH tehnologija. U jedinstveni telekomunikacioni sistem povezano je 19 objekata Drinsko-limskih hidroelektrana, a obezbe|ena je i veza s upravnim zgradama elektrodistribucija u Bajinoj Ba{ti, Malom Zvorniku i â~ku. Obezbe|ena je telekomunikaciona mreà za potrebe prenosa poslovnih podataka, poslovne telefonije, SCADA-e, sistema obezbe|enja i tehnolo{kog video-nadzora, kao i nadzor i upravljanje telekomunikacionim sistemom. Predvi|eno je maksimalno kori{}enje postoje}eg opti~kog sistema prenosa elektroprivrede Srbije, kao i aktivne opreme u ~vori{tima magistralne mreè.
Klju~ne re~i: TK povezivanje, IP i SDH tehnologija, Drinsko-limske HE
COMMUNICATION LINKS OF „DRINSKO-LIMSKE” HYDROPOWER PLANTS
Abstract
Telecommunications network between the „Drinsko-Limske” HPPs facilities and integration of these
facilities into the EPS telecommunications network is realized by using IP and SDH technologies. Nineteen
facilities of the „Drinsko-Limske” HPPs are integrated into one telecommunications system, while connections with electricity distribution companies in Bajina Basta, Mali Zvornik and Cacak have also been provided. Telecommunications network is used for business data and telephony transmission, SCADA, video
monitoring of technology processes and security system. Furthermore, this network will be used to supervise and control the telecommunications system. It is envisaged to use the existing EPS optical transmission
system and active equipment in the main network nodes.
Key words: Telecommunications network, IP and SDH technology, „Drinsko-Limske” HPPs
1. UVOD
Drinsko-limske hidroelektrane (HE) ~ine ~etiri
celine:
1. Hidroelektrane „Bajina Ba{ta”, Peru}ac;
2. „Limske hidroelektrane”, Nova Varo{;
3. Hidroelektrana „Zvornik”, Mali Zvornik;
4. Hidroelektrane „Elektromorava”, â~ak.
Navedene hidroelektrane su prostorno raspore|ene u krugu polupre~nika 100 km sa centrom u Bajinoj Ba{ti, a u jedinstveni telekomunikacioni sistem
povezano je ukupno 19, u proizvodno-tehnolo{kom
smislu najzna~ajnijih objekata.
318
Hidroelektrane „Bajina Ba{ta”, Peru}ac u svom
sastavu imaju:
– HE „Bajina Ba{ta”
– Reverzibilnu HE „Bajina Ba{ta” sa pripadaju}im
objektima: vodostanska zatvara~nica, TS Metaljka, gornja ulazno-izlazna gra|evina (GUIG), brana „Kru{~ica” i filtersko postrojenje, brana „Lazi}i”, pumpno postrojenje „\uri}i”, brana „Grad” i
brana „Lipovica”.
– Mini HE „Vrelo”
– Upravnu zgradu Drinsko-limskih HE
– Magacine i objekte voznog parka.
Hidroelektrana „Zvornik”, Mali Zvornik u
svom sastavu ima:
– HE „Zvornik”
– Mikro HE „Radaljska banja”
– Razvodno postrojenje 110 kV.
Hidroelektrane „Elektromorava” u svom sastavu imaju:
– HE „Ov~ar banja”
– HE „Me|uvr{je”
– Upravnu zgradu HE „Elektromorava”.
Predloèno je telekomunikaciono povezivanje
pomenutih objekata Drinsko-limskih HE u jedinstvenu telekomunikacionu mreù, kao i povezivanje
s upravnim zgradama elektrodistribucija u Bajinoj
Ba{ti, Malom Zvorniku i â~ku. Limske HE ne obra|uju se ovim re{enjem. Ovaj rad je izvod iz idejnog projekta [1].
2. RE[ENJE
TELEKOMUNIKACIONIH VEZA
Re{enje transmisionih puteva bazira se na maksimalnom iskori{}enju mogu}nosti, kapaciteta i infrastrukture telekomunikacionih (TK) mreà Elektroprivrede Srbije (EPS), prvenstveno opti~kih kablova postavljenih u zemljovodnom uètu (OPGW)
i opti~kih kablova poloènih u zemlju, a zatim i polaganju novoprojektovanih opti~kih kablova na relacijama gde je to neophodno.
Re{enje u smislu tehnike i aktivne opreme za
prenos podataka zasniva se na kori{}enju SDH tehnike i IP tehnike. SDH tehnika je pouzdana tehnika
kada je posredi istovremeni prenos razli~itih tipova
signala i primenjena je u realizaciji magistralne mreè EPS-a. IP tehnika je {iroko rasprostranjena, savremena i op{teprihva}ena tehnika, koja pruà velike kapacitete prenosa.
2.1 . Tehni~ko re{enje
Telekomunikaciona mreà bi}e organizovana
kao funkcionalno i tehnolo{ki jedinstvena celina
na ~itavoj teritoriji koja je pod nadle`no{}u Drin-
sko-limskih HE i bi}e realizovana u tri ravni: primarna, sekundarna i tercijarna.
Primarna ravan }e obuhvatati slede}e objekte:
– RHE „Bajina Ba{ta”
– HE „Bistrica”
– HE „Zvornik”
– HE „Ov~ar banja”.
Centar mreè za nadzor i upravljanje telekomunikacionom mreòm bi}e sme{ten u RHE „Bajina
Ba{ta”, a rezervni centar upravljanja u HE „Bistrica”. Svako ~vori{te sistema predstavlja}e pristupnu
ta~ku telekomunikacionoj mreì za odre|enu grupu
objekata i ure|aja. Svi objekti koji TK mreì pristupaju preko ~vori{ta primarne ravni ~ini}e sekundarnu ravan telekomunikacionog sistema.
Sekundarna ravan Drinsko-limskih HE obuhvata}e ~etiri celine:
1. Sekundarna ravan HE „Bajina Ba{ta” sa pripadaju}im objektima:
– HE „Bajina Ba{ta”
– Upravna zgrada Drinsko-limskih HE (Uprava
DLHE)
– Mini HE „Vrelo”
– Vodostanska zatvara~nica
– TS „Metaljka”
– Magacini i objekti voznog parka.
2. Sekundarna ravan Limskih HE sa pripadaju}im
objektima:
– HE „Bistrica”
– HE „Kokin brod”
– HE „Potpe}”
– HE „Uvac”
– Brana „Radoinja”
– Upravna zgrada u Novoj Varo{i.
3. Sekundarna ravan HE „Zvornik” sa pripadaju}im
objektima:
– Razvodno postrojenje 110 kV
– Mikro HE „Radaljska banja”.
4. Sekundarna ravan HE „Elektromorava” sa pripadaju}im objektima:
– HE „Me|uvr{je”
– Upravna zgrada HE „Elektromorava” u â~ku.
Svi objekti koji TK mreì pristupaju preko ~vori{ta sekundarne ravni ~ini}e tercijarnu ravan telekomunikacionog sistema. Tercijarna ravan Drinskolimskih HE obuhvata}e objekte koji u funkcionalnom smislu pripadaju RHE „Bajina Ba{ta”, a ta~ka
pristupa TK mreì bi}e TS Metaljka. Tercijarna ravan obuhvata}e objekte:
– Gornja ulazno-izlazna gra|evina (GUIG)
– Brana „Kru{~ica” i filtersko postrojenje
– Brana „Lazi}i”
– Pumpno postrojenje „\uri}i”
– Brana „Grad”
– Brana „Lipovica”.
Tehni~ko re{enje telekomunikacione mreè prenosa predvi|a maksimalno kori{}enje postoje}eg
opti~kog sistema prenosa EPS-a, prvenstveno opti~kih kablova postavljenim u zemljovodnom uètu
(OPGW) i aktivnu opremu u ~vori{tima magistralne
mreè. Pored ovoga, tehni~kim re{enjem se predlaè postavljanje novoprojektovanih opti~kih sistema
prenosa prvenstveno opti~kih kablova poloènih u
zemlju, samonosivih opti~kih kablova (ADSS) i
OPGW-a.
Telekomunikaciona mreà bi}e realizovana kori{}enjem SDH i IP tehnike. Aktivna oprema }e obuhvatati: SDH multipleksere, dva tipa svi~eva, servere, radne stanice itd. Princip povezivanja prikazan je
na slici 1.
Postoje}i SDH i fleksibilni multiplekseri u
HE „Bajina Ba{ta”, Limskim HE, TS Poèga i
TS â~ak 3 koristi}e se i za potrebe ovog projekta,
dok }e u HE „Zvornik” biti instalirani po jedan novi
SDH i fleksibilni multiplekser.
Tehni~kim re{enjem se predlaè kori{}enje dva
tipa aktivne IP opreme:
1. Svi~ tipa 1
2. Svi~ tipa 2.
Svi~ tipa 1 predstavlja mre`ni ure|aj koji se postavlja na distributivnim mestima kao koncentrator
saobra}aja iz objekata sekundarne i tercijarne ravni.
Tehni~kim re{enjem se predvi|a instalacija svi~a tipa 1 u objektima:
1. RHE „Bajina Ba{ta”
2. HE „Zvornik”
3. HE „Ov~ar banja”
4. TS Metaljka.
Svi~ tipa 1 treba da ima redundantni kontrolni
procesor, redundantno napajanje, modularnu strukturu i softversku toleranciju na otkaz.
Svi~ tipa 2 mre`ni je ure|aj koji se postavlja na
pristupnim mestima kao koncentrator saobra}aja od
krajnjih ure|aja. Predloèna je upotreba ovog svi~a
na slede}im lokacijama:
1. HE „Bajina Ba{ta”
2. Upravna zgrada DLHE
3. Vodostanska zatvara~nica
4. Gornja ulazno-izlazna gra|evina (GUIG)
5. Filtersko postrojenje
6. Pumpno postrojenje „\uri}i”
7. Brana „Grad”
8. Brana „Lipovica”
9. MHE „Vrelo”
10. Magacini
11. Razvodno postrojenje u Malom Zvorniku
319
12. MHE „Radaljska banja”
13. Upravna zgrada HE „Elektromorava”
14. HE „Me|uvr{je”
Svi~evi treba da zadovolje slede}e zahteve:
– Da su upravljivi (da ima podr{ku za SNMPv3 i
SSHv2 protokole)
– Da imaju neblokiraju}u unutra{nju strukturu
– Da imaju 48 elektri~nih 10/100/1000 BaseT interfejsa
– Da imaju dva GE opti~ka interfejsa za povezivanje
s ostatkom mreè
– Da imaju podr{ku za VLAN-ove (prema standardu 802.1Q)
– Da podràvaju agregaciju na portovima
– Da podràvaju QoS.
Adresni plan interfejsa na aktivnoj opremi u
mreì Drinsko-limskih HE odre|en je prema proceduri dodele adresa u EPS-u i obuhvata}e opseg adresa od 192.168.200.0/24 do 192.168.219.0/24,
tj. ukupno 20 podopsega.
2.2. Povezivanje sa telekomunikacionim
sistemom Elektroprivrede Srbije
Za potrebe povezivanja HE „Bajina Ba{ta” sa
magistralnom mreòm EPS-a koristi}e se postoje}i
SDH i fleksibilni multiplekseri instalirani u server
sali u RHE „Bajina Ba{ta”.
Za potrebe povezivanja Limskih HE sa magistralnom mreòm EPS-a koristi}e se postoje}i SDH
i fleksibilni multiplekseri instalirani u HE „Potpe}”,
HE „Bistrica”, HE „Kokin brod”, TS Nova Varo{,
HE „Uvac” i Upravnoj zgradi Limskih HE.
Za potrebe povezivanja HE „Zvornik” sa magistralnom mreòm EPS-a koristi}e se novoprojektovana SDH oprema koja }e biti instalirana u
HE „Zvornik”. Povezivanje }e biti organizovano tako da se signali kriti~nih servisa prosle|uju do Fast
Ethernet interfejsa SDH multipleksera, gde }e se
mapirati u STM-1 signal.
Za potrebe povezivanja HE „Elektromorava” sa
magistralnom mreòm EPS-a koristi}e se postoje}a
SDH oprema instalirana u TS â~ak 3 i TS Poèga.
Povezivanje }e biti organizovano tako da se signali
kriti~nih servisa prosle|uju do Gigabit Ethernet interfejsa SDH multipleksera, gde }e se mapirati u
STM-1 signal.
Za potrebe priklju~enja na postoje}u multipleksnu opremu potrebno je instalirati po jednu dodatnu
karticu sa GE interfejsom u SDH multiplekserima.
2.3 . Realizacija telefonskog sistema
Tehni~kim re{enjem predlaè se izgradnja telefonske mreè bazirane na IP tehnologiji, koja }e pru-
320
Slika 1. Princip povezivanja
àti telefonski servis u svim objektima Drinsko-limskih HE.
Realizacija telefonskog saobra}aja }e se zasnivati na povezivanju s elektroprivrednom telefonskom mreòm i kori{}enju centralnog komutatora
(softswitcha) iz EPS-ove mreè za upravljanje telefonskim saobra}ajem.
RHE „Bajina Ba{ta” je trenutno preko access
rutera povezana u elektroprivrednu telefonsku mreù, a planira se i zamena AVAYA telefonske centrale sa Voice gatewayom.
Limske HE direktno su uklju~ene u elektroprivrednu telefonsku mreù putem dva Voice gatewaya
instalirana u HE „Bistrica”.
HE „Zvornik” je komutaciono ~vori{te u elektroprivrednoj telefonskoj mreì i uklju~i}e se u elektroprivrednu telefonsku mreù putem dva voice
gatewaya.
HE „Ov~ar banja”, HE „Me|uvr{je” i Upravna
zgrada „Elektromorava” nisu komutaciona ~vori{ta
u elektroprivrednoj telefonskoj mreì.
Prema planu numeracije Elektoprivrede Srbije
pozivni brojevi u telefonskom sistemu za delove
Drinsko-limskih HE su slede}i:
1. Za HE „Bajina Ba{ta” pozivni broj je 607
2. Za HE „Bistrica” pozivni broj je 62
3. Za HE „Zvornik” pozivni broj je 61.
Navedene cifre predstavljaju karakteristi~ne
brojeve centrala. Kompletan broj se formira dodavanjem cifara koje odre|uju korisni~ki broj.
3. PREDLOG FAZNE REALIZACIJE
RE[ENJA
U prvoj fazi realizacije predlaù se nabavka i
postavljanje linijskih ure|aja i opti~kih kablova potrebnih za realizaciju primarne ravni. Nakon toga
predlaè se postavljanje aktivne mre`ne opreme na
lokacijama u primarnoj ravni i njihovo konfigurisanje.
U drugoj fazi predlaù se nabavka i postavljanje
linijskih ure|aja i opti~kih kablova potrebnih za realizaciju sekundarne ravni i povezivanje s elektrodistribucijama u Zvorniku i â~ku. Nakon toga predlaù se postavljanje aktivne mre`ne opreme na lokacijama u sekundarnoj ravni i njihovo konfigurisanje.
Izuzetak je povezivanje MHE „Radaljska banja”,
koje treba da se realizuje u tre}oj fazi, s obzirom na
udaljenost i mali broj podataka koje je potrebno slati sa te lokacije u HE „Zvornik”.
U tre}oj fazi predlaù se nabavka i postavljanje
linijskih ure|aja i opti~kih kablova potrebnih za povezivanje objekata tercijarne ravni, kao i povezivanje MHE „Radaljska banja” u jedinstvenu TK mreù Drinsko-limskih HE. Nakon toga predlaù se postavljanje aktivne mre`ne opreme na ovim lokacijama i njihovo konfigurisanje.
U ~etvrtoj fazi predlaù se realizacija redundantnog centra u HE „Bistrica” i postavljanje redundatne aktivne opreme u RHE „Bajina Ba{ta”.
Peta faza obuhvata realizaciju redundantnih veza i moè da se podeli u tri me|ufaze.
1) Realizacija redundantnih veza u HE „Bajina Ba{ta” – nabavka i postavljanje linijskih ure|aja i
opti~kih kablova i postavljanje redundantne aktivne mre`ne opreme na lokacijama.
2) Realizacija redundantnih veza u HE „Zvornik” –
nabavka i postavljanje linijskih ure|aja i opti~kih
kablova i postavljanje redundantne aktivne mre`ne opreme na lokacijama.
3) Nabavka i postavljanje redundantne aktivne mre`ne opreme u HE „Elektromorava”.
4. ZAKLJUÂK
Predloènim re{enjem bi se osavremenio telekomunikacioni sistem Drinsko-limskih hidroelektrana
u pogledu me|usobnog povezivanja objekata, kao i
u pogledu uklju~enja u telekomunikacioni sistem
Elektroprivrede Srbije.
5. LITERATURA
[1]
Idejni projekat telekomunikacione mreè prenosa
EPS, JP EPS, Beograd 2005. godine, Institut Mihajlo Pupin.
321
[2]
Glavni projekti za sme{taj i instalaciju telekomunikacione opreme u ~vori{tima magistralne mreè
EPS, JP EPS, Beograd 2006. godine, Energoprojekt-ENTEL a.d.
[3] Idejni projekat za izgradnju opti~kog kabla na relaciji RHE „Bajina Ba{ta” – spoljni objekti RHE
(TS Metaljka), jun 2007, Telefonija AD.
[4] Idejni projekat – Telekomunikacioni sistem Limskih hidroelektrana, maj 2009, Energoprojekt-ENTEL.
[5] J. Mandi}–Luki}, M. Stefanovi}–Glu{ac, Prof. N.
Simi}: PRIKAZ RE[ENJA TELEKOMUNIKACIONOG SISTEMA RUDARSKOG BAZENA KOLUBARA, 28. Savetovanje JUKO CIGRE , Zlatibor, 31. maj – 6. juni 2009.
[6] J. Mandi}–Luki}, M. Stefanovi}–Glu{ac, N. Krajnovi}: MULTISERVISNA IP MRE@A ZA POTREBE SIGURNOSNIH SERVISA U KATAR PETROLEUMU, Kolokvijum STK C2/ STK D2 – Upravljanje i eksploatacija EES, Beograd, 27–28. maj
2010, rad D2 I2.
[7] M. Stefanovi}–Glu{ac, J. Mandi}–Luki}, @. Vasiljevi}: TEHNO–EKONOMSKO PORE\ENJE RE[ENJA TK MRE@E U SDH I IP TEHNICI ZA PD
„ELEKTROSRBIJA” KRALJEVO, Kolokvijum
STK C2/ STK D2 – Upravljanje i eksploatacija
EES, Beograd, 27–28. maj 2010, rad D2 I4.
[8] Sr|an Latinovi}, Jasmina Mandi}–Luki}, Bojan
Milinkovi} SISTEM VIDEO NADGLEDANJA U
IP TEHNOLOGIJI ZA POTREBE DRINSKO–LIMSKIH ELEKTRANA, 30. savetovanje
CIGRE SRBIJA, Zlatibor, 29. maj – 3. juni 2011.
[9] http://www.cisco.com/
[10] http://www.alcatel–lucent.com/
Dora|en rad STK D2–02 30. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 14. 06. 2011. godine
Bojan V. Milinkovi} (1980) diplomirao je 2008. na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Zaposlen je u Energoprojekt-ENTEL-u kao projektant telekomunikacionih sistema.
Trenutno radi na planiranju i projektovanju mikrotalasnih radio-veza u zemlji i inostranstvu.
Jasmina S. Mandi} Luki} ro|ena je 1953. u Beogradu. Diplomirala je 1977. i magistrirala 1983. na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Od 1988. je zaposlena u ENERGOPROJEKT Entel.a.d., gde je radila na poslovima projektovanja i konsaltinga telekominikacionih i informacionih sistema, prvenstveno za potrebe elektoprivrede, ali i za potrebe gasne i
naftne industrije, vodoprivrede i drugih komunalnih sistema. Od 2001. rukovodilac je biroa
za telekomunikacije. Na nekoliko ve}ih projekata bila je [ef projekta na poslovima na Bli-
322
skom istoku (Katar), uglavnom za Katar Petroleum kao investitora. Od 2005. do 2011. u~estvovala je na
projektima za Ministarstvo za nauku i tehnolo{ki razvoj, u saradnji sa Elektrotehni~kim fakultetom, sa temom vezanom za primenu PLC tehnologije u pristupnim mreàma prenosa, kao i u „smart grid” sistemima.
Maja M. Stefanovi} Glu{ac (1977) diplomirala je 2004. na Elektrotehni~kom fakultetu
u Beogradu. U Energoprojekt-ENTEL radi od 2007. kao projektant telekomunikacionih sistema. Uà specijalnost su joj mre`ne tehnologije i opti~ki sistemi prenosa.
Babi} J. Milun: Prikaz knjige Energetika Srbije – ju~e, danas i sutra
ELEKTROPRIVREDA, GODINA LXIV, BROJ 3, 2011, 323-324
323
Prikaz monografije
Energetika Srbije – ju~e, danas i sutra
Autori: prof. dr Nenad J. \aji}
Prof. dr Milun J. Babi}
Ova zaista vredna i sadràjna monografija, ~iji
je izdava~ Srpska inènjerska akademija nauke, napisana je na 238 stranica B4 formata. U njoj su, u
okviru sedam poglavlja, slede}i strogu nau~nu metodologiju, obra|eni razvojni problemi i izazovi
energetskog sektora u Republici Srbiji, i moè biti
korisna kako energetskim stru~njacima, tako i studentima master i doktorskih studija na univerzitetima, ali i dràvnim planerima razvoja energetike.
U prvom poglavlju ove monografije obra|ene
su uvodne definicije i metodolo{ke napomene veza-
ne za njen sadràj, razmatrana va`nost energetike i
date osnovne definicije i pojmovi kori{}eni u monografiji.
U drugom poglavlju koje nosi naziv „Stanje i
razvoj energetike sveta”, izvr{ena je analiza dosada{njeg razvoja energetike u svetu i dat kra}i prikaz
postoje}eg stanja. U nastavku su prikazane korelacije izme|u razvoja dru{tva, privrede i energetike i
scenariji razvoja svetske energetike u XXI veku.
Tre}e poglavlje „Energetski izvori Srbije” obuhvata analize autora koje se odnose uobi~ajene indi-
324
katore i trendove u oblasti kori{}enja konvencionalnalnih i obnovljivih izvora energije (potencijali
uglja, nafte i prirodnog gasa, hidropotencijala, uljnih
{kriljaca, nuklearnih sirovina, obnovljivih i novih
izvora energije), pri ~emu je autor izneo obilje najnovijih podataka iz raspoloìve literature.
Razvoj energetike Srbije do 2000. godine prikazan je u istoimenom ~etvrtom poglavlju. U ovom
poglavlju autor je istakao i analizirao stanje energetskog sektora u tri bitna razvojna perioda Republike
Srbije: u periodu do 1990. godine i u vreme raspada
SFR Jugoslavije (u okviru tzv. stare Jugoslavije), zatim u periodu od 1990. do 1995. godine i od 1995 do
2000. godine (period sankcija me|unarodne zajednice prema Srbiji, period ekonomske blokade Srbije i
vreme bombardovanja Srbije).
Peto poglavlje, koje nosi naziv „Energetika Srbije po~etkom XXI veka” posve}eno je periodu razvoja energetskog sektora u Srbiji u periodu od 2000.
do 2009. godine, pri ~emu su posebni osvrti dati na
sektore uglja, nafte, gasa, elektroprivrede, elektroprenosa, obnovljivih izvora, komunalne i industrijske energetike.
Budu}em razvoju energetike Srbije posve}eno
je {esto poglavlje. Sva razmatranja u ovom poglavlju utemeljena su na savremenom konceptu odrìvog razvoja. U nastavku je data propagacija odrìvog razvoja energetike kroz vreme, sve do 2021. godine. Autor se u toku svojih analiza ~vrsto oslanjao
na postoje}u Strategiju dugoro~nog razvoja energeRad je primljen u uredni{tvo 12. 09. 2011. godine
Rad je odobren 07. 06. 2011. godine
Babi} J. Milun: Prikaz knjige Energetika Srbije – ju~e, danas i sutra
ELEKTROPRIVREDA, GODINA LXIV, BROJ 3, 2011, 323-324
tike Srbije i na Strategiju prostornog razvoja Republike Srbije, u ~ijim je izradama i sam u~estvovao.
U sedmom poglavlju „Zaklju~na razmatranja”
autor je izneo svoje preporuke i predloge mera za
dalji uspe{an i odrìv razvoj energetike Srbije.
Na kraju monografije naveden je spisak literature, u kome su, najve}im delom, citirana autorova
sopstvena istraìva~ka dela (preko 100 naslova od
1990. godine), koja su bila i osnovna gra|a za ovu
monografiju.
U zaklju~ku prikaza ove monografija za na{
eminemtni nau~no-stru~ni ~asopis „Elektroprivreda” moè se ista}i da ona predstavlja veoma kvalitetno nau~no delo, jer su u njemu sabrana iskustva i
znanja koje je prof. dr Nenad \aji} stekao u toku
svog vi{egodi{njeg nau~no-istraìva~kog i univerzitetskog opusa, ali i kao dugogodi{nji funkcioner
Svetskog saveta za energiju i u~esnik brojnih doma}ih i svetskih kongresa energetske privrede.
Da bi prikaz dela bio celovit, osvrnu}u se i sa
nekoliko re~enica na autora. Prof. dr Nenad \aji} je
jedan od osniva~a i vi{egodi{nji generalni sekretar
Srpske inènjerske akademije nauka, koji se preko
40 godina aktivno i veoma rezultativno bavi problemima energetike. U toj oblasti on je ostvario brojne
i kredibilne rezultate. Autora mnogi uvaàvaju kao
jednog od na{ih najpoznatijih energeti~ara i zbog toga je bio rado i ~esto angaòvan kao autor ili recenzent mnogih strategija, studija i projekata energetike
u na{oj zemlji.
Uputstvo autorima za saradnju u stru~nom ~asopisu „Elektroprivreda”
325
Uputstvo
autorima za saradnju
u stru~nom ~asopisu „Elektroprivreda”
U stru~nom ~asopisu se objavljuju kategorisani ~lanci:
originalni nau~ni radovi, prethodna saop{tenja, pregledni radovi i stru~ni radovi
iz oblasti elektroprivrede, odnosno energetike.
Pismo: }irilica ili latinica. Na po~etku se navode
imena i prezimena autora sa srednjim slovom, naziv
preduze}a, odnosno dela preduze}a ili ustanove sa
adresom, kao i naslov rada (na srpskom i engleskom
jeziku). Rezime rada (na srpskom i engleskom jeziku)
sadrì kratko izloènu osnovnu strukturu i sadràj rada, i ne treba da sadrì vi{e od 200 re~i. Klju~ne re~i
se takodje navode na srpskom i engleskom jeziku.
Treba izbegavati celovita matemati~ka izvo|enja
vezana za relacije koje optere}uju pra}enje rada.
Neophodna matemati~ka izvodjenja mogu se dati,
po potrebi, kao celine u vidu jednog ili vi{e priloga.
Treba obavezno koristiti SI sistem jedinica i op{te
prihva}ene pojmove.
Jedna~ine treba numerisati uz desnu marginu
teksta u malim (okruglim) zagradama. Pozivanje na
jedna~ine u tekstu vr{i se pomo}u malih zagrada, a
pozivanje na literaturu pomo}u srednjih (uglastih)
zagrada. Zna~enje skra}enice objasniti pri njenom
prvom kori{}enju u tekstu. Strane re~i se prevode na
srpski, a original se pi{e u zagradi iza prevoda. Napomena u tekstu treba da bude {to manje, a ukoliko
ih ima, treba da budu kratke. Napomene se ozna~avaju rednim arapskim brojevima i navode se na dnu
stranice kao fusnote. Napomene u tabelama ozna~avaju se malim slovima i navode se odmah ispod tabele. Na kraju rada prilaè se spisak kori{}ene literature. Za ~lanke, navode se prezimena i po~etna
slova imena svih autora, naslov rada, puni naziv ~asopisa, broj i godina publikovanja i prvi i poslednji
broj stranice. Za knjige, navode se prezimena i po~etna slova imena svih autora, naslov knjige, izdava~ i godina izdanja. Za referate sa konferencija,
navode se prezimena i po~etna slova imena svih au-
tora, naziv referata, puni naziv konferencije, broj referata, mesto i vreme odràvanja konferencije.
Rad ne treba da prelazi 15 kucanih strana formata A4 sa marginama od 3 cm. Tabele, slike i fotografije treba obeleìti po redosledu i uklju~iti u tekst.
Radovi autora iz susednih zemalja i zemalja u
okruènju objavljiva}e se na srpskom ili engleskom
jeziku. Ukoliko je rad dostavljen na engleskom jeziku objavi}e se i prevod na srpski jezik naziva rada,
rezimea, klju~nih re~i i zaklju~ka.
Autor moè dati predlog kategorizacije rada u
skladu sa Uputstvom za ure|ivanje ~asopisa (orginalni nau~ni rad, prethodno sop{tenje, pregledni
~lanak i stru~ni ~lanak). Autor ne moè istu ili sli~nu verziju rada istovremeno ponuditi drugim ~asopisima radi objavljivanja.
Autor dostavlja rad u elektronskom obliku na disketi, CDu ili elektronskom po{tom i tri kopije na
papiru. Za elektronski oblik rada preporu~uje se autoru da koristi program za pisanje teksta Word i tip
slova Times New Roman (font 12, a razmak 1,5).
Za objavljeni rad autor dobija honorar. Autor i
koautori dobijaju besplatno po jedan primerak ~asopisa u kome je objavljen njihov rad.
U slu~aju bilo kakvih nejasno}a ili razli~itih stavova kod koautorskog rada, prihvataju se samo stavovi koje iznese prvi autor.
Rad se {alje na adresu:
JP EPS
Direkcija za strategiju i investicije
Za glavnog urednika ~asopisa „Elektroprivreda”
Vojvode Stepe 412, 11 000 Beograd,
elektronski oblik rada na e-mail:
[email protected]
Uputstvo autorima za saradnju u stru~nom ~asopisu „Elektroprivreda”
326
Instructions
to Authors for Cooperation
in the Expert Magazine „Elektroprivreda”
The following categorised articles are published in the expert magazine:
original scientific papers, preliminary notices, summary papers and expert papers
from the field of electric power industry, i.e. energy
Alphabet: Cyrillic or Latin. Names and surnames
of authors should be indicated in the beginning with
the middle name, name of the company, i.e. part of the
company or institution with the address, as well as
the paper title (in Serbian and English). Summary (in
Serbian and English) should contain briefly presented basic structure and contents of the paper and it
should not contain more than 200 words. Key words
should also be indicated in Serbian and English.
Complete mathematical derivations related to relations affecting the reading of the paper should be
avoided. Necessary mathematical derivations may be
provided completely if necessary as one or more
annexes. SI system of units should be used together
with generally accepted terms.
Equations should be numbered along the right text
margin in small (round) brackets. References to equations should be made by means of small brackets,
while references to literature should be made by means of medium (square) brackets. Meaning of abbreviations should be explained when it is first mentioned in the text. Foreign words should be translated
into Serbian, while the original should be written after the translation. There should be as less as possible textual notes, and in case there are some, they
should be brief. Notes should be labelled with ordinal
Arabic numbers and indicated at the end of the page
as footnotes. Notes in tables should be labelled in
small letters and indicated right below the table. The
list of used literature should be specified at the end of
the paper. The following is indicated in case of articles, surnames and first letter of authors’ names, article title, full name of the magazine, number and year
of publishing and the first and the last page number.
In case of books, the following is indicated, surnames
and first letter of authors’names, book title, publisher
and the year of publishing. In case conference pa-
pers, surnames and first letter of authors’ names, paper title, full name of the conference, paper number
and time period of the conference.
The paper should not exceed 15 typed pages A4
format with 3cm margins. Tables, figures and photos
should be labelled according to their sequence and
included in the text.
Papers of authors from the neighbouring countries will be published in Serbian or English. If the paper was submitted in English, Serbian translation of
the paper title, summary, key words and conclusion
will be published.
The author may propose the paper categorisation
in accordance with the Instructions for Magazine
Editing (original scientific paper, preliminary notice,
summary article and expert article). The author may
not offer the same or similar version of the paper
simultaneously to other magazines for publishing.
The author should submit the paper in electronic
form on a floppy disk, CD or by e-mail and three
hardcopies. In case the paper is submitted in electronic form, the author is recommended to use MS Office Word, font Times New Roman (12 pt, space 1.5).
The authors will receive a fee for the published paper. The author and co-authors will each receive a
free of charge copy of the magazine in which their paper was published.
In case of any ambiguities or different positions in
the co-author’s paper, only positions stated by the
author will be recognised.
Papers should be sent to the following address:
JP EPS
Direkcija za strategiju i investicije
Za glavnog urednika ~asopisa „Elektroprivreda”
Vojvode Stepe 412, 11 000 Beograd,
elektronski oblik rada na e-mail:
[email protected]
Kriterijumi za kategorizaciju radova u stru~nom ~asopisu „Elektroprivreda”
ELEKTROPRIVREDA, GODINA LXIV, BROJ 3, 2011, 327
327
Kriterijumi
za kategorizaciju radova
u stru~nom ~asopisu „Elektroprivreda”
ORIGINALNI NAU^NI RAD
U ovu kategoriju svrstavaju se radovi, koji sadrè originalne rezultate istraìvanja, interesantne za {iri krug stru~njaka u podru~ju koje je predmet rada. Primena dobijenih rezultata treba da bude prikazana
na realnim primerima iz inènjerske prakse. Ovi radovi treba da su napisani tako, da je na osnovu izloènih sadràja i informacija, mogu}e prakti~no primeniti saop{tene rezultate i proveriti ura|ene primere.
PRETHODNO SAOP[TENJE
Kao prethodno saop{tenje svrstava se rad koji sadrì elemente originalnosti, ali koji nisu dovoljni da
bi se rad mogao smatrati u potpunosti originalnim nau~nim radom iz jednog ili vi{e navedenih razloga:
– doprinosi su manjeg zna~aja
– nisu obuhva}eni neki od zna~ajnih ~inilaca
– nema primene na realnom primeru
– re{enje nije realizovano (kada je re~ o novom ure|aju, mernoj metodi ili objektu)
PREGLEDNI RAD
Ovi radovi sadrè celoviti prikaz stanja i tendencija razvoja pojedinih oblasti nauke i tehnologije. Radovi ove kategorije obavezno sadrè kriti~ki osvrt i ocenu onoga {to je razmatrano. Citirana literatura u
radu treba da bude dovoljno obuhvatna, kako bi se na osnovu nje omogu}io {to {iri i bolji uvid u predmetne sadràja. Obavezno je citiranje relevantnih referenci autora, koje se odnose na razmatranu problematiku, ~ime se potvr|uje kompetentnost sa pisanje radova iz ove kategorije. Ukupan broj razmatranih citata
ne bi trebalo da bude manji od 15 i trebalo bi prete`no da bude iz vode}ih svetskih publikacija.
STRU^NI RAD
Ovi radovi mogu da sadrè prikaz re{enja nekog ure|aja, sklopa ili instrumenta koje je originalno u
doma}im uslovima, kao i prikaz zna~ajnih prakti~nih realizacija, projekata, studijskih analiza i sl. Radovi
ove kategorije mogu da sadrè doprinose primeni poznatih metoda i nau~nih rezultata i njihovom prilago|enju potrebama aktuelne prakse.
REDAKCIJA
~asopisa „Elektroprivreda”
328
CIP – Katalogizacija u publikaciji
ELEKTROPRIVREDA, GODINA LXIV, BROJ 3, 2011, 328

1 i 2. strana.qxp

Transcription

Similar documents

Prezentacija 2

Broj 3

Prezentacija 6

Poslovni domjenci Telekomunikacije Nekretnine Banke

Razlaga standarda EN ISO 17632-A

Broj 4

Merjenje in upravljanje energije MT173

elektroprivreda

List 362

Seminarski rad: Mašinsko ucenje, inteligentni agenti

1 novo.indd - Philologia

cjevovoda

INTERVJU

List 358

Uvodnik Leading article