Broj 3

Godina
Year
Jul-Septembar
July-September
LXI
Strana
Page
Sadr`aj
Broj
No.
3
Content
Radomir M. Naumov
29. SAVETOVANJE CIGRÉ SRBIJA
4
29TH CONFERENCE OF CIGRE SERBIA
Ilija Stevanovi},
Jasna Dragosavac, Mladen Ostoji}, @arko Janda, Du{an Arnautovi}, Ljubi{a Mihailovi}, Gli{o Klasni}
RAZVOJ AUTOMATSKOG REGULATORA NAPONA
SINHRONIH GENERATORA
BAZIRANIH NA PLC-U
6
DEVELOPMENT OF AUTOMATIC VOLTAGE
REGULATOR OF SYNCHRONOUS GENERATOR
BASED ON PLC
Radovan Radosavljevi},
Zoran Radakovi}, Mladen Terzi}, Jelena Luki} i Aleksandar Bojkovi}
KOMPATIBILNOST PROCENE OSTARELOSTI
IZOLACIJE ENERGETSKIH TRANSFORMATORA PREKO
SAVREMENIH DIJAGNOSTI^KIH TEHNIKA I
PRORA^UNA NA BAZI TEMPERATURNIH MERENJA I
ISTORIJATA TERE]ENJA
14
COMPATIBILITY OF POWER TRANSFORMERS
INSULATION AGEING ESTIMATION BY
CONTEMPORARY DIAGNOSTIC TECHNIQUES AND
CALCULATION BASED ON TEMPERATURE
MEASUREMENTS AND LOADING HISTORY
Radovan Jovanovi},
Ilija Todorovi}, Zoran Kukobat i Ivan @ivkovi}
RAZVOJ GAME DVOSTUBNIH VISOKONAPONSKIH
RASTAVLJA^A TIPA RS(ZZ) I
ELEKTRI^NI PRORA^UNI ZA KRATKOTRAJNU
PODNOSIVU STRUJU 50 kA
29
DEVELOPMENT OF SERIES OF CENTER BREAK
TWO COLUMN HV DISCONNECTORS TYPE RS(ZZ) AND
ELECTRICAL CALCULATIONS FOR SHORT-TIME
WITHSTAND CURRENT 50 kA
Lidija Gen~i}
PONA{ANJE KABLOVA U IMPROVIZOVANIM
USLOVIMA PO@ARA
36
BEHAVIOR OF CABLES IN
IMPROVISED FIRE CONDITIONS
Neboj{a Petrovi},
Ninel ^ukalevski i Sovjetka Krstonijevi}
MATEMATI^KI MODELI U STANDARDIMA
ZA PRORA^UN TRAJNO I KRATKOTRAJNO
DOZVOLJENIH STRUJA PROVODNIKA
NADZEMNIH VODOVA
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
43
MATHEMATICAL MODELS IN STANDARDS
FOR CURRENT CARRYING CAPACITY
OF OVERHEAD
LINES CALCULATION
1
Vladica Mijailovi}
ODRE\IVANJE OPTIMALNE KOLI^INE REZERVNIH
KOMPONENTI ENERGETSKIH TRANSFORMATORA
52
OPTIMAL SPARING STRATEGY FOR POWER TRANSFORMER COMPONENTS
Ilija Stevanovi},
Rajko Prole, Darko Jevti}, Mladen Ostoji} i Du{an Arnautovi}
ANALIZA RADA TROFAZNOG
TIRISTORSKOG NAPAJANJA
ELEKTROSTATI^KIH FILTERA
59
ANALYSIS OF WORK OF THE THREE PHASE
THYRISTOR POWER SUPPLY FOR ELECTROSTATIC
PRECIPITATOR
Desimir Triji}
ANALIZA RADA MIKROPROCESORSKOG SISTEMA
ZA[TITE DALEKOVODNOG POLJA 400 kV U MRE@I
JAVNOG PREDUZE]A ELEKTROMRE@A SRBIJE
67
ANALYSIS OF OPERATIONS OF THE RELAY PROTECTION SYSTEMS ON THE 400 kV OVERHEAD LINE IN
THE EMS POWER NETWORK
@eljko Ratkovi},
Pantelija Daki} i Stevan Stankovski
RAZVOJ HIDROENERGETSKOG SISTEMA NA RIJECI
NERETVI U REPUBLICI SRPSKOJ
73
DEVELOPMENT OF HYDRO POWER SYSTEM ON THE
NERETVA RIVER IN THE REPUBLIC OF SRPSKA
Dragan Karanovi},
Sr|an Suboti}, Vladimir Ili} i @ivota Stamenkovi}
NOVA KONCEPCIJA USPOSTAVLJANJA
ELEKTROENERGETSKOG SISTEMA NAKON RASPADA
81
NEW CONCEPTION
OF RESTORATION PLAN
Adam Dangi},
Branislav Simonovi}, Dimitrije Dimitrijevi}, Ljubomir Cvetkovi}, Marko Babovi}, Jelena Milo{evi} i Spasenka Gajinov
GEOHEMIJSKE I FIZI^KO-HEMIJSKE
KARAKTERISTIKE LIGNITA KOSTOLA^KOG BASENA I
NJIHOV ZNA^AJ ZA RACIONALNIJU PROIZVODNJU
ELEKTRI^NE ENERGIJE I
ZA[TITU @IVOTNE SREDINE
89
GEOCHEMICAL AND PHYSICO-CHEMICAL FEATURES
OF LIGNITES IN THE KOSTOLAC BASIN AND
THEIR IMPORTANCE FOR MORE RATIONAL
ELECTRIC ENERGY PRODUCTION AND
ENVIRONMENTAL PROTECTION
Dragana Naumovi} Vukovi},
Aleksandar Pavlovi}, Slobodan [kundri} i Vojin Kosti}
ETALONIRANJE MERILA ZA MERENJE GUSTINE
NAIZMENI^NOG MAGNETSKOG POLJA
97
CALIBRATION OF ANALYZER FOR ALTERNATE MAGNETIC FILD DENSITY
Milo{ Mladenovi},
Neboj{a Lap~evi} i Vladimir Jankovi}
CONCEPT OF ESTABLISHING ELECTRICITY
KONCEPCIJA USPOSTAVLJANJA BERZE
103 EXCHANGE IN SERBIA
ELEKTRI^NE ENERGIJE U SRBIJI
Nikola Ga{i} i Miroljub Nikoli}
MERENJE ELEKTRI^NE ENERGIJE
U DISTRIBUIRANIM I OBNOVLJIVIM IZVORIMA
ENERGIJE
MEASUREMENT OF ELECTRICAL ENERGY IN
116 DISTRIBUTED AND SUSTAINABLE SOURCES
OF ENERGY
Radeta Mari},
Predrag Osmokrovi}, Koviljka Stankovi} i Milo{ Vujisi}
VALIDITY OF THE SPACE-TIME ENLARGEMENT LAW
VA@ENJE PROSTORNO-VREMENSKOG ZAKONA
121 FOR VACUUM BREAKDOWN
PORASTA ZA PROBOJ VAKUUMA
@arko Veli~kovi},
Sr|an Mitrovi} i Aleksandar Ad`i}
OPTICAL NETWORK OF ELEKTROMRE@A SRBIJE
OPTI^KA MRE@A ELEKTROMRE@E SRBIJE I
137 EXPERIENCES IN IMPLEMENTATION AND OPERATION
SKUSTVA U IMPLEMENTACIJI I RADU
PREFERENCIJALNE TEME ZA 30. SAVETOVANJE
PREFERENCIJALNE TEME ZA 30. SAVETOVANJE
143 CIGRE SRBIJA 2011.
CIGRE SRBIJA 2011.
dr Jovan Nahman
Monograph review
Prikaz monografije
NAPONSKO–REAKTIVNA STANJA PRENOSNIH MRE@A 148 NAPONSKO–REAKTIVNA STANJA PRENOSNIH MRE@A
2
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
IZDAVA^:
PUBLISHER:
ZAJEDNICA JUGOSLOVENSKE ELEKTROPRIVREDE
UNION OF YUGOSLAV ELECTRIC POWER INDUSTRY
11 000 Beograd, Balkanska 13
Telefon: 2686-633, 2643-823, 2688-092, 2687-199 (centrala)
Telefaks: 2686-398
Internet strana: www.eps.co.yu; www.epcg.cg.yu;
Elektronska po{ta: jugel@sezampro.yu; jugel@beocity.net
VD DIREKTORA I GLAVNOG I ODGOVORNOG UREDNIKA
ACTING DIRECTOR AND CHIEF EDITOR
Branislav A. Bo{kovi}, dipl. ing. el.
CIP – Katalogizacija u publikaciji
Narodna biblioteka Srbije, Beograd
620.9
ELEKTROPRIVREDA : ~asopis Zajednice
jugoslovenske elektroprivrede / v. d. glavnog i
odgovornog urednika Branislav Bo{kovi}. –
God. 1, br. 1 (1948)– . – Beograd
(Balkanska 13) : Zajednica jugoslovenske
elektroprivrede, 1948– (Beograd : BS print).
– 28 cm
Tromese~no
IZDAVA^KI SAVET
ISSN 0013-5755 = Elektroprivreda
COBISS.SR-ID 32023
PUBLISHING COUNCIL
Branislav A. Bo{kovi}, dipl. in`. el., predsednik,
Prof. dr Dragutin Salamon, Elektrotehni~ki fakultet Univerziteta u Beogradu, ~lan,
Dr Slavoljub Luki}, dipl. in`. el. iz JP „Elektroprivreda Srbije”, ~lan,
Dr Slobodan \eki}, dipl. in`. ma{. iz JP „Elektroprivreda Srbije”, ~lan,
Dragutin Martinovi}, dipl. in`. el. iz , „Elektroprivreda Crne Gore” AD, ~lan,
Vladimir Vujovi}, dipl. in`. el. iz , „Elektroprivreda Crne Gore” AD, ~lan,
Mr Gojko Dotli}, dipl. in`. el. iz JP „Elektromre`a Srbije”, ~lan,
Mr Vladan Radulovi}, dipl. in`. el. iz AD Prenos-Podgorica, ~lan.
REDAKCIONI ODBOR
EDITORIAL BOARD
Redakcioni odbor za stru~no glasilo „Elektroprivreda”
Prof. dr Dragutin Salamon, Elektrotehni~ki fakultet Univerziteta u Beogradu, predsednik;
Mr. Miroslav Markovi}, „Elektroprivreda Crne Gore” AD, zamenik predsednika;
Prof. dr Marko Iveti}, Gra|evinski fakultet Univerziteta u Beogradu, ~lan;
Prof. dr Ne{o Miju{kovi}, JP „Elektromre`a Srbije”, ~lan;
Prof. dr Vladimir Pavlovi}, Rudarsko-geolo{ki fakultet Univerziteta u Beogradu, ~lan;
Prof. dr Dragoslav Peri}, JP „Elektromre`a Srbije”, ~lan;
Prof. dr Milan Petrovi}, Ma{inski fakultet Univerziteta u Beogradu, ~lan;
Prof. dr Jadranka Radovi}, Elektrotehni~ki fakultet Univerzitet Crne Gore, ~lan;
Prof. dr Vladimir Strezoski, Fakultet tehni~kih nauka Univerziteta u Novom Sadu, ~lan;
Prof. dr Ninel ^ukalevski, Institut „Mihailo Pupin”, ~lan;
Vanr. prof. dr Sa{a Stojkovi}, Tehni~ki fakultet ^a~ak Univerziteta u Kragujevcu, ~lan;
Dr Petar Vukelja, Elektrotehni~ki institut „Nikola Tesla”, ~lan;
Dr Veselin Ili}, AD Prenos-Podgorica, ~lan;
Dr Du{ko Tubi}, JP „Elektromre`a Srbije”, ~lan;
Mr. Bo{ko Bogeti}, „Elektroprivreda Crne Gore” AD, ~lan;
Mr. Vladimir Jankovi}, JP „Elektromre`a Srbije”, ~lan;
Mr. Milanko Koruga, „Elektroprivreda Crne Gore” AD, ~lan;
Mr. Predrag Mijajlovi}, AD Prenos-Podgorica, ~lan;
Mr. Velimir Strugar, „Elektroprivreda Crne Gore” AD, ~lan;
Milan Mirosavljevi}, dipl. in`. el., JP „Elektroprivreda Srbije”, ~lan;
Aleksandra ^anak Nedi}, dipl. in`., JP „Elektroprivreda Srbije”, ~lan;
Vojislav [kundri}, dipl. in`. el., JP „Elektroprivreda Srbije”, ~lan.
LEKTOR I PREVODILAC
LINGUISTIC REVIEW
&TRANSLATION
Zlata Milinovi},
dipl. filolog
^asopis „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: „BS print”, 11 070 Novi Beograd, Be`anijskih ilegalaca 21
Printed by: „BS print”, 11 070 Novi Beograd, Be`anijskih ilegalaca 21
Tira`: 1 200 primeraka
Circulation: 1,200 copies
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
3
29. savetovanje CIGRÉ Srbija
29th Conference of CIGRE Serbia
Po{tovani ~itaoci,
Srpski nacionalni komitet Me|unarodnog
saveta za velike elektri~ne mre`e-CIGRE Srbija
odr`ao je svoje 29. savetovanje na Zlatiboru, u
periodu od 31. maja do 6. juna ove godine. Srpski nacionalni komitet je sledbenik JUKO CIGRE i kao najve}a i najuglednija stru~na asocijacija u oblasti elektroenergetike deluje na na{im prostorima ve} 58 godina. Deo je velike porodice Me|unarodne CIGRE (Conseil International des Grandes Réseaux Électriques) sa sedi{tem u Parizu, koju ~ine 58 nacionalnih komiteta sa svih kontinenata.
Na 29. savetovanju se okupilo preko 1 000
stru~nih i nau~nih radnika i poslovnih ljudi iz
elektroprivrednih kompanija, elektroindustrije,
projektantskih, konsultanskih, nau~no-istra`iva~kih organizacija i fakulteta iz Srbije i Republike Srpske i zemalja iz okru`enja. Stru~ni izvestioci i autori su prezentovali 202 referata koji
su napisani na preferencijalne teme, definisane
od strane 16 studijskih komiteta sa prethodnog
28. savetovanja.
U~esnici Savetovanja su imali mogu}nost
da u diskusijama koje su vo|ene na plenarnim
sednicama Studijskih komiteta daju svoj doprinos re{avanju aktuelnih problema u elektroenergetskom sektoru. Studijski komiteti, ~iji su
~lanovi istaknuti stru~njaci iz svake od 16 oblasti, izabrali su najzapa`enije referate o kojima
je vo|ena diskusija. Na osnovu diskusija na plenarniim sednicama 16 studijskih komiteta formirani su zaklju~ci koji }e biti smernice za bu4
Dear readers,
The Serbian National Committee of the International Council of Large Electric Systems CIGRE Serbia held its 29th Conference in Zlatibor in the period May 31 to June 6, 2009. As
the successor of the YUKO CIGRE, the Serbian
National Committee has been operating all over
our region for already 58 years as the biggest
and most renowned professional association in
the sector of electric power. It is part of the big
international family CIGRE (Conseil International des Grands Réseaux Électriques) which
has its Headquarters in Paris and which consists of 58 national committees from all five
continents.
The 29th Conference brought together over
1000 professionals, scientists and businessmen
from electrical companies, electrical industry,
from organizations dealing with design, consulting, national research, as well as from universities of Serbia and those from the Republic of
Srpska and surrounding countries. Two hundred
and two professional informants and authors
reported in their papers on preferential topics
defined by 16 study committees from the previous 28th Conference.
All participants at the Conference were offered the opportunity to give their contribution
to plenary sessions of the study committees, i.e.
to take part in discussions dealing with solving
actual problems in the sector of electric power.
The study committees, made of outstanding professionals from each of 16 sectors, had chosen
the most remarkable papers, i.e. the matters to
be discussed. Upon the discussion the particiELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
du}i rad na aktuelnim temama u elektroenergetskom sektoru.
Na 29. savetovanju, prvi put od po~etka delovanja na{e asocijacije, uzeo je u~e{}e predsednik Me|unarodnog saveta za velike elektri~ne mre`e g. Anre Merlen (André Merlin), jedan
od najve}ih eksperata iz oblasti rada na{e asocijacije. On je u okviru Okruglog stola odr`ao
predavanje sa temom: „High voltage power
grids: What future prospects to face the energy
challenges of the 21st century”. Stru~njaci iz
Elektroprivrede Srbije su na Okruglom stolu
pak predstavili temu: „Strate{ki pravci razvoja
elektroenergetike Srbije do 2015. godine”
Stru~ni rad Savetovanja pratila je Tehni~ka
izlo`ba i vi{e poslovnih prezentacija doma}ih i
inostranih kompanija u okviru kojih su prikazana najnovija dostignu}a u proizvodnji elektroenergetske opreme, zasnovane na primeni novih
tehnologija, a obnovljeni su stari i uspostavljeni novi poslovni kontakti.
Ocenjuju}i postignute rezultate, mo`e da se
konstatuje da je nivo Savetovanja bio izuzetno
visok i u sadr`ajnom i u organizacionom pogledu i da }e doprineti budu}em radu elektroenergetskog sektora u Srbiji.
Na kraju moram da izrazim zadovoljstvo
{to je Redakcioni odbor uglednog stru~nog ~asopisa „Elektroprivreda”, odlu~io da ovaj broj
~asopisa posveti 29. savetovanju CIGRE Srbija,
objavljuju}i: najzapa`enije stru~ne radove u izboru pojedinih studijskih komiteta, kao i preferencijalne teme Savetovanja.
Predsednik CIGRE Srbija
Radomir M. Naumov
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
pants of plenary sessions of 16 study committees arrived at conclusions that will be guidelines
for their future work on actual topics in the
electrical energy sector.
At the twenty-ninth Conference, for the first
time since the beginning of work of our Association, took part Mr. André Merlin, the Chairman of the International Council of Large Electric Systems and one of the greatest experts of
our Association. At round table discussion he
gave a lecture under the title: „High voltage
power grids: What future prospects to face the
energy challenges of the 21st century”. At the
same round table the experts from the electrical
industry of Serbia presented the topic: „Strategic guidelines for development of electrical
energy in Serbia up to 2015”.
The expert work of the conference was accompanied by a technical exhibition and a considerable number of presentations of both home
and foreign companies, organized with the aim
to demonstrate the latest achievements in production of electric power equipment, based on
the application of new technologies. Previously
made business contacts were renewed and new
ones established.
Appraising the achieved results, one can
conclude that the level of the Conference was
remarkably high, not only from the point of view
of its organization but also because of its subject matter, and that it will contribute to the future work of the sector of electric power of Serbia.
Finally, I would like to say that I am very
pleased that the Editorial Board of the „Elektroprivreda” („Electric Power Industry”), a reputable, expert magazine of national interest,
has decided to dedicate this edition to the
twenty-ninth Conference of the CIGRE Serbia,
publishing the most remarkable expert papers
chosen by some of the study committees, as well
as preferential topics for the next - 30th Conference.
Chairmain of CIGRE Serbia
Radomir M. Naumov
5
Ilija Stevanovi}, Jasna Dragosavac, Mladen Ostoji},
@arko Janda, Du{an Arnautovi}, Ljubi{a Mihailovi}, Gli{o Klasni}
Razvoj automatskog regulatora napona
sinhronih generatora baziranih na PLC-u
Stru~ni rad
UDK: 681.51; 621.316.729; 621.313.322
Rezime:
Savremena tehnologija je dovela do masovne primene digitalnih mikroprocesorskih ure|aja u skoro
svim novoprojektovanim ure|ajima. Hardverska oprema je dostigla visok stepen fleksibilnosti, funkcionalnosti, brzine odziva i pouzdanosti, tako da se mo`e koristiti kao multifunkcionalni blokovi razli~ite namene.
Pre svega se to odnosi na PLC kao kompletnu hardversku i softversku platformu. S druge strane, primena
DSP-ova zahteva razvoj sopstvenog upravlja~kog modula i periferije, pa je u tom pogledu zahtevnija. Tako|e, softverski paket koji se koristi na PLC-u je lak{i za kori{}enje i fleksibilniji nego kod DSP-a. Komunikacija sa ure|ajem koja podrazumeva upravljanje, signalizaciju i promenu parametara je ostvarena preko
odgovaraju}eg touch panela.
U ovom radu su prikazani struktura i karakteristike automatskog regulatora napona sinhronih generatora koji je razvijen uz prakti~no kori{}enje jednog PLC-a. Re{enje je primenjeno na sistemu pobude generatora A1 u TE „Nikola Tesla A”.
Klju~ne re~i: sinhroni generator, automatski regulator napona, PLC, touch panel
Abstract:
DEVELOPMENT OF AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR OF SYNCHRONOUS GENERATOR
BASED ON PLC
Modern technology has enabled mass application of digital microprocessor devices in newly designed
units. Hardware equipment has achieved a high degree of flexibility, response speed and reliability, so it can
be used as multifunctional blocks for different applications. This especially refers to PLC as complete hardware and software platform. Application of DSP is more difficult because it requires development of self
control module and periphery. Also, software at PLC is easier to use and more flexible than the one at DSP.
Communication with the device, that implies control signalization and changing of parameters, is realised
by touch panel.
In this paper are shown structure and characteristics of synchronous generator automatic voltage regulator which is developed through practical use of one PLC. The solution is applied in the excitation
system of generator A1 in TPP „Nikola Tesla A”.
Key words: synchronous generator, automatic voltage generator, PLC, touch panel
Mr Ilija Stevanovi}, dipl. in`. el. email: istevan@ieent.org, mr Jasna Dragosavac, dipl. in`. el., Mladen Ostoji}, dipl. in`. el.,
dr @arko Janda, dipl. in`. el., dr Du{an Arnautovi}, dipl. in`. el., Elektrotehni~ki institut „Nikola Tesla",
Koste Glavini}a 8a, 11 000 Beograd,
Ljubi{a Mihailovi}, dipl. in`. el., Gli{o Klasni}, dipl. ing. el., JP TE „Nikola Tesla", 11 000 Obrenovac
6
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
1. UVOD
2. REGULATOR POBUDE RP2008
Uslovi savremenog tr`i{ta i velika konkurencija
name}u sve o{trije zahteve isporu~iocima opreme.
Ti zahtevi se mogu podeliti u tri grupe.
Prvu grupu ~ine zahtevi koji se odnose na tehni~ke karakteristike opreme, broj funkcija, fleksibilnost u smislu pro{irenja novim funkcijama, novim
digitalnim ili analognim ulazima i izlazima i sl.
Drugu grupu ~ine zahtevi da ure|aji budu maksimalno korisni~ki orjentisani: lako manipulisanje
ure|ajem, mogu}nosti povezivanja ure|aja (komunikacije) sa razli~itom opremom i razli~itim nivoima upravljanja, jednostavna promena parametara,
konfiguracije, automatsko arhiviranje pojedinih doga|aja, pregled arhiva, izgled ure|aja, vizuelizacija
procesa i sl.
Tre}u grupu ~ine ekonomski zahtevi: cena, kreditiranje, rokovi isporuke i ispunjavanje uslova razli~itih sistema kvaliteta i posedovanje odgovaraju}ih
me|unarodnih sertifikata.
U ovakvim uslovima proizvo|a~i ure|aja u
energetici su ~esto primorani da koriste industrijski
gotove komponente za napajanje, galvansku izolaciju, merenje (razli~iti pretvara~i snage stuje, napona,
frekvencije i dr.), regulaciju i upravljanje (programabilni logi~ki kontroleri). Serijska proizvodnja
ovih komponenti u~inila ih je nezaobilaznim ne samo po ceni i kvalitetu, ve} i zbog posedovanja odgovaraju}ih sertifikata iz sistema kvaliteta na kojima naru~ioci ure|aja sve ~e{}e insistiraju.
Ure|aji zasnovani na mikroprocesorskoj platformi zahtevaju znatno du`e vreme razvoja, du`e
vreme izrade i du`e vreme ispitivanja. Mikroprocesorski ure|aji su slabije korisni~ki orjentisani i manje korisni~ki fleksibilni. S druge strane mikroprocesorski ure|aji su po brzini dominantni u odnosu na
PLC i sa strane projektanta dosta fleksibilniji.
PLC je veoma pouzdana komponenta (sa retkim
otkazima), robusna na smetnje, {umove vibracije i
sl.
Na osnovu zahteva da se razvije digitalni regulator sa BUCK konvertorom za DC sistem pobude
sa zadr`anom budilicom u veoma kratkom roku od
tri meseca, regulator pobude RP2008 realizovan je
kori{}enjem PLC hardverske osnove. Regulator pobude, osim osnovne funkcije i regulacije pobude
sinhrone ma{ine, obezbe|uje i fleksibilnu logiku
upravljanja sistemom pobude. Izlaz iz PLC regulatora je analogni signal koji upravlja energetskim stepenom i koji treba da obezbedi regulisani rad sinhrone ma{ine u granicama definisanim pogonskim dijagramom.
2.1. Struktura regulatora pobude RP2008
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Kao {to se vidi na slici 1, regulator pobude je
modularan, organizovan u okviru ~etiri nezavisne
celine: merenja, upravljanje i regulacija, upalja~ko
kolo i energetski stepen.
Merenja obuhvataju merne pretvara~e u kojima se
vr{i galvanska izolacija mernih signala i njihovo kondicioniranje na vrednosti pogodne za uvo|enje u PLC.
Upravljanje i regulacija su realizovani na PLC
regulatoru. Izlazi iz PLC regulatora su binarni signali za upravljanje rasklopnom opremom pobudnog sistema i jedan regulacioni (upravlja~ki) analogni signal koji se vodi na upalja~ko kolo. Pomenuti regulacioni signal treba da omogu}i regulaciju napona na
krajevima generatora uz ograni~enje rada ma{ine u
okviru pogonske karte.
U upalja~kom kolu se na osnovu vrednosti regulacionog signala generi{e naponski ili strujni signal kojim se upravlja energetskim stepenom.
Energetski stepen obezbe|uje struju pobude
sinhronog generatora. Tip i veli~ina energetskog stepena odre|eni su tipom pobude [1] sinhronog generatora (DC, AC i ST) i nominalnim vrednostima pobudnih veli~ina (struja i napon pobude) i prakti~no
se projektuju za svaki generator posebno.
Ovakva modularna struktura omogu}ava lako
prilago|avanje regulatora razli~itim tipovima pobude. Merenja, upravljanje i regulacija su univerzalne
celine i koriste se kod svih tipova pobude. Generisani upravlja~ki signal se prenosi na upalja~ko kolo i
energetski stepen koji su prilago|eni konkretnom
pobudnom sistemu.
2.2. Funkcije PLC regulatora
U PLC regulatoru pobude implementirane su
slede}e funkcije [2]:
– automatska regulacija napona na krajevima generatora,
– odr`avanje stati~ke i dinami~ke stabilnosti generatora,
– pode{avanje statizma na krajevima generatora,
– limiter maksimalno dozvoljene struje statora,
– limiter maksimalno dozvoljene struje rotora,
– limiter minimalno dozvoljene struje rotora,
– pode{avanje nivoa prorade limitera u toku rada,
bez isklju~enja pobude,
– pode{avanje PID parametara u toku rada, bez isklju~enja pobude,
– funkcije za{tita sistema pobude,
– pode{avanje referentne vrednosti napona generatora (set point) lokalno i daljinski pomo}u:
7
Sopstvena
potro{nja
1
400 V/50 Hz FO
2
PLCRPG
U
U
I
P
Q
MP1
U
I
U
Uf
Uf
MP3
If
If
MP2
Ug
U
U
P
PLC BAP
MP4
U
Q
-K2M
1IGBT
Uf
IB
TU
-K2M
NT
Ug
15 kV/0,1 kV
ST
10 kA/5 A
A
Ig
U
If
U
A If
v Uf
IfREG
A
M
[2
IC2
G
3~
G
2 000 A/75 mV
Radna
pobuda
D1
PLC
[1
15,75 kV
247 MVA
cosϕ=0,85
5
6
-K1M
REL
Urel SKADA
MP5
Ig
U
U
PLC
3
4
500 V
1 940 A
r10
25 A/
60 mV
60 V, 20 A
d7
O2
O1
2dt
Rezervna pobuda
Slika 1. Blok {ema PLC regulatora pobude RP2008
1. kontaktnih ulaza referenci vi{e/ni`e,
2. proporcionalnog analognog ulaza ±10 VDC
ili 4-20 mA,
– obezbe|ena su slede}a merenja: napon generatora,
struja generatora, aktivna snaga generatora, reaktivna snaga generatora, napon pobude i struja pobude,
– automatski prelaz na drugi kanal regulacije,
– upravljanje sistemom pobude.
2.3. Realizacija PLC regulatora pobude
Na slici 1 je prikazana upro{}ena blok {ema
PLC regulatora pobude. On se sastoji od modula
opisanih u nastavku ovog rada.
2.3.1 Merni pretvara~i
Napon i struja generatora se uvode u programabilni merni pretvara~ MP1 sa sekundarnih kola naponskih i strujnih mernih transformatora. Izlazni
signali iz ovog pretvara~a su proporcionalni naponu
generatora, struji statora, aktivnoj i reaktivnoj snazi
i uvode se u PLC regulatora pobude. Napon i struja
pobude se sa mernih elemenata (otporni~kog razdelnika odnosa 10:1 i {enta) uvode u dva merna pretva8
ra~a napona MP2 i MP3. Izlazi iz svih mernih pretvara~a su naponski signali ±10 V koji se prosle|uju na analogne ulaze PLC-a regulatora.
2.3.2. Hardverska osnova regulatora pobude
RP2008
PLC je realizovan modularno sa slede}im ulazno/izlaznim modulima [3]:
Modul napajanja – Napon napajanja je 24 V.
Modul centralne procesorske jedinice – PLC
regulator pobude je realizovan primenom programabilnog ra~unara sa centralnom procesorskom jedinicom ~ija je brzina izvr{enja logi~kih instrukcija
0,10 μs i memorijski kapacitet 20 kSteps.
Modul digitalnih ulaza – Modul digitalnih ulaza je realizovan sa 16 digitalnih ulaza, galvanski spojenih. S obzirom da digitalni ulazi nisu me|usobno
galvanski izolovani, svi binarni ulazni podaci galvanski se izoluju na ulazu ure|aja pomo}u ulaznih
izolacionih releja napona +220 VDC i +24 VDC. Binarni podaci u ure|aj ulaze u vidu kontakata ~ije stanje se o~itava pomo}u napona 24 VDC.
Modul digitalnih izlaza – Modul digitalnih izlaza je realizovan sa 16 digitalnih izlaza galvanski spojenih sa mosfetovima sa zajedni~kim sorsom. S obziELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
2.3.3. Softverska realizacija
PLC regulatora pobude RP2008
Programski, PLC regulator je realizovan u
okviru zasebnih funkcionalnih celina [4].
Blok upravljanja prikuplja binarne informacije o uklopnom stanju rasklopne opreme i za{titnih
elemenata. Na osnovu toga sprovodi deo start i stop
procedure, dozvoljava i zabranjuje rad regulatora u
slu~aju delovanja za{tita i generi{e odgovaraju}e izvr{ne signale i signalizaciju.
Blok analogne akvizicije ~ita vrednosti analognih veli~ina na svom ulazu i konvertuje ih u digitalni zapis sa 12-bitnom rezolucijom (opciono je
mogu}e izabrati i 16-bitnu rezoluciju).
Blok za{tite merenja generi{e za{titni signal
pri padu napona generatora ispod pode{ene vrednosti. Pode{ena vrednost je 50 % Ug. Pode{ena vrednost se mo`e menjati u realnom vremenu preko operatorskog panela.
Ulaz u blok za{tite merenja je merena vrednost
napona generatora, a izlaz za{titni signal odrade
BZM i signalizacija odrade BZM.
Blok reference obezbe|uje promenu referentne
vrednosti napona u opsegu 85 % ÷ 115 % Ug za 30 s.
Referenca napona se menja kontaktnim ulazima loELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
kalno, sa operatorskog panela, i daljinski, sa centralnog sistema upravljanja.
Donja i gornja vrednost napona se mogu pode{avati pomo}u operatorskog panela. Pode{ena brzina promene referentne vrednosti napona generatora
iznosi 1 % Ug /1 s (odnosno 30 % Ug za 30 s). Na
operaterskom panelu mo`e se menjati vreme za koje se referentna vrednost napona generatora promeni za 30 %. Brzina promene u % Ug u sekundi ra~una se prema izrazu:
% Ug
30 % Ug
=
(1)
s
vreme na panelu u s
Izlaz iz bloka reference je vrednost referentne
vrednosti napona generatora.
Na ure|aju je obezbe|en proporcionalno analogni ulaz reference napona ±10 VDC ili 4-20 mA.
Blok ograni~enja struje statora obezbe|uje porast struje statora iznad referentne vrednosti sa propisanim vremenskim zatezanjem. S obzirom da je
zagrevanje namotaja statora funkcija Ig2t, dopu{teno
vremensko zatezanje je du`e ukoliko je porast struje iznad referentne vrednosti manji. Zbog toga je
vremensko zatezanje kada se struja statora nalazi u
granicama Igreferentno<Ig<1,1 Igreferentno izvedeno prema
slede}oj funkciji (slika 2):
t = C + t1
(2)
t1
∫t =C ( Ig − Igref ) dt ≤ 0,1Igref
gde je C programabilna konstanta pode{ena na vrednost 10 s. Za struju 1,01 Igref zatezanje iznosi 20 s, za
struju 1,02 Igref zatezanje iznosi 15 s i dalje prema
slici. Za struje ve}e od 1,1 Igreferentno zatezanje je fiksno i iznosi C (10 s).
Nakon prve odrade ograni~enja, zabranjuje se
svaki naredni porast struje iznad referentne vrednosti tokom 15 minuta, tj. odrada limitera je trenutna,
bez vremenskog zatezanja.
Igref – porast
struje
statora
referentnevrednosti
vrednosti
ef - porast
struje
statoraiznad
iznad referentne
rom da digitalni izlazi nisu me|usobno galvanski izolovani, svi binarni izlazni podaci galvanski se izoluju
pomo}u izlaznih izolacionih releja na 24 VDC. Binarni podaci iz ure|aja izlaze u vidu beznaponskih
kontakata, koji se uklju~uju u automatiku upravljanja
ure|ajem na naponima +220 VDC i +24 VDC.
Modul analognih ulaza – Modul analognih
ulaza je realizovan sa dve kartice sa po 4 analogna
ulaza galvanski spojena. Modul analognih ulaza podr`ava opsege (podesivo) -10 ÷ +10 V i 4 – 20 mA.
Modul analognih izlaza – Modul analognih izlaza je realizovan sa 2 analogna izlaza, galvanski
odvojena. Modul analognih izlaza podr`ava opsege
(podesivo) -10 ÷ +10 V i 4 ÷ 20 mA.
Modularna koncepcija PLC regulatora dozvoljava montiranje maksimalno 9 ulazno/izlaznih i komunikacionih modula. Konkretan PLC regulator je
realizovan sa 4 ulazno/izlazna modula {to obezbe|uje veliku rezervu u smislu pro{irenja strukture i
funkcija regulatora. Ovako obezbe|ena fleksibilnost
strukture PLC regulatora omogu}ava brzo i lako prilago|avanje regulatora izmenama u upravlja~kim
{emama i eventualno dodavanje novih funkcija.
Primenjena serija PLC-a ima mogu}nost pro{irenja slede}im komunikacionim jedinicama: Ethernet,
serijska komunikacija RS-232 i RS-422/RS-485, Controller link, DeviceNet, Profibus-DP, CAN i dr. Tako|e je na raspolaganju {irok dijapazon HMI ure|aja.
1,15
1,15
1,10
1,10
1,05
1,05
1,00
1,00
0,95
0,95
10
12
14
16
18
20
t (s)
Slika 2. Ograni~enje struje statora
9
Ulaz u blok ograni~enja struje statora OSS je
merena vrednost struje statora.
Izlaz iz bloka OSS je 0 do prorade ograni~enja.
Nakon odrade ograni~enja generi{e se izlazni signal
ΔUOSS koji predstavlja potrebnu korekciju merene
vrednosti napona generatora da bi struja statora ostala u dopu{tenim granicama.
Odrada OSS signalizira se vizuelno na operatorskom panelu i daljinski na centralnom upravlja~kom sistemu. Vrednost Igreferentno mo`e se menjati u
toku rada ure|aja pomo}u operatorskog panela.
Blok ograni~enja struje rotora realizovan je
kao i blok ograni~enja struje statora. Ulaz u blok
ograni~enja struje rotora je merena vrednost struje
rotora, a izlaz ΔUOSR predstavlja potrebnu korekciju
merene vrednosti napona generatora da bi struja rotora ostala u dopu{tenim granicama. Vrednost Ifreferentno mo`e se menjati u toku rada ure|aja pomo}u
operatorskog panela .
Blok ograni~enja minimalne pobude ograni~ava struju rotora u kapacitivnom re`imu u cilju
spre~avanja ulaska sinhronog generatora u oblast
stati~ke nestabilnosti. Proradna karakteristika ograni~enja minimalne pobude definisana je prema pogonskoj karti generatora (slika 3).
Ulaz u blok ograni~enja minimalne pobude su
merene vrednosti aktivne i reaktivne snage. Na
osnovu ovih vrednosti se proverava polo`aj radne
ta~ke generatora. Kada radna ta~ka ima tendenciju
da pre|e levo od postavljene prave ograni~enja minimalne pobude, na izlazu se generi{e signal. Generisani signal DUOMIP predstavlja vrednost za koju
je potrebno korigovati merenu vrednost napona generatora da bi radna ta~ka ostala desno od proradne
karakteristike. Generisani izlazni signal je srazmeran vrednosti prekora~enja i dat je funkcijom:
karakte
ristika
prorade
OMIP
Pg
Qg0
Slika 3. Ograni~enje minimalne pobude
10
Qg
(
u OMIP = − K OMIP u q + u q 0 + αu p
)
(3)
u kome su KOMIP – poja~anje, uq=KqQg – naponski
signal koji odgovara veli~ini reaktivne snage generatora, up=KpPg – naponski signal koji odgovara veli~ini aktivne snage generatora, uq0 – referentna
vrednost koja defini{e maksimalno dozvoljeno kapacitivno optere}enje generatora pri aktivnom optere}enju Pg=0, α – koeficijent svo|enja uticaja aktivnog optere}enja na radnu ta~ku prorade bloka ograni~enja minimalne pobude, odnosno nagib prave
ograni~enja prema osi aktivne snage.
Blok je realizovan tako da se na operatorskom
panelu jednostavno mo`e menjati karakteristika odrade. Zadata karakteristika odrade limitera OMIP
data je pravom (slika 3):
P
(4)
−Q =b
a
Parametri a i b karakteristike odrade limitera
OMIP se ra~unaju iz pogonske karte, za dve karakteristi~ne ta~ke sa prave ograni~enja minimalne pobude (za P1=0 i Q1 koeficijent b=-Q1) i (za P2=Pn i
Q2 koeficijent ). Ovako izra~unate vrednosti unose
se preko operatorskog panela i u toku rada ure|aja.
Blok povratne veze obezbe|uje stabilizaciju
procesa regulacije napona generatora uvo|enjem
dodatne povratne sprege po naponu pobude Uf i njegovom prvom izvodu Uf’. Ulaz u blok povratne veze je merena vrednost napona pobude, a izlaz signali ΔUBPV. Prenosna karakteristika bloka povratne veze data je funkcijom
(
)
u BPV = K f + T f s U f
(5)
gde su Kf i Tf poja~anje i vremenska konstanta stabilizacione povratne sprege.
Blok strujne kompenzacije generi{e signal za
korekciju merenog signala za zadatu vrednost statizma. Ulaz u blok strujne kompenzacije je trenutna
vrednost reaktivne snage, a izlaz vrednost za koju je
potrebno korigovati signal merenog napona da bi se
na krajevima generatora ostvarila `eljena vrednost
statizma ΔUBSK. Vrednost statizma se mo`e menjati sa
operatorskog panela. Zadaje se posebno znak statizma „+” ili „-” i posebno vrednost u opsegu 0÷15 %.
Sumaciono-poja~ava~ki blok sabira vrednost
merenog napona generatora sa korekcijama generisanim u svim regulacionim i za{titnim blokovima:
ΔUBSK, ΔUUf, ΔUUf’, ΔUOMIP, ΔUOSS, ΔUOSR. Ulaz u sumaciono-poja~ava~ki blok je vrednost merenog napona generatora, a izlaz ulazni signal za PID regulator.
PID regulator ostvaruje PID zakon upravljanja. Ulazne veli~ine su korigovana vrednost merenog napona generatora koja se dobija na izlazu suELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
maciono poja~ava~kog bloka i referentna vrednost
napona generatora koja se dobija na izlazu bloka reference. Izlazni signal iz PID regulatora je izvr{ni
upravlja~ki signal uPLC koji se nakon konverzije u
analogni i {irinsko-impulsne modulacije prosle|uje
na upalja~ energetskog pretvara~a. Parametri PID
regulatora se mogu menjati u slede}em opsegu:
– Proporcijalno poja~anje
0,1 %÷999,9 %
– Integraciona konstanta
0,1÷819,1 s
– Diferncijalna konstanta
0,1÷819,1 s
2.3.5. Energetski stepen
Energetski deo regulatora pobude RP2008 je realizovan kao stati~ki, primenom celovite BUCK
strukture u IGBT tehnologiji [5].
U izlaznom delu BUCK konvertora ugra|en je
niskopropusni LC filter, ~ime su smanjene elektromagnetne smetnje izvan ure|aja i smanjena talasnost napona na pobudnom namotaju budilice.
2.3.4. Upalja~ko kolo
2.3.6. Komunikacija izme|u PLC regulatora
i rukovaoca
Upalja~ko kolo ~ine izlazni blok (IB) i IGBT
upalja~ (TU). Upravlja~ki signal uPLC se dovodi na
izlazni blok (IB) gde se formira impulsno-{irinski
modulisan signal koji je galvanski odvojen od PLCa. Ovaj impulsno-{irinski modulisan signal se prosle|uje na upalja~ energetskog pretvara~a.
Komunikacija izme|u PLC regulatora i rukovaoca se ostvaruje lokalno, putem grafi~ko-operatorskog
displeja (ta~ panel) i daljinski, sa centralnog sistema
upravljanja (DCS). Ta~-panel je postavljen na vrata
ure|aja. Pomo}u ovog panela se mogu pode{avati odgovaraju}i parametri sistema, izdavati odre|ene ko-
a) Upravljanje
b)Merenja
c) Alarmi
d) Pode{avanje parametara
Slika 4. Izgled upravlja~kih ekrana na operatorskom panelu
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
11
mande, ~itati informacije o svim relevantnim merenjima i sl. Promena parametara upravljanja mo`e se vr{iti samo lokalno, u~itavanjem odgovaraju}e {ifre u cilju
za{tite od neovla{}enih ili slu~ajnih manipulacija.
Rad sa ta~-panelom je veoma jednostavan i korisni~ki orjentisan. Pod pojmom korisni~ki orjentisan podrazumeva se da korisnik brzo i lako mo`e da
se obu~i za rad sa komunikacionim protokolom.
Ta~-panel je programiran tako da nedvosmisleno vodi korisnika kroz rad ure|aja, upu}uje na slede}e korake i maksimalno smanjuje mogu}nost gre{ke. Manipulacije regulatorom organizovane su u
okviru ~etiri ekrana: upravljanje, merenja, alarmi i
pode{avanja parametara. Svaki ekran predstavlja
posebnu funkcionalnu celinu. Ekrani su dalje podeljeni u manje funkcionalne celine, okvire. Kretanje
izme|u ekrana, okvira, promene parametara i sl. vr{e se jednostavno, pritiskom na polje sa imenom `eljene funkcije/ekrana/parametra i sl. Pri promeni parametara na panelu se pojavljuje virtuelna tastatura
u kojoj je definisan dozvoljeni opseg promene izabrane veli~ine. Uno{enje vrednosti izvan opsega ne}e biti prihva}eno, a rukovaocu se signalizira da je
uneta pogre{na vrednost. Na ovaj na~in se minimizuje mogu}nost uno{enja nedozvoljenih vrednosti.
vlja~ki signal u opsegu ±10 V koji se prosle|uje na
upalja~ki stepen. Regulacija napona realizovana je
primenom PID upravlja~kog algoritma. Jednostavna promena parametara regulacije omogu}ila je optimalno pode{enje procesa regulacije.
Komunikacija izme|u PLC regulatora i rukovaoca se ostvaruje lokalno, putem grafi~ko-operatorskog displeja (ta~ panel) i daljinski, sa centralnog
sistema upravljanja (DCS). Pomo}u ta~-panela se
mogu pode{avati odgovaraju}i parametri sistema,
izdavati odre|ene komande, ~itati informacije o
svim relevantnim merenjima i sl.
Komunikacija sa DCS-om je ostvarena na nivou
binarnih i strujnih (0÷10 mA) signala i ukoliko se
uka`e potreba mo`e se realizovati Ethernet veza, serijska komunikacija, Profibus-DP, CAN i dr.
4. LITERATURA
[1]
[2]
3. ZAKLJU^AK
U radu je prikazan automatski regulator napona sinhronih generatora realizovan kori{}enjem
PLC hardverske osnove. Re{enje je primenjeno na
sistemu pobude generatora A1 u TE „Nikola Tesla
A”. PLC regulator u sebi objedinjuje deo upravlja~ke logike, merenja, funkcije regulatora pobude i za{tite sistema pobude. U tom smislu regulator o~itava sva uklopna stanja neophodna za upravljanje logikom rada pobude. Tako|e, regulator o~itava i kontakte neophodne za realizaciju za{titnih funkcija pobudnog sistema, kao i daljinske komande koje dobija od nadre|enog sistema upravljanja. Osim analognog izlaza za upravljanje BUCK izlaznim stepenom, PLC regulator generi{e komandne i za{titne
signale i signalizaciju. PLC generi{e izlazni upra-
[3]
[4]
[5]
I. Stevanovi}, Z. ]iri}, D. Arnautovi}: KLASIFIKACIJA I PRIKAZ STANJA SISTEMA POBUDE
SINHRONIH GENERATORA U ELEKTROPRIVREDI SRBIJE, Elektroprivreda, br. 2, Beograd,
2007, str. 31-39.
I. Stevanovi}, Z. ]iri}, J. Dragosavac, D. Arnautovi}: REKONSTRUKCIJA SISTEMA POBUDE
GENERATORA U VLASINSKIM HIDROELEKTRANAMA, Elektroprivreda, br. 1, Beograd, 2000,
str. 56-64.
Omron: Instruction Reference Manual, PROGRAMMABLE CONTROLLERS CJ1M CPU13,
Cat. No. W340-E1-09, Revised June 2003.
J. Dragosavac, M. Jankovi}, @. Janda: SAVREMENA DIGITALNA REALIZACIJA POBUDNIH SISTEMA ZA MALE SINHRONE MA[INE – J3,
12th International Symposium on Power Electronics – Ee 2003, Novi Sad, Serbia&Montenegro, November 5th – 7th, 2003.
J. Dragosavac, N. Selakovi}: AUTOMATSKI REGULATOR POBUDE SINHRONOG GENERATORA SA BUCK IZLAZNIM STEPENOM,
YUKO CIGRE, Grupa 14, 14-02, Banja Vru}icaTesli}, 2003.
Rad STK A1 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 22. 04. 2009. godine
Ilija J. Stevanovi} je ro|en 1963. godine u Br~kom, BiH. Elektrotehni~ki fakultet, smer
elektroenergetski, zavr{io je 1987. godine u Tuzli. Posle zavr{etka fakulteta do 1992. godine
je radio na Elektrotehni~kom fakultetu u Tuzli kao asistent na predmetima „Elektri~ne
ma{ine” i „Elektromagnetika”. Postdiplomske studije, smer „Elektri~ne ma{ine”, zavr{io je
1992. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Od 1994. godine zaposlen je u
Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla” u Centru za automatiku i regulaciju.
Profesionalno zanimanje mu je vezano za istra`ivanje, razvoj, projektovanje, ispitivanje,
izradu i pu{tanje u rad: sistema pobude sinhronih generatora, elektri~nih za{tita, ure|aja za automatizaciji malih
hidroelektrana i ure|aja za napajanje i regulaciju elektrostati~kih filtera, kao i ispitivanja elektri~nih ma{ina.
12
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Jasna Dragosavac je ro|ena 1970. godine u Beogradu. Diplomirala je 1994. godine na
Elektrotehni~kom fakiltetu u Beogradu, smer elektroenergeski sistemi. Magistarsku tezu je
odbranila 2002. godine na Elektrotehni~kom fakiltetu u Beogradu, smer elektroenergeski
objekti i oprema.
Od 1995. godine je zaposlena u Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla”, Centar za
automatiku i regulaciju, gde radi na poslovima projektovanja, konstrukcije i izrade, fabri~kih
ispitivanja, ugradnje, pu{tanje u rad, ispitivanja tokom eksploatacije i odr`avanje ure|aja za
regulaciju pobude sinhronih generatora, grupne regulacije aktivne i reaktivne snage, automatike
elektrofiltera, za{tite sinhronih generatora, automatizacije malih hidroelektrana i dr.
Mladen B. Ostoji} ro|en je 1978. godine u Kraljevu. Diplomirao je 2007. godine na
smeru za automatiku Elektrotehni~kog fakulteta u Beogradu.
Od 2008. godine zaposlen je u Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla” u Centru za
automatiku i regulaciju gde radi na poslovima izrade elektrostati~kih filtera za potrebe
elektroprivrede.
@arko Janda je ro|en 1960. godine u ^a~ku. Elektrotehni~ki fakultet, smer elektroenergetski je zavr{io 1984. godine u Beogradu. Magistrirao je 1989. godine, a doktorsku disertaciju odbranio 2004. godine.
Od 1984. godine zaposlen je u Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla”, Centar za
automatiku i regulaciju, gde se bavi razvojem, projektovanjem, izradom i pu{tanjem u rad
energetskih pretvara~a, sistema besprekidnog napajanja, ure|aja za automatsko uklju~enje
rezervnog napajanja i dr.
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 je sta`irao na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Godine 1977. zaposlio se u EI ,,Nikola Tesla”, Centar za automatiku i
regulaciju, gde i danas radi na mestu direktora Centra.
Godine 1995. sti~e nau~no zvanje vi{eg nau~nog saradnika. U dosada{njem radu anga`ovan je u oblastima: regulacija elektrana i elektroenergetskih sistema, modelovanja i simulacija rada elektrana i elektroenergetskih sistema i primena moderne teorije upravljanja u elektroenergetskim sistemima.
Gli{o Klasni} je ro|en 1958. godine u Kninu. Diplomirao je na energetskom odseku
Elektrotehni~kog fakulteta u Beogradu 1983. godine. Posle dvogodi{njeg rada u ET[C „Nikola Tesla”, 1986. godine zasniva radni odnos u TE „Nikola Tesla” u Obrenovcu. Raspore|en je na radno mesto Glavni in`enjer odr`avanja TENT A.
Ljubi{a M. Mihailovi} je ro|en 03. 12. 1951. godine u Murga{u. Zavr{io je Gimnaziju
u Obrenovcu i Elektrotehni~ki fakultet u Beogradu.
Od 1980. godine radi u TE „Nikola Tesla”, Obrenovac, kao mla|i in`enjer u sektoru
Proizvodnje, a zatim kao in`enjer za upravljanje i za{titu u slu`bi Tehni~ke kontrole. Od 2001.
godine je na radnom mestu vode}eg in`enjera za upravlja~ke i za{titne sisteme, a od 2005.
godine na radnom mestu koordinatora.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
13
Radovan Radosavljevi},
Zoran Radakovi}, Mladen Terzi}, Jelena Luki} i Aleksandar Bojkovi}
Kompatibilnost procene ostarelosti izolacije
energetskih transformatora preko savremenih
dijagnosti~kih tehnika i prora~una na bazi
temperaturnih merenja i istorijata tere}enja
Stru~ni rad
UDK: 621.315.61; 621.314.21; 621.1.016.4
Rezime:
Savremena svetska praksa registruje dva koncepcijska pristupa proceni ostarelosti izolacije i preostalog veka transformatora, od kojih oba imaju podr{ku u va`e}im me|unarodnim standardima. Prvi je zasnovan na istorijatu optere}ivanja i merenju i proceni odgovaraju}ih temperatura ulja sa ciljem da se odredi
vremenski dijagram temperature vru}e ta~ke u toku rada transformatora ili na kontinualnom merenju temperature vru}e ta~ke primenom fiberopti~kih senzora, preko koje se obavlja prora~un ostarelosti ~vrste izolacije.
Drugi pristup je zasnovan na pra}enju degradacionih procesa izolacionog sistema i pogonskog stanja
transformatora primenom preventivnog odr`avanja „uvidom u stanje”, zasnovanom na kompleksnom periodi~nom dijagnosti~kom ispitivanju i analizi niza elektri~nih i hemijskih karakteristika izolacionog sistema,
preko kojih se kvalitativno procenjuje ostarelost, a koja na kraju mo`e i definitivno da se kvantitativno potvrdi merenjima na uzorcima ~vrste izolacije. U radu su prikazani principi i metode procene veka po oba
koncepta i uporedni rezultati na primerima velikih energetskih transformatora.
Klju~ne re~i: energetski transformator, izolacija, dijagnostika, temperatura, istorijat tere}enja, vru}a ta~ka,
starenje, procena veka
Abstract:
COMPATIBILITY OF POWER TRANSFORMERS INSULATION AGEING ESTIMATION
BY CONTEMPORARY DIAGNOSTIC TECHNIQUES AND CALCULATION BASED
ON TEMPERATURE MEASUREMENTS AND LOADING HISTORY
There are two aproaches in the current world practice of transformers’ insulation aging and remaining
life estimation. Both have support in existing international standards. One is based on the transformer loading history and measurement and estimation of relevant oil temperatures in order to obtain the hot spot
temperature time diagram or else, on continuous monitoring of hot spot temperature with fiber optics and
calculation of solid insulation aging. The other is based on the insulation aging monitoring using complex
diagnostic tests, including electrical tests on the transformer itself and oil sample testing, with the assessment of aging from test data, which is the basis of condition based preventive maintenance (CBM). Both
methods can be eventually verified with the results of the tests on the samples of solid insulation.
Prof. dr Radovan Radosavljevi}, dipl. in`. el., prof. dr Zoran Radakovi}, dipl. in`. el., Mladen Terzi}, dipl. in`. el.
– Elektrotehni~ki fakultet, 11 000 Beograd
Jelena Luki}, dipl. in`. tehn., Aleksandar Bojkovi}, dipl. in`. el. – EI „Nikola Tesla”, 11 000 Beograd
14
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Paper presents principles and methods of remaining life estimation according to both procedures, with
examples of their parallel application on some big power transformers.
Key words: power transformers, insulation, diagnostics, temperature, loading history, hot spot, aging,
remaining life estimation
1. UVOD
Raspolo`ivost, pouzdan rad i optimalna eksploatacija energetskog transformatora tesno su vezani
za stanje njegovog izolacionog sistema, {to u su{tini
zna~i dostignut stepen ostarelosti, kojim je odre|en
i preostali vek. Kvalitativna i kvantitativna procena
ostarelosti izolacije je zbog toga vrlo zna~ajno tehni~ko pitanje, koje je decenijama unazad predmet istra`ivanja u svetskoj praksi, a pokriveno je i nizom
me|unarodnih standarda i preporuka.
Najstariji koncept procene utro{enog i preostalog veka je prora~un relativnog starenja izra`enog u
danima „normalne brzine starenja” koja odgovara
starenju u nominalnim uslovima rada. Polazni podaci za prora~un su termi~ki parametri transformatora,
u koje spadaju i na~in hla|enja i ambijentalni uslovi
rada, a ulazni prora~unski podaci su istorijat tere}enja sa prate}im temperaturama ulja ili spolja{njeg
rashladnog fluida. Dakle, osnovni uslov za ovakav
koncept je postojanje baze podataka o tere}enju
transformatora, odnosno monitoring struja, napona i
temperatura (namotaja, ulja i/ili ambijenta) po~ev od
prvog uklju~enja transformatora u pogon. Bitni termi~ki parametri za prora~un obi~no se odre|uju fabri~kim ogledom zagrevanja [1]. U njegovom odsustvu, ili u slu~ajevima kada nije mogu}e obezbediti
potrebne tehni~ke uslove, {to je karakteristi~no za
transformatore sa OFWF hla|enjem, ogled mo`e da
se izvede i u samoj elektrani konvencionalnom metodom kratkog spoja ili opozicionom metodom, a
mogu}e je i pri direktnom optere}enju u realnim
uslovima rada [2]. Zbog velike {arolikosti konstrukcija i ambijentalnih uslova rada, ~ak i transformatora istih snaga i naponskih nivoa, ~esto je potrebno da
se izvedu i specijalni ogledi da bi se odredili va`ni
nedostaju}i termi~ki parametri, koji uva`avaju specifi~nostiti svakog transformatora, kao {to su npr.
kalorimetrijska merenja na terenu [3,4]. Bez obzira
da li se prora~uni obavljaju u saglasnosti sa va`e}im
standardom [5] ili njegovim do skora va`e}im prethodnikom [6], zajedni~ko im je da se prora~un utro{enog veka obavlja na prethodnom odre|ivanju dijagrama temperature najtoplije ta~ke namotaja za odre|ene vremenske periode sa poznatim ili procenjenim dijagramima optere}ivanja. Neke od temperatura se posredno izra~unavaju, a u novije vreme i direktnim merenjima pomo}u fiberopti~kih temperaELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
turnih senzora, {to se odnosi i na temperaturu vru}e
ta~ke, ~ime se posti`e visoka ta~nost prora~una.
Svetski trend preventivnog odr`avanja transformatora „uvidom u stanje” (condition based monitoring – CBM), zasnovanom na kompleksnom dijagnosti~kom ispitivanju niza elektri~nih, fizi~kih i hemijskih karakteristika oba izolaciona medijuma, uz
podr{ku novorazvijenih savremenih metoda i opreme, doveo je do razvoja novog koncepta u proceni
preostalog veka. Tendencija je da se propisima unapred odre|ena periodi~nost za pojedina~na ispitivanja, zavisna od naponskog nivoa transformatora,
prilago|ava stanju, odnosno da se pra}enjem brzine
promena karakteristi~nih veli~ina modifikuje u~estanost ispitivanja, uz eventualnu primenu korektivnih mera revitalizacije (su{enje, degazacija, filtriranje, pasivizacija metalnih povr{ina itd.), {to za direktnu posledicu ima produ`enje veka. Za najve}e i
najzna~ajnije transformatore uvodi se i stalni monitoring karakteristi~nih veli~ina sa mogu}no{}u daljinske kontrole. Obim veli~ina koje se prate mo`e
da bude i adaptivan, a na njega uti~e i starost transformatora, istorijat doga|anja, trenutne potrebe, i
naravno, tehnoekonomska analiza.
Pored klasi~nih elektri~nih metoda, kao {to je
merenje kapacitivnosti i otpora izolacije – CRI i faktora dielektri~kih gubitaka – DDF, tu su i nove metode, od kojih su neke ve} deo me|unarodnih standarda, a neke jo{ u razvoju: merenje povratnog napona – RVM, merenje struje polarizacije i depolarizacije – PDC, merenje parcijalnih pra`njenja – PD,
metoda analize frekvencijskog odziva SFRA itd. [7].
U sprezi sa elektri~nim metodama u dijagnostici pogonskog stanja i procesa degradacije izolacionog sistema, nezaobilaznu ulogu imaju i hemijske metode:
gasna – DGA i te~na – HPLC hromatografija ulja, a
za ocenu stanja ~vrste izolacije najpouzdanija metoda za direktno utvr|ivanje starosti ~vrste izolacije (a
time i starosti transformatora) je merenje indeksa
polimerizacije DP, zasnivano na odre|ivanju prose~nog broja molekula glukoze u lancu celuloze
[8,9,10,11]. Novija metoda – gel permeabilna hromatografija (GPC) uva`ava razli~itost u degradaciji
celuloznih i poluceluloznih vlakana [12]. Raspadom
~vrste izolacije formiraju se derivati furana, od kojih
se furfural-aldehid – 2FAL najvi{e rastvara u ulju,
pa se danas te`i da analiza 2FAL zameni najpouzdaniju ali i invazivnu i zahtevnu DP metodu [13,14].
Iako nema ~vrste i pouzdane korelacije izme|u DP
15
indeksa i 2FAL zbog brojnih uzroka (tip i konstrukcija transformatora, vrsta papira – celuloze i uticaj
proizvo|a~a, vrsta i stanje ulja, kontakt sa atmosferom, radni uslovi i pove}ane temperature koja smanjuje koncentraciju, koli~ina prisustne vode i stepen
hidroliti~kih efekata, intervencije na izolacionom sistemu, uslovi formiranja i rastvaranja 2FAL-a, nejednako izdvajanje 2FAL pri normalnom starenju i
pri radu u vanrednim uslovima, kvar ograni~en na
lokalnom delu izolacije, itd, {to za posledicu ima da
koli~ina prisutnog furfurala u toku eksploatacije
transformatora odra`ava srednje stanje neravnomerne produkcije iz celog volumena ~vrste izolacije
umesto `eljenog stanja na kriti~nim referentnim mestima), pra}enje brzine promene koncentracije furfurala preko uzastopnih merenja danas je pouzdano
dijagnosti~ko sredstvo za ocenu stepena degradacije
papirne izolacije [14,15]. Postojanje korelacija najni`ih Dp vrednosti na mestima „hot-spot” temperatura sa koncenetracijom 2 – FAL je utvr|eno na odre|enom broju havarisanih transformatora nakon
defekta`e u fabirici, odnosno u slu~ajevima kada su
brzina produkcije i ukupna koncentracija 2 – FAL
bili veliki, odnosno na nivou kada se transformator,
kao visoko rizi~an, isklju~uje iz pogona.
Bez obzira na sna`an aktuelni razvoj oba koncepta za procenu ostarelosti izolacije transformatora, ra~unski prema istorijatu optere}ivanja i temperatura [5,6], ili preko DP indeksa uz kori{}enje termokineti~kog Arheniuss-ovog modela razgradnje
celulozne izolacije ili nekog drugog modela, u {iroj
literaturi se retko sre}u uporedni rezultati procena
ostarelosti po izlo`ena dva koncepta, koji bi poslu`ili usavr{avanju prora~una. Ovaj rad ima za cilj da uz
prikaz oba koncepta prika`e uporednu analizu rezultata po oba koncepta na primeru transformatora snage 380 MVA i napona 420 kV.
2. PRORA^UN STARENJA
PREMA ISTORIJATU OPTERE]IVANJA
Iako je starenje uljno papirne izolacije rezultat
slo`enih termi~kih, mehani~kih, elektri~nih i hemijskih procesa, IEC standardi starenje u prora~unima
tretiraju isklju~ivo kao termi~ki zavisnu funkciju
[5,6]. Uticaj ostalih procesa je indirektno obuhva}en
kroz usvajanje ni`e referentne temperature od 98 °C
za normalnu brzinu starenja nepobolj{ane papirne
izolacije, iako ona pripada klasi izolacije A za koju
je definisana temperatura od 105 °C. Usvajanjem referentne temperature za 7 K ni`e od klase izolacije
(kada bi po samo termi~kom kriterijumu vek trebalo
da bude dvostruko ve}i, s obzirom da se on dvostruko smanjuje pri porastu temperature za 6-8 K), indirektno je kumulativan efekat ostalih faktora, uklju~uju}i i faktor sigurnosti, prakti~no izjedna~en sa
termi~kim efektom. Ovo uop{tavanje svakako uti~e
na smanjenje ta~nosti prora~una.
Tabela 1.
Formule za temperature u stacionarnim stanjima prema IEC proceduri [6], koja je va`ila do 2006. godine
Vrsta hla|enja
Formule za temperature
ON
OF
x
x
⎛ 1+ R K ⎞
⎛ 1+ R K 2 ⎞
y
⎟ , θ hs stac = θ ugn ⎜
⎟
θ ug stac = θ ugn ⎜⎜
⎟
⎜ 1+ R ⎟ + H g n K
1
R
+
⎝
⎠
⎝
⎠
x
⎛ 1+ R K 2 ⎞
⎟ + 2 (θ usn − θ udn )K y
θ ug stac =θ udn ⎜⎜
⎟
⎝ 1+ R ⎠
2
x
⎛ 1+ R K 2 ⎞
⎟ + 2 (θ usn − θ udn )K y + H g n K y
θ hs stac = θ udn ⎜⎜
⎟
1
R
+
⎝
⎠
Na vrednost izra~unatu kao za OF hla|ene transformatore dodaje se korekcija za najtopliju ta~ku:
OD
gde je
θ hs stac ' =θ hs stac + 0,15 (θ hs − θ hsn )
x
θud – porast temperature donjeg ulja,
θus – porast temperature srednjeg ulja,
g – razlika srednje temperature namotaja i srednje temperature ulja,
H – Hot-spot faktor (faktor vru}e ta~ke),
R – odnos nominalnih gubitaka usled optere}enja i u praznom hodu,
n – indeks koji ozna~ava vrednosti pri nominalnom optere}enju
• Prema va`e}oj IEC proceduri standarda [5], porasti temperature u stacionarnim toplotnim stanjima, za sve tipove hla|enja, ra~unaju se po formulama koje se u starim standardima [6] koriste za ON tip hla|enja.
16
ELEKTROPRIVREDA, br. 2, 2009.
2. 1. Osnove termi~kih modela
t
⎛
−
k 22 τ w
⎜
f 2 (t )= k 21 1 − e
⎜
⎝
2. 1. 1. Temperature u stacionarnim
toplotnim stanjima
Porasti temperature gornjeg ulja (θug) i najtoplije ta~ke (θhs) u odnosu na spolja{nji rashladni fluid
(vazduh ili voda) u stacionarnim toplotnim stanjima,
pri relativnom strujnom optere}enju K, izra~unavaju se prema formulama u tabeli 1.
12
2,0
⎞
⎟
⎟
⎟⎟
⎠
34
1,5
f2(t)
2. 1. 2. Temperature u prelaznim
toplotnim re`imima
1,0
5
6
0,5
Prora~uni porasta temperatura u prelaznim toplotnim procesima u starim [6] i va`e}im [5] standardima se zna~ajno razlikuju. U formulama datim u
tabeli 2, koriste se slede}e nove karakteristike transformatora koje se dobijaju prora~unima, merenjima
ili se za njih usvajaju preporu~ene vrednosti za pojedine transformatore [5]:
τo – Vremenska konstanta promene temperature mase ulja
τw – Vremenska konstanta promene temperature namotaja (bakra) u odnosu na ulje
k11, k21, k22 – Konstante transformatora koje se javljaju u izrazima za poraste temperatura u [5]
Prema va`e}oj proceduri iz IEC standarda [5],
koriste se formule koje su identi~ne za sve tipove
hla|enja:
t
⎞⎛
⎛ ⎛ 1+ R K 2 ⎞ x
−
⎟ − θ oi ⎟ ⎜1 − e k11 τ o
θ hs (t )= ⎜ θ or ⎜⎜
⎟⎜
⎜
1 + R ⎟⎠
⎠⎝
⎝ ⎝
2,5
t
⎛
−
τo
⎞
⎜
⎟ − (k − 1)⎜1 − e k 22
21
⎟
⎜⎜
⎠
⎝
⎞
y
⎟ +θ + H g
n ( en ) K − θ hsi f 2 ,
⎟ hsi
⎠
(
)
0,0
7
0
60
120
180
240
300
360
420 t (min)
1 ONAN sa ograni~enim protokom ulja
2 ONAN
3 ONAF sa ograni~enim protokom ulja
4 ONAF
5 OF sa ograni~enim protokom ulja
6 OF
7 OD i distributivni transformatori
Slika 1. Funkcija f2 (t) za pojedina~ne tipove hla|enja uz
uva`avanje koeficijenata iz tabele 5 standarda [5]
Funkcija f2 (t) opisuje relativno pove}anje temperaturnog gradijenta vru}e ta~ke prema gornjem
sloju ulja u odnosu na vrednost u stacionarnom stanju. Ona modeluje ~injenicu da je potrebno neko
vreme pre nego {to se brzina cirkulacije ulja prilagodi pove}anom nivou optere}enja za razne tipove hla|enja, slika 1. Polaze}i od ~injenica da konstante k11,
k21 i k22 iz poslednje dve formule koje se koriste u
Tabela 2.
Formule za temperature u prelaznim procesima prema IEC proceduri [6], koja je va`ila do 2006. godine
Vrsta hla|enja
Formule za temperature
t
⎞⎛
⎛
⎞
−
⎛ 1+ R K 2 ⎞
τo ⎟
⎟
⎜
⎜
⎟ − θ ugi 1 − e
θ ug (t )= θ ugi + θ ugn ⎜⎜
,
⎟⎜
⎜
⎟
1 + R ⎟⎠
⎝
⎠
⎠⎝
⎝
t
2 x
⎞
⎛
⎞
⎛
−
⎛ 1+ R K ⎞
⎟ − θ ugi ⎟ ⎜1 − e τ o ⎟ + H g n K y
θ hs (t )=θ ugi + ⎜ θ ugn ⎜⎜
⎟
⎟⎜
⎜
⎟
1
R
+
⎝
⎠
⎠
⎠⎝
⎝
t
2 x
⎞
⎛
⎞
⎛
−
⎛ 1+ R K ⎞
⎟ − θ udi ⎟ ⎜1 − e τ o ⎟ + 2 (θ usn −θ udn )K y ,
θ ug (t )= θ udi + ⎜ θ udn ⎜⎜
⎟
⎟⎜
⎜
⎟
1
R
+
⎝
⎠
⎠
⎠⎝
⎝
t
2 x
⎞
⎛
⎞
⎛
−
⎛ 1+ R K ⎞
⎟ − θ udi ⎟ ⎜1 − e τ o ⎟ + 2 (θ usn − θ udn )K y + H g n K y
θ hs (t )=θ udi + ⎜θ udn ⎜⎜
⎟
⎟⎜
⎜
⎟
⎝ 1+ R ⎠
⎠
⎠⎝
⎝
x
ON
OF, OD
Vremenska ka{njenja se uzimaju samo za poraste temperature mase ulja (gornjeg, kod ON hla|enja
i donjeg, kod OF i OD hla|enja). Indeks i ozna~ava po~etne vrednosti poraste temperature mase ulja
– vrednosti porasta temperatura u trenutku promene optere}enja.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
17
Hot-spot – Gornje ulje u d`epu (K)
[5] ne prate fiziku prenosa toplote i da ih je te{ko odrediti za konkretni transformator u pogonu, sem ako
su ugra|eni fiberopti~ki senzori temperature, naj~e{}e se umesto stvarnih usvajaju tipske vrednosti
konstanti i parametara iz standarda. To, me|utim,
mo`e da dovede do zna~ajnih gre{aka u prora~unima vru}e ta~ke i odgovaraju}eg starenja, odnosno
do znatno pove}anih temperatura vru}e ta~ke i nerealno visokog starenja. Ilustracija ovog preba~aja je
prikazana na slici 2, gde je data razlika ovih temperatura dobijena merenjima na primeru transformatora sa ugra|enim velikim brojem temperaturnih senzora u namotaj [16].
30
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
Vreme (h)
4
Hot-spot – Donje ulje (K)
500
400
300
200
100
0
1
2
3
Vreme (h)
4
Pore|enje }e se izvr{iti na primeru blok transformatora snage 380 MVA i napona 420 kV. U prora~unima su kori{}ene termi~ke karakteristike dobijene iz ogleda zagrevanja:
– nominalni porast temperature donjeg ulja: 30 K
– nominalni porast temperature srednjeg ulja:
40,85 K
– porast temperature hot-spot u odnosu na gornje
ulje:
38 K
– odnos nominalnih gubitaka usled optere}enja prema gubicima u praznom hodu:
2,45
Termi~ke karakteristike preuzete iz standarda:
– eksponent promene temperature ulja:
1,0
– eksponent
promene
temperature
bakra
(IEC 60354):
1,6
– eksponent
promene
temperature
bakra
(IEC 60076-7):
1,3
– vremenska konstanta ulja:
1,5 h
– vremenska konstanta namotaja:
7 min
– konstanta k11:
1,0
– konstanta k21:
1,3
– konstanta k22:
1,0
5
Slika 2. Razlika temperature hot-spot i gornjeg ulja
u d`epu
00
2. 1. 3. Pore|enje rezultata primene postupka
iz novih i starih standarda
5
Iako softver koji je izra|en u skladu sa standardima [5, 6] daje takvu mogu}nost, u prora~unima nije uva`avana promena termi~kih karakteristika transformatora u toku vremena (porast temperature ulja
usled zaprljanosti hladnjaka).
Na slikama 3-5 su prikazane veli~ine koje odre|uju promene temperature i vrednost starenja transformatora u toku godine: 6 tipi~nih dnevnih dijagrama – mustri optere}enja na slici 4, sekvenca njihovog pojavljivanja u toku godine na slici 5 i godi{nji dijagram promene temperature rashladne vode
na slici 6.
Tabela 3 sadr`i najva`nije rezultate prora~una –
maksimalne vrednosti temperatura koje su dostignute tokom godinu dana specificiranog optere}enja sa
slika 4-6, kao i kumulativnu vrednost starenja po
starim i novim standardima na primeru optere}enja
iz 1992. godine.
Slika 3. Razlika temperature hot-spot i donjeg ulja
Algoritam zasnovan na konceptu izra~unavanja
razlike temperatura hot spot namotaja i donjeg ulja
[16], prezentiran i u okviru „CIGRE working group
A2.38 on Thermal Modeling”, daje rezultat koji ne
sadr`i preba~aj, kao {to je ilustrovano na slici 3. Vrlo je verovatno da je stvarno stanje negde izme|u
ova dva rezultata sa slika 2 i 3, {to govori da postoji puno prostora za usavr{avanje standarda [5].
18
Tabela 3.
Rezultati prora~una za godi{nji dijagram
optere}enja iz 1992. godine
Hot-spot (°C)
Gornje ulje
(°C)
Starenje
IEC 60354
107,6
72,6
0,223 1
IEC 60076-7
108,2
72,8
0,248 4
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
optere}enje
(r.j.)
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
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 vreme
(h)
Mustra 4
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 vreme
(h)
optere}enje
(r.j.)
Mustra 5
Mustra 2
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 vreme
(h)
optere}enje
(r.j.)
Mustra 3
optere}enje
(r.j.)
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
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 vreme
(h)
optere}enje
(r.j.)
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
optere}enje
(r.j.)
Mustra 1
Mustra 6
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
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 vreme
(h)
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 vreme
(h)
Slika 4. [est kori{}enih tipi~nih dijagrama optere}enja
mustra 1
mustra 2
mustra 3
mustra 4 mustra 5
°C
mustra 6
30
25
20
15
10
5
0
Perioda u toku godine
trajanje
perioda
(dan)
Slika 5. Sekvenca ponavljanja {est tipi~nih dijagrama
optere}enja u toku godine
Iz tabele 3 se vidi da primenom va`e}eg standarda IEC 60076-7 [5], koji uva`ava preba~aj razliELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
0
òåàñõëàäí
âî
ìäå
ï å(°C)
àòóå à
temperatura
rashladne vode
30
60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
dani
Slika 6. Promena temperature rashladne vode
u toku godine
ke temperatura hot-spot i gornjeg ulja u toku prelaznog toplotnog procesa pri pove}anju optere}enja,
nije do{lo do pove}anja maksimalnih temperatura
(zanemarljivih 0,6 K) ali je, me|utim, do{lo do znatnijeg porasta kumulativnog starenja (11,3 %), zbog
uticaja funkcije f2, odnosno preba~aja temperature u
odnosu na ustaljeno stanje pri porastu optere}enja i
pored toga {to novi standard preko vremenske konstante namotaja uva`ava termi~ko ka{njenje porasta
19
temperature namotaja umesto trenutnog skoka prema starim standardima [6]. Kao primer, na slici 7 su
prikazane promene temperature hot-spot i gornjeg
ulja (izra~unate u toku dana u kome su temperature
dostigle maksimalne vrednosti: mustra 6, period optere}enja 22). Na slici 8 su prikazane razlike temperature hot-spot i gornjeg ulja za navedeni dan izra~unate prema starim i novim standardima za optere}ivanje transformatora.
110
110
100
100
90
80
80
70
70
60
60
Gornje ulje
40
50
40
Hot-spot
50
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Optere}enje (%)
â å ì âà)
÷àñî
å(
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22
Vreme (h)
Slika 7. Temperature hot-spot i gornjeg ulja u toku dana
sa najve}im temperaturama
razlika temperatura hot-spot –
gornje ulje(°C)
40
35
30
25
20
IEC 60076-7
15
IEC 60354
10
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22
Vreme (h)
Slika 8. Razlika temperatura hot-spot i gornjeg ulja
prema novim i starim standardima
ln (brzina reakcije)
temperatura (°C)
90
Dpv0 – po~etna vrednost stepena polimerizacije papira Dp (1 100 do 1 400), ostarelog 200,
Dpvt – vrednost Dp u nekom trenutku,
k – konstanta brzine hemijske reakcije,
Ea – energija aktivacije (kre}e se od 30 kJ/mol za visoko prisustvo vode, kiselina i kiseonika do
130 kJ/mol za suvu izolaciju; za pobolj{anu
izolaciju standard [5] usvaja konstantnu vrednost 125 kJ/mol, prema ruskim izvorima
111 kJ/mol),
R – gasna konstanta (8,314 J/(molK)),
T – temperatura (K),
A – konstanta koja zavisi od radnih uslova, prisustva
vode, kiselina, kiseonika itd.
Procena `ivotnog veka ~vrste izolacije preko
gornje jedna~ine sa A, Ea = const, upro{}ava slo`enu problematiku procesa starenja izolacije uzimaju}i u obzir samo temperaturnu zavisnost, a zanemaruje uticaje hidroliti~ke i oksidacione degradacije u
uslovima povi{enog sadr`aja vode i kiseonika u ~vrstoj izolaciji. Pojedina~ni efekti i ukupan efekat (isprekidana linija) ilustrovani su na slici 9 [17]. U prora~unima `ivotnog veka preko gornje jedna~ine, povi{en sadr`aj vode, kiselina i kiseonika prema ruskoj
praksi se uva`ava i sa vi{estruko uve}anom konstantom A.
toplota
3. PROCENA OSTARELOSTI ISPITIVANJIMA PREMA STANJU
Mehanizmi degradacije ~vrste izolacije se u novije vreme opisuju i kvantifikuju preko pobolj{anog
termokineti~kog „Arheniuss-ovog” modela, kojim
se brzina reakcije raskidanja polimernih lanaca celuloze (depolimerizacija) defini{e kao funkcija temperature (termi~ka degradacija – piroliza), uz uva`avanje uticaja vode, kiselina i kiseonika (hidroliti~ka
degradacija i oksidacija):
1 / D pvt − 1 / D pv 0 = k ⋅ t = A e ( − Ea / RT )t
gde je:
20
H2O
O2
1/T
Slika 9. Mehanizmi degradacije celuloze i ukupan efekat
Tokom eksploatacije energetskih transformatora ve}i broj elektri~nih i hemijskih ispitivanja izolacionog sistema slu`i za pra}enje pogonskog stanja i
ranu detekciju defekata i kvarova. Dinamika starenja i stvaranja produkata degradacije papirno-uljne
izolacije usled prisutnih termi~kih i elektri~nih naprezanja, povi{ene ovla`enosti i kontaminacije IS,
mo`e da se prati ispitivanjem uzoraka ulja. Ovaj pristup preventivnog odr`avanja „uvidom u stanje”
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
(CBM – condition based monitoring) je koncept kojim se podi`e nivo pouzdanosti i raspolo`ivosti transformatora u pogonu, bez prekida pogona [18]. U cilju adekvatne procene pogonskog stanja veoma je
va`no imati precizne podatke o temperaturi ulja na
mestu uzorkovanja i preporu~uje se uzimanje uzoraka ulja iz transformatora u pogonu nakon najdu`eg
perioda najve}eg optere}enja transformatora, jer se
tada svi nastali produkti degradacije, i oni skladi{teni u ~vrstoj izolaciji, u ve}oj meri rastvaraju u ulju i
mogu se kvantifikovati, {to daje realniju i pouzdaniju ocenu pogonskog stanja transformatora. U detekciji termi~kih i elektri~nih kvarova i mehani~kih defekata sa ciljem da se blagovremeno utvrde pojave
kao {to su pojedina topla mesta, povi{en sadr`aj vode u izolaciji, lokalizovani kvarovi, parcijalna pra`njenja, parcijalne rupture, provodne staze i pojava
Cu2S-a, mehani~ki defekti i ubrzano starenje IS promovisano povi{enim temperaturama i/ili hemijskim
agensima (kiseline, voda, Cu2S), preporu~uje se niz
hemijskih i elektri~nih ispitivanja, koja se mogu podeliti u dve grupe.
Prva grupa su pogonska ispitivanja koja se vr{e
dok su transformatori pod naponom:
– analiza sadr`aja gasova rastvorenih u ulju (GH
analiza),
– fizi~ke, hemijske i elektri~ne karakteristike ulja
(me|upovr{inski napon, sadr`aj kiselina, faktor
dielektri~kih gubitaka ulja, specifi~na elektri~na
otpornost ulja, talog iz ulja, ta~ka paljenja ulja),
– furani u ulju,
– sadr`aj vode u ulju – Karl Fisher metoda,
– sadr`aj ~estica u ulju,
– IR analize (sadr`aj inhibitora oksidacije, ugljovodoni~ni sastav – aromati-parafini-nafteni),
– oksidaciona stabilnost ulja – testovi ve{ta~kog starenja ulja,
– ispitivanje korozivnosti ulja – afinitet ulja ka formiranju bakar I sulfida,
– sadr`aj metal pasivatora u ulju (metoda te~ne hromatografije – HPLC),
– merenje toplih mesta (termovizija).
Druga grupa ispitivanja se vr{i kada su transformatori van pogona ili u fabrici na remontu/opravci:
– otpori izolacije, kapacitet, faktor dielektri~kih gubitaka,
– parcijalna pra`njenja,
– otpornosti namotaja, struje praznog hoda,
– induktivnosti usled rasipanja,
– SFRA (sweep frequency response analysis)
– Sadr`aj vode u ~vrstoj izolaciji merenjem struja
polarizacije/depolarzacije (PDC) i merenja povratnog napona (RVM),
– odre|ivanje stepena polimerizacije papira – DP
(kada je transformator na opravci u fabrici ili na
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
terenu i u odre|enoj meri uzorkovanjem na terenu).
Da bi se pomenuti defekti i kvarovi otkrili i blagovremeno dijagnostikovali na pravi na~in, potrebno je definisani obim osnovnih pogonskih ispitivanja vr{iti u odre|enim vremenskim intervalima
(trend analize) [17, 18, 19]. On-line pra}enje temperature je u poslednjih nekoliko godina pro{ireno pra}enjem niza dodatnih parametara (sadr`aj gasova i
vode u ulju, parcijalna pra`njenja), {to u zna~ajnoj
meri pobolj{ava dijagnostiku stanja i pouzdanost
eksploatacije.
3.1. Osnovi dijagnosti~ke analize ulja
transformatora u pogonu za procenu
ostarelosti izolacionog sistema (IS)
Dijagnostika pogonskog stanja transformatora
na bazi GH analize ulja bazirana je na razli~itim
energijama veze stvaranja odre|enih gasova koje
odgovaraju gustinama energije termi~kih i elektri~nih naprezanja. Ovo je osnovna metoda za dijagnostiku pogonskog stanja transformatora i detekciju
termi~kih i elektri~nih kvarova u opsegu temperatura od 150 °C navi{e, jer u odre|enoj meri mo`e da
uka`e na promene u brzini degradacije IS, naro~ito
preko pra}enja koncentracija CO, CO2 i kiseonika u
ulju, a posredno prisutvom toplih mesta odre|enog
temperaturnog opsega, po~ev od 150 do 700 °C, ili
elektri~nih pra`njenja i pojave elektri~nog luka od
800 °C do 1 200 °C. Porast ugljenmonoksida i
ugljendioksida, tj. njihovi odnosi, ukazuju na pirolizu ili elektri~ni kvar kojim je zahva}ena ~vrsta izolacija, a utro{ak kiseonika na intenzivnu oksidaciju
ulja, ~iji produkti starenja uti~u na degradaciju celuloze prevashodno po tipu „hidrolize”.
Odnosi koncentracija CO/CO2 < 3, kao posledica pojave elektri~nog razaranja i CO2/CO > 10, kao
pokazatelj termi~ke razgradnje celuloze, indikativni
su samo u pojedinim slu~ajevima i ukazuju na potrebu da se izvr{i analiza furana u cilju precizne dijagnostike. Uo~eno je na osnovu iskustava iz prakse da
koncentracije CO i CO2 nisu dovoljno selektivan parametar za procenu degradacije celuloze, posebno u
slu~ajevima kada postoji izra`en „hidroliti~ki mehanizam” degradacije celuloze, tj. kada je ulje sa visokim sadr`ajem vode i kiselina [17].
Produkti degradacije celulozne izolacije, derivati furana, ugljenmonksid, ugljendioksid i voda se
u ulju rastvaraju i njihova kvantifikacija se koristi u
dijagnosti~ke svrhe.
U savremenoj praksi merenje koncentracije derivata furana dobija sve vi{e na zna~aju kao dijagnosti~ko sredstvo stanja celulozne izolacije i kao takvo
treba da bude deo preventivnih merenja sa ustano21
vljenom periodikom u funkciji stanja, a ponekad treba da se uradi i vanredno, nakon du`eg perioda sa
najvi{im optere}enjima pra}enim visokim radnim
temperaturama. Procesi termi~ke i hidroliti~ke degradacije ~vrste izolacije mogu da se otkriju u ranoj
fazi primenjuju}i analizu derivata furana rastvorenih
u ulju kao trend analizu [19]. U detekciji termi~kih
kvarova ~vrste izolacije u ni`em temperaturnom opsegu, analiza derivata furana mo`e da bude osetljivija i selektivnija metoda od analize sadr`aja gasova
metodom gasne hromatografije. Furani nastaju isklju~ivo degradacijom celulozne izolacije i to ve} na
temperaturama iznad 105 °C. Za stvaranje pove}anih koncentracija gasova koji predstavljaju indikatore toplih mesta u zoni ni`ih temperatura – za CH4 i
C2H6, potrebno je da temperatura toplih mesta bude
znatno iznad 150 – 200 °C, kada celulozna izolacija
ve} mo`e da bude intezivno degradirana. Gasovi CO
i CO2 nastaju degradacijom i ulja i papira, a dodatno, CO2 se apsorbuje iz atmosfere ako postoji kontakt sa vazduhom. Zbog toga navedeni gasovi mogu
da budu nedovoljno selektivni parametri za dijagnostiku stanja ~vrste izolacije.
Pravilna procena ostarelosti i brzine degradacije celuozne izolacije, ispitivanjem ulja transformatora u pogonu se mo`e izvr{iti primenom analize sadr`aja gasova (GH), vode, kiselina i furana u ulju, kao
trend analize [18, 20] u odre|enim vremenskim intervalima, definisanim prema „uvidu u stanje”
(CBM). Ovaj koncept omogu}ava rano uo~avanje
promena u brzini degradacije IS analizom svih
klju~nih parametara termi~ke i hidroliti~ke degradacije i time predstavlja dijagnosti~ki alat za rano preventivno odr`avanje. Kumulativni sadr`aj furana u
ulju od po~etka eksploatacije transformatora naj~e{}e nije poznat, zbog zamena ulja, intrevencija na
ulju (su{enjem i filtriranjem se uklanjaju furani u
odre|enoj meri) i zbog temperature se delimi~no gubi (degradacija furana na visokim temperaturama),
pa zato apsolutni sadr`aj furana kao dijagnosti~ki
parametar nije dovoljno pouzdan (izuzev kad je sadr`aj vrlo visok), posebno za ocenu ukupne starosti
izolacije. Zbog toga se godi{nji porast furana uzima
kao klju~ni dijagnosti~ki parametar. Ako je ukupan
sadr`aj furana u ulju visok, to sigurno ukazuje na intezivnu degradaciju celuloze, te se pribegava Dp
merenjima uzoraka papira na terenu, pri ~emu se
moraju poznavati konstrukcijske karakteristike transformatora da bi se pa`ljivo odabrali uzorci sa dostupnih izvoda namotaja i {inskih veza, kao dovoljno dobra slika stanja izolacije u „hot spot” zonama
namotaja i donela odluka za transport u fabriku. Ako
je do{lo do havarije, posthavarijska merenja Dp na
uzorcima iz „hot spot” zona namotaja, ali i izme|u
paketa limova, daju odlu~uju}e podatke za dono{e22
nje odluke o stepenu popravke ili otpisu. Neka merenja ukupnog sadr`aja furana pokazala su korelaciju sa najni`im Dp vrednostima u „hot spot” zonama
namotaja, ali tek kada su koncentracije i/ili prira{taji bili vrlo visoki.
Raspodela pojedinih derivata furana u odre|enoj meri mo`e da uka`e koji se materijali na bazi celuloze degradiraju i koji su procesi degradacije u pitanju, termi~ka, oksidaciona ili hidroliti~ka [21].
Komparativne analize rezultata ispitivanja sli~nih jedinica (isti proizvo|a~, izolacioni materijal),
na istim mestima i uslovima eksploatacije („sister
units”), uklju~uju}i i post-havarijske analize, su od
velikog zna~aja u dijagnostici IS i {irenju ekspertskih znanja.
3.2. Primeri iz prakse sa analizom ulja
kao dijagnosti~kim alatom
3.2.1 Termi~ka degradacija blok transformatora
u TE, 360 MVA
Kod predmetnog blok transformatora, povi{ena
apsolutna vrednost i visok godi{nji porast furana u
ulju ukazivali su na intenzivnu degradaciju ~vrste
izolacije od 2004. godine. Pogonsko stanje ulja sa
relativno niskim sadr`ajem kiselina i vode u ulju u
tom periodu nisu ukazivali na intenzivnu hidroliti~ku degradaciju celuloze, ve} na postojanje termi~ke
razgradnje celulozne izolacije u ranoj fazi, u zoni ni`ih temperatura ≤ 150 °C, jer gasovi CH4 i C2H6 nastaju pirolizom ulja u ve}oj meri tek na temperaturama ≥ 200 °C. GH analiza (tabela 4) nije odmah mogla da detektuje problem, jer ovi gasovi tada nisu bili stvarani u toj meri da se kroz GH analize vide promene. Tek u toku 2006. godine, GH analizom je detektovan porast etilena, koji je potvrdio sumnju na
postojanje, tada ve} razvijenog, termi~kog kvara u
zoni visokih temperatura ≥ 700 °C.
Od 2004. do 2006. godine, brzina porasta koncentracije furana je bila izrazito visoka – 1,3 ppm/godi{nje,
{to je ukazivalo na intezivnu degradaciju celuloze.
Nakon godinu dana transformator je do`iveo havariju. U ulju su izmerene visoke koncentracije svih
gasova kvara, uklju~uju}i i sadr`aj furana u ulju.
Odnos klju~nih gasnih parova je ukazivao na elektri~ni kvar, visoke gustine energije, sa temperaturama ≥ 1 000 ºC – D2. Nakon otvaranja u fabrici, potvr|en je scenario havarije – me|uzavojni elektri~ni
proboj VN namotaja faze B. Uzeti su uzorci papira
oko mesta proboja sa vi{e lokacija VN namotaja
srednje faze, na kojima su izmerene niske Dp vrednosti, {to je u korelaciji sa visokim koncentracijama
i godi{njim prirastom furana (tabele 4 i 5). Zna~ajan
porast furana, uporedo sa pojavom etilena (C2H4), je
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Karakteristike
04-2004 02-2006 02-2007
30
23
214
Vodonik – H2, ppm
Metan – CH4, ppm
13
28
Etan – C2H6, ppm
4
16
26
Etilen – C2H4, ppm
24
97
210
0
869
7 454
4
583
10 145
57
821
8 760
Acetilen – C2H2, ppm
Ugljenmonoksid – CO, ppm
Ugljendioksid – CO2, ppm
81
Kiseonik – O2, ppm
6 929 18 887 19 793
1,4
4,0
4,8
/
0,06
/
Sadr`aj vode, ppm
6
8
15
Temperatura ulja, ºC
70
38
/
Dielektri~ka ~vrsto}a, kV/cm
> 250
284
/
tgδ, ‰
/
25,9
/
Specifi~na el. otpornost – ρ, GΩm
/
8,2
/
Me|upovr{inski napon – σ, mN/m
/
24
/
Dijagnoza GH
B
A
D2
Dijagnoza FHE+voda
I grupa
Dijagnoza stanja ~vrste izolacije
/
T 1 – T3 T 1 – T3
2-furfural – 2-FAL, ppm
Kiselinski broj, mgKOH/gulja
Legenda:
ocena A – sumnjiv prema gasnohromatografskoj analizi; ocena
D2 – elektri~ni kvar visoke gustine energije – proboj kroz ~vrstu izolaciju; Dijagnoza FHE + voda: ocena I grupa – zadovoljavaju}e stanje ulja prema IEC 60422; ocena T1 – T3 – termi~ka degradacija celuloze, u po~etku u ni`em opsegu temperatura
– T1, potom pri visokim temeparturama – T3.
u ovom slu~aju indicirao postojanje termi~kog kvara u ranoj fazi (2006), koji je nakon narednih godinu dana (2007) doveo do pojave elektri~nog kvara i
havarije, {to sve govori o potrebi merenja koncentracije furana.
Tabela 5.
Dp izolacionog papira havarisanog ET u TE snage
360 MVA
VN srednje faze
1H – gore
¾ Ho
½ Ho
¼ Ho
Ho – dole
Dp (stepen polimerizacije papira)
141
169
207
213
262
3.2.2 Termi~ka degradacija blok transformatora
u HE, 63 MVA, bakar (I) sulfid kao
„hot-spot marker”
Transformator je 2006. godine isklju~en iz pogona i u toku remontnog perioda odvezen je u fabriELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
ku radi opravke i revitalizacije usled lo{eg stanja
izolacije, {to je utvr|eno ispitivanjem derivata furana u ulju, posebno na osnovu visokog godi{njeg porasta 2-furfurala (2-FAL) u ulju od 6,93 ppm/god
(tabela 6). Prilikom defekta`e utvr|eno je da postoje brojni konstrukcijski nedostaci, prvenstveno u sistemu uljnih kanala za hla|enje, pa je odvo|enje toplote bilo neefikasno.
Uzeti su uzorci papirne izolacije sa velikog broja lokacija VN i NN namotaja srednje faze za ispitivanje stepena polimerizacije papira Dp, u cilju procene dalje upotrebljivosti ~vrste izolacije i analize
mogu}nosti uspostavljanja korelacije sa analizom
furana. Pore|enje usrednjenih Dp vrednosti sa svih
lokacija VN i NN namotaja ukazuje da je u ovom
slu~aju Dpsr sa NN namotaja ve}e od Dpsr sa VN
namotaja (tabela 6 i grafik sa slike 10).
unutra{nji do bakra
unutra{nji do ulja
spolja{nji do ulja
Raspodela DP vrednosti
VN namotaja
DP
Tabela 4.
Ispitivanja ulja blok transformatora u TE, 360 MVA
800
700
600
500
400
300
200
100
0
H
2/3H
2/3H
2/3H
1/3H
0H
Visina (H)
Slika 10. Raspodela DP uzoraka sa VN namotaja
Ulje je zbog neefikasnog hla|enja bilo izlo`eno
intenzivnom termi~kom razaranju, izra`enom kroz
zna~ajno pove}anje faktora dielektri~kih gubitaka i
sni`enje specifi~ne elektri~ne otpornosti za samo 7
godina eksploatacije. U gornjim zonama VN namotaja na|ene su naslage bakar (I) sulfida, koje su bile
u zonama najvi{e temperature i najni`ih Dp vrednosti, pa u ovom slu~aju bakar (I) sulfid predstavlja
„hot-spot marker” (slika 11).
Visoka brzina proizvodnje furana u ulju i visoka apsolutna vrednost su u korelaciji sa izmerenim
najni`im Dp vrednostima (255 i 354, sa slike 10)
prema modifikovanoj jedna~ini „Pahlavanpour”-a
[22]:
Dpv = 800 / ((0,186 x 2-FAL) + 1)
koja daje Dp = 321. Data jedna~ina uzima da se
20 % izolacije nalazi u unutra{njosti do bakra, gde je
brzina degradacije ve}a u slu~aju kada je dominantna termi~ka degradacija.
23
Cu2S
Slika 11. VN namotaj i uzorak izolacionog papira sa naslagama Cu2S-a: levo, unutra{nji navojci ka NN – vi{e depozita Cu2S-a; desno, spolja{nji navojci, manje depozita Cu2S-a.
Tabela 6.
Ispitivanje ulja blok transformatora u HE, 63 MVA,
u pogonu od 1998. godine
Karakteristike
08-2001 09-2004
03-2006
Vodonik – H2, ppm
39
21
54
Metan – CH4, ppm
58
63
78
Etan – C2H6, ppm
31
60
88
Etilen – C2H4, ppm
52
43
59
Acetilen – C2H2, ppm
2
0
5
Ugljenmonoksid – CO, ppm
493
353
542
Ugljendioksid – CO2, ppm
3 064
2 888
4 414
Kiseonik – O2, ppm
3 469
3 914
143
/
1,36
8,29 (2005)
0,02
0,02
0,03
16
/
12 (2005)
2-furfural – 2-FAL, ppm
Kiselinski broj, mgKOH/gulja
Sadr`aj vode, ppm
Temperatura ulja, ºC
40
24
30
Dielektri~ka ~vrsto}a, kV/cm
> 250
300
284
tgd, ‰
16,5
60,3
79,6
Specifi~na elelektri~na otpornost –
ρ, GΩm
17,8
4,0
3,5
Me|upovr{inski napon – σ, mN/m
28
27
26
Dijagnoza GH
Dijagnoza FHE+voda
A
I
A
I
A
I
T1
T1
Dijagnoza stanja ~vrste izolacije
Legenda:
ocena A – ispravan prema gasnohromatografskoj analizi; ocena
I grupa – zadovoljavaju}e stanje ulja prema IEC 60422; ocena
T1 – termi~ka degradacija celulozne izolacije u ni`em
temperaturnom opsegu.
24
3.2.3 Hidroliti~ko-termi~ka degradacija,
pobudni transformator u TE, 6,5 MVA
Predmetni transformator je u eksploataciji 22
godine sa neinhibiranim uljem ni`eg kvaliteta (stepena rafinacije), sa povi{enim sadr`ajem kiselina i
faktorom dielektri~kih gubitaka i sni`enim vrednostima specifi~ne elektri~ne otpornosti i me|upovr{inskog napona ulja.
Nakon dve decenije pogona, izolacioni sistem
se nalazio u lo{em stanju, sa intenzivnom hidroliti~kom degradacijom ~vrste izolacije usled vi{egodi{nje eksploatacije ostarelog ulja sa povi{enim sadr`ajem vode i kiselina (tabela 7). Istorijat GH analiza
ukazuje na povi{ene koncentracije CO i CO2 dugi
niz godina, {to mo`e da bude posledica termi~kih
defekata usled konstrukcijskih nedostataka sistema
za hla|enja uz visok stepen optere}enja. Zbog toga
je ovaj slu~aj primer spregnutih termi~kih i hidroliti~kih efekata, kada se degradacija celuloze odigrava relativno velikom brzinom i na ni`im srednjim
radnim temperaturama mase ulja. Povi{en sadr`aj
vode u ulju je tako|e indikacija intezivne degradacije i nastaje kao proizvod reakcije hidroliti~ke dekompozicije celuloze. O{triji pogonski re`im rada
ET je tako|e uticao na ubrzanje procesa degradacije
IS. Godi{nji porast furana je bio visok, te je u cilju
usporavanja procesa degradacije ~vrste izolacije i
produ`enja `ivotnog veka ET preporu~ena korektivna mera koja podrazumeva zamenu ulja, uz su{enje
i ispiranje ~vrste izolacije bla`im tretmanom u inertizovanoj atmosferi (u odsustvu kiseonika u uslovima ni`ih radnih temperatura u cilju o~uvanja DP
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Tabela 7.
Ispitivanja ulja pobudnog transformatora u TE,
6,5 MVA
Karakteristike
Vodonik – H2, ppm
11-2003
07-2006
03-2007
8
14
3
Metan – CH4, ppm
0
2
4
Etan – C2H6, ppm
2
2
2
Etilen – C2H4, ppm
5
7
3
585
586
554
Ugljenmonoksid – CO, ppm
Ugljendioksid – CO2, ppm
9 382
11 678
8 625
Kiseonik – O2, ppm
13 123
15 994
21 858
2-FAL, ppm
6,90
Kiselinski broj, mgKOH/gulja 0,09 (2002)
8,42
9,33
0,09
0,10
Sadr`aj vode, ppm
44
Temperatura ulja, ºC
57
Dielektri~ka ~vrsto}a, kV/cm 193 (2002)
tgδ, ‰
Spec. el. otpornost – ρ, GΩm
-
44
65
260
29,3
7,1
25
36
278
27,2
8,0
22
22
Me|upovr{inski napon
– σ, mN/m
-
Dijagnoza GH
Dijagnoza FHE+voda
A
I*-III
A*(CO2/CO>10)
A
I-III grupa
III grupa
Dijagnoza stanja
~vrste izolacije
HT
HT
Legenda:
ocena A*- ispravan prema gasnohromatografskoj analizi, indikacija termi~ke degradacije celuloze; I* grupa – ulje zadovoljava za upotrebu, ali ima povi{en sadr`aj vode u ulju prema IEC
60422, III grupa – dosta ostarelo ulje; ocena HT – hidroliti~kotermi~ka degradacija celulozne izolacije (povi{en sadr`aj kiselina i vode u ulju).
ostarele izolacije ) i u narednom periodu planiranje
zamene datog transformatora.
Tabela 8.
Ispitivanje stepena polimerizacije papira sa tri faze
NN namotaja nakon otvaranja transformatora
u fabrici, marta 2009.
Dpv (stepen polimerizacije papira)
Mesto uzorkovanja
Faza A gore, frontalno
Faza A gore, ka fazi B (pod uglom od 90°)
Faza A dole, frontalno
Faza B gore, frontalno
Faza B sredina, ka fazi A (pod uglom od 90°)
Faza B dole, ka fazi A (pod uglom od 90°)
Faza C gore, frontalno
Faza C gore, ka fazi C (pod uglom od 90°)
155
152
290
151
250
293
162
157
Prema preporukama INT na bazi ispitivanja ulja
od marta 2009. godine, transformator je poslat u fabriku gde je izvr{eno otvaranje aktivnog dela i defekta`a. Uzorkovanje papirne izolacije obuhvatalo
je namotaje sve tri faze niskog napona. Dobijeni rezultati (tabela 7) jasno su ukazivali na veoma slabu
mehani~ku ~vrsto}u i niske Dp vrednosti, posebno
uzoraka iz gornjih zoni namotaja sve tri faze, te je
~vrsta izolacija ocenjena kao neupotrebljiva za dalju
eksploataciju.
Enormno visoka koncentracija furana je dobrim
delom i posledica neuobi~ajeno visoke koli~ine celuloze u ovom transformatoru, jer su stranice za
u~vr{}enje magnetskog kola izra|ene od drveta. Ra~unski dobijen Dp prema korelaciji sa koncentracijom furana [22] je Dp = 234. Srednja vrednost srednjih Dp vrednosti gornjih, srednjih i donjih uzoraka
papira je Dp = 232, {to ukazuje da u ovom slu~aju
koncentracija furana odgovara srednjem stanju paTabela 9.
Uporedni rezultati za transformator u HE, 380 MVA
Godina
1970-1991.
IEC 60354 [6]
22 • 0,752** 0,223 1
Ukupno starenje prema [6]
IEC 60076-7 [5]
Sloj papira
1992.
Prora~uni starenja*
1993.
1994.
0,363 6
0,232 3
1994.
1996.
1997.
1998.
1999-2001.
0,436 4
0,366 8
0,336 9
0,224 8
3 • 0,528 9
20,84 godina (za 32 godine rada, od 1970. do 2002)
0,248 4
Stepen polimerizacije
Neposredno uz
Srednji
bakar
[inski odvodi NN faza neposredno na ulazu u namotaje, 2004.
godine
Srednji navojak prvog gornjeg koluta srednje VN faze bo~no prema prvoj fazi, 2007. godine
Nov impregnisan papir istog tipa za preizolaciju
Spoljni
168 – 288
302-319
360
186
200
206
1 235-1 343
Rezultati iz elaborata ETF-a „Procena ostarelosti na osnovu istorijata optere}enja i termi~kog kriterijuma” ura|enog za JP
„\erdap I”, januar 2003; ** transformator radio sa starim hladnjacima koji su kasnije 1992. godine zamenjeni novim.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
25
pirne izolacije. Generalno mo`e da se zaklju~i da su
visoke koncentracije derivata furana i visok prira{taj
furana u dobroj korelaciji sa niskim vrednostima Dp
papira. Neophodno je da se ustanovi periodika ispitivanja sadr`aja furana, koja sa ve} ustanovljenom
periodikom ispitivanja sadr`aja gasova i vode rastvorenih u ulju predstavlja mo}no dijagnosti~ko
sredstvo transformatora u pogonu.
4. PRIMER PORE\ENJA OCENE STANJA
PREMA DVA KONCEPTA
ZA TRANSFORMATOR 380 MVA
Uporedni podaci ocene ostarelosti ~vrste izolacije po dva osnovna koncepta – prora~unima po starim [6] i novim [5] standardima i procenama prema
stanju dobijenim merenjima Dp na uzorcima sa {inskih veza 2004. godine i sa demontiranih namotaja
2007. godine, dati su u tabeli 9.
Za pravilnu procenu ostarelosti izolacije Dp
merenjima, potrebno je uzorkovanje papira sa najkriti~nijih mesta, koja obi~no nisu dostupna bez demonta`e namotaja, {to je mogu}e uraditi samo posle
transporta u fabriku, a samo izuzetno pri popravci na
terenu. U praksi se zbog toga pribegava re{enjima
da se uzorkovanje obavlja sa pa`ljivo odabranih dostupnih mesta, koja dovoljno dobro odslikavaju stanje namotaja. Obi~no se to radi prilikom defekta`e
ili neke intervencije koja podrazumeva skidanje poklopca ili zvona transformatorskog suda i odlivanje
ulja, pri povoljnim vremenskim uslovima i sa {to toplijim transformatorom da bi se izbegla kondenzacija vlage. Kod velikih transformatora, najpre se delimi~no odliva ulje u pripremljenu cisternu, skidaju se
provodni izolatori ili njihovi poklopci i uzimaju
uzorci sa unapred odabranih mesta na {inskim vezama i ulaznim krajevima namotaja, i to u ve}em broju zbog rasipanja rezultata. Treba imati u vidu da rezultati merenja Dp na ovim mestima mogu biti i lo{iji od o~ekivanih i nepovoljniji u odnosu na izolaciju hot-spot zona namotaja zbog mogu}ih pregrevanja {inskih veza usled velikih rasutih flukseva,
slabe cirkulacije ulja i labavljenja spojeva {ina, {to
se vidi i u datom primeru. Budu}i da je uzorkovanje
invazivan postupak, potrebna je preizolacija mesta
uzorkovanja.
U datom primeru, konstatuje se visoka saglasnost rezultata prora~una ostarelosti i stanja ostarelosti prema Dp merenjima.
5. ZAKLJU^AK
Procena ostarelosti izolacije energetskih transformatora se u savremenoj praksi obavlja preko
dva pristupa – prora~unima na bazi va`e}ih stan26
darda i uvidom u stanje na bazi pra}enja i trend
analiza niza elektri~nih i fizi~ko-hemijskih karakteristika uljno papirne izolacije.
U praksi, me|utim, gotovo da i ne postoje uporedne analize rezultata dobijenih preko oba pristupa, {to bi u mnogome doprinelo usavr{avanju oba
pristupa i odgovaraju}ih standarda. Iako je u ovom
radu konstatovana osnovna saglasnost rezultata po
oba pristupa, rad na preciznijoj kvantitetizaciji tek
predstoji, posebno da bi se postigla saglasnost rezultata po oba pristupa u svim fazama rada transformatora, a ne samo u prezentiranim slu~ajevima
kada se radi o visoko ostareloj ili havarisanoj izolaciji. Time bi se postiglo da neke vrlo precizne, ali i
te{ko izvodljive i invazivne metode, mogu da se zamene lako izvodljivim, a dovoljno preciznim metodama. Ovaj rad predstavlja samo po~etak istra`ivanja u uporednoj analizi rezultata dva metodolo{ka
pristupa.
Prora~uni po va`e}im standardima unose novinu uva`avanjem vremenske konstante namotaja koja usporava temperaturni odziv u odnosu na prethodne standarde, ali po{to modeluju i ~injenicu da
je potrebno neko vreme pre nego {to se brzina cirkulacije ulja prilagodi pove}anom nivou optere}enja
(preko funkcije f2), to sve dovodi do toga da mogu da
se dobiju i ve}a relativna starenja po va`e}im standardima u odnosu na stare. Umesto tabli~no usvajane vrednosti ove funkcije za odre|enu klasu transformatora, bilo bi po`eljno da se ona poznaje za
svaki konkretni transformator pre nego {to u|e u
eksploataciju.
Visoke koncentracije derivata furana i visok
prira{taj furana su u dobroj korelaciji sa niskim
vrednostima Dp papira. Neophodno je da se ustanovi periodika ispitivanja sadr`aja furana, koja sa ve}
ustanovljenom periodikom ispitivanja sadr`aja gasova i vode rastvorenih u ulju predstavlja mo}no dijagnosti~ko sredstvo transformatora u pogonu.
6. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
IEC 60076-2: Temperature rise, 1993-04;
R. LJ. Radosavljevi}, V. Milosavljevi}, A. M. Popovi}, M. Damjanovi}: TEMPERATURE MEASUREMENT OF PRIMARY WINDINGS OF TRANSFORMERS IN THE HYDRO-ELECTRIC
POWER PLANT „DJERDAP I” rated 380 MVA,
2x15,75 kV / 420 kV, d5/d5/YN, OFWF under load
after 30 years’ operation, CIGRE, Paris, 2004, paper
A2-106;
R. LJ. Radosavljevi}, Z. Radakovi}, V. Milosavljevi}, M. Damjanovi}, P. Nikoli}, A. Popovi}, B. Milosavljevi}:, ISPITIVANJE BLOK TRANSFORMATORA SNAGE 380 MVA NA HE „\ERDAP
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
I”U CILJU POVE]ANJA SNAGE: II DEO, MERENJA PRI ISPITIVANJIMA U POGONSKIM
USLOVIMA, 26. Savetovanje JUKO CIGRE, maj
2003, Banja Vru}ica, R 12-12;
[4] R. LJ. Radosavljevi}, A. Popovi}, G. Vasiljevi}, V.
Milosavljevi}, M. Risti}, N. Drobnjak: TERMI^KA PROSPEKCIJA BLOK TRANSFORMATORA
HE „\ERDAP II” MERENJIMA U POGONSKIM
USLOVIMA, 27. savetovanje JUKO CIGRE, Zlatibor, 29. 5–3. 6. 2005, rad A2-03;
[5] IEC 60076-7: Loading guide for oil-immersed
power transformers, 2005-12;
[6] IEC 600354: Loading guide for oil-immersed
power transformers, 1991-09;
[7] T. K. Saha: REVIEW OF MODERN DIAGNOSTIC TECHNIQUES FOR ASSESSING INSULATION CONDITION IN AGED TRANSFORMERS, IEEE Trans. on dielectrics and el. insulation, Vol 10, No. 5, Okt 2003;
[8] A. Leibfried, A.J. Kachler, W.S. Zaengl, V.D. Houhanessien, A. Kuchler, B. Breutenbauch: AGEING
AND MOISTURE ANALYSIS OF POWER
TRANSFORMER INSULATION SYSTEMS, CIGRE, Paris, 2002, paper 12-101;
[9] J. Nejedly, G. Newesely: EVALUATION OF THE
EXTENT OF AGEING OF PAPER IN OIL-IMMERSED POWER TRANSFORMERS, CIGRE,
Paris, 2004, paper D1-302;
[10] L.E. Lundgaard, W. Hansen, D. Linhjell, T.J. Painter: AGEING OF OIL-IMPREGNATED PAPER IN
POWER TRANSFORMERS, IEEE Trans. on
Power Delivery, Vol 19, No.1, p. 230-239, 2004;
[11] R. LJ. Radosavljevi}, A. Bojkovi}, A. Popovi}, A.
Jankovi}, D. Guci}, P. Nikoli}: PROCENA STANJA IZOLACIJE I PREOSTALOG RADNOG VEKA BLOK TRANSFORMATORA U HE „\ERDAP I” KAO FAKTORA PRI PLANIRANJU REVITALIZACIJE I ZAMENE UZ NOVE TEHNI^KE KARAKTERISTIKE, 29. Savetovanje JUKO
CIGRE, 30.09 – 05.10 2007, Vrnja~ka Banja, R A202;
[12] T. K. Saha, Z. T. Yao, T. T. Le, M. Darveniza, D. J.
T. Hill: INVESTIGATION OF INTERFACIAL POLARISATION SPECTRA PARAMETERS FOR
ACCELERATED AGED OIL-PAPER INSULATION AND ITS COR-ELATION WITH MOLECULAR WEIGHTS AND FURAN COMPOUNDS, CIGRE, Paris, 2000, paper 15-201;
[13] A. de Pablo R. Andersson, H.J. Knab, B. Pahlavanpour: FURANIC COUMPOUNDS ANALYSIS AS
A TOOL FOR DIAGNOSTIC AND MAINTENANCE OF OIL-PAPER INSULATION SYSTEM, CIGRÉ Simposium Berlin, april 1993, Paper
110-09;
[14] A. Pablo, B. Pahlavanpour: FURANIC COMPOUNDS ANALYSIS: A TOOL FOR PREDICTIVE
MAINTENANCE OF OIL-FILLED ELECTRICAL EQUIPEMENT, Elektra No 175 TF 15.01.03,
p. 9-31, 1997;
[15] H. Lütke, I. Höhlein, A.J. Kachler: TRANSFORMER AGEING RESEARCH ON FURANIC COMPOUNDS DISSOLVED IN INSULATING OIL,
CIGRE, Paris, 2002, paper 15-302;
[16] Z. Radakovic, K. Feser: A NEW METHOD FOR
THE CALCULATION OF THE HOT-SPOT TEMPERATURE IN POWER TRANSFORMERS
WITH ONAN COOLING, IEEE Trans. on Power
Delivery, Vol. 18, No. 4, 1284-1292, 2003;
[17] J. Luki}, S. Tesli}, \. Jovanovi}, S. Milosavljevi},
D. Kova~evi}: ANALIZE IZOLACIONOG ULJA I
PAPIRA PRIMENJENE U DIJAGNOSTICI POGONSKOG STANJA ENERGETSKIH TRANSFORMATORA, Elektroprivreda br. 3, 2008;
[18] L.Pettersson, LIFE ASSESSMENT: RANKING OF
POWER TRANSFORMERS USING CONDITION
BASED EVALUATION. A New Approach, 12-204,
CIGRE Session 1998;
[19] IEC TC 10 JWG 33: THERMAL LIFE EVALUATION OF INSULATING PAPER, Torino 28-29. Januar 2008.
[20] I.A.Hohlein: SPECIFICATION AND TESTING
OF TRANSFORMER OILS, WG D1.01.Cigre Session 2006;
[21] Stebbins, R.D.Myers: FURANIC COMPOUNDS
IN DIELECTRIC LIQUID SAMPLES: REVIEW
AND UPDATE OF DIAGNOSTIC INTERPRETATION AND ESTIMATION OF INSULATION
AGEING, Proceedings of the 7th International Conference on Properties and Applications of Dielectric
Materials, 2003. Volume 3, 1-5 June 2003.
[22] B.Pahlavanpour: EXPERIMENTAL INVESTIGATION INTO THE THERMAL AGEING OF
KRAFT PAPER AND MINERAL INSULATING
OIL, IEEE International Symposium on Electrical
Insulation, Boston, MA USA, April 2002;
Rad STK A2 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 13. 07. 2009. godine
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
27
Radovan LJ. Radosavljevi} je ro|en u Kraljevu 1949. godine. Diplomirao je 1972, magistrirao 1987. i doktorirao 1994. godine na Energetskom odseku Elektrotehni~kog fakulteta u
Beogradu, gde radi od 1972. godine. Glavni pravci nau~nog i istra`iva~kog rada obuhvataju
energetske transformatore, elektri~ne ma{ine i primenu savremenih metoda za ispitivanje transformatora i elektri~nih ma{ina u stacionarnim i dinami~kim re`imima rada. Predsednik je ili
potpredsednik vi{e stru~nih tela i komisija na nacionalnom nivou. Predsednik je i SK A2 CIGRE Srbija. Autor je ili koautor vi{e od 80 radova objavljenih u eminentnim me|unarodnim i
doma}im ~asopisima ili konferencijama. Koautor je 4 {kolska ud`benika. U~estvovao je u izradi preko 30 projekata i studija, prete`no kao rukovodilac, za potrebe doma}e elektroprivrede i u inostranstvu, kao i ve}eg
broja ekspertiza, i obavio je preko 40 super ve{ta~enja kao predsednik Komisije ETF. Posebno su zna~ajni vi{egodi{nji projekti vezani za revitalizaciju blok transformatora najvi{ih napona i snaga u doma}im hidroelektranama i razvoju metoda merenja za identifikaciju parametara i dijagnostiku stanja primarne opreme u elektranama, kao podloga za pravilno postupanje sa transformatorima i elektri~nim ma{inama u eksploataciji.
Aleksandar P. Bojkovi} je ro|en 1943. godine u Beogradu. Diplomirao je na Energetskom odseku Elektrotehni~kog fakulteta u Beogradu. Od 1971. godine je radio u Odeljenju
za merenja (sada{njem Centru Elektromerenja) Elektrotehni~kog instituta „Nikola Tesla” na
poslovima preventivne kontrole obrtnih ma{ina i transformatora pomo}u terenskih merenja,
kao i na razvoju i sprovo|enju laboratorijskih ispitivanja uzoraka ulja. U~estvovao je u vi{e
studija za EPS iz ovih oblasti. Objavio je veliki broj radova, prete`no na doma}im, ali i na
me|unarodnim stru~nim skupovima kao autor ili jedan od koautora. Aktivan je ~lan SK A1 i
A2 CIGRE Srbija i dobitnik plakete za doprinos radu ove organizacije. Vr{io je nadzor pri prijemnim ispitivanjima opreme kod proizvo|a~a u zemlji i inostranstvu. U 2008. godini je kao radnik Energoprojekt-Hidroin`enjeringa vr{io nadzor na gradili{tu HE „Tekeze” (Etiopija), a trenutno radi na poslovima revitalizacije HE „Piva” i HE „Bajina Ba{ta”.
Mladen Terzi} je ro|en 30. novembra 1984. godine u U`icu, gde je zavr{io osnovnu {kolu i
gimnaziju. Na Elektrotehni~ki fakultet u Beogradu upisuje se 2003. godine na smer Energetski
pretvara~i i pogoni Odseka za energetiku. Krajem 2005. godine prima nagradu na Elektrotehni~kom fakultetu za najbolju prose~nu ocenu na Odseku za energetiku, a 2007. godine osvaja tre}e
mesto na takmi~enju iz elektri~nih ma{ina odr`anom na Elektrijadi u ^anju. Na ETF-u je izabran
u zvanje stru~nog saradnika, gde radi od 2008. godine. Dr`i auditorne i laboratorijske ve`be iz
predmeta iz oblasti transformatora i elektri~nih ma{ina i trenutno radi na izradi master rada.
Jelena M. Luki} je ro|ena u Beogradu 1970. godine. Diplomirala je na Tehnolo{ko-metalur{kom fakultetu u Beogradu. Od novembra 1996. godine zaposlena je u institutu „Nikola
Tesla” na poslovima ispitivanja transformatorksih ulja i papirne izolacije. Aprila 2004. godine magistrirala je na Tehnolo{ko-metalur{kom fakultetu u Beogradu, na Katedri za organsku hemijsku tehnologiju i dobitnik je nagrade Privredne komore Beograda za magistarsku
tezu za {kolsku 2003-2004. godinu. Kao delegat nacionalnog komiteta Srbije u me|unarodnoj
Internacionalnoj elektrotehni~koj komisiji, tehni~ki komitet 10 (IEC TC 10), aktivno
u~estvuje u radu sedam IEC TC 10 radnih grupa. Aktivan je ~lan me|unarodnih radnih grupa CIGRE A2
(transformatori) A2.32. i CIGRE D1 (materijali i savremene tehnologije) TF17. Maja 2009. godine postaje
medijator (eng. convenor) radne grupe me|unarodne CIGRE A2.40: „Copper sulphide long-term mitigation and risk assessment”. Objavila je preko 25 stru~nih i nau~nih radova na me|unarodnim i doma}im
konferencijama, kao i nekoliko radova u vode}im inostranim i doma}im ~asopisima.
Zoran Radakovi} je ro|en u Beogradu 27. maja 1965. godine. Diplomirao je 1989, magistrirao 1992. i doktorirao 1997. godine na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Radio je kao asistent na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu, kao stipendista fondacije Aleksander von Humboldt na Univerzitetu u [tutgartu, i kao ekspert za termi~ke probleme kod transformatora u centralnom razvoju Simensove grupe za transformatore (Nirnberg). Trenutno radi na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu, u zvanju redovnog profesora
od 2008. godine. Najve}i deo karijere se bavio termi~kim problemima, pre svega kod energetskih transformatora. Ostale oblasti rada: automatsko upravljanje, alternativni izvori energije, elektrotermija, kvalitet elektri~ne energije, kompenzacija reaktivne snage, uzemljenje, elektri~ne instalacije.
28
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Radovan Jovanovi},
Ilija Todorovi}, Zoran Kukobat i Ivan @ivkovi}
Razvoj game dvostubnih visokonaponskih
rastavlja~a tipa RS(ZZ) i
elektri~ni prora~uni za kratkotrajnu
podnosivu struju 50 kA
Stru~ni rad
UDK: 621.316.545
Rezime:
U referatu su prezentovani rezultati vlastitog razvoja, konstrukcije i eksperimentalne provere familije
rastavlja~a visokog napona nazna~enog od 123 kV do 420 kV, na kratkotrajno podnosivu struju 50 kA. Tako|e smo poku{ali da poka`emo osnovne prora~une, koji su nam bili potrebni da bismo pravilno dimenzionisali ve} pomenute aparate. Rastavlja~i, kao rasklopni aparati, moraju da bez o{te}enja podnesu kratkotrajno podnosivu i udarnu podnosivu struju, koja se mo`e pojaviti u postrojenju. Rastavlja~ nakon ispitivanja mora biti potpuno operativan, a njegov kontaktni sistem mora imati iste elektri~ne karakteristike kao i
pre ispitivanja. Pravilno dimenzionisanje kontaktnog sistema i mehani~kih komponenti stoga zahteva prora~un naprezanja i provodnih i izolacionih delova, kao i samog pogonskog mehanizma. Najva`niji delovi
prora~una su:
– prora~un preseka provodnika s obzirom na zagrevanje za vreme trajanja kratkog spoja,
– prora~un elektrodinami~kih sila koje deluju na delove aparata koji provode struje kratkog spoja.
Autori rada nisu uspeli da prona|u literaturu koja se bavi ovim problemom u celini, otuda i `elja da se
ovakav rad objavi.
Klju~ne re~i: rastavlja~, presek provodnika, prora~un
Abstract:
DEVELOPMENT OF SERIES OF CENTER BREAK TWO COLUMN HV DISCONNECTORS TYPE
RS(ZZ) AND ELECTRICAL CALCULATIONS FOR SHORT-TIME WITHSTAND CURRENT 50 kA
The results of own development program, design work and experimental verification of performance of
series of HV disconnectors for rated voltages 123 to 420 kV, rated currents up to 3150 A, and rated short
time current 50 kA / 3 s, are presented in this report. Presented are also the basic calculations used for proper dimensioning of the mentioned apparatuses. Disconnectors must withstand the short time current that
may occur without any damage. Therefore the current carrying parts of disconnector have to be dimensioned according to short time withstand current and the required calculations consist of two parts:
– calculation of conductor cross section in regard to thermal conditions during short circuit
– calculation of electro-dynamical forces acting upon the current carrying parts during short circuit
Authors had not succeded in search of any relevant literature dealing with this problem in entirety, so
they aspired to publish the results of their work.
Keywords: disconnector, short circuit current, electro-dynamical force
Radovan Jovanovi}, dipl. el. in`., Ilija Todorovi}, dipl. el. in`. Zoran Kukobat, Ivan @ivkovi}, dipl. el. in`. – ABS Minel
elektrooprema i postrojenja, Beograd-Ripanj a.d.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
29
1. UVOD
Rastavlja~, kao aparat koji pre svega slu`i da
obezbedi sigurnost osoblja koje treba da radi na delu razvodnog postrojenja, mora biti izra|en tako da
svojom robusno{}u i tehni~kim karakteristikama
mo`e da izdr`i najve}a elektrodinami~ka i termi~ka
naprezanja koja se, kao posledica kvara, mogu pojaviti u postrojenju.
Kao rasklopni aparat, rastavlja~ se mo`e funkcionalno podeliti na dve celine, a to su glavni kontaktni sistem, koji se kod ovog tipa rastavlja~a kre}e
u horizontalnoj ravni i no`evi za uzemljenje (uzemljiva~i) koji se kre}u u vertikalnoj ravni.
Sa stanovi{ta proticanja elektri~ne struje glavni
kontaktni sistem ima zadatak da trajno provodi nazna~enu radnu struju, da podnese kratkotrajnu podnosivu struju (termi~ka struja kratkog spoja), kao i
temenu podnosivu vrednost struje (dinami~ka komponenta struje kratkog spoja).
Dvostubni visokonaponski rastavlja~i tipa
RS(ZZ) se proizvode za naponske nivoe od 72,5 kV
do 420 kV i nazna~ene struje od 1 250 A do 3 150 A.
Ovi rastavlja~i su namenjeni za spolja{nju monta`u,
{to zna~i da su tokom eksploatacije izlo`eni razli~itim, naj~e{}e agresivnim uticajima okoline. S tim u
vezi, oni su konstruisani i proizvedeni za slede}e
ambijentalne uslove:
– nadmorska visina do i uklju~uju}i 1 000 m (postoji mogu}nost izrade rastavlja~a i za ve}e nadmorske visine),
– temperatura ambijenta od -60 ºC do +50 ºC,
– debljina sloja leda do 20 mm,
– brzina vetra do 144 km/h, {to odgovara pritisku
vetra od 1 000 N/m2,
– za sve klase zaga|enja.
[asija rastavlja~a predstavlja osnovu pola. Fiksira se na horizontalnu nose}u konstrukciju. Na {asiji se nalaze dva le`aja, izra|ena od aluminijuma,
koja su konstruisana tako da podnose velika optere}enja. Osovina sa prirubnicom le`i na sistemu kugli~nih le`ajeva.
Sinhronizovano kretanje kontaktnih ruku jednog pola rastavlja~a omogu}ava vezna cev, dok sinhronizovano pokretanje sva tri pola obezbe|uju cevi
za tropolnu vezu. Rastavlja~ je konstruisan tako da u
zatvorenom polo`aju polu`je rastavlja~a ima „mrtvu
ta~ku”, ~ime se onemogu}uje ne`eljeno otvaranje, a
pored ovoga „mrtva ta~ka” u polu`ju omogu}ava
rastere}enje pogona.
Svaki rastavlja~ mo`e biti snabdeven sa jednim
ili sa dva no`a za uzemljenje po polu. Kao i glavni
kontakti i no`evi za uzemljenje moraju izdr`ati sva
naprezanja tokom kratkog spoja. Izlazna osovina
pogona ima mogu}nost okretanja od 0 ° do 135 °, a
30
transmisioni odnos je odabran tako da je vreme
uklju~enja i isklju~enja rastavlja~a manje od 8 s.
2. UTICAJ KRATKOTRAJNO PODNOSIVE
STRUJE OD 50 kA NA PRESEKE
PROVODNIH DELOVA RASTAVLJA^A
Struje kratkih spojeva u elektroenergetskim postrojenjima su posledica kvarova, odnosno nenormalnih radnih stanja. Svi rasklopni aparati moraju
da podnesu kratkotrajno podnosivu struju koja se u
datom postrojenju mo`e pojaviti, tako da nije dopu{teno da pri tim strujama do|e do bilo kakvog o{te}enja aparata. Stoga je neophodno prora~unati termi~ka i dinami~ka naprezanja pri ovim strujama i na
osnovu dobijenih podataka dimenzionisati provodne
i izolacione delove aparata, ali i elemente pogonskog dela. Prora~un se sastoji iz dva dela:
– prora~un preseka provodnika s obzirom na zagrevanje za vreme kratkog spoja,
– prora~un elektrodinami~kih sila koje deluju na delove aparata koji provode struje kratkog spoja.
2.1. Prora~un preseka provodnika s obzirom
na zagrevanje za vreme kratkog spoja
Bez obzira {to je vreme pri kome struje kratkog
spoja teku kroz provodne delove rastavlja~a relativno kratko, pri lo{em izboru provodnih delova mo`e,
usled preteranog zagrevanja, do}i do njihovog trajnog o{te}enja. Fenomenolo{ki procesi koji se u provodniku odvijaju tada, karakteri{u se pre svega brzim porastom koli~ine toplote razvijene u jedinici
vremena. Za sam prora~un }emo usvojiti da se razvijena koli~ina toplote zadr`ava u provodniku za
vreme trajanja kratkog spoja. Iz ovoga sledi da je
koli~ina toplote koja se tro{i na zagrevanje provodnika jednaka koli~ini toplote koja se osloba|a u samom provodniku.
m ⋅ c ⋅ Δv = I t 2 ⋅ r ⋅ t
(1)
gde su m – masa provodnika (kg), c – specifi~na toplota provodnika (J/kg°C), Δv – porast temperature
provodnika za vreme trajanja kratkog spoja (°C), It –
efektivna vrednost struje kratkog spoja (A), r – otpornost provodnika (Ω), t – vreme trajanja kratkog
spoja (s). Ako otpornost provodnika izrazimo kao
l
(2)
q
gde je ρ – specifi~ni otpor (Ωm), l – du`ina provodnika (m), q – povr{ina popre~nog preseka provodnika (m2), a masu provodnika predstavimo kao
R=ρ⋅
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
m = γ ⋅ q ⋅l
(3)
Tada porast temperature provodnika za vreme
trajanja kratkog spoja iznosi
It ⋅ t ⋅ ρ
(4)
γ ⋅ c ⋅ q2
Jedna~ina za odre|ivanje popre~nog preseka
provodnika na osnovu ovoga je,
2
Δv =
q = It ⋅ t ⋅
ρ
γ ⋅ c ⋅ Δv
(5)
a treba uzeti u obzir i da se specifi~ni otpor menja sa
promenom temperature po obrascu
⎡
⎛v −v
⎞⎤
(6)
ρ = ρ 0 ⋅ ⎢1 + α ⋅ ⎜ 1 2 − v0 ⎟ ⎥
⎝ 2
⎠⎦
⎣
gde je ρ0 – specifi~ni otpor na temperaturi v0, v1 –
temperatura provodnika u trenutku nastanka kratkog
spoja, v2 – temperatura provodnika u trenutku prekida kratkog spoja, a v1 - v2 je srednja temperatura ko2
jom prakti~no dobijamo ρ – srednji specifi~ni otpor.
Za bakarne provodnike najvi{a dopu{tena temperatura je v2Cu = 200 °C, a za aluminijumske v2Al = 180 °C.
Po{to je u najnepovoljnijem slu~aju, kada je provodnik normalno optere}en nazna~enom strujom, temperatura okoline 35 °C, a temperatura normalno optere}enog provodnika je 30 °C, sledi da je v1 = 65 °C.
Tabela 1.
Karakteristi~ne vrednosti za provodnike od bakra i
aluminijuma
karakteristi~ne
vrednosti
Bakar
Aluminijum
c (Jkg/°C)
135
0,017 8
0,025 8
387,3
115
0,028 6
0,040 3
908,5
γ (kg/m3)
8,9 • 103
2,7 • 103
Δv(°C)
ρ0 (Ωm)
ρ (Ωm)
(7)
dok bi minimalan presek aluminijumskog provodnika trebalo da bude
qal = 12 ⋅ I t ⋅ t ⋅10 −9
(8)
Pomo}u izraza (7) i (8) izra~unati su potrebni
minimalni preseci bakarnog i aluminijumskog dela
glavnog kontaktnog sistema i no`eva za uzemljenje.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
2.2. Prora~un elektrodinami~kih sila
koje deluju na delove aparata
koji provode struje kratkog spoja
Ispitivanje rastavlja~a strujom kratkog spoja se
vr{i za strujni krug no`a za uzemljenje i za glavni
strujni krug. Pri ispitivanju no`a za uzemljenje
strujom kratkog spoja, vreme trajanja ove struje je
1 s. Razmotri}emo samo osnove prora~una koji se
odnose na rastavlja~ nazna~enog napona 420 kV,
po{to je zbog gabarita on znatno te`i slu~aj u odnosu
na rastavlja~e 123 kV i 245 kV.
Po{to je no` za uzemljenje u~vr{}en u ta~ki N
(slika 1), mo`e se posmatrati uslovno kao konzola
oslonjena sa desne strane na ta~ku M, u kojoj no`
ostvaruje kontakt sa glavnim strujnim krugom.
Dovodni provodnik, odvodni provodnik i no` za
uzemljenje posmatramo kao skup elementarnih
du`ina (svaki za sebe).
Elektromagnetna indukcija koju stvara dovodni
provodnik u ta~ki P je odre|ena izrazom:
μo ⋅ i ⋅ sin α1
μ ⋅ i ⋅ sin α1
⋅ dy ⇒ B p1 = ∫ o
⋅ dy (9)
2
4 ⋅ π ⋅ ρ1
4 ⋅ π ⋅ ρ12
a elektromagnetna indukcija koju stvara odvodni
provodnik u ta~ki P je
dB p1 =
Vrednost preseka bakarnog provodnika minimalno bi trebalo da bude
qcu = 7.5 ⋅ I t ⋅ t ⋅10 −9
Na osnovu dobijenih rezultata izabrani su prvi ve}i
standardni preseci bakarnih i aluminijumskih {ina i
to:
– za glavne kontakte za rastavlja~e sva tri naponska
nivoa (123 kV, 245 kV i 420 kV):
– bakarne {ine EDCu 8x25x6 mm2,
– aluminijumske {ine AlMgSi1 2x100x10 mm2.
– za no`eve za uzemljenje sva tri naponska nivoa
(123 kV, 245 kV i 420 kV):
– bakarna {ina EDCu 1x60x10 mm2,
– aluminijumske {ine AlMgSi1 2x75x12 mm2.
Izvr{ena je i provera odabranih preseka
provodnika na zagrevanje u normalnom radu pri
nazna~enoj vrednosti struje i rezultati su pokazali da
je odabrani presek znatno iznad potrebnog.
dB p 2 =
μo ⋅ i ⋅ sin α 2
μ ⋅ i ⋅ sin α 2
⋅ dy ⇒ B p 2 = ∫ o
⋅ dy (10)
2
4 ⋅π ⋅ ρ2
4 ⋅ π ⋅ ρ 22
Elektromagnetna sila kojom dolazni i odlazni
provodnici deluju na elementarnu du`inu dL je:
dF = B p1 ⋅ i ⋅ dL + B p 2 ⋅ i ⋅ dL
(11)
Kako je
x dx
=
= cos15 °
L dL
(12)
31
sledi da je
μ0 ⋅ i 2 ⋅ sin α1
dxdy +
2
x y 4 ⋅ π ⋅ cos15° ⋅ ρ1 ( x, y )
F =∫∫
μ0 ⋅ i 2 ⋅ sin α 2
+∫∫
dxdy
2
x y 4 ⋅ π ⋅ cos15° ⋅ ρ 2 ( x, y )
pri ~emu su ρ1 i ρ2 rastojanja od proizvoljnih ta~aka
na dovodnom i odvodnom provodniku od elementarne du`ine dL.
1
Dovodni
provodnik
1 120 mm
M
I
dy
α
y
ρ1
P
dL
α ρ
2
2
Odvodni dy
provodnik
dF
15°
75°
N
Slika 2. Raspored elektrodinami~ke sile koja deluje
na no`
I
x
Slika 1. Delovanje elektromegnetne sila
na no` za uzemljenje
Daljim svo|enjem jedna~ine (13) dolazi se do
kona~nog izraza za silu:
μ0 ⋅ i 2 ⋅ x
F =∫∫
⋅ dxdy +
3
x y 4 ⋅ π ⋅ cos15° ⋅ ρ1 ( x, y )
μ0 ⋅ i 2 ⋅ x
+∫∫
⋅ dxdy
3
x y 4 ⋅ π ⋅ cos15° ⋅ ρ 2 ( x, y )
(14)
U ra~unu je, radi jednostavnijeg prora~una, izvr{eno nekoliko aproksimacija koje ne uti~u zna~ajno na dobijene rezultate:
– Zanemaren je uticaj uzemljiva~a na dolazni, odnosno odlazni provodnik, jer oni predstavljaju krute
sabirnice.
– Uzemljiva~ je posmatran kao pun provodnik kru`nog popre~nog preseka, zato {to je tek po dobijanju vrednosti elektrodinami~kih sila izvr{eno modelovanje uzemljiva~a.
– Du`ine dolaznog i odlaznog provodnika su uzete
tako da je prakti~no simulirana situacija koja se
koristi pri ispitivanju. Prora~unom je utvr|eno da
du`ine ve}e od dvadeset metara prakti~no uop{te
ne uti~u na vrednost sila.
– Za vrednost struje odabrana je udarna vrednost
struje kratkog spoja, {to za struju kratkog spoja od
50 kA iznosi 125 kA. Ovo zna~i da smo prakti~no
ovim prora~unom dobili maksimalne vrednosti sila, odnosno vrednost udarne sile koja je ujedno i
kriti~na.
32
F(x)
(13)
Za re{avanje ovog prora~una kori{}eno je numeri~ko re{avanje dvojnog integrala, jer se daljom
razradom jedna~ine za silu dobija veoma slo`ena
forma koja se pomo}u kompjuterskih programa lak{e re{ava.
Sila deluje u smeru prema ta~ki oslonca M i vr{i progib grede. U trenutku prolaska struje kroz nulu elektrodinami~ka sila dobija vrednost nula i greda se pod uticajem elasti~nih deformacija vra}a u
po~etno stanje i zatim pravi otklon u drugu stranu i
na taj na~in se odvaja od ta~ke M. U tom slu~aju no`
se pona{a kao konzola ukle{tena u ta~ki N i optere}ena ukupnom silom koja je jednaka sili dok je struja proticala kroz no`. To zna~i da je za dimenzionisanje no`a potrebno uzeti to optere}enje kao merodavno, da ne bi do{lo do trajnih deformacija no`a i
da se izbegne da progib no`a u ta~ki M bude manji
od pomeranja koja dozvoljava nepokretni kontakt,
jer bi u suprotnom do{lo do razdvajanja kontakata i
pojave luka, a time i do havarije.
Naravno, u prora~unu se mora voditi ra~una i o
sopstvenoj u~estanosti oscilovanja no`a kako bi se
izbegao ulazak sistema u rezonancu, ali taj prora~un
izlazi izvan okvira ovog rada.
3. KONSTRUKTIVNA RE[ENJA
Dimenzionisanje delova no`a za uzemljenje izvedeno je tako da se zadovolje kriterijumi iz ta~aka
2.1. i 2.2. Da bismo ovo postigli bile su nam dovoljne dve paralelne Al {ine kakve upotrebljavamo za
glavne no`eve.
Ovo konstruktivno re{enje je zadovoljilo du`inu no`a na 123 kV i no` je zadr`ao relativno jednostavnu konstrukciju kao na slici 3. Elektrodinami~ke
sile deluju u ravni okomitoj na ravan crte`a.
ELEKTROPRIVREDA, br. 1, 2009.
M
M
N
Slika 3. No` za uzemljenje 123 kV rastavlj~a
Za no` za uzemljenje rastavlja~a 245 kV ~ija je
du`ina ve}a nego kod no`a za rastavlja~ 123 kV, do
zadovoljavaju}eg re{enja smo do{li tako {to smo, u
cilju pove}anja momenta preseka na mestu ukle{tenja konzole, razmakli {ine koje ~ine glavni no`, uz
zadr`avanje relativno male mase kao {to je prikazano na slici 4. U ovom slu~aju elektrodinami~ke sile
deluju u ravni crte`a.
N
Kod no`a za rastavlja~ 420 kV vrednost elektromagnetne sile koja deluje na no` je tolika, da je
bilo neophodno konstrukciju no`a napraviti tako da
on ima oslonac u ta~ki M, ali tako da no` oslanjamo
sa obe strane, pri ~emu vrh no`a ne mo`e da osciluje niti da napusti kontakte. U ovom slu~aju no` se
mo`e posmatrati kao greda oslonjena na dva kraja. U
tom slu~aju maksimalni moment savijanja je na sredini grede i na tom mestu presek no`a biramo tako da
optere}enje ostaje u granicama koje materijal mo`e
da podnese bez trajnih deformacija. Kako bi to obezbedili morali smo konstruisati poseban mehanizam
koji obezbe|uje slo`eno kretanje no`a i to rotaciono
do oslonca u ta~ki M, a zatim translatorno u smeru
N
N
M
Slika 4. No` za uzemljenje 245 kV rastavlja~a
M
Slika 5. No` za uzemljenje za 420 kV rastavlja~
(kA)
150
125
100
75
50
25
0
-25
-50
-75
(sec)
-100
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
Slika 6. Grafik pri ispitivanju no`a za uzemljenje kod rastavlja~a 123 kV
(kA)
150
125
100
75
50
25
0
-25
-50
-75
(sec)
-100
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
Slika 7. Grafik pri ispitivanju no`a za uzemljenje kod rastavlja~a 245 kV
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
33
(kA)
150
125
100
75
50
25
0
-25
-50
-75
-100
0,22
(sec)
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,42
Slika 8. Grafik pri ispitivanju no`a za uzemljenje kod rastavlja~a 420 kV
ose no`a do ulaska u „mehani~ku zamku”, odnosno
le`aj koji zarobljava vrh no`a i dozvoljava mu kontrolisano pomeranje. (videti sliku 5). I u ovom slu~aju elektrodinami~ke sile deluju u ravni crte`a.
Sva tri no`a za uzemljenje su zajedno sa rastavlja~ima uspe{no ispitani u laboratoriji u Krajovi u
Rumuniji.
Vreme trajanja ogleda ispitivanja glavnog strujnog kola na struju kratkog spoja je 3 s. Pri prolasku
struje kratkog spoja od 50 kA sa pikom 125 kA kroz
provodnike glavnog strujnog kola, sile te`e da izvuku kontakte iz le`i{ta i da otvore rastavlja~. Ovaj
problem je re{en postavljanjem nepokretnih zamki
koje spre~avaju pokretanje rastavlja~a pod dejstvom
sila. Isto re{enje je primenjeno na rastavlja~ima sva
tri naponska nivoa.
4. PRIKAZ REZULTATA ISPITIVANJA
KRATKOTRAJNO PODNOSIVE STRUJE
50 kA
troenergetska oprema mora biti tako dimenzionisana da se ne dovodi u pitanje mogu}nost podno{enja
termi~kih i dinami~kih optere}enja bez ikakvih o{te}enja. Pored prora~una, puna pa`nja se mora posvetiti i konstrukciji, izradi i monta`i. Ukoliko se sve
ovo ne ispo{tuje u laboratoriji se tokom ispitivanja,
za svega 3 sekunde trajanja procesa, poka`u sve
eventualne gre{ke i rezultat je negativan. Autori se
nadaju da ovakav pristup procesu unapre|enja tehni~kih re{enja mo`e doneti u{tede u procesu razvoja.
6. LITERATURA
[1]
[2]
Iz grafika struje i napona, pri ispitivanju kratkotrajno podnosive struje, u funkciji vremena, mo`e se
uo~iti bilo kakva gre{ka koja se tokom ispitivanja
pojavila. S tim u vezi prikaza}emo grafike za sva tri
tipa rastavlja~a, koji su sastavni deo izve{taja ispitivanja.
[3]
5. ZAKLJU^AK
[4]
Problematika kratkotrajno podnosivih struja
rasklopnih aparata je zna~ajna, iako samo u teoretskom domenu postoji verovatno}a da rastavlja~ u
svom radnom veku (od preko 30 godina) provede
maksimalnu vrednost struje kratkog spoja u trajanju
od 3 sekunde. Ipak, bez obzira na malu verovatno}u
takvih doga|aja sa ekstremnim vrednostima, elek-
[5]
[6]
[7]
L. A. Rod{tajn, ELEKTRI^NI APARATI, Energoatomizdat, 1989.
R. Milo{evi}, MEHANIZMI ELEKTRI^NIH
SKLOPNIH APARATA, Graphis Zagreb, 2004.
I. Todorovi}, R . Jovanovi}, M. Savi}, Z. Kukobat i
S. Kuzmanovi} UTICAJ KRATKOTRAJNE PODNOSIVE STRUJE 50 kA NA RAZVOJ GAME
DVOSTUBNIH VISOKONAPONSKIH RASTAVLJ^A TIPA (ZZ), Konferencija Jupiter, Beograd,
2008.
V. V. Afanasjev, RASTAVLJA^I VISOKOG NAPONA, Gosenergoizdat Lenjingrad, 1963.
M. Savi}, Z. Stojkovi}, TEHNIKA VISOKOG NAPONA, Elektrotehni~ki fakultet Beograd, 1996.
H. Po`ar, ELEKTRI^NA POSTROJENJA, Zagreb,
1961.
M. Kapetanovi}, VISOKONAPONSKI PREKIDA^I, Elektrotehni~ki fakultet Sarajevo, 2002.
Rad STK A3 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 15. 06. 2009. godine
34
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Radovan Jovanovi} je ro|en 1976. godine u Beogradu, gde je zavr{io osnovnu i srednju
{kolu. Diplomirao je 2007. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu, na smeru za
elektroenergetske sisteme.
Zaposlen je u preduze}u ABS Minel Elektrooprema a.d. Beograd-Ripanj, gde radi u sektoru istra`ivanja i razvoja, a u`a specijalnost mu je razvoj rasklopnih aparata. Autor je i koautor po jednog stru~nog rada na doma}im konferencijama, kao i jednog rada na me|unarodnoj konferenciji. Dobitnik je Godi{nje nagrade Privredne komore Beograda za 2008. godinu, iz oblasti dizajna i tehni~kog unapre|enja proizvoda.
Ilija Todorovi} od 1976. godine radio je u Institutu za Elektroenergetiku (IRCE) Energoinvest u Sarajevu na poslovima razvoja pogonskih mehanizama sklopnih aparata srednjeg
i visokog napona. Pored pogona za rastavlja~e radio je na razvoju motornoopru`nih pogonskih mehanizama za srednjenaponske SF6 prekida~e, vakuumske prekida~e i SF6 sklopke
(Ring Main Unit 12-24 kV). Istovremeno je bio rukovodilac Grupe za pogonske mehanizme u
Institutu gde je biran u zvanje stru~nog savetnika.
U periodu od 1980. do 1984. godine radio je i kao asistent na predmetu Pogonski mehanizmi sklopnih aparata na Elektrotehni~kom fakultetu u Sarajevu.
Od 1995. do 2001. godine radio je na razvoju pogona za postrojenja GIS 170 kV i 300 kV za rastavlja~e i prekida~e u ANSALDO T & D Genova Italija.
Od 2007. godine radi na razvoju rastavlja~a visokog napona u ABS Elektrooprema i postrojenja u Beogradu.
Dobitnik je Godi{nje nagrade za 2008. godinu Privredne komore Beograd iz oblasti dizajna i tehni~kih unapre|enja.
U okviru strukovnih organizacija objavio je kao koautor 10 (deset) stru~nih radova iz oblasti kojom se
bavi.
Zoran Kukobat je ro|en 1968. godine u Sarajevu gde je zavr{io osnovnu i srednju {kolu. Diplomirao je na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu 1998. godine na odseku Elektroenergetski sistemi.
Od 1999. godine bio je zaposlen u Institutu za elektroenergetiku IRCE u Isto~nom Sarajevu gde je do 2003. godine obavljao posao rukovodica laboratorije za visoki napon. Od
2000. do 2004. godine bio je honorarni asistent na Elektrotehni~kom fakultetu u Isto~nom Sarajevu na predmetima Tehnika visokog napona i Elektroenergetske mre`e i sistemi. Od 2003.
godine zaposlen je u ABS MINEL Elektroopremi Ripanj i trenutno obavlja poslove direktora istra`ivanja i
razvoja.
Do sada je objavio 8 radova na doma}im i me|unarodnim konferencijama.
Ivica @ivkovi} je ro|en 1978. godine u Ivanjici. Posle zavr{ene srednje Elektrotehni~ke
{kole u ^a~ku upisao je Elektrotehni~ki fakultet u Beogradu, gde je diplomirao 2007. godine, na smeru za elektroenergetske sisteme.
Zaposlen je u preduze}u ABS Minel Elektrooprema a.d. Beograd-Ripanj, gde radi kao
projektant rasklopnih aparata, u sektoru istra`ivanja i razvoja.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
35
Lidija Gen~i}
Pona{anje kablova
u improvizovanim uslovima po`ara
Stru~ni rad
UDK: 621.315
Rezime:
^esti uzro~nici po`ara u javnim, stambenim i drugim objektima, u kojima boravi veliki broj ljudi i koji su naj~e{}e velike materijalne vrednosti, su elektri~ne instalacije. Pored toga, elektri~ne instalacije mogu postati i glavni put {irenja po`ara nastalog na drugi na~in. Kablovi, ugra|eni u ove objekte, u slu~aju
po`ara treba te`e da se pale, sporije da sagorevaju, da ne {ire po`ar, ne emituju toksi~ne i korozivne gasove, ne stvaraju veliku gustinu dima i da odre|ene vrste kablova zadr`avaju svoju funkciju neko vreme u po`aru. Navedene ~injenice su nametnule potrebu za ispitivanjem razli~itih tipova kablova i izolacionih i pla{tevskih me{avina u laboratorijskim uslovima gorenja. Analizom dobijenih eksperimentalnih rezultata bi}e
prikazane razlike u pona{anju razli~itih tipova kablova u improvizovanim uslovima po`ara.
Klju~ne re~i: gorenje kablova, {irenje plamena, korozivnost produkata sagorevanja, indeks kiseonika,
gustina dima, funkcionalna izdr`ljivost izolacije
Abstract:
BEHAVIOR OF CABLES IN IMPROVISED FIRE CONDITIONS
Electrical installations are common causes of fire in public, residential and other buildings, in which
resides a large number of people and which are of great material value. In addition, electrical installations
can become the main line of spread of fire resulted from some other cause. In case of fire, cables built in
these buildings should ignite poorly, burn slowly, not spread the fire, not emit toxic and corrosive gases, not
create high density smoke, and certain types of cables should retain their function for some time in the fire.
The mentioned facts impose a need for testing different types of cables and insulating and sheathing compounds in combustion laboratory conditions. The analysis of experimental results will show differences in
the behavior of various types of cables in improvised fire conditions.
Key words: combustion of cables, flame spread, degree of acidity of gases evolved during combustion of cables,
limiting oxygen index, smoke density, continuance of isolation effect under fire conditions
1. UVOD
Jedno od otkri}a koje je imalo veoma veliki uticaj na razvoj ~ove~anstva je upravo stvaranje i upotreba vatre. Njena mo} je omogu}ila ~ove~anstvu
lak{i `ivot, po~ev od ~injenice da je uz pomo} vatre
~ovek nau~io da priprema obroke, sve do velikih nau~nih dostignu}a koja je ostvario uz pomo} vatre.
Postoji, me|utim, i druga strana vatre. To je kobna
nekontrolisana strana vatre, protiv koje je ~ovek
Lidija Gen~i}, dipl. in`. teh. – Fabrika kablova Zaje~ar, Zaje~ar
36
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
bespomo}an. Prirodni uzrok opasnosti od vatre je
upotreba prirodnih i sinteti~kih gorivih materijala,
kako u `ivotu, tako i u mnogim industrijama, pa i u
kablovskoj. Zato je od velike va`nosti prou~avanje
mehanizma gorenja razli~itih polimernih materijala
ugra|enih u kablove, kako bi se minimizirao rizik i
za{titilo ljudstvo i imovina od po`ara. Pored primarnih efekata po`ara, koji su manifestovani plamenom, kao {to su otpornost na gorenje i vertikalno {irenje plamena pri gorenju snopa kablova, od bitnog
zna~aja su i sekundarni efekti po`ara, koji uklju~uju
gustinu emitovanog dima, sadr`aj halogena, korozovnost produkata sagorevanja na ljudstvo i opremu
i toksi~nost. Zato ovaj rad ima za cilj da prika`e svrhu sve ~e{}e upotrebe bezhalogenih vatrootpornih
kablova nakon analize razlika u pona{anju razli~itih
vrsta polimernih materijala primenjenih u kablovskoj industriji u improvizovanim uslovima gorenja.
2. PROCES SAGOREVANJA
IZOLACIONIH MATERIJALA
Sagorevanje izolacionih materijala je proces
koji obuhvata nekoliko faza. Jednostavan {ematski
prikaz pojava koje u~estvuju u procesu sagorevanja
izolacionih materijala dat je na slici 1 [1].
Da bi se inicirao proces sagorevanja neophodna
su tri uslova: zagrevanje, razlaganje i paljenje polimera.
2.1. Zagrevanje
Termoplasti~ni materijali se zagrevaju spolja{njim izvorom toplote (plamenom) ili termi~kom
povratnom spregom prikazanom na slici 1. U po~etnoj fazi termoplasti~ni materijali, zbog svojih linearnih molekulskih lanaca, omek{avaju ili se tope i po~inju da teku. Termostabilni materijali imaju trodimenzionu umre`enu molekulsku strukturu koja
spre~ava omek{avanje i topljenje. Pri daljem dovo-
|enju energije polimeri ne prelaze kao takvi u gasovitu fazu, ve} se razla`u pre isparavanja.
2.2. Razlaganje
Razlaganje je endotermni proces za koji mora
biti obezbe|eno dovoljno energije da bi se savladale
velike energije veze izme|u atoma (izme|u 200 i
400 kJ/mol) i da bi se obezbedila dovoljna aktivaciona energija. U ve}ini slu~ajeva razlaganje se de{ava preko reakcije lanaca slobodnih radikala, koja je
inicirana tragovima kiseonika ili drugih oksidacionih ne~isto}a, koje su zaostale u materijalima za vreme procesa proizvodnje. Nastali slobodni radikali su
odgovorni za {irenje plamena u procesu gorenja, dovode do degradacije i do pojave razli~itih produkata
razlaganja u zavisnosti od sastava polimera.
2.3. Paljenje i {irenje plamena
Zapaljivi gasovi nastali pirolizom me{aju se sa
atmosferskim kiseonikom, imaju ni`u granicu paljenja i pale se, ili spolja{njim plamenom, ili je temperatura dovoljno visoka da postaju samozapaljivi. Paljenje zavisi od brojnih faktora kao {to su: raspolo`ivost kiseonika, temperatura i fizi~ke i hemijske
osobine polimera. Reakcija sagorevanja gasova sa
kiseonikom je egzotermna, poja~ava pirolizu polimera termi~kom povratnom spregom i podsti~e plamen na {irenje. Jo{ jedan faktor koji doprinosi {irenju plamena je toplota sagorevanja polimera (ΔH),
koja za polietilen iznosi 46,5 MJ/kg, za PVC
20 MJ/kg, a za gumu 40 MJ/kg [2].
3. TERMI^KE OSOBINE NAJVA@NIJIH
IZOLACIONIH MATERIJALA
I NJIHOVO PONA[ANJE PRI GORENJU
Termoplasti~ni materijali, zavisno od svoje
hemijske strukture, gore razli~itim intenzitetom i
gustinom dima i stvaraju ostatke razli~itog sastava.
Negorivi gasovi
Piroliza
Polimer
-Q1
(endotermni
proces)
Gorivi gasovi
Te~ni produkti
^vrst ostatak – ~a|
Vazduh
Me{avina
gasa
Paljenje
Vazduh
Plamen
@ar
Produkti
sagorevanja
+Q2
(egzotermni
proces)
Slika 1. [ematski prikaz procesa sagorevanja
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
37
PVC je termoplasti~ni materijal sa najra{irenijom primenom. Dodatkom pogodnih aditiva njegove
osobine se menjaju od tvrdog do mekog PVC-a.
Tvrdi PVC gori plamenom zeleno-plave boje, koji
se gasi odmah po uklanjanju izvora paljenja, a meki
PVC nastavlja da gori sa dimnim plamenom u zavisnosti od tipa i koli~ine dodatog plastifikatora. Emitovani gasovi imaju o{tar miris hlorovodoni~ne kiseline stvorene u procesu sagorevanja, a na mestu
izlaganja plamenu ostaju ~a| i ugljenisani delovi,
koji onemogu}avaju pristup kiseoniku i spre~avaju
zra~enje toplote, tako da {tite unutra{nje slojeve polimera od dalje degradacije.
Polietileni (niske i visoke gustine) gore tako {to
u po~etku tinjaju malim svetlo plavim plamenom,
koji postepeno prelazi u svetlo `uti i nastavljaju da
gore posle uklanjanja izvora paljenja. Posle prinudnog ga{enja plamena, ostaje miris uga{ene sve}e. U
toku degradacije polietilena dolazi do prskanja lanaca i formiranja gomile kratkih, srednjih i dugih fragmenata lanaca, koji sa produktima nalik na ~a| doprinose razvoju dima.
Termostabilni materijali, zbog svoje umre`ene trodimenzione strukture, ne omek{avaju, ~ak ni
na povi{enoj temperaturi i ne teku pri sagorevanju.
Te`nja ka stvaranju gasovitih produkata razlaganja
je manje prisutna nego kod termoplasti~nih materijala. Toplota stvara ugljenisanu povr{inu koja spre~ava dalje gorenje. Na ugljenisanoj povr{ini ~esto se
pojavljuje u`arenost i isijavanje, verovatno zbog jakog egzotermnog raspadanja peroksida stvorenog na
povr{ini, kao rezultata reakcije sa atmosferskim kiseonikom.
Bezhalogeni vatrootporni materijali (HFFR
– Halogen Free Flame Retardant) smanjuju ili ~ak
spre~avaju proces gorenja, hemijskom i/ili fizi~kom
reakcijom, u zavisnosti od njihove strukture. Oni deluju na paljenje tokom odre|enih faza u toku procesa gorenja. Njihove reakcije se ne javljaju pojedina~no, ve} bi trebalo da se posmatraju kao kompleksni procesi u kojima se mnoge pojedina~ne faze javljaju istovremeno, dok jedna dominira. Poznato je
da je spre~avanje procesa gorenja efikasnije ukoliko
se vr{i hemijskom reakcijom nego fizi~kom, mada
je te{ko oceniti doprinos vrste reakcije na efekat
spre~avanja gorenja.
Postoji vi{e na~ina u kojima proces sagorevanja
mo`e biti usporen fizi~kom reakcijom. Jedan od na~ina je hla|enjem, pri ~emu endotermni procesi izazvani aditivima hlade supstrat do temperature ispod
one koja se zahteva za odr`avanje procesa gorenja.
Drugi na~in je formiranjem za{titnog sloja (prevlake), ~ime je onemogu}en pristup kiseoniku, a preno{enje toplote je usporeno.
38
Najzna~ajnije hemijske reakcije vezane za proces gorenja de{avaju se u gasovitoj ili ~vrstoj fazi. U
gasovitoj fazi proces gorenja se prekida aditivima –
usporiva~ima plamena, ~ime se egzotermni procesi
zaustavljaju, sistem se rashladi, a snabdevanje zapaljivim gasovima se smanjuje ili eventualno kompletno potisne. U ~vrstoj fazi mogu da se dese dva tipa
reakcije. Prvo, raspadanje polimernog materijala
mo`e biti ubrzano usporiva~ima plamena koji dovode do logi~nog te~enja materijala i time do njegovog
povla~enja iz sfere uticaja plamena koji se gasi, a u
drugom slu~aju usporiva~i gorenja mogu formirati
sloj ugljenika na povr{ini materijala i time napraviti
fizi~ku barijeru za dalji nastavak gorenja.
4. ISPITIVANJE KABLOVA U IMPROVIZOVANIM USLOVIMA PO@ARA
Prilikom gorenja kablova nastaju kompleksne
hemijske reakcije. Kao {to je ve} pomenuto, zagrevanje dovodi do razlaganja polimernih materijala u
kablu, a kao posledica dolazi do {irenja plamena i
nastajanja dima. Sastav dimnih gasova zavisi od materijala koji gore, koli~ine vazduha i temperature
plamena. Zbog zagrevanja izolacija od termoplasti~nih materijala omek{ava i pre nego {to kablovi izgore, sli~no kao i pri ispitivanju samih materijala. Ako
su kablovi du`e izlo`eni odre|enim optere}enjima,
na takvim mestima mo`e do}i do kratkog spoja. Ove
pojave u laboratorijskim uslovima mogu biti improvizovane kroz niz standardizovanih ispitnih metoda
[3], koje }e, sa rezultatima ispitivanja, biti prikazane
dalje u radu.
4.1. Otpornost na gorenje
Da bi se procenilo pona{anje kablova prilikom
po`ara vr{eno je ispitivanje otpornosti razli~itih vrsta kablova na gorenja. Pored kablova izolovanih i
pla{tiranih PVC-om, ispitivani su i kablovi sa izolacijom od umre`enog polietilena i gume, iako ovo ispitivanje nije predvi|eno za te kablove.
Na slici 2. je prikazano ispitivanje otpornosti na
gorenje vertikalno postavljenog pojedina~nog kabla
du`ine 600 mm prema metodi EN 60332-1-2, po kojoj je i odre|eno vreme izlaganja kabla 1 kW plamenu na bazi me{avine propan – vazduh. Rezultati ispitivanja se procenjuju kao zadovoljavaju}i ukoliko
du`ina sagorelog dela ne prelazi vi{e od 425 mm od
mesta izlaganja plamenu. Sva zapa`anja uo~ena u
toku ispitivanja otpornosti na gorenje razli~itih vrsta
kablova prikazana su u tabeli 1.
ELEKTROPRIVREDA, br. 1, 2009.
Laboratorijska metoda za ispitivanje gustine dima koji nastaje sagorevanjem kablova vr{i se prema
standardima EN 61034-1 i EN 61034-2. Prema ovoj
metodi, u komori oblika kocke, dimenzije 3 m, meri se procenat propu{tene svetlosti u uslovima dima
koji je nastao paljenjem uzoraka kablova plamenom
alkoholne sme{e i koji ne sme da iznosi manje od
60 % za ispitivane kablove (slika 3). Ispitivanjem
kablova izolovanih i pla{tiranih PVC-om, vrednosti
propu{tene svetlosti se kre}u izme|u 10 % i 20 %, a
ukoliko se PVC-u dodaju aditivi za smanjenje gustine dima (LS – Low Smoke), vrednost propu{tene
svetlosti se mo`e pove}ati i do 65 %.
U laboratoriji je ispitivana gustina dima HFFR
kablova, a dobijeni rezultati su dati u tabeli 2.
Slika 2. Ispitivanje otpornosti na gorenje
Tabela 1.
Zapa`anja u toku gorenja kablova
Slika 3. Ispitivanje gustine dima
Vrsta kabla
PP
PP00
X00-A
Pona{anje kablova pri gorenju
Pla{t omek{ava, a onda se ugljeni{e, vatra se
ne {iri, razvija se crni dim, kabl je samogasiv,
sagoreli deo – max 10 cm.
Izolacija omek{ava, topi se, ali se ne sliva, vatra se ne {iri znatno, kabl nije samogasiv.
GG/J
Pla{t omek{ava, ali se ne topi i ne sliva, po
sa gumenim uklanjanju plamena razvija se dim bele boje,
pla{tom
kabl nije samogasiv.
N2XH
NHXHX
Pla{t bubri, ne dimi, vatra se ne {iri i nakon
uklanjanja plamena gorenje prestaje vrlo brzo,
sagoreli deo – max 10 cm.
4.2. Gustina dima
Nastajanje dima prilikom po`ara dovodi do te{ko}a pri lokalizaciji po`ara. Zbog gustog dima bitno se smanjuje vidljivost (kod kablova s PVC izolacijom i preko 90 %), {to dovodi do velikih te{ko}a
pri ga{enju, a mo`e biti i uzrok gu{enja zbog emitovanog ugljen-monoksida. Upotrebom vatrootpornih
kablova bez halogenih elemenata, prilikom po`ara
vidljivost se smanjuje za samo 15 – 20 %, {to bitno
ne pogor{ava uslove za ga{enje po`ara.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Tabela 2.
Rezultati ispitivanja gustine dima
Tip kabla
N2XH
NHXHX
NHXHX FE
J-H(St)H
Propu{tena svetlost
86 % – 90 %
85 %
78 %
91 %
4.3. Korozivnost produkata sagorevanja
Prilikom gorenja kablova izolovanih i pla{tiranih PVC masom, kao naj~e{}e kori{}enom izolacionom me{avinom, oslobo|eni hlor reaguje sa vodom
i stvara hlorovodoni~nu kiselinu (HCl), koja je veoma agresivna i koja o{te}uje metalne delove, ~ak i u
podru~jima bez po`ara i na taj na~in stvara veliku
posrednu {tetu, koroziju materijala. Posebno su
ugro`eni ure|aji s elektronskim elementima, elektri~ne ma{ine, metalne konstrukcije, pa ~ak i u beton
ugra|ene armature. Otuda dolazi tendencija za za39
Mera~ protoka
Staklena cev
Pe}
Igli~ni ventil
Termopar
Mehanizam za uvo|enje
la|ica u staklenu cev
Sinteti~ki
vazduh
Boce za ispiranje gasova
La|ica sa uzorkom
Gvozdeni
{tap za
Magnetna
me{anje
me{alica
Slika 4. [ematski prikaz ispitivanja korozivnosti produkata sagorevanja
Tabela 3.
Korozivnost produkata sagorevanja razli~itih vrsta polimernih materijala
Korozivnost
produkata
sagorevanja
Sadr`aj halogena
Kiselost
Elektroprovodnost
PVC –
termoplasti~ni
> 250 mg/g
pH < 4,3
> 10 μS/mm
Vrsta materijala
Hlorirana guma –
Halogen free –
termostabilni
termoplasti~ni
300 mg/g
0 mg/g
pH < 4,3
pH > 4,3
> 10 μS/mm
< 10 μS/mm
menom kablova s halogenim elementima, kablovima bez halogenih elemenata. Tako je PVC, u ve}ini
slu~ajeva, zamenjen polietilenom i bezhalogenim
materijalima (HF – Halogen Free). Upotrebom kablova bez halogenih elemenata izbegavaju se i velike koli~ine vrlo otrovnih gasova (fozgen – COCl2,
cijanovodoni~na kiselina – HCN), koji su naj~e{}e
uzrok za veliki broj `rtava prilikom po`ara.
U laboratorijskim uslovima se procena korozivnosti produkata sagorevanja polimernih materijala
mo`e vr{iti na dva na~ina. Sagorevanje uzoraka materijala za obe ispitne metode vr{i se prema standardu EN 50267-1 (slika 4). Ispitivanje koli~ine gasovite hlorovodoni~ne kiseline nastale sagorevanjem
polimernih materijala se vr{i volumetrijskom metodom – titracijom rastvora sa apsorbovanim gasovitim produktima sagorevanja, prema standardu EN
50267-2-1, kojim je propisana koli~ina hlorovodoni~ne kiseline max 5 mg/g uzorka. Ispitivanje stepena kiselosti gasova nastalih sagorevanjem izolacionih i pla{tevskih materijala se vr{i merenjem pH
vrednosti i elektroprovodnosti rastvora sa apsorbovanim gasovitim produktima sagorevanja, prema
standardu EN 50267-2-2, a propisana pH vrednost
za kablove tipa N2XH i NHXHX iznosi min 4,3, i
elektroprovodnost max 2,5 μS/mm. U tabeli 3 su
40
Halogen free –
termostabilni
0 mg/g
pH > 4,3
< 10 μS/mm
prikazane karakteristike produkata sagorevanja za
razli~ite vrste materijala [4].
4.4. Grani~ni indeks kiseonika
Stepen zapaljivosti materijala (gorivosti) utvr|uje se merenjem grani~nog indeksa kiseonika,
(LOI – Limiting Oxygen Index), koji predstavlja minimalnu koncentraciju kiseonika, u zapreminskim
procentima, koja u me{avini kiseonika i azota podr`ava gorenje (slika 5). Prema vrednostima indeksa
kiseonika mo`e se izvr{iti klasifikacija gorivosti
materijala, {to je prikazano tabelom 4, a rezultati ispitivanja razli~itih vrsta izolacionih materijala prema standardu ISO 4589 dati su tabelom 5.
Tabela 4.
Klasifikacija gorivosti materijala
Vrednost indeksa kiseonika Klasifikacija gorivosti materijala
LOI < 23 %
Gorivi materijali
Materijali sa delimi~no usporenim
LOI (24 – 28) %
gorenjem
LOI (29 – 35) %
Materijali sa usporenim gorenjem
Materijali sa posebno usporenim
LOI > 36 %
gorenjem
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
50266-2-4. Prema ovim standardima vr{eno je sagorevanje uzoraka du`ine 3,5 m u trajanju od 20 min,
pri ~emu je broj uzoraka odre|en na osnovu zapremine nemetalnog materijala. Za ispitivane kablove
zahteva se koli~ina nemetalnog materijala u kablu
od 1,5 l/m – kategorija C. Sagoreli deo ne sme pre}i du`inu ve}u od 2,5 m. Ispitivani su HFFR kablovi, a rezultati su prikazani u tabeli 6.
Slika 5. Ispitivanje indeksa kiseonika
Tabela 5.
Rezultati ispitivanja indexa kiseonika
Vrsta materijala
PVC
Termoplasti~na HF masa
(u klasi HM2 i HM 4)
Silikonska guma (u klasi HXI 1)
HF ispuna
LOI
25 %
35 – 49 %
38 %
> 55 %
4.5. Vertikalno {irenje plamena
pri gorenju snopa kablova
Sam pojam „zapaljivosti” jo{ ni{ta ne govori o
tome kako }e se materijal pona{ati prilikom gorenja.
Kod nepovoljnog rasporeda (nagomilani kablovi) ili
kod velikih koli~ina izolacionih materijala u kablu,
~ak i materijali sa usporenim gorenjem mogu goreti
i nakon uklanjanja po~etnog plamena. Ovo se de{ava zbog velike koli~ine osloba|ane toplote pri gorenju snopa kablova. Kod kablovskih instalacija to
zna~i {irenje plamena uzdu` kablovskih trasa. Kao
improvizacija ove pojave u laboratorijskim uslovima je vr{eno ispitivanje vertikalnog {irenja plamena
pri gorenju vertikalno postavljenog snopa kablova
(slika 6.) prema standardima EN 50266-1 i EN
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Slika 6. Ispitivanje vertikalnog {irenja plamena snopa
kablova
Tabela 6.
Rezultati ispitivanja vertikalnog {irenja plamena pri
gorenju snopa kablova
Vrsta kabla
N2XH
NHXHX
NHXHX FE 180
J-H(St)H
Širenje plamena
0,99 – 1,17 m
0,59 m
0,68 m
1,79 m
4.6. Funkcionalna izdr`ljivost izolacije
u uslovima gorenja
U posebnim slu~ajevima, instalirani kablovi
moraju odre|eno vreme nakon izbijanja po`ara nesmetano da obavljaju svoju funkciju (sigurnosna ra41
sveta, alarmni sistemi, sistemi koji omogu}avaju
bezbedno napu{tanje objekta pri po`aru). O~uvanje
izolacione izdr`ljivosti je od velikog zna~aja i podrazumeva da u slu~aju po`ara ne sme do}i do kratkog spoja ili prekida kabla.
U laboratoriji je ispitivana funkcionalna izdr`ljivost izolacije prema standardima IEC 60331-11 i IEC
60331-21, koji defini{u da ne sme do}i do kratkog
spoja kada se horizontalno postavljen kabl pod naponom izla`e plamenu temperature od 750 – 800 °C, u
trajanju od 180 minuta (slika 7). Ovaj zahtev je nametnuo potrebu za pobolj{anom konstrukcijom kablova, koja podrazumeva upotrebu vatrootpornih
barijera u obliku mineralnih ili staklenih traka, ili za
upotrebom specijalnih vrsta materijala otpornih na
visoke temperature, kao {to su specijalne silikonske
me{avine [5].
Ispitivanjem funkcionalne izdr`ljivosti izolacije
razli~itih kablova u uslovima gorenja mo`e se jasno
uo~iti razlika izme|u pona{anja razli~itih materijala
i rezultata ispitivanja. U laboratoriji je ispitivan kabl
sa PVC izolacijom i pla{tom, a kratak spoj izme|u
faznih provodnika je nastupio posle samo 3 minuta,
dok ispitivanjem kabla NHXHX FE 180 u trajanju
od 180 minuta pod naponom nije do{lo do pojave
kratkog spoja. Specijalne izolacione i pla{tevske
me{avine, zajedno sa specijalnom ispunom bubre i
formiraju keramificirani sloj koji predstavlja fizi~ku
barijeru i spre~ava pojavu kratkog spoja.
5. ZAKLJU^AK
Prakti~na saznanja o pona{anju kablova u
uslovima po`ara dobijena su ispitivanjima razli~itih
vrsta kablova u improvizovanim uslovima gorenja u
laboratoriji. Ona mogu poslu`iti za procenu opasnosti od po`ara. Analizom prikazanih rezultata ispitivanja mo`e se opravdati sve ve}a te`nja upotrebe
bezhalogenih vatrootpornih kablova (HFFR), kojima se prevazilaze nedostaci prisutni kod do sada kori{}enih kablova. Bitno je napomenuti jo{ i ekonomski efekat upotrebe ovih kablova. Relativno mali po`ar mo`e izazvati veliku koroziju skupe elektri~ne i
elektronske opreme, a to finansijski predstavlja znatno ve}u {tetu od aktuelne {tete od po`ara. Uz to, i
tro{kovi saniranja posledica po`ara daleko prevazilaze pove}ane tro{kove proizvodnje ovih kablova u
odnosu na klasi~ne kablove. Tako se, uz ne tako zna~ajno pove}anje cene ko{tanja kabla, dobija maksimalna preventivna za{tita od po`ara i posledica po`ara.
6. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Slika 7. Ispitivanje funkcionalne izdr`ljivosti izolacije
J. Troitzsch, INTERNATIONAL PLASTICS
FLAMMBILITY HANDBOOK, New York, 1990.
R. Brown, HANDBOOK OF POLYMER TESTING, CRC Press, 1999.
Standardi: EN 60332-1-2, EN 61034-1, EN 610342, EN 50267-1, EN 50267-2-1, EN 50267-2-2, ISO
4589, EN 50266-1, EN 50266-2-4, IEC 60331-11,
IEC 60331-21
D. Duphil, B. Poisson, P. Argaut, J. Barbeta, C. Pascual, J. Martinez, CHOICES OF FLAME RETARDANT MATERIALS FOR CABLES WITH IMPROVED BEHAVIOUR IN FIRE, Jicable ’07
B. Weider, UTILISATION OF CERAMIZING
MATERIALS IN FIRE RESISTING CABLES
AND ACCESSORIES, Jicable ’07
Rad STK B1 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 23. 06. 2009. godine
Lidija M. Gen~i} je ro|ena 1970. godine u Zaje~aru. Diplomirala je 1994. godine na
Tehni~kom fakultetu u Boru, na smeru Neorganske hemijske tehnologije. Na istom fakultetu
je upisala i postdiplomske studije. Zaposlena je od 1995. godine u Fabrici kablova Zaje~ar i
radi na poslovima {efa laboratorije. Redovni je ~lan Studijskog komiteta CIGRE Srbija B1 –
Izolovani kablovi, ~lan Komisije za standarde iz oblasti Elektri~nih kablova KSN 20 i poseduje sertifikat ocenjiva~a akreditacije laboratorija prema standardu ISO/IEC 17025. Objavila je vi{e radova u zbornicima doma}ih konferencija iz oblasti ispitivanja kablova.
42
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Neboj{a Petrovi},
Ninel ^ukalevski i Sovjetka Krstonijevi}
Matemati~ki modeli u standardima za
prora~un trajno i kratkotrajno dozvoljenih
struja provodnika nadzemnih vodova
Stru~ni rad
UDK: 519.876.2; 0006.44; 621.3
Rezime:
Izra~unavanje i/ili merenje temperature provodnika nadzemnih vodova je veoma va`no za eksploataciju i upravljanje nadzemnim vodovima zbog bezbednosti ljudi, objekata i samog nadzemnog voda, kao i za
sigurnost i pouzdanost rada prenosnog sistema, odnosno snabdevanja potro{a~a i tranzit elektri~ne energije. U radu je dato pore|enje rezultata prora~una temperature provodnika nadzemnih vodova izra~unatih
prema matemati~kim modelima koji su dati u standardima IEEE Std. 738-1993 Standard for Calculating the
Current-Temperature Relationship of Bare Overhead Conductors, IEC 61597-1995 – Overhead electrical
conductors – Calculation methods for stranded bare conductors, CIGRE SC 22.12 Thermal Behaviour of
Overhead Conductors-2002 i vrednosti iz tabela sa datim korektivnim koeficijentima iz internog standarda
IS 37 Trajno dozvoljene struje faznih provodnika nadzemnih vodova nazivnih napona 400 kV, 220 kV i 110
kV Elektroprivrede Srbije iz 2003. godine. Trajno dozvoljene struje i kratkotrajno dozvoljene struje nadzemnih vodova su razli~ite tokom godine, uobi~ajena je podela na letnju sezonu i zimsku sezonu (letnje i zimsko pode{enje za{tite od preoptere}enja dalekovoda). Trajno i kratkotrajno dozvoljene struje nadzemnih vodova se razlikuju i od doba dana, dnevni i no}ni meteorolo{ki uslovi hla|enja provodnika nadzemnih vodova. Trajno dozvoljene struje nadzemnih vodova veoma su va`ne za eksploataciju, odr`avanje, upravljanje,
analizu i planiranje rada prenosnog sistema.
Klju~ne re~i: nadzemni vod, trajno dozvoljena struja, kratkotrajno dozvoljena struja, temperatura provodnika,
upravlja~ki centar prenosnog sistema
Abstract:
MATHEMATICAL MODELS IN STANDARDS FOR CURRENT CARRYING CAPACITY
OF OVERHEAD LINES CALCULATION
The transmission overhead line conductor temperatures calculation and/or measurement is very
important for a safety of people, vegetation, buildings, equipment, economy, security and reliability of
transmission power system. The continuous and short-term current carrying capacities of the overhead line,
that are, also, used for setting line overload protection, depend on allowed conductor temperature. Since
these values significantly differ during summer and winter season, as well as for daylight and night, it is
important to enable their real time accessement, based on the conductor temperature values. In this paper,
the results of overhead lines conductor temperature calculations employing four mathematical models,
according to IEEE 738 [1], IEC 61597 [2], CIGRE SC 22.12 [3] and IS 37 [4] standards, are compared.
Neboj{a Petrovi}, dipl. in`. el. – JP Elektromre`a Srbije, Pogon prenosa Kru{evac, @upski put bb, 37 000 Kru{evac
Prof. dr Ninel ^ukalevski, dipl. in`. el., mr Sovjetka Krstonijevi}, dipl. in`. el. – Institut Mihailo Pupin, Beograd
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
43
Key words: overhead line, continuous current carrying capacity, short current carrying capacity,
temperature of conductor, limit of load transmission overhead line,
control (dispatching) senter of transmission power system
1. UVOD
Delimi~ni i potpuni raspadi elektroenergetskih
sistema sa dugotrajnim poreme}ajima u radu prenosnih sistema i ozbiljnim posledicama po snabdevanje potro{a~a, privrede i stanovni{tva, zbog vi{esatnog ili vi{ednevnog ostajanja bez napajanja elektri~nom energijom dogodili su se zbog ispada visokonaponskih vodova 400 kV usled preskoka sa dalekovoda u njegovom koridoru, a nakon toga preoptere}ivanja vodova koji su u pogonu, delovanja za{tita od
preoptere}enja, kaskadnog ispada pojedinih elemenata elektroenergetskih sistema. U delu Severne
Amerike 14. avgusta 2003. godine, kada je u 15:05 h
po lokalnom vremenu ispad 345 kV nadzemnog voda nastao zbog preskoka na drve}e doveo do kaskadnog ispada drugih dalekovoda prenosne mre`e
razli~itih naponskih nivoa i ispada generatorskih jedinica i delimi~nog raspada elektroenergetskog sistema u Sjedinjenim Ameri~kim Dr`avama i Kanadi. U Italiji je 28. 9. 2003. godine u 03:01 h ispao
DV 400 kV izme|u Italije i [vajcarske zbog preskoka na drve}e, {to je dovelo do kaskadnog ispada drugih dalekovoda 400 kV i 220 kV zbog preoptere}enja i potpunog raspada elektroenergetskog sistema
Italije. Iz navedenih doga|aja se jasno zaklju~uje da
je izuzetno va`no za siguran i pouzdan rad prenosnog sistema, odnosno za odr`avanje, eksploataciju
i upravljanje nadzemnim vodovima pravilno odrediti trajne dozvoljene struje i kratkotrajno dozvoljene
struje nadzemnih vodova.
Trajne dozvoljene struje i kratkotrajno dozvoljene struje nadzemnih vodova se odre|uju na osnovu temperature provodnika. Temperatura provodnika nadzemnih vodova se dobija izra~unavanjem prema matemati~kim modelima i/ili, u novije vreme,
merenjem senzorima postavljenim na provodnicima
du` nadzemnog voda.
SCADA sistemi pojedinih proizvo|a~a omogu}avaju, na osnovu ulaznih meteorolo{kih podataka i
struje faznog provodnika, odre|ivanje trajno dozvoljenih struja nadzemnih vodova u upravlja~kim centrima. Poslednjih desetak godina pojedine prenosne
kompanije u saradnji sa proizvo|a~ima senzora za
merenje temperature provodnika integri{u kroz
SCADA sisteme u svojim upravlja~kim centrima on
line (u realnom vremenu) merenje temperature provodnika sa prora~unima temperature provodnika
prema nekom od matemati~kih modela u standardima [1], [2] ili [3], zbog provere merenja temperatu44
re provodnika i eventualne korekcije ako su odstupanja ve}a od zadatih vrednosti. Na osnovu toga
SCADA sistem odre|uje trajno dozvoljene struje i
kratkotrajno dozvoljene struje provodnika dalekovoda i omogu}ava dispe~erima u upravlja~kim centrima optimalno optere}ivanje nadzemnih vodova.
U okviru laserskog snimanja dalekovoda helikopterom, zbog izrade trodimenzionog projekta izvedenog stanja ili zbog odr`avanja dalekovoda, meri se temperatura provodnika termovizijskim snimanjem i proverava se na osnovu struje faznog provodnika i izmerenih meteorolo{kih podataka prora~unom prema nekom od matemati~kih modela u standardima [1], [2] ili [3].
2. PRORA^UNI DOZVOLJENIH STRUJA
PROVODNIKA
Kako se u provodnicima ne zadr`ava toplota, iz
jedna~ine ravnote`nog stanja zagrevanja i hla|enja
provodnika vide se fizi~ke veli~ine koje odre|uju
temperaturu provodnika nadzemnih vodova.
zagrevanje provodnika = hla|enje provodnika
PJ + PM + PS = Pc + Pr
(1)
gde su :
PJ – zagrevanje usled struje uspostavljene u provodniku (Jouleovi gubici),
PM – zagrevanje usled vrtlo`nih struja i histerezisa
kod prolaska naizmeni~ne struje kroz provodnike od feromagnetskih materijala; za Al/^
provodnike su ovi gubici zanemarljivi,
PS – zagrevanje usled sun~evog zra~enja,
Pc – hla|enje (odvo|enje toplote) usled prirodne
konvekcije (razlika u gustini ~estica usled neravnomernog zagrevanja vazduha) ili prinudne
konvekcije (dejstvo vetra),
Pr – hla|enje (odvo|enje toplote) usled toplotnog
zra~enja.
Trajno dozvoljena struja i kratkotrajno dozvoljena struja provodnika izra~unavaju se iz jedna~ine:
I doz . =
Pc + Pr − PS
RT dozv .
(2)
gde je
RTdozv. – omska otpornost provodnika, pri naizmeni~noj struji, na temperaturi od Tdozv (°C).
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Kod provodnika velikih popre~nih preseka temperatura provodnika nije ista u svim ta~kama du`
pre~nika popre~nog preseka provodnika. U literaturi [3] i [5] su dati matemati~ki modeli za prora~un
razlike izme|u temperature u centru i na povr{ini
provodnika. Za provodnik Al/^ 490/65 mm2 se prora~unom dobija za meteorolo{ke uslove za koje ra~unamo trajno i kratkotrajno dozvoljene struje da je
temperatura u centru provodnika za 2 °C do 3 °C ve}a u odnosu na povr{inu provodnika. Sli~ni razultati su navedeni i u literaturi [3] i [5]. S obzirom da je,
od standardnih provodnika koji se koriste u prenosnom sistemu Srbije, provodnik Al/^ 490/65 mm2
od u`eta sa najve}im pre~nikom na nadzemnim vodovima 400 kV (faza je 2 x Al/^ 490/65 mm2) i
220 kV (faza je Al/^ 490/65 mm2), u ovom radu su
svi prora~uni ura|eni pod pretpostavkom da je temperatura ista u svim ta~kama provodnika. Identi~na
pretpostavka se koristi u svim radovima i postupcima koji se odnose na prora~une dozvoljenih struja
za operativne (pogonske) potrebe u nama dostupnoj
literaturi u svetu.
Nadzemni vodovi naponskih nivoa 110 kV,
220 kV i 400 kV u Srbiji, koji su gra|eni pedesetih,
{ezdesetih, sedamdesetih i osamdesetih godina pro{log veka su, prema Pravilniku [6], projektovani i izgra|eni za temperaturu provodnika od 40 °C, a samo
za va`nija ukr{tanja je ra|ena provera sigurnosnih
visina za temperaturu provodnika od 60 °C ili 80 °C,
zavisno od projektnog zadatka za konkretan dalekovod. U poslednjih dvadesetak godina su dalekovodi
projektovani i izgra|eni za temperaturu provodnika
od 60 °C sa proverom sigurnosnih visina za va`nija
ukr{tanja za temperaturu provodnika od 80 °C ili su
kompletni dalekovodi projektovani i izgra|eni za
temperaturu provodnika od 80 °C, zavisno od projektnog zadatka za konkretan dalekovod.
Navedeni podaci i procenjena rezerva u sigurnosnim visinama su razlog za{to su u internom standardu [4] usvojene, za provodnike ~ija su u`ad aluminijumska sa ~eli~nim jezgrom (Al/Fe) i ~ija su
u`ad od legure aliminijuma sa ~eli~nim jezgrom
(AlMg/Fe), trajno dozvoljene struje za temperaturu
od 60 °C i kratkotrajno dozvoljene struje za temperaturu od 80 °C. Za provodnike od bakarnih u`adi su
usvojene vrednosti za trajno dozvoljene struje za
temperaturu od 50 °C i kratkotrajno dozvoljene struje za temperaturu od 70 °C.
U prenosnoj mre`i Srbije je najve}i broj dalekovoda u vi{edecenijskoj eksploataciji, pa je zbog toga
u internom standardu [4] usvojeno da su koeficijent
apsorpcije sun~evog zra~enja αS = 0,9 i koeficijent
odvo|enja toplote radijacijom ε = 0,9.
U internom standardu [4] je usvojeno : da su
vrednosti za ja~inu sun~evog zra~enja za letnju sezoELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
nu pS = 1 000 W/m2 i za zimsku sezonu pS = 800 W/m2,
da su vrednosti za temperaturu vazduha 35 °C za letnji period i 15 °C za zimski period, da je napadni
ugao vetra u odnosu na osu provodnika, bez obzira
na doba godine, ϕ = 30 °. U rezultatima prora~una
koji su dati u ovom radu, dati su podaci kada je napadni ugao vetra ϕ = 30 ° i kada je napadni ugao vetra ϕ = 90 °, zato {to je u jedna~inama toplotne ravnote`e matemati~kog modela datog u standardu [2]
usvojena vrednost od ϕ = 30 °. U internom standardu [4] su usvojene vrednosti za brzinu vetra za letnju sezonu v = 1 m/s i za zimsku sezonu v = 2 m/s.
Stru~na komisija za dalekovode preduze}a Elektromre`a Srbije, preduze}a koje upravlja prenosnim sistemom i odr`ava prenosni sistem, je usvojila vrednosti, u skladu sa klimatskim promenama i podacima o meteorolo{kim parametrima koji se u kompanijama koje se u svetu bave prenosom elektri~ne
energije koriste kao ulazni podaci za odre|ivanje
trajnih dozvoljenih i kratkotrajnih dozvoljenih struja provodnika nadzemnih vodova, za brzinu vetra
v = 0,6 m/s za letnju sezonu i v = 1 m/s za zimsku
sezonu, {to je primenjeno i u ovom radu.
Osnov za pode{enje struje prvog stepena za{tite
od preoptere}enja dalekovoda treba da bude trajno
dozvoljena struja, a osnov za pode{enje drugog stepena za{tite od preoptere}enja dalekovoda treba da
bude krakotrajno dozvoljena struja nadzemnog voda.
Rezultati prora~una za razli~ite ulazne meteorolo{ke podatke za letnji i zimski period sre|eni su u
slede}ih 12 tabela. Deo prora~una koji se odnosi na
primenu CIGRE modela je sproveden kori{}enjem
programske podr{ke (aplikacija PMODV) opisane u
publikacijama [9], [10] i [11].
Rezultati prora~una su u ovom radu prezentovani u 12 tabela iz slede}ih razloga:
– U Internom standardu IS 37 [4] su nepromenljivi
slede}i ulazni podaci za trajne i kratkotrajne dozvoljene struje u`adi: napadni ugao vetra i ose provodnika je ϕ = 30 °, koeficijent apsorpcije sun~evog
zra~enja αS = 0,9 i koeficijent odvo|enja toplote radijacijom ε = 0,9 . U [4] nije dat matemati~ki model, ve} je data tabela sa trajnim strujama provodnika za odre|ene meteorolo{ke podatke za zimski i
letnji period. Pored tabele sa trajnim strujama za
razli~itu u`ad, date su tabele sa slede}im korektivnim koeficijentima: zavisnosti od temperature vazduha, zavisnosti od brzine vetra i zavisnosti od
trajne ili kratkotrajno dozvoljene struje provodnika.
U navedenim tabelama nisu dati korektivni koeficijenti za brzine vetra manje od 1 m/s i zato u tabelama u radu nisu dati rezultati prora~una za brzinu vetra v = 0,6 m/s, jer to ne omogu}ava IS [4].
45
Tabela 1.
Letnji period – dan
UIazni podaci: t = 35 °C, pS = 1 000 W/m2, v = 0,6 m/s, ϕ = 30 °, ε = 0,9, αS = 0,9
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002 IS 37 EPS-a 2003
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
936
1 684
–
–
938
1 670
–
–
Al/^ 2x490/65 mm
468
842
–
–
469
835
–
–
Al/^ 490/65 mm2
2
394
693
–
–
402
690
–
–
Al/^ 360/57 mm
320
541
–
–
317
537
–
–
Al/^ 240/40 mm2
2
243
396
–
–
245
396
–
–
Al/^ 150/25 mm
110
309
–
–
120
313
–
–
Cu 95 mm2
Tabela 2.
Letnji period – dan
UIazni podaci: t = 35 °C, pS = 1 000 W/m2, v = 1 m/s, ϕ = 30 °, ε = 0,9, αS = 0,9
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002 IS 37 EPS-a 2003
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
1 156
1 900
–
–
1 140
1 870
1 140
1 528
Al/^ 2x490/65 mm
578
950
–
–
570
935
570
764
Al/^ 490/65 mm2
2
485
782
–
–
477
774
480
643
Al/^ 360/57 mm
387
611
–
–
378
601
380
509
Al/^ 240/40 mm2
2
291
447
–
–
288
442
290
389
Al/^ 150/25 mm
2
161
354
–
–
165
355
160
245
Cu 95 mm
Tabela 3.
Letnji period – dan
UIazni podaci: t = 35 °C, pS = 1 000 W/m2, v = 0,6 m/s, ϕ = 30 °, ε = 0,9, αS = 0,9
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002 IS 37 EPS-a 2003
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
1 186
1 930
1 242
1 960
1 202
1 924
–
–
Al/^ 2x490/65 mm
593
965
621
980
601
962
–
–
Al/^ 490/65 mm2
2
498
795
518
806
506
800
–
–
Al/^ 360/57 mm
397
621
411
627
409
623
–
–
Al/^ 240/40 mm2
2
298
455
306
457
306
458
–
–
Al/^ 150/25 mm
168
362
177
366
180
369
–
–
Cu 95 mm2
Tabela 4.
Letnji period – dan
UIazni podaci: t = 35 °C, pS = 1 000 W/m2, v = 1 m/s, ϕ = 90 °, ε = 0,9, αS = 0,9
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002 IS 37 EPS-a 2003
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
1
422
2
182
1
504
2
242
1
420
2
160
–
–
Al/^ 2x490/65 mm
2
711
1 091
752
1121
710
1 080
–
–
Al/^ 490/65 mm
594
900
625
921
596
897
–
–
Al/^ 360/57 mm2
2
471
703
493
717
466
698
–
–
Al/^ 240/40 mm
352
515
365
523
355
514
–
–
Al/^ 150/25 mm2
2
216
414
228
421
224
418
–
–
Cu 95 mm
46
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Tabela 5.
Letnji period – no}
UIazni podaci: t = 25 °C, pS = 0 W/m2, v = 0,6 m/s, ϕ = 30 °, ε = 0,9, αS = 0
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002 IS 37 EPS-a 2003
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
1 848
2 282
–
–
1 840
2 270
–
–
Al/^ 2x490/65 mm
924
1141
–
–
920
1 135
–
–
Al/^ 490/65 mm2
2
754
930
–
–
754
928
–
–
Al/^ 360/57 mm
581
716
–
–
577
712
–
–
Al/^ 240/40 mm2
2
419
516
–
–
420
517
–
–
Al/^ 150/25 mm
325
428
–
–
330
430
–
–
Cu 95 mm2
Tabela 6.
Letnji period – no}
UIazni podaci: t = 25 °C, pS = 0 W/m2, v = 1 m/s, ϕ = 30 °, ε = 0,9, αS = 0
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002 IS 37 EPS-a 2003
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
2 014
2 480
–
–
1 992
2 450
1 956
2 348
Al/^ 2x490/65 mm
1 007
1 240
–
–
996
1 225
978
1 174
Al/^ 490/65 mm2
2
823
1 012
–
–
818
1 002
805
966
Al/^ 360/57 mm
636
782
–
–
628
772
621
745
Al/^ 240/40 mm2
2
460
565
–
–
459
560
449
539
Al/^ 150/25 mm
2
359
471
–
–
361
470
364
557
Cu 95 mm
Tabela 7.
Letnji period – no}
UIazni podaci: t = 25 °C, pS = 0 W/m2, v = 0,6 m/s, ϕ = 90 °, ε = 0,9, αS = 0
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002 IS 37 EPS-a 2003
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
2 040
2 510
2 096
2 550
2 044
2 510
–
–
Al/^ 2x490/65 mm
1 020
1 255
1 048
1 275
1 022
1 255
–
–
Al/^ 490/65 mm2
2
833
1 025
855
1 040
839
1 026
–
–
Al/^ 360/57 mm
645
792
660
802
645
792
–
–
Al/^ 240/40 mm2
2
466
572
476
578
471
575
–
–
Al/^ 150/25 mm
365
478
374
484
371
485
–
–
Cu 95 mm2
Tabela 8.
Letnji period – no}
UIazni podaci: t = 35 °C, pS = 1 000 W/m2, v = 1 m/s, ϕ = 30 °, ε = 0,9, αS = 0,9
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002 IS 37 EPS-a 2003
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
2
242
2
750
2
330
2
824
2
228
2
728
–
–
Al/^ 2x490/65 mm
2
1 121
1 375
1 165
1 412
1 114
1 364
–
–
Al/^ 490/65 mm
918
1 125
952
1 153
914
1 119
–
–
Al/^ 360/57 mm2
2
711
871
735
890
706
866
–
–
Al/^ 240/40 mm
516
631
532
642
517
631
–
–
Al/^ 150/25 mm2
2
405
530
418
540
407
532
–
–
Cu 95 mm
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
47
Tabela 9.
Zimski period – dan
UIazni podaci: t = 15 °C, pS = 800 W/m2, v = 1 m/s, ϕ = 30 °, ε = 0,9, αS = 0,9
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002 IS 37 EPS-a 2003
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
1 966
2 442
–
–
1 932
2 402
1 940
2 328
Al/^ 2x490/65 mm
983
1 221
–
–
966
1 201
970
1 164
Al/^ 490/65 mm2
2
810
1 002
–
–
800
992
800
960
Al/^ 360/57 mm
632
779
–
–
622
767
630
756
Al/^ 240/40 mm2
2
463
567
–
–
458
561
460
552
Al/^ 150/25 mm
370
479
–
–
370
479
374
468
Cu 95 mm2
Tabela 10.
Zimski period – dan
UIazni podaci: t = 15 °C, pS = 800 W/m2, v = 1 m/s, ϕ = 90 °, ε = 0,9, αS = 0,9
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002 IS 37 EPS-a 2003
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
2 258
2 764
2 388
2 868
2 242
2 738
–
–
Al/^ 2x490/65 mm
1 129
1 382
1 194
1 434
1 121
1 369
–
–
Al/^ 490/65 mm2
2
931
1 136
982
1 175
923
1 127
–
–
Al/^ 360/57 mm
727
884
764
912
722
877
–
–
Al/^ 240/40 mm2
2
533
645
557
662
534
643
–
–
Al/^ 150/25 mm
2
431
549
452
565
433
552
–
–
Cu 95 mm
Tabela 11.
Zimski period – no}
UIazni podaci: t = 5 °C, pS = 0 W/m2, v = 1 m/s, ϕ = 30 °, ε = 0,9, αS = 0
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
2 492
2 856
–
–
2 460
2 818
Al/^ 2x490/65 mm
1 246
1 428
–
–
1 230
1 409
Al/^ 490/65 mm2
2
1 018
1 167
–
–
1 010
1 154
Al/^ 360/57 mm
788
902
–
–
777
890
Al/^ 240/40 mm2
2
570
652
–
–
566
646
Al/^ 150/25 mm
477
561
–
–
476
560
Cu 95 mm2
IS 37 EPS-a 2003
Itr (A)
Iktr (A)
2 466
3 304
1 233
1 652
1 015
1 360
783
1 050
566
758
476
728
Tabela 12.
Zimski period – no}
UIazni podaci: t = 5 °C, pS = 0 W/m2, v = 1 m/s, ϕ = 90 °, ε = 0,9, αS = 0
IEEE 738-1993
IEC 61597-1995 CIGRE SC 22.12.2002
Provodnik
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
Itr (A)
Iktr (A)
2
2
778
3
176
2
928
3
302
2
758
3 148
Al/^ 2x490/65 mm
2
1 389
1 588
1 464
1 651
1 379
1 574
Al/^ 490/65 mm
1 138
1 300
1 196
1 348
1 134
1 293
Al/^ 360/57 mm2
2
882
1 007
925
1 042
876
1 000
Al/^ 240/40 mm
641
731
669
753
640
729
Al/^ 150/25 mm2
2
539
632
565
653
541
634
Cu 95 mm
48
IS 37 EPS-a 2003
Itr (A)
Iktr (A)
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
– U matemati~kom modelu datom u IEC standardu
61597 [2] ugra|en je kao fiksan (nepromenljiv)
ulazni podatak za napadni ugao vetra u odnosu na
osu u`eta ϕ = 90 °, tako da ovaj model ne omogu}ava potpuni izbor ulaznih podataka, odnosno meteorolo{kih uslova za koje se ra~unaju trajno dozvoljene i kratkotrajno dozvoljene struje nadzemnih vodova. Obrazlo`enje za ovakav pristup u standardu [2] je da su brzina vetra i napadni ugao vetra
promenljive veli~ine, a trase dalekovoda nisu prave linije i da je stoga ovakav pristup opravdan.
– Pored uobi~ajenih prora~una za dnevne uslove letnje i zimske sezone u radu su dati i rezultati prora~una za pretpostavljene meteorolo{ke uslove za
no}ne uslove od 19:00 h do 07:00 h letnje i zimske sezone. Za no}ne uslove leti usvojena je vrednost temperature vazduha 25 °C, a za no}ne uslove zimi usvojena je vrednost temperature vazduha
5 °C. Vrednosti za no}ne uslove su usvojene na
osnovu najvi{ih prose~nih temperatura uz zaokru`enje, iz dostupne literature, prema podacima zbog
male rezerve u prora~unu. Razlike izme|u dozvoljenih trajnih struja provodnika od Al/^ u`adi za
dnevni i no}ni re`im se kre}u od 45 % do 100 % za
letnju sezonu i od 20 % do 30 % za zimsku sezonu. Razlike izme|u dozvoljenih trajnih struja provodnika od u`eta Cu 95 mm2 za dnevni i no}ni re`im se kre}u od 85 % do 200 % za letnju sezonu i
od 25 % do 30 % za zimsku sezonu. Za u`e Al/^
360/57 mm2, koje je fazni provodnik na najve}em
broju dalekovoda 220 kV u elektroenergetskom sistemu Srbije, dobijaju se slede}e procentualne razlike trajno dozvoljenih struja izme|u dnevnih i
no}nih re`ima (uslova):
– iz tabela 1 i 5 je: (754 A/394 A-1)⋅100 % =
91,37 % – letnja sezona;
– iz tabela 2 i 6 je: (823 A/485 A-1)⋅100 % =
69,69 % – letnja sezona;
– iz tabela 3 i 7 je: (833 A/498 A-1)⋅100 % =
67,30 % – letnja sezona;
– iz tabela 4 i 8 je: (918 A/594 A-1)⋅100 % =
54,54 % – letnja sezona;
– iz tabela 9 i 11 je: (1 018 A/810 A-1)⋅100 % =
25,67 % – zimska sezona;
– iz tabela 10 i 12 je: (1 138 A/931 A-1)⋅100 % =
22,23 % – zimska sezona.
3. ZAKLJU^AK
Iz dvanaest tabela u kojima su sre|eni prora~uni trajno i kratkotrajno dozvoljenih struja vidi se da
se rezultati prora~una koji su ura|eni prema matemati~kim modelima u standardima [1], [2] i [3] ne
razlikuju vi{e od 5 % procenata. S obzirom na to i na
kompletnost standarda predla`emo kori{}enje stanELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
darda IEEE Std. 738-1993 [1] i/ili CIGRE modela
[3] za prora~un trajnih i kratkotrajnih dozvoljenih
struja nadzemnih vodova u prenosnom sistemu.
U radu je ve} re~eno da osnov za pode{enje prvog stepena za{tite od preoptere}enja dalekovoda
treba da bude trajno dozvoljena struja za temperaturu provodnika od 60 °C, a osnov za pode{enje drugog stepena za{tite od preoptere}enja treba da bude
kratkotrajno dozvoljena struja za temperaturu provodnika od 80 °C.
U prenosnoj mre`i 220 kV u Zapadnoj Srbiji, od
Beograda, preko Bajine Ba{te i Po`ege do Ni{a, ~esto je u letnjoj sezoni blokirana za{tita od preoptere}enja. Izgradnjom DV 400 kV Kragujevac 2 –
Kraljevo 3, prema Planu razvoja prenosnog sistema
[7], smanji}e se optere}enje dalekovoda 220 kV i
gubici, a pove}a}e se sigurnost i pouzdanost rada
prenosne mre`e u Zapadnoj Srbiji. Uz neophodnu izgradnju DV 400 kV Kragujevac 2 – Kraljevo 3 mogu}e je pobolj{ati efikasnost rada prenosne mre`e
220 kV u Zapadnoj Srbiji ako se, pored za sada standardnih pode{enja za{tite od preoptere}enja za letnju i zimsku sezonu, uvedu u dispe~ersko upravljanje podaci sa trajno i kratkotrajno dozvoljenim strujama nadzemnih vodova za no}ne uslove. No}ne
trajno dozvoljene struje ve}e su u odnosu na dnevne
dozvoljene struje provodnika za letnju sezonu nadzemnih vodova 220 kV od 50 % do 95 %, a letnja sezona i jeste kriti~na. Uvo|enje no}ne trajno dozvoljene struje za letnju sezonu omogu}ava sigurniji i
pouzdaniji rad prenosnog sistema u Zapadnoj Srbiji od 19:00 h do 07:00 h, {to uklju~uje i nesmetan
rad ma{ina u RHE Bajina Ba{ta u pumpnom re`imu.
Zbog toga predla`emo da se u upravlja~kim
centrima prenosnog sistema Srbije, pored podataka
o dozvoljenim strujama za letnji i zimski period danju, koriste i podaci o trajno i kratkotrajno dozvoljenim strujama za letnji i zimski period no}u, jer bi to
omogu}ilo sigurniji i pouzdaniji rad elektroenergetskog sistema i olak{alo odlu~ivanje dispe~erima.
Pored navedenog predloga da se uvedu ~etiri
osnovna re`ima rada prenosnog sistema sa granicama mogu}eg optere}enja nadzemnih vodova, veoma
je va`no da se istakne da je mogu}e jo{ pobolj{ati sigurnost i pouzdanost rada prenosnog sistema tako
{to }e dispe~erima u upravlja~kim centrima prenosnog sistema biti na raspolaganju real time prora~uni u okviru SCADA sistema ili kao samostalne ra~unarske aplikacije za odre|ivanje trajnih i kratkotrajnih dozvoljenih struja nadzemnih vodova. Ilustracija va`nosti toga je da letnja sezona obuhvata mesece od maja do septembra i tokom tih pet letnjih meseci nisu stalno isti ulazni meteorolo{ki podaci koji
se koriste za odre|ivanje trajnih dozvoljenih struja
za dnevni re`im, kao {to su temperatura vazduha
49
Ta = 35 °C i brzina vetra v = 0,6 m/s (ova brzina se
defini{e kao prirodno strujanje vazduha kada je vreme tiho, „bez vetra”). Nadzemni vodovi uglavnom
imaju trase van naseljenih mesta, gde su su vodovi u
ve}em delu Srbije po brdovitom ili planinskom terenu, pa su zbog vegetacije i ve}e nadmorske visine ni`e temperature vazduha, u no}nim i jutarnjim satima
je rosa, strujanje vazduha (vetar) je ja~e nego u naseljenim mestima. Aktuelni podaci, koji se a`uriraju
na svaka dva sata, o temperaturi vazduha, brzini vetra, opisu vremena, kao i drugi meteorolo{ki podaci
koji se ne upotrebljavaju u prora~unima (pritisak i
vla`nost vazduha, pravac vetra, toplotni indeks),
mogu se dobiti iz meteorolo{kih stanica sa lokacija
koje pokrivaju celu Srbiju, sa web site-a Republi~kog hidrometeorolo{kog zavoda Srbije [8] ili posebnom uslugom (servisom) koju RHMZ Srbije nudi zainteresovanim korisnicima.
4. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
IEEE Std. 738-1993 STANDARD FOR CALCULATING THE CURRENT-TEMPERATURE RELATIONSHIP OF BARE OVERHEAD CONDUCTORS
IEC 61597-1995 – TECHNICAL REPORT TYPE 3
– OVERHEAD ELECTRICAL CONDUCTORS –
CALCULATION METHODS FOR STRANDED
BARE CONDUCTORS,
CIGRE STUDY COMMITTEE 22 – WORKING
GROUP 12, TECHNICAL BROCHURE 207 –
Thermal Behaviour of Overhead Conductors, Paris,
august 2002
IS 37 TRAJNO DOZVOLJENE STRUJE FAZNIH
PROVODNIKA NADZEMNIH VODOVA NAZIV-
NIH NAPONA 400 kV, 220 kV i 110 kV, JP Elektroprivreda Srbije, 2003. godine, http://www.ems.rs
[5] D. S. Tasi}, TERMI^KI ASPEKTI STRUJNE OPTERETLJIVOSTI PROVODNIKA NADZEMNIH
ELEKTROENERGETSKIH VODOVA, Monografija, Elektronski fakultet, Ni{, 2002. godine
[6] PRAVILNIK O TEHNI^KIM NORMATIVIMA
ZA IZGRADNJU NADZEMNIH ELEKTROENERGETSKIH VODOVA NAZIVNOG NAPONA
OD 1 kV DO 400 kV, Slu`beni list SFRJ broj 65/88
i Slu`beni list SRJ broj 18/92
[7] PLAN RAZVOJA PRENOSNOG SISTEMA SRBIJE ZA PERIOD DO 2013. GODINE, Javno preduze}e Elektromre`a Srbije, Beograd, 2008. godine,
http://www.ems.rs
[8] Republi~ki hidrometeorolo{ki zavod Srbije,
http://www.hidmet.gov.rs
[9] T. Sajdl, G. Jakupovi}, N. ^ukalevski, S. Krstonijevi}, S. Cveti}anin, M. Pavlovi}, Z. Nedeljkovi},
APLIKACIJE ZA PRORA^UN MOGU]NOSTI
OPTERE]ENJA TRANSFORMATORA I DALEKOVODA, 26. savetovanje JUKO CIGRE, Banja
Vru}ica – Tesli}, 25-30. maj 2003. Republika Srpska
[10] N. Cukalevski, G. Jakupovic, N. Damjanovic, S.
Cveticanin, T. Sajdl, S. Krstonijevic, B. Tomasevic,
M. Mitrovic, THE DATA WAREHOUSE FOR THE
MULTIPLE CONTROL CENTERS TRANSMISSION SYSTEM OPERATOR, CIGRE 2004, Paris,
29th August – 3rd September 2004, France
[11] S. Krstonijevi}, N. ^ukalevski, G. Jakupovi}, N. Damjanovi}, S. Cveti}anin, REAL-TIME TRANSMISSION ELEMENTS DYNAMIC LOADING APPLICATIONS FOR SYSTEM OPERATION RELIABILITY IMPROVEMENT, 5. Sovetuvanje MAKO CIGRE 07, 7-9. 10. 2007. Ohrid, Makedonija
Rad STK B2 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 03. 07. 2009. godine
Neboj{a Petrovi} je ro|en 1965. godine u Kru{evcu. Diplomirao je na smeru elektroenergetski sistemi Energetskog odseka Elektrotehni~kog fakulteta u Beogradu. U Elektroistoku, odnosno u Elektromre`i Srbije, radio je u Slu`bi odr`avanja, kao in`enjer na redovnom i
investicionom odr`avanju dalekovoda i trafostanica, {ef Mre`no-regionalnog centra, rukovodilac Slu`be eksploatacije, sada je direktor Pogona prenosa Kru{evac.
Neki od poslova na kojima je radio su: kreiranje baze podataka za pra}enje odr`avanja
transformatorkih stanica i dalekovoda u Pogonu prenosa Kru{evac u programu MS Access,
rekonstrukcija DV 110 kV broj 113/4 TS Leskovac 2 – EVP Grdelica, uvo|enje (izgradnja polja) DV 110 kV
broj 1219 TS Vranje 1 – HE Vrla 3 u TS 110/35 kV/kV Vranje 1 u Vranju i postrojenje 110 kV HE Vrla 3 u
Surdulici, provizorijum za rad pod naponom 110 kV DV 220 kV TS Kru{evac 1 – TS Ni{ 2 u TS Kru{evac
1, koordinacija izolacije u postrojenjima 220/110 kV/kV Leskovac 2 i 400/220/110 kV/kV/kV Ni{ 2. U~estvovao je u izgradnji postrojenja 110 kV u TS 110/35 kV/kV Kur{umlija, pripremi za uklju~enje u tehni~ki sistem upravljanja TS 400/110 kV/kV Kragujevac 2 i TS 220/110 kV/kV Kraljevo 3, izgradnji TS 400/110
kV/kV Jagodina 4. Objavio je sedam stru~nih radova na savetovanjima JUKO CIGRE, CIGRE Srbija i me|unarodnim kolokvijumu CIGRE u Beogradu sa temama : energetski kriterijumi za revitalizaciju nadzemnih vodova, prora~uni elektri~nog i magnetnog polja u blizini nadzemnih vodova vezane za tehni~e performanse EES (STK C4 CIGRE Srbija), kao i radove o elektri~nim prora~unima za nadzemne vodove sa ko50
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
mentarima tehni~kih propisa za njihovu izgradnju. ^lan je studijskih komiteta C2 Upravljanje i eksploatacija EES-a i B2 Nadzemni vodovi CIGRE Srbija.
Ninel ^ukalevski je ro|en 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. je izabran 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). U NI 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. ^lan je me|unarodnih
radnih grupa (WG C2.01 i C2.03) za centre upravljanja EES i obuku operativnog personala EES me|unarodne organizacije CIGRE Pariz, kao i ~lan CIGRE Srbija i udru`enja ETRAN-a. Dobitnik je renomirane
nagrade Technical Committee Award me|unarodne organizacije CIGRE Pariz za 2007. godinu.
Sovjetka Krstonijevi} je ro|ena 1966. godine u Mostaru. Diplomirala je februara 1993,
a magistrirala je novembra 2001. godine, na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Od 1993. do 1999. godine radila je kao in`enjer razvoja u d.d. Teleoptik-Beograd. U
institutu „Mihajlo Pupin” je od 2001. godine i anga`ovana je na programima upravljanja
elektroenergetskim sistemom. Oblast njenog interesovanja su razvoj algoritama i aplikacija
za analizu rada elektroenergetskog sistema, analiza postoje}ih modela u elektroenergetskom
sistemu i njihova softverska implementacija. Tokom profesionalne karijere se bavila i razvojem i primenom razli~itih Machine Learning tehnika za modelovanje i obradu signala.
^lan je IEEE asocijacije i potpredsednik IEEE WIE: Women in Engineering za Srbiju.
Vladica Mijailovi}
Odre|ivanje optimalne koli~ine
rezervnih komponenti
energetskih transformatora
Stru~ni rad
UDK: 621.314; 005.591.1
Rezime:
U radu je dat predlog modela za odre|ivanje optimalne koli~ine rezervnih komponenti energetskih
transformatora, ~ijom se nabavkom minimiziraju o~ekivani tro{kovi i {tete tokom planiranog perioda eksploatacije. Tako|e, analiziran je i uticaj trenutka sprovo|enja revitalizacije na visinu o~ekivanih {teta. Primena predlo`enog modela je pokazana na primeru jedne transformatorske stanice 2x31,5 MVA.
Klju~ne re~i: energetski transformator, rezervne komponente, revitalizacija, {tete, tro{kovi
Abstract:
OPTIMAL SPARING STRATEGY FOR POWER TRANSFORMER COMPONENTS
The paper suggests a method to optimize the spare amount of power transformer components. This sparing policy is conceived to provide the minimum total cost consisting of investment, failure repair and load
curtailment costs. Also, the influence of performing of transformer revitalisation on expected total cost is
analysed. The application of the method suggested and the benefits it provides are demonstrated for substation with two installed power transformers.
Key words: power transformer, spare parts, revitalisation, load curtailment, cost
1. LISTA KORI[]ENIH OZNAKA
t – vreme
Cnew – nabavna cena novog transformatora
Cnew,k – nabavna cena komponente „k” energetskog
transformatora
b – broj funkcionalnih celina (komponenti) energetskog transformatora
fk – broj kategorija kvarova komponente „k” energetskog transformatora prema du`ini trajanja
pk – relativni udeo kvarova komponente „k” u
ukupnom broju kvarova energetskog transforb
matora (Σ pk = 1)
i=1
pk,i– relativni udeo kategorije kvara „i” u ukupnom
broju kvarova komponente „k” energetskog
fk
transformatora (Σ pk,i = 1)
i=1
CET (t,t + 1)– prose~ni godi{nji tro{kovi po jednom
energetskom transformatoru tokom
perioda (t,t + 1)
C’k,i – cena otklanjanja kvara „i” na komponenti „k”
energetskog transformatora za slu~aj kada
komponenta „k” nije raspolo`iva kao rezerva
C’’k,i – cena otklanjanja kvara „i” na komponenti „k”
energetskog transformatora za slu~aj kada je
komponenta „k” raspolo`iva kao rezerva
Prof. Vladica Mijailovi}, dipl. in`. el. – Tehni~ki Fakultet, ^a~ak
52
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
r’k,i – vreme trajanja otklanjanja kvara „i” na komponenti „k” energetskog transformatora za
slu~aj kada komponenta „k” nije raspolo`iva
kao rezerva
r’’k,i – vreme trajanja otklanjanja kvara „i” na komponenti „k” energetskog transformatora za
slu~aj kada je komponenta „k” raspolo`iva
kao rezerva
λk,MF – intenzitet krupnih kvarova komponente „k”
energetskog transformatora
λk,mf – intenzitet sitnih kvarova komponente „k”
energetskog transformatora
β – op{ta oznaka za parametar oblika Veibulove raspodele
α – op{ta oznaka za parametar razmere Veibulove
raspodele
R(t) – op{ta oznaka za neotkazivost
U(t) – op{ta oznaka za neraspolo`ivost
τ1 (t,t + 1) – prose~no godi{nje trajanje ispada jednog transformatora tokom perioda
τ2 (t,t + 1) – prose~no godi{nje trajanje ispada oba
transformatora tokom perioda
ΔWneisp (t,t + 1) – prose~na godi{nje neisporu~ena
elektri~na energija tokom perioda
CEN – cena neisporu~ene elektri~ne energije
N – o~ekivani `ivotni vek energetskog transformatora
tref – vreme trajanja postupka revitalizacije transformatora
Cref (Tref)– cena sprovo|enja revitalizacije u trenutku
cije radi, na slici 1 prikazani su statisti~ki podaci o
godi{njem intenzitetu krupnih kvarova energetskih
transformatora u SAD, stavljenih u pogon 1973. godine, i procena intenziteta krupnih kvarova za period
2004-2015. godine.
Ako se ima u vidu ~injenica da je o~ekivani
eksploatacioni vek energetskog transformatora oko
40 godina, na osnovu slike 1 mo`e se pretpostaviti
da nabavka rezervnog energetskog transformatora
nije opravdana u prvim godinama eksploatacije, kada intenzitet kvarova ima malu vrednost. Ovo se
mo`e objasniti ~injenicom da je tokom prvih 20-ak
godina eksploatacije uticaj starenja na intenzitet
kvarova najosetljivijih komponenti mali.
Zahvaljuju}i raspolo`ivoj pogonskoj statistici,
stvoreni su uslovi da se pri odre|ivanju optimalne koli~ine rezervne opreme razmatra nabavka pojedinih
komponenti, a ne ~itavog energetskog transformatora.
U nastavku rada bi}e izlo`en model koji omogu}ava da se proceni optimalna koli~ina rezervnih komponenti energetskog transformatora, za slu~aj eksploatacije bez i sa sprovo|enjem revitalizacije, kada se
potro{a~i napajaju radijalno i kada je ispunjen kriterijum „n-1” sigurnosti. Nakon revitalizacije transformator ima sve osobine kao da je nov i mo`e da radi bar
jo{ onoliko godina koliko je radio pre revitalizacije.
Primena modela je ilustrovana na transformatorskoj
stanici (TS) 110/x kV/kV, 2x31,5 MVA.
intenzitet krupnih kvarova
energetskih transformatora
2. UVOD
Kvarovi na opremi u postrojenjima, naj~e{}e,
imaju za posledicu prekide u isporuci elektri~ne energije do krajnjih potro{a~a. [teta koju pri tome trpe
potro{a~i zavisi od du`ine trajanja prekida i strukture
potro{nje, dok je {teta koju trpi distributivno preduze}e srazmerna koli~ini neisporu~ene elektri~ne energije i stepenu o{te}enja opreme. Najte`e posledice
nastaju u slu~aju kvarova energetskih transformatora,
jer njihovo otklanjanje dugo traje i puno ko{ta.
Kao {to je poznato, kvarovi se mogu podeliti na
popravljive i nepopravljive. Otklanjanje popravljivih
kvarova traje relativno kratko i bez upotrebe rezervnih delova. Za otklanjanje nepopravljivih kvarova
mora se upotrebiti rezervni element, tako da trajanje
otklanjanja zavisi i od raspolo`ivosti potrebnog rezervnog dela-komponente. Nabavkom rezervnih elemenata znatno se uti~e na trajanje otklanjanja kvara, kada do njega do|e, ali ta nabavka iziskuje znatna investiciona sredstva. Opravdanost nabavke rezervne
opreme utvr|uje se tehni~ko-ekonomskom analizom.
Tako|e, poznato je da intenzitet kvarova raste
sa porastom starosti opreme u eksploataciji. IlustraELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
procena
statistika
1973. 1978. 1983. 1988. 1993. 1998. 2003. 2008. 2013.
Slika 1. Statisti~ki podaci o intenzitetu λ0t,MF krupnih
kvarova u periodu 1973-2003. godine i procena za period 2004-2015. godine
3. PREDLOG MODELA
Energetski transformator se mo`e nalaziti u radnom ili u neradnom stanju. Kvarovi koji energetski
transformator prevode u neradno stanje se mogu podeliti na sitne (minor failures) i krupne kvarove (major failures), zbog kojih dolazi do gubitka jedne ili
vi{e funkcionalnih sposobnosti transformatora.
Kvarovi koji se mogu otkloniti za t ≤ 24 h smatraju
se sitnim kvarovima.
53
Verovatno}a boravka komponente „k” energetskog transformatora u radnom stanju (neotkazivost )
predstavljena je izrazom:
⎛ ⎛ t ⎞ βk ⎞
Rk ( t ) = exp (−( λk ,mf + λk ,MF ) ⋅ t )⋅ e xp ⎜ − ⎜ ⎟ ⎟ (1)
⎜ ⎝ αk ⎠ ⎟
⎝
⎠
odnosno, usvojeno je da se iz radnog u neradno stanje mo`e pre}i zbog slu~ajnih kvarova i/ili zbog starenja elemenata respektivno.
Energetski transformator se sastoji od 6 funkcionalnih celina-komponenti:
1. Namotaji + ulje, 2. Provodni izolatori, 3. Kotao, 4. Regulator napona, 5. Ostali pribor i 6. Jezgro.
Prema o~ekivanoj du`ini trajanja otklanjanja,
postoje tri kategorije kvarova:
i = 1) kvarovi koji se otklanjaju za t ≤ 1 dan,
i = 2) kvarovi koji se otklanjaju za 1 < t ≤ 30 dana,
i = 3) kvarovi koji se otklanjaju za t > 30 dana.
Kvarovi iz prve dve kategorije su popravljivi, a
iz tre}e– nepopravljivi kvarovi.
U tabeli 1 dati su podaci o udelu pojedinih komponenti u ukupnom broju kvarova energetskih transformatora, prema anketi CIGRE [1], kao i vremena
trajanja otklanjanja pojedinih kategorija kvarova.
Za slu~aj pogona bez dr`anja rezervne opreme i
sprovo|enja revitalizacije, tro{kovi tokom planskog
perioda eksploatacije sastoje se samo od tro{kova
otklanjanja kvara. Prose~na godi{nja vrednost ovih
tro{kova po jednom transformatoru, tokom perioda
(t,t + 1) mo`e se proceniti iz izraza:
b
[Rtot ( t ) − Rtot ( t + 1 )]⋅ ∑ pk ⎜ ∑
k =1
C ET ,b ( t ,t + 1 ) = t +1
∫R
tot
t
fk
k =1
i =1
⎝ i =1
( t ) ⋅ dt + [Rtot ( t ) − Rtot ( t + 1 )]⋅ ∑
k
b
⎛ fk
⎞
)]⋅ ∑ pk ⎜ ∑ pk ,i ⋅ Ck' ,i ⎟
k =1
⎝ i =1
⎠
b
⎛
fk
b
Rtot ( t + 1 )]⋅ ∑ pk ∑ pk ,i ⋅ rk' ,i
, Rtot (t ) = ∏ Rk (t )
(2)
O~ekivana prose~na godi{nja trajanja ispada
jednog transformatora i oba transformatora tokom
perioda su:
(h)
τ1,b (t,t + 1) = U ET ,b (t,t + 1)⋅ 8760 [ h]
τ 2 ,b (t,t + 1) = U ET ,b (t,t + 1) ⋅ 8760 [(h)
h]
2
(4)
Tabela 1.
Trajanje Trajanje
kvara bez kvara sa
rezervne rezervnom
opreme, opremom,
r’k,i
r’’k,i
15 dana
15 dana
250 dana 15 dana
1 dan
1 dan
40 dana
3 dana
40 dana
15 dana
1 dan
1 dan
3 dana
3 dana
90 dana
15 dana
1 dan
1 dan
3 dana
3 dana
40 dana
3 dana
1 dan
1 dan
30 dana
15 dana
40 dana
15 dana
15 dana
15 dana
180 dana 15 dana
„Kategorija”
p
pk,i
Komponenta k kvara prema
(%)
(%)
trajanju
≤ 30 dana
1) Namotaji
26,4
+ ulje
> 30 dana
≤ 1 dan
2) Provodni
12 1 ÷ 30 dana
izolatori
> 30 dana
≤ 1 dan
3) Kotao 7,9 1 ÷ 30 dana
> 30 dana
≤ 1 dan
4) Regulator
40,7 1 ÷ 30 dana
napona
> 30 dana
≤ 1 dan
5) Ostalo 10,6 1 ÷ 30 dana
> 30 dana
1 ÷ 30 dana
6) Jezgro 2,4
> 30 dana
14,54
85,46
14,82
51,85
33,33
58,82
23,53
17,65
25,61
52,44
21,95
65,22
17,39
17,39
50
50
Kupovinom rezervne opreme svesno se pove}avaju eksploatacioni tro{kovi da bi se snizila neraspolo`ivost transformatora, odnosno {teta koju }e isporu~ilac da pretrpi zbog neisporu~ene elektri~ne energije. Uticaj rezervne opreme nabavljene u, na primer, trenutku Tj perioda eksploatacije obuhvata se
na slede}i na~in: Ako se do trenutka Tj dogodi kvar
on }e biti otklonjen, a ako ne u trenutku Tj bi}e kupljena rezervna komponenta j energetskog transformatora. Izrazi (2) i (3) postaju, za t ≥ Tj:
k =1
⎛
fj
⎜
i =1
[Rtot ( t ) − Rtot ( t + 1 )]⋅ ⎜⎜ p j ∑ p j ,i ⋅ C"j ,i
⎝
CET ,s ( t,t + 1 ) =
a prose~na godi{nja neraspolo`ivost:
⎛
⎛
f
t +1
[Rtot ( t ) − Rtot ( t + 1 )]⋅ ∑ pk ⎜ ∑
⎜p
⋅
+
−
+
⋅
R
(
t
)
dt
R
(
t
)
R
(
t
1
)
[
]
∑
tot
tot
tot
j
∫
k =1
⎜⎜ i =1
⎝ i =1
U ET ,b ( t,t + 1 ) = t +1
t
⎝
∫ Rtot ( t ) ⋅ dt + [Rtot ( t ) − Rtot ( t + 1 )]⋅ ∑
j
⎞
fk
b
C"j ,i + ∑ pk ∑ pk ,i ⋅ Ck' ,i ⎟
⎟⎟
k =1
i =1
k≠ j
⎠
b
⎛ fk
⎞
t ) − Rtot ( t + 1 )]⋅ ∑ pk ⎜ ∑ pk ,i ⋅ rk' ,i ⎟
k =1
⎝ i =1
⎠
b
fk
dt + [Rtot ( t ) − Rtot ( t + 1 )]⋅ ∑ pk ∑ pk ,i ⋅ r
k =1
54
i =1
'
k ,i
(3)
⎞
⎟
j ∑ p j ,i ⋅ r + ∑ pk ∑ pk ,i ⋅ r ⎟
i =1
k =1
i =1
⎟
k≠ j
⎠
fj
"
j ,i
b
fk
'
k ,i
+N
Rtot ( T j ) ⋅ Cnew, j
∫R
tot
(5)
( t ) ⋅ dt + U I (0 ,N )
0
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
⎛
+ 1))+ CEN ⋅ (ΔWneisp ,b (t,t + 1)− ΔWneisp ,s (t,t + 1))
fj
[Rtot ( t ) − Rtot ( t + 1) ]⋅ ⎜⎜ p j ∑ p
⎜
⎝
U ET ,s ( t ,t + 1 ) =
i =1
⎛
t +1
⎜
∫t Rtot ( t ) ⋅ dt + [Rtot ( t ) − Rtot ( t + 1) ]⋅ ⎜⎜
⎝
⎛
⎞
fj
f
b
k
t + 1) ]⋅ ⎜ p j ∑ p j ,i ⋅ rj",i + ∑ pk ∑ pk ,i ⋅ rk',i ⎟
⎜ i =1
⎟
k =1
i =1
⎜
⎟
k≠ j
⎝
⎠
⎛
⎞ (6)
fj
fk
b
) − Rtot ( t + 1) ]⋅ ⎜ p j ∑ p j ,i ⋅r j",i + ∑ pk ∑ pk ,i ⋅rk ',i ⎟
⎜⎜ i =1
⎟⎟
k =1
i =1
k
j
≠
⎝
⎠
b
fk
k =1
i =1
U I (0 ,N ) = ⎡⎣1 − Rtot (T j ) ⎤⎦ ⋅ ∑ pk ∑ pk ,i ⋅ rk' ,i + ⎡⎣Rtot (T j ) − Rt
⎛
Tj ) − Rtot ( N ) ⎤⎦ ⋅ ⎜ p j
⎜⎜
⎝
fj
∑p
i =1
j ,i
b
⋅ r + ∑ pk
"
j ,i
k =1
k≠ j
fk
∑p
i =1
k ,i
⎞
⋅r ⎟
⎟⎟
⎠
'
k ,i
Druga mera za pobolj{anje pouzdanosti transformatora koja }e ovde biti razmatrana je revitalizacija. Sprovo|enjem revitalizacije zavr{ava se jedan ciklus i po~inje drugi kada transformator ima
sve osobine kao da je nov. Trenutak sprovo|enja revitalizacije Tref se odre|uje tako da se tokom ciklusa
ostvari minimalna prose~na neraspolo`ivost transformatora, odnosno tako da va`i:
U ET ( 0,Tref ) =
fk
∑p
i =1
(7)
O~ekivana prose~na godi{nja trajanja ispada
jednog transformatora i oba transformatora tokom
perioda (t,t + 1), za slu~aj dr`anja rezervne opreme,
su:
τ1,s (t,t + 1) = U ET ,s (t,t + 1)⋅ 8760 [(h)
h]
τ 2 ,s (t,t + 1) = U ET ,b (t,t + 1)⋅U ET ,s (t,t + 1)⋅ 8760 (h)
[ h] (8)
Opravdanost nabavke rezervne opreme se proverava na slede}i na~in:
Za slu~aj pogona bez rezervne opreme, o~ekivani tro{kovi i {tete tokom perioda (t,t + 1) za postrojenje sa dve transformatorske jedinice su:
2 ⋅ CET ,b (t,t + 1) + ΔWneisp ,b (t,t + 1)⋅ CEN ,
(9)
k ,i
b
fk
k =1
i =1
(1 − Rtot ( Tref ) )⋅ ∑ pk ∑ pk ,i ⋅ rk',
Rtot (Tref )⋅ tref +
Tref
∫R
tot
⋅ rk',i + Rtot (Tref )⋅ tref
→ min
min
fk
b
+ (1 − Rtot (Tref ) )⋅ ∑ pk
∑p
k =1
i =1
( t ) ⋅ dt + (1 − Rtot (
k ,i
(10)
⋅ rk ',i
Ako usvojimo prakti~nu pretpostavku da vrednost transformatora tokom eksploatacije opada za
1,5 % godi{nje, cena revitalizacije }e iznositi
Cref(Tref) = 0,015⋅Tref⋅Cnew. Prose~ni tro{kovi tokom
jednog ciklusa, za slu~aj pogona bez dr`anja rezervne opreme, bi}e:
CET ( 0 ,Tref ) = Tref
b
⎛ fk
' ⎞
(
T
)
p
⋅
)
∑
tot
ref
k ⎜ ∑ pk ,i ⋅ Ck ,i ⎟
k =1
⎝ i =1
⎠
(1 − R
∫
b
fk
k =1
i =1
Rtot ( t ) ⋅ dt + (1 − Rtot ( Tref ))⋅ ∑ pk ∑
0
b
⎛ fk
⎞
))⋅ ∑ pk ⎜ ∑ pk ,i ⋅ Ck' ,i ⎟ + Rtot (Tref )⋅ Cref ( Tref )
k =1
⎝ i =1
⎠
(1 − R
tot
b
fk
k =1
i =1
( Tref ))⋅ ∑ pk ∑ pk ,i ⋅ r + Rtot (Tref )⋅ tref
(11)
'
k ,i
a za slu~aj sa dr`anjem rezervne opreme:
2 ⋅ C ET ,s (t,t + 1) + ΔWneisp ,s (t,t + 1)⋅ CEN +
CEN +
Rtot (T j ) ⋅ Cnew, j
N
∫R
tot
( t ) ⋅ dt + U I (0,N )
Nabavka rezervne opreme je opravdana ako va`i:
Rtot ( T j ) ⋅ Cnew, j
N
∫R
tot
( t ) ⋅ dt + U I (0,N )
≤ 2 ⋅ (CET ,b (t,t + 1) − CET ,s (t,t +
0
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
4. PRIMENA MODELA
Primena predlo`enog modela bi}e ilustrovana
na primeru jedne TS 110/x kV/kV, u kojoj su instalirana dva energetska transformatora od po 31,5 MVA.
Prora~uni su ura|eni za o~ekivani `ivotni vek transformatora od N = 40 godina.
Linearizovani godi{nji dijagram trajanja optere}enja za analiziranu TS je prikazan na slici 2. Maksimalno optere}enje iznosi 80 %, a minimalno 40 %
instalisane snage, Pinst = 2 ⋅ 31,5 = 63 MVA.
Prose~na godi{nja {teta zbog neisporu~ene
elektri~ne energije je:
55
ΔWneisp ,b( s ) (t,t + 1) = CEN ⋅ ⎡⎣ΔWneisp , 1,b( s ) + ΔWneisp , 2,b( s ) ⎤⎦
[EUR / god ]
(evra/godi{nje)
(12)
Usvojeno je da cena neisporu~ene elektri~ne
energije iznosi CEN = 0,10 eur/kWh. Za trajanje revitalizacije usvojeno je da iznosi tref = 28 dana.
Nabavne cene komponenti energetskog transformatora 110 kV, 31,5 MVA navedene su u tabeli
2. U tabeli 3 date su cene otklanjanja pojedinih kategorija kvarova na komponentama.
Tabela 3.
Cena otklaCena otkla„Kategorija” njanja kvara njanja kvara
pk
kvara prema bez rezervne sa rezervnom
Komponenta
(%)
opremom
trajanju
opreme C’k,i
C’’k,i
≤ 30 dana 0,2⋅Cnew,1+Cu Cu
1) Namotaji +
26,4
ulje
> 30 dana 0,5⋅Cnew,1+Cu Cu
≤ 1 dan
2) Provodni
izolatori
> 30 dana Cnew,2+Cu
≤ 1 dan
3) Kotao
a1
Wneisp,2
neisp , 2
bb11 ΔΔW
0,2⋅Cnew,3
ττ2
2
t t(h)
[h
88760
760
Pmax
inst
PPinst
yy1 1
Pinst
inst
22
ΔΔW
Wneisp,1
neisp ,1
0,1⋅Cnew,4
0,2⋅Cnew,4
–
0,1⋅Cnew,5
0,1⋅Cnew,5
0,5⋅Cnew,5
2,4
–
1 ÷ 30 dana 0,2⋅Cnew,6+Cu Cu
> 30 dana 0,5⋅Cnew,6+Cu Cu
Za usvojenu srednju vrednost intenziteta kvarova energetskog transformatora od 0,015 1/godine za
prvih 30 godina eksploatacije, na osnovu krive sa
slike 1 i podataka navedenih u tabeli 1, metodom
minimuma sume kvadrata odstupanja dobijaju se
parametri Veibulove raspodele u (1) za pojedine
komponente, tabela 4.
Tabela 4.
ττ11
Slika 2. Linearizovani godi{nji dijagram
trajanja optere}enja (a1 = 0,8, b1 = 0,4)
Tabela 2.
56
Cu
10,6 1 ÷ 30 dana 0,5⋅Cnew,5
> 30 dana Cnew,5
6) Jezgro
Cu
7,9 1 ÷ 30 dana 0,2⋅Cnew,3
≤ 1 dan
5) Ostalo
–
0,1⋅Cnew,3
≤ 1 dan 0,1⋅Cnew,4
4) Regulator
40,7 1 ÷ 30 dana 0,2⋅Cnew,4
napona
> 30 dana 0,4⋅Cnew,4
yy22
0,4⋅Cnew,2
0,1⋅Cnew,3
> 30 dana Cnew,3+Cu
Pmax
max
Pinst
P
inst
k
1
2
3
4
5
6
0,4⋅Cnew,2
12 1 ÷ 30 dana Cnew,2
Komponenta
Namotaji + ulje
Provodni izolator
Kotao
Regulator napona
Ostalo
Jezgro
Cena , EUR
250 000+ 40 000
800
28 000
42 000
22 000
80 000
k
Komponenta
1
2
3
4
5
6
Namotaji + ulje
Provodni izolator
Kotao
Regulator napona
Ostali pribor
Jezgro
βk
αk
3,58
3,58
3,58
3,58
3,58
3,58
57,013 1
74,315 9
102,321
54,872 3
98,807 9
111,395
Za slu~aj pogona bez sprovo|enja revitalizacije
i za planski period od N = 40 godina prora~unom se
dobijaju slede}i rezultati:
a) radijalno napajanje potro{a~a
– nabavka rezervnih namotaja je opravdana od 1.
godine. Investicija za nabavku namotaja iznosi
7 494,55 evra/godi{nje, a smanjenje {tete zbog neisporu~ene elektri~ne energije u 1. godini iznosi
15 395,7 evra. Na slici 3 dat je uporedni pregled
visine investicionih tro{kova (b)) i godi{njih u{teda zbog smanjenja tro{kova i {teta (a)).
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Godi{nja u{teda a) i jedini~ne
investicije b) evra/godi{nje
30 000
25 000
20 000
15 000
10 000
5 000
0
a)
b)
11
22
33
44
55
66
77
88
99
Godina
nasbavke rezervnih
rezervnih namotaja
Godina
nabavke
namotaja
Slika 3. U{teda ostvarena nabavkom rezervnih namotaja
Godi{nja u{teda a) i jedini~ne
investicije b) evra/godi{nje
– nabavka rezervnih provodnih izolatora je, tako|e,
opravdana od 1. godine. Investicija za nabavku
provodnih izolatora iznosi 143,67 evra/godi{nje, a
smanjenje {tete zbog neisporu~ene elektri~ne
energije u 1. godini iznosi 5 751,65 evra;
– nabavka rezervnog regulatora napona je opravdana od 7. godine. Investicija za nabavku regulatora
napona iznosi 1 256,10 evra/godi{nje, a smanjenje
{tete zbog neisporu~ene elektri~ne energije u 7.
godini iznosi 1 360,34 evra. Tokom prethodnih
godina ovo smanjenje je manje, {to je pokazano na
slici 4.
– nabavka rezervnog kotla je opravdana od 11. godine. Investicija za nabavku kotla iznosi 837,3 evra/godi{nje, a smanjenje {tete zbog neisporu~ene
elektri~ne energije u 11. godini iznosi 854,83 evra;
– nabavka rezervnog ostalog pribora je opravdana
od 13. godine. Investicija za nabavku ostalog pribora iznosi 657,87 evra/godi{nje, a smanjenje {tete zbog neisporu~ene elektri~ne energije u 13. godini iznosi 695,73 evra;
– nabavka rezervnog jezgra je opravdana od 15. godine. Investicija za nabavku jezgra iznosi 2 392,4 evra/godi{nje, a smanjenje {tete zbog neisporu~ene
elektri~ne energije u 15. godini iznosi 2 469,5
evra.
3 000
2 500
a)
2 000
1 500
1 000
b)
500
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12
Godina nabavke rezervnog regulatora namotaja
Slika 4. U{teda ostvarena nabavkom
rezervnog regulatora napona
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
b)ispunjen kriterijum „n-1” sigurnosti
– Nabavka bilo koje rezervne komponente nije
opravdana.
c) sprovo|enje revitalizacije
Minimalna neraspolo`ivost se ostvaruje ako se
revitalizacija sprovede nakon 26 godina eksploatacije. Nakon revitalizacije transformator ima sve osobine kao da je nov i mo`e da radi bar jo{ onoliko godina koliko je radio pre revitalizacije. Prose~na godi{nja {teta zbog neisporu~ene elektri~ne energije
tokom perioda od 26 godina je oko dva puta manja
od {tete koja bi nastala tokom perioda od 40 godina
bez sprovo|enja revitalizacije.
Veoma je va`no naglasiti slede}e: sprovo|enje
revitalizacije zbog odlaganja nabavke novog transformatora nema ekonomsko opravdanje. Ra~unica
je jednostavna: sada{nja vrednost nabavke novog
transformatora nakon 40 godina eksploatacije sa kamatnom stopom od 5 % godi{nje je:
Cnew ⋅
1
= 0 ,142 ⋅ Cnew . Sada{nja vrednost re1, 0540
vitalizacije sprovedene
26. godine po ceni od i kupovine novog transformatora nakon 52 godine eksploatacije je:
0 , 4 ⋅ Cnew Cnew
+
= 0 ,1916Cnew
1, 0526
1, 0552
5. ZAKLJU^AK
U radu je predlo`en model koji omogu}ava procenu opravdanosti nabavke rezervnih komponenti
energetskih transformatora u proizvoljnim godinama perioda eksploatacije. Za formiranje modela kori{}eni su pokazatelji pouzdanosti prikupljeni u anketi CIGRE i tokom eksploatacije u SAD. Realni su
i podaci o vremenima trajanja pojedinih kategorija
kvarova i cene otklanjanja istih. Primena modela je
pokazana za slu~aj radijalnog napajanja potro{a~a
i za slu~aj kada je ispunjen kriterijum „n-1” sigurnosti. U radu je analiziran i uticaj trenutka sprovo|enja revitalizacije transformatora. Zaklju~eno je
da sprovo|enje revitalizacije zbog produ`enja `ivotnog veka transformatora nije opravdano. Tako|e,
ako je raspolo`iva optimalna koli~ina rezervnih
komponenti, revitalizacija transformatora nije
opravdana, jer tada otklanjanje bilo kog kvara traje
kra}e i jeftinije od sprovo|enja revitalizacije.
6. LITERATURA
[1]
AN INTERNATIONAL SURVEY ON FAILURES
IN LARGE POWER TRANSFORMERS IN SERVICE, ELECTRA No. 88, 1983.
57
[2] J.Nahman, V. Mijailovi}, POUZDANOST SISTEMA ZA DISTRIBUCIJU ELEKTRI^NE
ENERGIJE, Akademska misao, Beograd,
2009.
Rad je rezultat rada na projektu TR 17001, Pouzdanost deregulisanih distributivnih sistema, koji u okviru programa Tehnolo{kog
Razvoja finansira Ministarstvo nauke Republike Srbije.
Rad STK B3 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 09. 06. 2009. godine
Vladica Mijailovi} je ro|en 1966. godine u Kraljevu, gde je zavr{io osnovnu i srednju
{kolu. Na Energetskom odseku Elektrotehni~kog fakulteta u Beogradu je diplomirao 1991.
godine. Magistrirao je i doktorirao na istom fakultetu 1995. i 1999. godine, respektivno. Nakon diplomiranja zaposlio se na Tehni~kom fakultetu u ^a~ku, gde je i sada zaposlen u zvanju vanrednog profesora, na Katedri za industrijsku energetiku.
Kao autor ili koautor do sada je objavio 3 rada u vode}im me|unarodnim ~asopisima, 5
radova u vode}em nacionalnom ~asopisu i 14 radova na doma}im konferencijama i savetovanjima. Koautor je jednog univerzitetskog ud`benika, jedne zbirke zadataka i tri monografije od nacionalnog zna~aja. Rukovodio je na tri projekta finansirana od strane Ministarstva za nauku i za{titu `ivotne sredine.
58
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
,}ivonavetS ajilI
}ivotuanrA na{uD i }ijotsO nedalM ,}itveJ okraD ,elorP okjaR
gonzafort adar azilanA
ajnajapan goksrotsirit
aretlif hik~itatsortkele
dar in~urtS
649.796 ;2.735 :KDU
:emizeR
-kele ej ataD .artlif gok~itatsortkele ajnajapan goksrotsirit gonzafort adar azilana anazakirp ej udar U
-zI .umejn u ajoborp avajop i retlifortkele ej navoledoM .ajnajapan etsrv evo alok gokstegrene ame{ an~irt
okak ej onazakoP .ajnajapan gonzafort i gonzafondej ejne|erop i ani~ilev hin~itsiretkarak nu~arorp ej ne{rv
-imitpo ane|aru ej mitaZ .adortkele u|emzi ujoborp irp arovzi gonzafort zi nejopan retlifortkele a{anop es
-orp aZ .ajoborp elsop arotsirit ujne|ov u ezuap ajnajart i ajoborp ujicketed az anemerv gonbertop ajicaz
.”A alseT alokiN„ ET u 1A akolb aretlifortkele as inejibod icadop ine}{irok us nu~ar
ajicazimitpo ,joborp ,rotsirit ,ejnajapan onzafort ,retlif ik~itatsortkele :i~er en~ujlK
:tcartsbA
YLPPUS REWOP ROTSIRYHT ESAHP EERHT EHT FO KROW FO SISYLANA
ROTATIPICERP CITATSORTCELE ROF
-ipicerp citatsortcele eht rof ylppus rewop rotsiryht esahp eerht eht fo krow eht sesylana repap siht nI
eerht eht dna esahp elgnis eht neewteb nosirapmoc dna sretemarap citsiretcarahc eht fo noitatupmoC .rotat
-ortcele eht fo ylppus rewop rotsiryht esahp eerht eht woh nwohs si tI .demrofrep era ylppus rewop esahp
-ceted rof yrassecen emit fo noitazimitpo ,taht retfA .sedortcele neewteb kraps ta sevaheb rotatipicerp citats
-upmoc roF .demrofrep neeb sah gnikraps retfa rotsiryht eht fo edakcolb fo noitarud dna gnikraps fo noit
.”A alseT alokiN„ PPT ni 1A tinu rewop eht fo rotatipicerp citatsortcele eht morf atad desu era noitat
noitazimitpo ,gnikraps ,rotsiryht ,ylppus rewop esahp eerht ,rotatipicerp citatsortcele :sdrow yeK
i anopan gonremsondej ujne~ilbozi mokilev ,ijurts i
.]1[ ujoborp irp uvizdo morops i ejurts
-ivzar icatsoden ivo ili`albu on~imiled es ib aD
-alk dok i oaK .ajnajapan aksrotsirit anzafort us anej
es ujnajapan movo u i ,ajnajapan hinzafondej hin~is
,elkaD .itnemele inoicaluger oak irotsirit etsirok
-arapitna apolks irt es ujavajlbertopu ,gondej otsemu
itavike~o aZ .uzaf ukavs az nadej op ,arotsirit hinlel
DOVU .1
-kele ajnajapan aksrotsirit anzafondej an~isalK
enemirp ekori{ amoev derop i artlif gok~itatsort
es icatsoden ivO .ektatsoden enja~anz amoev ujami
-in ,amazaf op ujnajapan mon~irtemisen u ujadelgo
-ev ,ajnet{iroksi unepets molam ,egans urotkaf moks
unopan mon`erm u akinomrah hi{iv uja`rdas mokil
,.le .gni .lpid ,}itveJ okraD ,.le .gni .lpid ,elorP okjaR ,gro.tneei@navetsi :liame ,.le .gni .lpid ,}ivonavetS ajilI rM
,”alseT alokiN„ tutitsni ik~inhetortkelE – .le .gni .lpid ,}ivotuanrA na{uD rd ,.le .gni .lpid ,}ijotsO nedalM
,dargoeB 000 11 ,a8 a}inivalG etsoK
95
.9002 ,3 .rb ,ADERVIRPORTKELE
artlifortkele ajnajapan goksrotsirit gonzafort ame[ .1 akilS
-irp es ezalan arotamrofsnart goksnopanokosiv urad
.amivejops miktark irp ajurts ejne~inargo az ecin{ug
-nart ajurts ad enasinoiznemid okat us ecin{ugirP
-up 3 od 2 do a}ev ejin ujops moktark irp arotamrofs
.enlanimon do at
-otaznednok u}omop navoledom ej retlifortkelE
-raenileN .akinropto gonraenilen i Fn 01 do 4C ar
-isime u|emzi ujoborp irp ajlvaj es artlifortkele tson
.adortkele hiksrotkelok i hino
-ropto an es adak ejibod es kinropto inraenileN
dar nalamron ejutnezerper ijok ,Ωk 05 do 4R kin
-irp onlelarap 1SS atkatnok u}omop ,artlifortkele
-atse~U .]2[ Ωk 05 do 5R kinropto nadej {oj i~ujlk
.1G alok u}omop ava{edop es ajoborp ejnajart i tson
as arotamrofsnart goksnopanokosiv ame[ .2 akilS
artlifortkele ametsis gondortkele ledom i me~ajlvarpsi
ANU^ARORP AZILANA .3
-arpu onlaunitnok onarilumis ej unu~arorp irP
ajnajlvarpu algu mejnavadaz moretlifortkele ejnajlv
mejne|ovu ontnetimretni mitaz ,le ° 07=α arotsirit
sm 06 ajnajart arotsirit ujne|ov u azuap hin~idoirep
i ,)8,0 ejicnetimretni nepets( zH 33,3 ejicnevkerf i
urtlifortkele u ajoborp avajop anarilumis ej ujark an
do arotsirit ujne|ov u mozuap as zH 6 ejicnevkerf
.sm 2,9 do ajoborp ejicketed mejnajart i sm 32
-akirp ej ertemarap evo az anu~arorp tatluzeR
ejne~ilbozi ejnam ontanz es ava~oU .3 icils an naz
-ajapan gonzafort dok ejurts i anopan gonremsondej
.9002 ,3 .rb ,ADERVIRPORTKELE
monemirp ajnajapan gonzafondej icatsoden es ad ej
-rene e}ev od olevod ib ot{ ,e`albu ontanz gonzafort
-i~ itsonsakife e}ev i artlifortkele itsonsakife eksteg
-navk i anvitatilavk ane{rvzi ej udar movo U .ajne}{
-ejn ejne|erop i ajnajapan gonzafort azilana anvitatit
.minzafondej as ani~ilev hinvonso hivog
NU^ARORP AZ LEDOM .2
ajnajapan goksrotsirit gonzafort adar azilanA
hinejibod anu~arorp atatluzer uvonso an ej ane|aru
-~irtkele uzilana az arevtfos gonlanoiseforp u}omop
-afort ledom ej ne|aru ezilana izaf jovrp U .alok hin
an ,mejnajlvarpu as artlifortkele ajnajapan gonz
-id iksnemerv inejibod izaf jogurd u us agok uvonso
-op ine{rvzi i hivijnemorp hi}ujaravogdo imargaj
.inu~arorp inbert
icils an nazakirp ej ajnajapan gonzafort ledoM
,V 004 anopan gonzafort arovzi do es ijotsaS .1
-ajlvarpu as arotsirit apolks anlelarapitna irt ,zH 05
-lifortkele monopan ejnajlvarpU .artlif CR irt i mejn
es ijok arotsirit ajne|ov algu monemorp i{rv es art
-ejop enopan enoicazinorhnis an usondo u eju|erdo
hijn do nadeJ .alangis a}u{iludom avd i azaf hinid
i{rv robzi es iji~ aretlifortkele adar mi`er e{inifed
hik~ajlvarpu ejicnetimretni anepets mejnava{edop
-it hivs ajne|ov anarbaz i{rv es ujoborp irP .alangis
-op arilumis ejok mejnejn{ak mine|erdo as arotsir
-az ejnajart i tsonatse~U .ujicketed az emerv onbert
-urd u}omop ujava{edop es arotsirit ajne|ov enarb
-ajart i itsonatse~u amerp alangis ge}u{iludom gog
.ajoborp ujn
-opan i ajurts hinidejop ejnavortsiger i ejnereM
atanemurtsni hi}ujaravogdo u}omop one|aru ej an
.icils jotad an hinazakirp
-si as rotamrofsnart iksnopanokosiv inzaforT
inazakirp artlif gok~itatsortkele ledom i me~ajlvarp
-om ej rotamrofsnart iksnopanokosiV .2 icils an us
-laer as arotamrofsnart gonzafort u}omop navoled
enpisar i 002:1 asondo gonsonerp amirtemarap min
-nukes i uramirp aN .izaf op Hm 1 do itsonvitkudni
06
-ortkele ejurts enremsondej tsonderv anlamiskam –
,borpkaepI ujoborp irp artlif
,iF artlifortkele ejurts enremsondej akilbo rotkaf –
,ϕsoc egans rotkaf –
jon~inemzian u akinomrah hi{iv tsonderv i ja`rdas –
,artlifortkele ijurts
-~inemzian u akinomrah hi{iv tsonderv i ja`rdas –
.artlifortkele unopan mon
itsonderv ajne|erop itatluzer itad us 1 ilebat U
-i`er monartamsop u ejurts i anopan gonremsondej
irp ej ad es idiV .amijnajapan miti~ilzar irp adar um
ajne}eretpo amivolsu mitsi i ajnajlvarpu ulgu motsi
-opan i ejurts akilbo rotkaf ajnajapan gonzafort dok
-apan gonzafondej dok ogen % 02 oko az ijnam an
.ejinjlovop ontanz e`erm at{ivonats as ej ot{ ajnaj
-ev ontanz us ejurts i anopan itsonderv ejnderS
-insakife ava}ugomo ot{ ajnajapan gonzafort dok e}
.asag gonmid ejne}{i~ ej
amicinomrah mi{iv o ektadop i`rdas 2 alebaT
-ondej dok artlifortkele anopan i ejurts en~inemzian
.ajnajapan goksrotsirit gonzafort i gonzaf
amijnajapan miti~ilzar irp ajurts icinomrah i{iV
ajnejnams mojicnednet mogalb as in~itnedi oroks us
-omrah hi{iv ja`rdas ej kod ,ajnajapan gonzafort dok
an usondo u ajnajapan gonzafort dok anopan akin
.nejlvoloperp on~itkarp onzafondej
untibovrp eju|rvtop ot{ ,onzafondej an usondo u ajn
-op movo u ejnajapan onzafort e} ad ukvatsopterp
.gonzafondej do ejin{epsu itib udelg
-afondej irp artlifortkele hivijnemorp ejne|eroP
-irit monzafort i ]3[ u monarizilana ujnajapan monz
mi`er intnetimretni inarbado az ujnajapan moksrots
-er i`ilbjan ej ijok zH 1 ejicnevkerf mejoborp as adar
.2 i 1 amalebat u ej onazakirp ijicautis jonla
az i ujanu~ar es ejok artlifortkele evijnemorP
:us azilana i{rv es ejok
-lifortkele anopan gonremsondej tsonderv ajnders –
,gvaV art
-ortkele anopan gonremsondej tsonderv anvitkefe –
,smrV artlif
-kele anopan gonremsondej tsonderv anlamiskam –
,kaepV artlifort
-kele anopan gonremsondej tsonderv anlamiskam –
,borpkaepV ujoborp irp artlifort
artlifortkele anopan gonremsondej akilbo rotkaf –
,uF
artlifortkele ejurts enremsondej tsonderv ajnders –
,gvaI
artlifortkele ejurts enremsondej tsonderv anvitkefe –
,smrI
-ortkele ejurts enremsondej tsonderv anlamiskam –
,kaepI artlif
fleI
cI
bI
5,2
0,2
5,1
0,1
5,0
0,0
5,0-
aI
fleV
3PV
2PV
1PV
0,006
0,004
0,002
0,0
0,0020,0040,006-
0,02
0,0
0,020,040,060,08-
0,004
0,002
0,0
0,0020,004-
5,0*ahniV
00,1
59,0
09,0
58,0
08,0
57,0
07,0
56,0
06,0
55,0
05,0
54,0
04,0
53,0
03,0
52,0
02,0
51,0
01,0
50,0
gV
2,1
0,1
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
00,0
)s( emerV
ujoborp irp i umi`er montnetimretni u artlifortkele gonzafort dar ujurtsuli ijok imargajid iksnemerV .3 akilS
16
.9002 ,3 .rb ,ADERVIRPORTKELE
-rb okak adas omirtomzaR .ijnam itib ejurts ena}ev
-an goksrotsirit gonzafort dok ajoborp ejicketed aniz
-op i ujoborp irp ejurts jovzar ijlad an e~itu ajnajap
.ajoborp elsop uzuap az emerv onbert
-emerv minbertop as nu~arorp ne|aru ej ovrP
-uap mejnajart i sm 02 do ajoborp ujicketed az mon
-argajid iksnemerV .sm 04 do arotsirit ujne|ov u ez
itad amivolsu mivo irp artlifortkele hivijnemorp im
.4 icils an us
-emorp e}edels ujava~anzo amakils an ekanzO
:evijn
,artlifortkele ajurts anremsondej – fleI –
,artlifortkele nopan inremsondej – fleV –
,izaf jovrp u artlifortkele ajurts an~inemzian – aI –
,izaf jogurd u artlifortkele ajurts an~inemzian – bI –
,izaf jo}ert u artlifortkele ajurts an~inemzian – cI –
i uretlifortkele u joborp ejurtsuli ijok langis – gV –
-otsirit ajne|ov unarbaz ejurtsuli ijok langis – hniV –
.uretlifortkele u ajoborp elsop ar
dok an~itnedi alatso ej egans arotkaf tsonderV
mi`er inarbado az ajnajapan gonzafort i gonzafondej
.artlifortkele adar
AJOBORP EJICKETED AJICAZIMITPO .4
dok inopan i ejurts es okak ejnatip es ajlvatsoP
-ortkele u ujoborp irp uja{anop ajnajapan gonzafort
-op ujicazimitpo iti{rvzi ,e|okat ,ej onbertoP ?urtlif
ajok ezuap ajnajart i ajoborp ejicketed enizrb enbert
-ortkele umetsis mok~ajlvarpu u itidebzebo arom es
.ajoborp elsop artlif
enremsondej margajid iksnemerv i}ujartamsoP
es ujava~ou 3 ekils as artlifortkele anopan i ejurts
olgan artlifortkele ajurts ujoborp irP .evajop e}edels
-tnelavivke ijnams es rej ijnams es nopan a ,etsarop
az i`uls mujiretirk javO .artlifortkele tsonropto an
-rb e}ugom ej ot[ .arotaluger dok ajoborp ujicketed
-elsop i e} ad ej itavike~o az ,joborp itavotketed e`
-op ejnajart i tetiznetni e} rej ejnam itib ajoborp ecid
.1 alebaT
ajnajapan amatsrv miti~ilzar irp artlifortkele ajurts i anopan gonremsondej itsonderv ejne|eroP
mejoborp as intnetimretnI
07
8,0
33,3
1
onzaforT
onzafondeJ
61,1
37,0
92,1
50,1
94,1
98,1
53,2
36,2
11,1
44,1
aretlifortkele mi`er indaR mejoborp as intnetimretnI
)°( α
07
ejicnetitimretni rotkaF
8,0
)zH( ejicnetimretni rotkaF
33,3
)zH( ajoborp rotkaF
1
ajnajapan atsrV onzaforT
onzafondeJ
)A( gvaI
1,753,53)A( smrI
2,36
9,94
)A( kaepI
8,279,19)A( .borpkaepI
5,854,56F
1
1
,
1
14,1
i
aretlifortkele mi`er indaR
)°( α
ejicnetimretni rotkaF
)zH( ejicnetimretni rotkaF
)zH( ajoborp rotkaF
ajnajapan atsrV
)Vk( gvaV
)Vk( smrV
)Vk( kaepV
)Vk( .borpkaepV
uF
.2 alebaT
artlifortkele ejurts i anopan gon~inemzian akinomrah hi{iv itsonderv ejne|eroP
ajnajapan amatsrv miti~ilzar irp
mejoborp as intnetimretnI
07
8,0
33,3
1
onzaforT
onzafondeJ
37,0
57,0
481
012
001
001
0,02
05,43
0,9
09,22
7,3
88,9
1,7
05,5
aretlifortkele mi`er indaR
)°( α
ejicnetitimretni rotkaF
)zH( ejicnetimretni rotkaF
)zH( ajoborp rotkaF
ajnajapan atsrV
ϕsoc
)V( 1PV
)%( 1PV .rah .1
)%( 1PV .rah .3
)%( 1PV .rah .5
)%( 1PV .rah .7
)%( 1PV .rah .9
.9002 ,3 .rb ,ADERVIRPORTKELE
mejoborp as intnetimretnI
07
8,0
33,3
1
onzaforT
onzafondeJ
37,0
57,0
402
012
001
001
3,52
08,42
7,7
14,9
6,1
00,2
9,2
62,1
aretlifortkele mi`er indaR
)°( α
ejicnetimretni rotkaF
)zH( ejicnetimretni rotkaF
)zH( ajoborp rotkaF
ajnajapan atsrV
ϕsoc
)A( aI
)%( aI .mrah .1
)%( aI .mrah .3
)%( aI .mrah .5
)%( aI .mrah .7
)%( aI .mrah .9
26
mona}evop as aveslup ajorb anejnams od idovod en
.ajoborp elsop ajivzar es ajok mojurts
-ortkele ajnajapan hiksrotsirit hinzafondej doK
on~ibo es ujoborp irp arotsirit ujne|ov u azuap artlif
-an gontnetimretni monemirP .sm 001 an ava{edop
-ortkele udar u ezuap en~idoirep es ujajlvaj ajnajap
tson}ugom ujujnams ejok ejicnetimretni gobz artlif
-tark i mejoborp as adar mi`er u artlifortkele aksalu
-zar abert ,idogod kapi joborp es okA .mejops mik
elsop ezuap ajnajart ajnejnams tson}ugom itirtom
.mortlifortkele ujnajlvarpu u ajoborp
-av ane{rvzi ,e|okat ,unu~arorp u ej agot gobZ
-orp elsop arotsirit ujne|ov u ezuap ajnajart ajicajir
enremsondej adutilpma i kilbo us inartamsoP .ajob
az inu~arorp us ine|arU .artlifortkele anopan i ejurts
sm 01 ,sm 02 ,sm 04 do ajoborp elsop ezuap ejnajart
.sm 5 i
-ap ajnajart emerv onlamitpo ej ad es olazakoP
-ajapan goksrotsirit gonzafort dok ajoborp elsop ezu
onbertop emerv ot ej rej on~igol i ej oT .sm 01 ajn
-e~ elsop ulun zork u|orp ezaf irt evs zork ejurts ad
-~ajlvarpu ituniku us rej edov ad ujatserp irotsirit ag
do emerv e}arK .amivotjeg mivohijn an islupmi ik
govonop od izalod rej onlamitpo ejin anemerv govo
-deJ .oirims joborp es ot{ ogen erp arotsirit ajnaravto
en uktunert mondej u in artlifortkele ajurts anremson
od ol{od ajoborp elsop ej ad idiv es 4 ekils aS
alsarop ej ovrP .amazaf amirt mivs u ejurts atsarop
mejna}evu as mumiskam jovs e`itsod ajok bI ajurts
-orp erp tsonderv an usondo u sm 4,1 elsop % 02 do
u`itsop es mitaZ .ajoborp akte~op katunert i ajob
as sm 8 elsop cI i sm 7,4 elsop aI ajurts imumiskam
.% 45 op do mejna}evu
az adap urtlifortkele en nopan ,onemervotsI
elsop ajnajapan anopan idoirepulop jovrp u % 04
-at ,oivaropo ot{en ejinsak es ib ad ,ajoborp akte~op
-do u % 22 onpuku do ejnejnams oliputsan ej ad ok
.ajoborp erp tsonderv an uson
uja~uls movo u ej ajok ajoborp ejicketed elsoP
-otsirit ejnaravtaz az agolan ajnavad i sm 02 alajart
gonejn od erotsirit zork e~et ad ajlvatsan ajurts ,ar
ejnajarT .sm 6 isonzi emerv oT .ulun zork aksalorp
an one{edop ej arotsirit ujne|ov u uzuap az agolan
-nopanzeb u izalan retlifortkele es ad okat sm 04
.sm 43 onpuku ujnats moks
-ok dok anu~arorp iremirp inarizilana us mitaZ
-an sm 2 i sm 5 ,sm 01 elsop joborp navotketed ej hij
-ed anemerv mejnejnamS .aknatsan govogejn nok
-a}evop as aveslup jorb es ejujnams ajoborp ejicket
-icketed anemerv od evs ava{ed es oT .mojurts mon
anemerv govo ejnejnams ejlaD .sm 5 do ajoborp ej
5,0*ahniV
fleI
gV
cI
bI
aI
fleV
5,2
0,2
5,1
0,1
5,0
0,0
5,00,006
0,004
0,002
0,0
0,0020,0040,0060,0
0,000 020,000 040,000 06-
004
093
083
073
063
053
043
033
0,000 08023
)s( emerV
ezuap ujnajart i sm 02 do ajoborp ejicketed unemerv irp artlifortkele hivijnemorp imargajid iksnemerV .4 akilS
sm 04 do arotsirit ujne|ov u
36
.9002 ,3 .rb ,ADERVIRPORTKELE
-etkarak avo ,avajop an~itsahots joborp ej ot{oP
-anokosiv an etkefe envitagen ejintanz amen akitsir
.rotamrofsnart iksnop
KA^UJLKAZ .5
-po i akitsiretkarak nu~arorp ne{rvzi ej udar U
-rotsirit gonzafort dok ajoborp ejicketed ajicazimit
-orp envonsO .artlif gok~itatsortkele ajnajapan goks
-orp mindej i adar umi`er montnetimretni u evijnem
-ort i monzafondej irp ene|erop us idnukes u mejob
.ujnajapan monzaf
-rotsirit gonzafort akitsiretkarak i adar azilanA
alazakop ej aretlif hik~itatsortkele ajnajapan goks
onzafondej an usondo u ujnajapan movo irp es ad
:ejibod
,amazaf op ejne}eretpo on~irtemis –
jon~inemzian u ejurts akinomrah hi{iv ja`rdas itsi –
,artlifortkele ijurts
anopan akinomrah hi{iv ja`rdas ijnam okurtsovd –
,artlifortkele unopan mon~inemzian u
-in ej motsi an i 7,0 oko isonzi ϕsoc egans rotkaf –
,ajnajapan gonzafondej dok oak uov
-afort dok anopan gonremsondej )lpir( ejne~ilbozi –
gonzafondej dok a ,)% 5,4( % 01-4 ej anopan gonz
,)% 8,36( % 05 danzi
evs ava`rdo es ad ajlvatsan joborp ap ,ulun an adap
.jops iktark u e|erp en kod
inazakirp ujicautis uvo az imargajid iksnemerV
.5 icils an us
ila ,e}ugom us ezuap eksnemerv e`ud ,e|okaT
-nemerv ge}ev gobz ajne}{i~ tsonsakife ejujnams es
.anopan zeb artlifortkele adar adoirep goks
-avotketed ozrb onjlovod e}ugom ej oka ,elkaD
-od zu ,sm 5 eni~ilev ader ,uretlifortkele u joborp it
,)sm 01 oko( arotsirit ujne|ov u uzuap ulam onjlov
-nopanzeb a ,ujoborp irp ujurts iti~inargo ej e}ugom
-nukesilim okiloken( muminim an itsevs uzuap uks
-op mivo irp hivijnemorp imargajid iksnemerV .)id
.6 icils an us inazakirp amijne{ed
-em uvonso an iti{rv arom es ajoborp ajicketeD
-nopanokosiv jonremsondej an anopan i ejurts ajner
edub ad arom ejnerem ovO .artlifortkele inarts joks
i ejurts kilbo olenerp onlaer ib okak ozrb onjlovod
.anopan
-arop es ediv ejurts en~inemzian amimargajid U
es e`oM .amazaf minidejop op ujoborp irp ajurts its
-agen i monvitizop u ejurts adutilpma ati~ilzar iti~ou
-etlifortkele u ajoborp mokilirp edoirep uled monvit
-gam ujicazitengam uti~ilzar ucidelsop az ami oT .ur
.arotamrofsnart alok gonten
5,0*ahniV
fleI
gV
cI
bI
aI
5,2
0,2
5,1
0,1
5,0
0,0
5,00,006
0,004
0,002
0,0
0,0020,0040,006-
fleV
004
093
083
073
063
053
043
033
K0,02
K0,0
K0,02K0,04K0,06K0,08K0,001023
)s( emerV
ezuap uajnajart i sm 2 do ajoborp ejicketed unemerv irp artlifortkele hivijnemorp imargajid iksnemerV .5 akilS
sm 5 do arotsirit ujne|ov u
.9002 ,3 .rb ,ADERVIRPORTKELE
46
5,0*ahniV
fleI
gV
cI
bI
5,2
0,2
5,1
0,1
5,0
0,0
5,0-
aI
0,006
0,004
0,002
0,0
0,0020,0040,006-
fleV
0,0
0,000 020,000 040,000 06004
093
083
073
063
053
043
033
0,000 08023
)s( emerV
ezuap ujnajart i sm 5 do ajoborp ejicketed unemerv irp artlifortkele hivijnemorp imargajid iksnemerV .6 akilS
sm 01 do arotsirit ujne|ov u
ARUTARETIL .6
-apan gonzafort dok anopan i ejurts akilbo irotkaf –
ogen ijnam us % 02 az i 1,1 eni~ilev ader us ajnaj
.S ,}ivoktevC .Z .I ,}ilokiN .B .A ,}ivonavetS .J .I
]1[
.)4,1( ajnajapan gonzafondej dok
GONTNETIMRETNI ITSONDERP :}ivasokuV .N
-zi olam i ejurts i anopan tsonderv ajnders a}eV
U ARTLIF GOK^ITATSORTKELE AJNAJAPAN
ontanz esonirpod ajnajapan gonzafort dok ejne~ilbo
,ERGIC OCUY( ,ONLAUNITNOK AN USONDO
-tnatsnok es rej avosag hinmid ujne}{i~ mejinsakife
.)7002 ,ajnaB ak~ajnrV
-kele adar udoirep molec u ava`rdo nopan kosiv on
FO NOITAREPO LACIRTCELE ,.K ,rekraP
]2[
onazakop ej ajoborp ejicketed mojicazimitpO
-itsnI ehT( ,SROTATIPICERP CITATSORTCELE
-ort dok ajoborp ujicketed az emerv onlaminim ib ad
.)3002 ,nodnoL ,sreenignE lacirtcelE fo noitut
-rA .B .D ,}itveJ .N .D ,elorP .\ .R ,}ivonavetS .J .I
.artlifort
]3[
ejnajart a ,sm 5 edub ad olabert ajnajapan gonzaf
-ARPU IMTIROGLA :}ivasokuV .N .S ,}ivotuan
-orp elsop arotsirit udakolb az alavretni goksnemerv
-^ITATSORTKELE DOK MONOPAN AJNAJLV
.sm 01 oko ajob
-ROTSIRIT MINZAFONDEJ AS ARETLIF HIK
alazakop es mozilana i aminu~arorp mine|arU
ak~ajnrV ,9002 NARTE( ,MEJNAJAPAN MIKS
-ajapan goksrotsirit gonzafort anemirp monadvarpo
)9002 ,ajnaB
.umerpo ujlpuks i ujine`ols ot{en an arizbo zeb ,ajn
enidog .9002 .60 .32 ovt{inderu u nejlmirp ej ajibrS ERGIC ejnavotevas .92 – 4B KTS daR
56
.9002 ,3 .rb ,ADERVIRPORTKELE
rems ,tetlukaf ik~inhetortkelE .HiB ,mok~rB u enidog .3691 ne|or ej }ivonavetS .J ajilI
enidog .2991 od atetlukaf akte{rvaz elsoP .ilzuT u enidog .7891 ej oi{rvaz ,ikstegreneortkele
eni{am en~irtkelE amitemderp an tnetsisa oak ilzuT u utetlukaf mok~inhetortkelE an oidar ej
enidog .2991 ej oi{rvaz ,eni{am en~irtkelE rems ,ejiduts eksmolpidtsoP .akitengamortkelE i
mok~inhetortkelE u ej nelsopaz enidog .4991 dO .udargoeB u utetlukaf mok~inhetortkelE an
.ujicaluger i ukitamotua az urtneC u ”alseT alokiN„ ututitsni
,ejnavitipsi ,ejnavotkejorp ,jovzar ,ejnavi`artsi az onazev ej um ejnaminaz onlanoiseforP
-icazitamotua az aja|eru ,atit{az hin~irtkele ,arotareneg hinorhnis edubop ametsis :dar u ejnat{up i udarzi
-kele ajnavitipsi i oak ,aretlif hik~itatsortkele ujicaluger i ejnajapan az aja|eru i anartkeleordih hilam uj
.ani{am hin~irt
-renE an enidog .3791 ej oarimolpiD .urobiraM u enidog .0591 ne|or ej elorP .\ okjaR
.udargoeB u atetlukaf gok~inhetortkelE ukesdo moksteg
-ivolsop an idar edg ,”alseT alokiN„ ututitsni mok~inhetortkelE u idar enidog.5791 dO
,a~ajlvarpsi jorb i}ev ej oasiurtsnoK .ekinortkele ekstegrene aja|eru edarzi i ejickurtsnok am
.icsjov i idervirp ,idervirportkele u unemirp az aja|eru hinlajiceps i oak ,arotrevni
-og .2002 ej oarimolpiD .icnalaP joksveredemS u enidog .7791 ej ne|or }itveJ .N okraD
-af gok~inhetortkelE ,enogop i e~aravterp ekstegrene az remS-ukesdo mokstegrenE an enid
.udargoeB u atetluk
-ua az urtneC u ”alseT alokiN„ ututitsni mok~inhetortkelE u ej nelsopaz enidog .4002 dO
-~itatsortkele i a~ajlvarpsi edarzi i ejickutsnok amivolsop an idar edg ,ujicaluger i ukitamot
. edervirportkele ebertop az aretlif hik
an enidog .7002 ej oarimolpiD .uvejlarK u enidog .8791 ej ne|or }ijotsO .B nedalM
.udargoeB u atetlukaf gok~inhetortkelE ukitamotua az urems
-ua az urtneC u ”alseT alokiN„ ututitsni mok~inhetortkelE u ej nelsopaz enidog .8002 dO
-ortkele ebertop az aretlif hik~itatsortkele edarzi amivolsop an idar edg ,ujicaluger i ukitamot
.edervirp
i ulok{ unvonso oi{rvaz ej edg ,udargoeB u enidog .0591 ej ne|or }ivotuanrA .B na{uD
an enidog .8791 oarirtsigam ,ukesdo mokstegrenE an enidog .3791 ej oarimolpiD .ujizanmig
-hetortkelE an evs ,enidog .8891 oinarbdo uzet uksrotkod i imetsis ikstegreneortkelE urems
-af mok~inhetortkelE an oari`ats ej enidog .7791 od .5791 dO .udargoeB u utetlukaf mok~in
-er i ukitamotua az ratneC ,”alseT alokiN,, IE u es oilsopaz .7791 enidog .udargoeB u utetluk
.artneC arotkerid utsem an idar sanad i edg ,ujicalug
-agna udar mejn{adasod U .akindaras gon~uan ge{iv ejnavz on~uan e~its .5991 enidoG
-kele adar ajicalumis i ejnavoledom ,ametsis hikstegreneortkele i anartkele ajicaluger :amitsalbo u ej navo`
.amimetsis mikstegreneortkele u ajnajlvarpu ejiroet enredom anemirp i ametsis hikstegreneortkele i anart
-uR .avodar hin~urts i hin~uan hi}amod i hindoranu|em 58 okerp oivajbo ej adas od rotuaok ili rotua oaK
.atakejorp hik~avi`artsi i ajiduts 05 okerp idarzi an oavi|aras i ej oidovok
.9002 ,3 .rb ,ADERVIRPORTKELE
66
Desimir Triji}
Analiza rada mikroprocesorskog sistema
za{tite dalekovodnog polja 400 kV u mre`i
Javnog Preduze}a Elektromre`a Srbije
Stru~ni rad
UDK: 621.31
Rezime:
U radu su prezentovana zapa`anja i iskustva iz pogona novougra|enog savremenog sistema za{tite dalekovodnog polja 400 kV. Poslednjih godina na 400 kV dalekovodima u Javnom preduze}u Elektromre`e
Srbije zapo~eta je ugradnja savremenih mikroporcesorskih za{titnih sistema. Novi za{titni sistem se sastoji
od dva miroproceosorska terminala razli~itih proizvo|a~a. Ranija koncepcija za{tite 400 kV dalekovoda je
tako|e imala princip dve glavne za{tite i obavezno razli~itih proizvo|a~a. U pogonu ove za{tite rade nezavisno jedna od druge. Tako|e, ure|aji za automatsko ponovno uklju~enje, bilo da su eksterni ili interni, rade nezavisno bez ikavog me|usobnog blokiranja. Navedeni princip je primenjen i za novougra|eni sistem
za{tite. Me|utim, nakon ugradnje na pojedinim dalekovodima prime}en je nepravilan rad za{tite. U radu je
data analiza uzroka nepravilnog rada za{tite, kao i mere i postupci za otklanjanje uo~enih problema.
Klju~ne re~i: distantna relejna za{tita, automatsko ponovno uklju~enje
Abstract:
ANALYSIS OF OPERATIONS OF THE RELAY PROTECTION SYSTEMS ON THE 400 kV
OVERHEAD LINE IN THE EMS POWER NETWORK
The paper presents observations and experiences from the facility of the newly installed modern relay
protection system on 400 kV overhead line. Last years on 400 kV overhead lines in the EMS power network
the installation of new generation of microprocessor protection system was started. The new protection system consists of two microprocessor terminals of different manufacturers. The previous concept of 400 kV
overhead line protection also had for a principle two main protections, compulsorily of different manufacturers. In the plant these protections work independently one from another. Also , APU devices, either external or internal, work independently, without any mutual blocking. The mentioned principle is applied for
the newly built-in protection system, too. However, after installation, on some overhead lines irregular relay
protection work has been noticed. The paper gives analysis of causes of relay protection irregular work as
well as measures and procedures for eliminating and resolving the observed problems.
Key words: distant relay protection, automatic resetting
1. UVOD
Poslednjih godina u mre`i Javnog preduze}a
Elektromre`e Srbije (EMS), zapo~eti su opse`ni ra-
dovi na revitalizaciji i modernizaciji sistema za{tite
i upravljanja. Ugra|eni su i pu{teni u pogon sistemi
bazirani isklju~ivo na mikroprocesroskim terminalima. U toku projektovanja i pode{avanja konfigura-
Desimir Triji}, dipl. el. in`., – JP Elektromre`a Srbije, Centar za Ispitivanja, Slu`ba relejne za{tite
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
67
cija za terminale primenjivali su se ustaljeni principi i iskustva iz prakse.
Tema rada su zapa`anja i iskustva iz pogona novougra|enog tipskog sistema za{tite dalekovodnog
polja 400 kV. Ustaljena koncepcija za{tite 400 kV
dalekovoda ima za princip da se koriste dve glavne
distantne za{tite razli~itih proizvo|a~a. Za{tite se
pode{avaju na iste vrednosti parametara i u pogonu
rade nezavisno jedna od druge. Tako|e, svakoj distantnoj za{titi su pridodati posebni ure|aji za automatsko ponovno uklju~enje (APU) koji tako|e rade
nezavisno jedan od drugoga bez ikakvog me|usobnog blokiranja. Ovi principi su primenjeni i za novougra|ene sisteme za{tite 400 kV dalekovoda, koji
imaju ure|aje tipa 7SA612 i P437. Navedeni ure|aji pored distantne za{tite poseduju i druge funkcije:
APU, zemljospojnu za{titu, rezervnu prekostrujnu,
funkcije monitoringa, snima~e kvarova, ubrzanje
distantne i usmerene zemljospojne za{tite i drugo.
Primenjen je jednopolni re`im APU-u za sve kvarove sa zemljom u prvoj distantnoj zoni i drugoj distantnoj zoni pri prijemu VF naloga.
Posebno bih se osvrnuo na APU funkciju koja
je kod mikroprocesorskih ure|aja, i u jednom i u
drugom, dosta kompleksnija u pogledu ulaznih informacija u odnosu na APU funkcije koje se koriste
kod ranijih generacija ure|aja. Kompleksnost se
ogleda u tome {to APU funckije, zbog na~ina kako
su projektovani ormani za{tite, zahtevaju informacije o polo`aju polova prekida~a (CB closed Lx). Ove
informacije ulaze u internu logiku APU funkcije i
njihova namena je da prate korelaciju ime|u izdate
komande za isklju~enje faze i stvarnog polo`aja pola prekida~a. Ukoliko se ima nalog za isklju~enje 1p,
a ure|aj detektuje da su dva pola ili 3 pola isklju~ena, zaustavlja se ciklus APU i ure|aj generi{e tropolno definitivno isklju~enje.
2. OPIS I ANALIZA RADA
ZA[TITNOG SISTEMA
Upravo gore opisana funkcionalnost je dovela
do vi{e neselektivnih isklju~enja na DV444 (TS Novi Sad 3 -TS Subotica 2) i DV456 (TS Subotica 2 –
TS Sombor 3) vodovima, o ~emu svedo~e snimici
kvarova zabele`enih snima~ima u ure|ajima.
Analizom snimaka je uo~eno da ure|aj 7SA612
daje nalog za isklju~enje od 14 ms do 20 ms u prvom distantnom stepenu. Za isti kvar P437 generi{e
nalog za isklju~enje vi{e od 50 ms. P437 u momentu davanja naloga za isklju~enje, preko binarnog
ulaza ~ita da je odgovaraju}i pol prekida~a otvoren.
Po internoj logici APU takvo stanje je neregularno i
P437 generi{e tropolno isklju~enje i ne otpo~inje ciklus APU. Ciklus APU je startovan u ure|aju
68
7SA612 i ne prekida se, tako da se posle beznaponske pauze generi{e nalog za uklju~enje prekida~a,
{to zapravo prestavlja tropolni APU na 400 kV. Ovakva neregularnost je prime}ena tokom avgusta i septembra 2008. godine i otklonjena je tako {to je parametar 3430 3pole trip by AR setovan na Yes (u planu pode{enja koji je dostavio Siemens za dati parametar pode{eno je NO). Time je zapravo onemogu}eno uklju~enje prekida~a od APU ukoliko su dva ili
sva tri pola ispala u toku beznaponske pauze. (Napominje se da je sli~na funkcionalnost realizovana u
starim postrojenjima prevo|enjem naloga za uklju~enje preko kontakata pomo}nog releja – npr. TS
Obrenovac)
Me|utim, problem nije re{en, jer nakon promene parametra 3430 na DV444 bilo je dva i vi{e jednopolnih kvarova u prvom distantnom stepenu, ali
bez rada APU. Kao {to je ranije opisano, P437 se dosta sporije pobu|uje i daje nalog za isklju~enje u
momentu kada je pol ve} ispao delovanjem 7SA612.
P437 generi{e 3p isklju~enje, a ciklus APU se sada
prekida u 7SA612. Kvarovi koji su po prirodi prolazni, su se manifestovali kao definitivni.
Ponovnom proverom i isptivanjem distantne
karakteristike oba releja nije se mogla ustanoviti nikava nepravilnost u radu. Ustanovljeno je da ure|aj
P437 generi{e isklju~enja u prvom distantnom stepenu za oko 25 ms, {to je u skladu sa tehni~kim karakteristikama koje je dao proizvo|a~. Za proveru
distantne karakteristike kori{}en je ispitni ure|aj
Omicron 256 i pripadaju}i Advance distance packet.
Ispitni ure|aj pri ispitivanju karakteristike za svaku
ta~ku generi{e dva stanja: prefault (stanje pre kvara,
simulacija normalnih pogonskih napona, bez struje)
i stanje fault (simulacija kvara odre|ene imepedanse).
Slede}i korak u cilju analize opisanog problema
je bila i simulacija jednovremenog rada oba ure|aja
7SA612 i P437.
Fault
Sekvenca 2
Prefault
Sekvenca 1
-20
-10
0
10
20
Slika 1. [ematski prikaz simulacije u RX ravni
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Kori{}en je ispitni ure|aj Omicron 256 i State
Sequencer modul. Napravljene su tri sekvence. Prva
state 1, prefault, simuliran je smer energije prijem,
radna ta~ka u tre}em kvadrantu.
U sekvenci 2, simuliran je kvar u fazi L1 u direktnom smeru. Na binarni ulaz ozna~en sa Trip L1
mereno je vreme isklju~enja P437, na Trip L2 mereno je vreme isklju~enja 7SA612, a na Bin. in 4. mereno je vreme isklju~enja pola L1 prekida~a. Prime}eno je slede}e:
– 7SA612 daje nalog za iskju~enje za 17 ms
– P437 daje nalog za isklju~enje za 60 ms
– Prekida~ isklju~uje za 64 ms
Kada u stanju 1 simulirano da je smer energije
napred, u prvom kvadrantu izmereno je slede}e:
– 7SA612 daje nalog za iskju~enje za 17 ms
– P437 daje nalog za isklju~enje za 25 ms
Napominje se da je simulirano vi{e testova za
smer energije napred i za svaki test uspe{no je odra|ivao APU u oba ure|aja.
7SA i P437 smer energije prijem:
Comment
S ta te 2
S ta te 3
C M C 2 5 6 -6 V A /V
60
40
20
0
-2 0
0 ,9 8
0 ,9 9
1 ,0 0
1 ,0 1
1 ,0 2
1 ,0 3
1 ,0 4
1 ,0 5
1 ,0 6
1 ,0 7
1 ,0 8
1 ,0 9
1 ,1 0
1 ,1 1
1 ,1 0
1 ,1 1
t / ss
-4 0
-6 0
-8 0
V L 1 -E
V L 2 -E
V L 3 -E
C M C 2 5 6 -6 I A /A
2 ,0
1 ,0
0 ,0
0 ,9 8
0 ,9 9
1 ,0 0
1 ,0 1
1 ,0 2
1 ,0 3
1 ,0 4
1 ,0 5
1 ,0 6
1 ,0 7
1 ,0 8
1 ,0 9
-1 ,0
ts/ s
-2 ,0
-3 ,0
I L1
I L2
I L3
C M C 2 5 6 -6 I B /A
2 ,0
1 ,0
0 ,0
-1 ,0
0 ,9 8 0 ,9 9 1 ,0 0 1 ,0 1 1 ,0 2 1 ,0 3 1 ,0 4 1 ,0 5 1 ,0 6 1 ,0 7 1 ,0 8 1 ,0 9 1 ,1 0 1 ,1 1
t/s
s
-2 ,0
-3 ,0
I(1 )-1
I(1 )-2
I(1 )-3
Trip L1
Trip L2
Trip L3
Bin. in 4
0,98 0,99 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 1,11
t/s
s
Slika 2. Prikaz rezultata simulacije
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
69
Izve{taj Omicron state sequensera prikazan je
na slici broj 2. i tabeli 1.
Tabela 1.
Pregled izmerenih vremena
Vreme
1,017 s
1,060 s
1,064 s
Tip
Input
Input
Input
Naziv signala
Trip L2
Trip L1
Bin. in 4
Slope
0>1
0>1
0>1
tIN> = 0 ms. O~igledno je da se vreme isklju~enja
zna~ajno smanjilo: 34 ms.
[ta predstavlja parametar tIN>?
Navodimo orginalno obja{njenje iz uputstva
[1]:
With this setting ground fault detection (DIST:
Zero-sequ. starting) will occur when the threshold of
the stages IN> or/and VNG> is exceeded. In this
operating mode the timer stage tIN> should be set to
zero delay.
Analizom snimaka kvara na
DV444 od 3. 8, 8. 10. i 11. 10. 2008.
godine ustanovljeno je da je smer
energije pre kvara bio u tre}em kvadrantu – prijem.
Postavljena su slede}a pitanja:
– Za{to je isklju~enje od P437 ure|aja u praksi ve}e od 50 ms?
– Kako re{iti problem da se izbegnu
nepotrebna definitivna isklju~enja?
– Kako da smer energije pre kvara
uti~e na vreme isklju~enja ure|aja
P437?
3. KAKO SE RE[AVAO PROBLEM
Na osnovu uputstva za ure|aj
P437 i analizom prikupljenih snimaka kvarova nije se moglo ustanoviti zbog ~ega je vreme isklju~enja
ure|aja >50 ms, pa se uputilo pitanje proizvo|a~u ure|aja.
U me|uvremenu, kao privremeno re{enje da se izbegnu nepotrebna definitivna isklju~enja u ure|ajima P437 isklju~ena je opcija
015.050 CB clos. pos. sig., ~ime
funkcija APU ne proverava status
prekida~a (radi na slepo).
Nakon izvesnog vremena, od
proizvo|a~a ure|aja P437 dobijen
je odgovor i obrazlo`enje za uo~ene
probleme. Na slici 3. prikazana je
simulacija reprodukcije snimaka
kvara sa dalekovoda DV444 sa originalim pode{enjima. Simulacija
potvr|uje da je vreme isklju~enja
>50 ms.
Na slici 4. je ista simulacija, s
tim {to je parametar tIN> sa 100 ms
(default vrednost) promenjen na
Slika 3. P437 sa originalnim pode{enjima
Slika 4. P437 sa pode{enjem tIN> = 0 s
70
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Slika 5. P437, generisanje pobudnih signala distantne za{tite
ra, a DIST Start. switch to PG u 24,8
ms od nastanka kvara (slika broj 6).
Nejasno je za{to postoji razlika
u vremenima nastanka signala
DIST: Zero-sequ. Starting i DIST
Start. switch to PG, s obzirom na
obja{njenje proizvo|a~a [3], ova
dva signala trebalo bi da su u korelaciji.
Tako|e, ostaje otvoreno pitanje
za{to se pri rutinskom ispitivanju
distantne karakteristike ili pri simulaciji sa smerom energije napred dobijaju dobri rezultati?
Ipak, i pored otvorenih pitanja,
u EMS su uzete u razmatranje pre-
Sa ovim pode{enjem kvar sa zemljom (DIST: Nultna komponenta
start) se detektuje kada se pre|e
prag IN> i-ili VNG>signal. U ovom
operativnom modu timer tIN>, potrebno je podesiti na vremensko ka{njenje od nula sekundi.
Obja{njenje proizvo|a~a je slede}e [3]:
As soon as IN> threshold is
exceeded, a timer tx is triggered.
“DIST Start. switch to PG” is raised only after tx has expired. tx is
equal to tIN>, if it is set to <40 ms;
if tIN> is more than or equal to
40 ms, then tx = 40 ms. This
actually causes a delay in neutral
Slika broj 6. Snimak kvara na DV444 od 3. 8. 2008. godine
starting, but – as distance measurement always requires at least one
poruke proizvo|a~a i na polju C06 u TS Beograd 8
loop to evaluate – it also delays the phase OC star- izvr{ene su promene u konfiguracijama prema predting.
logu Areve. Nakon sprovedenih ispitivanja ustanoThe recommendation is to set tIN> = 0 ms in vljeno je da za{titni sistem radi ispravno.
case of low impedance grounding.
Slede}i korak je bio da se na svim poljima gde
^im se pre|e prag IN>, startuje se timer tx. In- je ugra|en 7SA/P437 za{titni sistem izvr{e predloterni signal “DIST Start. switch to PG” postaje ak- `ene promene.
tivan samo posle vremenskog ka{njenja timera tx.
Vremensko ka{njenje tx je jednako tIN>, ako je seto- 4. ZAKLJU^AK
vano <40 ms; ako je tIN> ve}e ili jednoko 40 ms, tada je tx=40 ms. Ovo zapravo prouzrokuje ka{njenja
Opisani problem iz prakse je pokazao da novi
u pobudi zemljospojeva, ali kako merenja distantne savremeni sistemi za{tite, pored toga {to znatno pofunkcije uvek zahtevaju najmanje jednu petlju kvara ve}avaju performanse, pove}avaju i op{tu komplekza prora~un, to tako|e prouzrokuje ka{njenje i u snost u procesu pode{avanja i konfigurisanja. Komprekostrujnoj pobudi.
pleksnosti i mno{vo parametara za pode{avanje moPreporu~ena vrednost pode{enja za tIN>=0 ms, gu da dovedu do previda, {to u nekim situacijama
u slu~ajevima niskoimpendantnog uzemljenja.
prouzrokuje nepravilni rad sistema. Sve ovo iziskuje
Analizom snimka kvara na DV444 od 3. 8. promene u ustaljenim procedurama pri prijemnim i
2008. godine o~itano je da se signal DIST: Zero- zavr{nim ispitivanjima funkcionalnosti sistema. Rusequ. Starting javio posle 44,8 ms od nastanka kva- tinsko ispitivanje za{tite se pokazalo neefikasnim
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
71
kada je u pitanju opisani problem. Zbog toga je potrebno da se u funkcionalna ispitivanja za{titnog sistema uklju~e testovi jednovremenog rada na na~in
da se reprodukuju realni snimci kvarova, ili se prave simulacije koje su najpribli`nije istim. Tako|e,
svaki novi tip za{tinog sistema zahteva podrobno
pra}enje i analizu rada u toku eksploatacije ne bi li
se pravovremeno uo~ili „skriveni” problemi.
5. LITERATURA:
[1]
[2]
[3]
Technical
Manual
P437/EN
M/Ba7
(AFSV.12.09910 D)
Distance Protection 7SA6 V4.61 (and higher) Manual
MiCOM P437, DISTANCE PROTECTION,
Analysis of Operation in the power system of
ELEKTROMRE@A SRBIJE, December 2008
Rad STK B5 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 09. 06. 2009. godine
Desimir Triji} (1975), diplomirao je 2000. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Od 2002. godine zaposlen je u JP Elektromre`a (raniji naziv Elektroistok). Trenutno
radi na mestu rukovodioca slu`be relejne za{tite u Centru za ispitivanja u sektoru tehnika.
Bavi se poslovima izrade planova pode{enja, konfigurisanja, ispitivanja i analize rada za{titnih sistema u EES Srbije.
72
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
@eljko Ratkovi},
Pantelija Daki} i Stevan Stankovski
Razvoj hidroenergetskog sistema
na rijeci Neretvi u Republici Srpskoj
Stru~ni rad
UDK: 621.311.21; 627.8
Rezime:
Rijeka Neretva, po prirodnim karakteristikama, predstavljala je jednu od najinteresantnijih tokova za
izgradnju hidroenergetskih objekata u biv{oj dr`avi Jugoslaviji. Gornja Neretva kao geografski pojam obuhvata dio sliva ove poznate rijeke uzvodno od grada Konjica. Potez Gornje Neretve se sada nalazi u dva
entiteta: Republici Srpskoj i Federaciji BiH.
Kako je pro{lo vi{e od dvije decenije od posljednjeg razmatranja i definisanja osnovne koncepcije hidroenergetskog kori{tenja Gornje Neretve, a respektuju}i sve promjene do kojih je u me|uvremenu do{lo,
potrebno je bilo razmotriti i verifikovati definitivnu koncepciju hidroenergetskog kori{tenja dijela toka Gornje Neretve na podru~ju Republike Srpske.
Klju~ne rije~i: gornja Neretva, hidroelektrana, analiza rizika
Abstract:
DEVELOPMENT OF HYDRO POWER SYSTEM ON THE NERETVA RIVER
IN THE REPUBLIC OF SRPSKA
By its natural characteristics the Neretva River represented one of the most interesting river flows for
construction of hydro power facilities in former Yugoslavia. The Upper Neretva, as a geographical term,
covers a part of the basin of this known river upstream from Konjic town. The Upper Neretva area is now
located in two entities: Republic of Srpska and Federation of BiH.
Since more than two decades have passed from the last survey and definition of the Upper Neretva
hydro power utilisation concept, and respecting all changes occured in the meantime, it was necessary to
consider and verify the definite hydro power utilisation concept of the Upper Neretva river part at the
territory of the Republic of Srpska.
Key words: the Upper Neretva, hydropower plant, risk analysis
1. UVOD
Rijeka Neretva, po prirodnim karakteristikama,
predstavljala je jednu od najinteresantnijih tokova za
izgradnju hidroenergetskih objekata u biv{oj dr`avi
Jugoslaviji. Velika koli~ina padavina (1 700 mm),
velike koncentracije vode i povoljni topografski i morfolo{ki uslovi za izgradnju postrojenja, samo su neke
Mr @eljko Ratkovi}, dipl. in`. el., Akademik prof. dr Pantelija Daki}, dipl. in`. ma{. – MH Elektroprivreda Republike Srpske, Mati~no preduze}e a.d. Trebinje, 89 101 Trebinje, BiH (RS)
Prof. dr Stevan Stankovski dipl. in`. el. – Fakultet tehni~kih nauka, 21 000 Novi Sad, Republika Srbija
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
73
od prednosti ovog sliva. Izvor je na oko 1 000 mnm.
du`ina toka 228 km i povr{ina sliva 11 840 km2. Prije izbijanja ratnih sukoba, na slivu rijeke Neretve izgra|eno je pet hidroenergetskih objekata.
Gornja Neretva kao geografski pojam obuhvata
dio sliva ove poznate rijeke uzvodno od grada Konjica. Potez Gornje Neretve se sada nalazi u dva entiteta: Republici Srpskoj pripada najuzvodniji dio
poteza du`ine oko 36 km, odnosno dio toka od izvora do profila koji se nalazi oko 1,5 km uzvodno od
u{}a Ljute, dok preostali dio poteza Gornje Neretve
do Konjica pripada Federaciji BiH.
2. ISTRA@IVANJA HIDROENERGETSKOG
POTENCIJALA NA PODRU^JU GORNJE
NERETVE DO 1991. GODINE
Rad na istra`ivanju hidroenergetskog potencijala gornjeg toka rijeke Neretve do 1991. godine mo`e se podijeliti na dva perioda:
– do po~etka Drugog svjetskog rata, odnosno do
1941. godine,
– nakon zavr{etka Drugog svjetskog rata do 1991.
godine.
2.1 Period do Drugog svjetskog rata
Poslije zavr{etka Prvog svjetskog rata, Ministarstvo poljoprivrede i voda, putem Generalne direkcije voda, izvr{ilo je procjenu vodnih snaga novooformljene dr`ave i prikazalo u publikaciji: „Privremeni popis vodnih snaga Kraljevine Srba, Hrvata i Slovenaca”, Beograd 1922. godine.
Marta 1945. godine, nastaje dokument „Vodne
snage na teritoriji Dalmacije” autora in`åenjera Josifa Mamacija. Po svom nastanku pripadao bi narednom razdoblju, ali po nastanku materije koju sadr`i
pripada ovom razdoblju.
Podaci i koncepcije iznijete u njemu baziraju se
na studijama i projektima izra|enim u periodu
1925–1941. godine. Zna~aj ovog materijala je u tome {to ukazuje na projekte i analize koje su ura|ene
do po~etka Drugog svjetskog rata [2].
2.2 Period od zavr{etka drugog svjetskog rata
do 1991. godine
Zavr{etkom Drugog svjetskog rata, pokrenute
su aktivnosti na obezbje|enju potrebne energije, a
za to je bilo potrebno intezivno istra`ivanje i izgradnja energetskih izvora, izme|u ostalih i vodnih potencijala.
In`enjer Jaroslav ^erni, je ~ovjek koji je otpo~eo, a mo`e se re}i i utemeljio, sistematsko izu~avanje vodnih snaga u SR BiH. U ~asopisu Elektropri74
vreda iz 1951. godine od strane Vujice Jev|evi}a publikovan je ~lanak „Hidroenergetske mogu}nosti rijeke Neretve” i ovo je prvi dokument koji prikazuje
energetske mogu}nosti cjelokupnog toka rijeke Neretve sa odre|enim pritokama.
Prema osnovnom projektu iz 1953. godine, ~ije
su postavke i rje{enja prikazani u ~asopisu Elektroprivreda, ~lankom „Hidroenergetsko rje{enje slivnog podru~ja Neretva-Rama” od strane D. Cari}a,
prvi put je detaljnije analizirano energetsko kori{tenje gornje Neretve.
Sistematsko izu~avanje vodnih snaga Jugoslavije zapo~inje 1949. godine u Hidrotehni~kom institutu „Ing. Jaroslav ^erni”, i prvi rezultati su objavljeni 1954. godine putem ~lanka: „Hidroenergetski
potencijal Jugoslavije”, {tampanog u ~asopisu Elektroprivreda, autora V. Jev|evi}a i D. Marjanovi}a.
Kompletnije obavje{tenje o ovom izu~avanju dato je
putem knjige: „Vodne snage Jugoslavije”, objavljene 1956. godine [2].
Zavr{etkom Osnovnog projekta otvorena je nova faza rada na izu~avanju i izradi odgovaraju}e tehni~ke dokumentacije. Kroz taj rad, prikupljaju}i relevantne podatke i informacije, dolazilo je do promjena u odnosu na koncepciju datu ranije, a one su
se kretale: od smanjenja broja hidroelektrana radi
energetskog kori{tenja „gornjeg toka Neretve”, pa
do prilago|avanja energetskih karakteristika hidroelektrana zahtjevima razvoja. Zna~ajnije promjene su
nastale krajem {ezdesetih godina.
3. PREGLED DOSADA[NJIH RJE[ENJA
Gornja Neretva je u vi{e navrata bila predmet
pa`nje i istra`ivanja najpovoljnijeg na~ina hidroenergetskog kori{tenja njenih voda:
– 1953. godine u okviru „Osnovnog projekta hidroenergetskog kori{tenja toka rijeke Neretve”. Ovim
projektom predvi|ena je izgradnja tri hidroelektrane: HE Ulog, HE Glavati~evo i HE Ljuta.
– 1960. godine u okviru „Dopune Osnovnog projekta hidroenergetskog kori{tenja toka rijeke Neretve”.
Ovim pojektom koncepcija kori{tenja Gornje Neretve do`ivjela je zna~ajnu transformaciju. Elimininisana je hidroelektrana HE Glavati~evo i cjelokupan potez Gornje Neretve rije{en je sa dvije
elektrane – HE Ulog i HE Konjic. Visokoakumulaciona hidroelektrana Konjic je planirana sa kotom uspora 400 mnm, a kao optimalno rje{enje HE
Ulog, za tada{nje uslove i kriterije, odabrana je varijanta akumulaciono – derivacionog postrojenja
sa kotom uspora 736 mnm.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
– 1973. godine u okviru a`uriranog „Osnovnog projekta hidroenergetskog kori{tenja toka rijeke Neretve”.
Osnovna koncepcija i parametri HE Ulog i HE
Konjic iz „Dopune Osnovnog projekta” je zadr`ana, sa izuzetkom pove}anja instalisanih snaga [3].
– 1984. godine u okviru „Studije hidroenergetsko
kori{tenje Gornje Neretve”.
Ovim pojektom koncepcija kori{tenja Gornje Neretve do`ivjela je zna~ajnu transformaciju. Cjelokupan potez Gornje Neretve rije{en je sa ~etiri pribranske akumulacione elektrane – HE Ulog, HE
Glavati~evo, HE Ljubu~a i HE Konjic [1].
4. DEFINISANJE PROBLEMA I
ANALIZA RIZIKA
Kako je pro{lo vi{e od dvije decenije od posljednjeg razmatranja i definisanja osnovne koncepcije hidroenergetskog kori{tenja Gornje Neretve, a
respektuju}i sve promjene do kojih je u me|uvremenu do{lo, potrebno je bilo jo{ jedanput, koriste}i najnovije metode i kriterije u projektovanju, kao i aktuelna i eventualno budu}a ekonomsko-ekolo{ka
ograni~enja, razmotriti i verifikovati definitivnu
koncepciju hidroenergetskog kori{tenja dijela toka
Gornje Neretve na podru~ju Republike Srpske.
Na podru~ju Republike Srpske, tj. na oko 36 km
gornjeg toka rijeke Neretve, planirane su bile:
1. HE Ljubu~a – Ova hidroelektrana planirana
je tako da zauzima podru~je i Federacije BiH i Republike Srpske. Na podru~ju Federacije BiH, planiran je polo`aj ma{inske zgrade i dio akumulacije, a
na podru~ju Republike Srpske planiran je polo`aj dijela akumulacije [1].
2. HE Ulog – Hidroelektrana Ulog projektovana je tako da se i ma{inska zgrada i akumulacija nalaze u Republici Srpskoj. HE Ulog projektovana je
tako da ima instalisanu snagu 36 MW i prosje~nu
godi{nju proizvodnju od 102 GWh.
HE Ulog je pribranska elektrana, sa branom lociranom na 33 km+250 od izvora Neretve, ili 3,5 km
nizvodno od mjesta Ulog. Planirana, lu~no betonska
konstrukcija brane formira akumulaciju zapremine
389×106 m3 za radni nivo na koti 736 mnm, a ukupna visina brane je 151 m, a du`ina krune brane
235,5 m [1].
Kod izgradnje hidroenergetskih objekata potrebno je analizirati odgovaraju}e rizike u evaluaciji
hidroenergetskih projekata [7]. Prilikom analiza rizika kod usvojenog hidroenergetskog iskori{tenja
gornjeg toka rijeke Neretve, iz 1984. godine, zna~ajnije su izra`eni sljede}i rizici:
– Geolo{ki rizik,
– Hidrogeolo{ki rizik,
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
– Hidrolo{ki rizik,
– Rizik velikih voda i akumulacija,
– Rizik vi{enamjenskog kori{}enja voda,
– Konstruktivni rizik (Rizik preloma brane),
– Rizik uticaja na okolinu,
– Rizik dugog razvoja i prekora~enja tro{kova i roka izgradnje,
– Politi~ki rizik,
– Sociolo{ki aspekti realizacije hidroenergetskih
projekata,
– Rizik obezbje|enja na~ina finansiranja.
Na osnovu prethodno navedenih ~injenica, mo`e se zaklju~iti da je bilo potrebno ponovo analizirati 36 km rijeke Neretve u Republici Srpskoj i projektovati nova tehni~ki izvodljiva i ekonomski isplativa
rje{enja hidroenergetskih objekata na tom dijelu toka rijeke Neretve.
5. NA^IN RJE[AVANJA PROBLEMA
I ANALIZA VARIJANTNIH RJE[ENJA
Po~etkom 2007. godine Mje{oviti holding elektroprivrede Republike Srpske (MH ERS) je pokrenula proceduru da se izradi „Idejno rje{enje iskori{tenja gornjeg toka rijeke Neretve u Republici Srpskoj, sa prethodnom studijom opravdanosti”, i „Hidrolo{ka studija za gornji tok rijeke Neretve u Republici Srpskoj”. Izrada ove investiciono-tehni~ke dokumentacije povjerena je Institutu za vodoprivredu
„Jaroslav ^erni” iz Beograda.
Gornji tok reke Neretve u Republici Srpskoj,
koji je energetski neiskori{}en, ograni~en je sa nizvodne strane me|uentiteskom granicom RS – Federacija BiH, a sa uzvodne strane mjestom Ulog.
Ukupno raspolo`iv pad na ovom prostoru iznosi oko
111,0 m: uzvodna kota 641 mnm (kota mosta preko
rijeke Neretve u Ulogu je 645 mnm) – nizvodna kota kod lokaliteta Grad 530 mnm [6].
U dolini rijeke Neretve, na razmatranom prostoru, postoje povoljni uslovi za izgradnju velikih
brana (klisurasta dolina) i to veoma racionalnog tipa
i oblika (lu~ne i gravitacione brane, male zapremine).
Geomorfolo{ki uslovi za formiranje akumulacija su relativno dobri. Zapremine akumulacionih prostora nisu velike, ali mogu biti veoma dragocjene u
energetskom smislu. Uslovi vododr`ivosti akumulacionih bazena su promenjivi i na ovom nivou poznavanja geolo{kih karakteristika prostora se mogu ocijeniti kao nelimitiraju}i faktori kojima se u narednim fazama istra`ivanja i projektovanja mora posvetiti odgovaraju}a pa`nja [6].
75
Slika 1. Prikaz hidrometeorolo{kih stanica na slivu i neposrednoj blizini sliva gornje Neretve
Osnovni princip energetskog iskori{}enja dijela
vodotoka se svodi na maksimizaciju odnosa koli~ine i kvaliteta proizvedene energije sa investicionim
tro{kovima. Na ovo pitanje nije bilo mogu}e dati jasan i pouzdan odgovor bez odgovaraju}e uporedne
analize mogu}ih varijantnih re{enja.
Polaze}i od ovog, a uva`avaju}i realno stanje
prostora, hidrolo{kih karakteristika i ograni~enja,
definisani su mogu}i osnovni objekti energetskog sistema (brane i akumulacije, dovodni sistemi i ma{inske zgrade), ~ijim se kombinovanjem dobijaju
mogu}a varijantna rje{enja hidroenergetskog iskori{}enja potencijala gornjeg toka rijeke Neretve u Republici Srpskoj.
U investiciono-tehni~koj dokumentaciji „HE
Neretva-Ulog, Idejno rje{enje i prethodna studija izvodljivosti” za sve varijante izvr{en je prora~un
energetskih efekata na osnovu definisanih performansi akumulacija i prirodnih uslova (hidrolo{ki
76
podaci prikazani u Hidrolo{koj studiji gornjeg toka
rijeke Neretve u RS), kao i procjena investicione
vrijednosti.
5.1. Prora~un proizvodnje elektri~ne energije
za varijantna rje{enja
Srednje godi{nje proizvodnje dobijene su
osrednjavanjem rezultata prora~una za period od
1954–1985. godine. Protoci na odgovaraju}im pregradnim profilima (Nedavi}, Studenac, Treskavac i
Grad) preuzeti su iz date hidrolo{ke studije koja je
prethodno ura|ena.
Projektant je izvr{io prora~un proizvodnje za 11
opisanih varijanata iskori{}enja hidropotencijala
predmetne lokacije. Ovih 11 varijanata formirano je
kombinacijom 17 mogu}ih re{enja HE.
Mogu}a rje{enja razlikuju se po:
– lokaciji elektrane,
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
– tipu elektrane (pribranska ili derivaciona),
– tipu dotoka (kod elektrana na lokaciji „Grad” dotok zavisi od toga koje se elektrane nalaze uzvodno od njih, osim kod HE „Grad visoki”, koja u sistemu radi sama).
5.2. Analiza varijantnih tehni~kih rje{enja
Projektant je nizvodno od mjesta Ulog razmatrao vi{e varijantnih rje{enja, i u tim varijantnim rje{enjima je predvidio 6 razli~itih pregradnih konstrukcija na ~etiri izabrana profila, i procijenio investiciona ulaganja u pregradne konstrukcije.
Projektant je analizirao dovodne sisteme za
analizirane derivacione varijante, ma{inske zgrade,
a tako|e je i procijenio investiciona ulaganja u dovodne sisteme.
U toku analiza varijantnih tehni~kih rje{enja,
Projektant je za sve varijante analizirao hidromehani~ku, ma{insku i elektro opremu, i procijenio investiciona ulaganja u ovu opremu.
Tako|e, Projektant je izvr{io analizu i procjenu
investicionih ulaganja u pristupne puteve za sva varijantna rje{enja.
6. USVOJENO HIDROENERGETSKO
RJE[ENJE GORNJEG TOKA RIJEKE
NERETVE U REPUBLICI SRPSKOJ
Za izbor optimalne varijante energetskog iskori{}enja gornjeg toka rijeke Neretve u Republici
Srpskoj, Projektant je izvr{io uporednu analizu analiziranih varijantnih tehni~kih rje{enja, kroz simultano sagledavanje tehni~kih karakteristika objekata,
energetskih pokazatelja, ekonomskih parametara i
drugih relevantnih uslova.
6.2. Uporedna analiza energetskih pokazatelja
Energetske pokazatelje ~ine sumarni podaci o
instalisanim snagama svih hidroelektrana, kao i prosje~ne godi{nje proizvodnje hidroelektrana kroz
analizirane varijante i to iskazane kroz ukupnu proizvodnju, proizvodnju vr{ne i proizvodnju bazne
energije.
6.3. Uporedna analiza ekonomskih parametara
Ekonomski parametri razmatranih varijantnih
rje{enja su osnovni stati~ki ekonomski parametri:
– specifi~ne investicije (odnos investicione vrijednosti i instalisane snage) i
– investicioni koli~nik (odnos investicione vrijednosti i godi{nje proizvodnje)
6.4. Izbor varijante
Kriterijumi za izbor varijante su investicioni,
ekonomski i energetski parametri, a tako|e i kriterijumi vodoprivrednih uslova i teritorijalna pripadnost
objekta. Prednost kod izbora varijante su ona rje{enja koja se u potpunosti nalaze na teritoriji Republike Srpske.
Prva rangirana varijanta koja je u potpunosti na
teritoriji Republike Srpske je varijanta HE Grad-niska i derivaciona HE Nedavi} sa osnovnim objektima sistema: brana Nedavi} (KNU 641 mnm), dovodni sistem Nedavi}-Grad, derivaciona HE Nedavi}, brana Grad-niska (KNU 570 mnm), „pribranska” HE Grad-niska [6].
Izabranu varijantu ~ine:
– derivaciona HE Nedavi} sa godi{njom proizvodnjom od 75 GWh (instalisana snaga 32,8 MW) i
– „pribranska” HE Grad-niska sa godi{njom proizvodnjom od 11,244 GWh (instalisana snaga 2,8 MW).
6.1. Uporedna analiza investicionih vrijednosti
razli~itih varijanti
Projektant je izradio rekapitulaciju investicione
vrijednosti kroz slede}e osnovne pozicije:
– gra|evinski radovi: brane, dovodni sistemi, ma{inske zgrade, i putevi,
– oprema: hidromehani~ka, ma{inska, elektro i
oskultaciona oprema na branama, hidromehani~ka
oprema dovodnih sistema, agregati i prate}a hidromehani~ka oprema, elektrooprema, priklju~ak
na elektroenergetsku mre`u,
– nematerijalna ulaganja (otkupi, vrijednost istra`nih, projektantskih i drugih radova) – procijenjena na 15 % od vrijednosti gra|evinskih radova,
nabavke i ugradnje opreme.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Slika 2. Podu`ni presjek izabrane varijante
Procijenjena ukupna investiciona ulaganja u izgradnju HE Nedavi} i HE Grad-niska su 59,37 miliona evra.
– specifi~ne investicije 1 771 €/kW i
– investicioni koli~nik 0,731 €/kWh
77
– Prosje~na proizvodna cijena za vek rada od 30 godina iznosi 4,5 €c/kWh.
– Prosje~na proizvodna cijena u prvim godinama rada iznosi 7,3–5,70 €c/kWh.
HE Nedavi} (Ulog) je derivaciona hidroelektrana, sa branom lociranom na 33 km+250 od izvora
Neretve, ili 3,5 km nizvodno od mjesta Ulog. Planirana lu~no betonska konstrukcija brane formira akumulaciju zapremine 7,04×106 m3 za radni nivo na
koti 641 mnm, a ukupna visina brane je 53 m, a du`ina brane u kruni 56,6 m.
Ukoliko se izvr{i tehno-ekonomska analiza samo derivacione HE Nedavi} kao prve faze realizacije (investiciona vrijednost za ovu hidroelektranu sa
svim pripadaju}im objektima je 42,7 miliona €),
dobijaju se najpovoljniji ekonomski pokazatelji:
– specifi~ne investicije 1 420 €/kW i
– investicioni koli~nik 0,62 €/kWh
Prosje~na proizvodna cijena za vek rada od 30
godina iznosi 3,8 €c/kWh.
Prosje~na proizvodna cijena u prvim godinama
rada iznosi 6,1 – 5,0 €c/kWh
6.5. Analiza rizika za usvojeno rje{enje
Ako uporedimo rizike koji su bili prisutni kod
hidroenergetskog rje{enja iz 1984. godine za gornji
tok rijeke Neretve u Republici Srpskoj, sa rje{enjem
koje je usvojeno u investicio-tehni~koj dokumentaciji koju je uradio „Institut za vodoprivredu Jaroslav
^erni”, mo`e se zaklju~iti da su rizici:
– Geolo{ki rizik – smanjen,
– Hidrogeolo{ki rizik- smanjen,
– Hidrolo{ki rizik-smanjen,
– Rizik velikih voda i akumulacija -smanjen,
– Rizik vi{enamjenskog kori{}enja voda – smanjen,
– Konstruktivni rizik (Rizik preloma brane) – smanjen,
– Rizik uticaja na okolinu-smanjen,
– Rizik dugog razvoja i prekora~enja tro{kova i roka izgradnje-smanjen,
– Politi~ki rizik- smanjen,
– Sociolo{ki aspekti realizacije hidroenergetskih
projekata-smanjen,
– Rizik obezbje|enja na~ina finansiranja- smanjen.
Na osnovu energetskih, investicionih, ekonomskih i analiza rizika, usvojeno tehni~ko rje{enje ima
ve}u mogu}nost da se realizuje.
7. NAREDNE AKTIVNOSTI
U cilju realizacije naredne faze projektovanja,
tj. izrade Idejnog projekta, potrebno je obezbijediti
kvalitetne podloge. Na pregradnom mjestu planirane
brane Nedavi}, do 1991. godine vr{eni su zna~ajni
78
istra`ni radovi i na osnovu te ~injenice potrebno je
prikupiti te podatke.
Tako|e, u cilju boljeg sagledavanja re`ima voda i re`ima nanosa na toku gornje Neretve potrebno
je realizovati slede}e aktivnosti:
– Prikupljanje, sistematizacija i analiza postoje}e
dokumentacije i podloga za sliv Gornje Neretve,
– Uspostavljanje limnigrafskih stanica,
– Simultana hidrolo{ka mjerenja na odre|enim profilima,
– Detaljno terensko rekognosciranje sliva i vodotoka,
– Organizacija psamolo{kih osmatranja i mjerenja,
– Analiza postoje}e dokumentacije o nanosu na rijeci Neretvi itd [5].
U cilju smanjenja geolo{kih rizika, u procesu istra`ivanja za hidroenergetske objekte (brane, ma{inske zgrade, dovodni i odvodni sistemi), potrebno je
realizovati sljede}e aktivnosti:
– Izrada projekta istra`ivanja,
– In`enjerskogeolo{ko i hidrogeolo{ko kartiranje terena,
– Istra`no bu{enje,
– Geofizi~ka istra`ivanja,
– Laboratorijska ispitivanja,
– Izrada elaborata (parcijalni i sintezni) sa programom dopunskih istra`ivanja za fazu projekta za
izvo|enje [8].
Tako|e, za izradu ostalih dijelova Idejnog projekta, potrebno je obezbijediti odgovaraju}e podloge.
8. ZAKLJU^AK
U investiciono-tehni~koj dokumentaciji koja je
izra|ena u 2008. godini, tj. u „Idejnom rje{enju i
prethodnoj studiji izvodljivosti”, projektovane su
dvije hidroelektrane HE Ulog (Nedavi}) i HE Gradniska, a osnovni parametri ovih hidroelektrana su:
– HE Ulog (Nedavi}) derivaciona hidroelektrana,
instalisane snage 32,8 MW i prosje~ne godi{nje
proizvodnje od 75 GWh elektri~ne energije,
– HE Grad-niska je pribranska elektrana, instalisane snage 2,8 MW i prosje~ne godi{nje proizvodnje
od 11,24 GWh elektri~ne energije.
HE Ulog (Nedavi}) je tehni~ki izvodljiv projekat, ekonomski opravdan i na ekolo{ki prihvatljivoj
lokaciji bez zna~ajnih uticaja na `ivotnu sredinu.
Nakon svih analiza i dobijenih parametara mo`e se zaklju~iti da je u trenutku potrebno nastaviti
aktivnosti na istra`ivanju i projektovanju samo derivacione HE Nedavi}, jer ova hidroelektrana pokazuje da je to optimalno rje{enje u ovom trenutku.
Pribransku HE „Grad-niska” bi trebalo graditi u kasnijem periodu, kada se mogu o~ekivati poELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
voljniji op{ti uslovi za iskori{tenje obnovljivih izvora elektri~ne energije.
[4]
9. LITERATURA:
[5]
[1]
[2]
[3]
RO HE na Neretvi, Jablanica OOUR Institut za istra`ivanje i razvoj, PROJEKAT GORNJA NERETVA, Studija, Mostar, 1985. godine.
Energoinvest, OOUR Hidroin`enjering. HIDROENERGETSKO KORI[TENJE GORNJE NERETVE, Studija, Sarajevo, 1984. godine.
Energoinvest HIDROENERGETSKO KOR[]ENJE RIJEKE NERETVE, Osnovni projekat, Tehni~ko rje{enje, HE Ulog – Sarajevo, 1973. godine.
[6]
[7]
Institut za vodoprivredu „Jaroslav ^erni”, „Hidrolo{ka studija gornjeg toka reke Neretve (u Republici
Srpskoj)”- Beograd, mart 2008. godine,
Institut za vodoprivredu „Jaroslav ^erni” HE NERETVA-ULOG, IDEJNO RJE[ENJE I PRETHODNA STUDIJA OPRAVDANOSTI, Beograd,
mart 2008. godine,
Mr Miroslav Markovi} PROJEKTNO FINANSIRANJE U ZEMLJAMA U RAZVOJU, ANALIZA
RIZIKA U EVALUACIJI HIDROENERGETSKIH
PROJEKATA, Nik{i} 2000, godine.
Prof. dr Petar Stoji} HIDROTEHNI^KE GRA\EVINE, Split 1998. godine.
Rad STK C1 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 02. 07. 2009. godine
@eljko Ratkovi} je ro|en 3. 3. 1967. godine. Osnovnu i Srednju tehni~ku {kolu, ma{inskog smjera zavr{io je 1985. godine u Trebinju. Diplomirao je 1990. godine na Ma{inskom
fakultetu u Mostaru – Konstruktivni smjer. Magistarsku tezu je odbranio 2001. godine na Fakultetu tehni~kih nauka u Novom Sadu iz oblasti „vje{ta~ke inteligencije”. Nakon zavr{etka
Ma{inskog fakulteta, 1990. godine, radio je u preduze}u „Industrija alata-Trebinje” do 1999.
godine. Od 1999. godine radi u „MH Elektroprivreda Republike Srpske, Mati~no preduze}e”
u Trebinju.
Tokom rada u „Elektroprivredi Republike Srpske”, u~estvuje u zajedni~kim stru~nim timovima „Elektroprivrede RS” i Projektantskih ku}a koje izra|uju investiciono-tehni~ku dokumentaciju za energetske
objekte kod kojih je investitor Elektroprivreda Republike Srpske.
U toku svog nau~nog i stru~nog rada publikovao je deset naslova, koji su objavljeni u doma}im ~asopisima i monografijama, kao i na me|unarodnim i doma}im konferencijama. Trenutno, aktivno izu~ava
oblast hidroenergetike, tj. primjenu ekspertnih sistema u hidroenergetici, iz koje radi doktorsku disertaciju, koja mu je odobrena na Fakultetu tehni~kih nauka u Novom Sadu, 2008. godine.
Od osnivanja Fakulteta za proizvodnju i menad`ment u Trebinju, koji pripada Univerzitetu u Isto~nom
Sarajevu, tj. od 1995. godine, dodatno je anga`ovan na mjestu vi{eg asistenta na predmetu Nauka o materijalima.
Akademik Pantelija-Pane Daki}, doktor ma{instva, ro|en je 1946. godine u Podgoriji.
Zavr{io je Ma{inski fakultet u Sarajevu 1972. godine. Magistrirao je 1977. godine na Fakultetu strojarstva i brodogradnje u Zagrebu, a 1981. godine na istom fakultetu je i doktorirao.
[kolske 1990/91. godine, kao Fulbrajtov stipendista, odlazi u SAD na postdoktorske studije na institutu MIT iz podru~ja lasera i laserske tehnologije. Na Ekonomskom institutu u
Beogradu zavr{io je {kolu za menad`ere 1989. godine. Radio je kao profesor u Jajcu, potom
kao asistent na Ma{inskom fakultetu u Banjoj Luci od 1974. godine. Bio je tehni~ki direktor
„Tvornice vijaka” u Mrkonji} Gradu i direktor „Fabrike signalnih ure|aja” u Lakta{ima. Iz Lakta{a odlazi na mjesto direktora IRC-a (Institut „Rudi ^ajavec”), potom je zamjenik generalnog direktora za razvoj i kvalitet Radne organizacije „Elektromehanika”, a kasnije i generalni direktor Radne organizacije sistema „Rudi ^ajavec” u Banjoj Luci.
Od 1981. godine je docent, od 1985. godine vanredni profesor na fakultetu VV[ u Zagrebu, te od 1993.
godine radi kao redovni profesor na Univerzitetu Vojske Jugoslavije u Beogradu. Od 1997. godine predaje na Ma{inskom fakultetu u Banjoj Luci kao redovni profesor.
U septembru 2008. godine izabran je za Dopisnog ~lana akademije ANURS-e u Banjoj Luci.
Osim profesorskog rada, dr Pantelija Daki} nalazio se na mnogim visokim dru{tvenim funkcijama. Bio
je generalni direktor „Elektroprivrede Republike Srpske” u periodu 2003-2007. godine. Trenutno obavlja
funkciju savjetnika generalnog direktora „Elektroprivrede Republike Srpske”.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
79
Za izuzetne menad`erske sposobnosti biran je vi{e puta za „Privrednu li~nost godine BiH”, te za „Privrednu li~nost decenije BiH”. Za „Privrednu li~nost najmenad`er za srednju i jugoisto~nu Evropu u 2007.”
izabran je 28. juna 2007. godine.
Objavio je preko stotinu nau~nih i stru~nih radova u doma}im i inostranim ~asopisima i ~etiri univerzitetska ud`benika.
Stevan Stankovski je ro|en 24. 10. 1962. godine u Novom Sadu. Diplomirao je 1987. godine na Fakultetu tehni~kih nauka na odseku za elektrotehniku, smeru za ra~unarsku tehniku
i automatiku, Univerziteta u Novom sadu. Magistarsku tezu i doktorski rad je odbranio 1991.
i 1994. godine, na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu.
U svom stru~nom radu je realizovao preko sto upravlja~kih sistema na raznim ma{inama i tehnolo{kim linijima. Projektovao je i realizovao nekoliko specijalizovanih ma{ina i manipulatora. Stalni je stru~ni konsultant iz oblasti upravljanja i elektronike za kompaniju FESTO iz [tudgarta, Nema~ka. Za potrebe FESTO Didakti~kog centra u Novom Sadu, odr`ao je preko sto pedeset seminara iz oblasti programabilnih logi~kih kontrolera, elektropneumatike i sistema za nadzor i upravljanje.
Svoj nau~ni i stru~ni rad je publikovao u preko dvesta naslova, koji su objavljeni u me|unardnim ~asopisima i monografijama, doma}im ~asopisima i monografijama, kao i na me|unardnim i doma}im konferencijama.
Zaposlen je kao redovan profesor na Fakultetu tehni~kih nauka u Novom Sadu.
80
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Dragan Karanovi},
Sr|an Suboti}, Vladimir Ili} i @ivota Stamenkovi}
Nova koncepcija uspostavljanja
elektroenergetskog sistema
nakon raspada
Stru~an rad
UDK: 621.05; 621.06
Rezime:
Plan uspostavljanja elektroenergetskog sistema je jedan od najva`nijih dokumenata koje izra|uje operator prenosnog sistema. Ovaj plan mora dati predlog upravlja~kih akcija za svaki mogu}i raspad
elektroenergetskog sistema, i zato on obuhvata scenarije ostrvskog uspostavljanja i uspostavljanja uz pomo} susednih elektroenergetskog sistema. Svaki raspad se konceptualno re{ava na naponskim nivoima 400 kV
i 220 kV, dok akcije na 110 kV slu`e pre svega da podr`e uspostavljanje prenosnog sistema 400 kV i 220 kV.
Klju~ne re~i: raspad EES, uspostavljanje EES
Abstract:
NEW CONCEPTION OF RESTORATION PLAN
System Restoration Plan is one of the most important documents that are produced by TSO. This plan
has to offer solution for each possible Transmission System collapse. Therefore, it comprises scenarios for
island and parallel restoration. Each restoration has to be conceptually devised on 400 kV and 220 kV voltage levels, while control action within 110 kV transmission network is just a support.
Key words: transmission system collapse, transmission system restoration
1. UVOD
Plan uspostavljanja elektroenergetskog sistema
(EES) Republike Srbije nakon potpunog ili delimi~nog raspada (u daljem tekstu: Plan) predstavlja jedan od Planova odbrane EES. Planovi odbrane EES
obuhvataju:
– Plan podfrekventne za{tite
– Planove ograni~enja isporuke elektri~ne energije
– Plan uspostavljanja EES Republike Srbije nakon
potpunog ili delimi~nog raspada.
Ovi planovi imaju za svrhu da stvore tehni~ke i organizacione preduslove kako bi se u slu~aju ozbiljnih
poreme}aja o~uvala sigurnost rada EES, odnosno omogu}ila najbr`a mogu}a normalizacija stanja u EES.
Plan se izra|uje prema osnovnim postavkama
koje odre|uju UCTE Operativni priru~nik i Pravila
o radu prenosnog sistema. Ovim dokumentima je
predvi|eno slede}e:
– Plan propisuje postupke koji }e dovesti do najbr`eg mogu}eg uspostavljanja EES za slu~aj delimi~nog ili totalnog raspada;
– Plan obuhvata nekoliko osnovnih scenarija, tako
da je upotrebljiv pri svakom raspadu;
– JP Elektromre`e Srbije (EMS) je u obavezi da pri
izradi Plana predvidi dovoljan broj generatorskih
Dragan Karanovi}, Sr|an Suboti}, Vladimir Ili} i @ivota Stamenkovi} – JP Elektromre`a Srbije, Vojvode Stepe 412, 11 000
Beograd,
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
81
jedinica za beznaponsko pokretanje i ostrvski rad,
kako bi se omogu}ilo brzo uspostavljanje EES u
svim predvidivim situacijama;
– Delovi Plana se usagla{avaju sa odgovaraju}im
planovima operatora susednih prenosnih sistema,
kako bi se postigla njihova kompatibilnost;
– Planom se predvi|aju postupci za sve korisnike
prenosnog sistema, u skladu sa tehni~kim karakteristikama elektroenergetskih objekata (u daljem
tekstu: EE objekat);
– Operativno osoblje se mora periodi~no obu~avati
za primenu Plana;
– Tokom izrade Plana koriste se rezultati ra~unarskih simulacija raspada EES.
Uz sve prethodno navedeno, Plan uva`ava i organizaciju upravljanja u JP EMS, mogu}nosti tehni~kog sistema upravljanja, trenutne tehni~ke karakteristike EE objekata (ovo se posebno odnosi na mogu}nost beznaponskog pokretanja i ostrvskog rada
hidroelektrana) i specifi~nosti EE objekata kupaca
koji su priklju~eni na prenosni sistem.
Plan ne predvi|a neraspolo`ivost telekomunikacionih veza izme|u centara JP EMS, prenosnih
objekata i centara upravljanja korisnika prenosnog
sistema. Razlozi za to su obavezuju}e odredbe UCTE operativnog priru~nika i Pravila o radu prenosnog sistema, kao i intenzivan razvoj telekomunikacionih tehnologija i telekomunikacione infrastrukture u EES u poslednjih desetak godina.
Da bi se obezbedili preduslovi za uspostavljanje
EES, Pravilima o radu prenosnog sistema je predvi|eno slede}e:
– Turbogeneratorska jedinica ~ija je nazivna snaga
ve}a od 100 MW mora biti sposobna da u slu~aju
ostanka bez napona iz EES pre|e na ostrvski rad,
napajaju}i samo sopstvenu potro{nju agregata, ili
da se u roku od 15 minuta nakon ispada ponovo
ve`e na mre`u;
– Nakon {to do|e do prelaska na ostrvski rad, turbogeneratorska jedinica mora biti sposobna da radi u
tom re`imu bar 2 sata;
– Hidrogeneratorska jedinica, bez obzira na instalisanu snagu, mora biti sposobna da se nakon ispada ponovo ve`e na mre`u u roku od 15 minuta;
– Hidrogeneratorske jedinice predvi|ene za beznaponsko pokretanje moraju raditi u re`imu praznog
hoda najmanje 15 minuta;
– Hidroelektrana deklarisana za ostrvski rad mora
imati sposobnost da se sinhronizuje na ostrvo ~ija
je snaga ve}a od snage sopstvene potro{nje njegove generatorske jedinice, a manja od nazivne snage ove generatorske jedinice. Ostrvski rad mora se
garantovati u trajanju od najmanje 6 sati;
– Ukoliko hidroelektrana radi u ostrvskom radu,
mora imati sposobnost trenutne promene proiz82
vodnje do iznosa od 10 % nazivne snage generatora koji su u tom trenutku u pogonu.
2. KONCEPCIJA USPOSTAVLJANJA
ELEKTROENERGETSKOG SISTEMA
Uspostavljanje EES se zasniva na brzom prosle|ivanju napona ili beznaponskom pokretanju hidrogeneratora, podizanju hidro-proizvodnje u skladu sa
uklju~ivanjem potro{nje tj. u dozvoljenim opsezima
frekvencije i napona, kako se ne bi ugrozili tek uspostavljeni delovi EES, potonjem prosle|ivanju napona do termoelektrana i snabdevanjem njihove sopstvene potro{nje, te sinhronizacijom turbogeneratora
na prenosni sistem. Uspostvljanje EES mora obuhvatiti sve delove sistema, posebno sa stanovi{ta napajanja prioritetne potro{nje u razumnom vremenu.
Beznaponsko pokretanje hidrogeneratora i formiranje ostrva predvi|eno je za slede}e hidroelektrane: HE \erdap 1, HE Bajina Ba{ta, HE Bistrica,
HE Zvornik i HE Pirot.
Op{tom koncepcijom je predvi|eno da se u EE
objektima u slu~aju ostanka bez napona iz prenosnog sistema uspostavlja slede}e uklopno stanje:
– Isklju~uju se dalekovodni prekida~i u mre`i
400 kV i 220 kV, odnosno u mre`i 110 kV gde je
to Planom predvi|eno
– Isklju~uju
se
prekida~i
transformatora
400/220 kV/kV, 400/110 kV/kV i 220/110 kV/kV,
odnosno transformatora 110/x kV/kV gde je to
Planom predvi|eno
– Uklju~uju se spojna polja u postrojenjima gde je to
Planom predvi|eno
– Pozicije regulacionih transformatora, kod kojih je
mogu}a promena napona pod optere}enjem, se
postavljaju blizu srednjeg polo`aja
Odre|ivanje koncepcije upostavljanja EES posle potpunog ili delimi~nog raspada i uspostavljanje
400 kV i 220 kV dela EES, kao i odre|ivanje dinamike uklju~ivanja potro{nje isklju~iva je nadle`nost
dispe~era Nacionalnog dispe~erskog centra (u daljem tekstu: NDC).
Prilikom uklju~ivanja potro{nje NDC daje nalog dispe~erima regionalnih dispe~erskih centara (u
daljem tekstu: RDC) kolika snaga se uklju~uje po
svakoj od transformatorskih stanica 400/110 kV/kV
i 220/110 kV/kV u zavisnosti od trenutne situacije.
Uspostavljanje 110 kV dela EES, prosle|ivanje
napona do elektrana vezanih na 110 kV mre`u i davanje odgovaraju}ih naloga centrima upravljanja korisnika prenosnog sistema je u nadle`nosti RDC-a.
Napon se prema EE objektima korisnika prenosnog sistema uvek prosle|uje samo po dobijenoj saglasnosti centra upravljanja korisnika prenosnog sistema.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
3. POSTUPCI OSOBLJA U
ELEKTROENERGETSKIM OBJEKTIMA
TOKOM USPOSTAVLJANJA
ELEKTROENERGETSKOG SISTEMA
Osoblje EE objekata mora biti upoznato sa
predvi|enim postupcima u svojim EE objektima,
kao i sa op{tom koncepcijom uspostavljanja EES.
Plan sadr`i priloge u kojima su opisani postupci tokom uspostavljanja EES za svaki EE objekat.
Osoblje EE objekta sprovodi naloge nadle`nih
centara upravljanja (nalog mo`e biti i zahtev za
sprovo|enje postupaka iz priloga Plana koji se odnosi na taj EE objekat).
U slu~aju da EE objekat ostane bez napona,
osoblje EE objekata postupa na slede}i na~in:
– Uspostavlja govornu vezu sa nadle`nim centrom
upravljanja koji mu daje odgovaraju}e naloge za
dalje postupke
– U slu~aju da se govorna veza ne mo`e ostvariti sa
nadle`nim centrom upravljanja, poku{ava se uspostavljanje govorne veze sa rezervnim centrom
upravljanja
– Ako se govorna veza ne mo`e uspostaviti sa nadle`nim centrima upravljanja, osoblje EE objekata
400/220 kV/kV, 400/110 kV/kV i 220/110 kV/kV,
sprovodi postupke predvi|ene op{tom koncepcijom uspostavljanja uklopnog stanja u EE objektima u slu~aju ostanka bez napona iz prenosnog sistema
Ako se govorna veza ne mo`e uspostaviti sa
nadle`nim centrima upravljanja, u objektima 110 kV
se uspostavlja uklopno stanje predvi|eno planom za
uspostavljanje sistema u ostrvskom radu.
Na svakom EE objektu mora u svakom trenutku biti brzo dostupan deo Plana uspostavljanja EES
koji se odnosi na postupke osoblja u tom EE objektu. Osoblje EE objekata mora biti upoznato i obu~eno za efikasnu primenu Plana. Da bi se ovo obezbedilo, potrebno je da se osoblje EE objekata periodi~no proverava i obu~ava za primenu Plana.
4. USPOSTAVLJANJE PRENOSNOG
SISTEMA 400 kV I 220 kV
4.1. Scenariji
Plan obuhvata vi{e mogu}ih scenarija uspostavljanja EES posle totalnog ili delimi~nog raspada
EES, sa ciljem da bude upotrebljiv pri svakom raspadu. Stoga su u Planu razra|eni postupci za:
– Uspostavljanje EES u ostrvskom radu (uspostavljanje EES uz pokretanje hidrogeneratora iz beznaponskog stanja)
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
– Uspostavljanje EES u paralelnom radu (uspostavljanje EES uz prosle|ivanje napona iz susednih
EES)
Uspostavljanje EES u ostrvskom radu podrazumeva da je poreme}ajem zahva}en deo interkonekcije ve}i od EES Republike Srbije i da ne postoji napon ni u jednom interkonektivnom dalekovodu koji
mo`e poslu`iti za inicijalnu sinhronizaciju elektrana, ve} se iz beznaponskog stanja pokre}u elektrane
sposobne da daju napon za po~etno uspostavljanje
EES.
Uspostavljanje EES u paralelnom radu podrazumeva da u nekom od interkonektivnih dalekovoda
postoji napon i da postoji saglasnost susednog operatora prenosnog sistema da pomogne u uspostavljanju sistema, putem prosle|ivanja napona i odgovaraju}e razmene elektri~ne energije (fizi~ke, odnosno
programske).
Postupci koji su navedeni u ovim scenarijima
slu`e prvenstveno kao analiti~ki obra|eni primeri,
na osnovu postoje}ih iskustava prilikom ranijih uspostavljanja EES i na osnovu ra~unarskih simulacija ovakvih pogonskih uslova. Broj mogu}ih realnih
situacija sigurno prevazilazi broj obra|enih scenarija, ali se pretpostavlja da je broj scenarija dovoljan
da se pru`i osnova za saniranje svakog raspada. Tako|e, NDC ima pravo da se, u zavisnosti od trenutnih okolnosti prilikom uspostavljanja EES, striktno
ne pridr`ava Plana, ali to mora biti opravdano sa stanovi{ta osnovnih postavki upravljanja.
4.2. Uspostavljanja sistema u ostrvskom radu
U slu~aju da je poreme}ajem zahva}en deo interkonekcije ve}i od EES Republike Srbije i da ne
postoji napon ni u jednom interkonektivnom dalekovodu koji mo`e poslu`iti za inicijalnu sinhronizaciju elektrana, EES se uspostavlja formiranjem dva
ostrva.
Jedno ostrvo se formira nakon beznaponskog
pokretanja HE \erdap 1, uspostavljaju}i 400 kV prsten kroz dva kraka: 1) RP \erdap 1, TS Bor 2, TS
Ni{ 2, TS Jagodina 4, TS Kragujevac 2, TS Obrenovac, RP Mladost, 2) RP \erdap 1, RP Drmno, TS
Pan~evo 2 i TS Beograd 8. Sinhronizacija krakova
prstena se preporu~uje u TS Obrenovac.
Drugo ostrvo se formira nakon beznaponskog
pokretanja HE Bajina Ba{ta (i/ili HE Bistrica) uspostavljaju}i 220 kV prstenove:
– TS Bajina Ba{ta, TS Obrenovac, TS Valjevo 3, TS
Bajina Ba{ta
– TS Bajina Ba{ta, HE Bistrica, TS Po`ega, TS Bajina Ba{ta
– TS Bajina Ba{ta, TS Beograd 3, TS Obrenovac,
TS Bajina Ba{ta
83
– TS Po`ega, TS ^a~ak 3, TS Kraljevo 3, TS Po`ega
Sinhronizacija ovih prstenova se preporu~uje u
TS Bajina Ba{ta, TS Obrenovac i TS Po`ega.
NDC odre|uje redosled uklju~ivanja dalekovoda i na~in formiranja ostrva na osnovu trenutnih
okolnosti.
Planom je predvi|eno da se ostrva postepeno {ire od HE \erdap 1, odnosno HE Bajina Ba{ta, koje
su pokrenute iz beznaponskog stanja, uklju~ivanjem
odgovaraju}e potro{nje i sinhronizacijom dodatnih
generatora u ovim hidroelektranama.
U nastavku procesa uspostavljanja EES, napon
se prosle|uje preostalim hidroelektranama, transformatorima op{te grupe, kao i do blok-transformatora
u termoelektranama. Ukoliko je neki od termoagregata ostao u ostrvskom radu na sopstvenoj potro{nji,
potrebno je {to pre omogu}iti njegovu sinhronizaciju na prenosnu mre`u i postepeno podizanje snage
ovih termoagregata.
Preporu~uje se da se ostrva formirana oko HE
\erdap 1 i HE Bajina Ba{ta sinhronizuju u TS Obrenovac.
Prilikom ostrvskog uspostavljanja sistema nije
predvi|eno paralelisanje transformatorskih stanica
400/110 kV/kV i 220/110 kV/kV na 110 kV mre`i
kako ne bi do{lo do ne`eljenog spajanja ostrva preko 110 kV mre`e.
Za pojedine objekte (TS Obrenovac, RP Mladost, TS Beograd 3 i TE Kolubara) je predvi|ena mogu}nost da u toku procesa uspostavljanja EES napon
dobiju u toku formiranja i ostrva oko HE \erdap 1 i
ostrva oko HE Bajina Ba{ta. NDC donosi odluku iz
kog pravca }e navedeni objekti biti napojeni na osnovu trenutnih okolnosti. Prosle|ivanje napona ka ostalim transformatorskim stanicama 400/110 kV/kV i
220/110 kV/kV se vr{i kada se za to stvore uslovi, a
preporu~uje se nakon sinhronizacije ostrva HE \erdap 1 sa ostrvom HE Bajina Ba{ta, osim u slu~aju
kada se u pogon brzo vrate proizvodne jedinice u
termoelektranama.
Uklju~ivanje mre`e 110 kV i potro{a~a se obavlja u funkciji odr`avanja stabilnosti i naponskih
prilika u ve} formiranim delovima EES. NDC procenjuje iznos snage koji treba uklju~iti u trafostanicama 400/110 kV/kV i 220/110 kV/kV i daje odgovaraju}i nalog RDC-ovima.
Ukoliko se neka od proizvodnih jedinica u termoelektranama odr`i u radu na sopstvenoj potro{nji,
NDC u dogovoru sa ovla{}enim osobljem ovih elektrana prioritetno {alje napon za sinhronizaciju i po
vezivanju generatora dogovara dinamiku podizanja
proizvodnje.
U slu~aju da NDC proceni da }e uspostavljanje
ostrva oko HE \erdap 1 i ostrva oko HE Bajina Ba84
{ta potrajati, mo`e se primeniti i deo plana Plana koji obuhvata i beznaponsko pokretanje HE Zvornik i
HE Pirot i uspostavljanje posebnih ostrva u 110 kV
mre`i. U posebno te{kim situacijama, iz ostrva HE
Zvornik je predvi|eno napajanje sopstvene potro{nje TENT A, TENT B i TE Kolubara.
Kada se ostrva HE Bajina Ba{ta, odnosno HE
\erdap 1 pro{ire do TS Obrenovac, napon je ve}
prosle|en do najve}ih termoelektrana, te postoji mogu}nost da su se sinhronizovali i neki termoagregati
koji su se odr`ali u radu na sopstvenoj potro{nji.
Plan preporu~uje se da se ostrva HE \erdap 1 i
HE Bajina Ba{ta sinhronizuju u TS Obrenovac. Me|utim, ukoliko postoje problemi pri sihronizaciji,
prethodno je potrebno oja~ati ostrva u kojima su izra`enije oscilacije napona i frekvencije podizanjem
proizvodnje i uklju~ivanjem potro{nje.
Vezivanje generatora u RHE Bajina Ba{ta, zbog
velike minimalne snage ovih generatora, preporu~uje se nakon sinhronizacije ostrva HE \erdap 1 i HE
Bajina Ba{ta.
4.3. Uspostavljanje sistema u paralelnom radu
U slu~aju da postoji mogu}nost prosle|ivanja
napona po jednom ili vi{e interkonektivnih dalekovoda, ovo je potrebno iskoristiti u cilju {to br`eg i
efikasnijeg uspostavljanja EES. Zbog velikog broja
interkonektivnih dalekovoda, u Planu se daju preporuke kako se na najbolji mogu}i na~in mo`e iskoristiti napon po svakom interkonektivnom dalekovodu.
Kako se u ovim slu~ajevima mo`e o~ekivati
ograni~ena isporuka elektri~ne energije iz susednih
EES, napon iz susednog sistema treba iskoristiti za
pokretanje hidrogeneratora, napajanje sopstvene potro{nje termoelektrana i pokretanje turbogeneratora,
~ime se zna~ajno ubrzava proces uspostavljanja
EES.
Uspostavljanje EES u paralelnom radu ima za
posledicu delimi~nu promenu koncepcije u odnosu
na ostrvski rad koja se ogleda u slede}em:
– NDC posebnu pa`nju posve}uje koordinaciji aktivnosti sa centrima upravljanja susednih operatora prenosnih sistema, kako u fazi dogovaranja parametara na interkonektivnim dalekovodima (tokovi aktivne snage, napon i frekvencija), tako i
prilikom realizacije dogovora
– NDC daje nalog RDC za primenu Plana uspostavljanja 110 kV mre`e u paralelnom radu, vode}i
ra~una da optere}enje interkonektivnih dalekovoda po kojima se vr{i razmena bude u dogovorenim
granicama
U zavisnosti od okolnosti, NDC odlu~uje da li
}e pored uspostavljanja dela EES u paralelnom radu,
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
deo EES uspostavljati u ostrvskom re`imu rada pokretanjem HE \erdap 1, odnosno HE Bajina Ba{ta.
U ovom slu~aju potrebno je voditi ra~una da se sinhronizacija dva dela EES sa razli~itim frekvencijama vr{i u EE objektima gde za to postoji odgovaraju}a oprema.
U slu~aju da je jedino raspolo`iv napon iz interkonekcije po dalekovodu DV 454 TS Subotica 3 –
TS [andorfalva, preporu~uje se njegovo prosle|ivanje do TS Subotica 3, TS Novi Sad 3, RP Mladost i
TS Obrenovac, uz napajanje prioritetne potro{nje.
Ukoliko je neki od generatora u TENT A ili TENT B
ostao u radu na sopstvenoj potro{nji, prosle|ivanjem
napona do RP Mladost i TS Obrenovac omogu}ava
se njihova brza sinhronizacija na mre`u. U slu~aju
da nijedan od generatora u TENT A i TENT B nije
ostao u radu na sopstvenoj potro{nji, nakon prosle|ivanja napona do RP Mladost i TS Obrenovac, napon se uz prethodno dobijenu saglasnost elektrana
prosle|uje i do TENT A i TENT B. Nakon obezbe|ivanja sopstvene potro{nje elektrana, NDC daje nalog za pokretanje svih raspolo`ivih generatora u
TENT A i TENT B. Ne preporu~uje se prosle|ivanje
napona ka HE \erdap 1 i HE Bajina Ba{ta pre svega zbog nemogu}nosti regulacije napona i ograni~enja u isporuci po DV 454. NDC u ovom scenariju
formira ostrva HE \erdap 1 i HE Bajina Ba{ta beznaponskim pokretanjem ovih elektrana, sa ciljem {to
br`e sinhronizacije sa „ma|arskim sistemom” u TS
Obrenovac. Nakon sinhronizacije ostrva HE Bajina
Ba{ta u TS Obrenovac NDC daje nalog za vezivanje
generatora u RHE Bajina Ba{ta. Sinhronizacijom
ostrva HE \erdap 1 i HE Bajina Ba{ta sa „ma|arskim sistemom” u TS Obrenovac omogu}ava se
uklju~ivanje potro{nje prema delu Plana za uspostavljanje sistema u paralelnom radu.
Napon po dalekovodima DV 409/3 TS Sremska
Mitrovica 2 – TS Ernestinovo, odnosno DV 455 TS
Sremska Mitrovica 2 – TS Ugljevik treba pre svega
iskoristiti za pokretanje HE Bajina Ba{ta i RHE Bajina Ba{ta, napajanje sopstvene potro{nje TENT A i
TENT B i sinhronizaciju raspolo`ivih generatora u
TENT A i TENT B.
Napon po dalekovodu DV 405 RP \erdap 1 –
HE Porcile de Fier treba iskoristiti za pokretanje HE
\erdap 1. Vezivanjem generatora na mre`u stvaraju
se uslovi za brzo uspostavljanje 400 kV mre`e i
uklju~ivanje potro{nje prema delu Plana za uspostavljanje sistema u paralelnom radu, po{tuju}i iznos
razmene po DV 405 dogovorene sa rumunskim dispe~erom. Napon se u dozvoljenim granicama odr`ava regulisanjem reaktivne snage na generatorima u
HE \erdap 1 i uklju~ivanjem potro{nje. Zbog velike udaljenosti HE Bajina Ba{ta od HE \erdap 1 preporu~uje se beznaponsko pokretanje i formiranje
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
ostrva HE Bajina Ba{ta sa ciljem {to br`e sinhronizacije u TS Obrenovac.
Napon po dalekovodu DV 404 TS Ni{ 2 – TS
Sofija Zapad treba iskoristiti pre svega za pokretanje
HE \erdap 1, HE \erdap 2, HE Pirot i HE Vlasina.
Preporu~uje se beznaponsko pokretanje i formiranje
ostrva HE Bajina Ba{ta sa ciljem {to br`e sinhronizacije u TS Obrenovac, mada se u zavisnosti od naponskih prilika, NDC mo`e odlu~iti da napon iz TS
Ni{ 2 prosledi do TS Bajina Ba{ta, ~ime bi se omogu}ilo pokretanje generatora u HE Bajina Ba{ta i
RHE Bajina Ba{ta.
Napon po dalekovodu DV 206/1 TS Bajina Ba{ta – TS Pljevlja 2 ili DV 266 TS Po`ega – TS Pljevlja 2 treba iskoristiti za pokretanje generatora u HE
Bajina Ba{ta, RHE Bajina Ba{ta i HE Bistrica. Zbog
velike udaljenosti ne preporu~uje se prosle|ivanje
napona do HE \erdap 1. NDC u ovom scenariju
beznaponski pokre}e i formira ostrva HE \erdap 1
sa ciljem {to br`e sinhronizacije u TS Obrenovac.
Tako|e, postoji mogu}nost da napona ima i u
interkonektivnim 110 kV dalekovodima, pa je za
svaki od ovih dalekovoda Planom predvi|en na~in
na koji mo`e najbolje da se iskoristi, pre svega za
pokretanje bliskih hidroelektrana i napajanje lokalne
potro{nje.
5. USPOSTAVLJANJE
PRENOSNOG SISTEMA 110 kV
5.1. Scenariji
Za razliku od koncepcije uspostavljanja prenosnog sistema 400 kV i 220 kV, gde je opisan veliki
broj scenarija i ostavljeno puno mesta za prilago|avanje dispe~erskih odluka trenutnim okolnostima,
uspostavljanje prenosnog sistema 110 kV je ure|eno
sa mnogo vi{e detalja. To je u~injeno iz razloga {to
su upravlja~ke akcije u ovom delu prenosnog sistema vezane najvi{e za uklju~ivanje i isklju~ivanje potro{nje, {to se po prirodi mo`e Planom detaljno
predvideti i ~ime se komunikacija izme|u NDC i
RDC tokom uspostavljanja EES olak{ava i li{ava
nepotrebnih detalja. Planom je iz tog razloga ure|eno:
– Uspostavljanje uklopnog stanja u mre`i 110 kV
nakon raspada
– Priprema konzumnih podru~ja trasnformatorskih
stanica 400/110 kV/kV i 220/110 kV/kV za postepeno uklju~ivanje
– Prosle|ivanje napona ka elektranama priklju~enim na mre`u 110 kV
– Uklju~ivanje potro{nje.
Ipak, i ovde se Planom razlikuju tri osnovna
slu~aja:
85
– EES se uspostavlja ostrvski
– EES se uspostavlja u paralelnom radu
– U prenosnom sistemu 110 kV se formiraju ostrva
oko hidroelektrana priklju~enih na mre`u 110 kV.
Prilikom uspostavljanja sistema u ostrvskom radu potro{nja se uklju~uje u manjim iznosima i prenosni sistem se uspostavlja sporije. Prilikom uspostavljanja sistema u paralelnom radu potro{nja se
uklju~uje u ve}im iznosima i prenosni sistem se uspostavlja br`e. U zavisnosti od okolnosti, NDC mo`e odlu~iti da se deo sistema uspostavlja u ostrvskom, a deo u paralelnom radu. Ukoliko se u delu
prenosnog sistema 110 kV kome se prosle|uje napon nalazi hidroelektrana, ili termoagregat koji je
ostao u radu na sopstvenoj potro{nji, potrebno je
opet iskoristiti mogu}nost za brzo pokretanje ovih
proizvodnih kapaciteta. Ukoliko se jave problemi
prilikom uspostavljanja sistema 400 kV i 220 kV,
neophodno je iskoristiti mogu}nost beznaponskog
pokretanja lokalnih hidroelktrana i formiranje ostrva
sa odgovaraju}om potro{njom.
5.2. Uspostavljanje uklopnog stanja u mre`i
110 kV nakon raspada
Tokom uspostavljanja EES ne sme se dozvoliti
nekontrolisano slanje napona i posledi~no uklju~enje potro{nje, jer to mo`e da dovede do ponovnog
raspada. Iz tog razloga potrebno je preventivno izvr{iti sekcionisanje mre`e 110 kV.
U toku uspostavljanja prenosnog sistema paralelisanje trafostanica 400/110 kV/kV i 220/110 kV/kV
preko 110 kV mre`e se radi samo uz prethodno dobijenu saglasnost NDC-a, da ne bi do{lo do ne`eljenog paralelisanja preko 110 kV mre`e delova sistema koji nisu u paralelnom radu. Iz istog razloga se
dalekovodi koji povezuju dva susedna RDC isklju~uju na oba kraja (svaki RDC isklju~uje dalekovod
na kraju dalekovoda u svojoj nadle`nosti). Dalekovodi koji povezuju dva RDC se uklju~uju samo uz
prethodno dobijenu saglasnost NDC. Interkonektivni dalekovodi 110 kV se isklju~uju na na{em kraju
po nalogu RDC, a uklju~uju se isklju~ivo po nalogu
NDC.
6. PRIPREMA KONZUMNIH PODRU^JA
TRASNFORMATORSKIH STANICA
400/110 kV/kV I 220/110 kV/kV
ZA POSTEPENO UKLJU^IVANJE
Osim sekcionisanja mre`e, u cilju obezbe|ivanja
usagla{enog uklju~ivanja potro{nje sa podizanjem
proizvodnje, Planom je predvi|eno da se nakon raspada izvr{i i sekcionisanje delova konzumnih podru~ja
jedne transformatorske stanice. U scenarijima za
86
ostrvsko uspostavljanje EES, kada se naro~ito u prvim
koracima potro{nja mora uklju~ivati u manjim iznosima, ure|eno je i uklopno stanje na niskonaponskim
(NN) stranama transformatorskih stanica 110/x kV/kV.
Kao rezultat ovog na~ina razmi{ljanja, u Planu
je dat precizan redosled manipulacija koje je potrebno izvr{iti. Ove manipulacije RDC radi samostalno,
samo na osnovu kratkog naloga NDC-a. Ovim se
o~igledno posti`e zna~ajna u{teda vremena u komunikaciji NDC i RDC i izbegavaju nedoumice tokom
dono{enja upravlja~kih odluka.
7. UKLJU^IVANJE POTRO[NJE
Nakon {to se pod napon stave sabirnice 110 kV
transformatorskih stanica 400/110 kV/kV i
220/110 kV/kV, mo`e se pristupiti uklju~ivanju potro{nje. U samom Planu nalazi se ta~an redosled manipulacija za uklju~ivanje potro{nje. Redosled je
formiran na osnovu mogu}nosti za uklju~ivanje potro{nje u manjim koracima ({to zavisi od uklopne
opreme i tehni~kog sistema upravljanja) i prioriteta
potro{nje. Potro{nja se uklju~uje po nalogu NDC
koji sadr`i okvirni iznos snage potro{nje, kao i pribli`nu vremensku dinamiku uklju~enja. U slu~aju da
prilikom uklju~ivanja do|e do propada napona ili
frekvencije, RDC zaustavlja dalje uklju~ivanje, javlja se NDC i tek po dobijanju novog naloga nastavlja uklju~ivanje potro{nje. Centri upravljanja korisnika prenosnog sistema se pri ovome moraju striktno pridr`avati naloga RDC.
Sastavni deo Plana su i tabele za svaku transformatorsku stanicu 110/x kV/kV, u kojima je naveden
na~in upravljanja, nadle`ni centar upravljanja i pribli`no optere}enje pri konzumu Republike Srbije od
6 000 MW.
8. PROSLE\IVANJE NAPONA
KA ELEKTRANAMA PRIKLJU^ENIM
NA MRE@U 110 kV
Postupak i smisao prosle|ivanja napona ka
elektranama na ovom naponskom nivou se su{tinski
ne razlikuje od onog opisanog za vi{e naponske nivoe.
9. ZAVR[ETAK USPOSTAVLJANJA
ELEKTROENERGETSKOG SISTEMA
U zavr{nom delu uspostavljanja EES, nakon {to
su svi prenosni objekti 400 kV i 220 kV dobili napon, potrebno je da NDC sprovede i slede}e:
– uklju~uje preostale elemente prenosnog sistema
400 kV i 220 kV, vode}i ra~una o naponima i optere}enju uklju~enih elemenata; kada se uklju~e
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
svi elementi mo`e se pre}i i na uspostavljanje normalnih uklopnih stanja u prenosnim objektima
400 kV i 220 kV
– anga`uju se svi raspolo`ivi proizvodni kapaciteti
– proverava se dokle se stiglo sa uspostavljanjem sistema 110 kV i napajanjem potro{nje; uklju~uju se
preostali 110 kV dalekovodi
– u pogodnom trenutku prelazi se na dugotrajna
ograni~enja isporuke elektri~ne energije imaju}i u
vidu da je prioritetna potro{nja koja nije obuhva}ena grupama do 40 % konzuma; kako je uspostavljanje EES ekstremni re`im rada, mo`e se za po~etak zadati ograni~enje za sve ~etiri grupe, da bi
se potom obim ograni~enja smanjivao (sa ulaskom
u pogon termoelektrana), vode}i ra~una i o tome
da se potro{nja ne pove}ava istovremeno ve}em
broju potro{a~a; obim ograni~enja isporuke elektri~ne energije se smanjuje do potpunog ukidanja
– izvr{ava se sinhronizacija na{eg prenosnog sistema sa ostatkom interkonekcije; prioritet pri povezivanju imaju slede}i EES: ma|arski, rumunski,
bugarski i hrvatski, za koje se, zbog svoje veli~ine, pretpostavlja da su u stabilnijem radu.
nim priru~nikom. Ova koncepcija polazi od pretpostavke da su telekomunikacioni sistem, centri upravljanja i prenosni objekti ostali raspolo`ivi po pitanju upravljanja. Zato se ovaj plan, za razliku od trenutno va`e}eg fokusira na akcije dispe~era, a ne na
uspostavljanje sistema u slu~ajevima kada dispe~er
nije ustanju da stupi u kontakt sa ostalim u~esnicima u postupku uspostavljanja EES nakon raspada.
Plan uspostavljanja daje nekoliko scenarija kako bi
bio upotrebljiv pri saniranju svakog raspada, a najve}u pa`nju obra}a na ostrvsko uspostavljanje kao
najte`i re`im rada. U ovoj verziji Plana, za beznaponsko pokretanje odabrane su hidroelektrane koje
su se do sada dobro pokazale u takvim situacijama.
Konceptualno se raspad re{ava odlukom dispe~era
NDC-a na naponskim nivoima 400 kV i 220 kV, dok
dispe~eri RDC-a uglavnom sprovode ve} detaljno
pripremljene akcije u mre`i 110 kV. Postupak uspostavljanja se zavr{ava napajanjem prioritetne potro{nje, prosle|ivanjem napona do svih elektrana i
uklju~ivanjem interkonektivnih dalekovoda.
11. LITERATURA
[1]
[2]
10. ZAKLJU^AK
U ovom radu je predstavljena nova koncepcija
uspostavljanja EES koja }e biti usagla{ena sa Pravilima o radu prenosnog sistema i UCTE Operativ-
[3]
UCTE: Operation Handbook
JP EMS: PRAVILA O RADU PRENOSNOG SISTEMA, 2008. godina
JP EMS: UPUTSTVO O REDOSLEDU MANIPULACIJA NAKON DELIMI^NOG ILI POTPUNOG RASPADA EES, 2002. godina
Rad STK C2 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 06. 07. 2009. godine
Dragan Karanovi} je ro|en 21. 4. 1959. godine u Beogradu. Elektroehni~ku {kolu „Nikola Tesla” zavr{io je 1977, a Elektrotehni~ki fakultet u Beogradu 1983. godine. Od 1984.
godine radi na poslovima upravljanja EES. Trenutno je zaposlen u JP EMS, Direkcija za
upravljanje prenosnim sistemom, kao direktor sektora za regionalno upravljnje prenosnim sistemom.
Sr|an Suboti} je ro|en 18. 8. 1970. godine. Zavr{io je matemati~ku gimnaziju u Beogradu 1989, a Elektrotehni~ki fakultet u Beogradu 1996. godine. Od 1998. godine radi na poslovima upravljanja EES. Trenutno je zamenik direktora Direkcije za upravljanje prenosnim sistemom JP EMS.
Vladimir Ili}, ro|en 7. 5. 1972. godine u Beogradu, zavrsio Elektrotehni~ku {kolu „Nikola Tesla” 1990, a Elektrotehni~ki fakultet u Beogradu smer Elektroenergetski sistemi 1999.
godine. Radio u EPS-u od februara 2000. do jula 2005. godine kao dispe~er, a nakon toga je
zaposlen u EMS-u. Trenutno radi u NDC-u kao rukovodilac smene za operativno upravljanje
prenosnim sistemom. ^lan je UCTE (ENTSO-E) radne grupe Compliance Monitoring and
Enforcement koja se bavi usagla{avanjem standarda iz UCTE Operativnog priru~nika kao i
kontrolom rada TSO-ova.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
87
@ivota Stamenkovi} je ro|en 1953. godine u Velikom Mokrom Lugu, gde je zavr{io
osnovnu {kolu, dok je srednju Elektrotehni~ku {kolu „Nikola Tesla” poha|ao u Beogradu. Diplomirao je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu. Karijeru u elektroprivredi zapo~eo je u „Zajednici Jugoslovenske Elektroprivrede” („JUGEL”-u), odakle prelazi u
„ZEP” 1985. godine. Sve vreme svog tridesetogodi{njeg rada provodi u operativi na poslovima upravljanja elektroenergetskim, odnosno prenosnim sistemom, na radnim mestima dispe~era, {efa smene za operativno upravljanje i direktora sektora za operativno upravljanje.
88
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Adam Dangi}, Branislav Simonovi}, Dimitrije Dimitrijevi}, Ljubomir Cvetkovi},
Marko Babovi}, Jelena Milo{evi} i Spasenka Gajinov
Geohemijske i fizi~ko-hemijske
karakteristike lignita Kostola~kog basena i
njihov zna~aj za racionalniju proizvodnju
elektri~ne energije i za{titu `ivotne sredine
Stru~an rad
UDK: 622.332; 662.64; 502; 719
Rezime:
Lignit ~ine fosilna organska i mineralna materija i njegov kvalitet se obi~no defini{e preko sad`aja
vlage i pepela i gornje i donje toplotne energije. Sagorevanjem lignita u termoelektranama nastaju otpadne
gasovite i ~vrste materije koje ugro`avaju `ivotnu sredinu. Iskori{}enje toplotne mo}i lignita u termoelektrani zavisi od usagla{enosti kvaliteta uglja i tehnologije sagorevanja. Istra`ivanja lignita u Kostola~kom
basenu ukazuju da je za racionalnije iskori{}enje lignita u termoelektrani i za{titu `ivotne sredine potrebno
pro{irenje definisanja kvaliteta lignita kao i pepela/{ljake iz termoelektrane sa geohemijskim i fizi~kohemijskim karakteristikama (petrografski i maceralni sastav organske materije, mineralni i hemijski sastav
neorganskih primesa i pepela/{ljake, sadr`aji te{kih metala i drugih mikroelemenata i dr.).
Klju~ne re~i: lignit, kvalitet, geohemija, termoelektrana, `ivotna sredina, racionalizacija, Kostola~ki basen, Srbija
Abstract:
GEOCHEMICAL AND PHYSICO-CHEMICAL FEATURES OF LIGNITES IN THE KOSTOLAC BASIN
AND THEIR IMPORTANCE FOR MORE RATIONAL ELECTRIC ENERGY PRODUCTION
AND ENVIRONMENTAL PROTECTION
Lignite is one of the most important energetic resources in Serbia as well as in many countries all over
the world. In the Kostolac Basin, one of the largest lignite basins in Serbia, two electric power plants (EPS)
(Kostolac A and B) are in operation.
Lignite consists of fossil organic matter and mineral matter and its quality is commonly expressed by
contents of humidity and ash and its upper and lower thermic capacities (UTC and LTC, respectively).
Commonly, the boilers in EPS are designed based only on these lignite quality parameters. Electric power
stations firing lignite produce, beside electric power, large masses of solid and gaseous waste materials
which appear to be a risk to the environment. The rationality of lignite usage in EPS depends on
compatibility and stability of quality of lignite feeding EPS boilers. The studies of lignite in the Kostolac
coal basin indicated that for a more rational usage of lignite in EPS and a better protection of the
environment it is necessary that the quality of both lignite and ash/slag in EPS should be investigated in a
more complex manner. This is demonstrated by studies of several geochemical and physicochemical
features: petrographic and maceral composition of coal matter, mineral and chemical composition of
inorganic matter and ash/slag, contents of heavy metals and others trace elements in both coal and
ash/slag, etc. Coal in the deposit is characterized by significant variations of lithotypes and maceral
Prof. Adam Dangi}, prof. Dimitrije Dimitrijevi} i prof. Ljubomir Cvetkovi} – Univerzitet u Beogradu, \u{ina 7, 11 000 Beograd,
dr Branislav R. Simonovi} i mr Spasenka Gajinov – Institut za op{tu i fizi~ku hemiju, Akademski trg 12, 11 000 Beograd,
mr Marko Babovi} i Jelena Milo{evi}, dipl. in`. geol. – JP „EPS”, Vojvode Stepe 412, 11 000 Beograd
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
89
composition of coal matter as well as of inorganic matter verticaly and laterally placed in the coal seam.
Also, significant variations have been found in chemical composition and trace element contens in the coal
seam. The study of mineral composition of ash/slag indicated that iron mineral phases may be good
indicators of geochemical-thermodinamical features of coal firing proces in EPS. The studies of mineral
and chemical composition of ash/slag and trace element contents are also necessary for monitoring of the
environmental protection.
Key words: Lignite, quality, geochemistry, electic power plant, environment, rationalization, Kostolac Basin, Serbia
1. UVOD
Lignit se kao geolo{ki mlad ugalj odlikuje niskim stepenom maturacije organske materije i, generalno uzev, visokim sadr`ajem neorganskih primesa, te stoga ima relativno nisku toplotnu mo} (toplotnu energiju). Le`i{ta lignita velikih dimenzija i
povoljnih geolo{kih karakteristika se masovno otkopavaju odgovaraju}im rudarskim metodama i lignit
se koristi kao gorivo u termoelektranama (TE) velikog kapaciteta. Pritom, pored proizvodnje velikih
koli~ina elektri~ne energije, proizvode se i velike
koli~ine gasovitih i ~vrstih otpadnih produkata sagorevanja koji ugro`avaju `ivotnu sredinu.
Za stabilnu i ekonomi~nu proizvodnju elektri~ne energije u termoelektranama neophodno je da se
ostvaruje standardizovani proces sagorevanja lignita, odnosno da se kvalitet uglja koji ulazi u TE podudara sa kvalitetom uglja za koji su projektovana
postrojenja za sagorevanje u TE. Kao osnovni parametri kvaliteta uglja za projektovanje tehnologije
sagorevanja lignita koriste se uglavnom prose~ne
vrednosti sad`aja vlage i pepela i termi~ka energija,
gornja i donja (GTE i DTE) u le`i{tu uglja. Savremena istra`ivanja u svetu [1; 2; 3] i u Srbiji [4; 5; 6]
su pokazala da je za ugalj uop{te, a posebno za lignit, kao energetsku sirovinu za TE potrebno kompleksnije definisanje kvaliteta da bi se postigla ve}a
efikasnost i u proizvodnji elektri~ne energije i u za{titi `ivotne sredine.
Nova studijska prou~avanja u Kostola~kom
ugljonosnom basenu [7] ukazala su da se lignit ovog
basena odlikuje zna~ajnim varijacijama geohemijskih, petrolo{kih, mineralo{kih i fizi~ko-hemijskih
svojstava, koja su va`na kako za racionalnije kori{}enje lignita u TE, tako i za pouzdaniju za{titu `ivotne sredine.
59 000
58 000
57 000
56 000
55 000
54 000
53 000
52 000
23 000
22 000
21 000
20 000
19 000
51 000
18 000
90
60 000
17 000
Kostola~ki lignitski basen je jedan od najzna~ajnijih energetskih resursa Srbije i Elektroprivrede
Srbije (EPS-a). Lignit iz basena se masovno otkopava povr{inskim kopovima i koristi za rad termoelektrana Kostolac A i B. Glavni (od idu}e godine i jedi-
61 000
16 000
2. KOSTOLA^KI BASEN I LE@I[TE DRMNO
ni) proizvo|a~ lignita u basenu je povr{inski kop
(PK) Drmno, ~ija }e godi{nja proizvodnja od sada{njih 6 miliona t/godi{nje za nekoliko godina dosti}i 12 miliona t/godi{nje.
Kostola~ki basen nalazi se oko 80 km isto~no
od Beograda, na desnoj obali Dunava, na prostoru
izme|u reka Velike Morave na zapadu, i Peka na istoku. Pliocenska serija sedimenata sadr`i tri sloja
lignita, koji nose nazive I, II i III ugljeni sloj. Najve}e rasprostranjenje ima III ugljeni sloj, koji je najstariji i najdublji. Basen je podeljen morfolo{kom
gredom pravca pru`anja sever–jug (S–J) na zapadni
i isto~ni deo.
Slika 1. Karta le`i{ta Drmno: konture PK „Drmno”
(poligon) sa polo`ajem otkopnog fronta 2022. godine,
lokacijama istra`nih bu{otina i trasama profila
kroz le`i{te (A-B i C-D)
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Dosada{nja geolo{ka istra`ivanja lignita u basenu su bila skoncentrisana na isto~ni deo basena i u
njemu se odvijala i sada se odvija rudarska eksploatacija lignita. Resurs na kome se bazira sada{nji i
budu}i rad TE Kostolac A i B (do 2042. godine) je
III ugljeni sloj u le`i{tu Drmno, odnosno povr{inski
kop (PK) „Drmno”. Planirano je zapo~injanje opse`nijih geolo{kih istra`ivanja zapadnog dela Kostola~kog basena.
U le`i{tu Drmno, III ugljeni sloj je debljine od
16 do 20 m, blago pada ka severozapadu i ka severu
postupno tone u dubinu (verovatno je razvijen i ispod Dunava). U okviru PK „Drmno” otkopano je od
po~etka rada (1987. godine) do kraja 2007. godine
83x106 t uglja, a preostale bilansne rezerve iznose
preko 400x106 t uglja. Prose~an kvalitet bilansnih
rezervi uglja u le`i{tu je: vlaga 39,22 %, pepeo
17,70 %, sagorljiva materija 43,14 %, S 1,18 % (sagorljivi 0,56 %, u pepelu 0,60 %), GTE 11,49 MJ/kg
i DTE 10,02 MJ/kg.
Studijska geohemijska, petrografska i fizi~kohemijska istra`ivanja uglja u le`i{tu Drmno [7] izvedena su na profilima ugljenog sloja na otkopnom
frontu PK i vi{e istra`nih bu{otina u razli~itim delovima le`i{ta (slika 1). Izvedena su petrografska,
minerolo{ka, geohemijska i fizi~kohemijska ispitivanja organske i neorganske materije uglja, kao i odgovaraju}a ispitivanja pepela i {ljake i elektrofilterskog pepela iz TE.
Tabela 1.
Petrografski sastav 39 uzoraka uglja le`i{ta Drmno
(u %) [7]
Detrit/Detrite
Tekstit/Textite
Gelit/Gelite
Fuzit/Fusite
Smola/Resin
Pirit/Pyrite
Glina/Clay
Opseg/Range
11,92 – 83,00
8,98 – 82,54
0 – 43,48
0 – 21,26
0 – 3,50
0 – 8,09
0 – 45,28
Srednje/Average
36,91±17,53
37,07±17,31
13,90±10,70
5,51±4,86
0,29±0,86
1,13±2,40
4,97±8,77
Mineralna materija u ugljenom sloju je prisutna
i u vidu neravnomerno raspore|enih primesa i proslojaka glinovitog, peskovito-alevritskog i laporovitog tipa, a lokalno i kao epigenetska mineralizacija
kalcita, gipsa i kalcedona.
3. GEOHEMIJSKE, PETROGRAFSKE,
MINERALO[KE I FIZI^KO–HEMIJSKE
KARAKTERISTIKE LIGNITA
Ugalj le`i{ta Drmno je makropetrografski veoma heterogenog sastava. Izgra|uju ga slede}i litotipovi: barski ugalj, ksilitski ugalj i doplerit. Dominantan je barski ugalj, zemljast (visok sadr`aj glinovite materije), zatim drvenasti (ksilitski) ugalj, koji
se pojavljuje u vidu proslojaka, so~iva ili slojeva debljine nx10 cm, koji se naizmeni~no smenjuju sa
barskim ugljem; doplerit (gelificirano biljno tkivo
bez tragova biljne strukture) je zastupljen u vidu tankih proslojaka (debljine do 20 cm).
Mikroskopskim petrografskim ispitivanjima
utvr|ene su i {iroke varijacije sadr`aja i me|usobnih
odnosa mikrolitotipova uglja – detrita, gelita, fuzita
i smola, kao i mineralnih primesa pirita i glinovite
materije, kako u vertikalnom profilu ugljenog sloja
tako i po pru`anju sloja. Pirit je zastupljen u vidu
izolovanih zrna (veli~ine uglavnom do 0,1 mm) i
mineralnih agregata (slika 1). U tabeli 1 prikazane
su varijacije sadr`aja i srednji sadr`aji litotipova
uglja, pirita i gline u uglju le`i{ta Drmno.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Slika 2. Mikrofotografija uglja: gelifikovana osnovna
masa u kojoj le`e macerali (gelinit, kutinit, mikrospore),
impregnisana glinovitom materijom i sa dispegovanim
piritom (svetla zrna). Veli~ina slike 2x1,5 mm
(uve}anje 25 x).
U hemijskom sastavu uglja zastupljene su zna~ajne varijacije skoro svih glavnih hemijskih komponenti – naro~ito SiO2 i Al2O3 a zatim i CaO, SO3 i
Fe2O3 (tabela 2). Sadr`aji ovih komponenti variraju
i u vertikalnom profilu sloja, i po prostiranju sloja i
uslovljeni su varijacijama mineralnog sastava neorganskih primesa uglja.
U uglju su odre|eni sadr`aji slede}ih te{kih metala i drugih mikroelemenata: As, B, Ba, Be, Cl, Co,
Cr, Cu, F, Hg, Mn, Ni, Pb, Se, Sr, V, Th, U, W, Zr i
Zn. U tabeli 3 su prikazani opsezi sadr`aja i srednji
sadr`aji analiziranih elemenata u uglju (u mg/kg suve materije). U najvi{im sadr`ajima zastupljeni su B
(i do >1 000), Cl (do 600) i Mn (do 450), zatim Ba,
Sr, Zr i Zr (do 300), As (do 70), Cr (do 60), V (do
91
Tabela 2.
Hemijski sastav i sadr`aji te{kih metala i drugih mikroelemenata u 15 uzoraka uglja
(u % i mg/kg suve materije) [7]
SiO2
TiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
CaO
Na2O
K2O
SO3
P2O5
%
Opseg
11,11-28,78
0,04-0,30
0,38-12,49
0,73 – 3,69
0,13 -1,42
1,73 – 3,69
0,01 – 0,20
0,02 – 0,46
3,37 – 6,52
0,02 – 0,04
mg/kg
Srednje
14,91
0,19
6,05
1,90
0,66
2,71
0,09
0,23
4,88
0,03
As
B
Ba
Be
Cl
Co
Cr
Cu
F
Hg
Mn
Opseg
16-70
390-1130
280-320
<1
270-590
2-6
50-60
10-20
10-40
0,11-0,41
80-430
50), Ni, Pb, F (do 40), Zn (do 30), Cu (20) i Co (6);
Hg je u sadr`ajima do 0,41 mg/kg. U svim analiziranim uzorcima ispod granice detekcije su bili: Be, Se
i Th (<1), U i W (<10).
4. GEOHEMIJSKE I FIZI^KO-HEMIJSKE
KARAKTERISTIKE PEPELA I [LJAKE
IZ TERMOELEKTRANA
Pri sagorevanju lignita u TE obrazuju se, kao
{to je ve} izneto, zna~ajne koli~ine ~vstih otpadnih
produkata sagorevanja – pepela i {ljake, koji se hidrauli~kim transportom odvode i lageruju u deponiju pepela formiranu u geosredini. Ovaj materijal odnosno njegova deponija predstavlja odre|eni rizik
za kvalitet `ivotne sredine – vazduha, okolnog zemlji{ta i podzemnih i povr{inskih voda.
Geohemijskim, mineralo{kim i fizi~kohemijskim prou~avanjima obuhva}eni su elktrofilterski
Srednje
41
727
297
<1
368
4
53
11
26
0,27
190
Ni
Pb
Se
Sr
Th
U
V
W
Zn
Zr
Opseg
10-40
3-32
<1
80-230
<1
<10
20-50
<10
10-30
9-140
Srednje
19
10
<1
107
<1
<10
37
<10
12
97
pepeo iz TE kao i pepeo/{ljaka (u daljem tekstu pepeo) sa deponije pepela (sve`e transportovan iz TE).
Utvr|eno je da se radi o materijalu kompleksnih i
varijabilnih mineralo{kih, geohemijskih i fizi~kohemijskih karakteristika.
Pepeo se sastoji uglavnom od silikatnog stakla i
razli~itih silikatnih minerala, a sadr`i i ne{to anhidrita/gipsa, metali~nih minerala i sitnih ~estica nesagorelog uglja (slika 3).
Skoro svi metli~ni minerali predstavljaju minerale gvo`|a. Utvr|eni su slede}i minerali gvo`|a:
gvo`|e (Fe), vustit (FeO), magnetit (Fe3O4), hematit
(Fe2O3), maghemit (Fe2O3) i getit (FeOOH). Ovi minerali su nastali uglavnom transformacijom pirita
pri sagorevanju uglja, a pojavljuju se u vidu malih
zrna (veli~ine do nekoliko desetina μm) raspr{enih u
silikatnoj osnovi; getit je nastao hidratacijom Fe2O3minerala tokom hidrauli~nog transporta pepela.
Tabela 3.
Hemijski sastav i sadr`aj te{kih metala i drugih mikro-elemenata u pepelu/{ljaci (PS) i elektrofilterskom
pepelu (EFP) iz TE Kostolac (u % i mg/kg suve materije) [7]
SiO2
TiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
CaO
Na2O
K2O
SO3
P2O5
92
%
PS
49,84-52,1
0,58
17,98-20,22
8,13-9,67
1,69-1,86
6,59-7,92
0,34-0,39
0,83-0,93
7,87-9,17
0,04
mg/kg
EFP
50,03
0,60
18,68
7,71
1,77
6,85
0,39
0,79
11,42
0,04
As
B
Ba
Cr
Cu
Ga
Li
Mn
Mo
Nb
PS
120-125
709-770
401-428
200-207
182-234
19-20
63-74
622-995
2-3
11-13
EFP
148
667
425
242
203
15
54
672
2
15
Ni
Pb
Rb
Sc
Sr
V
Y
Zn
Zr
PS
107-131
31-33
20-25
227-232
268-301
187-200
10-13
106-134
575-670
EFP
168
25
15
222
287
193
15
188
672
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Slika 3. Mikrofotografija pepela uglja iz TE: magnetit i
vustit (svetlo), pseudomorfoze po biv{im sferoidnim i crvolikim gel piritima u silikatnoj (staklastoj) osnovnoj
masi. Uve}anje 100 x
Hemijski sastav i sadr`aji te{kih metala i drugih
mikroelemenata analizirani su u dva uzorka pepela i
{ljake i jednom uzorku elektrofilterskog pepela (tabela 3).
Hemijski sastavi ispitivane {ljake i elektrofilterskog pepela su sli~ni – dominantno su zastupljeni
SiO2 (sa oko 50 %, na bazi suve materije), Al2O3
(oko 18-20 %), a zna~ajno su zastupljeni i Fe2O3
(oko 7-10 %), CaO (6,5-8 %) i SO3 (oko 8-11 %) (tabela 3). S obzirom na zna~ajne varijacije hemijskog
sastava uglja u le`i{tu, mogu da se o~ekuju i velike
varijacije hemijskog sastava {ljake i pepela koji izlaze iz termoelektrane.
U pepelu i {ljaci i elektrofilterskom pepelu analizirani su i detektovani slede}i te{ki metali i drugi
mikroelementi. As, B, Ba, Cr, Cu, Ga, Li, Mn, Mo,
Nb, Ni, Pb, Rb, Sc, Sr, V, Zn, Zr i Y. Najobilnije je
zastupljen Mn (sadr`aj do oko 1 000 mg/kg), B (do
oko 800 mg/kg), Zr (do skoro 700 mg/kg), Ba (do
500 mg/kg) i Cr, Cu, Sc i Sr (do oko 300 mg/kg).
Zna~ajno su zastupljeni i V (do 200 mg/kg), a zatim
i As, Ni i Zn (do oko 150 mg/kg). Li je zastupljen u
sadr`ajima do blizu 100 mg/kg, Pb i Rb do 35 mg/kg,
Ga, Nb i Y do 20 mg/kg i Mo do 5 mg/kg. S obzirom na zna~ajne varijacije sadr`aja metala i drugih
mikroelemenata u uglju u le`i{tu, mogu da se o~ekuju i velike varijacije sadr`aja ovih elemenata i u {ljaci i pepelu koji izlaze iz termoelektrane.
5. ZAKLJU^AK
Kori{}enje lignita za proizvodnju elektri~ne
energije u TE EPS-a zahteva, generalno uzev,
upravljanje u slede}e tri oblasti: (1) masovna rudarska proizvodnja (otkopavanje) i doprema lignita do
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
TE, (2) proces sagorevanja lignita u TE, (3) upravljanje otpadnim gasovitim i ~vrstim produktima sagorevanja lignita u TE i za{tita `ivotne sredine.
Geolo{kim istra`ivanjem utvr|uju se i verifikuju kvalitet i rezerve lignita, a na osnovu njih se projektuju rudarski radovi za eksploataciju lignita i postrojenja u TE za sagorevanje lignita i proizvodnju
elektri~ne energije. Postrojenja za sagorevanje
uglja u TE se projektuju prema prose~nom kvalitetu
uglja u le`i{tu, izra`enog uglavnom preko osnovnih
pokazatelja kvaliteta – sadr`aja vlage i pepela, DTE
i TGE. Pritom se o~ekuje da }e ugalj koji se masovno otkopava na povr{inskom kopu i doprema u TE
imati projektovan kvalitet, odnosno kvalitet blizak
prose~nom kvalitetu bilansnih rezervi uglja u le`i{tu. Odstupanja kvaliteta uglja koji ulazi u TE od
projektovanog kvaliteta dovodi odstupanja procesa
sagorevanja uglja od projektovanog, a time i do nedovoljnog iskori{}enja uglja (bolji kvalitet uglja od
projektovanog) ili TE postrojenja (lo{iji kvalitet uglja od projektovanog).
Kompleksnijim geohemijskim i fizi~ko-hemijskim prou~avanjima lignita le`i{ta Drmno utvr|eno
je da u le`i{tu zna~ajno variraju ne samo sadr`aji
vlage i pepela, DTE i TGE, ve} i drugi parametri koji mogu da imaju zna~aj za proces sagorevanja uglja
u TE i za{titu `ivotne sredine. Utvr|eno je da su i organska materija i neorganska materija uglja kompleksnog sastava, kao i da ugalj sadr`i i niz te{kih
metala i drugih mikroelemenata od kojih neki mogu
da predstavljaju pri sagorevanju uglja u TE rizik za
`ivotnu sredinu.
Petrografski sastav organske materije uglja kao
i mineralni sastav neorganskih primesa u uglju su
kompleksni i znatno variraju, kako u vertikalnom
profilu ugljenog sloja tako i po prostiranju ugljenog
sloja u le`i{tu. Tako|e su zastupljene zna~ajne varijacije sadr`aja te{kih metala i drugih mikroelemenata i u vertikalnom profilu ugljenog sloja i po prostiranju ugljenog sloja. Ovo ukazuje da mogu da se
o~ekuju zna~ajne varijacije kvaliteta uglja koji se
doprema u TE (ulazni ugalj) u pogledu ovih karakteristika, {to mo`e da ima zna~aja kako za upravljanje procesom sagorevanja uglja u TE i proizvodnju
elektri~ne energije, tako i za upravljanje rizicima za
za{titu `ivotne sredine.
Varijacije zastupljenosti i me|usobnih odnosa
razli~itih litotipova i mikrolitotipova organske materije kao i mineralnog i hemijskog sastava neorganskih primesa uglja (glinovite, peskovite i laporovite
komponente, odnos pirit/gips) mogu zna~ajno da
uti~u na proces sagorevanja uglja u TE i termi~ke
efekte. Poznavanje prisustva i varijacija sadr`aja te{kih metala i drugih mikroelemenata u ulaznom
uglju su va`ni za za{titu `ivotne sredine.
93
Geohemijskim i fizi~ko-hemijskim prou~avanjima pepela i {ljake nastalih sagorevanjem uglja u TE
utvr|eno je da su ovi ~vrsti otpadni produkti sagorevanja kompleksnih mineralo{kih i geohemijskih karakteristika. U odnosu na ugalj odlikuju se pojavljivanjem vi{e novih nemetali~nih i metali~nih mineralnih faza, kao i koncentrisanjem (zaostajanjem)
ve}ine te{kih metala i drugih mikroelemenata.
S obzirom na o~ekivane varijacije sastava ulaznog uglja i procesa sagorevanja uglja u TE, mogu
da se o~ekuju i odre|ene varijacije, kako mineralnog sastava tako i sadr`aja te{kih metala i drugih
mikroelemenata u pepelu/{ljaci.
Geohemijsko-mineralo{ka prou~avanja uglja i
pepela/{ljake iz TE ukazuju da Fe-minerali mogu da
budu i indikatori procesa sagorevanja uglja u TE
[7]. Na osnovu geohemijsko- termodinami~kih uslova transformacija pirita u druge Fe-minerale mogu}e je da se procene redoks uslovi, odnosno re`im kiseonika tokom sagorevanja uglja u TE (tabela 4).
Tabela 4.
Mineralne faze nastale transformacijom pirita pri
sagorevanju uglja u TE i redoks uslovi njihovog
obrazovanja.
Mineralna faza Formula (sastav)
Mineral phase
Composition
Redoks uslovi
Redox conditions
Gvo`|e/ Iron
Fe
umereno redukcioni/
slightly reduced
Magnetit/
Magnetite
Fe2O3FeO
nepotpuno oksidacioni/
imperfect oxidized
Hematit/ Hematite
Fe2O3
oksidacioni/oxidized
Pojavljivanje elementarnog (metalnog) gvo`|a
ukazuje na lokalno nedovoljnu koli~inu kiseonika,
odnosno umereno redukcione uslove. U tim uslovima je nepotpuno sagorevanje organske materije.
Magnetit pak ukazuje na ja~e oksidacione uslove, a
hematit na potpuno oksidacione uslove, odnosno
uslove u kojima dolazi do potpunog sagorevanja organske materije.
Prikazana istra`ivanja su izvedena kao studijska, na ograni~enom broju uzoraka. Dobijeni rezultati i izvedeni zaklju~ci ukazuju da je za racionalnije iskori{}enje lignita iz le`i{ta Drmno neophodno
da se ova istra`ivanja sprovedu masovnije, kao sistematska detaljna istra`ivanja. Ova istra`ivanja bi
trebalo iz istih razloga da se sprovode i pri svim daljim geolo{kim i rudarskim istra`ivanjima lignita u
zapadnim delovima Kostola~kog basena.
6. LITERATURA
[1] Mardon, S.M., Hower, J.C., 2004. IMPACT OF
COAL PROPERTIES ON COAL COMBUSTION
BY-PRODUCT QUALITY: EXAMPLES FROM A
KENTUCKY POWER PLANT. International Journal of Coal Geology 59, 169- 214
[2] Ward, C.R., 2002. ANALYSIS AND SIGNIFICANCE OF MINERAL MATTER IN COAL SEAMS. INTERNATIONAL JOURNAL OF COAL
GEOLOGY 50, 135- 168.
[3] Vassilev, S.V. and Vassileva C.G. (1996),
MINERALOGY OF COMBUSTION WASTES
FROM COAL-FIRED POWER STATIONS, Fuel
Processing Technology, 47 261-280.
[4] Dangi}, ?., Putnik, S. (1998) MIKROELEMENTI
U UGLJU JARANDOLSKOG BASENA: OBILNOST I GEOHEMIJSKO-GEOLO[KI ZNA^AJ.
XIII kongres geologa Jugoslavije, Herceg Novi,
knj. 2, 675-684.
[5] Dangi}, A., Dimitrijevi}, D. (2001) TRACE ELEMENTS IN LIGNITES OF THE KREKA BASIN
(BiH) AS POSSIBLE CONTAMINANTS OF THE
ENVIRONMENT. Third International Symposium
Mining and Envir. Protection, Belgrade, Proceedings, 387-391.
[6] Dangi}, A., Simonovi}, Dimitrijevi}, D., Babovi},
M. (2007) KOLUBARA LIGNITE BASIN (SERBIA): IMPORTANCE OF PETROGRAPHIC AND
GEOCHEMICAL STUDIES TO RATIONAL
COAL EXPLOITATION. BALKANMINE 2007 –
2nd Balkan Mining Congress, Belgrade, Book of
Proceedings, 9-14.
[7] Dangi}, A., Simonovi}, B. Dimitrijevi}, D., Cvetkovi}, Lj., Vasi}, N., Gajinov, S., Blagojevi}, S., Radulovi}, A., Aran|elovi}, D., Ne{i}, Lj., Majstorovi}, D. (2008) STUDIJA GEOHEMIJSKIH, FIZI^KO-HEMIJSKIH I PETROLO[KIH OSOBINA
UGLJA KOSTOLA^KOG UGLJONOSNOG BASENA. IOFH Beograd, FSD EPS-a, Beograd.
[8] Dangi}, A., Simonovi}, B., Dimitrijevi}, D., Cvetkovi}, Lj., Gajinov, S. (2008) PHASE TRANSFORMATIONS OF IRON MINERALS IN PROCESS OF COAL FIRING AT ELECTRIC POWER
STATIONS. Physical Chemistry 2008, 9th International Conference on Fundamental and Applied
Aspects of Physical Chemistry, Beograd, Proceedings, Volume II, 541-543.
Rad STK C3 – 29. zasedanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 30. 06. 2009. godine
94
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Adam Dangi} je redovni profesor Rudarsko-geolo{kog fakulteta Univerziteta u Beogradu na kome je stekao diplome in`enjera geologije i magistra i doktora geolo{kih nauka i zvanja od asistenta do redovnog profesora. Nastavnik je vi{e predmeta iz oblasti geohemije na
osnovnim i poslediplomskim studijama, koordinator predmeta Geologija i za{tita `ivotne sredine i dugogodi{nji {ef Katedre za geohemiju. Dr`ao je i nastavu na Rudarsko-metalur{kom
fakultetu Univerziteta u Pri{tini. Kao viziting profesor dr`ao je predavanja na vi{e univerziteta u SAD. Objavio je preko 250 nau~nih radova, autor je ili koautor vi{e monografija i rukovodio ve}im brojem projekata. Bio je ko-rukovodilac me|unarodnog IGCP projekta o boksitima Me|unarodne unije geolo{kih dru{tava i UNESKO-a. ^lan je vi{e me|unarodnih i doma}ih nau~nih i stru~nih
komiteta i komisija i nau~nih i stru~nih asocijacija i dru{tava. V.d. je predsednika Saveza geolo{kih in`enjera i tehni~ara Srbije (SGEITS) i predsednik Geolo{kog dru{tva za za{titu `ivotne sredine SGEITS-a.
Branislav R. Simonovi} je diplomirao i magistrirao na Prirodno-matemati~kom fakultetu u Beogradu, Grupa za fizi~ku hemiju, a doktorirao na Fakultetu za fizi~ku hemiju Univerziteta u Beogradu. Direktor je Instituta za op{tu i fizi~ku hemiju u Beogradu. Sekretar je
Dru{tva fizikohemi~ara Srbije. Bavi se osnovnim i primenjenim istra`ivanjima u oblasti fizi~ke hemije. Objavio je preko 180 nau~nih i stru~nih radova u zemlji i inostranstvu. Rukovodio
je izradom ve}eg broja projekata i studija u oblasti za{tite `ivotne sredine i bezotpadnih tehnologija, iz kojih su proistekla i neka prakti~na re{enja.
Dimitrije Dimitrijevi} je diplomirao geologiju (1958. godine) na Rudarsko-geolo{kom
fakultetu Univerziteta u Beogradu na kome je dobio i titule magistra i doktora geolo{kih nauka, specijalizuju}i se u oblasti kaustobiolita i to posebno ugljeva. Radio je kao geolog sreza Doboj a zatim kao asistent i docent na Rudarskom fakultetu u Tuzli Univerziteta u Sarajevu. Od 1970. godine je radio na Rudarsko-geolo{kom fakultetu Univerziteta u Beogradu, u
zvanjima vanrednog i redovnog profesora. Dr`ao je nastavu iz vi{e predmeta iz oblasti geologije ugljeva na osnovnim i poslediplomskim studijama. Objavio je preko 100 nau~nih i
stru~nih radova u doma}im i stranim nau~nim i stru~nim ~asopisima, autor je i koautor vi{e monografija.
Autor je ve}eg broja nau~nih studija i projekata za privredu. Dao je veliki doprinos u mikroskopskom prou~avanju struktura ugljeva u re{avanju fundamentalnih i aplikativnih problema vezanih za istra`ivanje i
kori{}enje ugljeva.
Ljubomir Cvetkovi} je redovni profesor Rudarsko-geolo{kog fakulteta Univerziteta u
Beogradu. Sve diplome, stru~ne i nau~nih zvanja kao in`enjera geologije, magistra i doktora nauka, stekao je na Rudarsko-geolo{kom fakultetu, na kome je, ostvaruju}i karijeru, pro{ao sva zvanja, od stru~nog saradnika, do redovnog profesora. U~estvovao je na svim projektima Ministarstava nauke Republike Srbije koje je realizovala grupacija u kojoj se nalazi
od 1970. godine. Tako|e je bio u~esnik na me|unarodnom projektu LOREX. Objavio je preko 90 nau~nih radova i autor je jedne monografije. Bio je dugogodi{nji ko-rukovodilac Mineralo{ko-petrografske sekcije Srpskog geolo{kog dru{tva, a aktuelni je rukovodilac Jugoslovenske asocijacije za mineralogiju (JAM).
Marko Babovi} je diplomirao na Rudarsko-geolo{kom fakultetu, Smer za geotehniku
1979. godine. Magistarske studije je zavr{io na Rudarsko-geolo{kom fakultetu, Smer za istra`ivanje le`i{ta mineralnih sirovina 2001. godine i dobio zvanje magistar geolo{kih nauka.
Svoj radni vek je po~eo 1980. godine u RMU „Rembas”, Resavica, na mestu geolog-istra`iva~, potom u „Ugaljprojekt”, Beograd, kao glavni in`enjer za le`i{ta mineralnih sirovina i
od 1990. godine radi u JP „Elektroprivreda Srbije”, Direkcija za strategiju i investicije na
mestu vode}eg in`enjera za le`i{ta mineralnih sirovina. Rukovodio je brojnim projektima,
elaboratima, studijama i strate{kim dokumentima razvoja energetike. Objavio je preko 30 stru~nih i nau~nih radova u zemlji i inostranstvu. Od 1999. godine je ~lan Saveza geolo{kih in`enjera i tehni~ara Srbije
(SGEITS) na mestu potpredsednika.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
95
Jelena Milo{evi} je diplomirala na Rudarsko-geolo{kom fakultetu, Smer za petrologiju
i geohemiju 1997. godine i dobila zvanje dipl. in`. geologije. Od 1998. godine je zaposlena u
Javnom Preduze}u „Elektroprivreda Srbije”, Direkcija za strategiju i investicije na mestu samostalnog in`enjera za le`i{ta mineralnih sirovina. Rukovodila je u izradi studija iz oblasti
geohemijskih i petrolo{kih ispitivanja, a aktivno u~estvuje u usmeravanju na izradi brojnih
studija, projekata i elaborata iz oblasti istra`ivanja le`i{ta uglja. Objavila je preko 10 stru~nih i nau~nih radova u zemlji i inostranstvu. Od 1999. godine je ~lan Saveza geolo{kih in`enjera i tehni~ara Srbije (SGEITS) na mestu sekretara saveza.
Spasenka P. Gajinov je diplomirala na Fakultetu za fizi~ku hemiju u Beogradu. Zaposlena je u Institutu za op{tu i fizi~ku hemiju u Beogradu na mestu tehni~kog rukovodioca Laboratorije za ispitivanje, istra`ivanje i razvoj. Laboratorija je akreditovana u oblasti ispitivanja voda, uglja, pepela, zemlji{ta i otpada, kao i deterd`enata i industrijskih proizvoda. Bavila se sintezom, strukturnim modifikacijama i faznim transformacijama zeolita i njihovom
primenom, posebno u oblasti katalize. Poslednjh godina se bavila primenom doma}ih sirovina u pre~i{}avanju vode za pi}e i otpadnih voda.
96
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Dragana Naumovi} Vukovi},
Aleksandar Pavlovi}, Slobodan [kundri} i Vojin Kosti}
Etaloniranje merila
za merenje gustine
naizmeni~nog magnetskog polja
Stru~an rad
UDK: 537.612; 52-337
Rezime:
U radu je prikazano etaloniranje vi{ekomponentnog merila, analizatora naizmeni~nog magnetskog polja koje je izvr{eno u Laboratoriji za etaloniranje i ispitivanje Elektrotehni~kog instituta „Nikola Tesla”.
Opisani su metoda etaloniranja i primenjeni etalon magnetskog polja. Dati su rezultati etaloniranja merila sa pridru`enom mernom nesigurno{}u i obezbe|enom mernom sledivo{}u. Sprovedeno etaloniranje navedenog merila magnetskog polja pokazuje da su gre{ke merenja gustine magnetskog polja u granicama
gre{aka merenja (± 3 % od merene vrednosti) deklarisanim od strane proizvo|a~a.
Klju~ne re~i: gustina magnetskog polja, etaloniranje, merna nesigurnost, Helmholcovi kalemovi
Abstract:
CALIBRATION OF ANALYZER FOR ALTERNATE MAGNETIC FILD DENSITY
This paper presents calibration of analyzer for alternate magnetic field density which is performed in
the Laboratory for Testing and Calibration in the Electrical Engineering Institute „Nikola Tesla”. The calibration method as well as applied reference standard of magnetic field density are described. Calibration
results and estimation of uncertainty of measurement are also presented. Analysis of the results shows that
errors of magnetic field density measurement are in the declared limits (± 3 % of reading).
Key words: magnetic field density, calibration, uncertainty of measurement, Helmholtz coil
1. UVOD
U okviru za{tite `ivotne sredine i za{tite na radu sve aktuelnije postaje razmatranje uticaja elektri~nog i magnetskog polja na zdravlje ljudi. U nekim zemljama postoje ve} standardi koji propisuju
nivoe dozvoljenih elektri~nih i magnetskih polja. Istra`ivanja uticaja magnetskog polja i primena spomenutih standarda podrazumevaju odgovaraju}e
merne metode i merne instrumente za merenje magnetskog polja. Elektrotehni~ki institut „Nikola Te-
sla” ima vi{egodi{nje iskustvo u merenju i razvoju
merne instrumentacije za merenje magnetskog polja. Jedna od standardnih aktivnosti u ovoj oblasti je
merenje elektri~nog i magnetskog polja u elektroenergetskim objektima i u njihovoj okolini primenom
odgovaraju}ih mernih metoda i merila. Merila magnetskog polja kao i sva druga merila podle`u redovnom etaloniranju u svrhu provere metrolo{kih karakteristika. To je i obaveza za sve laboratorije koje
`ele da se akredituju za ovakvu vrstu merenja [1].
Dragana Naumovi} Vukovi}, dipl. in`. el., Aleksandar Pavlovi}, dipl. in`. el., Slobodan [kundri}, dipl. in`. el., Vojin Kosti}, dipl.
in`. el. – Elektrotehni~ki institut „Nikola Tesla”, 11 000 Beograd
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
97
U ovom radu opisani su merna metoda i referentni etaloni koji su primenjeni prilikom etaloniranja analizatora magnetskog polja proizvo|a~a
„Wandel&Goltermann”, tip EFA – 300 u akreditovanoj Laboratoriji za ispitivanje i etaloniranje Elektrotehni~kog instituta „Nikola Tesla”. Ovaj instrument
Institut koristi kod standardnih merenja gustine
magnetskog polja u elektroenergetskim objektima
Elektroprivrede Srbije i za koja se Institut akreditovao kod Akreditacionog tela Srbije.
2. ETALONIRANJE
Etaloniranje nekog merila realizuje se sa mernom metodom i referentnim etalonom koji omogu}ava proveru ta~nosti merenja sa gre{kom koja je
najmanje pet do deset puta manja od deklarisane
gre{ke etaloniranog merila. Merna metoda mora biti metrolo{ki verifikovana, a referentni etaloni moraju imati mernu sledivost (traceability) do nacionalnih etalona.
2.1. Analizator magnetskog polja
Analizator magnetskog polja tip EFA-300 je jedan elektronski visokosofisticirani merni instrument, koji omogu}ava pouzdano i ta~no merenje
vektora gustine naizmeni~nog magnetskog polja u
{irem frekventnom opsegu od 5 Hz do 32 kHz. Instrumenat EFA-300 u osnovi se sastoji, kako to i slika 1. prikazuje, od merne sonde i elektronskog dela.
Merenje gustine magnetskog polja zasniva se na merenju indukovanog napona u namotajima (kalemovima) merne sonde. Merna sonda je sfernog oblika,
povr{ine 100 cm2. U sondi se nalaze tri merna kalema postavljena me|usobno normalno (ortogonalno)
u prostoru, tako da omogu}avaju i izotropno merenje efektivne vrednosti magnetske indukcije (istoTabela 1.
Karakteristike analizatora magnetskog polja EFA
300 (B sonda, A=100 cm2)
Frekventni opsezi
po izboru
5 Hz – 2 kHz, 30 Hz – 2 kHz, 5 Hz – 32 kHz,
30 Hz – 32 kHz
Propusni filter
Nepropusni filter
U opsegu 15 Hz – 2 kHz sa rezolucijom 0,1 Hz
U opsegu 15 Hz – 2 kHz sa rezolucijom 0,1 Hz
Merena veli~ina
Efektivna (RMS) ili vr{na vrednost (Peak) gustine magnetskog polja
Merni opsezi
100 nT, 300 nT, 1 mT, 3 mT, 10 mT, 30 mT
Gre{ka merenja
± 3 % merene vrednosti za indukcije ≥ 40 nT i
za frekventni opseg 5 Hz – 2 kHz
± 3% merene vrednosti za indukcije ≥ 80 nT i
za frekventni opseg 5 Hz – 32 kHz
± 3% za merene vrednosti indukcije ≥ 10 nT i
za frekventni opseg 50 Hz – 400 Hz
98
Slika 1. Analizator magnetskog polja EFA 300 (B sonda,
A=100 cm2)
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
vremeno u sve tri ose) u bilo kojoj ta~ki u prostoru.
Ovakvim rasporedom kalemova obezbe|uje se merenje koje je nezavisno od polo`aja sonde u odnosu
na pravac vektora magnetske indukcije. Na osnovu
napona indukovanog u mernim kalemovima sonda
izra~unava efektivnu vrednost magnetske indukcije.
U tabeli 1. date su osnovne merno – tehni~ke
karakteristike analizatora magnetskog polja.
2.2. Metode etaloniranja merila
magnetskog polja
Analizator, kao i druga merila naizmeni~nog
magnetskog polja mogu se etalonirati na vi{e na~ina:
– direktnom metodom generisanja poznate (ta~ne)
vrednosti gustine magnetskog polja,
– uporednom metodom sa referentnim (ta~nijim)
mernim sistemom,
– indirektnom metodom, injektovanjem naizmeni~nog napona poznate (ta~ne) vrednosti modula i
u~estanosti, za poznatu konstantu merne sonde
(V/mT Hz) instrumenta za merenje gustine magnetskog polja.
Navedene merne metode preporu~ene su me|unarodnim standardom IEC 61786 koji se odnosi na
ovu vrstu merila. U istom standardu defini{u se metrolo{ki uslovi koje treba obezbediti za korektno etaloniranje ovih merila. Tako za direktnu metodu generisanja referentnog magnetskog polja:
– intenzitet vektora magnetske indukcije mora biti
poznat sa gre{kom manjom od ± 3 %,
– homogenost magnetskog polja mora biti takva da
najve}e odstupanje intenziteta vektora magnetske
indukcije od vrednosti intenziteta u osi kalemova
bude manje od 1 % na ~itavoj povr{ini popre~nog
preseka merne sonde instrumenta koji se etalonira.
2.3. Etalon magnetskog polja
Etaloni magnetskog polja (jednosmernog i naizmeni~nog) realizuju se u metrolo{kim laboratorijama naj~e{}e pomo}u sistema namotaja, poznatih
kao Helmholcovi kalemovi. U ovoj oblasti metrologije Institut „Nikola Tesla” ima zna~ajne rezultate i
kontinuitet istra`ivanja od preko ~etrdeset godina
[2]. Jedan takav par kalemova kori{}en je kod etaloniranja analizatora magnetskog polja tip EFA 300,
kako to i slika 2 prikazuje.
Intenzitet vektora magnetske indukcije (Bz) u
osi Helmholcovih kalemova je slo`ena funkcija
konstruktivnih parametara kalema i elektri~ne struje
u namotaju kalema [3]. Me|utim za slu~aj kada su
kalemovi postavljeni na me|usobnom rastojanju d,
koje je jednako polupre~niku kalemova r, gustina
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
magnetskog polja mo`e se izra~unati iz pojednostavljene formule:
Bz = k ⋅ I
(1)
μ0
D
(2)
⋅N , d =r =
2
125 r
gde I ozna~ava intenzitet struje u namotajima kalemova, D srednji pre~nik kalema, N broj navojaka, μ0
magnetsku permeabilnost vakuuma.
k=
8
⋅
Slika 2. Helmholcovi kalemovi
sa analizatorom magnetskog polja EFA 300
Za konkretnu konstrukciju Helmholcovih kalemova sa slike 2. ~iji su konstruktivni parametri:
– spolja{nji pre~nik D1 = 990 mm,
– unutra{nji pre~nik D2 = 935 mm,
– broj navojaka N = 126,
– rastojanje kalemova d = r = D/2,
koeficijent proporcionalnosti k, odre|en prema izrazu (2), je:
D=
D1 +
D1 + D2
2
= 0,976 25 m
2
T
A
a intenzitet vektora magnetske indukcije u osi Helmholcovih kalemova:
k = 2,321 ⋅ 10 − 4
B z = 2,321 ⋅ 10 −4 ⋅ I
(3)
gde su I ja~ina struje data u amperima (A) i Bz magnetska indukcija u jedinici tesla (T).
Navedeni izraz (3) daje direktnu vezu izme|u
intenziteta vektora magnetske indukcije u osi Hel99
mholcovih kalemova i ja~ine elektri~ne struje koja
proti~e kroz namotaje kalemova. Ta~nost referentnog etalona magnetskog polja prakti~no zavisi od
ta~nosti merenja ja~ine struje i ta~nosti merenja geometrijskih dimenzija kalemova [4]. Ove fizi~ke veli~ine mogu se vrlo precizno odrediti, sa gre{kama
manjim od ± 0,1 % od merene vrednosti. Homogenost magnetskog polja unutar Helmholcovih kalemova je vrlo dobra, posebno u osi kalemova gde je
unutar prostora lopte polupre~nika 100 mm varijacija magnetskog polja manja od ± 0,2 % od merene
vrednosti.
Kao izvor stabilne i ta~ne naizmeni~ne struje sinusnog oblika kori{}en je strujni kalibrator proizvo|a~a „RFL”, tip 829M. Ovaj kalibrator obezbe|uje
`eljenu vrednost naizmeni~ne struje sa gre{kom manjom od 0,1 % od pode{ene vrednosti u opsegu u~estanosti od 50 Hz do 1 kHz.
2.4. Postupak etaloniranja
Etaloniranje analizatora magnetskog polja EFA
300 mo`e se ukratko predstaviti primenjenim postupkom i sprovedenom procedurom:
– merna sonda analizatora postavi se u centar Helmholcovih kalemova;
– analizator polja i kalibrator struje priklju~e se na
mre`ni napon;
– pri struji jednakoj nuli kroz Helmholcove kalemove izmeri se po~etno magnetsko polje koje je posledica ne`eljenih ali prisutnih stranih magnetskih
polja;
– kroz namotaj Helmholcovih kalemova propusti se
odre|ena vrednost struje;
– izvr{i se orijentacija merne sonde tako da u jednoj
osi komponeta magnetskog polja bude maksimalna a u ostalim osama komponente magnetskog polja budu jednake nuli;
– za svaki merni opseg analizatora odaberu se tri
vrednosti magnetskog polja, odnosno na kalibratoru struje izaberu se odgovaraju}e vrednosti struje;
– vi{e puta se ponove merenja za istu vrednost magnetskog polja radi odre|ivanja standardne devijacije merenja;
– izvr{e se tako|e i merenja sa namerno pomerenim
polo`ajem merne sonde, radi provere homogenosti
magnetskog polja unutar Helmholcovih kalemova,
a u svrhu odre|ivanja ove komponente merne nesigurnosti;
– izvr{i se kalibracija analizatora pri razli~itim vrednostima u~estanosti magnetskog polja.
Po istom postupku etalonira se analizator magnetskog polja i za druge dve ose merne sonde.
100
2.5. Merna nesigurnost i sledivost
Etaloniranje analizatora magnetskog polja
ostvareno je sa mernom nesigurno{}u reda veli~ine
0,2 %, koja je znatno bolja od zahtevane i u skladu
je sa me|unarodnim standardom za ovu vrstu merila [1]. Merna nesigurnost etaloniranja analizatora
magnetskog polja odre|ena je prema me|unarodnom uputstvu za prora~un merne nesigurnosti [5]. U
skladu sa ovim uputstvom, prora~un merne nesigurnosti je obuhvatio sve relevantne komponente merne nesigurnosti sa odgovaraju}im tipom raspodele:
– prisustvo stranih magnetskih polja (normalna raspodela),
– gre{ku etalona gustine magnetskog polja (pravougaona raspodela),
– gre{ku usled neta~nog pozicioniranja merne sonde
i nehomogenosti magnetskog polja etalona (pravougaona raspodela),
– gre{ku merenja struje (pravougaona raspodela),
– rezoluciju etaloniranog analizatora magnetskog
polja (pravougaona raspodela),
– rezoluciju ampermetra (pravougaona raspodela),
– standardnu devijaciju rezultata merenja (normalna
raspodela),
– gre{ku usled u~estanosti merene gustine magnetskog polja (pravougaona raspodela),
Kod prora~una merne nesigurnosti nije jedino
razmatran uticaj temperature i vla`nosti, jer nije bilo tehni~kih mogu}nosti da se isti kvantifikuju. Temperatura i vla`nost ambijenta prilikom etaloniranja
su mereni i registrovani.
Prisustvo stranih magnetskih polja u prostoru
gde je izvr{eno etaloniranje (atomsko skloni{te Instituta) registrovano je na nivou od 20 nT, {to je
omogu}avalo etaloniranje analizatora magnetskog
polja i na najmanjem mernom opsegu od 1μT, istina
sa pove}anom relativnom mernom nesigurno{}u.
Dimenzije Helmholcovih kalemova merene su
namenskim pomi~nim merilom du`ine sa noniusom
~ija je gre{ka merenja manja od ± 0,05 %. Ukupna
gre{ka etalona gustine magnetskog polja, odnosno
konstante kalema manja je od ± 0,2 %.
Uticaj pozicioniranja merne sonde i nehomogenosti magnetskog polja proveravan je eksperimentalno tokom etaloniranja. Varijacija pozicije merne
sonde za ± 20 mm, uticala je na merenu gustinu
magnetskog polja u iznosu manjem od ± 0,35 %.
Kombinovana merna nesigurnost uk odre|uje se
prema jedna~ini:
uk =
n
∑ (C ⋅ u )
i
i
2
(4)
i =1
gde su: ui – komponente merne nesigurnosti, a Ci –
koeficijent proporcinalnosti
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Pro{irena merna nesigurnost za odre|eni nivo
poverenja (verovatno}e) odre|uje se tako {to se
kombinovana merna nesigurnost odre|ena prema
jedna~ini (4) mno`i koeficijentom pro{irenja. Vrednost koeficijenta pro{irenja zavisi od preovla|uju}e
vrste raspodele komponenti merne nesigurnosti.
Kod normalne raspodele (tip A) za nivo poverenja
od 95 %, koeficijent pro{irenja je 2, a za pravougaonu raspodelu (tip B) pri istom nivou poverenja koeficijent pro{irenja je 1,65. U konkretnom slu~aju
dominantne su komponente koje imaju pravougaonu
raspodelu, a to su: komponenta usled prisustva stranih negativnih polja i komponenta usled gre{ke merenja pobudne struje. Zbog toga je pre izra~unavanja
pro{irene merne nesigurnosti usvojen koeficijent
pro{irenja 1,65.
Za etaloniranje analizatora magnetskog polja
primenjeni su etalon gustine magnetskog polja i kalibrator naizmeni~ne struje. Ta~nost etalona gustine
magnetskog polja oslanja se na ta~nost odre|ivanja
dimenzija Helmholcovih kalemova, odnosno merenja du`ine. I za merenje du`ine i za merenje naizme-
ni~ne elektri~ne struje postoji merna sledivost do nacionalnih, ali i do me|unarodnih primarnih etalona.
3. REZULTATI ETALONIRANJA
Rezultati etaloniranja dati su u tabeli 1.
U tabeli 1 su kori{}ene slede}e oznake:
I – struja kojom su napajani Helmholcovi kalemovi,
f – u~estanost magnetskog polja, o~itana na sondi
EFA 300 (B sonda, A=100 cm2),
BM – magnetska indukcija, vrednost o~itana na sondi EFA 300 (B sonda, A=100 cm2),
BT – ta~na (teorijska) vrednost magnetske indukcije,
izra~unata primenom izraza (4),
G – relativna gre{ka izmerene vrednosti gustine
magnetskog polja,
U – pro{irena merna nesigurnost
4. ZAKLJU^AK
Etaloniranje analizatora magnetskog polja
ostvareno je u saglasnosti sa me|unarodnim standardima: ISO 17025 i CEI/IEC 61786.
Tabela 1.
Rezultati meranja i prora~una magnetske indukcije u osama X, Y i Z i relativna gre{ka merenja
Merni
opseg
1 μT
10 μT
100 μT
1 mT
10 μT
100 μT
1 mT
10 μT
100 μT
1 mT
I
(mA)
f
(Hz)
BM
(μT)
BT
(μT)
G
(%)
U
(μT)
1,000
3,000
4,000
5,000
7,500
10,000
15,050
30,030
50,020
100,200
149,900
299,300
400,000
499,400
1 003,000
1 497,000
10,000
100,200
505,500
1 008,500
1 509,000
10,000
100,000
505,500
1 008,500
1 509,000
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
0,238 0
0,693 7
0,933 1
1,161 3
1,739 6
2,315 3
3,494 0
6,977 4
11,632 0
23,157 0
34,754 0
69,775 0
93,037 0
116,300 0
233,250 0
346,980 0
2,314 0
23,220 0
117,500 0
234,100 0
350,100 0
2,313 0
23,040 0
115,800 0
231,500 0
348,100 0
0,232 1
0,696 3
0,928 4
1,160 5
1,740 8
2,321 0
3,493 2
6,970 1
11,610 0
23,257 0
34,793 0
69,469 0
92,842 0
115,910 0
232,800 0
347,460 0
2,340 0
23,430 0
118,200 0
235,800 0
352,800 0
2,340 0
23,380 0
116,900 0
233,700 0
351,400 0
2,557
-0,377
0,502
0,067
-0,068
-0,248
0,024
0,105
0,190
-0,430
-0,111
0,440
0,210
0,334
0,193
-0,138
-1,100
-0,900
-0,600
-0,700
-0,800
-1,200
-1,500
-0,900
-0,900
-0,900
0,017
0,017
0,017
0,017
0,017
0,017
0,040
0,060
0,090
0,170
0,260
0,510
0,680
0,840
1,700
2,600
0,027
0,170
0,850
1,700
2,600
0,027
0,170
0,850
1,700
2,600
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Sonda orijentisana u
smeru
Y – ose
X – ose
Z – ose
101
Rezultati etaloniranja pokazuju:
– Utvr|ene gre{ke merenja analizatora magnetskog
polja su znatno manje od gre{aka deklarisanih od
strane proizvo|a~a.
– Etaloniranje analiztora magnetskog polja realizovano je sa mernom nesigurno{}u desetak puta manjom od deklarisane gre{ke etaloniranog merila.
– Za osnovne veli~ine etalona gustine magnetskog
polja, naizmeni~nu struju i du`inu (dimenzije kalema) postoji sledivost do nacionalnih, ali i me|unarodnih etalona ovih veli~ina.
[2]
[3]
[4]
5. LITERATURA
[1]
[5]
Standard CEI/IEC 61786:1998 Measurement of
low-frequency magnetic and electric fields with re-
gard to exposure of human beings-Special
requirements for instruments and guidance for measurements
Dragomir D. Jelovac DOBIJANJE I KOMPENZACIJA HOMOGENOG JEDNOSMERNOG MAGNETNOG POLJA, Zbornik radova V JUKEM-a,
Zagreb, 1971, str. 246-253.
Sr|an Spiridonovi}, PRORA^UN I KONSTRUKCIJA ETALONA JEDNOSMERNOG MAGNETSKOG POLJA, Zbornik radova XIII JUKEM-a,
Split, 1988.
Sr|an Spiridonovi}, REALIZACIJA ETALONA
MAGNETSKOG POLJA, Zbornik radova XIII JUKEM-a, Split, 1988.
EAL-4/02, Expression of the Uncertainty of Measurement in Calibration, European cooperation for
Accreditation of Laboratories
Rad STR C4 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 03. 07. 2009. godine
Dragana Naumovi}-Vukovi} ro|ena je u Beogradu 1967. godine. Na Elektrothni~kom
fakultetu u Beogradu diplomirala je 1992. godine, a magistrirala 1997. godine. Zaposlena je
u Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla” kao rukovodilac etaloniranja u Akreditovanoj laboratoriji za etaloniranje i ispitivanje. Bavi se metrologijom elektri~nih veli~ina i mernim
transformatorima.
Aleksandar Pavlovi} je ro|en 27. 6. 1967. godine u Beogradu, Republika Srbija. Diplomirao je 1994. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu, profil elektroenergetski sistemi. Od 1995. godine do danas je zaposlen u Elektrotehni~kom institutu „Nikola Tesla” u
Beogradu. Rukovodilac je dela laboratorije koja je akreditovana za oblasti ispitivanja: sistema uzemljenja, sistema gromobranske za{tite, elektri~nih instalacija niskog napona i uticaja
elektri~nih i magnetskih polja niskih frekvencija.
Slobodan [kundri} je ro|en u Beogradu 1945. godine. Elektrotehni~ki fakultet u Beogradu zavr{io je 1972. godine. U Zavodu za mere i dragocene metale radio je kao metrolog
za elektri~ne veli~ine od 1974. do 1978. godine. U Institutu „Nikola Tesla”, u centru Elektromerenja radi od 1978. godine. Magistrirao je 1995. godine, a doktorirao je 2000. godine sa
tezom: „Ispitivanje ta~nosti mernih transformatora metodom dvofazne konverzije”.
Vojin Kosti} je ro|en 1977. godine. Diplomirao je 2005. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu, na kome je iste godine upisao i poslediplomske studije. Radi u Elektrotehni~kom Institutu „Nikola Tesla” u zvanju samostalnog saradnika na ispitivanjima sistema
uzemljenja, sistema gromobranske za{tite, niskonaponskih instalacija, kao i merenjima elektromagnetskog polja niskih frekvencija i proceni njegovog uticaja na izlaganje ljudi i osetljive elektronske opreme.
102
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Milo{ Mladenovi},
Neboj{a Lap~evi} i Vladimir Jankovi}
Koncepcija uspostavljanja berze
elektri~ne energije u Srbiji
Stru~an rad
UDK: 347.731.1; 621.315; 537.214; 621.311.16
Rezime:
U radu je prikazana uloga berze elektri~ne energije u procesu uspostavljanja efikasnog tr`i{ta elektri~ne energije, mogu}i produkti i model dan-unapred tr`i{ta, koncept uspostavljanja berze elektri~ne energije
u Srbiji po klju~nim fazama, mogu}nosti budu}eg razvoja, kao i potencijalni benefiti za u~esnike na tr`i{tu
elektri~ne energije.
Klju~ne re~i: berza elektri~ne energije, dan-unapred tr`i{te elektri~ne energije, implicitne aukcije
Abstract:
CONCEPT OF ESTABLISHING ELECTRICITY EXCHANGE IN SERBIA
The paper deals with the role of electricity auction trading in the process of establishing an efficient
electricity market, possible products and day-ahead market model, concept of founding the electricity
exchange in Serbia per key phases, possibilities for future development as well as potential benefits for the
participants at the power exchange (auction trading) market.
Key words: electricity exchange, day-ahead market of electricity, implicit auctions
1. UVOD
Proces liberalizacije tr`i{ta elektri~ne energije
uzrokovao je su{tinske, a u pojedinim segmentima i
dramati~ne promene u funkcionisanju elektroenergetskog sektora. Reforme u elektroenergetskom sektoru omogu}ile su prelazak sa vertikalno integrisanog, dr`avnog ili privatnog, a u su{tini monopolskog funkcionisanja na jedan tr`i{ni, otvoren koncept. Taj proces, uslovljen kombinacijom ekonomskih faktora, zakonodavnih promena i inovativnih
tehnolo{kih re{enja, ustoli~io je konkurenciju, sigurnost snabdevanja i odr`ivi razvoj elektroenergetskog
sektora kao osnovne postulate i ciljeve svog delova-
nja. Kao klju~ni elementi u ispunjenju ovih ciljeva
profilisani su slede}i prioriteti: privla~enje novih
u~esnika na tr`i{tu elektri~ne energije, kako na strani ponude, tako i na strani potra`nje, da bi se izbegla
dominacija i monopolski polo`aj pojedinih subjekata (tzv. market power), formiranje referentne cene
kao jasnog pokazatelja ponude i potra`nje, ustanovljenje principa transparentnog i nediskriminatornog pristupa prenosnoj i distributivnoj mre`i i uspostavljanje likvidnog i efikasnog mesta organizovane
trgovine elektri~nom energijom.
Milo{ Mladenovi}, dipl. in`. el., mr Neboj{a Lap~evi}, dipl. in`. el., mr Vladimir Jankovi}, dipl. in`. el. – JP Elektromre`a Srbije,
Vojvode Stepe 412, 11 040 Beograd
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
103
2. ORGANIZOVANO TR@I[TE
ELEKTRI^NE ENERGIJE
Veleprodajno tr`i{te elektri~ne energije
(wholesale market) se mo`e posmatrati kao direktna
konsekvenca liberalizacije elektroenergetskog sektora, tj. kao posledica ~injenice da su u novom okru`enju kupci dobili mogu}nost slobodnog izbora
snabdeva~a. Taj novi status elektri~ne energije kao
robe prisutne na slobodnom tr`i{tu, uzrokovao je i
pojavu {iroke lepeze novih tipova ugovora, koji kao
rezultat mogu imati fizi~ku isporuku elektri~ne
energije (tzv. fizi~ki ugovori) ili se mogu koristiti
kao instrument za smanjivanje rizika (tzv. finansijski ili „hedging” ugovori). Ovi ugovori se mogu zaklju~ivati, kako na bilateralnom, tako i na organizovanom tr`i{tu elektri~ne energije, ali zajedni~ko za
sve tipove ugovora je da su, u osnovi, odre|eni sa tri
elementa: periodom na koji se odnose, koli~inom
elektri~ne energije i cenom.
Osnovni benefit i uloga likvidnog i efikasno organizovanog tr`i{ta elektri~ne energije je da osigura
formiranje jedinstvene cene za unapred definisani
produkt kojim se trguje u odre|enom vremenskom
intervalu. Naime, dok je na bilateralnom tr`i{tu cena stohasti~ka veli~ina odre|ena ponudom i potra`njom ({to od u~esnika na tr`i{tu zahteva uvo|enje
vrlo sofisticiranih mehanizama za kontrolu rizika),
organizovano tr`i{te daje mogu}nost formiranja jedinstvene, referentne cene kao jasnog signala trenutnih de{avanja na tr`i{tu. Ina~e, kompletno funkcionalno organizovano tr`i{te elektri~ne energije se sastoji od vi{e segmenata (spot tr`i{te, forward tr`i{te,
futures tr`i{te, razni finansijski instrumenti), koji u
sinergiji mogu pru`iti u~esnicima na tr`i{tu najrentabilnije balansiranje njihove pozicije na fizi~kom
tr`i{tu elektri~ne energije (tzv. portfolio management), kao i efikasno upravljanje rizicima kroz trgovinu finansijskim produktima. U ovom radu akcenat
}e biti stavljen na fizi~ku trgovinu elektri~nom energijom, a pre svega na kratkoro~no (spot) tr`i{te elektri~ne energije.
2.1. Fizi~ka trgovina elektri~nom energijom
Fizi~ka trgovina elektri~nom energijom obuhvata {irok opseg produkata i ugovora, i u najkra}em se mo`e svesti na slede}e: dugoro~ne (longterm) ugovore koji mogu obuhvatati vremenski
okvir od jedne do dvadeset godina, forward ugovore koji se zasnivaju na sada{njoj ili prognoziranoj
ceni sa fizi~kom isporukom u budu}nosti (vremenski opseg, naj~e{}e, do godinu dana) i spot ugovore
koji se sklapaju na vrlo kratkoro~noj osnovi, naj~e{}e za isporuku dan-unapred ili unutar-dana. Dugo104
ro~ni ugovori se koriste kao bazni ugovori za snabdevanje odre|ene potro{nje i naj~e{}e se sklapaju na
slobodnom tr`i{tu (OTC ili bilateralni ugovori), dok
se za fino pode{avanje pozicije u~esnika na tr`i{tu,
tj. izbegavanje debalansa u realnom vremenu, koriste dnevni ili ~ak i satni ugovori sklopljeni na spot
tr`i{tu koje se obi~no organizuje putem berze elektri~ne energije.
Sam
Nord Pool Spot
OTC
NETA
BETTA
Irish Pool
APX
Belpex
Gielda Energii
EEX
OTE
EXAA
Powernext
OPCOM
BSP
SouthPool
OMEL
SERPEX
(MIBEL)
GME
Samo OTC
OTC + berza elektri~ne energije
Slika 1. Struktura tr`i{ta elektri~ne energije u Evropi
Dosada{nja praksa pokazuje da, u smislu obima
trgovine, gore navedeni vidovi tr`i{ta nisu ravnomerno zastupljeni u ukupnom obimu trgovine elektri~nom energijom u Evropskoj Uniji (EU). Iako, zavisno od koncepta u pojedinim zemljama, berze
elektri~ne energije u~estvuju sa zna~ajnim (NORDEL, OMEL) udelom u ukupnom obimu trgovine,
jo{ uvek se najve}i deo transakcija zaklju~uje na bilateralnom (OTC) tr`i{tu elektri~ne energije.
Tako je, na primer, u 2007. godini obim trgovine u EU, zaklju~en putem svih OTC ugovora, iznosio 6,3 miliona GWh (100 % pove}anje u odnosu na
2006), dok je ukupni obim trgovine na spot tr`i{tu iznosio 820 000 GWh, uz 1,1 milion GWh na futures
tr`i{tu (velika ve}ina tih ugovora je zaklju~ena na
berzi EEX). Imaju}i u vidu ~injenicu da je ukupna
potro{nja zemalja EU u 2007. godini iznosila 2,7 miliona GWh, mo`e se uo~iti da je ukupan konzum bio
tri puta manji u pore|enju sa ukupnim obimom trgovine elektri~nom energijom. Pokazalo se da je najve}i obim transakcija na dan-unapred tr`i{tu elektri~ne
energije zabele`en kod onih tr`i{ta gde je trgovina
energijom uvezana sa pristupom prekograni~nim kaELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
obima trgovine u pore|enju sa ukupnim obimom, tako i zbog prirode elektri~ne energije.
U tabelama ispod su prikazani i obimi trgovine
i referentne cene elektri~ne energije na najva`nijim
berzama u EU za period 2002-2007. godine.
80
100
90
Pow ernext
APX NL
60
80
Nordpool
50
IPEX
Omel
40
Belpex
30
20
70
10
60
0
50
40
2002.
2003.
2004.
2005.
2006.
2007.
Slika 3. Prose~na godi{nja cena na spot tr`i{tu
u €/MWh
30
20
Poljska
UK
[panija
Holandija
Italija
Nema~ka
Francuska
Skandinavija
Austrija
10
0
EEX
70
€/MWh
pacitetima (NORDEL) ili tamo gde postoje odre|eni
podsticajni faktori (primer [panije – gde samo oni
proizvodni kapaciteti koji u~estvuju na berzi dobijaju nadoknadu za raspolo`ivost svojih kapaciteta). Tako|e, zanimljiv je i podatak da u praksi samo 1-2 %
od svih zaklju~enih futures ugovora kao posledicu
ima fizi~ku isporuku elektri~ne energije. Ono {to je
indikativno je i da su cene zabele`ene na dan-unapred tr`i{tu vrlo nestalne, kako zbog relativno malog
Slika 2. Udeo trgovine na dan-unapred tr`i{tima (u %) u
konzumu u EU u 2005. godini (izvor: DG TREN)
2.2 Berza elektri~ne energije i
dan-unapred tr`i{te
Berza elektri~ne energije predstavlja mesto organizovane trgovine elektri~nom energijom koje
omogu}ava transparentan i nediskriminatoran pristup tr`i{tu putem automatizovane platforme za trgovinu, sa jasnim pravilima obra~una i uspostavljaTabela 1.
Obim trgovine u GWh na spot tr`i{tu
EEX
IPEX
Powernext
APX NL
APX UK
NordPool
Omel
EXAA
Belpex
2002.
31,456
–
2,623
14,112
–
124,000
253,000
624
–
2003.
49,136
–
7,478
12,000
–
119,000
271,000
1,324
–
2004.
59,449
231,571
14,128
13,366
–
179,000
277,000
1,763
–
2005.
85,335
323,184
19,670
16,053
–
215,000
306,000
1,541
–
2006.
87,602
329,790
29,600
19,236
–
260,000
162,000
1,666
531,000
Tabela 2.
Prose~na godi{nja cena na spot tr`i{tu u €/MWh
EEX
Powernext
APX NL
APX UK (u £/MWh)
Nordpool
IPEX
Omel
Belpex
Srednja vrednost
2002.
22,63
21,12
29,91
15,23
26,91
–
38,21
–
25,12
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
2003.
29,49
29,22
46,47
18,23
36,69
–
29,74
–
34,31
2004.
28,52
28,14
31,58
21,29
26,32
51,60
28,46
–
32,43
2005.
45,98
46,64
52,39
35,60
29,33
58,59
54,78
–
47,94
2007.
117,322
329,949
44,212
20,714
10,95
290,000
267,000
2,265
7,588
2006.
50,79
49,25
58,10
37,75
48,59
74,75
51,53
45,70
52,06
2007.
37,99
40,82
41,92
27,94
50,53
70,99
39,34
41,77
43,91
105
Tabela 3.
Obim trgovine u GWh na futures tr`i{tu
Powernext
EEX Phelix Futures
Endex BE
Endex NL
2003.
–
341,976
–
–
2004.
–
337,675
–
2,041
2005.
–
494,469
890
51,698
2006.
–
638,729
4,890
32,128
2007.
604
942,352
4,474
96,553
Prose~na godi{nja „band” cena u €/MWh za ugovore za narednu godinu (Year–ahead)
Endex Year Ahead (Base)
Phelix Year Ahead (Base)
2003.
33,98
27,98
2004.
39,36
33,49
2005.
49,21
41,48
2006.
65,84
55,01
Tabela 4.
2007.
60,18
55,83
Tabela 5.
Prose~na godi{nja cena za vr{nu energiju u €/MWh za ugovore za narednu godinu (Year–ahead)
Endex Year Ahead (Peak)
Phelix Year Ahead (Peak)
2003.
51,47
43,56
2004.
54,68
49,12
nja referentne cene, a tako|e predstavlja i sigurnog i
pouzdanog partnera za sve zaklju~ene transakcije,
kako u smeru prodaje, tako i u smeru kupovine, ~ime se znatno uve}ava sigurnost trgovanja i smanjuju tro{kovi rizika.
Su{tinske prednosti koje berza kao mesto organizovane trgovine elektri~nom energijom nudi u~esnicima su: uve}ana konkurencija, likvidnost i jasan
cenovni signal kroz formiranje jedinstvene cene za
jedinstveni produkt trgovine, zatim transparentnost i
nediskriminatornost, kao i kompletna centralizovana
platforma za trgovinu najraznovrsnijim produktima
(dan-unapred tr`i{te, unutar-dnevno tr`i{te, forward
i futures tr`i{te, ugovori za kontrolu rizika, opcioni
ugovori, trgovina zelenim sertifikatima itd.).
Berze elektri~ne energije se vrlo ~esto poistove}uju sa organizovanim dan-unapred tr`i{tem, koje se
odvija dan uo~i isporuke i obuhvata satnu isporuku
za svaki sat slede}eg dana. Osim toga, na berzama
elektri~ne energije se mo`e organizovati i unutardnevno tr`i{te (naj~e{}e kao tzv. kontinualno tr`i{te), kao i kontinualna finansijska tr`i{ta za godi{nje, kvartalne ili mese~ne future produkte.
2.2.1 Produkti na dan-unapred tr`i{tu
Dan-unapred tr`i{te se organizuje putem zatvorenih aukcija, gde se kao osnovni vid produkta pojavljuju satni produkti i gde su ponude karakterisane
satom (h) za koji se podnose u vidu ponude (i) ili potra`nje (j), u vidu parova cena (€/MWh) – koli~ina
106
2005.
67,80
56,20
2006.
94,00
81,02
2007.
81,58
79,32
(MWh), tako da se svaka satna ponuda mo`e posmatrati kao promenljiva sa (Ph, Qh) ograni~enjima.
Sama aukcija se su{tinski mo`e posmatrati kao
klasi~an optimizacioni postupak uz uva`avanje
ograni~enja, kako bi se postigli najbolji mogu}i rezultati trgovine na organizovanom tr`i{tu i sa poslednje prihva}enim ponudama kao limitiraju}im
faktorima (qih, qjh):
⎫
⎧⎪
⎪
Max ⎨∑ q j , h P j , h − ∑ qi , h Pi , h ⎬
q ⎪⎩ j
⎪⎭
i
q
uva`avaju}i prese~nu ta~ku (tzv. ekvilibrijum) ponude i potra`nje:
∑ q ¼, h = ∑ qi , h
¼
i
kao i ostala ograni~enja:
qih ≤ Qih
qjh ≤ Qjh
Ina~e, osim satnih, kao produkti se mogu pojavljivati i tzv. blok produkti gde se ponude sastoje od
koli~ine koja se nudi ili tra`i na tr`i{tu u odre|enom
vremenskom intervalu po odre|enoj prose~noj ceni.
To je naro~ito pogodno za one u~esnike na tr`i{tu ~iji portfolio nije jednozna~no odre|en, ve} zavisi od
vi{e povezanih faktora (primer je, recimo, tretiranje
tro{kova pokretanja termoelektrana). Osim toga,
blok ponude se mogu posmatrati i kao kombinacija
satnih ponuda, koje omogu}avaju u~esnicima na trELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
`i{tu da u ponudama nominuju prose~nu cenu za odre|eni vremenski interval. Ono {to je ote`avaju}i
faktor je tzv. sve ili ni{ta ograni~enje, koje unosi odre|enu distorziju u dan-unapred tr`i{te, ali, bez obzira na to, va`nost uvo|enja ovog koncepta dokazuje ~injenica da se oko 20 % ukupnog obrta na berzi
sastoji od blok ponuda.
Tabela 6.
Blok produkti na berzi EEX
Naziv ugovora
Vremenski interval bloka
EEX Night
EEX Morning
EEX High-Noon
EEX Afternoon
EEX Evening
EEX Rush Hour
Baseload
Peakload
Off-Peak 1
Off-Peak 2
Business
Sati od 1 do 6 (00.00-06.00 h)
Sati od 7 do 10 (06.00-10.00 h)
Sati od 11 do 14 (10.00-14.00 h)
Sati od 15 do 18 (14.00-18.00 h)
Sati od 19 do 24 (18.00-24.00 h)
Sati od 17 do 20 (16.00-20.00 h)
Sati od 1 do 24 (00.00-24.00 h)
Sati od 9 do 20 (08.00-20.00 h)
Sati od 1 do 8 (00.00-08.00 h)
Sati od 21 do 24 (20.00-24.00 h)
Sati od 9 do 16 (08.00-16.00 h)
Va`no je re}i i da uvo|enje blok produkata
znatno uslo`njava aukcionu proceduru, naro~ito ako
se ima u vidu da je u pitanju trgovina na kratkoro~nom vremenskom okviru sa vrlo ograni~enim vremenom za obradu ponuda i objavljivanje rezultata.
Stoga se, kao aukcioni algoritam, koristi pristup da
se tra`i najbolja mogu}a, ali ne i obavezno najoptimalnija, kombinacija blokova koja }e biti prihva}ena (tzv. heuristi~ki pristup). Ako je N broj blokova
koji se tretira u aukcionoj proceduri, broj kombinacija koje se moraju proveriti iznosi 2N. Imaju}i u vidu da je prose~an broj blok ponuda na likvidnim
berzama oko 100 na dan, broj kombinacija je reda
veli~ine 1,3x1030. To, prakti~no, zna~i da se pre odbacivanja neke blok ponude, bilo na strani ponude
ili potra`nje, moraju proveriti sve mogu}e kombinacije. Uzmimo primer sa tri bloka A, B i C. C mo`e
biti blok potra`nje, a A i B blokovi ponude, tako da
je kombinacija ABC mogu}a, a kombinacija AB nije. Tako|e, A mo`e biti blok potra`nje koji ne mo`e
biti prihva}en u kombinaciji sa blokom ponude B,
ali mo`e biti prihva}en ukoliko se doda jo{ jedan
blok ponude C itd. Naravno, postoje i izuzeci. Naime, ako imamo dva identi~na bloka potra`nje A i B
i ako A nije mogu}e prihvatiti, isto va`i i za AB.
Koncept i detalji procedure na kojima se zasniva algoritam heuristi~kog pristupa nije uniforman
kod svih berzi, ali se, u principu, zasniva na dekompoziciji problema na dva osnovna modula: blok selektor i koordinacioni modul za odre|ivanje cene
izabranih blokova.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Odre|ivanje
satnih cena
Izbor
bloka
Izvodljivo?
Sa~uvaj re{enje
Jo{ ima
vremena?
Stop
Slika 4. Algoritam heuristi~ke procedure za tretiranje
blok produkata u aukcionoj proceduri
Osnovni koraci u algoritmu su slede}i:
(a) Blok selektor vr{i izbor kombinacije blokova.
Prihva}eni blokovi se „pretvaraju” u satne ponude tako {to im se dodeljuje cena nula za blokove
ponude i maksimalna cena za blokove potra`nje
(da ne bi uticali na odre|ivanje satnih obra~unskih cena), i tako kreirane satne ponude se dodaju ostalim satnim ponudama u aukcionoj proceduri.
(b) Odre|ivanje satnih obra~unskih (marginalnih)
cena se, zatim, bazira na satnim ponudama. Kao
{to je re~eno, satne obra~unske cene se odre|uju
kao prese~na ta~ka agregisanih kriva ponude i
potra`nje i kao rezultat se dobija jedinstvena cena za svaki sat slede}eg dana.
(c) Nakon toga vr{i se provera izvodljivosti (feasibility check), tako {to se u obzir uzimaju prose~ne
cene prihva}enih blokova koje se porede sa izra~unatim satnim marginalnim cenama. Ukoliko
su cene prihva}enih blokova ponude i potra`nje
unutar zone uspe{ne trgovine, tj. ukoliko je obra~unata marginalna cena vi{a od ponu|ene prose~ne cene za prihva}ene blokove ponude i ni`a
od ponu|ene prose~ne cene za prihva}ene blokove potra`nje, prihvatljiva kombinacija blokova je
prona|ena i re{enje mo`e biti sa~uvano.
(d) Procedura se zavr{ava kada je vremensko ograni~enje probijeno ili kada je zavr{ena provera
svih mogu}ih kombinacija blokova. Finalno i
kona~no prihva}eno re{enje predstavlja najopti-
107
malnije re{enje sa stanovi{ta obima trgovine koje je bilo sa~uvano tokom procesa.
2.2.2 Odre|ivanje tr`i{ne obra~unske koli~ine i
tr`i{ne obra~unske cene
Kao osnovni parametri nakon svake aukcije, za
svaki sat unutar tr`i{nog dana se ra~unaju tr`i{na obra~unska koli~ina (Market Clearing Volume) i obra~unata marginalna cena ili tzv. tr`i{na obra~unska
cena (Market Clearing Price). Obra~un tr`i{ne obra~unske koli~ine i tr`i{ne obra~unske cene koji odgovaraju svakom posebnom tr`i{nom intervalu u trajanju od jednog sata u okviru dana isporuke, vr{i se,
kao {to je re~eno, putem zatvorene aukcijske procedure tako {to se vr{i poklapanje kriva ponude i potra`nje i odre|uje njihova prese~na ta~ka. Poklapanje kriva ponude i potra`nje vr{i se primenom linearne interpolacije ili algoritmom prora~una preko
stepenaste funkcije.
Ta~ka preseka agregiranih krivih ponude i potra`nje predstavlja ravnote`u izme|u ponuda za kupovinu i ponuda za prodaju elektri~ne energije na
berzi. Ako postoji jedna ta~ka preseka (slika 5a,b),
ili ako postoji vi{e ta~aka preseka, ali sa istom cenom (slika 5c), TOC }e biti jednaka ceni u ta~ki/ta~kama preseka. Ako postoji vi{e ta~aka preseka sa
razli~itom cenom (slika 5d), TOC se obi~no odre|uje kao:
TOC =
gde je:
TOCmax – najve}a cena u kojoj se seku krive ponude
i potra`nje
TOCmin – najmanja cena u kojoj se seku krive ponude i potra`nje.
Ukoliko kriva ponude ili kriva potra`nje imaju
ukupnu koli~inu jednaku nuli, TOC }e biti nedefinisana i u tom slu~aju }e koli~ine ponude i potra`nje
(RSD)
C(RSD)
(RSD)
C(RSD)
max
C
max
C
max
TOC max + TOC min
2
max
TOC
OC
TOC
OC
TOK
W (MWh)
MWh)
a)
TOK
W (MWh)
TOK
W (MWh)
W
b)
(RSD)
C(RSD)
(RSD)
C(RSD)
max
C
max
TOC
OC
TOC
OC
Cmax
max
TOK
c)
W (MWh)
W
d)
Slika 5. Odre|ivanje tr`i{ne obra~unske koli~ine (TOK) i tr`i{ne obra~unske cene (TOC)
108
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
biti nula. U svim drugim slu~ajevima, koli~ine ponude i potra`nje }e se izra~unavati na slede}i na~in:
qx,y – je koli~ina u parovima koli~ina-cena sa cenom
ni`om od TOC
(a) Koli~ina ponude (Qpon) }e biti odre|ena na slede}i na~in:
TOK = qxy + qf
Qpon = Σqpon
gde qpon ozna~ava koli~inu svih parova koli~ina-cena u ponudama za prodaju elektri~ne energije sa cenom koja ne prelazi TOC; i
(b) Koli~ina potra`nje (Qpot) }e biti odre|ena na slede}i na~in:
Qpot = Σqpot
gde qpot ozna~ava koli~inu svih parova koli~ina-cena
u ponudama za kupovinu elektri~ne energije, gde
cena ovog para koli~ina-cena nije manja od TOC.
Nakon odre|ivanja TOC, vr{i se prora~un obra~uskih koli~ina ponude i potra`nje. Prvo se sve ponude za kupovinu elektri~ne energije sa cenom ve}om ili jednakom TOC i sve ponude za prodaju elektri~ne energije sa cenom manjom ili jednakom TOC
smatraju provizorno prihva}enim. Zatim se posebno
razmatraju slede}i slu~ajevi:
1. Ako je koli~ina ponude jednaka koli~ini potra`nje
za istu obra~unsku cenu TOC (slika 5d) svi provizorno prihva}eni parovi koli~ina-cena }e biti finalno prihva}eni i iznos TOK je u tom slu~aju jednak:
TOK = Qpon = Qpot
2. Ako je koli~ina ponude ve}a od koli~ine potra`nje (slike 5b,c) za istu obra~unsku cenu TOC:
(a) svi provizorno prihva}eni parovi koli~ina-cena
ponuda za kupovinu elektri~ne energije }e biti finalno prihva}eni;
(b) svi provizorno prihva}eni parovi koli~ina-cena
ponuda za prodaju elektri~ne energije sa cenom
ni`om od TOC }e biti finalno prihva}eni; i
(c) svi provizorno prihva}eni parovi koli~ina-cena
ponuda za prodaju elektri~ne energije sa cenom
jednakom TOC }e biti finalno prihva}eni u manjoj koli~ini odre|enoj na slede}i na~in:
Q pot − ∑ q x , y
q f = qo ×
Qpon>Qpot
Q pon − ∑ q x , y
gde:
qf – ozna~ava smanjenu finalno prihva}enu koli~inu
za par koli~ina-cena sa cenom jednakom TOC,
qo – je koli~ina ponu|ena u paru koli~ina-cena sa cenom jednakom TOC,
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
3. Ako je koli~ina potra`nje ve}a od koli~ine ponude za istu obra~unsku cenu TOC (slika 5a):
(a) svi provizorno prihva}eni parovi koli~ina-cena
ponuda za prodaju elektri~ne energije }e biti finalno prihva}eni;
(b) svi provizorno prihva}eni parovi koli~ina-cena
ponuda za kupovinu elektri~ne energije sa cenom ve}om od TOC }e biti finalno prihva}eni; i
(c) svi provizorno prihva}eni parovi koli~ina-cena
ponuda za kupovinu elektri~ne energije sa cenom jednakom TOC }e biti finalno prihva}eni u
manjoj koli~ini odre|enoj na slede}i na~in:
Q pon − ∑ q xy
q f = qo ×
Qpot>Qpon
Q pot − ∑ q xy
gde:
qf – ozna~ava smanjenu finalno prihva}enu koli~inu
za par koli~ina-cena sa cenom jednakom TOC,
qo – je koli~ina ponu|ena u paru koli~ina-cena sa cenom jednakom TOC,
qx,y – je koli~ina u parovima koli~ina-cena sa cenom
ve}om od TOC
TOK = qx,y + qf
Tr`i{na obra~unska cena i tr`i{na obra~unska
koli~ina se koriste kao osnovni parametri pri proceni likvidnosti berze i stabilnosti tr`i{ta elektri~ne
energije. Osim toga, nakon postizanja odre|enog nivoa likvidnosti berze, tr`i{na obra~unska cena se
mo`e koristiti i kao referentna cena na unutar-dnevnom balansnom tr`i{tu elektri~ne energije, dok se
cene sa futures tr`i{ta ~esto koriste kao referentne
cene pri sklapanju bilateralnih ugovora.
2.2.3 Model dan-unapred tr`i{ta
Najkra}e re~eno, model dan-unapred tr`i{ta se
sastoji od tri funkcionalne celine: trgovine na berzi
koja se obavlja dan-unapred u odnosu na dan fizi~ke isporuke, finansijskog poravnanja u~esnika na
berzi i same fizi~ke isporuke.
Prva celina se odnosi na otvaranje dan-unapred
tr`i{ta (obi~no dve nedelje unapred) i od tog perioda
u~esnici mogu podnositi ponude za odre|eni tr`i{ni
dan. Nakon isteka vremena za podno{enje ponuda,
tj. zatvaranja trgovine (dan-unapred, obi~no oko
09:00), vr{i se agregacija ponuda u krive ponude i
potra`nje i tr`i{te se „zatvara” u njihovoj prese~noj
ta~ki. Nakon toga, rezultati se objavljuju (obi~no u
109
TR GOV IN A N A
Trgovina
na berzi
BER Z I
Ponude
Ponude
R ezultti
Rezultati
Fakturisanje duga
Fakturisanje
duga
FIN A N SIJSKI
Finansijski
obraOBR A C U N I
~uni
(kontrola
(kontrola
rizika i rizika ifinansijsko
finansijsko
poravnanje )
poravnanje)
Fizi~ka
FIZIC KA
ISPOR U KA
isporuka
Ponude
Ponude
Serpex
exchange
R ezultati
Rezultati
Fakturisanje
Fakturisanje
potra`ivanja
potra ivanja
Serpex
clearing
Pla}anje
Placanje
Pla}anje
Placanje
Finansijske instituci je
Depozit
Depozit
D epozit
D epozit
Nominacije
nominacije
balansna
Balansna
ododgovornost
govornost
Nominacije
nominacije
Balansna
odbalansna
odgovornost
govornost
EMS
Kupac
Prodavac
N om inacije
Nominacije
SER PEX
Scheduling
MW
MW
transfer
transfer
Slika 6. Model dan-unapred tr`i{ta
roku od sat vremena) i zaklju~uju se transakcije za
koje se berza pojavljuje kao druga ugovorna strana,
kako na strani ponude, tako i na strani potra`nje. Nakon toga se vr{i finansijski obra~un i {alju se fakture u~esnicima na berzi. Nakon objavljivanja rezultata, u~esnici ~ije su transakcije zaklju~ene na berzi su
du`ni da ih uvrste u svoje planove rada za dan isporuke i da ih nominuju operatoru prenosnog sistema,
kako bi bile obuhva}ene konceptom balansne odgovornosti. Od 00:00 ~asova narednog dana se vr{i fizi~ka isporuka, a slede}eg dana i finansijsko poravnanje, tj. pla}anje zaklju~enih transakcija.
3. BERZA ELEKTRI^NE ENERGIJE
U SRBIJI
Kao {to je poznato, sa svojih 8 granica prema
susednim elektroenergetskim sistemima (zahvaljuju}i toj ~injenici, JP EMS je operator prenosnog sistema – TSO sa najve}im brojem granica kojima
upravlja u Evropi), Srbija zauzima centralno mesto
u regionu i predstavlja strate{ki nezaobilazan faktor
u procesu uspostavljanja funkcionalnog i efikasnog
regionalnog tr`i{ta Jugoisto~ne Evrope. Dovoljno
indikativno je navesti podatke iz 2008. godine, gde
je, pored pribli`no 35 TWh elektri~ne energije razmenjene na regulisanom tr`i{tu za potrebe snabdevanja tarifnih kupaca, ukupan obim internih transakcija na slobodnom bilateralnom tr`i{tu iznosio 2,045
TWh, a ukupan obim nominovanih prekograni~nih
transakcija 7,077 TWh u smeru ulaza u Srbiju i
7,204 TWh u smeru izlaza ka susednim balansnim
110
oblastima. Tako|e, bitan je i podatak da je na tr`i{tu
Srbije prisutno 36 licenciranih u~esnika na tr`i{tu,
od kojih je 26 registrovano kod JP EMS kao operatora prenosnog sistema i tr`i{ta elektri~ne energije, a
20 aktivno u procesu nominacije dnevnih planova
rada (JP EPS je jedini u~esnik sa mestima injektiranja i povla~enja elektri~ne energije iz sistema koji
nominuje planove proizvodnje, potro{nje i razmene), dok je 19 u~esnika aktivno na tr`i{tu prekograni~nih kapaciteta (nominuju planove internih i prekograni~nih razmena)).
Svi gore navedeni pokazatelji, uz ~injenicu da
JP EPS sa svojim dobro izbalansiranim hidro-termo
proizvodnim portfoliom mo`e uspe{no odigrati ulogu market maker-a, naro~ito neophodnu u prvoj fazi
implementacije berze, i da se u skoroj budu}nosti
mora ra~unati na ve}e prisustvo nezavisnih u~esnika, kako kvalifikovanih kupaca, tako i nezavisnih
proizvo|a~a, na tr`i{tu elektri~ne energije u Srbiji,
jasno ukazuju na potrebu i izvodljivost uspostavljanja berze elektri~ne energije u Srbiji, pre svega u vidu dan-unapred tr`i{ta koje bi se u po~etku odnosilo
samo na balansnu oblast Srbije, a kome bi se kasnije, putem implicitnih aukcija, tj. putem uvezivanja
trgovine sa prenosnim prekograni~nim kapacitetom,
i uz eventualno uklju~ivanje u strukturu respektabilnih strate{kih partnera iz EU i regiona, mogli pridru`iti i potencijalni u~esnici iz susednih zemalja.
3.1 Model dan-unapred tr`i{ta u Srbiji
Prva faza uspostavljanja berze elektri~ne energije u Srbiji bi obuhvatila organizovanje dan-unapred tr`i{ta, gde bi se putem zatvorene aukcione
procedure vr{ilo poklapanje agregisanih krivi ponude i potra`nje i, na osnovu toga, obra~un tr`i{ne obra~unske koli~ine i cene za svaki sat nastupaju}eg
dana. Ispod su dati mogu}i produkti, vremenski
okvir i osnovni aukcioni parametri koji bi mogli biti implementirani, kao i shematski prikaz (Role model) i mogu}i vremenski okvir za aktivnosti pojedinih funkcionalnih modula, neophodnih za uspe{no
funkcionisanje dan-unapred tr`i{ta.
Definicija produkata:
– Satni produkti [1 – 24]
– Bazni (band) [1−24]
– Peak (vr{ni) [6−21]
– Off-Peak (van vrha) [1−5, 22−24]
– Euro-Peak [9−20]
– Euro-Off-Peak [1−8, 21−24]
Osnovni aukcioni parametri:
– Minimalna ponuda
1 MWh
– Minimalni korak u ponudi
0,10 €/MWh
Cenovni limiti po ponudi:
– Minimum
0€
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
2) 09:15 (D-1) – Izvr{enje
Serpex
Berz
(Exchange)
Serpex
Poravnanje
(Clearing)
8) 15:00 (D+1)
– Pla}anje
3) 09:15 (D-1) – Rezultati
4) 11:30 (D-1) – Nominacije
5) 14:00 (D-1)
– Finansijski obra~un
1) 09:00 (D-1) – Ponude
EMS
Administracija tr`i{ta
(Market operations)
6) 00:00-24:00 (D)
– Fizi~ka isporuka
U~esnici
Slika 7. Shematski prikaz (Role model) dan-unapred tr`i{ta u Srbiji
– Maximum
3 000 €
Metod fiksiranja ponuda:
– Zatvorena aukcija, obra~un tr`i{nih obra~unskih
cena i koli~ina
Vremenski okvir (jedan od mogu}ih):
– Prijem ponuda (Call Phase): otvorena 14 dana
unapred, zatvaranje u 9:00
– Korekcije (Freeze Phase): 9:00 – 9:15 (za ispravljanje eventualnih gre{aka)
– Odre|ivanje rezultata: (9:15 – 10:00)
Analiza modela tr`i{ta
elektri~ne energije u Srbiji i
njegovog budu}eg razvoja
Evaluacija postoje}ih danunapred tr`i{ta u regionu
Preliminarni dizajn
dan-unapred tr`i{ta
Studija izvodljivosti
Konsultacije sa interesnim
stranama
Nadogradnja primarne
legislative
Dizajn dan-unapred tr`i{ta
Uspostavljanje funkcije
Operatora berze
Sekundarna legislativa
(Pravila o radu tr`i{ta),
interna pravila
Specifikacija IT sistema
Implementacija IT sistema
Uputstva za u~esnike na
tr`i{tu
Slika 8. Shematski prikaz klju~nih faza implementacije berze elektri~ne energije u Srbiji
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
111
– Nominacije zaklju~enih transakcija (do 11:30)
– Finansijski obra~un (do 14:00)
– Fizi~ka isporuka (00:00 – 24:00 narednog dana)
– Pla}anje (do 15:00 dan nakon dana isporuke)
– Uticaj prekograni~nih prenosnih kapaciteta na
dan-unapred tr`i{te
– Mogu}nosti povezivanja dan-unapred tr`i{ta u budu}nosti
3.2 Klju~ne faze implementacije berze
elektri~ne energije u Srbiji
(c) Preliminarni dizajn dan-unapred tr`i{ta
– Opis i evaluacija pojedina~nih scenarija dan-unapred tr`i{ta (obavezno ili opciono u~e{}e, dijapazon produkata, veze sa dugoro~nim ugovorima,
uticaj potencijalnih ograni~enja prenosnog sistema itd.)
– Uloga JP EMS u organizovanju dan-unapred tr`i{ta
– Uloga potencijalnih market maker-a i strate{kih
partnera
Berza elektri~ne energije, kao projekat od velikog nacionalnog i regionalnog zna~aja, zahteva, kako u fazi pripreme, tako i u fazi implementacije, aktivno u~e{}e svih najva`nijih interesnih strana prisutnih u elektroenergetskom sektoru, a naro~ito: Ministarstva rudarstva i energetike, Agencije za energetiku RS, JP EMS, JP EPS, ostalih u~esnika na tr`i{tu elektri~ne energije (trgovaca i potencijalnih
kvalifikovanih kupaca i nezavisnih proizvo|a~a).
Sama izvodljivost projekta zavisi od vi{e faktora, a
najva`niji su: interna ograni~enja koja se odnose na
tehni~ka re{enja i procedure same berze, kao i kvalitet menad`erskog i operativnog stru~nog kadra, finansijska ograni~enja vezana za likvidnost tr`i{ta,
politiku cena, kao i portfolio i kreditnu sposobnost
u~esnika, tehni~ka ograni~enja u prenosnom sistemu
koja se, pre svega, odnose na zagu{enja na prekograni~nim kapacitetima kako bi bilo omogu}eno u~e{}e
na berzi i inostranim u~esnicima, kao i politi~ka
ograni~enja koja se odnose na kombinaciju unutra{njih i spoljnih dru{tveno-politi~kih okolnosti,
uzro~no-posledi~no povezanih sa implementacijom
organizovanog tr`i{ta na nacionalnom nivou i njegovim kasnijim {irenjem na regionalni nivo.
U daljem tekstu }e biti prikazan shematski prikaz klju~nih faza implementacije berze elektri~ne
energije u Srbiji, kao i lista neophodnih aktivnosti za
uspe{no okon~anje svake od navedenih faza.
U daljem tekstu prikazan je spisak neophodnih
aktivnosti za uspe{nu implementaciju pojedinih faza, a samim tim i za uspe{nu implementaciju berze
elektri~ne energije:
(a) Analiza modela tr`i{ta elektri~ne energije u Srbiji i njegovog budu}eg razvoja
– Definisanje u~esnika na tr`i{tu elektri~ne energije
– Analiza tr`i{nog kapaciteta u~esnika na tr`i{tu
elektri~ne energije
– Ograni~enja prenosnog sistema
– Estimacija budu}eg razvoja tr`i{ta elektri~ne energije
(b) Evaluacija postoje}ih dan-unapred tr`i{ta u regionu
– Evaluacija postoje}ih modela tr`i{ta elektri~ne
energije u susednim zemljama sa fokusom na danunapred tr`i{te
112
(d) Studija izvodljivosti
– Studija izvodljivosti za razli~ite scenarije
– Procena preliminarnih finansijskih zahteva (kapitalni i operativni tro{kovi)
– Prihvatanje razli~itih scenarija od strane u~esnika
na tr`i{tu
– Promene legislative uzrokovane razli~itim scenarijima
– SWOT analize odabranih scenarija
(e) Konsultacije sa interesnim stranama
– Konsultacije sa Ministarstvom za energetiku
– Konsultacije sa AERS
– Pregovori sa JP EPS kao potencijalnim market
makerom
– Izbor eventualnog strate{kog partnera
– Konsultacije sa ostalim interesnim stranama
– Analize komentara i sugestija
(f) Nadogradnja primarne legislative
– Analiza i eventualna revizija Zakona o energetici
(g) Dizajn dan-unapred tr`i{ta
– Dizajn modela dan-unapred tr`i{ta
– Inkorporacija dan-unapred tr`i{ta u model tr`i{ta
elektri~ne energije u Srbiji
– Finansijsko poravnanje dan-unapred tr`i{ta
– „Upravljanje rizicima” (Risk management) na
dan-unapred tr`i{tu
(h) Uspostavljanje funkcije Operatora berze
– Razvoj strategije Operatora berze
– Izrada opisa poslovnih procesa (BPD -Business
Process Description dokument)
– Organizaciona struktura
– Opis posla
– Definisanje internih procedura (upravljanje rizicima, finansijsko poravnanje, nominacija razmenjenih blokova energije itd.)
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
(i) Sekundarna legislativa (Pravila o radu tr`i{ta
elektri~ne energije), interna pravila
– Nadogradnja sekundarne legislative (Pravila o radu tr`i{ta)
– Izrada pravila o radu dan-unapred tr`i{ta
(j) Specifikacija IT sistema
– Opis funkcionalnosti dan-unapred tr`i{ta
– Specifikacija protoka podataka i pripadaju}ih interfejsa
– Specifikacija finansijskog poravnanja uklju~uju}i
povezivanje sa bankama
– Specifikacija procedura za upravljanje rizicima
– Odre|ivanje na~ina komunikacije i procedura sa
u~esnicima na tr`i{tu, uklju~uju}i operatore prenosnog i distributivnog sistema
(k) Implementacija IT sistema
– Zahtev za dostavljanje ponuda za implementaciju
IT sistema
– Evaluacija ponuda
– Izbor isporu~ioca
– Prijem IT sistema
– Priprema i sprovo|enje testa funkcionalnosti
– Uputstva za upotrebu i dokumentacija o IT sistemu
– Preliminarno aktiviranje IT sistema
(l) Uputstva za u~esnike na tr`i{tu
– Trening operatora sistema i u~esnika na tr`i{tu
– Izrada uputstava za upotrebu
Kao {to je ve} re~eno, uspe{nost implementacije berze elektri~ne energije zavisi od mnogo faktora,
a pre svega od uspe{nosti procesa koji se odnosi na
uspostavljanje zajedni~ke platforme i postizanje
konsenzusa najva`nijih interesnih strana u Srbiji vezano za pojedina klju~na pitanja.
Uzimaju}i kao preduslov pozitivan i proaktivan
pristup svih, gore navedenih, interesnih strana, kao
projektovani realan okvir za uspe{nu implementaciju berze, koji se pre svega odnosi na dan-unapred tr`i{te elektri~ne energije, mo`e se uzeti period od 12
do 15 meseci.
3.3. Mogu}nosti budu}eg razvoja berze
elektri~ne energije u Srbiji i regionu
Imaju}i u vidu nivo otvorenosti tr`i{ta u Srbiji,
kao i planirane trendove u zemlji i regionu, kao najrealniji koncept uspostavljanja i budu}eg razvoja
berze elektri~ne energije u Srbiji name}e se re{enje
sa uspostavljanjem fizi~kog dan-unapred tr`i{ta, uz
ideju kasnijeg uvezivanja sa susednim tr`i{tima, prvo putem implicitnih aukcija, a potom i, tamo gde
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
okolnosti to dozvoljavaju, putem spajanja tr`i{ta tj.
market couplinga. Uporedo sa razvojem fizi~kog tr`i{ta, treba sagledati i mogu}nosti za formiranje finansijskih tr`i{ta, uzimaju}i pritom, naravno, u obzir i zainteresovanost finansijskih institucija, lokalnih interesnih strana i u~esnika na tr`i{tu. O tome bi
se, svakako, moglo razmi{ljati tek nakon punog
otvaranja tr`i{ta u Srbiji za kvalifikovane kupce i
nezavisne proizvo|a~e, kao i nakon uspostavljanja
relativno likvidnog regionalnog tr`i{ta.
Energija – tr`i{te fizi~kih
produkata
Tr`i{te finansijskih produkata
2008.
Izolovano
spot tr`i{te
2009.
2010.
Spajanje/razdvajanje tr`i{te
2011.
2012.
...
Slika 9. Mapa budu}eg razvoja berze elektri~ne energije
Uzimaju}i u obzir evropska iskustva i sada{nje
trendove na tom polju, fokus budu}eg razvoja berze
se mora staviti, pre svega, na implementaciju efikasnih implicitnih aukcija prekograni~nih kapaciteta i
to kroz interakciju sa svim relevantnim interesnim
grupama (regulatori, operatori prenosnog sistema,
berze elektri~ne energije) i regionalnim partnerima,
kako bi se pospe{ilo spajanje pojedina~nih nacionalnih tr`i{ta i formiranje efikasnog i likvidnog regionalnog tr`i{ta.
Budu}i procesi u pravcu daljeg razvoja berze,
uz korelaciju sa relevantnim strate{kim partnerima
iz EU i regiona, bi se mogli odvijati u dve faze:
(a) Faza I bi obuhvatila:
– Formiranje cene na regionalnom nivou kroz formiranje vi{e cenovnih zona (u slu~aju da zagu{enje postoji na svim granicama)
– Transparentan i nediskriminatoran pristup tr`i{tu
kroz standardizaciju produkata i usluga
– Ukidanje potrebe za prekograni~nim transferom
kao ote`avaju}im faktorom kroz uvo|enje fizi~kih
„swap” produkata i povezivanje izolovanih tr`i{ta
sa standardizovanim produktima
(b) Faza II bi, nakon ispunjavanja svih tehni~kih i
dru{tveno-politi~kih preduslova u regionu (uspostavljanje konsenzusa na dr`avnom nivou,
harmonizacija licenci i tr`i{nih pravila, puna i
su{tinska deregulacija TSO-ova u regionu itd.),
obuhvatila slede}e korake:
113
– Povezivanje (spajanje) tr`i{ta i formiranje zajedni~ke regionalne cene (o~ekivani jedinstveni indeks cena na veliko za vi{e od 50 % vremena)
– Obezbe|ivanje efikasne upotrebe interkonektivnih
kapaciteta putem efikasnih implicitnih aukcija ili
market coupling-a (primer trilateralno spajanje tr`i{ta Francuska-Belgija-Holandija)
3.4. Prednosti berze elektri~ne energije
Uspe{na implementacija berze kao organizovanog mesta trgovine elektri~nom energijom u Srbiji
bi donela brojne prednosti, kako za lokalnu zajednicu tj. lokalne interesne strane, tako i za u~esnike na
tr`i{tu. Kao glavni benefit za {iru zajednicu izdvajaju se brzo i efikasno uspostavljanje slo`ene infrastrukture uz manje anga`ovanje resursa i umanjen
rizik, {to bi donelo i ni`e operativne tro{kove, visok
nivo transparentnosti, pristup {irokom spektru iskustava, prakti~nih znanja i resursa, jasan ekonomski
signal putem formiranja tr`i{ne cene, kao i regionalno pozicioniranje i podsticaj evropskim integracionim procesima. [to se ti~e u~esnika na tr`i{tu, pre
svega misle}i na JP EPS kao potencijalnog market
maker-a, berza bi pru`ila uslugu efikasne i korisni~ki orijentisane poslovne infrastrukture, omogu}ila
jednostavan pristup tr`i{tu u celom regionu, udru`ivanje likvidnosti, a samim tim i ve}u finansijsku sigurnost i smanjenje rizika (hedging), znatno smanjenje tro{kova (manje administracije, savremene tehnologije, smanjenje ugovornog rizika), kao i {irok
dijapazon portfolio usluga visokog kvaliteta na tr`i{tu elektri~ne energije. Tako|e, za JP EPS je vrlo
zna~ajna ~injenica da mu, kao javnom preduze}u u
vlasni{tvu dr`ave, trenutni zakonski okvir u Srbiji
onemogu}ava uspostavljanje efikasnog i profitabilnog trgova~kog portfolia, s obzirom da mu je onemogu}ena trgovina u oba pravca na dnevnom nivou
(na dnevnom nivou mo`e samo da prodaje energiju).
To ograni~enje bi moglo biti prevazi|eno uspostavljanjem organizovanog mesta trgovine elektri~nom
energijom u Srbiji, tako da bi mogao u punoj meri
biti iskori{ten pun potencijal JP EPS i u ovoj, potencijalno vrlo profitabilnoj delatnosti.
[to se ti~e regionalnog nivoa, ono {to bi se na
kraju procesa uspostavljanja likvidne i efikasne regionalne berze moglo pokazati kao najve}i benefit
za region i same u~esnike na tr`i{tu, moglo bi se
svesti na slede}e:
– Implementacija jedinstvene regionalne infrastrukture za trgovinu, obra~un i poravnanje transakcija
koja omogu}uje {irok opseg pogodnosti za u~esnike na tr`i{tu, doma}e interesne strane i {iru zajednicu, kao i implementaciju relevantnih i pouzdanih pokazatelja cena za svaku cenovnu zonu
114
– Fokus na lokalne interesne strane i razvoj lokalnih
tr`i{ta
– Obezbe|ivanje podr{ke trgovaca elektri~nom
energijom i proizvo|a~a preko uvo|enja obaveznog ponu|a~a (market maker) i akcionarstva, {to
bi kao krajnji cilj donelo i omogu}avanje likvidnosti i regionalnog prepoznavanja
– Pogodnosti za u~esnike na tr`i{tu u vidu automatizacije procedura trgovine na berzi, smanjenja rizika trgovine, finansijske sigurnosti i smanjenja tro{kova
– Uve}anje ekonomije obima koje bi donelo ograni~en investicioni rizik i manje investicione i operativne tro{kove
– Pribli`avanje standardima zapadnoevropskih berzi
energije kroz postizanje uporedivih obima trgovine, kako na fizi~kom, tako i na finansijskom tr`i{tu.
4. ZAKLJU^AK
Imaju}i u vidu centralni polo`aj Srbije u regionu, kao i ~injenicu da se JP EPS sa svojim dobro izbalansiranim hidro-termo proizvodnim portfoliom
mo`e vrlo uspe{no pozicionirati kao bitan u~esnik
na tr`i{tu elektri~ne energije u regionu, name}e se
zaklju~ak da je implementacija berze elektri~ne
energije u Srbiji, ne samo logi~an, ve} i neophodan
korak u daljem razvoju nacionalnog tr`i{ta elektri~ne energije. S obzirom da se u skoroj budu}nosti mora ra~unati i na ve}e prisustvo nezavisnih u~esnika,
kako kvalifikovanih kupaca, tako i nezavisnih proizvo|a~a na tr`i{tu elektri~ne energije, u taj proces
treba u}i bez odlaganja, baziraju}i napore prvo na
uspostavljanju dan-unapred tr`i{ta koje bi se u po~etku odnosilo samo na balansnu oblast Srbije, a
kome bi se kasnije, putem implicitnih aukcija, tj. putem uvezivanja trgovine sa prenosnim prekograni~nim kapacitetom, i uz neophodno prisustvo respektabilnih strate{kih partnera iz EU i regiona, mogli
pridru`iti i potencijalni u~esnici iz susednih zemalja. Taj proces bi doneo zna~ajne benefite, kako u~esnicima na tr`i{tu, tako i {iroj regionalnoj zajednici
kroz uve}anje ekonomije obima koje bi donelo ograni~en investicioni rizik i manje investicione i operativne tro{kove, {to tako|e predstavlja i jedan od vrlo bitnih ciljeva Energetske zajednice zemalja Jugoisto~ne Evrope.
5. LITERATURA
[1]
Koen Rademaekers, Allister Slingenberg, Salim
Morsy, REVIEW AND ANALYSIS OF EU
WHOLESALE ENERGY MARKETS, decembar
2008
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
[2]
[3]
Leonardo Meeus, POWER EXCHANGE AUCTION TRADING PLATFORM DESIGN, Katholieke Universiteit Leuven, jul 2006
F. H. Boisseleau, THE ROLE OF ELECTRICITY
TRADING AND POWER EXCHANGES FOR
THE CONSTRUCTION OF A COMMON EURO-
[4]
PEAN ELECTRICITY MARKET, The Netherlands and Paris Dauphine University
M. Mladenovi}, D. Stoj~evski, I. Juri{evi}, V. Jankovi}, KONCEPCIJA USPOSTAVLJANJA TR@I[TA ELEKTRI^NE ENERGIJE, JP Elektromre`a
Srbije, novembar 2006.
Rad STK C5 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 13. 07. 2009. godine
Milo{ Mladenovi} je ro|en 1968. godine u Beogradu. Zavr{io je ET[ „Nikola Tesla", a
1995. godine diplomirao na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu, odsek Elektroenergetski
sistemi. Od 1998. godine radi u JP EPS, a zatim u JP EMS kao dispe~er NDC na poslovima
upravljanja elektroenergetskim sistemom, od 2006. godine kao rukovodilac slu`be za razvoj
tr`i{ta elektri~ne energije, a od 2008. godine kao pomo}nik generalnog direktora za upravljanje i tr`i{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 tr`i{ta elektri~ne energije, a trenutno je predstavnik JP EMS u Komitetu za tr`i{te ENTSO-e. Koautor je vi{e
zapa`enih radova na nacionalnim CIGRE savetovanjima.
Neboj{a Lap~evi} je ro|en 1973. godine u U`icu. Gimnaziju je zavr{io u Novoj Varo{i.
Diplomirao je na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu 1998. godine na Energetskom odseku, gde je i magistrirao 2004. godine. Od 1999. godine bio je zaposlen u Elektroprivrednom in`enjeringu (EPI). Od 2002. do 2005. godine radio je u EPS kao glavni in`enjer za
Operativno upravljanje EES, a od 2005. godine u EMS u Direkciji za upravljanje i Direkciji
za tr`i{te. Trenutno radi kao rukovodilac Slu`be za administraciju tr`i{ta elektri~ne energije
i aktivno je uklju~en u proces formiranja Berze elektri~ne energije u Srbiji (SERPEX)
Vladimir Jankovi} je ro|en 1964. god. u ^a~ku. Na Energetskom odseku Elektrotehni~kog fakulteta u Beogradu diplomirao je 1991. godine. Tokom studija proveo je 12 meseci na
studentskoj praksi u kompaniji ABB Power Systems u [vedskoj (1988-1989). Od 1991. godine
je bio zaposlen u Elektroprivredi Srbije u Direkciji za upravljanje elektroenergetskim sistemom gde je radio na poslovima operativnog dispe~era (1991-1994), in`enjera za analizu stati~ke sigurnosti elektroenergetskog sistema (1994-2001) i pomo}nika direktora direkcije za
deregulaciju tr`i{ta elektri~ne energije (2001-2005). Magistrirao na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu (na smeru za elektroenergetske mre`e i sisteme) 2001. godine 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 tr`i{ta elektri~ne energije
u Srbiji i u regionu jugoisto~ne Evrope. Od 2005. godine radi u JP Elektromre`a Srbije gde obavlja du`nost
direktora Direkcije za poslove tr`i{ta elektri~ne energije. Objavio je 30 radova na doma}im i me|unarodnim konferencijama.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
115
Nikola Ga{i} i
Miroljub Nikoli}
Merenje elektri~ne energije
u distribuiranim i obnovljivim
izvorima energije
Stru~an rad
UDK: 621.3.08; 621.317; 621.9.08
Rezime:
U referatu se daje osvrt na pitanja izbora i kori{}enja merne infrastrukture za merenje elektri~ne energije pri priklju~enju i radu obnovljivih i distribuiranih izvora elektri~ne energije u elektroenergetskoj mre`i.
Pitanja iz ove oblasti se grupi{u i obra|uju po slede}oj strukturi:
– opis i osnovne karakteristike obnovljivih i distribuiranih izvora elektri~ne energije;
– izbor merne opreme prema vrsti izvora elektri~ne energije, zahtevima tarifnih sistema i optimizaciji u izboru merenih veli~ina;
– prenos mernih podataka i izbor komunikacionih puteva u sistemima za daljinsko o~itavanje i upravljanje
(AMR/AMM/AMI);
– funkcije i izbor mernih ure|aja i aplikacije u SMART GRID arhitekturi.
U radu se posebno specificiraju re{enja primenjena za rad malih hidroelektrana.
Klju~ne re~i: distribuirani i obnovljivi izvori, elektri~na energija i snaga, merenje elektri~ne energije,
merni ure|aji, funkcionalni zahtevi
Abstract:
MEASUREMENT OF ELECTRICAL ENERGY IN DISTRIBUTED AND SUSTAINABLE SOURCES
OF ENERGY
The paper deals with the questions of choice and use of infrastructure for measuring of electrical
energy at connection and operation of sustainable and distributed electrical energy sources in the electrical
energy network. The issues from this domain are grouped and processed as follows:
- description and substantial characteristics of sustainable and distributed sources of electrical energy,
choosing of measuring equipment according to the type of source and electrical energy, as well as
according to tariff systems and optimization in choosing measured parameters;
- transmission of measurement data and choice of communication routes in the systems for remote reading
control (AMR/AMM/AMI);
- functions and choice of measuring devices and application in SMART GRID architecture.
The paper particularly specifies solutions applied in operation of small hydropower stations.
Key words: distributed and sustainable sources of energy, electrical energy and power,
measuring of electrical energy, measuring devices, functional requests
Nikola Ga{i}, dipl. in`. el. – JP EPS – Direkcija za distribuciju elektri~ne energije, 11 000 Beograd
Miroljub Nikoli}, dipl. in`. el. – JP EPS – PD Jugoistok, Ni{
116
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
1. UVOD
Programi energetske efikasnosti, {tednja energije, globalni zahtevi za smanjenje zaga|enja i sanaciju ekolo{kih prilika doveli su do masovnog uklju~enja u elektroenergetsku mre`u niza disperziranih generatorskih instalacija.
U op{tem prikazu ovi proizvodni izvori se grupi{u na:
– distribuiranu proizvodnju (DG),
– obnovljive izvore energije i
– kogenerativne izvore.
Posebno se defini{u tzv. SMART GRID („pametna mre`a”) sistemi – to su distributivne mre`e u
sklopu globalne mre`e sa distribuiranim izvorima ,
koje se daljinski nadgledaju i upravljaju, uklju~uju}i sve izvore, prenosne puteve i potro{nju, delovanjem odgovaraju}e komunikacione i upravlja~ke infrastrukture.
Obnovljivi izvori energije su izvori koji se nalaze u prirodi i obnavljaju se u celosti ili delimi~no –
kao {to su energija sunca, vetra i vode.
Distribuirani izvori su generatori – modularne
jedinice raspore|ene po distributivnoj mre`i snage
do 10 MW.
Termini – obnovljivi i distribuirani izvori – su
blisko vezani, po{to u distribuirane izvore spadaju
skoro svi obnovljivi izvori po standardizaciji IEEE,
odnosno direktivi EU.
Efekti primene obnovljivih i distribuiranih izvora su:
– kori{}enje prirodnih izvora energije i smanjenje
upotrebe fosilnih goriva odnosno nivoa zaga|enosti,
– pobolj{anje naponskih prilika u mre`i,
– izbegavanje preoptere}enja,
– smanjenje gubitaka,
– izravnanje dijagrama optere}enja,
– pobolj{anje pouzdanosti napajanja potro{a~a elektri~nom energijom.
Regulativa EU je predvidela Direktivom
2001/77/EC da se do 2020. godine u bilansu elektri~ne energije u zemljama ~lanicama 20 % energije
dobija iz obnovljivih izvora uz 20 % manju emisiju
CO2.
Doma}im zakonima je predvi|eno da je distributer elektri~ne energije du`an da preuzme celokupnu elektri~nu energiju proizvedenu od strane povla{}enih proizvo|a~a elektri~ne energije, tj. onih koji
u procesu proizvodnje koriste obnovljive izvore
energije, snage do 10 MW. Predvi|ene su i odgovaraju}e mere za br`u implementaciju ovih izvora u
energetske sisteme.
Male koli~ine energije proizvedene na nekoliko
hiljada razli~itih lokacija predstavljaju veliki i trajan
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
izvor energije i iste je potrebno uklju~iti i povezati
na elektroenergetsku mre`u.
Efikasni merni sistemi predstavljaju osnovni
tehni~ki preduslov za realizaciju ovih zahteva.
2. ELEKTROENERGETSKE
KARAKTERISTIKE PROIZVODNIH
JEDINICA DISTRIBUIRANIH I
OBNOVLJIVIH IZVORA
ELEKTRI^NE ENERGIJE
SA PREGLEDOM MERNIH FUNKCIJA
2.1. Vetrogeneratori i vetroelektrane
Vetrogeneratori koriste obnovljivi ekolo{ki izvor – vetar za proizvodnju elektri~ne energije i u novije vreme imaju sve intenzivniju primenu u elektroenergetskim sistemima u svetu. Elektri~na energija
se isporu~uje elektroenergetskim sistemima ili izolovanim – ostrvskim potro{a~ima.
Snaga ovih izvora se kre}e od nekoliko kW do
5 MW, u novije vreme i 7 MW, a u ispitivanju su i
jedinice od 10 MW. Generatori mogu biti sinhroni,
ali su u naj~e{}oj primeni razne izvedbe asinhronih
generatora.
Priklju~uju se direktno na distributivnu mre`u
0,4 kV, 10 kV, 20 kV i 35kV, odnosno 110 kV u slu~aju vetro – parkova sa ve}im snagama, pri ~emu se
pojedini agregati kablovskim vodovima i AC-DCAC konvertorima povezuju preko zajedni~kih sabirnica i transformatorskih stanica na mre`u.
Mernim sistemom treba omogu}iti funkcije:
– merenje aktivne elektri~ne energije i snage,
– merenje reaktivne elektri~ne energije i snage, dvosmerno, IV-kvadrantno (ovakvo merenje je neophodno s obzirom da je za rad vetrogeneratora potrebno predvideti kompenzaciona postrojenja radi
generisanja reaktivne energije ili se ista obezbe|uje iz EE sistema, pogotovo za rad asinhronog generatora),
– merenje vlastite potro{nje vetroelektrane,
– registrovanje profila optere}enja za sve obra~unske veli~ine (aktivna i reaktivna energija, snaga),
struje i napone po fazama, sa periodom integracije 5, 15, 30 i 60 minuta programibilno,
– registrovanje kvaliteta napona i THD faktora,
– kontrolno merenje obra~unskih elemenata,
– memorisanje i prenos podataka do obra~unskog,
odnosno centra daljinskog o~itavanja i upravljanja, i drugo prema uslovima rada elektrane.
117
2.2. Male hidroelektrane
Male hidroelektrane (MHE) obuhvataju proizvodne jedinice snage do 10 MW sa klasifikacijom
prema snazi na tzv. mikro hidroelektrane snage do
100 kW i mini – snage do 1 000 kW .
MHE se koriste kao osnovno napajanje u ostrvskom radu, ili uobi~ajeno u paralelnom radu sa distributivnom mre`om.
Priklju~enje na distributivnu mre`u se izvodi na
naponskom nivou 0,4 kV ili 10 kV.
Uobi~ajeno se koriste asinhroni generatori kao
proizvodne jedinice manje snage, dok se za ve}e
snage koriste i sinhroni generatori.
Kod paralelnog rada sa distributivnom mre`om
asinhronom generatoru je potrebna reaktivna komponenta struje za magne}enje iz spoljnog izvora, a
to je sama mre`a, odnosno EES, kao i poseban izvor
– kondenzatorska baterija.
Mernim sistemom treba omogu}iti funkcije:
– merenje aktivne elektri~ne energije i snage svakog
agregata,
– merenje reaktivne elektri~ne energije i snage –
dvosmerno odnosno IV-kvadrantno,
– merenje vlastite potro{nje MHE,
– sumarno merenje na mestu primopredaje,
– registrovanje profila optere}enja za sve obra~unske veli~ine (aktivna i reaktivna energija), struje i
napone po fazama, sa periodom integracije 5, 15,
30 i 60 minuta ili obra~unski period – programibilno,
– registrovanje kvaliteta napona i THD faktora,
– kontrolno merenje obra~unskih elemenata,
– memorisanje i prenos podataka do obra~unskog
mesta, odnosno centra daljinskog o~itavanja i
upravljanja, i drugo prema uslovima rada elektrane.
2.3. Solarni izvori elektri~ne energije
Fotonaponska konverzija predstavlja direktnu
transformaciju svetlosne energije u elektri~nu. U novije vreme su se razvili zna~ajni fotonaponski sistemi, ~esto u hibridnoj sprezi sa drugim izvorima
energije, kao {to su agregati na dizel gorivo, akumulatori za skladi{tenje energije, turbine na vetar ili
male HE.
Solarni sistemi u novije vreme se povezuju sa
elektrodistribucijonom (ED) mre`om i isporu~uju
joj vi{kove elektri~ne energije i napajaju potro{a~e
na lokaciji samog sistema.
Jednosmerna struja dobijena u solarnim modulima pretvara se u naizmeni~nu pomo}u invertora izlazne snage od 100 W do 32 kW uz konverzionu efikasnost iznad 90 %.
118
Solarni sistemi su naro~ito zna~ajni na nivou re{enja tzv. „pametnih ku}a” (SMART HOME) odnosno distribuiranih proizvodnih kapaciteta na nisko
naponskom nivou, uz primenu slo`enih sistema merenja i upravljanja.
Sistemom merenja elektri~ne energije treba obuhvatiti:
– merenje aktivne elektri~ne energije i snage u oba
smera,
– merenje reaktivne elektri~ne energije i snage –
dvosmerno, odnosno IV-kvadrantno,
– merenje vlastite potro{nje,
– sumarno merenje na mestima primopredaje,
– registrovanje profila optere}enja za sve obra~unske
veli~ine (aktivna i reaktivna energija), struje i napone po fazama, sa periodom integracije 5, 15, 30 i
60 minuta ili obra~unski period – programibilno,
– registrovanje kvaliteta napona i THD faktora,
– kontrolno merenje obra~unskih elemenata,
– memorisanje i prenos podataka do obra~unskog
mesta, odnosno centra daljinskog o~itavanja i
upravljanja, i drugo prema uslovima rada,
– obezbe|enje informacije potro{a~u/kupcu o proizvodnji i radu agregata.
2.4. Sistemi za akumuliranje elektri~ne energije
Ovi sistemi imaju istu ulogu u ED mre`ama kao
i reverzibilne HE u elektroenergetskim sistemima.
Oni akumuliraju elektri~nu energiju u periodima
manjih cena ili kada je to potrebno radi pouzdanosti
u snabdevanju, sa malim snagama 1-2 kW za UPS
ure|aje, pa do postrojenja i do 30 MW, radi rezervnog napajanja, smanjenja vr{nog optere}enja, smanjenja optere}enja vodova i pobolj{avanja naponskih prilika. Ovakva primena je tipi~na za sisteme
distribuiranih izvora napajanja.
Sistemom merenja elektri~ne energije treba obuhvatiti:
– merenje aktivne elektri~ne energije i snage u oba
smera,
– merenje reaktivne elektri~ne energije i snage –
dvosmerno odnosno IV-kvadrantno,
– merenje vlastite potro{nje postrojenja,
– sumarno merenje na mestu primopredaje,
– registrovanje profila optere}enja za sve obra~unske veli~ine (aktivna i reaktivna energija), struje i
napone po fazama, sa periodom integracije 5, 15,
30 i 60 minuta ili du`i period -programibilno,
– registracija kvaliteta napona i THD faktora – radi
kori{}enja invertora AC/DC,
– kontrolno merenje obra~unskih elemenata,
– memorisanje i prenos podataka do obra~unskog
mesta, odnosno centra daljinskog o~itavanja i
upravljanja, i drugo prema uslovima rada.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
2.5. Ostali izvori
Ostali izvori koji rade na bazi kori{}enja biomase, geotermalne energije, energije morskih talasa,
gorivnih }elija i drugih sli~nih resursa, snage od nekoliko kW do deset MW, koriste mernu opremu i sisteme u zavisnosti od snage izvora, lokacije, namene i uslova elektroenergetske mre`e na koju se ovakvi izvori priklju~uju.
2.6. Kogenerativna proizvodnja
elektri~ne energije
Kogenerativna proizvodnja podrazumeva upotrebu generatora za proizvodnju elektri~ne energije
uz istovremeno dobijanje toplotne energije za potrebe industrije i daljinskog grejanja. Takvi distribuirani generatori zna~ajno pobolj{avaju energetsku ekonomi~nost i pouzdanost kori{}enjem ~ak i izvora
malih jedini~nih snaga i na lokalnom nivou.
Merenje elektri~ne energije, i u ovako integrisanim proizvodnim kapacitetima u distributivnu mre`u, je osnova za rad i upravljanje celokupnim sistemom .
Merni sistem treba da omogu}i merenje predate
elektri~ne energije i snage, kako aktivne tako i reaktivne, a naro~ito preuzete energije radi visokog nivoa vlastite potro{nje (rad pumpi za isporuku tople
vode, napajanje sigurnosnih sistema, drobili~kih i
transportnih ure|aja i sl.).
U okviru mernih funkcija posebno je va`na
funkcija registrovanja profila optere}enja na 15 –
minutnom, satnom, dnevnom i obra~unskom nivou,
radi fluktuiraju}eg nivoa proizvedene elektri~ne
energije.
2.7. SMART GRID - merenja
Funkcionisanje tzv. „pametnih mre`a”
(SMART GRID) kao najsavremenijeg koncepta distributivne mre`e je nezamislivo bez instalacije
SMART METERING i AMI (Advanced metering
infrastructure) sistema za merenje tokova energije i
upravljanje mre`om.
Integracija distribuiranih energetskih izvora i
mikrogeneratora, individualizacija mre`a i tarifni
modeli liberalizovanog tr`i{ta energije, merenje
kvaliteta u servisu i napajanju energijom, te evaluacija tro{kova isporuke elektri~ne energije – zahtevi
su koji se postavljaju za efikasan rad metrolo{ke
opreme i sistema.
Uobi~ajeni su metrolo{ki zahtevi:
– IV-kvadrantno merenje aktivne i reaktivne energije i snage,
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
– merenje napona, struje i aktivne snage na teku}em
nivou,
– memorisanje padova napona, nestanka napajanja,
THD faktora,
– registracija profila optere}enja,
– limitacija snage i energije lokalno ili u sistemu
AMM,
– adaptabilnost i interoperabilnost komunikacione
infrastrukture,
– obezbe|enje tarifnih modela po sistemu TOU /Time of use/,
– multifunkcijsko merenje drugih protoka – vode,
gasa, toplote,
– obezbe|enje informisanja (HOUSE DISPLAY)
potro{a~a/ kupca.
3. METROLO[KE KARAKTERISTIKE
OPREME ZA MERENJE
ELEKTRI^NE ENERGIJE
Izbor i tehni~ke karakteristike opreme za merenje elektri~ne energije zavise od vi{e faktora od kojih isti~emo:
– broj generatora, pojedina~na i ukupna instalisana
snaga, proizvodnja elektri~ne energije,
– naponski nivo priklju~ka na energetsku mre`u,
– ostrvski ili paralelan rad u ED mre`i,
– funkcije mernih ure|aja sa aspekta za{tite postrojenja, daljinskog upravljanja, nadzora i monitoringa,
– integrisanost generatora u sisteme „pametnih mre`a”,
– odredbe regulative za isporuku elektri~ne energije,
– odredbe tarifnih pravila za pristup i kori{}enje sistema za prenos i distribuciju elektri~ne energije,
– karakter mernog mesta, obra~unsko ili kontrolno,
– specifikacija mernih funkcija za obra~un preuzetih
koli~ina energije, kvalitet napona u smislu propisanih uslova i drugo.
Za merenje tokova elektri~ne energije u op{tem
smislu se koriste:
– strujni (SMT) i naponski (NMT) merni transformatori (MT),
– brojila aktivne i reaktivne elektri~ne energije sa
integrisanim funkcijama,
– sistemi za daljinsko merenje i upravljanje.
U daljem tekstu dajemo pregled tipskih tehni~kih karakteristika navedene merne opreme.
3.1. Strujni i naponski merni transformatori
Tehni~ke karakteristike SMT (0,4, 10, 20 i
35 kV):
– Iprim – prema snazi generatora odnosno elektrane,
– Isec = 5A,
119
– Optere}enje (obavezno merno i za{titno jezgro):
merni namotaj -snaga 5-15 VA, kl. 0,5 za protok ispod 10 GWh/godi{nje i kl. 0,2 iznad 10 GWh, Fs≤ 5;
Za{titni namotaj: snaga 10-45 VA, kl. 5 P10.
Proizvodne jedinice snage do 50 kVA ne zahtevaju upotrebu SMT uz kori{}enje brojila sa maksimalnom strujom ≥ 60 A.
Tehni~ke karakteristike NMT (10, 20 i 35 kV):
Prenosni odnos: [10(20,35) / √3 : 0,1 / √3 : 0,1
√3] kV.
Optere}enje: merni namotaj 20 VA, kl. 0,5 za
protok ispod 10 GWh/godi{nje, i kl. 0,2 iznad
10 GWh/godi{nje, za{titni namotaj – snaga do 90
VA, kl. 3P.
3.2. Brojila elektri~ne energije
Uva`avaju}i razvoj i mogu}nosti savremenih
brojila proizvedenih na bazi mikroprocesorskih tehnologija, kao i slo`ene zahteve za merenjem elektri~ne energije i snage generatorskih jedinica, kod
novih objekata ili onih koji se rekonstrui{u, u primeni su isklju~ivo elektronska (digitalna) brojila sa
osnovnim funkcijama i tehni~kim karakteristikama
koje navodimo u daljem tekstu.
3.2.1. Osnovne funkcije brojila:
Brojilo pripada grupi multifunkconalnih ure|aja koji omogu}uju pored osnovne funkcije merenja
aktivne, reaktivne energije i maksimalne srednje
snage i niz drugih funkcija, kao {to su upravljanje
tarifama, komunikaciju sa spoljnim ure|ajima (ru~ni terminali, PC ra~unari, koncentratori, PLC, RF i
GPRS modemi, integracija u sisteme „SMART
GRID”, „SMART HOME” i sl ), skladi{tenje i obradu statisti~kih podataka, pam}enje posebnih doga|aja, monitoring napona, struja i faktora snage po
fazama, za{titu od neovla{}enog pristupa itd.
3.2.2. Osnovne tehni~ke karakteristike brojila:
– Klase ta~nosti: 0,2S, 0,5S, 1 i 2 za aktivnu energiju i 1, 2(3) za reaktivnu energiju,
– Nominalni napon: 3x (57,7/100 – 230/400) V,
– Ib/Imax: 5/6 A i 5/60-100 A,
– Frekvencija: 50 Hz,
– Konstanta: 500 (5 000) imp/kWh,kvarh – za elektri~ni izlaz i 1 000 (10 000) imp/kWh, kvarh – za
opti~ki izlaz,
– Merenje energije u sva ~etiri kvadranta:
+A, -A, +Ri, -Ri, +Rc, -Rc, kWh, kvarh, do 4 tarife, odnosno 24 registra,
120
– Merenje snage u sva ~etiri kvadranta:
+A, -A, +Ri, -Ri, +Rc, -Rc; kW, kvar, do 4 tarife,
odnosno 24 registra,
– O~itavanje se mo`e izvr{iti:
automatski na kraju teku}eg meseca ili definisanog dana u mesecu, manuelno pomo}u tastera ili
formatiranom komandom.
– Nakon izvr{ene kumulacije pamte se podaci u EEPROM-u zadnjih 12 iznosa sa datumom i vremenom kada je ista izvr{ena.
– Ostale merene veli~ine:
struje po fazama, naponi po fazama, faktori snage
po fazama, mre`na frekvencija, trenutna snaga i
harmonijska izobli~enja (THD).
– Profili optere}enja:
Brojilo registruje profile optere}enja: +A, -A,
+Ri, -Ri, +Rc, -Rc; kW, kvar, opciono i vrednosti
napona i struja u trajanju najmanje 45 dana sa 15min integracijom.
– Upravljanje tarifama:
Mogu}nost uravljanja do ~etiri tarife, nezavisno
definisanje tarifa za energetske registre i registre
maksimalne srednje snage, jedna godi{nja tabela sezona i dnevne tabele prema zahtevima tarifnih sistema.
– Komunikacija:
Lokalna komunikacija: opti~ki interfejs po IEC
standardizaciji,
Eksterna komunikacija: integrisani ili modularni sistem sa RS 232, RS 485, opciono M-BUS interfejs.
– Obavezna je za{tita podataka.
– Kori{}enje OBIS koda po IEC standardu.
– Komunikacioni protokoli zadovoljavaju princip
interoperabilnosti brojila raznih proizvo|a~a.
– Integritet merenja:
Evidencija i signalizacija naru{avanja integriteta merenja – otvaranje donjeg ili gornjeg poklopca,
promena veza, zamena baterije, parametriranje i
sli~no.
– ^asovnik realnog vremena i kalendar:
Brojilo poseduje interni ~asovnik sa programabilnim kalendarom vremena.
– Obavezno je rezervno napajanje – baterija ili super
kondenzator. Ta~nost je u granicama: ± 0,5 s/dan.
– Trajanje integracionog perioda:
Integracioni period je programibilan sa vremenima 5, 10, 15, 30 i 60 minuta.
– Parametrizacija:
Programom parametrizacije su obuhva}eni slede}i parametri: identifikacija, redosled prikaza veli~ina na LCD, frekvencija impulsnih izlaza (konstante), konfigurisanje (eksterna tarifa, komunikacioni
parametri, sadr`aj memorijskih registara), vreme i
datum, prelaz leto-zima, upravljanje tarifom itd.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
3.3. Sistemi za daljinsko merenje i upravljanje
Sistem daljinskog merenja i upravljanja na
elektrenergetskom podru~ju kome pripada neki od
opisanih izvora elektri~ne energije podrazumeva
kombinovanu IP mre`u sa komandnim i izvr{nim
ure|ajima:
Mre`a objekta – distribuira servis unutar
objekta. Postoji mnogo razli~itih tipova ovih mre`a.
Zajedni~ki zahtev je da moraju biti {irokog opsega
prenosa. ^ine je {irokopojasni PLC modemi kao i
kablovska tehnologija na ~ijim ulazima sti`u digitalni signali izvr{nih ure|aja, (smart brojila, kontaktori, termoregulatori, kora~ni motori za video kamere,
mera~i raznih protoka, mikroprocesorske za{tite
itd.). PLC modemi rade kao most ili ruter koji odgovara svim zahtevima pristupne i prenosne mre`e,
odnosno mre`nom centru upravljanja sa korisni~kim
programom i bilingom.
Pristupna mre`a – je link od davaoca servisa
do pojedinih korisnika. ^ini je uglavnom be`i~na
tehnologija koja omogu}uje siguran rad u distribuiranom saobra}aju.
Prenosna mre`a – je kombinacija postoje}ih IP
mre`a i namenski izgra|enih mre`a, odnosno mikrotalasnih sistema operatera za magistralni prenos.
Mre`ni centar upravljanja sa korisni~kim
programom i bilingom – je mre`ni interfejs
(network interface) i odgovoran je za dekodiranje
dolaznih signala (podataka) i njihov prenos ka odgovaraju}oj izlaznoj jedinici. Po{to je sistem dvosmeran, mre`ni centar dekoduje zahteve korisnika (tastatura, mi{, daljinski upravlja~, IR dekoder itd.) u
odgovaraju}e komandne signale za prenosnu mre`u
i dalje do mre`e objekata, odnosno izvr{nih ure|ajabrojila, kontaktori, termoregulatori, kora~ni motori
za pozicioniranje video kamera, mikroprocesorske
za{tite itd.
4. OSVRT NA STANJE MERENJA
U MINI HIDROELEKTRANI
U postoje}im MHE u Srbiji, koje su naj~e{}e u
vlasni{tvu JP EPS, merenje elektri~ne energije se
obavlja uglavnom pomo}u elektromehani~kih brojila, jednotarifnim i dvotarifnim, sa ili bez pokaziva~a
maksimuma aktivne snage. U nekim elektranama se
ne meri reaktivna energija, a vrlo retko se meri reaktivna snaga. Merni transformatori su ~esto sa jednim
jezgrom, ne postoje kontrolna merila i sl. Merni ure|aji nisu predvi|eni za sisteme daljinskog o~itavanja i upravljanja.
MHE su uglavnom sa posadom, pa su o~itanja
direktna uz mese~nu dostavu o~itanih vrednosti slu`bama za obra~un. Postoje}i tarifni sistem je restriktivan u internim ekonomskim odnosima, a ne postoji, ili je destimulativan za objekte koji treba da se
grade i uklju~uju na mre`u.
Postoje neuskla|enosti u tarifnim sistemima u
tretmanu preuzete energije iz MHE u pogledu uslova za pristup na mre`u, merenja maksimalnih snaga,
vremena integracije, odre|ivanja gubitaka, neuskla|enosti u preporukama i standardima u okviru elektroprivrednih delatnosti i sli~no.
Sva ova pitanja su u toku re{avanja od strane
nadle`nih organa, uklju~uju}i i druga pitanja relevantna za br`u izgradnju novih MHE i pobolj{anje
energetske efikasnosti u celini.
5. ZAKLJU^AK
Novi objekti za proizvodnju elektri~ne energije
iz obnovljivih izvora i novi distribuirani izvori elektri~ne energije, kao i oni koji se rekonstrui{u, treba
da budu opremljeni mernim ure|ajima prema specifikacijama koje omogu}uju funkcionisanje u uslovima daljinskog upravljanja i o~itavanja, odnosno generalno pripremljeni za rad u SMART GRID i AMI
okru`enju.
Na doma}em planu ubrzati dono{enje sistemskih propisa i konkretnih mera za realizaciju projekata za proizvodnju elektri~ne energije iz obnovljivih izvora, kao i integraciju distribuiranih izvora u
elektroenergetsku mre`u, ~ime }e se unaprediti i stanje metrologije u ovoj oblasti.
Izvr{iti reviziju, dopunu i usagla{avanje postoje}ih internih standarda u elektroprivrednoj delatnosti sa aspekta metrolo{kih uslova za priklju~enje
predmetnih objekata na elektroenergetsku mre`u,
uslova za rad u sistemu, definisati tarifne principe i
drugo.
6. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
A European Strategic Energy Technology Plan
(SET-Plan), Brussels, Nov. 2007
IEC standardi iz oblasti merenja elektri~ne energije
Dr M. B. \uri}, Dr A. R. ^ukari}, @. \uri{i} –
ELEKTRANE, Beograd, 2004
Tehni~ka preporuka br. 16, PD ED Srbije
Interni standard br. 10, JP EPS/ EMS
REGULATIVA O PRISTUPU NA MRE@E, USLOVI ZA ISPORUKU ELEKTRI^NE ENERGIJE,
TARIFNI SISTEMI
Rad STG C6 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 13. 07. 2009. godine
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
121
Nikola Ga{i} je ro|en u Mostaru 1944. godine. Zavr{io Gimnaziju u Mostaru i
Elektrotehni~ki fakultet – energetski odsek u Beogradu 1968. godine. Zaposlio se u
distributivnom preduze}u Elektro-hercegovina u Mostaru, rade}i na nizu elektroprivrednih
poslova - relejnoj za{titi i za{titi na radu, razvoju, projektovanju, odr`avanju i investicionoj
izgradnji, merenju elektri~ne energije i drugim zadacima, kao i na rukovodnim poslovima po~ev od rukovodioca slu`be, rukovodioca sektora osnovne delatnosti, direktora OOUR-a,
te generalnog direktora Elektro Hercegovine u Mostaru.
Od 1993. godine zaposlen je u JP EPS – Direkciji za distribuciju elektri~ne energije u Beogradu kao
glavni in`enjer, uz anga`ovanje na raznorodnim poslovima iz elektrodistributivne delatnosti, planiranju i
pra}enju realizacije investicija i odr`avanja, razvoju i tipizaciji opreme i energetskih re{enja, posebno u
oblasti merenja elektri~ne energije i snage u ED delatnosti.
Autor i koautor je dve knjige iz oblasti elektroenergetike, kao i vi{e stru~nih radova iz ove oblasti,
prezentiranih na stru~nim savetovanjima i u stru~nim publikacijama.
Miroljub Nikoli} je ro|en u Trupalu, op{tina Ni{, 1954. godine. Zavr{io je Elektrotehni~ku {kolu „Nikola Tesla” u Ni{u i Elektronski fakultet u Ni{u-smer telekomunikacije 1979.
godine. Zaposlio se u EI – Profesionalna elektronika u Ni{u, rade}i na poslovima od
konstruktora do vode}eg razvojnog in`enjera iz oblasti primenjene elektronike i merne
tehnike. Od 1992. do 1996. godine nalazi se na mestu direktora fabrike. Godine 1996.
prelazi u „EPI – in`enjering” u Beogradu na mesto in`enjera za razvoj ispitne opreme za
potrebe laboratorija- ba`darnica u EPS-u.
Od 1999. do 2002. godine u JP „Elektrodistribucija Ni{” radi na mestu rukovodioca slu`be za odr`avanje i kontrolu mernih mesta. U prvoj polovini 2003. godine radi na Novom Zelandu re{avaju}i probleme ugradnje mernih ure|aja za potrebe lokalne elektroprivrede.
Nakon toga nastavlja sa radom u JP „Elektrodistribucija Ni{” na poslovima metrologije i standardizacije.
Autor je i koautor vi{e stru~nih radova iz oblasti merenja elektri~ne enrgije, strujnih senzora kao i primene savremenih metoda za ispitivanje merila.
122
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Radeta Mari},
Predrag Osmokrovi}, Koviljka Stankovi} i Milo{ Vujisi}
Va`enje prostorno-vremenskog zakona
porasta za proboj vakuuma
Stru~an rad
UDK: 621.3.015; 621.3.032.11
Rezime:
U radu se, teorijski i eksperimentalno, razmatra primenjivost prostorno-vremenskog zakona uve}anja
na vakuumom izolovane sisteme. Data je diskusija o uticaju karakteristika mogu}ih mehanizama vakuumskog proboja na funkciju raspodele slu~ajne promenljive probojni napon. Superponiranjem efekata uve}anja povr{ine elektroda i uve}anja me|uelektrodnog rastojanja dobijeni se izrazi za srednju vrednost i standardno odstupanje slu~ajne promenljive probojni napon. U slu~aju vremenskog produ`enja, razmatra se
pretpostavka o potpunoj nezavisnosti uzastopnih procesa pra`njenja. Eksperimentalno ispitivanje zakona
uve}anja je sprovedeno na dvoelektrodnim sistemima Rogovski tipa, razli~itih povr{ina elektroda, me|uelektrodnih razmaka i pritisaka vakuuma. Merenja su izvedena primenom industrijskog naizmeni~nog napona, jednosmernog napona stope rasta od 50 V/s, standarnog atmosferskog impulsnog napona (1,2/50 μs) i
komutacionog impulsnog napona (250/2 500 μs). Kona~an zaklju~ak, na osnovu pore|enja teorijskih razmatranja i eksperimentalnih rezultata, je da se prostorno-vremenski zakon uve}anja mo`e, uz odre|ena
ograni~enja, primeniti u fazi konstrukcije tokom razvoja vakuumskih ure|aja, nezavisno od vrste primenjenog napona.
Klju~ne re~i: zakon uve}anja, vakuumski proboj, stohasti~ne pojave
Abstract:
VALIDITY OF THE SPACE-TIME ENLARGEMENT LAW FOR VACUUM BREAKDOWN
This paper investigates, theoretically and experimentally, the applicability of the Space-Time Enlargement Law to vacuum-insulated systems. A discussion on how characteristics of possible vacuum breakdown
mechanisms determine the distribution function of the breakdown voltage random variable is presented. By
superimposing effects of electrode surface enlargement and inter-electrode gap enlargement, expressions
for the mean value and standard deviation of the breakdown voltage random variable are obtained. In the
case of time extensions, the assumption of complete independence of consecutive discharge processes is discussed. Experimental testing of the Enlargement Law was performed on Rogowski type two-electrode
systems, with different electrode surface areas, inter-electrode gaps and vacuum pressures. Measurements
were conducted using industrial ac voltage, dc voltage with 50 V/s rate of rise, standard atmospheric pulse voltage (1.2/50 μs), and commutational pulse voltage (250/2500 μs). The final conslusion, based on the
comparison of theoretical considerations and the experimental results, is that the Space-Time Enlargement
Radeta Mari}, dipl. in`. el. – EDB Beograd, 11 000 Beograd
Predrag Osmokrovi}, dipl. in`. el., Koviljka Stankovi}, dipl. in`. el., Milo{ Vujisi}, dipl. in`. el. – Elektrotehni~ki fakultet u Beogradu, 11 000 Beograd
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
123
Law can be applied in the design phase during the development of vacuum devices, with certain limitations,
regardless of the type of the applied voltage.
Keywords: Enlargement Law, vacuum breakdown, stochastic
1. UVOD
Istra`ivanje dielektri~nih karakteristika vakuuma je od presudne va`nosti za ure|aje u kojima se
vakuum koristi kao izolacioni medij. Takva istra`ivanja se, po pravilu, u prvoj fazi vr{e na modelima
na kojima je mogu}e jednostavno, i u kratkom vremenskom intervalu, ispitati relevantne dielektri~ne
karakteristike vakuuma. U drugoj fazi se istra`ivanja vr{e na prototipovima ure|aja prema kojima }e
biti izra|en finalni proizvod. Prilikom konstruisanja
prototipa ure|aja koriste se rezultati dobijeni na modelima, uz uva`avanje zakona porasta koji omogu}ava predikciju karakteristika prostorno-vremenski
uve}anih sistema [1,2,3].
Vakuumski ure|aji se, prema primeni, mogu
podeliti na one kod kojih vakuum slu`i isklju~ivo
kao dielektrik (slu~aj kada u normalnom re`imu rada elektrode nisu podlo`ne ve}im promenama) i na
one kod kojih vakuum slu`i i kao dielektrik i kao
medij za paljenje ili ga{enje elektri~nog luka (slu~aj
kada, u normalnom re`imu rada, dolazi do bitnih
promena elektroda). U oba slu~aja je najbitnija dielektri~na karakteristika, koja je stoga naj~e{}i objekat ispitivanja, dok se o probojnom naponu mo`e,
zbog izrazito stohasti~ke prirode, govoriti isklju~ivo
kao o slu~ajnoj veli~ini [4, 5].
Cilj ovog rada je da se ispita, teoretski i eksperimentalno, primenjivost zapreminsko-vremenskog
porasta na vakuumom izolovane sisteme.
2. MEHANIZAM ELEKTRI^NOG PROBOJA
VAKUUMA
Vakuumski proboj mo`e nastati samo u metalnim parama elektrodnog materijala. Proboj vakuuma se inicira tako {to se prvo formira oblak isparenog materijala elektroda u kome se onda proboj dalje razvija po klasi~nom lavinskom mehanizmu gasnih pra`njenja [6,7,8]. Za takav proces je od presudne va`nosti formiranje dovoljne koli~ine metalnog isparenja u me|uelektrodnom prostoru za {ta je
potrebno barem jednoj elektrodi dovesti dovoljno
energije i izazvati njenu termi~ku nestabilnost. Prema mehanizmu izazivanja termi~ke nestabilnosti
elektroda, elektri~ni proboj vakuuma se deli na: 1proboj izazvan elektronskom emisijom, 2-proboj
izazvan mikrodeli}ima i 3-lavinski proboj [9,10].
U osnovi svih emisionih hipoteza je da struja
elektronske emisije uzorkovana jakim elektri~nim
124
poljem dovodi do termi~ke nestabilnosti jedne ili
obe elektrode, usled ~ega dolazi do isparavanja elektrodnog materijala u me|uelektrodni razmak. Emisioni mehanizam proboja vakuuma karakteri{e linearna zavisnost izme|u vrednosti probojnog napona i
napona V-4, tj. napona pri kojem je emisiona struja
10-4 A i koji se naziva emisionom karakteristikom.
Strogo uzev{i, ova zavisnost ima izvesno statisti~ko
rasturanje po{to emisioni centri koji daju istu vrednost napona V-4 mogu imati veoma razli~itu strukturu {to rezultira razli~itim vrednostima struje emisije
pri proboju. Me|utim, linearna zavisnost srednje
vrednosti probojnog napona od srednje vrednosti
napona V-4 je pouzdan pokazatelj emisionog mehanizma proboja [11,12,13,14]. Zavisno na kojoj elektrodi prvo dolazi do termi~ke nestabilnosti, emisioni
mehanizam mo`e biti: 1-katodno iniciran i 2-anodno
iniciran.
Prema katodnom mehanizmu do termi~ke nestabilnosti dolazi kada gustina struje kroz mikro{iljke na povr{ini katode prema{i neku „kriti~nu
vrednost” pa dejstvom D`ulovog i / ili Nordhaimovog efekta do|e do njihovog topljenja (pra}enog mikroeksplozijama) i isparavanja [11, 12]. Vreme karakteristi~no za razvoj termi~ke nestabilnosti mikroizbo~ina tokom katodno iniciranog mehanizma proboja vakuuma je veoma kratko (0,1-100 ns) kao i
odgovaraju}e vreme premo{tavanja me|uelektrodnog razmaka (20-500 ns), tako da ukupno iniciranje
proboja vakuuma katodnim mehanizmom traje ispod 0,6 μs.
Prema anodnom mehanizmu do termi~ke nestabilnosti dolazi usled sudara elektronskog snopa,
emitovanog sa katodnih mikro{iljaka, sa anodom,
{to dovodi do njenih lokalnih pregrejavanja pra}enih topljenjem i isparavanjem materijala. Ukupno,
za iniciranje proboja vakuuma anodnim mehanizmom treba vi{e od 10 μs [13,14].
Do proboja vakuuma mikrodeli}ima dolazi
usled dejstva mikrodeli}a koji se nalaze na elektrodama vakuumskog izolacionog sistema. Naime, na
elektrodama u vakuumu se nalazi mno{tvo mikrodeli}a (nastalih od topljenja materijala elektroda tokom prethodnih proboja ili fabrikacijom elektrodnog sistema). Deo tih mikrodeli}a je labavo povezan
sa elektrodama ili ~ak slobodan. Dovo|enjem napona ovi mikrodeli}i se putem elektrostati~ke indukcije naelektri{u i ubrzavaju u me|uelektrodnom prostoru. Nakon sticanja dovoljno energije na ra~un
elektri~nog polja, mikrodeli}i udaraju u elektrode i
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
isparavaju. Za iniciranje proboja mehanizmom mikrodeli}a potrebno je najmanje 10 μs [15,16].
Hipoteza o lavinskom mehanizmu proboja zasnovana je na pretpostavci o mogu}nosti iniciranja
reakcionog lanca u kome naelektrisana ~estica prele}e vakuumski razmak i prilikom sudara sa molekulima iz adsorbovanog sloja gasa na elektrodama
vr{i multiplikativni efekat, ~ime se ubacuje sve vi{e
naelektrisanih ~estica u me|uelektrodni prostor, {to
na kraju rezultira njegovim probojem. Ovaj mehanizam proboja vakuuma je mogu} u sistemima koji nisu sasvim ~isti i pri vakuumima koji nisu jako visoko. Trajanje vakuumskog proboja lavinskim mehanizmom je reda 1 μs. Lavinski tip proboja vakuuma
nije bezrezervno potvr|en eksperimentalnim putem
[17, 18].
3. PROSTORNO-VREMENSKI ZAKON
PORASTA ZA PROBOJ VAKUUMA
Prostorno-vremenski zakon porasta predstavlja
relaciju izme|u funkcije raspodela slu~ajne veli~ine
probojni napon polaznog sistema i uve}anog sistema. Op{ti oblik prostorno-vremenskog zakona uve}anja predstavlja se izrazom
⎡ 1 Tg Vg
⎤
Fg (x ) = 1 − exp ⎢
ln (1 − F (xe , α , β ))dVdt ⎥ (1)
∫
∫
⎣V1T1
⎦
gde je g = VgTg/V1T1 faktor uve}anja, F1(xe, α, β)
funkcija raspodele polaznog sistema, a funkcija raspodele uve}anog sistema. Promenljiva x predstavlja
kvantitativnu karakteristiku proboja vakuuma, a α i
β parametre raspodele inicijalnog sistema. Ako je
osnovni sistem u promenljivom elektri~nom polju,
promenljivu x treba zameniti sa promenljivom xe fizi~ki zavisnom od x i polo`aja u elektri~nom polju.
Promenljive x i xe podle`u istoj funkciji raspodele.
Osnovna pretpostavka za primenjivost prostornovremenskog zakona je uzajamna nezavisnost elektri~nog pra`njenja kako u segmentima prostora tako
i u intervalima vremena [19, 20].
Prostorno vremenski zakon porasta je nekada
pogodnije predstaviti kao sistem u kome je povr{ina
elektroda uve}ana n puta i me|uelektrodno rastojanje m puta u odnosu na osnovni sistem i u kome je
trajanje naponskog optere}enja l puta du`e. U cilju
dobijanja izraza koji povezuje funkcije raspodele
slu~ajne promenljive probojni napon u sistemima
S1,1,1 i Sn,m,l pogodno je odvojeno posmatrati doga|aje u prostoru od doga|aja u vremenu. Tako|e je, prilikom posmatranja zavisnosti slu~ajne promenljive
od prostornog uve}anja, pogodno odvojeno posmatrati uve}anje povr{ina elektroda od uve}anja me|uelektrodnog rastojanja, pa dobijene rezultate superponirati.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
3. 1. Zapreminski efekat
U tom cilju se prvo razmatra funkcija distribucije probojnog napona za polazni elektrodni sistem
S1 (sa povr{inom elektroda A1) i funkcije distribucije probojnog napona za elektrodni sistem Sn ~ija je
povr{ina ve}a n puta (An = nA1), dok su ostali geometrijski parametri ostali nepromenjeni. Povr{ina
elektrodnog sistema Sn mo`e se podeliti na n podsistema Si (i = 1, 2...n). Verovatno}a doga|aja da probojni napon Vn za sistem Sn bude ve}i od primenjenog napona V jednaka je verovatno}i slo`enog doga|aja da probojni naponi Vi za svaki od „paralelnopovezanih” podsistema Si (i = 1, 2...n) bude ve}i od
V, tj.
(
)
P (Vn > V ) = P ⎡⎣(V1 > V )⎤⎦ ∧ (V2 > V )∧ ... ∧ V n > V (2)
Da bi ovo bilo ta~no pretpostavlja se da su podsistemi Si me|usobno statisti~ki nezavisni, tj. da iniciranje proboja u podsistemu Si zavisi samo od stanja povr{ine elektroda u tom podsistemu. Za emisioni mehanizam proboja vakuuma i mehanizam proboja usled mikrodeli}a ova pretpostavka je o~igledna. Za lavinski mehanizam proboja dolazi do razmene jona i elektrona izme|u elektroda sa znatno {ire
povr{ine (nego {to su emisioni centri ili otkinuti mikrodeli}i), tako da se mo`e desiti da vi{e podsistema
u~estvuje u razmeni jona da bi se inicirao proboj.
Dakle, pretpostavka me|usobne nezavisnosti
podsistema Si implicira da je proboj iniciran emisionim mehanizmom ili mehanizmom mikrodeli}a. Na
osnovu ove pretpostavke verovatno}a slo`enog doga|aja se mo`e napisati kao proizvod verovatno}a
pojedina~nih doga|aja, na osnovu ~ega se, nakon
uzimanja u obzir komplementarnog doga|aja da je
primenjeni napon manji od probojnog napona i zamene verovatno}e funkcijom distribucije, dobija tra`ena relacija [19,20,21]:
F (n,V )= 1 − [1 − F (1,V )] n
(3)
Da bi se koristila jedna~ina 3 bilo bi potrebno
izvr{iti izuzetno mnogo merenja probojnog napona
na polaznom sistemu, po{to F(n,V) za veliko n zavisi, uglavnom, od vrednosti F(1,V) sa malom verovatno}om. Da bi se to izbeglo potrebno je pretpostaviti vrstu raspodele za funkciju F(1,V).
Po{to se radi o raspodeli slu~ajne promenljive
probojni napon, teoretsku raspodelu treba potra`iti
me|u raspodelama minimalne vrednosti. Kako su
neka prethodna ispitivanja pokazala [22], od raspodela iz te porodice, za ovu klasu problema, najpodesnija je troparametarska Vejbulova raspodela. Uvo|enjem Veibulove raspodele uvodi se jo{ jedno do125
datno ograni~enje, a to je da posmatrani sistem ima
samo jednu prirodu slabih mesta izolacije [23, 24].
Napomenimo i to da je za mogu}nost primene zakona porasta neophodno da posmatrana slu~ajna promenljiva pripada nekoj teoretskoj raspodeli tipa raspodele ekstremnih vrednosti, kao {to su Vejbulova i
duploeksponencijalna raspodela, po{to samo pod
tim uslovima uve}anja osnovnog sistema tip raspodele ostaje nepromenjen.
Uvo|enjem Vejbulove raspodele u izraz 2, nakon sre|ivanja se dobija da su standardno odstupanje i srednja vrednost slu~ajne promenljive probojni
napon sistema Sn i S1 povezani izrazima:
σ
σ n = 11
(4)
n δ
⎡
1
V = V1 − L (δ )⎢1 − 1
⎢⎣ n δ
gde je δ parameter raspodele, a
⎤
⎥σ 1
⎥⎦
⎛ 1 ⎞⎤
⎛ 1 ⎞⎡ ⎛ 2 ⎞
L (δ )= Γ ⎜1 + ⎟ ⎢Γ ⎜ + ⎟ − Γ 2 ⎜1 + ⎟⎥
⎝ δ ⎠⎦
⎝ δ ⎠⎣ ⎝ δ ⎠
(5)
−1
2
(Γ – gama funkcija)
Kao drugo se razmatra funkcija distribucije probojnog napona za polazni elektrodni sistem S1,1 (sa
me|uelektrodnim rastojanjem d) i funkcija distribucije probojnog napona za elektrodni sistem S1,m ~ije
je me|uelektrodno rastojanje ve}e m puta (dm = md1),
dok su ostali geometrijski parametri ostali nepromenjeni. Kako izme|u srednje vrednosti sistema S1,1 i
S1,m, na osnovu fizi~kih procesa inicijalizacije i proboja vakuuma, treba da va`i relacija [24, 25]
k
⎛d m⎞
Vm = V1 ⎜ 1 ⎟ = V1m k
⎝ d1 ⎠
(6)
σ m = σ 1m k
(7)
tako i za standardna odstupanja probojnog napona
sistema S1,1 i S1,m treba da va`i relacija
gde je k parametar.
Superponiranjem efekata pove}anja elektrodnih
povr{ina (n-puta) i me|uelektrodnog rastojanja (mputa) sistema S1,1, odnosno dobijanjem sistema Sn,m,
odgovaraju}e srednje vrednosti i standardna odstupanja slu~ajne promenljive probojni napon odre|ene
su izrazima:
⎡
1
Vn ,m = V1,1 − L (δ )⎢1 − 1
⎢⎣ n δ
126
⎤
k
⎥σ 1 + V1m
⎥⎦
(8)
σ n,m =
σ1
1
n δ
+ σ 1m k
(9)
3.2. Vremenski efekat
Vremenska komponenta zakona uve}anja uvek
predstavlja problem po{to je osnova o nezavisnosti
pra`njenja u razli~itim intervalima vremena tokom
proboja pod znakom pitanja. Pored toga te{ko je razlikovati efekte vremenskog zakona porasta od efekta starenja.
Kao i u slu~aju pove}anja geometrijskih dimenzija, sa statisti~kog stanovi{ta, produ`enje trajanja
optere}enja dovodi do smanjivanja izolatorskih sposobnosti. Te{ko da se mo`e o~ekivati da se vremenski efekat statisti~ki pona{a na isti na~in kao zapreminski efekat, jer je mogu}nost da su procesi koji se
odvijaju paralelno u prostoru me|usobno nezavisni
znatno ve}a, te se stoga sa stanovi{ta Zakona uve}anja mogu tretirati kao procesi koji se odvijaju jedan
za drugim. Na~in tretiranja zavisnosti procesa u uzastopnim vremenskim intervalima odre|uje razli~ite
modele ovih pojava, kao, na primer, pri modeliranju
akumulacije o{te}enja elektroda usled niza proboja.
U posmatranom vremenskom intervalu dolazi do
ireverzibilne destrukcije jednog segmenta izolatorske strukture, dok se u narednom vremenskom intervalu proces pra`njenja razvija iz prethodno uni{tenog segmenta. Zahva}eni opseg se na taj na~in {iri
dok kona~no ne dovede do promene prirode slu~ajne promenljive probojni napon.
Zanimljivi eksperimentalni rezulati koji se odnose na vremenski efekat dobijeni su i pri prou~avanju izolatorske sposobnosti te~nih i gasovitih izolacionih materijala. Uo~eno je da se Zakon uve}anja
mo`e primeniti na izolaciona ulja izlo`ena u~estalim
impulsnim naponima, pod uslovom da je vremenski
razmak izme|u dva impulsa dovoljno dug. Adekvatnost Vejbulove raspodele je eksperimentalno ustanovljena za dugotrajno optere}enje uljne izolacije. Ispitivanja dugotrajnog optere}enja SF6 izolacije su
otkrila uticaj vremena na kriti~no elektri~no polje,
ali je taj uticaj znatno manji nego {to bi se o~ekivalo na osnovu Zakona uve}anja. Ovo ukazuje na ulogu kretanja mikroskopskih ~estica ne~isto}a u izolacionom gasu [34].
Dok pri dugotrajnom optere}enju, u slu~aju ve}ine izolacionih materijala, ~isto statisti~ki vremenski efekat jedva da postoji (zato {to se javlja zavisnost procesa u uzastopnim vremenskim intervalima), kod impulsnog optere}enja u nanosekundnom i
mikrosekundnom opsegu procesi pra`njenja su odre|eni slu~ajnim uticajima – pre svega pojavom inicijalnih procesa. Stoga su najranija razmatranja proELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
bojnog vremena za proboj impulsnim naponom primenjivala statisti~ke metode, dok su u skorije vreme
na~injeni poku{aji stohasti~kog modelovanja ovog
procesa, posebno u slu~aju proboja SF6 izolacije. Tako|e je pokazano [35] da primena vremenskog zakona porasta na gasom izolovane sisteme omogu}ava pouzdan prora~un impulsnih karakteristika i impulsnog podno{ljivog napona.
U slu~aju vremenskog produ`enja, dovodi se u
pitanje pretpostavka o potpunoj nezavisnosti uzastopnih procesa pra`njenja, {to je preduslov va`enja
Zakona uve}anja. Degradacija (tro{enje upotrebom)
izolacije je proces koji podrazumeva statisti~ke zavisnosti. Me|utim, upravo ova ~injenica omogu}ava
pravljenje razlike izme|u efekata vremenskog produ`enja i efekata izazvanih starenjem izolacije koje
su prou~avali drugi autori [18,19,20]. Primena Zakona uve}anja na probleme `ivotnog veka izolacije
mogu}a je, stoga, samo u posebnim slu~ajevima. Pri
prou~avanju svih efekata uve}anja, prvo se precizno
mora razjasniti pitanje nezavisnosti, pri ~emu odgovaraju}i eksperimenti mogu da poslu`e samo kao
dopuna fizi~kim razmatranjima.
4. EKSPERIMENT
Provera zapreminskog zakona porasta vr{ena je
merenjem probojnog napona vi{e parova elektroda
profila Rogovskog razli~itih povr{ina, razli~itih me|uelektrodnih rastojanja i razli~itih pritisaka vakuuma. Merenja su vr{ena naizmeni~nim (ac) naponom
industrijske u~estalosti, jednosmernim (dc) naponom brzine porasta 50 V/s i impulsnim naponom
standardnog atmosferskog oblika (1,2 / 50 μs), odnosno komutacionog oblika (250 / 2 500 s). U slu~aju merenja impulsnim naponom, amplituda je birana
tako da do proboja dolazi na ~elu impulsa. Tokom
merenja, ta~nije nakon svakih pet uzastopnih proboja, merena je emisiona karakteristika V-4, tj. vrednost
napona pri kojem je emisiona struja izme|u elektroda bila 10-4 A, primenom dc napona brzine porasta
20 kV/s, {to je omogu}ilo da se zanemari kapacitivna struja izme|u elektroda. Vrednosti faktora povr{inskog uve}anja n su bile 2, 3, 4, 5 i 6, a vrednosti
faktora uve}anja me|uelektrodnog rastojanja m su
bile 2, 3, 20, 30, 200 i 300. Pritisci vakuuma su bili
10-4 bar, 10-6 bar i 10-9 bar. Dobro kontrolisani laboratorijski uslovi, adekvatan merni postupak, pouzdana profesionalna oprema, zadovoljavaju}a veli~ina
statisti~kog uzorka (prema t-testu), reverzibilnost
karakteristika elektrodnog sistema tokom ispitivanja
(prema U-testu), visok nivo za{tite merne opreme od
elektromagnetnog {uma i za{tita od x-zra~enja obezbe|ivale su pouzdano i bezbedno merenje slu~ajne
promenljive probojni napon i emisione karakteristiELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
ke V-4 sa kombinovanom mernom nesigurno{}u manjom od 5 % [25,26,27,28].
Eksperimentalni postupak sastojao se u slede}em: 1) uklju~ivanje dvoelektrodnog vakuumskog
sistema u visokonaponski ispitni krug, 2) kondicioniranje elektrodnog sistema sa 100 uzastopnih impulsnih proboja, 3) merenje 100 uzastopnih vrednosti impulsnog probojnog napona, primenom naponskih impulsa sa amplitudom koja je obezbe|ivala da
se proboj uvek de{ava na prednjoj ivici impulsa, sa
pauzom od 30 s izme|u svaka dva uzastopna proboja, uz merenje emisione karakteristike V-4 nakon svakih pet proboja 4) merenje 100 sukcesivnih vrednosti dc proboja, sa merenjem emisione karakteristike
nakon svakih pet proboja 5) merenje 100 sukcesivnih vrednosti ac probojnog napona, uz merenje emisione karakteristike V-4 nakon svakih pet proboja 6)
u slu~aju atmosferskog i komutacionog napona merenja opisana pod ta~kom 3) ponavljana su za 1 000
proboja, uz istovremeno smanjivanje amplitude impulsa do vrednosti koja omogu}ava da se proboj dogodi bilo na prednjoj, bilo na zadnjoj ivici impulsa,
ili da se uop{te ne dogodi (takva merenja su odbacivana i ponavljana), 7) okon~anje mernog postupka
nakon {to bi amplituda impulsa postala toliko niska
da 100 uzastopnih impulsa ne bi izazvalo proboj.
Rezultati merenja obra|ivani su softverskim paketom za statisti~ka izra~unavanja koji se sastojao iz
slede}ih modula: 1) obrazovanje statisti~kog uzorka
uz primenu [oveneovog kriterijuma za odbacivanje
la`nih rezultata merenja, 2) odre|ivanje momenata
uzorka, 3) izra~unavanje varijanse uzorka (odnosa
standardnog odstupanja i srednje vrednosti uzorka),
4) ocena parametara normalne, dvo- i tro-parametarske Vejbulove i duplo-eksponencijalne raspodele,
primenom metode momenata i metode maksimalne
verodostojnosti sa indirektnom procenom funkcije
verodostojnosti [38,39].
Razmatranje zavisnosti slu~ajne promenljive
„probojni napon” od faktora vremenskog uve}anja
zasnivalo se na statisti~kim uzorcima sastavljenim
od 1 000 vrednosti iz jedne serije merenja, podvrgnutih [oveneovom kriterijumu. Preostali rezultati
podeljeni su u 10 grupa, deljenjem vremenskog intervala izme|u najkra}eg i najdu`eg probojnog vremena na 10 jednakih podintervala. Broj slu~ajnih
promenljivih „probojni napon” unutar pojedinih podintervala se razlikovao, pri ~emu je pored srednje
vrednosti slu~ajne promenljive „probojni napon” u
svakom intervalu odre|ivana i odgovaraju}a statisti~ka pouzdanost primenom Studentove raspodele.
Pored toga, U-test sa nivoom zna~ajnosti od 5 % primenjivan je kako bi se ustanovilo da li slu~ajne promenljive „probojni napon” iz pojedinih vremenskih
podintervala pripadaju istoj slu~ajnoj promenljivoj,
127
~ime je, zapravo, proveravano da li je veliki broj
elektri~nih pra`njenja doveo do ireverzibilnih promena ispitivanog izolacionog sistema [40]. U slu~aju negativnog ishoda U-testa, serija merenja bi bila
odba~ena. Faktor vremenskog uve}anja odre|ivan je
za pojedine vremenske podintervale kao odnos srednje vrednosti slu~ajne promenljive „probojno vreme” u odre|enom podintervalu i srednje vrednosti
probojnog vremena u prvom podintervalu.
bli`no linearnim delovima prikaza dobijenih rezultata na Vejbulovom papiru verovatno}e, slika 3.
(f)
0,4
0,3
0,2
5. REZULTATI I DISKUSIJA
0,1
Na slici 1 je prikazana zavisnost varijanse testiranih teoretskih raspodela od faktora povr{inskog
uve}anja n, pri pritisku vakuuma 10-4 bar i me|uelektrodnom rastojanju 0,1 mm, zajedno sa odgovaraju}im eksperimentalno dobijenim vrednostima,
dobijenim impulsnim 1,2 / 50 μs naponom.
1,00
varijacioni koeficijent vn = (s/x)
0
1
2
3
4
5
Slika 2. Histogram relativnih frekvencija impulsnog
probojnog napona osnovnog sistema
(p = 10-4 bar, d = 0,1 mm).
(F)
0,999
0,99
3
1,50
V (kV)
0
0,9
0,80
0,60
0,40
2
0,1
4
0,01
0,001
0,30
0,20
V (kV)
2
1
1
2
4
6
povr{inski faktor uve}anja n
8
10
Slika 1. Zavisnost varijanse testirane teoretske raspodele
od povr{inskog faktora uve}anja n (1 – troparametarska
Vejbulova raspodela, 2 – dvoparametarska Vejbulova
raspodela, 3 – duploeksponencijalna raspodela, 4 –
normalna raspodela) zajedno sa odgovaraju}im
vrednostima dobijenim u eksperimentu (primenjen
impulsni napon 1,2/50 μs, p = 10-4 bar, d = 0,1 mm)
Na osnovu rezultata prikazanih na slici 1 se mo`e zaklju~iti da dobijeni rezultati ne pripadaju ni
Vejbulovoj raspodeli ni bilo kojoj drugoj testiranoj
raspodeli. Posmatraju}i histogram relativnih frekvencija izmerenih podataka, slika 2, mo`e se zaklju~iti da vrednosti slu~ajne promenljive probojni
napon pripadaju me{ovitoj raspodeli aditivnog tipa
koja se, pribli`no, sastoji od dve superponirane
Vejbulove raspodele, kao {to se mo`e videti po pri-
128
4
5
Slika 3. Vrednosti impulsnog probojnog napona
predstavljene na papiru verovatno}e Vejbulove
raspodele (p = 10-4 bar, d = 0,1 mm).
0,10
0,08
0,06
0,05
3
Na osnovu ovih rezultata mo`emo zaklju~iti da
su uslovi eksperimenta, tj. slab vakuum 10-4 bar, bili takvi da su omogu}avali simultano delovanje dva
razli~ita mehanizma proboja (~ime nije ispunjen
uslov uveden pretpostavkom va`enja Vejbulove raspodele). Osim emisionog mehanizma katodnog tipa
najverovatnije je da deluje i lavinski mehanizam
proboja vakuuma, odnosno da ne dolazi do proboja
gasnim multiplikativnim procesom. Naime, gasni
multiplikativni proces se mo`e isklju~iti na osnovu
~injenice da je pri pritisku 10-4 bar srednja slobodna
du`ina puta elektrona u multiplikativnom procesu
mnogo ve}a od primenjenog me|uelektrodnog rastojanja {to spre~ava da se sam multiplikativni proces razvije.
Ovakvo pona{anje slu~ajne promenljive probojni napon, odnosno njeno odstupanje od raspodele
minimalne vrednosti, dovodi u pitanje primenjivost
povr{inskog zakona porasta za ovaj slu~aj. Na slici
4 je prikazan niz eksperimentalnih ta~aka (Sn, n) koELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Sn, σn (kV)
ji predstavlja standardnu devijaciju izmerenih probojnih napona kao funkciju povr{inskog faktora
uve}anja.
proboja sa porastom povr{ine elektroda za uslove u
kojima je izvo|en eksperiment.
Na slikama 6 i 7 je prikazana zavisnost varijanse testiranih teoretskih raspodela od faktora povr{inskog uve}anja pri vrednostima pritisaka vakuuma
10-6 bar i 10-9 bar.
3
1,50
0,6
0,4
0,2
0
1
2
3
4
5
6
n
varijacioni koeficijent vn = (s/x)
1,00
Slika 4. Zavisnost standardne devijacije probojnog
napona od faktora povr{inskog uve}anja (p = 10-4 bar,
d = 0,1 mm, • – eksperimentalno dobijene vrednosti, ° –
vrednosti izra~unate prema jedna~ini (4)).
Na istoj slici su prikazane i odgovaraju}e ta~ke(σn, n), pri ~emu je σn izra~unato prema izrazu 4 za
Vejbulov parametar δ =0,52 estimiran iz podataka izmerenih sistemom S1. Na slici 5 su prikazane eksperimentalne ta~ke koje predstavljaju zavisnost srednjeg probojnog napona od povr{inskog faktora uve}anja, zajedno sa odgovaraju}im srednjim vrednostima probojnog napona izra~unatim prema izrazu 5.
2
1
0
1
2
3
4
5
6
n
Slika 5. Zavisnost srednje vrednosti probojnog napona
od faktora povr{inskog uve}anja (p = 10-4 bar, d = 0,1 mm,
• – eksperimentalno dobijene vrednosti, ° – vrednosti
izra~unate prema jedna~ini (5)).
Slike 4 i 5 potvr|uju pretpostavljenu neadekvatnost izraza 4 i 5 da opi{u zakon porasta verovatno}e
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
2
0,30
4
0,20
0,10
0,08
1
1
2
4
6
povr{inski faktor uve}anja n
8
10
Slika 6. Zavisnost varijanse testirane teoretske raspodele
od povr{inskog faktora uve}anja n (1 – troparametarska
Vejbulova raspodela, 2 – dvoparametarska Vejbulova
raspodela, 3 – duploeksponencijalna raspodela, 4 –
normalna raspodela) zajedno sa odgovaraju}im
vrednostima dobijenim u eksperimentu (primenjen
impulsni napon 1,2/50 μs, p = 10-6 bar, d = 0,1 mm)
1,50
varijacioni koeficijent vn = (s/x)
3
0,40
0,06
0,05
(kV)
4
0,80
0,60
3
1,00
0,80
0,60
0,40
2
0,30
0,20
4
0,10
0,08
0,06
0,05
1
1
2
4
6
povr{inski faktor uve}anja n
8
10
Slika 7. Zavisnost varijanse testirane teoretske raspodele
od povr{inskog faktora uve}anja n (1 – troparametarska
Vejbulova raspodela, 2 – dvoparametarska Vejbulova
raspodela, 3 – duploeksponencijalna raspodela, 4 –
normalna raspodela) zajedno sa odgovaraju}im
vrednostima dobijenim u eksperimentu (primenjen
impulsni napon 1,2/50 μs, p = 10-9 bar, d = 0,1 mm)
129
Dobijene vrednosti slu~ajne promenljive impulsni probojni napon pri pritisku vakuuma 10-9 bar,
slika 7, nesumnjivo pripadaju Vejbulovoj raspodeli.
To sugeri{e postojanje samo jednog mehanizma proboja vakuuma. Dobijene vrednosti slu~ajne promenljive, impulsni probojni napon pri pritisku vakuuma
10-6 bar, uslovno re~eno, pripadaju tako|e Vejbulovoj raspodeli. Me|utim, sa slike 8, na kojoj su prikazane eksperimentalno dobijene vrednosti impulsnih
napona pri pritisku vakuuma 10-6 bar na Vejbulovom
papiru verovatno}e, vidi se da, iako je ve}ina vrednosti impulsnog probojnog napona u skladu sa
Vejbulovom raspodelom, za vrednosti probojnih napona ve}e verovatno}e dolazi do odstupanja od nje.
(F)
0,999
0,99
Vejbulovom papiru verovatno}e pritiskom vakuuma
10-9.
(F)
0,999
0,99
0,9
0,1
0,01
0,001
V (kV)
2
3
4
5
6
Slika 9b. Eksperimentalno dobijene vrednosti impulsnih
probojnih napona predstavljenih na papiru verovatno}e
Vejbulove raspodele (p = 10-9 bar, d = 0,5 mm)
0,9
0,1
0,01
0,001
V (kV)
2
3
4
5
6
Slika 8. Eksperimentalno dobijene vrednosti impulsnih
probojnih napona predstavljenih na papiru verovatno}e
Vejbulove raspodele (p = 10-6 bar, d = 0,1 mm).
Ovo se mo`e objasniti stupanjem na scenu jo{
jednog mehanizma proboja, tj. pojavom istom kao i
u slu~aju pritiska vakuuma 10-4 bar, samo manje izra`enom. To se mo`e objasniti ~injenicom da je pri
ni`em pritisku vakuuma (10-4 bar) pove}an udeo lavinskog mehanizma proboja, po{to je u tom slu~aju
pove}an sloj adsorbovanog gasa na elektrodama. Na
slici 9 su prikazane eksperimentalno dobijene vrednosti impulsnih (9a) i dc (9b) probojnih napona na
(F)
0,999
0,99
Na osnovu rezultata prikazanih na slici 9 mo`e
se tvrditi da je prethodno iznesen zaklju~ak o pripadnosti slu~ajne promenljive probojni napon pri
pritisku vakuuma 10-9 bar Vejbulovoj raspodeli ispravan.
Po{to u slu~aju pritiska vakuuma 10-9 bar slu~ajne promenljive impulsni probojni napon nesumnjivo
pripadaju Vejbulovoj raspodeli ({to podrazumeva
postojanje samo jednog mehanizma proboja), a pod
tim uslovom su i izvedeni izrazi 7 i 8, u daljem ispitivanju va`enja zakona porasta za proboj vakuuma
se treba koncentrisati samo na ovaj pritisak. To je
V
(kV)
200
160
120
0,9
80
0,1
40
0,01
0,001
V (kV)
2
3
4
5
6
Slika 9a. Eksperimentalno dobijene vrednosti impulsnih
probojnih napona predstavljenih na papiru verovatno}e
Vejbulove raspodele (p = 10-9 bar, d = 0,1 mm)
130
0
1
2
3
4
d (mm)
Slika 10. Srednje vrednosti impulsnog (•) i
jednosmernog (°) probojnog napona u zavisnosti od
me|uelektrodnog rasojanja (p = 10-9 bar).
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
opravdano, tim pre {to je za prakti~nu primenu vakuuma kao izolatora interesantan upravo pritisak
10-9 bar i ni`i [29, 30].
Na slici 10 prikazana je zavisnost od me|uelektrodnog rastojanja srednje vrednosti impulsnog i dc
probojnog napona, pri pritisku vakuuma 10-9 bar.
Sa slike 10 se vidi da srednja vrednost probojnog napona zavisi pribli`no linearno od me|uelektrodnog rastojanja. U tabeli 1 date su vrednosti estimiranih parametara Vejbulove raspodele slu~ajne
promenljive impulsni probojni napon pri pritisku
vakuuma 10-9 bar. Iz tabele 1 se vidi da lokacioni parametar X0 i parametar skaliranja η zavise pribli`no
linearno od me|uelektrodnog rastojanja, dok je parametar oblika δ prakti~no konstantan za sva merenja. Tako|e se vidi da, ako bismo umesto probojnog
napona kao slu~ajnu promenljivu posmatrali elektri~no polje E = U / d, tada bismo tu slu~ajnu promenljivu u svim serijama merenja mogli prikazati
jedinstvenom Vejbulovom raspodelom sa parametrima E0, ηE i δE datim jedna~inama
tog polariteta (pozitivnog) ustanovljeno je da je za
novi polaritet me|uelektrodni razmak potpuno dekondicioniran. Iz tog razloga se sistem morao prvo
kondicionirati sa 100 impulsa, nakon ~ega je vr{eno
merenje jedne serije slu~ajne promenljive impulsni
probojni napon. Dobijeni su prakti~no isti rezultati
kao za negativni polaritet. Ovaj eksperiment je ponovljen i za druga me|uelektrodna rastojanja, kao i
primenom dc napona. Na osnovu dobijenih rezultata, koji su bili manje-vi{e isti, moglo se zaklju~iti da
polaritet napona ne uti~e na slu~ajnu promenljivu
probojni napon.
Ovaj zaklju~ak potvr|uju i rezultati prikazani
na slici 11 koji predstavljaju zavisnost srednje vrednosti naizmeni~nog probojnog napona od emisione
karakteristike V-4.
V
(kV)
160
x0
d
60
n
d
Prema teoriji slabih mesta u izolaciji [31] to
zna~i da je elektri~no polje veli~ina koja karakteri{e
slaba mesta izolacije.
Sa slike 10 tako|e se vidi da se izmerene vrednosti za impulsni i dc probojni napon prakti~no ne
razlikuju (mala razlika se javlja za d = 4 mm, gde je
vrednost impulsnog probojnog napona ne{to ve}a).
Tako|e se vidi da je zavisnost srednje vrednosti impulsnog probojnog napona od me|uelektrodnog rastojanja linearna. Isto se mo`e re}i i za zavisnost
srednje vrednosti dc probojnog napona, sa tim {to za
d ≥ 2 mm dolazi do neznatnih odstupanja od linearnosti. Do odstupanja od linearnosti dolazi i pri me|uelektrodnim rastojanjima manjim od 0,5 mm, {to
je posledica efekta malog rastojanja. Iz tog razloga
se u narednim razmatranjima uzimaju u obzir samo
rezultati dobijeni pri me|uelektrodnim rastojanjima
≥ 0,5 mm. To je opravdano i sa aspekta in`enjerske
prakse gde se, sa retkim izuzecima, kao {to su gasni
odvodnici prenapona, retko javljaju me|uelektrodna
rastojanja 0,1 mm i manja.
Merenje impulsnog probojnog napona je ponovljeno za vakuumske diode osnovnog sistema S1 pri
pritisku 10-9 bar i impulsnim naponima obrnutog polariteta. Prilikom primene impulsnog napona obrnuELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
4 mm
120
100
ηE =
5 mm
140
δE = δ
E0 =
6 mm
3 mm
80
40
2 mm
1 mm
20
V-4 (kV)
10
20
30
40
50
60
70
80
Slika 11. Zavisnost srednje vrednosti naizmeni~nog
probojnog napona od emisione karakteristike V-4
Sli~ni rezultati su dobijeni i za zavisnost srednjih vrednosti impulsnog i dc probojnog napona od
emisione karakeristike V-4. Svi ovi rezultati (linearna zavisnost izme|u emisione karakteristike V-4 i
probojnog napona, nezavisnost vrednosti probojnog
napona od oblika primenjenog napona i linearna zavisnost probojnog napona od me|uelektrodnog rastojanja) sugeri{u da se pri pritisku vakuuma 10-9 bar
proboj odvija emisionim mehanizmom.
Interesantniji zaklju~ak od ovoga, na osnovu
istog eksperimenta, sledi kao posledica dekondicioniranosti me|uelektrodnog razmaka prilikom promene polariteta impulsnog i dc napona. To, naime,
sugeri{e da se prilikom proboja kondicionira samo
katoda po{to se prilikom proboja elimini{u emisioni
centri. Na osnovu ovoga, uz linearnu zavisnost vrednosti impulsnog probojnog napona od me|uelektrodnog rastojanja i jedinstvenu funkciju raspodele
slu~ajne veli~ine probojno elektri~no polje, mo`e se
zaklju~iti da je prethodna tvrdnja o emisionom mehanizmu katodnog tipa proboja vakuuma pri pritisku
10-9 bar ta~na.
131
Na slici 12 je prikazan niz eksperimentalnih ta~aka koji predstavlja standardnu devijaciju izmerenih impulsnih probojnih napona kao funkciju povr{inskog faktora uve}anja, pri pritisku vakuuma
10-9 bar.
σu
(kV)
7
6,5
Sn, σn (kV)
6
Na osnovu slika 12 i 13 mo`e se zaklju~iti da
povr{inski zakon porasta daje zadovoljavaju}e rezultate u slu~aju vakuumskog proboja u uslovima izvedenog eksperimenta.
Fituju}i eksperimentalne ta~ke impulsni probojni napon-faktor uve}anja me|uelektrodnog rastojanja (slika 10) izrazom 6 ( pri ~emu je za napon V1
uzeta vrednost impulsnog probojnog napona pri me|uelektrodnom rastojanju 0,5 mm), dobijena je
vrednost za parametar k = 0,796. Na slici 14 prikazane su eksperimentalno dobijene ta~ke (Sm, m) koje
predstavljaju standardnu devijaciju izmerenih im-
5,5
40
5
35
30
0
1
2
3
4
5
6
n
Slika 12. Zavisnost standardne devijacije impulsnog
probojnog napona od povr{inskog faktora uve}anja
(p = 10-9 bar, d = 0,5 mm, • – eksperimentalno dobijene
vrednosti, ° – vrednosti izra~unate prema jedna~ini (4)
gde je δ = 7,1 i σ1 = 7 kV).
Na istoj slici su prikazane i odgovaraju}e ta~ke
(σn, n), pri ~emu je σn izra~unavano prema izrazu 4
za δ = 7,03 estimirom iz podataka izmerenih sistemom S1. Na slici 13 su prikazane eksperimentalne
ta~ke koje predstavljaju odgovaraju}u zavisnost
srednjeg impulsnog probojnog napona od povr{inskog faktora uve}anja zajedno sa odgovaraju}im
srednjim vrednostima probojnog napona izra~unatim prema izrazu 5.
25
20
15
10
5
0
2
4
6
8
n
Slika 14. Zavisnost standardne devijacije impulsnog
probojnog napona od faktora uve}anja me|ulektrodnog
rastojanja (d = 0,5 mm, • – eksperimentalno dobijene
vrednosti, ° – vrednosti izra~unate prema jedna~ini (7)
gde je k = 0,796).
Snm (kV)
60
50
V
(kV)
20
40
30
20
15
10
10
0
10 9
8 7 6
5 4
3 2 1 1
m
5
0
1
2
3
4
5
6
n
Slika 13. Zavisnost srednje vrednosti probojnog napona
od povr{inskog faktora uve}anja (p = 10-4 bar,
d = 0,5 mm, • – eksperimentalno dobijene vrednosti,
° – vrednosti izra~unate prema jedna~ini (5) gde je
V1 = 24 kV i σ1 = 7 kV).
132
2
3
5
4
6
7
n
Slika 15. Eksperimentalno dobijene ta~ke (Sn,m, n, m)
standardne devijacije izmerenih impulsnih napona u
funkciji od povr{inskog faktora uve}anja n i faktora
uve}anja me|uelektrodnog rastojanja m. Prikazana je i
zavisnost standardnog odstupanja od povr{inskog
faktora uve}anja i faktora uve}anja me|uelektrodnog
rastojanja dobijena na osnovu izraza (9) uz vrednost
parametara δ = 7,03, k = 0,796 i vrednosti σ1 dobijene
za osnovni sistem.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Vn,m (kV)
200
150
50
2
3
5
4
6
7
n
Slika 16. Eksperimentalno dobijene ta~ke (Vn,m) srednje
vrednosti izmerenih impulsnih napona u funkciji od
povr{inskog faktora uve}anja n i faktora uve}anja
me|uelektrodnog rastojanja m. Prikazana je i zavisnost
Vn,m od povr{inskog faktora uve}anja i faktora
uve}anja me|uelektrodnog rastojanja dobijena na
osnovu izraza (8), uz vrednost parametara δ = 7,03,
k = 0,796 i vrednosti σ1 dobijene za osnovni sistem.
Na slici 16 prikazane su eksperimentalno dobijene ta~ke (Vn,m, n, m) koje predstavljaju srednju
vrednost impulsnog napona kao funkciju povr{inskog faktora uve}anja i faktora uve}anja me|uelektrodnog rastojanja. Na istoj slici je prikazana zavisnost srednje vrednosti probojnog napona od povr{inskog faktora uve}anja i faktora uve}anja me|uelektrodnog rastojanja dobijena na osnovu izraza 8 za
vrednosti parametara δ = 7,03 i k = 7,96 i vrednosti
V1 i σ1 dobijenim za osnovni sistem. Na osnovu slika 15 i 16 mo`e se zaklju~iti da zapreminski zakon
porasta dat izrazima 8 i 9 daje zadovoljavaju}e reELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
3
1,50
1,00
0,80
0,60
2
0,40
0,30
0,20
4
0,10
0,08
0,06
0,05
100
0
10 9
8 7 6
5 4
3 2
m
1 1
zultate u slu~aju impulsnog proboja napona u uslovima izvedenog eksperimenta. Isti rezultati, a samim tim i isti zaklju~ak, dobijeni su i sa dc i sa ac
naponom.
Na slici 17 prikazana je zavisnost varijanse testiranih teoretskih raspodela slu~ajne promenljive
probojno vreme od faktora vremenskog uve}anja l
zajedno sa odgovaraju}im, eksperimentalno odre|enim ta~kama dobijenih impulsima 1,2 / 50 μm pri
pritisku vakuuma 10-9 bar. Na osnovu slike 17 se ne
mo`e pouzdano zaklju~iti kojoj teoretskoj raspodeli
pripada slu~ajna veli~ina probojno vreme.
varijacioni koeficijent vn = (s/x)
pulsnih napona kao funkciju faktora uve}anja me|uelektrodnog rastojanja. Na istoj slici su prikazane i
odgovaraju}e ta~ke (σm, m) pri ~emu je σm ra~unato
prema izrazu 7 za k = 0,796.
Na osnovu slika 10 i 14 mo`e se zaklju~iti da
zakon porasta me|uelektrodnog rastojanja daje zadovoljavaju}e rezultate u slu~aju impulsnog proboja
vakuuma, u uslovima izvedenog eksperimenta. Isti
rezultati, a samim tim i isti zaklju~ak, su dobijeni i
sa dc i sa ac naponom.
Na slici 15 prikazane su eksperimentalno dobijene ta~ke (Sn,m, n, m) koje predstavljaju standardnu
devijaciju izmerenih impulsnih napona kao funkciju
povr{inskog faktora uve}anja i faktora uve}anja me|uelektrodnog rastojanja.
Na istoj slici je prikazana zavisnost standardnog
odstupanja od povr{inskog faktora uve}anja i faktora uve}anja me|uelektrodnog rastojanja dobijena na
osnovu izraza 9 uz vrednost parametara δ = 7,03, i
k = 0,796 vrednosti σ1 dobijene za osnovni sistem.
1
1
2
4 6 8 10 20 40 60 100 200 400 1 000
povr{inski faktor uve}anja n
Slika 17. Zavisnost varijanse testirane teoretske
raspodele od povr{inskog faktora uve}anja n (1 –
troparametarska Vejbulova raspodela, 2 –
dvoparametarska Vejbulova raspodela, 3 –
duploeksponencijalna raspodela, 4 – normalna
raspodela) zajedno sa odgovaraju}im vrednostima
dobijenim u eksperimentu (primenjen impulsni napon
1,2/50 μs, p = 10-6 bar, d = 0,1 mm)
To je, najverovatnije, posledica kratkog trajanja
standardnog atmosferskog impulsnog napona, u
uslovima eksperimenta. Naime, po{to je vremenska
konstanta karakteristi~na za iniciranje katodnog
mehanizma proboja reda μs, a istog reda veli~ine je
i vremenski period trajanja naponskog preoptere}enja u uslovima eksperimenta (mala amplituda), ne
postoje uslovi za iniciranje proboja pri ni`im vrednostima faktora vremenskog uve}anja. Ovaj efekat
je mogu}e izbe}i primenom impulsnih napona du`eg vremena trajanja, tj. primenom komutacionih
impulsnih napona. Na slici 18 prikazana je zavisnost varijanse testiranih raspodela slu~ajne promenljive probojno vreme od faktora vremenskog
uve}anja k zajedno sa odgovaraju}im, eksperimentalno odre|enim ta~kama dobijenim impulsima
250 / 2 500 ms.
133
varijacioni koeficijent vn = (s/x)
1,50
3
1,00
0,80
0,60
0,40
0,30
2
0,20
4
0,10
0,08
0,06
0,05
1
1
2
4 6 8 10 20 40 60 100 200 400 1 000
povr{inski faktor uve}anja n
Slika 18. Zavisnost varijanse testirane teoretske raspodele od povr{inskog faktora uve}anja n (1 – troparametarska Vejbulova raspodela, 2 – dvoparametarska Vejbulova raspodela, 3 – duploeksponencijalna raspodela,
4 – normalna raspodela) zajedno sa odgovaraju}im
vrednostima dobijenim u eksperimentu (primenjen impulsni napon 1,2/50 μs, p = 10-9 bar, d = 0,5 mm)
l = 170
0,99
l = 70
0,90
l = 50
0,70
0,50
l = 27
0,30
l = 11
l=7
l = 4,5
l=2
l=1
0,10
0,05
0,02
0,01
0,005
Na osnovu slike 18 se mo`e zaklju~iti da slu~ajno promenljiva probojno vreme pripada duploeksponencijalnoj raspodeli. Na slici 19 prikazane su
krive dobijene primenom zakona uve}anja zajedno
sa odgovaraju}im ta~kama na papiru duploeksponencijalne raspodele.
Dobro slaganje izme|u teoretski o~ekivanih i
eksperimentalno dobijenih rezultata, uo~ljivo na slici 19, navodi na zaklju~ak da je vremenski zakon
porasta primenljiv na impulsni proboj vakuuma pod
uslovima prikazanog eksperimentalnog postupka.
Kako je sli~no pona{anje u slu~aju gasne izolacije
pru`ilo mogu}nost primene vremenskog zakona porasta na predvi|anja njenog pona{anja u slu~aju delovanja prenapona (tj. mogu}nost odre|ivanja impulsne karakteristike i impulsnog podno{ljivog napona), isto je mogu}e pretpostaviti i za vakuumske
izolacione sisteme.
6. ZAKLJU^AK
Na osnovu teoretskih razmatranja i eksperimentalnih rezultata iznesenih u radu mo`e se zaklju~iti da se prostorno-vremenski zakon porasta mo`e
primeniti u konstruktivnoj fazi izrade vakuumskih
ure|aja uz odre|ena ograni~enja, bez obzira na vrstu primenjenog napona. Naime, za primenu prostorno vremenskog zakona porasta na proboj vakuuma osnovno je da proboj biva iniciran samo jednim
od mogu}ih mehanizama, po{to je samo pod tim
uslovom mogu}e slu~ajnu promenljivu probojni napon predstaviti nekom od raspodela ekstremnih
vrednosti {to je uslov za primenu zakona porasta
uop{te. Tako|e i izbor osnovnog sistema predstavlja
ograni~enje, tj. me|uelektrodno rastojanje ne sme
biti manje od 0,5 mm po{to tada na scenu stupaju i
efekti malog rastojanja koji znatno komplikuju raspodelu slu~ajne promenljive probojni napon. Pored
primene u konstrukcionoj fazi izrade vakuumskuh
ure|aja, vremenski zakon porasta mo`e da poslu`i i
za procenu pona{anja vakuumske izolacije u uslovima delovanja prenapona.
7. LITERATURA
0,001
0
200
400 600
800 1 000 1 200 1 400 1 600
Slika 19. Krive dobijene na osnovu Vremenskog zakona
porasta, zajedno sa odgovaraju}im eksperimentalno dobijenim ta~kama normalizovanim na l = 1 (
)
i nenormalizovanim (+
), prikazanim na papiru verovatno}e duploeksponencijalne raspodele (sa
vremenskim faktorom uve}anja kao parametrom,
p = 10-9 bar, d = 0,5 mm)
134
[1]
[2]
P. Osmokrovi}, B. Lon~ar, M. Gaji}-Kva{~ev, THE
MODEL LAW FOR SF6 INSULATED SYSTEMS,
IEEE Trans. Plasma Sci. 32 (2004) 1849-1855.
P. Osmokrovi}, N. Kartalovi}, N. Atanackov, D. Ostoji}, MODEL LAW FOR GAS ISOLATED SYSTEMS, IEEE Trans. Plasma Sci. 28 (2000) 298302.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
P. Dokopoulos, WACHSTUMSGESETZ FUR
HOCHSPANUNGS DURCHSCHLAG IN SF6 –
DISERTACION, PhD Thesis, T.H. Braunschweig,
1967.
P. Osmokrovi}, G. \ogo, APPLICABILITY OF
SIMPLE EXPRESSIONS FOR ELECTRICAL
BREAKDOWN PROBABILITY IN VACUUM,
IEEE Trans. Electr. Insul. 24 (1989) 943-948.
P. Osmokrovi}, THE IRREVERSIBILITY OF DIELECTRIC STRENGTH OF VACUUM INTERRUPTERS AFTER SHORT-CIRCUIT CURRENT
INTERRUPTION, IEEE Trans. Power Del. 6
(1991) 1073-1081.
P. Osmokrovi}, M. Vujisi}, K. Stankovi}, A. Vasi},
B. Lon~ar, MECHANISM OF ELECTRICAL
BREAKDOWN OF GASES FOR PRESSURES
FROM 10-9 TO 1 BAR AND INTER-ELECTRODE GAPS FROM 0.1 TO 0.5 MM, Plasma Sources
Sci. Technol. 16 (2007) 643-655.
F. Llewellyn Jones, G. C. Williams, THE ELECTRICAL BREAKDOWN OF GASES IN NONUNIFORM FIELDS AT LOW PRESSURE, Proc.
Phys. Soc. B 66 (1953) 345-361.
M. M. Pejovic, G. S. Ristic, J. P. Karamarkovic,
ELECTRICAL BREAKDOWN IN LOW PRESSURE GASES, J. Phys. D: Appl. Phys. 35 (2002)
91-103.
J. M. Meek, J. D. Craggs, ELECTRICAL BREAKDOWN OF GASES, John Wiley and Sons Ltd,
1978.
J. S. Townsend, ELECTRICITY IN GASES, Clarendon Press, Oxford, 1915.
P. Osmokrovi}, MECHANISM OF ELECTRICAL
BREAKDOWN OF GASES AT VERY LOW PRESSURE AND INTER-ELECTRODE GAP VALUES, IEEE Trans. Plasma Sci. 21 (1993) 645-654.
G. \ogo, P. Osmokrovi}, STATISTICAL PROPERTIES OF ELECTRICAL BREAKDOWN IN VACUUM, IEEE Trans. Electr. Insul. 24 (1989) 949953.
P. Osmokrovi}, M. Vujisi}, J. Cveti}, M. Pe{i},
STOHASTIC NATURE OF ELECTRICAL
BREAKDOWN IN VACUUM, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 14 (2007) 803-812.
D.W. George, P.H. Richards, ELECTRICAL FIELD
BREAKDOWN IN SULPHUR HEXAFLUORIDE, Brit. J. Appl. Phys. 2 (1969) 1470-1471.
P. Osmokrovi}, ELECTRICAL BREAKDOWN OF
SF6 AT SMALL VALUES OF PRODUCT PD,
Trans. on Pow. Deliv. 4 (1989) 2095-2100.
N. Spyrou, R. Peyrous, N. Soulem, B. Held, WHY
PASCHEN’S LAW DOES NOT APPLY IN LOWPRESSURE GAS DISCHARGES WITH INHOMOGENEOUS FIELDS, J. Phys. D: Appl. Phys. 28
(1995) 701-710.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
[17] H. Anis, M. M. A Salama, K. D. Srivastava, RANDOM PREBREAKDOWN DISCHARGES IN SF6
– A POSSIBLE DIAGNOSTIC CRITERION FOR
PARTICLE-CONTAMINATED COMPRESSED
GAS APPARATUS, IEEE Trans. Pow. App. & Sys.
101 (1982) 1588-1595.
[18] A. Roth, VACUUM TECHNOLOGY, Second Edition, North-Holland, 1982.
[19] F. G. Heymann, BREAKDOWN IN COLD-CATHODE TUBES AT LOW PRESSURE, Proc. Phys.
Soc. B 63 (1950) 25-41.
[20] V. A. Bailey, J. S. Townsend, THE MOTION OF
ELECTRONS IN GASES, Phil. Mag. 42 (1921)
873-891.
[21] M. Pe{i}. Z. Jeremi}, M. Vujisi}, P. Osmokrovi},
SCALING LAW APPLICABILITY TO OIL-INSULATED PARALLEL-PLATE CAPACITORS, IEEE
Trans. Dielectr. Electr. Insul. 14 (2007) 1002-1006.
[22] W. Hauschild, W. Mosch, STATISTICAL TECHNIQUES FOR HIGH-VOLTAGE ENGINEERING,
IEEE Power Series 13, Peter Peregrinus Ltd., 1992.
[23] P. Osmokrovi}, N. Kartalovi}, APPLICABILITY
OF SIMPLE EXPRESSIONS FOR ELECTRICAL
BREAKDOWN PROBABILITY INCREASE IN
VACUUM AND GAS, IEEE Trans. Power Syst. 12
(1997) 1455-1460.
[24] J. A. Rice, MATHEMATICAL STATISTICS AND
DATA ANALYSIS, SECOND EDITION, Duxbury
Press, Belmont, California, 1995.
[25] J. K. Nelson, S. Azizi-Ghannad, H. Li, THEORY
AND APPLICATION OF DYNAMIC AGING
FOR LIFE ESTIMATION IN MACHINE INSULATION, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 7
(2000) 773-782.
[26] G. C. Stone, J. F. Lawless, THE APPLICATION OF
WEIBULL STATISTICS TO INSULATION
AGING TESTS, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul.
EI-14 (1997) 233-239.
[27] M. Marzinotto, G. Mazzanti, C. Mazzetti, THE EFFECT OF CONDUCTOR RADIUS AND INSULATION THICKNESS IN THE APPLICATION
OF THE ENLARGEMENT LAW FOR COMPARING POWER CABLE BREAKDOWN PERFORMANCES, IEEE International Conference on Solid
Dielectrics. ICSD ’07 (2007) 82-85.
[28] D. C. Montgomery, G. C. Runger, APPLIED STATISTICS AND PROBABILITY FOR ENGINEERS, John Wiley & Sons Inc, 2006.
[29] V. A. Lisovskiy, S. D. Yakovin, V. D. Yegorenkov,
LOW-PRESSURE GAS BREAKDOWN IN UNIFORM DC ELECTRIC FIELD, J. Phys. D: Appl.
Phys. 33 (2000) 2722-2730.
[30] P. Osmokrovi}, INFLUENCE OF SWITCHING
ON THE VACUUM INTERRUPTER DIELEC135
TRIC PROPERTIES, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul.
1 (1994) 340-347.
[31] P. Osmokrovi}, N. Arsi}, Z. Lazarevi}, N. Kartalovi}, TRIGGERED VACUUM AND GAS SPARK
GAPS, IEEE Trans. Pow. Deliv. 11 (1996) 858-865.
[32] P. Osmokrovi}, B. Lon~ar, S. Stankovi}, THE NEW
METHOD OF DETERMINING CHARACTERISTICS OF ELEMENTS FOR OVERVOLTAGE
PROTECTION OF LOW-VOLTAGE SYSTEM,
IEEE Trans. Instrum. Meas. 55 (2006) 257-265.
[33] G. K. Bhattacharyya, R. A. Johnson, STATISTICS:
PRINCIPLES AND METHODS, John Wiley &
Sons Inc, 2005.
[34] J.S. Witte, R.S. Witte, STATISTICS, John Wiley &
Sons Inc, 2006.
[35] K. Ye, R. H. Myers, R. E. Walpole, S. L. Myers,
PROBABILITY & STATISTICS FOR ENGINEERS & SCIENTISTS, Prentice Hall, 2006.
[36] L. Jian, S. Grzybowski, Y. Lijun, L. Ruijin, STATISTICAL
PARAMETERS
OF
PARTIAL
DISCHARGE USED TO RECOGNIZE AGED
OIL-PAPER INSULATION, Conference Record of
[37]
[38]
[39]
[40]
the 2006 Twenty-Seventh International Power Modulator Symposium (2006) 75-80.
T. K. Saha, REVIEW OF MODERN DIAGNOSTIC TECHNIQUES FOR ASSESSING INSULATION CONDITION IN AGED TRANSFORMERS, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 10
(2003) 903-917.
M. Hosokawa, F. Endo, T. Yamagiwa, T. Ishokawa,
PARTICLE-INITIATED BREAKDOWN CHARACTERISTICS AND RELIABILITY IMPROVEMENT IN SF6 GAS INSULATION, IEEE
Trans. Power Del. 1 (1986) 58-65.
P. Osmokrovi}, A. Vasi}, T. @ivi}, THE INFLUENCE OF THE ELECTRIC FIELD SHAPE ON THE
GAS BREAKDOWN UNDER LOW PRESSURE
AND SMALL INTER-ELECTRODE GAP CONDITIONS, IEEE Trans. Plasma Sci. 33 (2005)
1677-1681.
P. Osmokrovi}, G. Ili}, ]. Doli}anin, K. Stankovi},
M. Vujisi}, DETERMINATION OF PULSE TOLERABLE VOLTAGE IN GAS-INSULATED SYSTEMS, Jpn. J. Appl. Phys. 47 (2008) 8928-8934.
Rad STK D1 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 16. 06. 2009. godine
Radeta Mari} je ro|en 12. 5. 1965. godine u ^ipalju, op{tina Sjenica. Diplomirao je
1991. godine, a magistrirao 2007. godine na Elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu. Radio
je u Zastavi Jugoautomobili i Elektro{umadiji, a sada je zaposlen u Elektrodistribuciji-Beograd na mestu rukovodioca pogona Mladenovac.
Predrag Osmokrovi} je ro|en 20. 8. 1949. godine u Sarajevu. Diplomirao je, magistrirao i doktorirao na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu 1975, 1978. i 1984.
godine, respektivno. Zaposlen je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu u
zvanju redovnog profesora.
Koviljka Stankovi} je ro|ena 27. 3. 1979. godine u Zemunu. Osnovne i master sudije zavr{ila je na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu 2007. i 2008. godine, respektivno. Bila je zaposlena u Institutu za nuklearne nauke Vin~a u Laboratoriji za za{titu od zra~enja, a sada je zaposlena na mestu asistenta na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u
Beogradu.
Milo{ Vujisi} je ro|en 15. juna 1974. godine u Beogradu. Diplomirao je, magistrirao i
doktorirao na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu 1999, 2006. i 2008. godine, respektivno. Bio je zaposlen u Laboratoriji za fiziku Instituta za nuklearne nauke Vin~a
(2002 – 2005) kao istra`iva~ – saradnik, a sada je zaposlen na mestu asistenta na Elektrotehni~kom fakultetu Univerziteta u Beogradu.
136
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
@arko Veli~kovi},
Sr|an Mitrovi} i Aleksandar Ad`i}
Opti~ka mre`a Elektromre`e Srbije
iskustva u implementaciji i radu
Stru~an rad
UDK: 679.746.5; 679.76
Rezime:
U radu je dat kratak hronolo{ki pregled izgradnje opti~ke telekomunikacione mre`e JP Elektromre`a
Srbije zasnovane na tehnologiji sinhrone digitalne hijerarhije, izgra|ene u periodu od 2002. godine do marta ove godine. Prikazan je trenutni izgled, pro{irene i unapre|ene opti~ke mre`e JP Elektromre`a Srbije i
izlo`ena su iskustva i problemi, sa kojima se susretao Centar za telekomunikacije, prilikom izgradnje, integracije, upravljanja i odr`avanja iste.
Klju~ne re~i: mre`a, SDH, TNMS, integracija, izgradnja
Abstract:
OPTICAL NETWORK OF ELEKTROMRE@A SRBIJE
EXPERIENCES IN IMPLEMENTATION AND OPERATION
The paper gives a short chronological review of installation of EMS optical telecommunication network
based on synchronous digital hierarchy technology (SDH), developed in the period March 2002 to March
2009. The paper shows the actual appearance of expanded and updated optical network of EMS. Also
presented are the experiences and problems encountered by the Telecommunication Center during
installation, integration, control and maintenance of the same.
Key words: network (SDH), TNMS, integration, installation
1. UVOD
Krajem 90-ih godina i posebno po~etkom ovog
veka, postoje}i telekomunikacioni sistem elektroprivrede, u kome je ve}ina opreme nabavljena pre 2025 godina, nije mogao odgovoriti sve zahtevnijim
zadacima postavljenim pred njega, posebno prenosu
podataka. Naravno, tu je bila i ~injenica da su istekli
eksploatacioni resursi postoje}e opreme i da proizvo|a~i ne podr`avaju njeno servisiranje. Kako su u
me|uvremenu vi{estruko narasle potrebe za telekomunikacionim kapacitetima i pouzdano{}u, a pogo-
tovo zbog smena nekoliko generacija opreme, jedno
od, a mo`da i jedino re{enje je bilo izgradnja potpuno novog telekomunikacionog sistema prenosa. U
skladu sa savremenim svetskim tendencijama u telekomunikacijama, po~elo se sa izgradnjom sistema
baziranog na opti~kim komunikacijama i sinhronom
digitalnom hijerarhijskom (SDH) sistemu prenosa.
Zbog specifi~nosti postoje}e infrastrukture, izvr{ena
je ugradnja novog ili zamena starog zemljovodnog
u`eta na dalekovodima. Kroz sredinu novog u`eta
(OPGW) su postavljena opti~ka vlakna koja odgovaraju standardima ITU-T G.652 i G.655.
@arko Veli~kovi}, dipl. in`. el., Sr|an Mitrovi}, dipl. in`. el., Aleksandar Ad`i}, dipl. in`. el. – JP Elektromre`a Srbije
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
137
2. RAZVOJ SINHRONO DIGITALNE
HIJERARHIJSKE MRE@E
JP ELEKTROMRE@A SRBIJE
Kao po~etak izgradnje opti~ke mre`e prenosa
mo`e se smatrati postavljanje opti~kog kabla u zemljovodnom u`etu (OZU, eng. OPGW), na relaciji
Beograd – Bajina Ba{ta 2003. godine (prethodio im
je pilot projekat TS Valjevo 3 – TS Valjevo 1).
Prva SDH veza, STM-1 nivoa, postavljena
2002. godine, je radio-link nacionalnog dispe~erskog centra JP Elektromre`e Srbije (NDC EMS) (u
tom trenutku NDC EPS) – RP Mladost. Me|utim prvi opti~ki SDH linkovi, STM-1 nivoa, postavljeni su
prilikom rekonekcije sa UCTE i to na relacijama
NDC EMS – RP Mladost – TS Novi Sad 3 – TS Subotica 3 – [andorfalva i NDC EMS – RP Mladost –
TS Sremska Mitrovica 2 – Ernestinovo. U kasnijim
fazama je, u skladu sa potrebama, prvenstveno sistema za upravljanje elektro-energetskim sistemom,
mre`a nadogra|ivana prate}i postavljanje OZU.
[irenjem mre`e, sredinom 2007, uvi|a se velika optere}enost linkova u NDC i montiraju se postoje}i multiplekseri ve}eg kapaciteta, STM-16. Oni
dolaze na mesto prvobitno instaliranih STM-1 multipleksera na lokacijama: NDC EMS, TS Obrenovac
A, TS Beograd 8, TS Novi Sad 3 i TS Ni{ 2, da bi
po~etkom 2009. godine njihov broj bio 14, formiraju}i tako tri STM-16 prstena.
U me|unarodnom saobra}aju ka susednim TSO
ono {to su nekad bila dva linka ka UCTE centru, danas je jedna od mre`a sa najve}im brojem interkonekcija sa susednim elektroprivredama: Ma|arska,
Rumunija, Bugarska, Crna Gora, Republika Srpska i
Hrvatska, {to nas ~ini svojevrsnim centrom veza u
jugoisto~noj Evropi.
Povezano je 40 objekata EMS i EPS, sa ukupnom du`inom puteva oko 2 500 km, tako da se dana{nja opti~ka SDH mre`a sastoji od 14 STM-16
multipleksera Surpass Hit 7060 i 26 STM-1 multipleksera; 8 Surpass HiT 7030 i 18 ADR 155C. Izgled mre`e dat je na slici 1.
Da bi se upotpunile saobra}ajne karakteristike i
omogu}ilo bolje kori{}enje, na ovu mre`u je oslonjena PDH mre`a od 34 fleksibilna multipleksera
FMX12 i FMX2S, dva razli~ita proizvo|a~a. Tako se
dobija mogu}nost pristupa svakom 64 kbit/s kanalu i
prilago|enje na specifi~ne zahtevane interfejse.
3. IMPLEMENTACIJA MRE@E
Samom ~injenicom da je mre`a gra|ena etapno
u vi{egodi{njem periodu, a imaju}i u vidu izuzetno
brz razvoj telekomunikacionih tehnologija i dinami~nost u pogledu tr`i{ta i novih servisa, prvi pro138
blemi sa kojima smo se susreli su razlike u softverskim i hardverskim varijantama ure|aja istog proizvo|a~a i mogu}ost njihove nadogradnje. Uvo|enjem novog proizvo|a~a, ta vrsta problema se, naravno, udvostru~ila. Re{enje koje je Centar za telekomunikacije EMS (CTK) video u korektnoj saradnji sa isporu~iocima opreme i prijemu mladih kadrova sa stru~nim usavr{avanjem u centrima obuka proizvo|a~a, u praksi se pokazalo kao veoma dobro.
Me|utim, pored nedostataka koje ima etapna izgradnja sistema, prednosti su nesumljivo:
– mogu}nost gradnje bez velikih inicijalnih ulaganja,
– gradnja „plati kako raste{” (eng. pay as you grow),
– dinami~niji odziv na nove servise,
tako da, uzev{i u obzir nepovoljnost kredita i konstantan pad cena TK ure|aja, ovakva gradnja je po
pravilu isplativija, a mo`da ~ak i br`a.
Uvo|enjem novog hijerarhijskog nivoa, problem se uslo`nio i na osnovu iskustva u izgradnji
mre`e STM-1 nivoa i mogu}nosti u datom trenutku,
pristup u izgradnji mre`e STM-16 je delimi~no promenjen i ugra|ena je oprema jednog proizvo|a~a.
Tako se u izgradnji SDH mre`e postigao optimum
po broju dobavlja~a opreme, sli~no kao i u nekim
susednim TSO, gde je hijerarhijski podeljeno po nivoima multipleksera. Naime, ukoliko imate puno
dobavlja~a, tro{kovi upravljanja mre`om }e biti visoki sa mogu}no{}u da mre`a ne bude dovoljno
fleksibilna, a ukoliko se ograni~ite samo na jednog,
realno vam preti opasnost od zavisnosti i skupih rezervnih delova i usluga. U cilju smanjenja broja rezervnih delova, kori{}en je samo L-X.2 tip opti~kih
kartica.
Kod nadogradnje mre`e koja se odnosila na zamenu STM-1 multipleksera sa STM-16 nai{li smo
na niz problema. Bilo je potrebno izvr{iti zamenu
multipleksera bez ili sa minimalnim prekidom saobra}aja. Problem je bio utoliko ve}i, jer zamena,
osim na saobra}aj iz ~vora, uti~e i na saobra}aj iz susednih ~vorova i tranzitni saobra}aj. Ispunjenje tog,
a i ostalih uslova zahtevalo je precizno planiranje i
utvr|ivanje ta~nog sleda koraka sa njihovim trajanjem, kao i obu~en tim ljudi iz EMS i izvo|a~a.
4. UPRAVLJANJE I INTEGRACIJA MRE@E
Me|usobni rad SDH multipleksera, bilo koja
dva proizvo|a~a, u pogledu saobra}aja na SDH interfejsima je, zbog standardizacije, izli{no dovoditi
u pitanje. Problem se javlja kod uspostave nadgledanja i upravljanja njima. Naime, po pravilu, svaki
proizvo|a~ nudi sopstveni sistem za nadgledanje i
upravljanje mre`om (SNUM, eng. TNMS), koji je
namenski od po~etka razvijao samo za svoje ure|aELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
je. U u`em smislu re~i SNUM je skup softverskih
aplikacija (modula), koji su instalirani na specijali-
zovanim ra~unarima. Naravno, bez mogu}nosti pristupa ure|ajima SNUM je beskoristan i tu nastaje
Slika 1. Sinhrono digitalna hijerarhijska mre`a JP Elektromre`e Srbije
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
139
najve}i problem upravljanja mre`om SDH multipleksera razli~itih proizvo|a~a. U tu svrhu CTK poseduje IONOS – NMS za ADR 155C i TNMS – M
za Surpass hit 7030 i 7060 multipleksere.
Jedno od re{enja nekompatibilnosti SNUM je
da proizvo|a~i u direktnom kontaktu naprave softversko-hardverske izmene u svojim sistemima, {to
je izuzetno skupo, vremenski zahtevno i pitanje je
do kakvih se rezultata mo`e do}i. S obzirom na to,
CTK je sopstvenim snagama uspeo da uveze elemente mre`e jednog proizvo|a~a u SNUM drugog i
obratno, ostvariv{i osnovni stepen integracije i omogu}avaju}i rad mre`nih aplikacija sopstvenih sistema (slika 2). Pored navedenih mana, postojanje dva
SNUM ima veliku prednost u pove}anju pouzdanosti rada, jer je verovatno}a otkaza oba sistema istovremeno mala.
IONOS
saobra}ajne kanale. Zbog nefleksibilnosti i me{anja
multipleksera dva prizvo|a~a, CTK je tra`io druga~ije re{enje, koje bi uklju~ivalo da se saobra}aj namenjen SNUM konfiguri{e kroz za to namenjene
DCC kanale u RSOH ili u MSOH.
Do re{enja se do{lo oslanjaju}i se na sopstvene
resurse, pode{avaju}i parametre elemenata mre`e,
serverskih platformi i pisanjem malih softverskih
modula, tako da danas ne moramo da vodimo ra~una o redosledu postavljanja multipleksera. Logi~ka
{ema SNUM saobra}aja je data na slici 3.
Sistem je centralno organizovan, {to je jedino
operativno efikasno re{enje, s obzirom da se radi o
SDH tehnologiji.
IONOS
TNMS – M
TNMS – M
Hit 7060
ADR 155C
Hit 7030
Hit 7060
ADR 155C
Hit 7030
Slika 2. Logi~ka {ema rada SNUM
Iako su im zahtevi za hardverskim platformama
dosta skromni, u praksi su se oba sistema pokazala
kao izuzetno robusna. Sistemi rade na veoma pristupa~nim serverskim ra~unarima (mo`e biti i ku}ni
Pentium IV ra~unar), sa operativnim sistemima
Windows 2000 ili Windows Server 2003 i do sada
smo imali samo jedan prekid u radu SNUM, usled
otkaza diskova na ku}nom ra~unaru koji je u neprekidnom radu 3 godine. U proseku se, zbog usporenja
u radu, serveri restartuju dva puta godi{nje i ukoliko
jedan restart traje oko 3 minuta, ukupno vreme neraspolo`ivosti je 6 minuta/godi{nje, tj. raspolo`ivost
je 99,998 8 %. Pri tome treba imati na umu da neraspolo`ivost sistema za nadgledanje i upravljanje mre`om nikako ne uti~e na rad multipleksera i ve} konfigurisani saobra}aj. Pored toga, postoje rezervni
serveri koji brzo mogu preuzeti rad.
Ve}i problem je bio omogu}avanje pristupa
SNUM elementima mre`e. I u ovom slu~aju je mogu}e imati vi{e re{enja, a prvo, i u mnogim slu~ajevima i jedino re{enje koje proizvo|a~i nude je konfigurisanje saobra}aja namenjenog upravljanju kroz
140
Slika 3. SNUM saobra}aj
Posle integracije saobra}aja namenjenog
SNUM, pre{lo se na integraciju korisni~kih tipova
interfejsa, kojih u opti~koj SDH TK mre`i EMS
ima: STM-1 opti~ki, E1 elektri~ni, gigabit ethernet
opti~ki i fast ethernet elektri~ni. Dok kod tradicionalnih tipova saobra}aja nije bilo potrebe za bilo kakvom intervencijom, kod eternet saobra}aja to nije
bio slu~aj.
Dana{nje kartice koje se ugra|uju u SDH multipleksere pored osnovnih funkcionalnosti definisanih ITU-T preporukama: GFP, VCAT i LCAS, poseduju jo{ i L2 switch, upravljanje VLAN, IGMP Snooping, STP i drugo. Ove dodatne funkcije ~ine da saobra}aj posle ulaska u eternet karticu, podle`e obradi signala koja je, uglavnom, razli~ita za svakog proizvo|a~a, {to dovodi do neusagla{enosti protokola i
nemogu}nosti zajedni~kog rada.
Kod eternet veze tipa ta~ka – ta~ka, posle kra}ih pode{avanja parametara na ure|ajima oba proizvo|a~a, dobili smo pozitivne rezultate i jedna od prvih propu{tenih veza je izme|u lokacija HE \erdap
1 i poslovodstva u Beogradu, kapaciteta 10 Mb/s.
Za veze tipa ta~ka – vi{e ta~aka i privatni LAN,
bilo je potrebno izdvojiti zna~ajne vremenske i ljudske resurse uz podr{ku dobavlja~a opreme. Kao rezultat toga imamo 3 zasebne mre`e:
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
– za prenos poslovnih podataka EMS, kapaciteta (12
+ 8) Mb/s, od NDC ka svakom RDC
– za prenos podataka EPS, kapaciteta 4 Mb/s, od
NDC do TENT A, HE Bajina Ba{ta, HE \erdap,
Elektrovojvodina
– za prenos SRAAMD, kapaciteta 2 Mb/s
5. ODR@AVANJE I RAD MRE@E
Odr`avanje mre`e je podeljeno na odr`avanje
hardvera i odr`avanje softvera, a ona se opet dele na
preventivna i interventna.
U preventivno odr`avanje hardvera spada: redovno merenje izlazne snage lasera jednom godi{nje, periodi~no merenje slabljenja opti~kih vlakana
i pregled delova opreme namenjenih odr`avanju
temperature. Kvalitet linkova se neprekidno nadgleda kori{}enjem SNUM i svi doga|aji koji pre|u
unapred zadat prag se bele`e, analiziraju i preduzimaju se odgovaraju}e mere.
Interventno odr`avanje se, uglavnom, s obzirom na nivo tehnologije, svodi na utvr|ivanje neispravnog modula ili vi{e njih, zamenom iz skupa rezervnih delova i slanjem proizvo|a~u na popravku.
U preventivno odr`avanje softvera spada: u~itavanje novih firmvera u multipleksere, dodavanje
ispravki i pobolj{anja u SNUM, izrada rezervne kopije konfiguracije multipleksera i baze SNUM.
Interventno odr`avanje je „topli” i „hladni” restart multipleksera, u~itavanje rezervne kopije konfiguracije u multiplekser, restart SNUM, u~itavanje
rezervne kopije baze veza u SNUM, start rezervnog
SNUM i reinstalacija SNUM.
Tokom godina se uvidelo da je najbitniji parametar koji uti~e na odr`avanje: ljudski faktor, tj. obu~enost i motivisanost kadra. Inicijalno „veliki” izdaci za obuku se u kasnijem periodu upravljanja i
odr`avanja sistema vi{estruko isplate.
SDH multiplekseri kori{}eni u mre`i su se pokazali kao pouzdani, pojedini su u radu vi{e od {est
godina, a lista otkaza je skromna:
– opti~ki modul, bez uticaja na saobra}aj
– mati~na plo~a, uticalo na saobra}aj iz ~vora u kome se desio kvar
Mali broj nastalih kvarova je omogu}io da se
lak{e ispune UCTE zahtevi, koji se odnose na vreme
pristupa mestu kvara i raspolo`ivost servisa (UCTE
operation handbook)
Od pravilno konfigurisanih mehanizama za{tite,
uveliko zavisi uticaj otkaza pojedinih saobra}ajnih
modula na prekid korisni~kog saobra}aja. Topologija SDH mre`e EMS je me{ovita i hijerarhijski organizovana u dva nivoa. Zbog svoje fleksibilnosti i
u{tede u propusnom opsegu, strate{ka odluka je da
se, za saobra}aj tipa komutacija kola (TDM), koristi
za{tita u sloju puta (SNCP). S druge strane, ovakav
tip za{tite zahteva dosta ljudskih resursa, planiranje i
poznavanje hardverske strukture mre`e. Tamo gde
nije bilo mogu}e koristiti SNCP, konfigurisana je za{tita u sloju multipleksne sekcije (MSP). Kod paketskog tipa saobra}aja, zbog velikih kapaciteta, nije
kori{}ena za{tita u klasi~nom smislu re~i, ve} LCAS.
6. ZAKLJU^AK
S obzirom da je po~ela sa skromnim planovima,
da odgovori na hitne teku}e potrebe, SDH mre`a
EMS sa instaliranih 40 multipleksera, raspore|enih
na 2 500 km prete`no, OZU kablova, ~ini jedan respektabilan sistem, ~iji kapaciteti, prevazilaze potrebe EMS. Mre`a je implementirana sa izuzetno
skromnim sredstvima i pravi je primer pay as you
grow pristupa, budu}i da se etapno razvija i da prati
neodlo`ne zahteve elektro-energetskog sektora. Sa
saobra}ajem i uslugama koje pru`a elektroprivredi
(EMS i EPS), tokom vremena su ostvareni odli~ni
ekonomski rezultati, tako da su ure|aji TK sistema,
ve} ispla}eni i u narednom periodu njegovo kori{}e-
Odr`avanje
Hardver
Preventivno
Softver
Interventno
Preventivno
Interventno
Slika 4. Podela odr`avanja
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
141
nje predstavlja}e direktnu zna~ajnu u{tedu. Kao vrlo bitni rezultati, nastali kao posledica gradnje i eksploatacije TK sistema, isti~u se ste~eno iskustvo i
obu~en kadar koji kvalifikovano nadgleda, upravlja
i odr`ava opti~ki SDH sistem. Obu~eni stru~njaci su
spremni za budu}i razvoj mre`e i prihvat novih tehnologija.
7. LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
http://www.swoxtelecom.ch/SWISSDAB/3EIONOSshortform.pdf
http://telekomservisas.lt.narcizas.serveriai.lt/EasyAdmin/sys/files/Next_Gen_Metro_Networks%20for%20VAR%20070524.pdf
Dr. Khurram Kazi: OPTICAL NETWORKING
STANDARDS: A COMPREHENSIVE GUIDE
FOR PROFESSIONALS
Vivek Alwayn: OPTICAL NETWORK DESIGN
AND IMPLEMENTATION (NETWORKING
TECHNOLOGY) By John R. Vacca: OPTICAL
NETWORKING BEST PRACTICES HANDBOOK
[5] Rajiv Ramaswami and Kumar N. Sivarajan: OPTICAL NETWORKS A A PRACTICAL PERSPECTIVE
[6] ITU-T Recommendation G.798, G.872, G. 709
[7] M. W. Maeda: MANAGEMENT AND CONTROL
OF TRANSPARENT OPTICAL NETWORKS GUANGLEI LIU
[8] Next-Generation Optical Networks: MANAGEMENT AND CONTROL FOR NETWORK
SCALABILITY AND RESILIENCE
[9] h t t p : / / f i n d a r t i c l e s . c o m / p / a r t i c les/mi_m0TLC/is/34/ai_63330512/
[10] Lian-Kuan Chen, Man-Hong Cheung, Chun-Kit
Chan: FROM OPTICAL PERFORMANCE MONITORING TO OPTICAL NETWORK MANAGEMENT: RESEARCH PROGRESS AND CHALLENGES
Rad STK D2 – 29. savetovanje CIGRE Srbija je primljen u uredni{tvo 03. 07. 2009. godine
@arko Veli~kovi} je ro|en 1973. godine u Leskovcu. Diplomirao je na Elektronskom fakultetu u Ni{u 1998. godine na smeru elektronika i telekomunikacije. Zaposlen je u JP Elektromre`a Srbije, gde radi na poslovima rukovodioca slu`be za telekomunikacije, magistralna
ravan, u okviru Centra za TK. Objavio je dva stru~na rada. Oblast interesovanja su opti~ke
prenosne mre`e i ra~unarske komunikacije.
Sr|an Mitrovi} je ro|en 1979. godine u Pri{tini, gde je zavr{io osnovnu {kolu i gimnaziju. Diplomirao je 2005. godine na Fakultetu tehni~kih nauka u Novom Sadu, elektrotehni~ki odsek, smer telekomunikacije. Nakon diplomiranja zaposlio se u JP Elektromre`a Srbije u
Centru za telekomunikacije, gde i sada radi na poslovima upravljanja, nadzora i kontrole TK
mre`e EMS-a. Glavne oblasti interesovanja su opti~ke SDH i IP mre`e.
Aleksandar Ad`i} je ro|en 1982. godine u Zvorniku (republika BiH). Osnovnu {kolu
„Veselin Masle{a” i srednju elektrotehni~ku {kolu „Nikola Tesla” zavr{io je u Beogradu. Diplomirao je 2006. godine na elektrotehni~kom fakultetu u Beogradu, smer telekomunikacije.
Od 2006. godine zaposlen je u JP Elektromre`a Srbije u Centru za telekomunikacije, gde radi na poslovima upravljanja, nadzora i kontrole TK mre`e EMS-a. Pored profesionalnih izazova koje pred svakog in`enjera postavljaju nove tehnologije, glavne oblasti interesovanja su
mu sport i sedma umetnost.
142
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Preferencijalne teme za
30. savetovanje CIGRE Srbija 2011.
GRUPA A1 OBRTNE ELEKTRI^NE MA[INE
1. Razvoj elektri~nih ma{ina i iskustva u eksploataciji
– Novi trendovi u konstrukciji, materijalima, izolaciji, tehnologiji hla|enja i ule`i{tenja, pove}anje
stepena iskori{}enja i unapre|enje odr`avanja
– Uticaj intermitentnog rada na konstrukciju termo i
hidro generatora
– Pobolj{anje sistema za kontrolu pobude radi savladavanja elektromehani~kih oscilacija, protiv
zbacivanja tereta, torzionih interakcija, tranzijentnih obrtnih momenata, nadpobu|ivanja, kontrole
napona, reaktivne snage, itd.
2. Upravljanje `ivotnim vekom obrtnih elektri~nih ma{ina
– Rekonstrukcija, zamena, pove}anje snage i stepena iskori{}enja, ekonomska evaluacija predlo`enih alternativa
– Tehni~ke analize rizika u cilju ocene tro{kova vezanih za pove}ano odr`avanje, broj otkaza i popravke, putem smanjenja kapitalnih ulaganja
– Upotreba on-line monitoringa i dijagnostike u cilju smanjenja rizika – tro{kovi i korist od primene
– Ocena kvalifikacije isporu~ilaca obrtnih ma{ina i
unapre|enje metodologije prijema ma{ina
GRUPA A2 TRANSFORMATORI
1. Incidentne situacije u radu transformatora
– Preventiva od po`ara: nova ulja, nove tehnologije
provodnih izolatora, izbegavanje o{te}enja suda,
efikasnost postoje}ih standardnih ispitivanja (za
opremu i materijal) u prevenciji kvara, ubla`avanja u urbanim podzemnim transformatorskim stanicama, konstrukcijski faktori i pobolj{anja
– Ubla`avanje opasnosti i posledica od po`ara: kori{}enje fluida sa visokom ta~kom paljenja, protivpo`arnih zidova, udaljavanja, prskalica, procene
rizika, modelovanje unutra{njih nadpritisaka 3D
metodom
– Okru`enje i `ivotna sredina: skupljanje (zadr`avanje) prosutog ulja, postupanje sa transformatorima
zara`enim PCB-om, novi tipovi ulja, dim
– Problemi transformatora pri nepravilnom radu
prekida~a
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
2. Vek transformatora
– Specifikacije: tehni~ka i ekonomska razmatranja
za specifikaciju i projektovanje; iskustva sa CIGRE TB 156 („Uputstvo za specifikaciju kupovine za transformatore od 100 MVA, 123 kV i ve}e”)
– Proces nabavke: pregled projekta, iskustva sa CIGRE TB 204 „Uputstva za sprovo|enje kontrole
projekta za transformatore od 100 MVA, 123 kV i
ve}e”, prora~uni `ivotnih tro{kova u perspektivi
nabavke, faktori podr{ke u proceni transformatora
– Odr`avanje: pravila odr`avanja, dijagnostika, nove tehnologije, procena veka, kori{}enje on-line
sistema za nadgledanje i ekspertskog sistema, politika reinvestiranja
3. Modelovanje transformatora
– Prelazna stanja: modelovanje visokofrekvencijskih procesa za odre|ivanje naprezanja izazvana
interakcijama u transformatorskom sistemu (proboj, komutacije, fero-rezonansa), zahtevi novih ispitivanja, mere za{tite, akvizicija relevantnih podataka za modelovanje, itd.
– Za{tita transformatora od dinami~kih naprezanja
pri kratkim spojevima pomo}u prigu{nica
– Problematika tercijera autotransformatora i mere
za{tite
– Toplotni procesi: raspodela gubitaka, tipovi radnih
re`ima, primena Computational Fluid Dynamics
(CFD metoda prora~una na bazi kretanja fluida),
parametri koji uti~u na ta~nost, pore|enje sa direktno merenim temperaturama u ogledu zagrevanja i u radu, opravdanost termi~kih pobolj{anja i
produ`enja veka boljim simulacijama itd.
GRUPA A3 VISOKONAPONSKA OPREMA
1. Razvoj visokonaponske opreme
2. Problemi kori{}enja visokonaponske opreme
3. Odr`avanje visokonaponske opreme
4. Postupci ispitivanja visokonaponske opreme
5. Primena novih tehnologija
143
GRUPA B1 KABLOVI
1. Konstrukcija kablova, materijali i tehnologija
2. Integracioni energetsko-opti~ki kablovski vodovi
3. Kablovski pribor i polaganje kablova
4. Eksploatacija kablova i kablovske mre`e
5. Regulativa za kablove i kablovski pribor
6. Uticaj kabla i kablovskog pribora tokom eksploatacije na `ivotnu sredinu
GRUPA B2 NADZEMNI VODOVI
1. Upravljanje uklapanjem novih i postoje}ih
nadzemnih vodova u ~ovekovu okolinu
– Metode za ograni~avanje vizuelnog uticaja (uklapanje nadzemnog voda u krajolik, novi projekti
stubova, itd.) smanjenje buke od korone, smanjenje uticaja elektromagnetnog polja na okolinu
– Metode za smanjenje uticaja na kori{}enje zemlji{ta, smanjenje uticaja tokom izgradnje, pogona i
odr`avanja
– Recikla`a komponenata nadzemnog voda
2. Pove}anje prenosne mo}i postoje}ih nadzemnih vodova prebacivanjem sa naizmeni~ne na
jednosmernu struju ili pove}anjem naponskog
nivoa
– Metode za prebacivanje AC vodova u DC (konvencionalne i nove), kombinovani AC/DC sistemi
na zajedni~kim stubovima
– Rekonstrukcija geometrije glave stuba da bi odgovarala vi{im naponskim nivoima bilo da su naizmeni~ni ili jednosmerni, izmena tipa i oblika izolatora, upotreba odvodnika prenapona
3. Procena ukupne elektri~ne i mehani~ke raspolo`ivosti nadzemnog voda
– Nove metode za procenu preostalog veka komponenti nadzemnog voda (provodnika, spojne opreme, konstrukcije stubova, temelja)
– Uticaj starenja komponenti, strategije odr`avanja,
dinami~kih efekata i klimatskih optere}enja na
mehani~ku pouzdanost nadzemnog voda
– Kori{}enje podataka o klimatskim uslovima za
promenu procene rizika usled klimatskih promena
– Pove}anje ukupne raspolo`ivosti adaptacijom postoje}ih konstrukcija primenom strategija kao {to
su anti-kaskadni stubovi
144
4. Gazdovanje (asset management) nadzemnim
vodovima
– Pove}anje kapaciteta nadzemnih vodova upotrebom
senzora za merenje temperature provodnika on line,
provodnika koji rade na visokim temperaturama
– Kori{}enje podataka iz laserskih trodimenzionalnih snimaka za odr`avanje nadzemnih vodova
5. Izmena srpske regulative (pravilnika, standarda i preporuka) za nadzemne vodove i uskla|ivanje sa evropskom regulativom
GRUPA B3 POSTROJENJA
1. Revitalizacija, odr`avanje, pro{irenje kapaciteta i optimizacija postrojenja u izgradnji i
eksploataciji
2. Specifi~na i inovirana projektantska re{enja,
koncepti i funkcije u cilju pove}anja fleksibilnosti pogona postrojenja
3. Smanjenje tro{kova postrojenja u toku `ivotnog veka unapre|ivanjem metoda odr`avanja
4. Pouzdanost i sigurnost postrojenja
5. Specifi~nosti re{enja i pogona u uslovima tr`i{ta i distribuirane proizvodnje elektri~ne energije
6. Minimizacija uticaja postrojenja na `ivotnu
sredinu i obratno
GRUPA B4 HVDC I ENERGETSKA
ELEKTRONIKA
1. Prenos jednosmernom strujom (HVDC) i fleksibilni sistemi naizmeni~ne struje (FACTS)
– Radne karakteristike postoje}ih HVDC sistema,
modernizacija postoje}ih HVDC sistema i primena tehnika odr`avanja orijentisanih ka pove}anju
pouzdanosti rada
– Studije izvodljivosti novih HVDC projekata
– Kriterijumi za planiranje, projektovanje i pouzdanost novih HVDC projekata, uklju~uju}i sposobnost preoptere}enja i tr`i{ne aspekte
– Prakti~na iskustva sa kori{}enjem povratne veze
kroz zemlju i problemi projektovanja i odr`avanja
uzemljiva~ke elektrode
– Novi razvoj; novi HVDC i FACTS projekti
2. Primena energetske elektronike i inovacije u
novim oblastima
– Razvoj novih poluprovodni~kih prekida~a, pogodnih za srednji napon
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
– Distribuirani sistemi
– Kvalitet elektri~ne energije (uticaj energetskih
pretvara~a)
– Distribuirana proizvodnja i primena pretvara~a
(elektrane na vetar, solarne elektrane, mikro i mini hidroelektrane, elektrane na biogas i biomasu)
– Primene u jednosmernim distributivnim mre`ama
za urbane sredine (light HVDC)
3. Sistemi energetske elektronike
– Sistemi za besprekidno napajanje transformatorskih stanica, elektrana i dispe~erskih centara
– Energetski pretvara~i i regulatori za elektroprivredna postrojenja
– Stati~ki kompenzatori
– Koncepcija, realizacija i ispitivanje opreme energetske elektronike, uklju~uju}i upravljanje i za{titu
– Upotreba energetskih pretvara~a na srednjenaponskim nivoima, za besprekidni transfer napajanja i
elektromotorne pogone
– Primena energetske elektronike u smanjenju ekolo{kog uticaja energetskih objekata
GRUPA B5 ZA[TITA I AUTOMATIZACIJA
1. Primena i korist upotrebe informacionih tehnologija (IT) u automatizaciji postrojenja, za{titi i lokalnom upravljanju
– Primena i korist u nadzoru, operativno planiranje,
planiranje odr`avanja, faktori upravljanja
– Kvalitet informacija: sigurnost, ta~nost / validnost, pravovremenost, brzina akvizicije
– Primena i iskustva sa internet / intranet i NJEB
aplikacijama za za{titu i automatiku postrojenja
– Publikovani standardi u oblasti automatizacije, za{tite i nadzora: sada{nja situacija i iskustva, o~ekivanja i granice, perspektive IEC 61850
2. Potrebe za softverskim alatima u oblasti za{tite, upravljanja i razvoja aplikacija, baze podataka, ispitivanje / sertifikacija
– Baza podataka za vi{ekorisni~ki pristup, korisni~ki interfejs, veza sa drugim bazama
– Alati za pode{avanje radnih parametara relejne za{tite i interakcija sa elementima elektroenergetskog sistema
– Alati za pode{avanje radnih parametara vezanih za
rad ispitne opreme
– Korisni~ko uputstvo za odr`avanje upravlja~ko
za{titne opreme u toku eksploatacije
3. Novorazvijeni algoritmi za ure|aje relejne za{tite. Matemati~ki modeli i softveri za proraELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
~un parametara za pode{avanje relejne za{tite
ili efekata u EES bitnih za njihov rad
4. Savremeni ure|aji za za{titu, lokalno upravljanje i merenje. Realizacija savremenih doma}ih
i / ili inostranih re{enja, metode ispitivanja i
ocena kvaliteta, tipska i komadna ispitivanja
5. Analiza rada postoje}ih ure|aja za za{titu, lokalno upravljanje i merenje. Predlozi za pobolj{anje njihovog rada, bazirani na eksploatacionim iskustvima ili analizi va`nijih pogonskih doga|aja u EES. Kriterijumi za zamenu
ili rekonstrukciju
GRUPA C1 EKONOMIJA I RAZVOJ EES
1. Re{enja u planiranju elektroenergetskog
sistema za slu~aj da u budu}nosti bude
relativno niska eksploatacija uglja
– Planiranje sistema
– Nove tehnologije
– Pouzdanost, socijalni i ekonomski uticaji
2. Novi poslovni procesi za podr{ku/unapre|enje
planiranja elektroenergetskog sistema u slu~aju niske eksploatacije uglja u budu}nosti
– Integrisano planiranje prenosnog i distributivnog
sistema
– Multiregionalno i multinacionalno planiranje
– Alternativni standardi pouzdanosti
– Fleksibilniji rad mre`e uzimaju}i u obzir razli~ita
anga`ovanja generatora i vrednosti optere}enja na
razli~itim lokacijama
3. Izazovi/strategije u upravljanju dobrima u
slu~aju niske eksploatacije uglja u budu}nosti
– Budu}a integracija obnovljivih izvora velikog kapaciteta
– Pobolj{anje potrebnih informacija
– Rad sa ravnomernijim optere}enjem, distributivnim mre`ema sa aktivnom generacijom, integracijom novih tehnologija
GRUPA C2 UPRAVLJANJE I
EKSPLOATACIJA EES
1. Uticaj vetroparkova direktno priklju~enih na
prenosni sistem Srbije
2. Uticaj prekograni~nih transakcija na pouzdanost i regulacionu problematiku EES
3. Aktuelni problemi upravljanja i eksploatacije
EES Srbije
145
GRUPA C3 PERFORMANSE SISTEMA
ZA[TITE @IVOTNE SREDINE
GRUPA C5 TR@I[TE ELEKTRI^NE
ENERGIJE I DEREGULACIJA
1. Inovativne studije iz oblasti za{tite `ivotne
sredine za koridore za prenos
elektri~ne energije
– Integracija koncepata odr`ivog razvoja u okviru
radnog veka objekta
– Integrisano upravljanje `ivotnom sredinom koridora (utvr|ivanje uticaja, mere kontrole, monitoring, procena zbirnog uticaja i strategije za ubla`avnje uticaja)
– Anga`ovanje zainteresovanih strana i komunikacija po pitanju upravljanja koridorima
– Procena uticaja na `ivotnu sredinu zajedni~kih koridora (prenosni vodovi i dr.)
1. Otvaranje tr`i{ta elektri~ne energije
– izrada i izmene zakonskih i podzakonskih akata,
specifi~nosti i me|usobno uskla|ivanje usvojenih
re{enja u Srbiji i zemljama regiona, problemi u
implementaciji, odnos otvorenih i regulisanih tr`i{ta, uloga dr`avnih organa, regulatornih tela i
elektroenergetskih subjekata, za{tita socijalno
ugro`enih potro{a~a, tr`i{ni podsticaji u za{titi `ivotne sredine
2. Spolja{nji tro{kovi ekolo{kih i dru{tvenih uticaja proizvodnje i prenosa energije
– Ocena ekolo{kih i dru{tvenih eksternih tro{kova
proizvodnje i prenosa energije
– Iskustva u oceni i integraciji eksternih tro{kova na
projektnu osnovu sektora enegetike
– Iskustva zasnovana na pojedina~nim zemljama
vezana za ocenu eksternih tro{kova i njihovo
uklju~ivanje u ukupne tro{kove sektora energetike
– Iskustva u uvo|enju i razvoju sistema za{tite `ivotne sredine u sektoru energetike
– Analiza tro{kova remedijacije i rekultivacije objekata
3. Razvoj kori{}enja obnovljivih izvora energije
i drugih alternativnih izvora energije
– Strate{ki razvoj prenosa elektri~ne energije u ruralnim podru~jima iz obnovljivih izvora energije
sa aspekta za{tite `ivotne sredine
– Analiza potencijalnih podru~ja za eksploataciju
obnovljivih izvora energije
– Uticaj kori{}enja obnovljivih izvora energije na
nacionalne parkove i ostala za{ti}ena podru~ja
– Aspekti razvoja projekata gasifikacije uglja u cilju
za{tite `ivotne sredine
GRUPA C4 TEHNI^KE PERFORMANSE EES
1. Prenaponi i koordinacija izolacije
2. Elektromagnetska polja i elektromagnetska
kompatibilnost
3. Kvalitet elektri~ne energije (vi{i harmonici,
fluktuacije napona, naponske nesimetrije, regulativa, kvalitet u deregulisanim uslovima rada elektroenergetskog sistema).
146
2. Prakti~na re{enja u daljoj liberalizaciji tr`i{ta
elektri~ne energije i njegovoj integraciji u regionalno tr`i{te elektri~ne energije
– uspostavljanje koncepta balansne odgovornosti,
balansni mehanizam, realizacija prava kvalifikovanih kupaca na izbor snabdeva~a, regulisanje zagu{enja u prenosnom sistemu Srbije i na regionalnom nivou, kompenzacija tranzita u interkonekciji, tr`i{te sistemskih usluga, uspostavljanje berze
elektri~ne energije itd.
3. Tr`i{ni aspekti integracije obnovljivih izvora u
elektroenergetski sistem Srbije
– tehno-ekonomske analize, podsticajne mere, tarife, raspodela dodatnih tro{kova na potro{a~e, pokrivanje tro{kova balansiranja, balansna odgovornost, specifi~nosti priklju~enja i operativnog upravljanja, uticaj na kratkoro~no i dugoro~no planiranje i razvoj sistema
4. Obezbe|ivanja dugoro~ne i kratkoro~ne
sigurnosti snabdevanja
– obezbe|enje sigurnosti elektroenergetskog sistema u tr`i{nom okru`enju, podsticaji za izgradnju
elektroenergetskih objekata, uskla|ivanje planova
razvoja elektroenergetskih delatnosti
GRUPA C6 DISTRIBUTIVNI SISTEMI I
DISTRIBUIRANA PROIZVODNJA
1. Planiranje i funkcionisanje distributivnih mre`a sa distribuiranim (DER) i obnovljivim
(RES) izvorima energije
– Karakteristike distributivnih mre`a koje sadr`e
DER/RES
– Efekti velikog stepena integracije DER/RES na
pouzdanost
– Obezbe|ivanje pomo}nih servisa u slu`bi
DER/RES
– Regulatorne {eme ({eme regulacije) za podr{ku
DER/RES
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
2. DSI
– Karakteristike optere}enja ure|aja
– Prakti~na iskustva vezana za DSI posmatrano kroz
cene
– Uticaj elektri~nih ure|aja priklju~enih na mre`u
(nedostaci i povoljnosti)
3. Novi koncepti i tehnologije za elektrifikaciju
ruralnih i udaljenih podru~ja
– Mikromre`e
– Napredne mre`e – osnovni koncept i obnovljivost
– Razvoj projekata elektrifikacije ruralnih podru~ja
uklju~uju}i finansijske i komercijalne ishode
– Prakti~na iskustva, uklju~uju}i pobolj{anje kvaliteta lokalnih sistema i/ili priklju~enje na mre`u
Legenda:
DER– Dispersed Energy Resources
RES– Renenjable Energy Resources
DSI – Demand Side Integration
GRUPA D1 MATERIJALI I SAVREMENE
TEHNOLOGIJE
1. Metode karakterizacije elektrotehni~kih materijala
2. Stabilnost karakteristika elektrotehni~kih materijala i komponenata u uslovima eksploatacije
3. Karakteristike poluprovodnika, sa aspekta minijaturizacije komponenata
4. Uvo|enje novih tehnologija u elektrotehniku
5. Materijali u naprednim tehnologijama
6. Materijali visokih karakteristika i novi materijali za izuzetne radne uslove
GRUPA D2 INFORMACIONI SISTEMI I
TELEKOMUNIKACIJE
1. Razvoj i iskustva u sistemima daljinskog upravljanja. Zahtevi za performanse, projektovanje sistema daljinskog upravljanja, primeri izgra|enih sistema po~ev od planiranja do procedura prijemnih ispitivanja. Komunikacioni
protokoli i modeliranje servisa i podataka.
Odr`avanje sistema daljinskog upravljanja
(hardver i softver). Karakteristike ure|aja sa
stanovi{ta odr`avanja i organizacije odr`avanja (instrumenti, procedure, statistika, daljinska dijagnostika, upravljanje odr`avanjem i
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
sl.). Obezbe|enje pouzdanosti rada sistema daljinskog upravljanja. Prenos signala daljinske
za{tite
2. Integracija funkcija lokalnog i daljinskog
upravljanja u sistemima za automatizaciju
prenosnih i proizvodnih postrojenja i primena
opreme bazirane na standardu IEC 61850
3. Novi IT aspekti u centrima upravljanja u
okru`enju deregulisane i tr`i{no orjentisane
elektroprivrede
– Razmene real-time i drugih operativnih podataka
u korporativnoj mre`i i sa eksternim partnerima
– Skladi{tenje i poverljivost podataka i transakcija,
back-up koncepti
– NJeb bazirane SCADA komponente, kori{}enje
CIM modela, interoperabilnost EMS aplikacija,
ekspertski sistemi
4. Obezbe|enje sigurnosti informacija u sistemima daljinskog upravljanja (referentni modeli,
sigurnost podataka i komunikacija, standardi i
dr.)
5. Primena opti~kih kablova (OPGNJ, ADSS,
podzemni itd.) u realizaciji TK mre`e prenosa
elektroprivrede
6. Uvo|enje digitalnih sistema prenosa (kablovski sistemi, usmerene radio relejne veze, VF veze po vodovima visokog napona, itd.)
7. Izgradnja funkcionalnih mre`a elektroprivrede baziranih na primeni IP tehnologije (telefonska mre`a, mre`a za prenos poslovnih podataka, mre`a za prenos operativnih podataka
itd.)
8. Nadgledanje i upravljanje telekomunikacionim sistemom
9. Iskustva u integraciji funkcionalnih mre`a
(govor, podaci...)
10. Politika i arhitektura sistema za{tite TK mre`e, opreme i informacija
11. Primena GIS-a za potrebe nadzora i odr`avanja telekomunikacionog sistema
12. Ulazak elektroprivrednih kompanija na deregulisano telekomunikaciono tr`i{te
147
Prikaz monografije
Naponsko–reaktivna stanja
prenosnih mre`a
Autori: dr Dragan P. Popovi} i Milo{ Lj. Stojkovi}
Izdava~: Elektrotehni~ki institut „Nikola Tesla”
Recenzija: dr Jovan Nahman
Jedan od osnovnih zadataka u planiranju rada i
izgradnje slo`enih interkonektovanih elektroenergetskih sistema je obezbe|enje povoljnih naponskih
prilika koje su povezane sa generisanjem reaktivne
snage i njenim tokovima u elektri~noj mre`i. Monografija autora Dragana Popovi}a i Milo{a Stojkovi}a upravo je posve}ena svestranom razmatranju pomenute problematike, kako sa stanovi{ta metoda
analize i sinteze sistema tako i prakti~ne primene.
Razvijaju se originalne metode za upravljanje tokovima reaktivnih snaga, izbor mesta i optimalnih nivoa kompenzacije u ~vori{tima mre`e, izbor radnih
napona izvora i parametara elemenata kojima se
obezbe|uje ekonomi~ni i sigurni rad elektroenergetskog sistema.
Rukopis obuhvata 295 stranica teksta koji je
razdvojen u deset glava. Literatura je data po glavama i sadr`i ukupno 87 bibliografskih jedinica. Zna~ajan broj referenci pripada autorima monografije.
U prvoj glavi daje se generalna matemati~ka formulacija problema optimalnih tokova snaga u slo`enim
elektroenergetskim sistemima uz ukazivanje na vrste i karakter ograni~enja koja optimalna re{enja treba da zadovolje. Navode se mogu}i na~ini formulacije i obrade odgovaraju}ih matemati~kih modela
putem razli~itih iteracionih numeri~kih postupaka.
Druga glava daje pregled metoda i postupaka koje
su razvili autori za re{avanje pojedinih problema u
sklopu generalne kontrole i analize naponsko reaktivnih prilika u slo`enim interkonektivnim elektroenergetskim sistemima i ukazuje na domene i najpovoljniji redosled njihove primene. Predmet izlaganja
u tre}oj glavi je metoda za odre|ivanje tokova reaktivnih snaga, naponskih prilika i potrebnog nivoa
kompenzacije u izabranim ~vori{tima mre`e da bi se
postigli `eljeni faktori snaga na po~ecima karakteristi~nih deonica. Na ovaj se na~in odgovaraju}om
kompenzacijom mogu, izme|u ostalog, posti}i `e148
ljeni faktori snaga generatorskih jedinica, koji, ina~e, u mnogim slu~ajevima u praksi predstavljaju
ozbiljne ograni~avaju}e faktore. Originalnost razvijene metode sastoji se, pored ostalog, u tome {to se
uloga balansnog ~vora raspodeljuje ne na jedan ve}
na proizvoljan broj ~vorova, mre`e {to realnije opisuje stvarno pona{anje sistema. Upravljanje tokovima reaktivnih i aktivnih snaga preko posebnih tehni~kih sredstava, kao {to su transformatori za regulaciju uglova, FACT ure|aji i redna kompenzacija, u
cilju minimizacije gubitaka i odr`anja napona u propisanim granicama, predmet je razmatranja u ~etvrtoj glavi. Razvijen je odgovaraju}i matemati~ki model i predlo`en na~in njegovog re{avanja kod autonomnih i povezanih elektroenergetskih sistema. U
petoj glavi prikazuje se metoda za optimalni izbor
~vori{ta za kompenzaciju reaktivne snage i iznosa
kompenzacije primenom generalizovanog redukovanog gradijenta za jedna~ine sistema. [esta glava
predstavlja metodu za jednostavno aproksimativno
odre|ivanje povoljnih vrednosti napona generatora
u razli~itim re`imima sistema u pogledu tokova reaktivnih snaga i naponskih prilika {to je od izuzetnog zna~aja za eksploataciju sistema u normalnim i
oslabljenim stanjima i mo`e pru`iti dragocenu pomo} dispe~erskim slu`bama koje vode sistem. Sedma glava prikazuje metodologiju za izbor nazivnog
faktora snage generatorskih jedinica i prenosnog odnosa i reaktanse generatorskih transformatora kako
bi se odr`ale povoljne prilike u sistemu u {irokom
opsegu mogu}ih re`ima rada i nivoa optere}enja.
Analizi uticaja kompenzacije reaktivnih snaga na
stati~ku i dinami~ku sigurnost elektroenergetskog
sistema posve}ena je osma glava. Za pomenute analize koriste se modeli i softverski paketi razvijeni ranije od strane istih autora. Iako je materija i u svim
prethodnim glavama ilustrovana brojnim primerima,
deveta glava je u celosti posve}ena prikazu primene
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
razvijenih metoda i postupaka za analizu i izbor potrebnih parametara elektroenergetskog sistema Srbije. Prikazani su i analizirani postignuti rezultati i izvedeni zaklju~ci o potrebnim radnim i strukturnim
parametrima sistema i uslovima rada u normalnim i
havarijskim stanjima. U desetoj glavi daje se sa`eti
pregled osnovnih karakteristika predlo`enih metoda
i ukazuje na domene i zna~aj njihove primene koji
potvr|uju rezultati analiza ura|enih za elektroenergetski sistem Srbije.
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Tekst je napisan jasno, sadr`i veliki broj primera prora~una na realnim sistemima i analiza dobijenih rezultata. On }e dobro poslu`iti in`enjerima koji se bave problematikom rada elektroenergetskih sistema kao i studentima elektrotehnike energetskog
usmerenja za upoznavanje sa savremenim metodama analize i sinteze ovih sistema i dalje unapre|enje
svog stru~nog znanja.
Beograd, 14. 8. 2009. godine
Prof. dr Jovan Nahman
149
Uputstvo
autorima za saradnju
u stru~nom glasilu „Elektroprivreda”
U stru~nom glasilu se objavljuju kategorisani ~lanci:
originalni nau~ni radovi, prethodna saopštenja, pregledni radovi i stru~ni radovi
iz oblasti elektroprivrede, odnosno energetike.
Pismo: }irilica ili latinica. Na po~etku se navode imena autora sa zvanjima i akademskim titulama, 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) sadr`i kratko
izlo`enu osnovnu strukturu i sadr`aj rada, i ne
treba da sadr`i više od 200 re~i. Klju~ne re~i se
tako|e 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 izvo|enja
mogu se dati, po potrebi, kao celine u vidu jednog ili više priloga. Treba obavezno koristiti SI
sistem jedinica i opšte prihva}ene pojmove.
Jedna~ine treba numerisati uz desnu marginu
teksta, u malim (okruglim) zagradama. Pozivanje na jedna~ine u tekstu vrši se pomo}u malih
zagrada, a pozivanje na literaturu pomo}u srednjih (uglastih) zagrada. Zna~enje skra}enice objasniti pri njenom prvom koriš}enju u tekstu.
Strane re~i se prevode na srpski, a original se
piše u zagradi iza prevoda. Napomena u tekstu
treba da bude što 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 prila`e se spisak koriš}ene literature. Za ~lanke, navode se prezimena i po~etna slova imena svih autora, naslov ra150
da, pun 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 autora, naziv referata, pun naziv konferencije, broj referata, mesto i vreme odr`avanja konferencije.
Rad ne treba da prelazi 15 kucanih strana
formata A4 sa marginama od 3 cm. Tabele, slike i fotografije treba obele`iti po redosledu i
uklju~iti u tekst.
Autor mo`e dati predlog kategorizacije rada
u skladu sa Uputstvom za ure|ivanje ~asopisa
(orginalni nau~ni rad, prethodno sopštenje, pregledni ~lanak i stru~ni ~lanak). Autor ne mo`e
istu ili sli~nu verziju rada istovremeno ponuditi
drugim ~asopisima radi objavljivanja.
Autor dostavlja rad u elektronskom obliku na
disketi i na papiru, u tri primerka. 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).
Rad se šalje na adresu:
ZAJEDNICA
JUGOSLOVENSKE
ELEKTROPRIVREDE
Balkanska 13/II, 11000 Beograd
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
Kriterijumi
za kategorizaciju radova
u stru~nom ~asopisu „Elektroprivreda”
ORIGINALNI NAU^NI RAD
U ovu kategoriju svrstavaju se radovi, koji sadr`e originalne rezultate istra`ivanja, interesantne za {iri krug stru~njaka u podru~ju koje je predmet rada. Primena dobijenih rezultata treba da bude prikazana
na realnim primerima iz in`enjerske prakse. Ovi radovi treba da su napisani tako, da je na osnovu izlo`enih sadr`aja 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 sadr`i 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 sadr`e celoviti prikaz stanja i tendencija razvoja pojedinih oblasti nauke i tehnologije. Radovi ove kategorije obavezno sadr`e 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 sadr`aja. 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 sadr`e 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 sadr`e doprinose primeni poznatih metoda i nau~nih rezultata i njihovom prilago|enju potrebama aktuelne prakse.
REDAKCIJA
~asopisa „Elektroprivreda”
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.
151
EPS
ELEKTROPRIVREDA SRBIJE
152
ELEKTROPRIVREDA, br. 3, 2009.