hrvatski

Kratki spojevi u elektroenergetskim mrežama

Kratki spoj predstavlja nepoželjno pogonsko stanje u elektroenergetskoj mreži i može dovesti do preopterećenja elemenata sustava (transformatora, vodova, generatora), mehaničkih deformacija njihovih dijelova kao i do termičkoga oštećenja izolacije. Prijelaz mreže iz normalnoga pogonskog stanja u bolesno stanje odvija se kroz elektromagnetske i elektromehaničke tranzijentne procese koji imaju utjecaja na veličinu i vremenski tijek struje kratkoga spoja. Ovi su procesi ovisni o izvorima u mreži, poziciji mjesta kvara u odnosu na izvore, trenutku nastanka kratkoga spoja u odnosu na prolaz napona kroz nulu, itd. Struje su kratkoga spoja u pravilu znatno veće od struja opterećenja, tako da termička i dinamička naprezanja zbog tih struja mogu uništiti pogonska sredstva i ugroziti ljude. Stoga se u procesu planiranja i projektiranja elektroenergetskih postrojenja, odnosno mreža, mora odrediti, s jedne strane, najmanja struja kratkoga spoja i uzeti u obzir prilikom dimenzioniranja i podešavanja uredaja za zaštitu od prekomjernih struja, a s druge strane, najveća struja kratkoga spoja za dimenzioniranje rasklopne aparature. Samo se na taj način mreže mogu korektno dimenzionirati i zaštititi osiguravajući time njihov pouzdan i ekonomičan pogon. U suprotnome se mora računati s nepovoljnim posljedicama kao što su ugrožavanje sigurne i pouzdane opskrbe električnom energijom ili čak prekid opskrbe, kvarovi elemenata mreže, pojavljivanje mehaničkih i termičkih naprezanja u njima te prenapona. Medunarodna norma IEC 60909-0 (EN 60909-0, VDE 0102) prvi puta izdana 1990. godine (uz kasnije dopune), opisuje smjernice i standardizirani postupak za proračunavanje struja simetričnih i nesimetričnih kratkih spojeva u niskonaponskim mrežama i visokonaponskim mrežama do 525 kV i frekvencije 50 Hz ili 60 Hz, dok mreže s najvišim naponom, od 525 kV i višim, s dugim prijenosnim vodovima, zahtijevaju poseban tretman. Korištene oznake u knjizi u velikoj mjeri odgovaraju oznakama u normi IEC 60909, osim u nekoliko slučajeva kada je u indeksu pojedinih električnih veličina korištena hrvatska skraćenica umjesto engleske, npr. VN pri označavanju napona višenaponske strane transformatora umjesto engleske oznake HV i slično. Namjera autora ove knjige bila je da obuhvate što veći dio tematike kratkih spojeva s posebnim naglaskom na približnoj metodi analize pomoću nadomjesnoga izvora na mjestu kvara prema spomenutoj normi, ali i da prikažu točniju računalnu metodu proračuna posredstvom superpozicije. Pri tome se nastojalo da se na temelju detaljnoga uvida u fizikalnu pozadinu odvijanja prijelaznih procesa kratkih spojeva što više rasvijetli teoretska osnova za izraze i metode proračuna korištene u normi. Izlaganje tematike kratkih spojeva započinje općim pregledom uzroka i posljedica kratkih spojeva, mjerodavnih struja kratkoga spoja te vrsta kratkih spojeva. Drugo poglavlje posvećeno je fizikalnim osnovama kratkih spojeva za dva karakteristična slučaja — za kvarove daleko od generatora i kvarove blizu generatora. Na temelju vremenskoga tijeka uspostavljanja struje kratkoga spoja definira se početna struja s prvom tjemenom vrijednošću nazvanom udarnom strujom kao i ostale karakteristične struje izvedene iz početne — rasklopna struja, trajna struja i struja mjerodavna za zagrijavanje za vrijeme trajanja kvara. U trećem poglavlju obuhvaćena je, s gledišta nesimetričnih dozemnih kvarova veoma važna, problematika tretmana zvjezdišta elektroenergetskih mreža kao i, s time povezana, efikasnost uzemljenja zvjezdišta. Vrlo široku tematiku objedinjuje četvrto poglavlje u kojemu se daju osnovni elementi proračuna kratkoga spoja kao što su prikaz metode simetričnih komponenata s kojom se modeliraju nesimetrični (ali radi jednoobraznosti i simetrični) kvarovi, impedancije kratkoga spoja mrežnih elemenata prikazanih u sustavu simetričnih komponenata te korekcijski faktori impedancija koji su uvedeni s ciljem postizanja što veće točnosti u proračunu kratkoga spoja. Opći opis dviju najčešće korištenih metoda u proračunu kratkoga spoja, metode superpozicije i metode nadomjesnog izvora na mjestu kvara (koja se u standardu IEC 60909-0 primjenjuje) ukratko je dan u poglavlju 5. Šesto poglavlje prikazuje matematičko modeliranje različitih vrsta kratkih spojeva (tropolnih, dvopolnih, dvopolnih s istovremenim spojem sa zemljom i jednopolnih) primjenom metode simetričnih komponenata. Ovi matematički modeli predstavljaju osnovu proračuna prema objema navedenim metodama. Cjelokupno sedmo poglavlje posvećeno je detaljnom opisu metode nadomjesnog izvora na mjestu kvara korištene u normi IEC 60909-0. Uz detaljna objašnjenja fizikalne pozadine dane su propisane formule za računanje početne, udarne, rasklopne, trajne struje kratkog spoja za sve vrste kvarova kao i za istosmjernu komponentu i za doprinos asinkronih motora struji kratkoga spoja. Takoder, dan je osvrt i na neke specijalne uvjete proračuna kratkoga spoja u niskonaponskim mrežama. Proračun kratkoga spoja, prema metodi superpozicije, korištenjem matrične algebre pogodne za računalnu provedbu i u kombinaciji s metodom simetričnih komponenata, opširno je prikazan u osmome poglavlju, posebno za simetrične i nesimetrične kvarove. Deveto poglavlje, za razliku od prethodnih, s pretežno teoretskim i normativnim detaljima, na informativnoj razini i bez težnje za cjelovitošću, pruža pregled najčešće korištenih mjera za smanjenje struje kratkoga spoja u mreži, u postrojenjima i kod pojedinih uredaja. Posljednje, deseto poglavlje sadrži brojčane primjere proračuna kratkoga spoja kojima se žele ilustrirati prikazane metode. Na kraju knjige nalaze se prilozi kojima se pokušava dati dodatno objašnjenje nekih detalja koji bi na pojedinim mjestima previše opteretili izlaganja. Ova knjiga, opisujući detaljno fizikalne osnove kratkih spojeva, smjernice norme IEC 60909-0 (kao i pripadajuće dopunske norme), korištene računske postupke prema metodi nadomjesnoga izvora na mjestu kvara i metodi superpozicije, kao i one matematičke modele koji čine osnovu za te postupke, predstavljat će, nadamo se, korisno pomagalo studentima elektroenergetike i inženjerima u praksi.

kratki spoj, elektroenergetska mreža, proračun

nije evidentirano