Relejna zastita elektroenergetskog sustava_zbornik

Str. 464 Gotovo 30-godišnja praksa pokazuje da prezentirani koncept štićenja mreže 35 kV i postrojenja zauzemljenje neutralne točke 35 kV odgovara zahtjevima štićenja postrojenja i omogućuje dobru usklađenosts postrojenjem i sustavima zaštite u nadležnosti HEP-ODS.2. POGONSKI DOGAĐAJI Nakon uzemljenja neutralne točke 35 kV u TS Slavonski Brod (1988.-1989. g.) dogodilo se nekolikoneselektivnih prorada kratkospojne zaštite neutralne točke (zaštita od premoštenja otpornika). Neselektivneprorade događale su se pri jednopolnim kvarovima u 110 kV mreži te 400 kV mreži. Prve analize nisu dalejednoznačan odgovor što bi mogao biti uzrok neselektivne prorade, pogotovo što se u drugim postrojenjimaslične topologije i električkih parametara pojava nije primjećivala. Daljnjim analizama utvrđeno je da se u takvim slučajevima radilo o intenzivnom tijeku struje krozkrutu vezu između neutralnih točaka energetskih transformatora u paralelnom radu, odnosno ocirkulacijskoj struji između nultočaka transformatora, ali bez toka struje kroz otpornik za uzemljenje. Ukonkretnom slučaju radi o nazivno jednakim transformatorima, s jednakim nazivnim snagama, približnojednakim impedancijama, istog proizvođača i konstrukcije, kako je izneseno u Tablici 1. TR1 TR2Minel TPv 7615-40 Minel TPv 7615-40Grupa spoja: YNyn0d5 Grupa spoja: YNyn0d5Sn = 40 / 40 / 13,3 MVA Sn = 40 / 40 / 13,3 MVAuk1-2: 11,05% uk1-2: 11,05%uk1-3: 5,77% uk1-3: 5,80%uk2-3: 1,6% uk2-3: 1,6%Tablica 1.: Nazivni podaci transformatora iz TS 110/35 Slavonski Brod na kojima je pojava prvi puta zabilježena U vrijeme kada je pojava uočena sustavi zaštite dalekovoda kao i primarna oprema (prekidači) subili lošijih karakteristika u usporedbi s opremom kojom se danas raspolaže. Primjena telekomunikacijskihshema uz distantne zaštite bila je rijetka, distantni releji i VN prekidači znatno sporiji (za neke prekidačetipa 2Pv u TS 110/35 Slavonski Brod vremena djelovanja znala su biti i do 200 ms), a parametri dalekovodačesto nedovoljno poznati. Vrijeme do isključenja znalo je biti dulje od 300 ms koliko je u PrP Osijekuobičajeno vrijeme djelovanja zaštite od premoštenja otpornika za uzemljenje. Pokazalo se da je duljetrajanje kvara u nadređenoj mreži neposredan uzrok prorade zaštite od premoštenja otpornika uslijedcirkulacijskih struja između nultočki paralelnih transformatora. Slika 2.: Pojednostavljeni prikaz pogonskog događaja S obzirom da su u to vrijeme mogućnosti praćenja, bilježenja i pohranjivanja zapisa analognihmjernih veličina tijekom kvara bile vrlo ograničene, na temelju ograničenih saznanja iz pogonskih događajaostvarena su tehnička rješenja koja sprečavaju nepotrebnu proradu zaštite od premoštenja otpornika.Razrađena je metoda slična je metodi korištenoj u diferencijalnoj zaštiti - struje izmjerene u neutralnimtočkama transformatora TR1 i TR2 uspoređene su korištenjem međutransformatora u diferencijalnom spojui rezultat zbrajanja priveden je na zajednički kratkospojni relej .

Str. 465 Slika 3.: Prikaz zaštitne sheme za blokiranje isklopa uslijed cirkulacijskih struja Kratkospojni relej ne bi prorađivao ako bi struja tekla između neutralnih točki transformatora jer bidiferencijalna struja bila bliska nuli. U slučaju zemljospoja na 35kV struje više ne bi tekle u istom smjeru(između nultočki) već prema otporniku za uzemljenje i u zemlju, što bi u diferencijalnom elementu dalostruju različitu od nule i potaklo kratkospojni član na proradu. Kada se rješenje pokazalo prihvatljivim svaslična postrojenja su opremljena istim.2.1. Događaj DV Slatina – Virovitica, 28.4.2015. Primjena numeričkih sustava relejne zaštite unaprijedila je između ostalog mogućnosti bilježenja inaknadnih analiza pogonskih događajima na temelju zapisa iz uređaja zaštite. Analiza zapisa iz numeričkih releja za zaštitu transformatora u TS Slatina prilikom kvara 28.4.2015.godine na 110 kV dalekovodu Slatina – Virovitica na udaljenosti od 9 km od sabirnica TS Slatina dala jezanimljive rezultate. U vrijeme nastanka kvara na dalekovodu transformatori u TS Slatina bili su uparalelnom radu i pri tome su zabilježene slijedeće struje: Slika 4.: Kvar na DV Slatina – Virovitica, podaci iz disturbance recorder-a

Str. 466 TR1 TR2KONČAR D&ST TRP 40000-123/DN KONČAR 3TRZ 20000-123Grupa spoja: YNyn0d5 Grupa spoja: YNyn0d5Sn = 40 / 40 / 13,3 MVA Sn = 20 / 20 / 6,5 MVAuk1-2: 11,1% uk1-2: 10,7%uk1-3: 6,9% uk1-3: 11,0%uk2-3: 4,4% uk2-3: 6,9%Tablica 2.: Nazivni podaci transformatora iz TS 110/35 Slatina Na Slici 5 uočavamo suprotni smjer struja u TP1 i TP2. Razliku u iznosima struje neutralne točkeTP1 i TP2 pripisujemo značajno različitim karakteristikama mjernih transformatora, vidljivo u Tablici 3. NT TR1 NT TR2ANB 0,72 4APU38Prijenosni omjer: 300/1 A Prijenosni omjer: 150/5 ANazivna snaga: 2,5 VA Nazivna snaga: 15 VAKlasa: 5P30 Klasa: 10P10Tablica 3.: Nazivni podaci SMT ugrađenih u NT transformatora Slika 5.: Mjerene struje u TR1 (lijevo) i TR2 (desno). Prvi red pokazuje iznos i smjer 3I0 na 35 kV strani, dok drugi red prikazuje struje kroz SMT NT. Smjerovi su u oba slučaja suprotni. Cirkulacijska struja između neutralnih točki energetskih transformatora prisutna je za vrijemetrajanja kvara u 110 kV mreži. U slučaju da zaštita dalekovoda nije otklonila kvar za 300 ms, zaštita odpremoštenja otpornika imala bi uvjete za proradu. Kako bi se spriječila nepotrebna prorada pri eventualnoduljem vremenu do otklanjanja kvara (obzirom da kod ugradnje numeričke zaštite transformatora nijeostvareno diferencijalno mjerenje struja kroz neutralne točke) podešenje proradne struje zaštite odpremoštenja otpornika za uzemljenje postavljeno je na iznos veći od ostvarene vrijednosti pri promatranomkvaru (1,8 kA), što još uvijek zadovoljava za slučaj stvarnog premoštenja otpornika i jednopolnog kvara u35 kV mreži. Ujedno je to bio poticaj za daljnju analizu i traženje novog tehničkog rješenja.2.2. Prijedlog zaštitne sheme izvedive s numeričkim zaštitnim uređajima Tehničko rješenje prema [5] preporučuje da uvjet za proradu zaštite od premoštenja otpornika bude(ne)postojanje struje kroz otpornik. U našem slučaju to bi značilo mjerenje struje obuhvatnim strujnimmjernim transformatorom ugrađenim u kućištu otpornika, na priključku otpornika prema uzemljivaču. Ustvarnim uvjetima može se dogoditi premoštenje otpornika pri kojem kroz dotični transformator struja ne bini prolazila. Također, primijenjeni obuhvatni transformator tipa TK880 dimenzioniran je za preciznomjerenje struja do iznosa nazivne struje (250 A), pa je za očekivati da će pri višestruko većim strujama doćido zasićenja te zaštitna funkcija neće imati uvjete za proradu. Minimalni uvjet za primjenu ovog tehničkogrješenja je, dakle, ugradnja dodatnog obuhvatnog strujnog transformatora s jezgrom dimenzioniranom zapotrebe zaštite.

Str. 467 Drugo, praktičnije rješenje vezano je uz određene tipove uređaja zaštite, koji sadrže dovoljan brojanalognih strujnih ulaza i filtere s mogućnošću sumiranja dviju analognih vrijednosti (fazora) s različitogizvorišta. U uređaj zaštite transformatora dovedu se struje neutralnih točki oba transformatora, a rezultatsumiranja istih privodi se na funkciju nadstrujne zaštite. Princip je praktički jednak nekadašnjemdiferencijalnom mjerenju, jer pri pojavi cirkulacijske struje kroz nultočke rezultat sumiranja približno je 0 A,dok pri zemljospoju u 35 kV mreži rezultat sumiranja odgovara struji kroz otpornik. Slika 7: Sumiranje struja neutralne točke TR1 i TR2 Za definiranje primjenjivog tehničkog rješenja potrebno je analizirati svaku konkretnu situaciju,uzimajući u obzir broj i nazivne podatke energetskih transformatora, raspoloživi tip i opremljenost uređajazaštite, smještaj i karakteristike strujnih transformatora te potrebu i mogućnost zamjene ili dogradnje istih.3. SIMULACIJSKI MODEL Zbog opasnosti opisane pojave po selektivnost zaštitnih shema pažnja je posvećenamatematičkom modeliranju kako bi se dobio uvid o tome što se događa unutar transformatora tijekomjednopolnog kratkog spoja u nadređenoj mreži. Cilj je identificirati parametre transformatora koji sunajznačajniji za pojavu cirkulacijske struje te predvidjeti iznos struje kvara za različite objekte u nadležnostiHOPS-a. Korišteni model okolne mreže ne odgovara stvarnom sustavu, dok su transformatori i otporniciza uzemljene modelirani relativno vjerno prema već dostupnim podacima.3.1. Ulazni podaci Kako bi rezultati simulacije imali prediktivnu vrijednost uzeti su stvarni transformatori kakvi se uposljednje vrijeme najčešće ugrađuju u postrojenja u nadležnosti HOPS-a na 110 kV naponskoj razini.Podaci su dani u Tablici 4. TR1 TR2KONČAR D&ST TRP 40000-123/DN KONČAR 3TRZ 20000-123 Grupa spoja: YNyn0d5 Grupa spoja: YNyn0d5 Sn = 40 / 40 / 13,3 MVA Sn = 20 / 20 / 6,5 MVA uk1-2: 11,1% uk1-2: 10,7% uk1-3: 6,9% uk1-3: 11,0% uk2-3: 4,4% uk2-3: 6,9%Tablica 2.: Nazivni podaci transformatora korištenih u simulaciji, odgovaraju onima u TS 110/35 Slatina Kao bazni napon se odabire ������������������������ = 35 kV te se sve impedancije između pojedinih namotapreračunavaju na 35kV stranu prema sljedećim izrazima:������������������������12,35 = ������������������������12, ������������ ∙ ������������������������ 2 [Ω] (1-1) 100 ������������������������ (1-2) (1-3)������������������������23,35 = ������������������������23, ������������ ∙ ������������������������ 2 [Ω] 100 ������������������������������������������������31,35 = ������������������������31, ������������ ∙ ������������������������ 2 [Ω] 100 ������������������������

Str. 468 Iako su podaci dostupni, djelatne otporne se zanemaruje. Nadalje, potrebno je izračunatireaktancije pojedinih namota preslikanih na bazni napon prema sljedećim izrazima:������������������������, 1 = 1 ∙ (������������������������12,35 + ������������������������31,35 − ������������������������23,35) [Ω] (1-4) 2������������������������, 2 = 1 ∙ (������������������������12,35 + ������������������������23,35 − ������������������������13,35) [Ω] (1-5) 2������������������������, 3 = 1 ∙ (������������������������13,35 + ������������������������23,35 − ������������������������12,35) [Ω] (1-6) 2 Otpornik za uzemljenje se već nalazi na 35 kV strani pa preračunavanje na bazni napon nijepotrebno, inače je o tome nužno voditi računa. Na temelju dobivenih vrijednosti je moguće izraditi direktnu,inverznu i nultu shemu za oba transformatora. Kako se radi o nerotirajućem elementu direktni i inverznislijed su jednaki. S P Xd,2 Xd,1 T Xd,3Slika 8: Direktna i inverzna shema spoja Ynyn0d5Nulta shema se razlikuje: S 3Rn X0,2 X0,1 T ∞ X0,3 Slika 9: Nulta shema spoja Ynyn0d5 Kako su oba namota spojena u zvijezdu i uzemljena vrijedi da su nulte reaktancije jednakedirektnima, s tom razlikom da je u seriju sa sekundarnom reaktancijom dodana i trostruka vrijednost otporapreko kojega se nučtočka uzemljuje. Iz nulte sheme je moguće prikazati shemu kruga u kojoj se vidi gdjeteku cirkulacijske struje između sekundarnih namota paralelno spojenih transformatora. Ukoliko se u točkuP (primar) injektira nulta komponenta struje, odnosno ako se u nadređenoj mreži dogodi jednopolni kratkispoj između sekundara (S-S) će poteći struja. Iz sheme je očito da iznos struje ovisi o iznosima nultihreaktancija svih namota paralelnih transformatora. Treba primijetiti da je otpornik za uzemljenje izmještenizvan transformatora, za razliku od smještaja na Slici 9. Daljnja analiza se neće raditi ručno, već u specijaliziranom softveru. Ključno je da se stvoripredodžba o odnosima unutar modela kako bi se lakše tumačili rezultati simulacije.

Str. 469 S X0,2,tr1 X0,1,tr1 T X0,3,tr1 ∞P 3Rn S X0,2,tr2 X0,1,tr2 T X0,3,tr2 ∞ Slika 10: Nulta shema paralelnog spoja dva transformatora Model se sastoji od nekoliko elemenata; dva tronamotna transformatora modelirana kako bi se štotočnije predstavile vrijednosti za koje je poznato da utječu na iznos cirkulacijske struje, vanjske mreže kojaje direktno uzemljena kako bi se aproksimirala situacija u PrP Osijek, jedan napojni dalekovod od 35km tedijeljeni otpornik za uzemljenje i model tereta. Mreža ne prikazuje stvarni sustav i rezultati nisu direktnousporedivi sa snimkama pogonskih događaja iznesenih ranije u ovom tekstu.Slika 11: Simulacijski model spoja dva paralelna transformatora s dijeljenim otpornikom

Str. 4703.1. Rezultati jednopolnog kratkog spoja u 110 kV mreži Slika 12: Rezultati simulacije 1pks u 110kV mreži Jednopolni kratki spoj u 110 kV mreži dale rezultate kako je prikazano na Slici 12. Kvar nastaje nanapojnom dalekovodu u fazi „a“ na početku voda (gledano od strane napojne mreže). Vidljivo je da nastajustruje između zvjezdišta 35 kV transformatora, prema 35kV sabirnicama, natrag preko sekcijskog polja 35kV i ponovno u zvjezdište drugog transformatora. Pri tome kroz otpornik za uzemljenje ne teče struja.Detaljnije prilike u mreži prilikom kvara su dane na slikama niže.

Str. 471Slika 13: Naponske prilike na transformatoru +TR1 Slika 14: Strujne prilike na transformatoru +TR1

Str. 472 Slika 15: Strujne i naponske prilike u nultočkiSlika 16: Cirkulacijska struja u stabilizacijskom namotu te magnetski tokovi u jezgri

Str. 4734. ZAKLJUČAK Iz iznesenih simulacijskih prikaza može se vidjeti da je pojava cirkulacijskih struja između nultočkii sekundarnih namota paralelno spojenih transformatora itekako opasna pojava jer može izazvatineselektivnu proradu kratkospojne zaštite nultočke transformatora i možda nepotrebno izbaciti obatransformatora iz pogona, što za konzum ima velike posljedice, naročito uzimajući u obzir da mrežni centarne bi ni energizirao drugi transformator da to teret ne zahtijeva. Jednopolni kvar u nadređenoj mreži, biloto na 110kV, 220 kV ili 400 kV može ostaviti čitave gradove bez napajanja ukoliko se o pojavi ne vodiračuna. U tekstu su dani prijedlozi sprečavanja neželjene prorade zaštite uslijed pojave cirkulacijskih struja. Predmet daljnjeg proučavanja će biti detaljna analiza očekivanih amplituda cirkulacijskih struja zasve objekte u PrP Osijek koristeći realnu mrežu te naknadna verifikacija modela sa zapisima događaja kakose već budu događali. Osim toga, poseban napor treba uložiti u ishođenje podataka o nultoj komponenti uk% međunamotima koji je identificiran kao najvažniji parametar za kvantificiranje amplitude cirkulacijske struje.

Str. 4745. LITERATURA[1]. Sonja Ravlić: Uzemljenje zvjezdišta transformatora mreža srednjeg napona; FER Zagreb, https://www.fer.unizg.hr/_download/repository/KDI_Sonja_Ravlic.pdf[2]. PRAVILNIK O TEHNIČKIM ZAHTJEVIMA ZA ELEKTROENERGETSKA POSTROJENJA NAZIVNIH IZMJENIČNIH NAPONA IZNAD 1 kV[3]. Renato ĆUĆIĆ - Vitomir KOMEN - Marijana ŽIVIĆ ĐUROVIĆ: KONCEPT UZEMLJENJA ZVJEZDIŠTA RAZDJELNIH MREŽA; Engineering review,Croatian Scientific Bibliography, 2008.[4]. Matko Škarpona, Krešimir Meštrović, Renato Ćućić, Mladen Gjergja, Darko Kruljac: UZEMLJENJA NEUTRALNIH TOČKI DISTRIBUTIVNIH MREŽA STANJE U HEP-ODS ELEKTRA ZADAR; 9. savjetovanje HRO CIGRÉ, Cavtat, 2009.[5]. G.Calzolari, C.Saldaña: Power transformers in parallel which share a neutral resistance: how to manage the circulating current between the secondary windings; IPST International Conference on. Power Systems Transients. 2005.[6]. http://ipstconf.org/papers/Proc_IPST2005/05IPST036.pdf[7]. Ranko Goić, Damir Jakus; Ivan Penović; Distribucija električne energije, FESB Split, interna skripta, Split, 2008.

Str. 475HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA 1-43ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ12. simpozij o sustavu vođenja EES-aSplit, 14. – 16. studenoga 2016.Hrvoje Opačak, mag.ing.el. mr.sc. Siniša Jergović, dipl.ing.el.HEP-ODS d.o.o., DP Elektroistra HEP-ODS d.o.o., DP [email protected] [email protected] UTJECAJ TRANSFORMATORA ZA UZEMLJENJE NA STRUJU DOZEMNOG SPOJA U DISTRIBUTIVNIM SN MREŽAMA SAŽETAK Uzemljenje neutralne točke distributivnih mreža 10 i 20 kV napona u slučaju kada nije dostupnozvjezdište energetskih transformatora izvodi se uzemljivanjem umjetnog zvjezdišta. Za to se koristespecijalni trofazni jednonamotni transformatori (prigušnice) s primarnim namotom u spoju razlomljenazvijezda (zig-zag). Vrlo često se takvi transformatori izvode sa sekundarnim namotom koji se koristi zanapajanje vlastite potrošnje TS. U mrežama uzemljenim posredstvom paralelne kombinacije otpornika i prigušnice zakompenzaciju kapacitivne komponente struje zemnog spoja, iskazuje se negativan utjecaj transformatoraza uzemljenje na mogućnosti kompenzacije, kao i radnu komponentu struje kvara. Taj utjecaj sepovećava s vrijednošću kapacitivne struje zemnog spoja i može imati negativan utjecaj na rad relejnezaštite. Ključne riječi: Transformator za uzemljenje, uzemljenje neutralne točke, dozemni spoj, relejnazaštita. EARTHING TRANSFORMER'S INFLUENCE ON THE EARTH FAULT CURRENTS IN MV ELECTRICAL NETWORKS SUMMARY Neutral point earthing of the electrical distribution networks operated on the voltage 10 and 20 kVis over artificial neutral point realized when the neutral point is not available. In that case, specializedthree phase single winding transformers (reactors) with the primary winding connected intointerconnected star (zig-zag) are used. Secondary winding on these types of transformers is very offtenused for the self consumption of its own transformer station. In the electrical networks earthed through the parallel combination of the resistor and reactor forcompensation of the capacitive earth fault current, negative influence of the earthing transformer effect onpossibilities of compensation and resistor current. This effect is being more emphasized with the value ofcapacitive earth fault current and could have negative influence on the relay protection operation. Key words: Earthing transformer, neutral point earthing, earth fault, relay protection.

Str. 4761. UVOD U HEP-ODS Elektroistra Pula se za direktnu transformaciju 110/20 kV i 110/10 kV koristetransformatori grupe spoja YNd5, pa je zbog nedostupne neutralne točke sekundarnog namota mrežauzemljena posredstvom transformatora za uzemljenje. Povijesno gledajući, postoji duga tradicijakorištenja takvog načina uzemljenja od vremena kada se pristupilo uzemljenju mreže 10 kV grada Pule.Mreža 10 kV grada Pule dijelom je napajana putem tercijarnog namota transformatora 110/35/10 kVgrupe spoja YNynd5, pa je takav način uzemljenja bio i jedini moguć. Uzemljenje je provedenoposredstvom maloohmskog otpornika pri čemu je u gradu Pula zbog velikog udjela kabelske mreže radnakomponenta struje jednopolnog kratkog spoja ograničena na 300 A. U ostalim TS struja jednopolnogkratkog spoja ograničena je na iznos 150 A ili je mreža pak u pogonu kao izolirana. Izbor iznosa radnekomponente struje izvršen je na način da se zadovolje uvjeti maloohmskog uzemljenja pri čemu senastojalo držati radnu struju jednopolnog kratkog spoja barem 3 x većom od kapacitivne strujezemljospoja promatrane mreže. Širenjem mreže i značajnim povećanjem njezinog kabelskog udjela,uvjeti na uzemljenje bitno su se promijenili, što je posebno izraženo nakon prelaska mreže na 20 kVnapon. Zbog toga se prije 10 godina pristupilo nepotpunoj kompenzaciji kapacitivne struje zemljospoja, teistovremenom smanjenju radne komponente struje jednopolnog kratkog spoja na 50 A radizadovoljavanja tehničkih propisa na područjima visokog specifičnog otpora tla, odnosno lakših uvjeta zauzemljenje distributivnih TS 20/0,4 kV. Time više nije zadovoljen uvjet niskoohmskog uzemljenja, ali ješirokom primjenom metaloksidnih odvodnika prenapona otklonjen problem unutarnjih prenapona koji jebio jedan od razloga uzemljenja preko malog otpora. U DP Elektroistra Pula sve mreže nazivnog napona 20 kV u pravilu su uzemljene prekoparalelnog spoja otpornika i ručno podesive kompenzacijske prigušnice kojom se vrši djelomičnakompenzacija kapacitivne komponente struje zemnog spoja. Preostala kapacitivna struja zemnog spojaodržava se na 20-30 A, a struja jednopolnog kratkog spoja na oko 60 A. Takav način uzemljenjapredstavlja kompromis između suprotnih uvjeta, dovoljno visoke radne komponente struje za pouzdan radzemljospojne zaštite i što manje struje radi zadovoljavanja tehničkih propisa na područjima s visokimspecifičnim otporom tla, tj. lakših uvjeta uzemljenja distributivnih TS 20/0,4 kV.2. UZEMLJENJE 10(20) kV MREŽE PREKO TRANSFORMATORA ZA UZEMLJENJE Prema definiciji iz propisa EU za transformatore male, srednje i velike snage (VERORDNUNG(EU) Nr. 548/2014 Kleinleistungs-, Mittelleistungs- und Großleistungstransformatoren) transformator zauzemljenje je trofazni transformator kojim je ostvarena neutralna točka za uzemljenje mreže. Širenjemmreže, te posebno povećanjem udjela kabela zbog intenzivnog kabliranja, bilo je potrebno izvršitiuzemljenje neutralne točke 10 kV i posebno 20 kV. Uzemljenje neutralne točke sekundarnog namota uslučaju da je nedostupna, izvodi se preko umjetno stvorene neutralne točke. Za to se koriste specijalnetrofazne prigušnice s primarnim namotom u spoju razlomljena zvijezda (zig-zag). Takve se prigušnicenajčešće izvode sa sekundarnim namotom s kojega se može napajati i vlastita potrošnjatransformatorske stanice odnosno postrojenja.2.1. Razlozi uzemljenja mreže 10(20) kV Prema važećim tehničkim propisima u RH dozvoljen je pogon srednjenaponskih distributivnihmreža s izoliranom neutralnom točkom ukoliko kapacitivna struja IC ne prelazi navedene u tablici I. Kadakapacitivne struje prijeđu te vrijednosti mrežu je potrebno uzemljiti.Tablica I. Vrijednosti kapacitivnih struja pri kojima je dozvoljen pogon s izoliranom neutralnom točkomMreža 10 kV Ic = 20 AMreža 20 kV Ic = 15 AMreža 35 kV Ic = 10 A U distributivnim mrežama srednjeg napona zahtjevi na izbor načina uzemljenja neutralne točkeopćenito su složeniji nego kod prijenosnih mreža jer treba uvažiti velik broj različitih faktora važnih zasigurnost pogona i ljudi. Način uzemljenja bira se prema specifičnim zahtjevima određene mreže kako bi

Str. 477se udovoljilo svim tehničkim uvjetima za normalan i siguran pogon. Izbor je određen na osnovuraspoloživih kadrova i sredstava, pri čemu postojeće iskustvo i navike imaju značajan utjecaj. Objekti SNmreža često su u blizini raznih infrastrukturnih instalacija, metalnih i betonskih konstrukcija zgrada iobjekata, te služe kao izvor napajanja razdjelnih mreža niskog napona, pa se mora voditi posebna briga oopasnostima i smetnjama koje mogu proizvesti struje i naponi kod zemnog spoja. Pravilnikom suodređeni maksimalno dozvoljeni naponi dodira odnosno otpori uzemljenja distributivnih TS što imapresudni značaj na izvedbu i način uzemljenja neutralne točke distributivne mreže 10 i 20 kV napona. U uvjetima velikih struja zemnog spoja potrebno je postići vrlo male otpore uzemljenja što je upodručjima s visokim specifičnim otporom tla poput onoga na području DP Elektroistra gotovo nemogućeostvariti. Općenito je prihvaćeno da omjer radne i kapacitivne struje radi pouzdane prorade zaštitnih relejai smanjenja intermitirajućih i sklopnih prenapona mora biti IR:IC ≥ 3:1. Ipak, u slučaju da se dozvoljeninapon dodira s tako visokim strujama kvara ne može postići, dozvoljava se omjer IR:IC ≥ 1,5:1. Uzemljenje 10 i 20 kV mreže se na početku provodilo na način da je uzemljenje bilo izvedenopreko otpornika malog otpora kojim je radna komponenta struje ograničena na 300 A (u gradu Pula)odnosno 150 A (ostatak Elektroistre). Ovakav način uzemljenja uglavnom je zadovoljavao potrebepogona jer su kapacitivne struje zemnog spoja bile manjih iznosa. Na taj način je ukupna kapacitivnastruja zemnog spoja i dalje tekla na mjestu kvara. Daljnjim širenjem i intenzivnim kabliranjem mreže, anaročito prelaskom mreže s 10 kV napona na napon 20 kV struja zemnog spoja porasla je nanedopustivo visoke vrijednosti. Stoga je bilo nužno u određenim mrežama učiniti zahvate i promjene nasustavu uzemljenja. Postavljanjem kompenzacijskih prigušnica s ručnom regulacijom paralelno s otpornikom, tesmanjivanjem radne komponente struje jednopolnog kvara na 50 A značajno je olakšano zadovoljavanjepropisa za otpore uzemljenja i dozvoljene napone dodira u mreži, a istovremeno nije ugrožen rad relejnezaštite iz razloga korištenja naprednih numeričkih releja. Kada zvjezdište sekundara napojnih transformatora nije bilo dostupno korišteni su transformatoriza uzemljenje što je i usvojeno kao tipsko rješenje za uzemjenje 20 kV mreža u DP Elektroistra. Do sadase utjecaju transformatora za uzemljenje na struju jednopolnog kvara nije pridavala posebna pažnja.Pojedine mreže 20 kV u DP Elektroistra već su dosegnule vrijednosti kapacitivne struje ������������������������ = ������������400 ������������, stendencijom ubrzanog porasta. U takvim pogonskim uvjetima utjecaj postojećih transformatora zauzemljenje na prilike kod zemnog spoja postao je toliki da ga se više ne može i ne smije zanemariti. Kolikije taj utjecaj bit će obrađeno teorijski i potvrđeno praktički na primjeru 20 kV mreže napajane iz TS 110/20kV Vinčent.2.2. Električka i konstrukcijska svojstva transformatora za uzemljenje u TS 110/20 kV Vinčent Trafostanica TS 110/20 kV Vinčent i njezina pripadna mreža analizirana ovim radom uzemljena jeputem neutralne točke transformatora za uzemljenje proizvodnje Končar slijedećih tehničkihkarakteristika:Proizvođač: Rade Končar, D&STSn=250 kVAGrupa spoja: ZNyn5(d)Un= 20(10)/0,4 kVUk= 4,2 %Vrsta hlađenja: ONANUkupna masa: 1,76 tMasa ulja: 540 kg Transformator za uzemljenje u TS 110/20 kV Vinčent ima tri namota. Neutralna točka izvedena jes primarnog zig-zag namota transformatora. Sekundarni namot predviđen je za napajanje vlastitepotrošnje TS i nultočka mu je direktno uzemljena. Tercijarni namot u spoju trokut služi kao stabilizacijskinamot i namot u kojemu se zatvara nulta struja jednopolnog kratkog spoja. Dozvoljena vrijednost struje neutralne točke prema specifikacijama za promatrani transformatorza uzemljenje iznosi ������������������������ℎ(5������������) = 150 ������������. Relejna zaštita TS 110/20 kV Vinčent podešena je da isključijednopolni kvar u vremenu 0,4 s. Uz vrijeme zatezanja od 0,4 s, potrebno je predvidjeti i tromostprekidača 20 kV, te ciklus automatskog ponovnog uklopa. Tromost prorade malouljnog prekidača sepretpostavlja 100 ms. Zatezanje 1. ciklusa APU-a određeno je prema potrebnom vremenu deionizacijezraka na mjestu električnog luka, a postavljeno je na 0,4 s.

Str. 478Uzimajući u obzir trajni kvar i uz zanemarivanje temperaturne promjene bakra Δϑ između proradeprekidača i 1. ciklusa prorade APU-a određuje se termička struja ������������������������ℎ(1,5������������) kroz neutralnu točkutransformatora za uzemljenje. ������������1 = ������������2 (1) ������������������2������ℎ1������������������������������������1 = ������������������2������ℎ2������������������������������������2 (2) ������������������������ℎ2 = ������������������������ℎ1�������������������������12 (3) gdje je E1 – Joulova energija koja se oslobađa pri termičkoj struji Ith1, E2 - Joulova energija koja seoslobađa pri termičkoj struji Ith2, Zx – impedancija ovisna o Joulovoj energiji, t1 – vrijeme pri kojem krozimpedanciju Zx teče struja Ith1, t2 – vrijeme pri kojem kroz impedanciju Zx teče struja Ith2. Relacijom (3) doznaje se da je termička struja Ith2 za pretpostavljeno neprekidno djelovanje strujejednopolnog kratkog spoja od 1,5 s iznosa ������������������������ℎ(1,5������������) = 273,86 ������������. Ovaj podatak je iznimno važan jer seprema njemu specificira ������������������������ℎ neutralne točke transformatora za uzemljenje. Slika 1. Nulta shema transformatora za uzemljenje Nulta impedancija transformatora za uzemljenje može se odrediti kako je prikazano prema slici 1.preko direktne impedancije pojedinog namota, a umanjenog za redukcijski faktor ovisan o konstrukcijskojizvedbi transformatora. Taj koeficijent određuje izvedba jezgre, namota i njegovo uzemljenje. To utječe naput zatvaranja silnica magnetskog toka u transformatoru, a tako i na njegovu nultu impedanciju Z0. Ukoliko se silnice zatvaraju preko željezne jezgre, tada će nulta impedancija Z0 biti veća, dok ćesuprotno, u slučaju zatvaranja zrakom biti manja, čemu se upravo i teži.3. UTJECAJ UZEMELJIVAČKOG TRANSFORMATORA NA STRUJU DOZEMNOG SPOJA Transformatori za uzemljenje koji mogu biti samo u svojstvu uzemljenja mreže ili i u svojstvunapajanja kućne potrošnje imaju različite električke, a tako i konstrukcijske karakteristike. Pri određivanjupotrebnih karakteristika transformatora najvažniji parametar je nulta impedancija Z0, a potom i dopuštenastruja neutralne točke Ith. Nulta impedancija Z0 određena je spojem namota, konstrukcijskim oblikomjezgre i ostalih dijelova transformatora u kojima se silnice magnetskog toka zatvaraju. Pretežno kabelska mreža na 10(20) kV naponskom nivou povećava struju zemnog spoja za višeod 10 puta u odnosu na mrežu s pretežno zračnim vodovima. Utjecaj transformatora za uzemljenje nastruju dozemnog spoja je to izraženiji što je kapacitivna struja mreže Ic veća.

Str. 479 Slika 2. Shema utjecajnih elemenata 20 kV mreže na struju jednopolnog kratkog spoja u TS 110/20 kV Vinčent3.2. Struje dozemnog spoja za različite tipove uzemljenja mreže3.2.1. Izolirana mreža Kao prednost izolirane mreže ističe se povećana kvaliteta opskrbe električnom energijom jer je utakvim mrežama veći broj samogasećih prolaznih kvarova. Zbog izostanka elemenata uzemljenja takvemreže su ekonomične i jednostavne za pogon. Negativni učinci pogona s izoliranom mrežom manifestiraju se pojavom intermitirajućih i sklopnihprenapona koji mogu uzrokovati dielektrični preskok, pa i dvostruki zemljospoj. Detekcija kvara je kodizolirane mreže otežana, što postavlja strože zahtjeve za rad relejne zaštite. Pri većim kapacitivnimstrujama ne dolazi do samogašenja kvara, dok prekidanje kapacitivne struje zemnog spoja može dovestido prenapona, posebno kod prekidača starije generacije. Granica samogašenja luka na mjestu kvararazni izvori različito definiraju, ali za 20 kV mrežu se može reći da iznosi oko 35 A. Slika 3. Fazorski dijagram napona i struja pri zemnom spoju u izoliranoj mreži3.2.2. Mreža uzemljena preko maloohmskog otpornika Osnovni ciljevi uzemljenja mreže preko maloohmskog otpornika su smanjenje unutarnjihprenapona i pouzdaniji rad relejne zaštite. Međutim, uzemljenjem preko otpornika malog otpora povećavase iznos struje jednopolnog kratkog spoja. Pretežno radni karakter struje kvara postiže sezadovoljavanjem omjera IR:IC ≥ 3:1. Na područjima većeg specifičnog otpora tla može se primijeniti omjerIR:IC ≥ 1,5:1. Ovaj način uzemljenja smanjuje pouzdanost isporuke električne energije iz razloga što svaki kvar,pa i prolazni uzrokuje prekid napajanja. Veća struja pogoršava uvjete uzemljenja, naročito u mrežama svelikim specifičnim otporom tla.

Str. 480 Slika 4. Fazorski dijagram napona i struja pri jednopolnom kratkom spoju u mreži uzemljenoj preko otpornika malog otpora3.2.3. Djelomična kompenzacija mreže Djelomična kompenzacija mreže uključuje uzemljenje neutralne točke preko otpornika i paralelnospojene prigušnice. Granična vrijednost kapacitivne struje kada je dozemni kapacitet mreže potrebnokompenzirati, prema pravilu IR:IC ≥ 3:1 za mreže uzemljene na radnu komponentu struje do ������������������������ = 300 ������������iznosi ������������������������ = 100 ������������. U DP Elektroistra se u djelomičnoj kompenzaciji upotrebljava ručno podesivaprigušnica kojom se preostala kapacitivna struja u normalnom uklopnom stanju mreže održava navrijednosti 20-30 A. Inače, mreža u ovisnosti o podešenom induktivitetu prigušnice može bitipodkompenzirana ili nadkompenzirana. U ovisnosti o tome kako se prigušnica podesi na mjestu kvarateče preostala induktivna ili kapacitivna struja. Prednost ovakvog sustava uzemljenja je smanjivanje unutarnjih prenapona uzrokovanih strujomdozemnih kapaciteta, te smanjenje ukupne struje na mjestu kvara što poboljšava uvjete uzemljenja u 10kV odnosno 20 kV mreži. Sustav zaštite, kao i sustav uzemljenja ostaje postojeći, te ga nije potrebnozamijeniti. Mreža uzemljena putem takve kombinacije otpornika i prigušnice ima i određenih nedostataka.Kratkotrajni prekid napajanja pri prolaznom kvaru je neminovan, kao i kod uzemljenja preko otpornikamalog otpora. Ipak, ukupno niža vrijednost jednopolnog kvara povoljno utječe na samogašenjeelektričnog luka koji zbog manje energije stvara manju štetu na mjestu kvara pa je i ukupno veći postotakprolaznih kvarova. Prigušnica s ručnim podešavanjem induktiviteta ne prati promjene uklopnih stanja umreži, pa idealna kompenzacija za ovaj način uzemljenja ne postoji. Slika 5. Fazorski dijagram napona i struja pri jednopolnom kratkom spoju u mreži s djelomičnom kompenzacijom

Str. 4813.3. Izračun utjecaja transformatora za uzemljenje na struju dozemnog spoja u 20 kV mreži TS 110/20 kV Vinčent Utjecaj transformatora za uzemljenje izračunat je uz zanemarivanje prijelaznog otpora koji uslučaju visokog specifičnog otpora tla može biti vrlo velik. Kapacitivna struja 20 kV mreže koja se napaja iz TS 110/20 kV Vinčent iznosi ������������������������ = 178 ������������, auzemljena je posredstvom transformatora za uzemljenje karakteristika navedenih pod 2.2.. Spoj sazemljom je izveden preko paralelnog spoja otpornika i ručno podesive prigušnice. Otpornik ima radni otpor ������������ = 240 Ω. Prigušnica se nalazi u položaju 6 (1-7), u kojemu jeinduktivitet ������������ = 238,2 ������������������������. U slučaju jednopolnog kratkog spoja, pri faznom naponu ������������������������ = 1,0√53������������������������, a bezutjecaja ��������������0� transformatora za uzemljenje kroz prigušnicu bi tekla struja ������������������������ = −������������162,02 ������������ . Proračun se provodi za jednopolni kratki spoj u blizini TS 110/20 kV Vinčent. S obzirom na mjestokvara proračunom se zanemaruje impedancija voda.Tablica II. Razlika struja dozemnog spoja između uzemljenja mreže preko zvjezdišta energetskogtransformatora i preko neutralne točke transformatora za uzemljenje na primjeru TS 110/20 kV Vinčent UZEMLJENJE PREKO ZVJEZDIŠTA ENERGETSKOG TRANSFORMATORA ZA TRANSFORMATORA 110/20 kV UZEMLJENJE ������������������������ 1,55819x10-5 F 1,55819x10-5 F −������������������������������������ -j204,28 Ω -j204,28 Ω ������������������������������������������������ - j24 Ω ������������������������������������ 654,11 – j203,04 Ω 571,10 - j417,47 Ω ������������������������ 240 Ω 240 Ω������������������������������������������������������������������������ j74,83 Ω j74,83 Ω ������������������������������������ j74,83 Ω j82,83 Ω ������������������������ j178,05 A j178,05 A ���������������′������′��� ������������′���������′��������������������������������������� 53,11˪17,24° A 51,42˪36,17° A ������������������������ ������������������������ 53,11˪17,24° A 51,42˪36,17° A������������������������(������������������������������������������������) 50,72 A 41,51 A -j162,02 A -j147,71 A j15,74 A j30,34 A������������������������.������������. 170,05˪-72,65° A 153,43˪-74,30° A Proračun utjecaja ��������������0� transformatora za uzemljenje na struju dozemnog spoja izveden je ručno, uzzanemarivanje prijelaznog otpora na mjestu kvara i pretpostavku ��������������0��������������������������� = ������������������������0������������������������.Ekvivalentna direktna impedancija mreže: ������������������������% ������������������������2 100 ������������������������ ������������������������������������������������������������ = ������������������������������������ = (4) Zd Ikd + ZdT Vd VkdSlika 6. Shema direktne impedancije mreže za zadano mjesto jednopolnog kratkog spoja

Str. 482Ekvivalentna inverzna impedancija mreže: (5) ������������������������������������������������������������ = ������������������������������������������������������������ Zi Iki Zi T VkiSlika 7. Shema inverzne impedancije mreže za zadano mjesto jednopolnog kratkog spojaEkvivalentna nulta impendacija mreže: ������������������������ = 3������������������������∗3������������������������������������������������������������������������ + ������������������������0������������������������ (6) 3������������������������+3������������������������������������������������������������������������ (7) ������������0������������������������������������ = ������������������������∗(−������������������������������������) ������������������������+(−������������������������������������) Z0ekv Ik0 3R 3Xpri g Xc Vk0 XktSlika 8. Shema nulte impedancije mreže za zadano mjesto jednopolnog kratkog spoja I˝k1+ 2ZdT Xc 3R 3XL 3Vf Ic Ir IL I˝faza InulSlika 9. Model mreže za računanje utjecaja transformatora za uzemljenje na struju dozemnog spoja Relacija za određivanje idealne kompenzacije dozemnih kapaciteta induktivnom reaktancijomprigušnice uz utjecaj Z0 transformatora za uzemljenje: 3������������������������������������������������������������ = 1 − ������������0������������������������ (8) ������������������������������������

Str. 483Relacije za određivanje struje dozemnog spoja i utjecajnih elemenata mreže: 3������������������������ = 3������������������������������������������������������������ + ������������0������������������������ (9) ������������������������ = ������������������������������������������������������������ + ������������0������������������������ (10) 3 ������������˝������������1 = ������������√3∗������������������������ (11) ������������������������+������������������������+������������0������������������������������������ ������������������������ = ������������√3������������������������������������������������������������ (12) ������������������������ = �������������������������������������˝������������1 − ������������������������� (13) ������������������������ = �������������������������������������˝������������1 − ������������������������� (14) Uz grešku uzrokovanu zanemarivanjem pada napona na transformatoru za uzemljenje iimpedanciji direktne i inverzne komponente energetskog transformatora koja čini oko 0,5 % nulteimpedancije može se odrediti struja ������������´������������ koja kompenzira struju dozemnih kapaciteta: ������������´������������ = ���������������√������������3��������� (15) ������������������������ Ovim proračunom se pokazalo da se primjenom prigušnice u TS 110/20 kV Vinčent u zadanompoložaju ne kompenzira sva kapacitivna struja prilikom zemljospoja. Uz utjecaj transformatora zauzemljenje radna komponenta struje kvara iznosi ������������������������ = 41,51 ������������, dok nekompenzirana kapacitivna strujaiznosi ������������������������ = ������������30,34 ������������. Preporučeni omjer djelatne i kapacitivne komponente struje kvara pri otežanimuvjetima uzemljenja iznosi IR:IC ≥ 1,5:1, što znači da preporučeni omjer IR:IC nije ispunjen.4. POKUS JEDNOPOLNOG KRATKOG SPOJA U TS 110/20 KV VINČENT Radi potvrde teorijskih razmatranja i proračuna izvedena su mjerenja prilikom realnogjednopolnog kratkog spoja u 20 kV mreži TS 110/20 kV Vinčent. Dobiveni rezultati mjerenja pokazali sutočnost modela i rezultata prikazanih u tablici II. U tablici III. nalaze se sve prilikom izvođenja zemnihspojeva izmjerene struje kroz elemente postrojenja.4.1. Analiza rezultata dobivenih pokusomKao mjerodavan rezultat pokusa uzelo se mjerenje s najmanjim prijelaznim otporom na mjestukvara. Sva mjerenja osim struje na mjestu kvara pokazivala su prave efektivne vrijednosti. Na mjestukvara izmjerena je maksimalna (tjemena) tj. udarna struja kratkog spoja. Maksimalna struja kvara možebiti veća od efektivne za faktor 〈√2 ≤ ������������ ≤ 2√2〉. ������������Faktor ������������ ovisi o omjeru ������������ i za jednopolni kratki spoj u promatranoj mreži iznosi ������������ ≈ 1,034. U tabliciIII. udarna vrijednost struje kvara preračunata je na početnu (efektivnu) ������������˝������������1 za lakšu usporedbu srezultatima dobivenima u prvom dijelu. −3 −3 ������������ ������������������������ = (1,02 + 0,98������������ ������������ )√2������������˝������������ (������������ = 1,02 + 0,98������������ ������������ ) (16) ������������