zaŠČitni sistemi in sistemi brezprekinitvenega …supply for protection relais is dc voltage...

ICES

VIŠJA STROKOVNA ŠOLA

Diplomsko delo višješolskega strokovnega

študija

Program: Elektroenergetika

Modul: Elektronska učinkovitost in električne instalacije

ZAŠČITNI SISTEMI IN SISTEMI

BREZPREKINITVENEGA NAPAJANJA V

HIDROELEKTRARNI

Mentorja: Jože Kragelj, univ. dipl. inž. el. Kandidat: Leon Samogy

Somentor: Iztok Dover, univ. dipl. inž. el.

Lektoriranje: Jasmina Vajda Vrhunec

Ljubljana, januar 2015

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorjema Jožetu Kraglju iz Višje strokovne šole ICES in Iztoku

Doverju iz Dravskih elektrarn Maribor za ponujeno strokovno pomoč.

Zahvaljujem se Dravskim elektrarnam Maribor, ki so mi omogočile študij.

Zahvaljujem se svoji družini, ki mi je ves čas stala ob strani, ženi Klavdiji ter

hčerama Luciji in Lauri za moralno podporo in strpnost v času študija.

Zahvaljujem se sošolcu Mitji za pomoč in podporo v času študija.

Zahvaljujem se sodelavcem organizacijske enote Srednja Drava, ki so moj študij

spremljali z veliko mero razumevanja.

IZJAVA

»Študent Leon Samogy izjavljam, da sem avtor tega diplomskega dela, ki sem ga

napisal pod mentorstvom Jožeta Kraglja, univ. dipl. inž. el., in somentorja Iztok

Doverja, univ. dipl. inž. el.«

»Skladno s 1. odstavkom 21. člena Zakona o avtorski in sorodnih pravicah

dovoljujem objavo tega diplomskega dela na spletni strani šole.«

Dne, 26. 1. 2015 Podpis:

POVZETEK

V diplomskem delu sem opisal zaščitne sisteme in sisteme brezprekinitvenega

napajanja na hidroelektrarni. Zaščitni sistemi ščitijo elektroenergetske naprave,

generatorje, transformatorje, zbiralke in vode pri okvarah in poškodbah, ki lahko

nastanejo med obratovanjem zaradi notranjih okvar ali zunanjega vpliva. Zaščite

morajo izpolnjevati določene zahteve, kot so hitrost, selektivnost, občutljivost,

zanesljivost in ekonomičnost, ki so v diplomskem delu tudi opisane. Zaščite

generatorjev, transformatorjev, zbiralk in vodov so podrobneje opisane v drugem

poglavju. Glavni vir napajanja za zaščite je enosmerna napetost, ki jo zagotavljamo

z usmerniki in baterijami. V tretjem poglavju so opisani lastna poraba elektrarne in

viri za zagotavljanje lastne porabe. Usmerniki, razsmerniki, baterije in dizelski

agregat skupaj zagotavljajo brezprekinitveno napajanje v elektrarni in so podrobneje

opisani v četrtem poglavju. V zadnjem poglavju je opisan potek zamenjave glavne

omare enosmernega razvoda ter prikazan izračun dimenzioniranja dovodnih kablov

in zaščitnih elementov za napajanje naprav z enosmerno napetostjo.

KLJUČNE BESEDE

zaščita elektroenergetskih naprav

lastna raba elektrarne

usmernik

razsmernik

akumulatorske baterije

dizelski agregat

enosmerna napetost

razsmerjena napetost

ABSTRACT

In my thesis protection systems and UPS (uninterruptable power supply) systems on

hydropowerplant are described. Protection systems protect electroenergetic devices

(generators, transformers, busbars and lines) against faults and damages resulting

in internal or external influencies. Demands fulfilled by protection systems as speed,

selectivity, sensivity, reliability and cost efficiency are also described. Protection of

generators, transformers, busbars and lines are described in chapter two. Power

supply for protection relais is DC voltage provided by rectifiers and batteries. In

chapter three auxiliary electrical supply and auxiliary electrical supply sources are

described. Rectifiers, inverters, batteries and diesel engine as components of UPS

system on hydropowerplant are described in chapter four. Replacement of main DC

voltage board and dimensioning for power supply cables and protection elements is

described in last chapter.

KEYWORDS

protection of electroenergetic devices

auxiliary electrical supply

rectifier

inverter

batteries

diesel engine

DC voltage

AC (inverter) voltage

Vsebina

1 UVOD ................................................................................................................ 1

2 OPIS HIDROELEKTRARNE MARIBORSKI OTOK........................................... 2

2.1 SPLOŠNI OPIS ELEKTROENERGETSKIH NAPRAV NA HIDROELEKTRARNI ............................................................................................... 2

3 ZAŠČITA ELEKTRARNE .................................................................................. 5

3.1 PRIMARNI IN SEKUNDARNI ELEKTROENERGETSKI SISTEM .................. 5

3.2 OSNOVNE ZAHTEVE ZA ZAŠČITO .............................................................. 5

3.3 DODATNE ZAHTEVE ZA ZAŠČITO .............................................................. 6 3.3.1 INTELIGENTNE ELEKTRONSKE NAPRAVE (IED) ................................. 7

3.4 VRSTE RELEJNIH ZAŠČIT V ELEKTRARNI ................................................ 7 3.4.1 ZAŠČITA GENERATORJEV .................................................................... 7 3.4.2 ZAŠČITA TRANSFORMATORJA ........................................................... 11 3.4.3 ZAŠČITA ZBIRALK ................................................................................ 13 3.4.4 ZAŠČITA VODOV .................................................................................. 14

4 VLOGA IN POMEN RAZVODA ENOSMERNE IN RAZSMERJENE NAPETOSTI V ELEKTRARNI................................................................................ 15

4.1 LASTNA PORABA ELEKTRARNE ............................................................. 16

4.2 VIRI LASTNE PORABE ELEKTRARNE ...................................................... 19

4.3 NUJNA LASTNA RABA............................................................................... 22

5 RAZVOD ENOSMERNE IN RAZSMERJENE NAPETOSTI V ELEKTRARNI . 24

5.1 USMERNIŠKI SISTEM ................................................................................. 27

5.2 AKUMULATORSKE BATERIJE .................................................................. 30 5.2.1 Akumulatorske baterije tipa OPzS .......................................................... 30

5.3 ELEKTRIČNI PARAMETRI RAZSMERNIKOV ............................................ 33

5.4 NADZOR RAZVODA ENOSMERNE IN RAZSMERJENE NAPETOSTI ....... 33

5.5 NADZOR DELOVANJA USMERNIKOV ...................................................... 34

5.6 NADZOR DELOVANJA RAZSMERNIKOV .................................................. 34

5.7 NADZOR AKUMULATORSKIH BATERIJ 220 V= ....................................... 35

5.8 NADZOR DELOVANJA ENOSMERNEGA RAZVODA ................................ 35

5.9 NADZOR DELOVANJA RAZSMERJENEGA RAZVODA ............................ 35

6 IZVEDBA IN IZRAČUN GLAVNEGA RAZVODA ENOSMERNE NAPETOSTI V HE MARIBORSKI OTOK ....................................................................................... 35

6.1 ZAMENJAVA OMARE ENOSMERNEGA RAZVODA .................................. 35

6.2 IZRAČUN GLAVNEGA RAZVODA ENOSMERNE NAPETOSTI ................. 37

7 ZAKLJUČEK ................................................................................................... 47

LITERATURA IN VIRI ............................................................................................ 48

KAZALO SLIK

Slika 1: Enopolna shema HE Mariborski otok .......................................................................... 4

Slika 2: Sinhronski generator ................................................................................................... 8

Slika 3: Blokovna in neposredna povezava generatorja z omrežjem ...................................... 9

Slika 4: Časovno stopnjevanje osnovnih in rezervnih zaščit v generatorskem polju ............. 10

Slika 5: Električne okvare transformatorja ............................................................................. 12

Slika 6: Dvosistemske zbiralke in logične povezave .............................................................. 14

Slika 7: Okvare na kratkem oziroma dolgem vodu ................................................................ 15

Slika 8: Shema virov neprekinjenih napetosti 220 V .............................................................. 20

Slika 9: Viri napajanja elektrarne z napetostjo 400 V ............................................................. 20

Slika 10: Dizelski električni agregat ........................................................................................ 22

Slika 11: Blok shema usmernika z dodatnim usmernikom in baterijami ................................ 24

Slika 12: Omara glavnega enosmernega razvoda ................................................................. 26

Slika 13: Bender EDS460 ...................................................................................................... 27

Slika 14: Bender IRDH575 ..................................................................................................... 27

Slika 15: Področja usmernika ................................................................................................. 30

Slika 16: Stacionarne akumulatorske baterije tipa OPzS....................................................... 32

Slika 17: Izklopna karakteristika instalacijskega odklopnika .................................................. 39

Slika 18: Shema porabnikov enosmerne napetosti v elektrarni ............................................. 40

KAZALO TABEL

Tabela 1: Mejne vrednosti delovanja usmernika .................................................................... 34

Tabela 2: Mejne vrednosti padcev napetosti ......................................................................... 44

Tabela 3: Pregled karakterističnih načinov polaganja vodnikov in kablov ............................. 45

Tabela 4: Dopustne trajne obremenitve vodnikov .................................................................. 46

Tabela 5: Korekcijski faktorji pri polaganju več tokokrogov v skupini ali več žilnih kablov .... 46

ICES – Višja strokovna šola Diplomsko delo višješolskega strokovnega študija

Leon Samogy: Zaščitni sistemi in sistemi brezprekinitvenega napajanja v hidroelektrarni Stran 1 od 49

1 UVOD

V diplomskem delu želim opisati zaščitni sistem in sistem brezprekinitvenega

napajanja na hidroelektrarni. Oba sistema sta zelo pomembna za varno obratovanje

elektrarne in sta medsebojno zelo povezana. Elektroenergetski sistem sestavljajo

elementi, kot so generatorji, transformatorji, vodi in zbiralke. Naprave, kot so

odklopniki in merilna oprema, so med sabo fizično povezane, kar pomeni, da okvara

na eni napravi lahko negativno vpliva na sosednjo napravo, ki je v sistemu. Naloga

zaščitnih sistemov je, da izklopijo samo tisti element, ki je v okvari, in to v

najkrajšem možnem času.

Sistem brezprekinitvenega napajanja je sestavljen iz več med sabo povezanih

naprav, ki skupaj zagotavljajo nemoteno obratovanje elektrarne v vseh obratovalnih

stanjih.

Zelo pomemben je nadzor brezprekinitvenega napajanja, ki nas ob pravem času

opozarja na morebitne napake in izredna obratovalna stanja v celotnem sistemu.

Da zagotovimo nemoteno delovanje naprav, so potrebni vzdrževanje, redni pregledi,

testiranja in meritve parametrov naprav brezprekinitvenega napajanja.

V primeru okvare na napravah brezprekinitvenega napajanja v elektrarni nastane

izredno obratovalno stanje, ki ga je treba odpraviti v najkrajšem času.

V diplomskem delu bom opisal zaščitne sisteme in posamezne zaščite v elektrarni,

sisteme brezprekinitvenega napajanja v njej in naprave, ki ga tvorijo. To so

usmerniki, stacionarne baterije, razsmerniki, elektronska sklopka in dizelski agregat.

Opisal bom delovanje naprav in njihov pomen za zanesljivo in varno obratovanje

elektrarne.

Opisal bom tudi postopke preventivnega in kurativnega vzdrževanja naprav, ki

temeljijo na sodobnem informacijskem sistemu.

V nadaljevanju bo podan tudi izračun glavnega razvoda enosmerne napetosti, v

katerem bom dimenzioniral glavni dovod in odvode za potrebe agregata, zaščit in

signalizacije.

Ko obravnavamo sisteme brezprekinitvenega napajanja, jih ocenjujemo predvsem

glede na njihovo razpoložljivost – zmožnost zagotavljanja neprekinjene oskrbe. Pri

opisu se bom osredotočil predvsem na normalna obratovalna stanja zaščitnih

sistemov in sistemov brezprekinitvenega napajanja oziroma stanj, ki so predvidena

z vzdrževalnimi deli.



2 OPIS HIDROELEKTRARNE MARIBORSKI OTOK

2.1 SPLOŠNI OPIS ELEKTROENERGETSKIH NAPRAV NA

HIDROELEKTRARNI

Reka Drava izvira na Toblaškem polju v Italiji. V Slovenijo priteče na Koroškem v

bližini Dravograda, zapusti pa jo pri Ormožu na Štajerskem. Dolžina reke Drave v

Sloveniji je 133 km in ima padec 148 m. Izgradnja verige elektrarn na reki Dravi se

je začela leta 1918 z izgradnjo Hidroelektrarne Fala in končala leta 1978 z izgradnjo

Hidroelektrarne Formin. Gradnja Hidroelektrarne (HE) Mariborski otok je bila

načrtovana že pred prvo svetovno vojno, graditi pa so jo začeli v letu 1942.

Gradbena dela so se zaradi vojne zelo zavlekla, tako da je bilo ob koncu vojne leta

1945 zgrajenih le 30 % elektrarne. Po vojni se je gradnja nadaljevala in prvi agregat

je začel obratovati leta 1948, drugi 1953 in tretji 1960. Z izgradnjo jezu je na Dravi

nastalo akumulacijsko jezero dolžine 15,5 km, ki sega vse do Hidroelektrarne Fala.

Akumulacijsko jezero vsebuje 13,1 milijona m3 vode, od katerih se lahko 2,1 milijona

m3 izkoristi za proizvodnjo električne energije.

Dravske elektrarne Maribor so največji proizvajalec električne energije iz obnovljivih

virov v Sloveniji. Z osmimi hidroelektrarnami (Dravograd, Vuhred, Vuzenica, Ožbalt,

Fala, Mariborski otok, Zlatoličje in Formin), s tremi malimi hidroelektrarnami (na jezih

Melje, Markovci in Ceršak na reki Muri) ter s štirimi sončnimi elektrarnami

proizvedejo 23 % skupne proizvodnje električne energije v Sloveniji, od tega 80 %

električne energije iz obnovljivih virov. Največ električne energije se proizvede v

poletnih mesecih, ko so pretoki reke Drave največji. Velik pomen Dravskih elektrarn

Maribor je zagotavljanje rezervne moči ob izpadih električne energije v

elektroenergetskem sistemu Slovenije.

HE Mariborski otok je pretočna elektrarna stebrnega tipa z dnevno akumulacijo, kjer

so strojnice zgrajene tako, da tvorijo glavni objekt in jez elektrarne. V vsakem od

treh turbinskih stebrov je nameščena vertikalna Kaplanova turbina z generatorjem in

pomožnimi napravami. V obrežni zgradbi je 10-kilovoltno stikališče in prostor za

energetska transformatorja, ki sta priključena na 110-kilovoltna daljnovoda proti

stikališču RTP Pekre.

Vsi trije agregati so med sabo po konstrukciji, moči in drugih značilnostih enaki.

Turbina ima navpično gred, ki je neposredno spojena z rotorjem generatorja.

Tehnični podatki za turbino

Kaplanova turbina proizvajalca Litostroj, tip K4/4,85:



– nazivna moč turbine.....................20,49 MW

– nazivni neto padec.......................12,91 m

– nazivni vrtljaji..................................125 min-1

– največji pretok skozi turbino.........183,3 m3/s

– nazivni padec................................14,2 m

Tehnični podatki za generator

Generator proizvajalca Siemens, tip 1DH7339-3WE24-2:

– nazivna moč...................................26 MVA

– nazivni tok......................................1400 A

– nazivna napetost............................10,5 kV

– nazivna frekvenca..........................50 Hz

– nazivni cos ᵠ...................................0,8

– nazivni vrtljaji..................................125 min-1

Elektrarna ima štiri pretočna polja, ki so široka 18,75 m, z višino zapiranja 14,30 m.

Zapornice so sestavljene iz dveh delov, spodnje in zgornje zapornice. Zgornje

zapornice lahko spustimo za 4,5 m, spodnjo zapornico pa lahko dvignemo za 4,5 m.

Dviganje in spuščanje posameznih zapornic se izvajata s pomočjo dveh vitlov, ki sta

nameščena na obeh straneh zapornic. Vitla poganja elektromotor, ki je lahko

krmiljen ročno ali tudi popolnoma avtomatsko.

Iz enopolne sheme (slika 1) je razvidno, da dvojne 10-kilovoltne zbiralke povezujejo

generatorske izvode v posameznih turbinskih stebrih do desne obrežne zgradbe, v

kateri se nahaja 10-kilovoltno stikališče. Stikališče je povezano z dvema

energetskima transformatorjema, nad njima pa se nahaja 110-kilovoltno stikališče.

V desni obrežni zgradbi sta nameščena dva energetska transformatorja, ki sta

neposredno povezana s 110-kilovoltnim stikališčem, ki se nahaja nad

transformatorskim prostorom. Mrežna transformatorja sta prek stikalnih naprav

povezana s 110-kilovoltnim daljnovodom Pekre – vzhod in Pekre – zahod.

Krmiljenje stikalnih elementov transformatorskih polj na straneh 10 kV in 110 kV je

možno daljinsko iz centra vodenja, iz stikalnice elektrarne in lokalno, to je

neposredno v stikališču 110 kV.

Za napajanje lastne porabe izmenične napetosti sta v elektrarni dva napajalna vira.

V normalnem obratovanju sta pod napetostjo dva transformatorja moči 1000 kVA, ki

sta priključena na 10-kilovoltne zbiralke. V primeru izpada osnovnega napajanja

izmenično napetost zagotavlja dizelski agregat moči 450 kVA, ki napaja nujno lastno

porabo (Obratovalno navodilo, 2008).



Slika 1: Enopolna shema HE Mariborski otok



3 ZAŠČITA ELEKTRARNE

3.1 PRIMARNI IN SEKUNDARNI ELEKTROENERGETSKI SISTEM

Kot je razvidno iz literature (Hrovatin, 2009), je elektroenergetski sistem sestavljen iz

primarnega in sekundarnega sistema. Primarni sistem sestavljajo elektroenergetske

naprave, generatorji, transformatorji, odklopniki, vodi in tudi njihov celoten sklop, kot

na primer transformatorska postaja. Večji elektroenergetski postroji imajo svoje

sekundarne sisteme, ki omogočajo delovanje primarnega sistema, kamor spadajo

zaščitni sistemi, števčne in merilne naprave ter sistemi vodenja. Sekundarni sistem

preprečuje nepravilno delovanje primarnega sistema in deluje kot vmesnik za

vodenje posamezne naprave ali celotnega postroja. Posamezno napravo lahko prek

sekundarnega sistema vodimo na samem objektu ali iz centra vodenja. Sekundarni

sistemi dobivajo podatke meritev trenutnih vrednosti, položajna stanja stikal, števčne

vrednosti, podatke o motnjah in kronološke zapise dogodkov ter omogočajo

krmiljenje, določanje mesta okvare. Obsegajo optimizacijo obratovanja agregatov,

avtomatizacijo zagona, zaustavitve agregatov, nadzor rezervnih moči, avtomatski

preklop napajanja lastne porabe elektrarne in vodenje proizvodnje jalovih moči.

3.2 OSNOVNE ZAHTEVE ZA ZAŠČITO

Iz literature (Grčar, 1999) je razvidno, da so osnovne zahteve, ki jih morajo izpolniti

zaščitne naprave, naslednje:

hitrost delovanja: mesto okvare mora biti čim prej izločeno iz preostalega

omrežja, da je stopnja uničenja opreme čim manjša. Zaščita mora delovati

čim hitreje, običajno se časi trenutnega delovanja gibljejo med 20 ms in 30

ms. S časom delovanja odklopnikov, ki dosegajo čase od 40 ms do 60 ms,

znašajo zakasnitve pri trenutnem delovanju zaščit 0,1 s. Hitrost delovanja je

zelo pomembna v visokonapetostnih omrežjih in v bližini generatorjev. V

srednjenapetostnih omrežjih so dopustni nekoliko daljši časi delovanja

zaščit;

selektivnost: v primeru okvar mora zaščita izločiti le minimalni del sistema,

kjer je prišlo do okvare. Primarni sistem razdelimo na več odsekov, ki jih

pokrivajo različne zaščite. Noben odsek elektroenergetskega sistema ne

sme ostati nezaščiten, odseki ščitenja pa se morajo minimalno prekrivati.

Selektivnost je lahko absolutna ali relativna. Zaščite, ki delujejo le pri

okvarah znotraj svojega odseka, imenujemo absolutno selektivne zaščite.

Njihovo delovanje je trenutno – pri njih obstaja možnost zatajitve, zato

potrebujemo rezervo. Relativno selektivnost delovanja zaščit dosegamo s



časovnimi zakasnitvami, tako da deluje zaščita, ki je najbližje okvari.

Selektivno delovanje zaščit dosežemo z omejenim področjem delovanja, s

časovnim stopnjevanjem, z uporabo zaščit, ki delujejo hitreje pri bližnjih

okvarah in počasneje pri oddaljenih okvarah, z vpeljavo smernega kriterija in

s povezovanjem zaščit na obeh koncih ščitenega dela elementa;

občutljivost: zaščitne naprave morajo imeti sposobnost, da zaznajo

minimalne okvare. Pri tem se ne smejo odzvati pri maksimalnih vrednostih

nadzorovanih količin v motenih stanjih in ob prehodnih pojavih. Prevelika

občutljivost pogosto povzroča nepotrebno delovanje zaščite. Faktorji, ki

omejujejo občutljivost, so pogreški merilnih pretvornikov, motnje v signalnih

in komunikacijskih tokokrogih, nizko razmerje med minimalnim kratkostičnim

in maksimalnim bremenskim tokom v zankastih omrežjih, prehodni pojavi ob

vklopih naprav in pri stikalnih manipulacijah. Zadostno občutljivost dosegamo

z ustreznimi nastavitvami, omejenim področjem delovanja in uporabo zaščit,

ki delujejo na nično in inverzno komponento toka ali napetosti;

zanesljivost: Zanesljivo delovanje zaščite pomeni, da ne delujejo po

nepotrebnem in da ne zatajijo pri okvarah. Zanesljivost delovanja zaščite je

podana kot verjetnost, da bo opravila svojo funkcijo v danih pogojih in danem

časovnem intervalu. Na zanesljivost elektromehanskih in statičnih zaščit

lahko vplivamo z rednim vzdrževanjem. Zanesljivost delovanja zaščit pa

lahko povečamo tudi s sprotnim samonadzorom;

ekonomičnost: stroški, ki nastanejo z nabavo, vgradnjo, preizkušanjem in

vzdrževanjem zaščitnih sistemov, so v absolutnem merilu zelo visoki. Če

stroške za zaščito primerjamo s stroški za primarno opremo, ti stroški ne

presegajo 3 % vrednosti primarne opreme. Zaščitne sisteme načrtujemo

tako, da dosežemo optimalno razmerje investicijskih in obratovalnih stroškov

med primarno in sekundarno opremo.

3.3 DODATNE ZAHTEVE ZA ZAŠČITO

Iz literature (Grčar, 1999) je razvidno, da lahko zraven kriterijev, ki jih morajo

obvezno vsebovati zaščitni sistemi, dodamo še dodatne kriterije, kot so:

– povezljivost: zaščite morajo biti povezljive z obstoječimi napravami primarnega in

sekundarnega dela sistema: zaščitnimi transformatorji, sekundarnimi krmilnimi in

signalizacijskimi tokokrogi, odklopniki, lokalno avtomatiko, sistemom za vodenje in

nadzor. Sodobne mikroprocesorske zaščite morajo delovati vzporedno z obstoječimi

sekundarnimi napravami starejše izvedbe;

– prilagodljivost: prilagodljivost ali fleksibilnost predstavlja zmožnost prilagajanja

delovne karakteristike zaščite različnim obratovalnim pogojem in konfiguracijam

omrežja;



– samonadzor: samonadzor bistveno povečuje razpoložljivost in zanesljivost zaščit.

V polnem obsegu jo lahko izvedemo le pri numeričnih zaščitah, tako da sproti

preverjamo stanje napajalnih in krmilnih tokokrogov, primerjamo aktualne signale z

referenčnimi, nadzorujemo delovanje procesorja in sprožamo postopke za testiranje

strojne opreme. V zaščitnih sistemih, ki so povezani s sistemom za vodenje in

nadzor, lahko funkcijo samonadzora sprožimo tudi daljinsko, kar zniža stroške

vzdrževanja.

3.3.1 INTELIGENTNE ELEKTRONSKE NAPRAVE (IED)

Moderni numerični zaščitni releji so inteligentne elektronske naprave (Intelligent

Electronic Device – IED), ki temeljijo na mikroprocesorski tehnologiji in programski

opremi ter se uporabljajo za izvajanje ene ali več funkcij. IED so vsestranske

naprave, ki imajo poleg zaščitnih funkcij dodane še funkcije vodenja, daljinskega

nadzora, meritev in lokalne avtomatike, ter omogočajo povezavo na sistem za

nadzor, vodenje in zajemanje podatkov – SCADA (Supervisiory Control And Data

Acquisition). Nekateri IED so lahko bolj napredni od drugih, pri nekaterih so lahko

poudarjeni določeni funkcionalni vidiki bolj kot pri drugih, vendar pa so v vseh

izvedene osnovne funkcije zaščite in vodenja.

Sprva so IED na področju zaščitnih funkcij pokrivali le nadtokovno zaščito in

zemljestično zaščito. Danes je pri najnaprednejših IED na voljo veliko število

zaščitnih funkcij. Te so običajno na voljo v ločenih blokih ter se aktivirajo ločeno in

programirajo neodvisno (Utility Products).

3.4 VRSTE RELEJNIH ZAŠČIT V ELEKTRARNI

Kot je razvidno iz gradiva (Prepeluh, Kragelj, & Majcen, 2013), so naloge relejne

zaščite, da preprečijo okvare na električnih napravah, ki nastanejo zaradi

preobremenitev, prekomernega segrevanja, nesimetričnih obremenitev ipd., ter da

že nastalo okvaro čim hitreje in selektivno izklopijo. Naloga relejne zaščite je, da v

primeru okvare na elementu elektroenergetskega sistema ta element izklopi v

najkrajšem možnem času, vsi drugi elementi elektroenergetskega sistema pa

morajo ostati v obratovanju. V normalnem obratovalnem stanju elektroenergetskega

sistema relejna zaščita ne sme delovati.

3.4.1 ZAŠČITA GENERATORJEV

Sinhronski generatorji predstavljajo s tehničnega in ekonomskega vidika

najzahtevnejši element elektroenergetskega sistema. Kljub temu da je okvar

predvsem na velikih enotah malo v primerjavi z drugimi elementi



elektroenergetskega sistema, imajo lahko posledice okvar uničujoč vpliv na sam

generator. V primeru okvare generatorja se močno poslabšajo stabilnostne razmere

v povezanem elektroenergetskem sistemu. Glede na pomembnost generatorja je

potrebno skrbno in natančno načrtovanje, nastavljanje in preizkušanje zaščitne

naprave.

Glede na mesto nastanka lahko okvare, ki nastanejo v generatorjih, razdelimo na

notranje in zunanje. Med notranje okvare uvrščamo:

zemeljske stike statorskega in rotorskega navitja,

kratke stike v generatorskem polju,

medovojne stike,

izpad vzbujanja.

Med zunanje okvare pa uvrščamo kratke stike in zemeljske stike v omrežju,

nesimetrične obremenitve in izpade prenosnih ali proizvodnih kapacitet v

elektroenergetskem sistemu. Del okvar na sinhronskih generatorjih je povezan s

pogonskim agregatom, ki zahteva posebne zaščitne ukrepe. Zahtevnost zaščitnega

sistema je odvisna od izvedbe generatorja in turbine, instalirane moči, načina

priključitve na omrežje in pomena generatorja za elektroenergetski sistem.

Sinhronske generatorje, ki pretvarjajo mehansko energijo v električno, lahko

predstavimo kot elektromehanski sistem z dvema vhodoma:

pogonski navor turbine in vzbujalna napetost,

in enim izhodom:

električna moč.

Slika 2: Sinhronski generator

(Vir: Grčar, 1999, str. 124)

Glede na vrsto turbine, torej hidro ali termo, so rotorji generatorjev izvedeni z večjim

številom izraženih polov ali pa z dvema ali štirimi poli cilindrične oblike. Manjši

generatorji, predvsem v industrijski energetiki, se priključujejo neposredno na



skupne zbiralke, večje generatorje pa priključujemo prek energetskega

transformatorja.

Slika 3: Blokovna in neposredna povezava generatorja z omrežjem

(Vir: Grčar, 1999, str. 124)

Okvare generatorja lahko razdelimo v tri skupine:

okvare statorja: nastanejo na navitju ali statorski pločevini kot posledica

zemeljskih ter medovojnih in kratkih stikov, ki nastanejo zaradi električnih in

termičnih preobremenitev, prenapetosti, vibracij ali slabega stanja izolacije.

Okvare na pločevini nastanejo zaradi električnega obloka, ki nastane ob

zemeljskih stikih. Stopnja poškodbe je odvisna od velikosti zemljestičnega

toka in od njegovega trajanja;

okvare rotorja: nastanejo na vzbujalnem ali dušilnem navitju ali na pločevini

rotorja. Najpogostejši so zemeljski stiki, zelo nevarni pa so kratki stiki v

vzbujalnem navitju, ki lahko zraven uničenja rotorja porušijo mehansko

ravnotežje;

okvare na hladilnem sistemu, ležajih in tipalih: te okvare imajo večinoma

mehanske vzroke ter zahtevajo posebne ukrepe za nadzor in zaščito.

Funkcije zaščitnega sistema generatorjev razdelimo na osnovne in rezervne,

neodvisno od tega, ali je sistem izveden kot integrirana naprava ali kot množica

povezanih relejev z dodeljenimi funkcijami.

Osnovno zaščito, ki je absolutno selektivna, s trenutnim delovanjem sestavljajo:

statorska zemljestična zaščita,

kratkostična zaščita,

medovojna ali rotorska zaščita.



Rezervne zaščite, ki so relativno selektivne in časovno zakasnjene, sestavljajo:

nadtokovna zaščita,

prenapetostna in podnapetostna zaščita,

podfrekvenčna in nadfrekvenčna zaščita,

zaščita pri nesimetriji,

zaščita pri povratni energiji,

zaščita pred izpadom vzbujanja,

zaščita pri preobremenitvah.

V primeru okvar zaščitni sistem deluje s pomočjo izhodne enote na signalizacijo,

razbremenjevanje ali ustavitev generatorja (Grčar, 1999).

Slika 4: Časovno stopnjevanje osnovnih in rezervnih zaščit v generatorskem polju

(Vir: Grčar, 1999, str. 126)

3.4.1.1 NABOR ZAŠČIT GENERATORJEV V HE MARIBORSKI OTOK

V HE Mariborski otok so vgrajene naslednje generatorske zaščite, ki so večinoma

podvojene. Izpad posameznega releja zaradi izpada enosmerne napetosti ne vpliva

na obratovalno stanje, aktivira se le alarmna signalizacija. V primeru izpada še

drugega releja pa se v agregatu izvede avtomatska zaustavitev.

Zaščite za zaščito generatorja, ki so vgrajene v HE Mariborski otok, so:

glavna trifazna nadtokovna zaščita,

rezervna trifazna nadtokovna zaščita,

glavna trifazna kratkostična zaščita,

rezervna trifazna kratkostična zaščita,



trifazna nadtokovna/podnapetostna zaščita,

trifazna prenapetostna zaščita 1. stopnje,

trifazna prenapetostna zaščita 2. stopnje,

glavna 95-odstotna statorska zemljestična zaščita,

rezervna 95-odstotna statorska zemljestična zaščita,

zaščita pred nesimetrijo 1. stopnje,

zaščita pred nesimetrijo 2. stopnje,

trifazna stabilizirana skupna diferenčna zaščita,

trifazna nestabilizirana skupna diferenčna zaščita,

trifazna diferenčna zaščita generatorja,

zaščita pred povratno energijo 1. stopnje,

zaščita pred povratno energijo 2. stopnje,

zaščita pred izpadom vzbujanja 1. stopnje,

nadfrekvenčna zaščita 1. stopnje,

nadfrekvenčna zaščita 2. stopnje,

podfrekvenčna zaščita 1. stopnje,

podfrekvenčna zaščita 2. stopnje,

zaščita pred termično preobtežbo 1. stopnje,

zaščita pred termično preobtežbo 2. stopnja,

neposredna termična zaščita generatorja 1. stopnje,

neposredna termična zaščita generatorja 2. stopnje,

trifazna nadtokovna zaščita vzbujalnega transformatorja,

rotorska zemljestična zaščita 1. stopnje

rotorska zemljestična zaščita 2. stopnja.

3.4.2 ZAŠČITA TRANSFORMATORJA

Energetski transformatorji predstavljajo povezovalni element med proizvajalci in

prenosnim distribucijskim omrežjem. Na izvedbo in nastavitev transformatorskih

zaščit vpliva način ozemljitve transformatorskih zvezdišč, ki so lahko:

neozemljena,

neposredno ozemljena,

nizkoohmsko ozemljena,

kompenzirana.

Okvare na transformatorjih uvrščamo glede na mesto nastanka:

okvare navitij, ki nastanejo kot posledica stika med ovoji navitja ene faze,

medfaznih stikov, stikov med primarnim in sekundarnim navitjem ter stikov z

ozemljenimi deli. Vzroki za nastanek okvar v navitjih so lahko zunanji ali

notranji. Med zunanje uvrščamo prenapetosti, preobremenitve in kratke



stike, ki nastanejo izven transformatorja. Med notranje okvare pa uvrščamo

poškodbe na izolaciji, staranje izolacije, slabo stanje izolacijskega olja in

izpad hlajenja;

okvare izolacijskega olja se odražajo v prekomernem segrevanju, izločanju

plinov pri delnih razelektritvah in pri razpadanju olja pri obloku. Novo

transformatorsko olje ima v primerjavi s starim večjo absorbcijsko

sposobnost, tako da brez velike izgube dielektrične trdnosti absorbira

produkte razpadanja. S staranjem transformatorskega olja se absorbcijska

sposobnost zmanjšuje, kar močno poslabša izolacijsko trdnost olja,

posledica tega pa je večja verjetnost okvar v samih navitjih;

okvare na pomožnih napravah so okvare na pločevini, kotlu, dovodih,

izolatorjih, hladilnem sistemu in regulacijskih sklopkah. Te okvare imajo

večinoma mehanske vzroke. Obravnavamo jih skupaj z osnovnimi zaščitami

transformatorja.

Zaščite na večjih energetskih transformatorjih delimo na (Grčar, 1999):

primarno ali absolutno selektivno zaščito: sem uvrščamo diferenčno,

zemljestično in neelektrično Buchholz zaščito,

sekundarno ali relativno selektivno zaščito: sem uvrščamo časovno

zakasnjeno nadtokovno zaščito, termično in podimpedančno zaščito.

Slika 5: Električne okvare transformatorja

(Vir: Grčar, 1999, str. 167)

3.4.2.1 NABOR ZAŠČIT TRANSFORMATORJA V HE MARIBORSKI OTOK

Zaščite za zaščito transformatorja, ki so vgrajene v HE Mariborski otok, so:

zemljestična zaščita 1. stopnje na 110-kilovoltni strani transformatorja,

zemljestična zaščita 2. stopnje na 110-kilovoltni strani transformatorja,



usmerjena zemljestična zaščita 1. stopnje na 10-kilovoltni strani

transformatorja,

trifazna nadtokovna zaščita na 10-kilovoltni strani,

trifazna kratkostična zaščita na 10-kilovoltni strani,

trifazna stabilizirana diferenčna zaščita,

trifazna nestabilizirana diferenčna zaščita,

trifazna nadtokovna zaščita na 110-kilovoltni strani,

trifazna kratkostična zaščita na 110-kilovoltni strani.

3.4.3 ZAŠČITA ZBIRALK

V obratovanju elektroenergetskega sistema zbiralke predstavljajo najpomembnejši

element pri razdeljevanju električne energije. Kljub majhni dolžini v primerjavi z vodi

in kabli pogostost okvar na zbiralkah, ločilnikih, odklopnikih in merilnih

transformatorjih ni zanemarljiva. Zaradi vse višjih kratkostičnih moči v

visokonapetostnih omrežjih je treba zaradi stabilnega obratovanja izvesti zanesljivo

zaščito zbiralk. Posebnost te zaščite je v tem, da se mora sproti in samodejno

prilagajati trenutnemu stikalnemu stanju v stikališču. V uporabi je več vrst relejev, ki

temeljijo na diferenčnem ali faznoprimerjalnem principu (Grčar, 1999).

Iz literature (Prepeluh, Kragelj, & Majcen, 2013) lahko razberemo, da so kriteriji, na

osnovi katerih se odločimo za zaščito zbiralk:

verjetnost kratkega stika na zbiralkah: več kot je sistemov zbiralk, več je

dovodnih in odvodnih polj, večja je možnost okvare,

možnost selektivnega odklopa dela zbiralk, ki je v okvari: pri več sistemskih

zbiralnicah je možno s pomočjo zaščite izklopiti le del, ki je v okvari,

stabilnost sistema: zaradi kratkih izklopnih časov stabilnost sistema ni

ogrožena,

materialna škoda: škoda, ki je posledica kratkega stika, je bistveno manjša

pri izklopnih časih 60 ms kot pa pri časih 600 ms, ki bi bili, če bi izklopili

zaščitni rele, v sosednjem stikališču.



Slika 6: Dvosistemske zbiralke in logične povezave

(Vir: Grčar, 1999, str. 193)

3.4.4 ZAŠČITA VODOV

Zahteve zaščitnih sistemov nadzemnih vodov in kablov se razlikujejo glede na

napetostni nivo, topologijo omrežja, način ozemljitve nevtralne točke in funkcijo

omrežja. Po napetosti se omrežja delijo na nizkonapetostna do 1 kV in

visokonapetostna omrežja, ki jih še dodatno delimo na srednjenapetostna od 1 kV

do 35 kV in visokonapetostna od 110 kV navzgor. Po funkciji omrežja delimo na

distribucijska, prenosna in interkonekcijska. Glede topologije pa na preprosta

oziroma radialna omrežja (to so omrežja, ki so napajana iz ene ali dveh strani),

krožna omrežja in zankasta omrežja.

Nadzemni vodi in kabli povezujejo med sabo druge elemente elektroenergetskega

sistema, zato morajo biti zaščite usklajene z drugimi zaščitami tako, da so v vseh

obratovalnih stanjih usklajene z drugimi zaščitami. V vseh obratovalnih stanjih

morajo biti zagotovljene zahteve po hitrosti delovanja, zanesljivosti in selektivnosti.

Vzroke za nastanek okvar na vodih in kablih lahko razdelimo na:

notranje: sem uvrščamo pojav prenapetosti zaradi stikalnih manipulacij in

preobremenitve,

zunanje: sem uvrščamo atmosferske vplive, onesnaženje izolatorjev,

napačne stikalne manipulacije in okvare na stikalni opremi.

Nastavljanje zaščit nam otežujejo različne dolžine vodov. Pri zelo kratkih vodih velja,

da je impedanca voda mnogo manjša od impedance izvora. V takšnem primeru

bomo zelo težko razlikovali med kratkim stikom na začetku oziroma na koncu voda.

Z uporabo enostavnih nadtokovnih ali podimpedančnih relejev bomo zelo težko

zagotovili potrebno selektivnost. Pri zelo dolgih vodih je impedanca voda mnogo

večja od impedance izvora. Kratkostični tok na koncu voda se v tem primeru

približuje vrednosti bremenskega toka, kar prav tako otežuje ustrezno nastavitev.

Zaradi takšnih primerov je treba v prenosnih omrežjih povezovati zaščite na obeh

koncih vodov (Grčar, 1999).



Slika 7: Okvare na kratkem oziroma dolgem vodu

(Vir: Grčar, 1999, str. 196)

3.4.4.1 NABOR ZAŠČIT 110-KILOVOLTNIH DALJNOVODOV V HE MARIBORSKI

OTOK

Zaščite za zaščito daljnovoda, ki so vgrajene v HE Mariborski otok:

distančna zaščita,

usmerjena zemljestična zaščita,

nadtokovna zaščita,

diferenčna zaščita daljnovoda.

4 VLOGA IN POMEN RAZVODA ENOSMERNE IN

RAZSMERJENE NAPETOSTI V ELEKTRARNI

Vloga razvoda enosmerne napetosti v elektroenergetskih objektih je predvsem v

zagotavljanju enosmerne napetosti za delovanje zaščit in odklopnikov, napajanje

razsmernikov in zasilno razsvetljavo.

Iz literature (Grčar, 1999) je razvidno, da se lahko kljub skrbnemu projektiranju,

montaži in vzdrževanju primarne opreme, ki je stalno izpostavljena električnim,

mehanskim in termičnim obremenitvam, na njej znatno povečajo nazivne vrednosti.

Zaradi vzrokov, ki so lahko zunanji in notranji, lahko v vsakem trenutku pride do

okvare na elementih elektroenergetskega sistema. Večina okvar povzroči kratke

stike, ki imajo za posledico poškodbe na primarni opremi, izgubo stabilnosti sistema,

motnje v dobavi z električno energijo. Zaščitne naprave imajo nalogo, da na osnovi

sprotnega nadzora karakteristik naprav izolirajo in izločijo del sistema, ki je v okvari,

ter da omejijo posledice okvar na najmanjšo možno mero, pri čemer morajo sprožiti

delovanje avtomatike, ki poskrbi za prehod iz motenega v normalno stanje.



Razvoj sekundarnih sistemov je v zadnjih desetletjih še posebno intenziven. Na

razvoj novih generacij zaščit je zelo vplival razvoj elektronike, mikroelektronike,

računalništva in informatike. Prve generacije zaščit so bile elektromehanske

izvedbe, od koder jim tudi ime relejne zaščite. Relejne zaščite so bile sprva

vključene v primarne tokokroge, kasneje pa v sekundarne. V šestdesetih letih

prejšnjega stoletja so se pojavili prvi statični releji, ki so jih kmalu zamenjala

integrirana analogna in digitalna vezja. Nove statične zaščite so občutljivejše, imajo

izboljšano selektivnost in razpoložljivost. Statične zaščite so bile že deloma

povezane v informacijski sistem za vodenje in nadzor. V osemdesetih letih so se

pojavili prvi numerični releji, ki so danes standardni del ponudbe večjih svetovnih

proizvajalcev sekundarne opreme. Takšne zaščite so se pojavile tam, kjer je bila

potrebna velika hitrost delovanja. Razlogov za hitro uveljavitev numeričnih zaščit je

bilo več: večja prilagodljivost zahtevam naročnika, poenotenje strojne opreme,

možnost povezovanja zaščit v informacijski sistem za vodenje in nadzor, povečanje

razpoložljivosti zaradi samonadzora, enostavnejše vzdrževanje in servisiranje.

Zaščitni sistemi so zasnovani tako, da ščitijo posamezne elemente sistema, kot so

generatorji, transformatorji in vodi, ali skupine elementov, kot sta generator v blok

stiku s transformatorjem in transformatorska postaja ali del elektroenergetskega

sistema. Na izbor zaščite vpliva več kriterijev: zanesljivost, vzdrževanje,

pomembnost elementa ali objekta, obstoječa primarna in sekundarna oprema.

4.1 LASTNA PORABA ELEKTRARNE

V skladu z literaturo (Smole, 2001) mora lastna poraba v elektroenergetskem

objektu zagotavljati zanesljivo, neprekinjeno in stabilno napajanje vseh priključenih

porabnikov na izmenični, enosmerni in razsmerjeni napetosti. Primerna stopnja

zanesljivosti lastne porabe je bistven pogoj za zanesljivo delovanje naprav na

objektu.

Sisteme lastne porabe delimo na:

sisteme lastne porabe izmenične napetosti: sestavljajo jih napajalni viri

splošnega in nujnega napajanja. Vire splošnega napajanja predstavljajo

transformacije iz različnih distribucijskih virov napetosti, v elektrarnah iz

generatorskih zbiralk in odcepov. Osnovna zahteva za splošne vire je poleg

zanesljivosti še njihova neodvisnost;

sisteme lastne porabe enosmerne napetosti: služijo zanesljivemu napajanju

naprav z enosmerno napetostjo, običajno ene ali različnih napetosti, odvisno

od objekta in naprav, ki jih napajajo. V večini primerov gre za sisteme,

sestavljene iz enega ali dveh usmernikov, ene ali dveh baterij in glavnega



razdelilca. Možnosti povezav med usmerniki in baterijami so lahko različne,

odvisno, katere elemente želimo nadomestiti. Sistem mora zagotoviti

napajanje tudi v primeru izpada katerega izmed elementov;

sisteme lastne porabe razsmerjene napetosti: služijo za neprekinjeno

napajanje porabnikov z običajno enofazno izmenično napetostjo. Običajno

jih sestavljajo napajani razsmerniki iz enosmernega sistema z avtomatskim

obhodnim stikalom in glavni razdelilec.

V skladu z literaturo (Taljan, Dover, Klasinc, & Al-Ayoub, 2009) je za predvidljivo,

zanesljivo in trajno obratovanje elektrarne izrednega pomena dobro napajanje

njenih vitalnih naprav in sistemov, še zlasti če elektrarna obratuje brez stalne

obratovalne posadke, kar je na Dravskih elektrarnah Maribor večletna praksa.

Izvorni vir napajanja elektrarne je izmenična trifazna napetost 0,4 kV, ki zagotavlja

pogonsko moč motornim pogonom, pogonom zapornic, drenažam in hidravličnim

črpalkam, usmernikom, razsmernikom, razsvetljavi in pogonom za čiščenje

turbinskih vtokov. V elektrarni je dopustno le kratkotrajno stanje brez prisotne

pogonske napetosti – do 10 minut. Daljši izpad, do 20 minut, pomeni motnjo za

obratovanje agregatov, izpad nad 30 minut pa pomeni nevarnost ne samo za vitalne

sklope, kot so agregati in zapornice, temveč tudi za celotno elektrarno. Pri izpadu

pogonske napetosti za več kot 30 minut pride do zaustavitve vseh agregatov, ob še

daljšem izpadu pa obstaja nevarnost vdora vode v spodnje ležaje turbin, ogrožanja

generatorjev ob naraščanju zgornje vode na jezu ali vdora vode v prostore strojnice,

saj je onemogočeno krmiljenje zapornic pretočnih polj. Zato ima vsaka elektrarna

več virov pogonske napetosti 0,4 kV, ki so karseda raznoliki, vsi pa morajo biti stalni

in zanesljivi. Vsi porabniki izmenične napetosti 0,4 kV so fizično razdeljeni na dve

skupini: za nujno lastno porabo in za splošno lastno porabo. V normalnih razmerah,

ko je vir za splošno lastno porabo zagotovljen, so brez težav napajani vsi porabniki

splošne in nujne lastne porabe, v nasprotnem primeru, torej ko ni vira za splošno

lastno porabo, pa dizelski agregat zagotavlja napajanje le nujne lastne porabe.

Raznovrstnost virov lastne porabe

Več kot imamo raznovrstnih virov zagotavljanja lastne porabe, manjša je možnost

trajnega izpada pogonske napetosti v elektrarni. Poznamo dvojne vire za

zagotavljanje napetosti za lastno rabo:

notranji viri: znotraj elektrarne so to srednjenapetostni odcepi generatorjev, ki

so prek odcepnih transformatorjev priključeni na splošno lastno rabo, odcepi

generatorjev pa so notranji vir le, ko niso povezani z visokonapetostnim

omrežjem. Drugi notranji vir je dizelski agregat, ki je priključen na nujno

lastno porabo;



zunanji viri: zunaj elektrarne so to odcepi srednjenapetostnih stikališč

elektrarn, napetostnega nivoja 6 kV in 10 kV, če so ti povezani z

visokonapetostnim omrežjem ali distribucijskimi dovodi.

Raznovrstnost virov splošne lastne porabe se v praksi izvaja na tri načine:

z odcepi srednjenapetostnega stikališča elektrarne: konfiguracija je

uporabljena v elektrarnah, v katerih generatorji obratujejo paralelno na

skupne SN-zbiralnice, na VN-omrežje pa jih povezuje eden ali več

transformatorjev. Napetost na zbiralnicah je stalna in zanesljiva, saj so

napajane iz obratujočih generatorjev ali iz VN-omrežja;

z odcepi generatorjev pred sinhronizacijskim odklopnikom Q0: takšna

izvedba je uporabljena tam, kjer se agregati sinhronizirajo na

visokonapetostno stran transformatorja. Srednjenapetostni odcepi so pred

sinhronizacijskim odklopnikom. Uporabljen je en odcepni transformator, ki

mu preklopna avtomatika zagotavlja vir enega od odcepov obratujočega

agregata. Napetost na tem odcepu je nestalna in odvisna od obratovalnega

stanja agregatov, za kar se pogosto uporabita dodatna vira iz distribucije 20

kV;

z odcepi generatorjev za sinhronizacijskim odklopnikom Q0: takšna izvedba

je uporabljena tam, kjer se agregati sinhronizirajo na srednjenapetostni strani

transformatorja. Odcepi so izvedeni na SN-strani generatorjev za

sinhronizacijskim odklopnikom. Število odcepnih transformatorjev je

poljubno, vendar največ toliko, kolikor je generatorjev. Napetost na teh

odcepih je stalna in zelo zanesljiva, saj so napajani iz obratujočih

generatorjev in VN-omrežja.

Lastnosti določenih izvedb neposredno vplivajo na uporabnike teh virov, posredno

pa tudi na sekundarno opremo, ki zagotavlja ustreznost preklopov in delovanje

zaščit. Treba je opredeliti kriterije vrednotenja virov s stališča uporabe elektrarne v

vseh obratovalnih stanjih. V normalnih razmerah je potrebna kvalitativna sodba o

napetosti, frekvenci, stalnosti in racionalnosti vira. V izrednih razmerah pa sta

pomembni zanesljivost in robustnost vira.

Kakovost vira

Opredeljujejo jo lastnosti, ki morajo biti v okviru dopustnih toleranc (npr. stalnost,

vrednost, oblika napetosti in frekvenca). Po tem kriteriju velja razvrstitev konfiguracij:

odcepi srednjenapetostnega stikališča elektrarne, odcepi generatorjev, distribucija in

dizelski agregat.

Zanesljivost in robustnost vira

Ta lastnost je pomembna v izrednih razmerah, ko je število virov omejeno in varnost

naprav ogrožena. Po tem kriteriju velja naslednja razvrstitev konfiguracij v smeri



proti najslabšemu: dizelski agregat (običajno edini vir), odcepi generatorjev, SN-

povezava z VN-stikališčem in distribucija.

Stalnost vira

Stalnost vira je pomembna za nemoteno obratovanje v vsakdanjih razmerah.

Nestalen vir je lahko vzrok nepredvidenih okvar v napajanju elektrarne. Pogostost

preklopov povečuje verjetnost okvare preklopnih elementov in s tem možnost

trajnega izpada vira napajanja elektrarne.

Racionalnost vira

Povprečna poraba elektrarne je odvisna od števila, moči in pogostosti uporabe

večjih porabnikov, od obratovalnega stanja agregatov (zagoni/zaustavitve –

obratovanje) in od letnega časa (ogrevanje/hlajenje). Po tem kriteriju velja

razvrstitev: odcepi generatorjev ali odcepi srednje napetosti iz stikališča in dizelski

agregat.

4.2 VIRI LASTNE PORABE ELEKTRARNE

Iz referata (Taljan, Dover, & Kirbiš, 2007) je razvidno, da je pogoj za varno

delovanje daljinsko vodene elektrarne zagotavljanje neprekinjene 220 V izmenične

in 220 V enosmerne napetosti ter pogonske izmenične napetosti 400 V. Vsi vitalni

deli procesnih sistemov, kot so krmilniki, primarne zaščite, optični obroč, regulatorji,

komunikacijske povezave s centrom vodenja, so povečini dvojno in neprekinjeno

napajani iz dveh virov enosmerne in izmenične napetosti. Nekateri viri pogonske

napetosti niso neprekinjeni, biti pa mora zagotovljena z največjo možno

zanesljivostjo, saj napaja pogone zapornic pretočnih polj, črpalke drenaže,

regulacijske črpalke ipd.

Napajanje z enosmerno napetostjo

V elektrarnah enosmerno napetost 220 V zagotavlja usmernik, ki je napajan z

izmenično napetostjo iz nujne lastne porabe elektrarne. Na usmernik je priklopljena

stacionarna akumulatorska baterija, ki v primeru izpada napajalnega vira zagotavlja

neprekinjeno napajanje z enosmerno napetostjo.

Napajanje z razsmerjeno napetostjo

Razsmerjena napetost služi za neprekinjeno napajanje pomembnih enofaznih

porabnikov izmenične napetosti. V primeru okvare razsmernika ali izpada

napajalnega vira izmenične napetosti se izvaja brezprekinitveni preklop na nujno

lastno porabo, iz katere se zagotovi izmenična napetost.



Slika 8: Shema virov neprekinjenih napetosti 220 V

(Vir: Referat CIGRE, 2007, ŠK – B5/9)

Zagotavljanje pogonske napetosti

V elektrarnah se pogonska napetost zagotavlja iz več neodvisnih virov, lastnih

ali zunanjih. Lastne vire zagotovimo neposredno iz odcepov obratujočih

agregatov ali prek srednjenapetostnih odcepov zbiralnic, na katerih obratujejo

agregati, v skrajni sili pa iz dizelskega agregata. Zunanji viri so odcepi iz

srednjenapetostnih stikališč elektrarne ali neposredni srednjenapetostni

distribucijski vodi. Pomembno je, da je v vsakem trenutku zagotovljen vsaj en vir

napetosti 400 V.

Slika 9: Viri napajanja elektrarne z napetostjo 400 V

(Vir: Referat CIGRE, 2007, ŠK – B5/9)



Lastni viri pogonske napetosti

Lastni viri pogonske napetosti so izvedeni iz odcepov obratujočih agregatov ali iz

srednjenapetostnega stikališča, na katerega so agregati vezani. Vire iz odcepov

agregatov preklaplja preklopna avtomatika na en transformator. Ta vir je odvisen od

obratovalnega stanja agregatov, ni pa odvisen od razmer zunaj elektrarne. Preklopi

med lastnimi in zunanjimi viri se izvajajo vsakodnevno, na primer, ko agregati

mirujejo. V primeru, da ni razpoložljiv niti en srednjenapetostni vir, lasten ali zunanji,

preklopna avtomatika zagotovi napajanje nujnih porabnikov prek dizelskega

agregata.

Zunanji viri pogonske napetosti

Zunanji viri pogonske napetosti izvirajo iz odcepov srednjenapetostnih stikališč ali

srednjenapetostnih distribucijskih virov. Koordinacijo virov zagotavlja preklopna

avtomatika, ki po potrebi zažene dizelski agregat.

Preklopna avtomatika odcepov agregatov

Večinoma zadostuje ena sama preklopna avtomatika, ponekod pa je za

zagotavljanje vira potrebna tudi dodatna avtomatika. Delovanje preklopne

avtomatike izvaja namenski krmilnik z ustrezno programsko opremo. Njeni nalogi

sta nadzor napetosti na generatorskih odcepih in krmiljenje ločilnih odklopnikov

odcepnega polja na odcepni transformator lastne rabe. V primeru zaustavitve

agregata, ki napaja odcep lastne rabe, bo avtomatika izvedla preklop na odcep

obratujočega agregata.

Preklopna avtomatika virov

Nalogi preklopne avtomatike virov sta nadziranje napetosti posameznih virov 400 V

AC in preklop na najustreznejšega. Preklopna avtomatika nadzira:

prisotnost napetosti in krmili odklopnik dovoda posameznega transformatorja

lastne porabe,

prisotnost napetosti na zbiralkah splošne in nujne lastne rabe ter krmili

odklopnik vzdolžne ločitve med nujno in splošno lastno porabo,

napetost na dizelskem agregatu in skrbi za njegov zagon in zaustavitev.

Ob izpadu vseh zunanjih virov napetosti bo prišlo do samodejne ločitve med nujno

in lastno porabo ter do zagona dizelskega agregata, ki zagotavlja napetost le nujnim

porabnikom.



Iz referata (Taljan, Dover, Klasinc, & Al-Ayoub, 2009) sklepamo, da preklopne

avtomatike morajo izvajati preklope s čim manj preklopi in s kratko breznapetostno

pavzo. To dosežemo:

z ustreznim delovanjem preklopne avtomatike;

s časovno koordinacijo preklopov, ki je nujna za hitro in selektivno

preklapljanje brez nepotrebnega vmesnega preklapljanja iz enega vira na

drugega in nazaj. To pomeni, da v času preklopov na generatorskih odcepih

ni preklopov na splošni lastni porabi vsaj 5 s, šele po tem času pa se izvede

preklop v splošni lastni porabi;

– s selektivno nastavitvijo primarnih zaščit na odcepnih transformatorjih,

dovodih in odvodih se preprečujejo nevarna obratovalna stanja v elektrarni,

ki nastanejo zaradi okvar na glavnih sekcijah za zagotavljanje lastne porabe;

z ustrezno selektivno nastavitvijo prenapetostnih in podnapetostnih relejev,

ki so nameščeni pred preklopnimi stikali odcepov, dovodov in dizelskim

agregatom ter na glavnih sekcijah splošne in nujne lastne porabe.

4.3 NUJNA LASTNA RABA

V skladu z literaturo (Smole, 2001) dizelski agregat v elektroenergetskih objektih v

večini primerov predstavlja vir izmeničnega napajanja v primeru izpada napajanja iz

splošnih virov. Zaradi večje zanesljivosti napajanja dizelski agregati ne omogočajo

sinhronizacije z zunanjim omrežjem, zato je nujno potrebna ločitev nujne lastne

porabe od splošne porabe. Z ločitvijo dosežemo omejitev bremena, da pri zagonu ne

pride do preobremenitve dizelskega agregata. Za zagon in obratovanje dizelskega

agregata skrbi avtomatika, ki se nahaja v omari, običajno v bližini dizelskega

agregata.

Slika 10: Dizelski električni agregat

(Vir: Lasten, 2014)



Kriterij za določitev velikosti dizelskega električnega agregata

Kot je zapisano v literaturi (Obratovalno navodilo, 1999), dizelski agregat napaja:

tehnološko lastno porabo vseh treh agregatov, napajanje turbinskih stebrov,

razdelilce zapornic pretočnih polj, kompresorje, usmernika, razsmernika, 10-

kilovoltne celice, podrazdelilca 110-kilovoltnega daljnovodnega polja.

Pri izbiri dizelskega električnega agregata moramo vedeti, kakšne so zahteve v

elektrarni, katere potrošnike bi kot nujno lastno rabo napajal dizelski agregat.

Zahteve, ki so upoštevane pri izbiri dizelskega agregata v HE Mariborski otok:

brez zunanjega vira naj bo dizelski električni agregat sposoben izvesti zagon

enega agregata;

dizelski agregat naj bi sočasno omogočil pogon dveh zapornic;

v obratovanju naj se agregati ne zaustavijo samodejno ob izpadu splošne

lastne porabe, ob zagonu dizelskega agregata se izvede redukcija potrošnje.

Zaustavitev agregata lahko povzroči le neizpolnjen pogoj, na primer nizek

tlak regulacijskega olja;

dizelski agregat mora biti sposoben napajati nujno lastno porabo elektrarne v

primeru izpada agregata in zunanjih virov napajanja.

Dimenzioniranje dizelskega agregata je vezano na trajno obtežbo, posebej kritični

pa so zagoni motorjev pri še neobremenjenem dizelskem agregatu. Glede na

karakteristike električnih motorjev in sposobnost dizelskega agregata znaša

dopusten padec napetosti pri zagonu do 20 %, in sicer pod pogojem, da je

sposoben prevzeti najmanj 1,5-kratno nazivno breme.

Brez posebnih ukrepov, kot sta odmet bremena in zakasnitev vklopa, bi morali imeti

ob danih potrošnikih dizelske agregate izredno velikih moči. Pri zagonu dizelskega

agregata se izvede blokada nekaterih potrošnikov in tako ostanejo priključeni le tisti,

ki so potrebni za zagon ali zaustavitev agregatov. Istočasno se izvede zakasnjen

vklop (2 min) razdelilcev jezovnih naprav. S tem dosežemo, da dobijo razdelilci

tehnološke lastne porabe agregata zadostno napetost, ki je potrebna za njihov

zagon.



5 RAZVOD ENOSMERNE IN RAZSMERJENE

NAPETOSTI V ELEKTRARNI

Na enopolni shemi (slika 11) je prikazan razvod enosmerne napetosti 220 V v HE

Mariborski otok, ki ga sestavljajo naslednje naprave in razvodi: dva usmernika

proizvajalca Sitel, akumulatorske baterije tipa OPzS s sto členi in desetimi dodatnimi

členi, glavna omara enosmerne napetosti z dvema sistemoma, ki jih lahko

povežemo z bremenskim stikalom, razvodi v agregatih ter razvod za zaščito

elektroenergetskih naprav in signalizacijo.

Slika 11: Blok shema usmernika z dodatnim usmernikom in baterijami

(Vir: Obratovalno navodilo: Enosmerni razvod HEMO)

V omari glavnega enosmernega razvoda sta dva enakovredna sistema, ki ju lahko

povežemo z bremenskim stikalom, ki je na vratih omare. Na vsak sistem so

priključeni po ena usmerniška naprava s pripadajočo baterijo in osemnajst odcepov

z avtomatskimi varovalkami s pripadajočimi diodami. Oba sistema sta v celoti

izolirana od zemlje in sta opremljena: z relejem za kontrolo izolacije, ki je prikazan

na sliki 13, podnapetostnim relejem, ki nam javlja prenizko napetost na

enosmernem razvodu, A-metrom za meritev tokov na dovodu, V-metrom za meritev

napetosti in pomožnimi releji za javljanje izpada napetosti na posameznih odvodih

glavnega razvoda.

Podrazvodi za napajanje agregatov z enosmerno napetostjo in podrazvodi za

skupne naprave elektrarne za napajanje 110-kilovoltnih polj, razsvetljavo in zasilno

razsvetljavo so dvostransko napajani iz obeh sistemov glavnega razvoda, ki sta v

normalnem obratovanju ločena.



Podrazvodi so opremljeni z dvopolnimi zaščitnimi avtomati in so nadzorovani za

izpad napajanja s podnapetostnim relejem.

Vsak posamezni usmernik s pripadajočo baterijo napaja svoj glavni razvod.

Bremena in podrazvodi so istočasno napajani iz obeh glavnih razvodov. Osnovni

izvor napetosti je usmernik, v primeru okvare usmernika pa napajanje prevzameta

bateriji.

Glavna akumulatorska baterija, ki vsebuje sto celic, je vezana na izhod glavnega

usmernika, ki napaja porabnike in polni oziroma vzdržuje akumulatorsko baterijo.

Akumulatorska baterija je vedno napolnjena in ob izpadu omrežne napetosti

brezprekinitveno napaja porabnike.

Dodatna akumulatorska baterija vsebuje deset celic in je povezana z izhodom

dodatnega usmernika, ki polni in vzdržuje dodatno baterijo.

V primeru izpada omrežne napetosti se porabniki napajajo iz glavne akumulatorske

baterije, ko se zniža napetost na porabnikih za 10 % nazivne napetosti, pa se prek

kontaktorja v tokokrog vklopi dodatna baterija. Po vrnitvi omrežne napetosti glavni

usmernik napaja enosmerne porabnike in polni glavno baterijo, dodatne baterije se

izklopijo in se polnijo prek dodatnega usmernika.



Slika 12: Omara glavnega enosmernega razvoda

(Vir: Lasten, 2014)

Vgrajena je oprema Bender z naslednjimi komponentami:

IRDH575: kontrolnik izolacije, ki generira testne tokovne impulze in

izračunava izolacijsko upornost; na osnovi prednastavljenih mej za

(ne)ustrezne vrednosti izolacijskih upornosti generira alarme;

EDS460 s pripadajočimi merilnimi tokovnimi transformatorji: računske enote,

ki locirajo odcep z zmanjšano izolacijsko upornostjo (število enot je odvisno

od števila odcepov – do dvanajst odcepov na enoto).

Izolirani (IT) sistemi se uporabljajo tam, kjer je zahtevan višji nivo varnosti in

zanesljivosti delovanja. Če v kateri točki pride do stika z zemljo, sistem še vedno

deluje, biti pa moramo na to opozorjeni, ker bi še en stik v drugi točki povzročil

izpad. Kontrolo izolacije opravlja kontrolnik izolacije.



Slika 13: Bender EDS460

(Vir: www.directindustry.com)

Slika 14: Bender IRDH575

(Vir: Lasten)

5.1 USMERNIŠKI SISTEM

Iz navodil (Sitel, 2002) je razvidno, da je usmernik namenjen za polnjenje klasičnih

svinčenih akumulatorskih baterij, ki so sestavljene iz glavne in nadomestnih baterij,

ter za vzdrževanje baterij v napolnjenem stanju in istočasno napajanje porabnikov v

sistemih brezprekinitvenega napajanja. Usmernik se lahko uporablja samostojno ali

z dodatnim usmernikom, ki skupaj tvorita pasivno rezervo. Usmernik skupaj z

baterijo in razsmernikom tvori sistem brezprekinitvenega napajanja.

Usmernik RU380T220100SB je zgrajen v dvanajstimpulzni tehniki usmerjanja

izmenične napetosti. Izhodna karakteristika je IU-karakteristika, ki je regulirana in

http://www.directindustry.com/



stabilizirana na tokovnem in napetostnem nivoju polnjenja akumulatorske baterije.

Avtomatski preklop izhodne karakteristike deluje na principu merjenja toka v

akumulatorski bateriji. Merilnike toka vgrajujemo v plus ali minus priključek

akumulatorske baterije, nameščen pa je lahko v samem usmerniku ali zunaj njega.

Usmernik RU380T220100SB je vgrajen v kovinskem ohišju. Na sprednji strani

usmernika so vhodne in izhodne priključne sponke, sponke za medsebojno

povezavo ter sponke za signalizacijo usmernika – to imenujemo vhodno-izhodni

panel. Na vhodno-izhodnem panelu so nameščeni močnostne varovalke, mrežni

kontaktor in merilnik toka za akumulatorsko baterijo. Na vratih omare so vgrajeni

merilni instrumenti, stikalo za vklop/ izklop, stikalo za preklop V-metra in signalne

svetilke delovanja, vsi drugi upravljalni elementi so nameščeni na stikalnem panelu

in so dostopni le pri odprtih vratih na omari. Na stikalnih panelih so nameščeni tudi

varovalni elementi za zaščito pomožnih tokokrogov in naprava za zvočni signal. Na

krmilnem panelu je nameščena glavna krmilna enota, na kateri lahko s pomočjo

svetlečih diod spremljamo stanje usmernika. Druga krmilna vezja so enostavno

dostopna in so zakrita s krmilnim panelom.

Sistem se uporablja za napajanje porabnikov, ki dovoljujejo napetostna odstopanja

±10 % od nazivne enosmerne napetosti.

Glavna akumulatorska baterija, ki vsebuje sto celic, se veže na izhod glavnega

usmernika, vzporedno pa se veže tudi porabniški izhod. Napetost na porabnikih je

enaka napetosti glavne baterije oziroma izhodni napetosti glavnega usmernika.

Glavni usmernik napaja porabnike enosmerne napetosti in polni oziroma vzdržuje

glavno akumulatorsko baterijo, ki je v normalnem obratovanju popolnoma

napolnjena in mora ob izpadu napajalne napetosti brezprekinitveno napajati

porabnike.

Nadomestne baterije, ki vsebujejo deset celic, se vežejo na izhod dodatnega

usmernika, ki polni oziroma vzdržuje nadomestno baterijo.

V primeru izklopa ali izpada omrežne napetosti se porabniki napajajo iz glavne

akumulatorske baterije, ko pa se ta do določene meje izprazni, se v tokokrog vklopi

tudi dodatna baterija. Po vrnitvi omrežne napetosti glavni usmernik napaja

enosmerne porabnike in polni glavno baterijo, dodatne baterije pa se izklopijo in

nato polnijo prek dodatnega usmernika.

Regulacija izhodne napetosti in toka na usmerniku je izvedena s kaskadnim

regulatorjem, ki ga sestavljajo zunanja napetostna zanka in notranji tokovni zanki.

Napetostna zanka vzdržuje in polni akumulatorske baterije, tokovna pa skrbi za

omejitev izhodnega toka in polnilnega toka akumulatorske baterije. Hitrejši podrejeni

regulacijski zanki zagotavljata stabilizacijo toka, nadrejena počasnejša zanka pa

stabilizacijo izhodne napetosti in mehki zagon usmernika pri spremembah omrežne



napetosti in obremenitve. Velikosti vhodne napetosti in toka se nastavljata s

potenciometri na krmilnem vezju. Regulator omogoča avtomatski preklop izhodne

karakteristike na polnilni ali vzdrževalni nivo.

Vhod in izhod usmernika sta zaščitena s taljivimi varovalkami velikosti 125 A, pri

čemer imata izhodni varovalki vgrajen kontakt za daljinsko signalizacijo v primeru

izklopa varovalke. Varovalka iz obratovanja trajno izklopi usmernik, tudi v primeru

prevelikega odstopanja omrežne napetosti, na primer za Un – 15 % Un ali Un + 10 %

Un, in izpada ene ali več faz.

Na sliki 15 je prikazan princip delovanja usmerniškega sistema ob izpadu omrežne

napetosti:

področje I: glavni usmernik napaja porabnike prek diode D1 in skupaj z

dodatnim usmernikom vzdržuje akumulatorsko baterijo s stabilno

napetostjo;

področje II: ob izpadu omrežne napetosti napajanje porabnikov prevzame

akumulatorska baterija prek diode D2;

področje III: ko se na porabnikih zniža napetost na Un – 10 % Un, to pritegne

kontaktor K in porabnike nato napaja celotna akumulatorska baterija.

Najnižja napetost akumulatorske baterije je odvisna od vrste baterije;

področje IV: ob vrnitvi omrežne napetosti glavni usmernik priklopi časovni

rele na napetostni nivo polnjenja. Oba usmernika, glavni in dodatni,

napajata porabnike in polnita akumulatorsko baterijo;

področje V: ko doseže izhodna enosmerna napetost Un + 10 %, se izklopi

kontaktor K. Porabnike napaja le glavni usmernik prek diode D1 in skupaj z

dodatnim usmernikom polni akumulatorsko baterijo. Tok porabnikov in

akumulatorske baterije omejuje I-karakteristika glavnega usmernika;

področje VI: ko doseže izhodna enosmerna napetost velikost 2,4 V/celici,

omejuje napetost akumulatorske baterije U-karakteristika glavnega

usmernika;

področje VII: ko poteče nastavljen polnilni čas, napaja porabnike glavni

usmernik prek diode D1 in z dodatnim usmernikom vzdržuje akumulatorsko

baterijo s stabilizirano napetostjo.



Slika 15: Področja usmernika

(Vir: Obratovalno navodilo: Enosmerni razvod HEMO)

5.2 AKUMULATORSKE BATERIJE

Iz literature (Lenardič, 2012) razberemo, da akumulatorske baterije služijo kot

shranjevalniki energije, ki jo porabimo takrat, ko nam izpadejo drugi viri napajanja.

Najpogosteje so uporabljene svinčene akumulatorske baterije. Izdelane so kot

baterije s tekočim ali pa s trdnim elektrolitom1. Svinčene baterije so v osnovi enako

zgrajene kot avtomobilske akumulatorske baterije, le da so svinčene plošče

debelejše, vsebujejo pa tudi dodatke, kot sta selen in antimon. To baterijam

omogoča dolgotrajno ciklično delovanje in boljše praznjenje. Baterije s trdnim

elektrolitom so različnih izvedb. Najpogostejši izvedbi baterij sta AGM2 in baterije z

želatinastim elektrolitom – gelom3.

Druge vrste akumulatorskih baterij so litij-ionske baterije, nikelj-kadmijeve baterije,

nikelj-železove baterije, srebro-cinkove baterije in natrij-žveplove baterije. V praksi

se poleg svinčenih največ uporabljajo še litij-ionske baterije, druge pa se uporabljajo

le za posebne namene, kot je uporaba v satelitih in laboratorijih.

Akumulatorske baterije, ki jih je mogoče ponovno polniti, imenujemo sekundarne

baterije, baterije, ki ponovnega polnjenja ne omogočajo, pa primarne baterije. Glavni

nalogi akumulatorskih baterij sta shranjevanje energije in zmožnost pogostega

praznjenje.

5.2.1 Akumulatorske baterije tipa OPzS

1 Tekoči elektrolit v svinčenih akumulatorskih baterijah je razredčena (30 %) žveplova kislina H2SO4.

2 AGM je mikroprozoren material, ki služi kot shramba za elektrolit, hkrati pa ločuje pozitivno in

negativno elektrodo. 3 Gel je mešanica žveplove kisline in mikrosilike (SiO2 je v obliki finega prahu).



V HE Mariborski otok se uporabljajo, kot je opisano v literaturi (Obratovalno

navodilo, 2006), akumulatorske baterije tipa OPzS, ki jih imenujemo tudi stacionarne

baterije in so namenjene napajanju nujne lastne rabe z enosmerno napetostjo pri

izpadih omrežne napetosti v elektrarnah.

Za pravilno delovanje akumulatorskih baterij jih je treba redno kontrolirati in

vzdrževati. Kontrole in preglede je treba izvajati v določenem časovnem obdobju –

izvaja se mesečna, trimesečna in letna kontrola. Pri vseh kontrolah je treba voditi

evidenco in merilne protokole, ki jih je treba arhivirati.

Mesečni pregled je pregled, pri katerem je treba izmeriti napetost celotne

baterije, na 10 % vseh baterij pa je treba izmeriti napetost in specifično

gostoto elektrolita celic, ki mora biti v predpisanih mejah, kot jih določa

proizvajalec.

Pri pregledu je treba preveriti še:

ventilacijo baterijskega prostora, ki mora delovati neprekinjeno,

meritev temperature baterijskega prostora, ki mora biti 20 °C ± 5 °C,

kontrola tesnosti posod in lovilcev – možen izliv elektrolita,

kontrola nivoja elektrolita v celicah,

čiščenje, pri čemer uporaba detergentov ni dovoljena.

Trimesečni pregled je pregled, pri katerem je treba izvesti meritev napetosti

in specifične gostote elektrolita na vseh akumulatorskih baterijah. Dodatno je

treba izvesti še:

pregled medceličnih povezav in po potrebi pritegniti posamezne

spoje,

pregled spojev – zaščititi spoje z antikorozivno pasto,

po potrebi dolivanje elektrolita.

Letni pregled: pri letni kontroli se kontrolira dejanska kapaciteta

akumulatorske baterije s preizkusom. Pred začetkom izvedbe preizkusa

kapacitete baterije mora biti ta priključena na usmerniško napravo in

predhodno ne sme biti praznjenja dvainsedemdeset ur. Pri testu baterije

moramo upoštevati temperaturo okolice in praznilni tok. Proizvajalci podajajo

kapaciteto pri 25 °C in praznjenju z deseturnim tokom (Obratovalno navodilo,

2006).



Slika 16: Stacionarne akumulatorske baterije tipa OPzS

(Vir: Lasten)

RAZSMERNIŠKI SISTEM

Iz literature (Lenardič, 2012) razberemo, da je naloga razsmernikov preoblikovati

vhodne enosmerne veličine (napetost, tok) v izmenične izhodne veličine. Zaradi

stikalnega načina delovanja mora razsmernik ustrezati strogim merilom, določenim

po veljavnih standardih, ter zagotavljati kakovosten izhodni signal in ustrezno

frekvenco. Dobri razsmerniki v širokem območju vhodnih napetosti delujejo v načinu

MPP4, ki omogoča dobro in učinkovito delovanje razsmernika ter s tem največjo

pretvorjeno moč v obsegu vhodne napetosti. Glede na način delovanja delimo

razsmernike na razsmernike z linijsko komutacijo in na razsmernike z lastno

komutacijo.

Linijsko komutirani razsmerniki so se uporabljali v velikih sistemih, danes pa so jih

nadomestili razsmerniki z lastno komutacijo. Osnovni stikalni element linijsko

komutiranega razsmernika je tiristor, ki za izklop potrebuje ustrezen zunanji impulz.

Takšen usmernik pri izpadu omrežja ne deluje. Izhodni signal je pravokoten impulz,

ki ga je treba filtrirati z nizkopasovnim sitom na izhodu. Pri boljših razsmernikih je

generiranje krmilnih signalov izvedeno s pomočjo mikroprocesorjev, ki imajo

ustrezne zakasnitve vžigov tiristorjev.

Razsmerniki z lastno komutacijo za svoje delovanje ne potrebujejo omrežnega

impulza – sem spada večina sodobnih razsmernikov. Njihova prednost je višja

stikalna frekvenca, slabost pa velika izguba moči pri visokih frekvencah.

Visokofrekvenčno preklapljanje lahko v veliki meri reducira višje harmonske

komponente v izhodnem signalu, kar zniža ceno naprave, slaba stran pa je večja

4 MPP (Maximum Pover Point) je način delovanja razsmernika, pri katerem je izkoristek moči največji,

ne glede na spremenljive vhodne napetosti.



izguba moči. Nekateri razsmerniki imajo kot stikalne elemente že vgrajene

tranzistorje iz silicijevega karbida, raziskuje pa se tudi galijev nitrid.

Izguba moči pri razsmernikih z lastno komutacijo je zanemarljivo majhna. Visoke

frekvence preklapljanja povzročajo pri teh razsmernikih visokofrekvenčne motnje.

Odpravljanje motenj oziroma njihovo zmanjševanje je ena od glavnih težav razvoja.

Razsmerniki z lastno komutacijo za razliko od komutiranih lahko delujejo tudi

neodvisno od omrežja. Pri preklopu na omrežje morata biti frekvenci izhodnega

signala razsmernika in omrežja sinhronizirani na frekvenco 50 Hz.

5.3 ELEKTRIČNI PARAMETRI RAZSMERNIKOV

Razsmerniški sistem služi za neprekinjeno napajanje naprav v elektrarni z

izmenično napetostjo 230 V in 50 Hz. Sestavljata ga dva modularna razsmernika z

močjo 7,5 kVA proizvajalca SITEL, ki se napajata istočasno iz enosmernega

sistema 220 V DC. Oba razsmernika sta opremljena z elektronsko sklopko za

brezprekinitveni preklop porabnikov na nujno lastno rabo elektrarne. Razsmerniški

sistem v elektrarni napaja predvsem računalnike in nekatere pretvornike.

(Obratovalno navodilo, 1999)

V obratovalnih navodilih (SITEL, 1999) je zapisano, da neprekinjeno izmenično

napajanje zagotavlja razsmeriški sistem, ki je izdelan v modulni tehniki. Osnovni

element sistema je razsmerniški modul MSI 220–2,5 kVA z nazivno močjo 2,5 kVA

in je visokofrekvenčni pretvornik za spreminjanje enosmerne v izmenično napetost

frekvence 50 Hz. Moč razsmerniškega sistema se povečuje z vzporedno gradnjo

modulov. V omari je poleg razsmerniških modulov vgrajeno by-pass stikalo, ki

omogoča brezprekinitvene preklope med mrežnim napajanjem in napajanjem

porabnikov z razsmerjeno napetostjo. By-pass stikalo ima funkcijo ročnega

delovanja, kar omogoča neprekinjeno napajanje med servisnimi posegi na sistemu.

5.4 NADZOR RAZVODA ENOSMERNE IN RAZSMERJENE

NAPETOSTI

Nadzorni sistem v HE Mariborski otok sestavlja interni 12 V napajalnik z dodatnima

baterijama za zagotavljanje napetosti v primeru izpada omrežja. Nadzorna enota

Ncon z vmesniki je povezana z modemom, ki je povezan z ethernet omrežjem.

Vsaka enota, ki jo želimo nadzirati, ima vgrajen vmesnik, ki je z nadzornim

sistemom povezan z RS485-komunikacijo. Posamezni vmesnik ima nalogo

zajemanja potrebnih merilnih veličin in posameznih stanj nadzorovanih naprav v



vseh obratovalnih stanjih. V primeru okvare vmesnika dobimo javljeno napako

vmesnika v nadzorni sistem enosmernega in razsmerjenega razvoda Dravskih

elektrarn Maribor.

Nadzorni sistem nadzoruje delovanje tiristorskih usmernikov in razsmernikov.

Nadzoruje tudi stanja v omari enosmernega in razsmerjenega razvoda.

Nadzorna enota Ncon skrbi za celotno delovanje nadzornega sistema za polnjenje

dveh 12 V baterij, ki zagotavljata nemoteno delovanje nadzornega sistema. Ncon

meri in nadzira vhodno napajalno napetost 230 V ter meri temperaturo v omari.

Osnovna namena nadzorne enote Ncon sta komuniciranje z vmesniki, ki so vgrajeni

v napravah, in obdelava podatkov, ki jih nato prek modema pošlje v lokalno omrežje,

kjer lahko spremljamo delovanje celotnega nadzornega sistema in stanje

posameznih naprav (Sitel, 2011).

5.5 NADZOR DELOVANJA USMERNIKOV

Vmesnik, ki je vgrajen v usmernik, nam omogoča nadzor nad vhodnimi in izhodnimi

veličinami usmernika. Z njim merimo velikost mrežne napetosti ter napetost

glavnega in pomožnega usmernika po posamezni fazi. V primeru previsoke ali

prenizke vhodne napetosti dobimo alarmno stanje. V tabeli 1 so prikazane velikosti

napetosti, ki so pogoj za alarmno stanje. Z vmesnikom merimo tudi izhodne tokove

glavnega in pomožnega usmernika, alarmno stanje pa se pojavi, ko se preseže

maksimalen nivo toka, in v primeru okvare, ko tok ne teče. Zaradi možnega

pregrevanja posameznih delov usmernika merimo temperaturo na posameznih delih

usmernika in temperaturo okolice, ki mora biti skupna za vse naprave v tem

prostoru. Alarmno stanje se vzpostavi, ko je presežena najvišja ali najnižja

temperatura (Sitel, 2011).

NAPETOST

POSAMEZNE

FAZE

L1, L2, L3 [V]

NIZKA

NAPETOST

[V]

VISOKA

NAPETOST

[V]

IZPAD

POSAMEZNE

FAZE [V]

0–260 pri 195 pri 254 pri 120

Tabela 1: Mejne vrednosti delovanja usmernika

(Vir: Sitel, 2011, str. 21)

5.6 NADZOR DELOVANJA RAZSMERNIKOV

Vmesnik, ki je vgrajen v omari razsmernika, nam omogoča meritev vhodnih in

izhodnih veličin razsmerniškega sistema. Pri vhodnih meritvah ugotavljamo velikost



vhodne enosmerne napetosti iz prvega in drugega dovoda ter velikost izmenične

napetosti in toka na vhod by-pasa. Na izhodu pa merimo izhodno napetost, tok

razsmernikov in skupni izhod iz razsmerniške omare, ki je vezan na glavni razvod

razsmerjene napetosti. Za kontrolo temperature imamo v omari vgrajene

temperaturne senzorje (Sitel, 2011).

5.7 NADZOR AKUMULATORSKIH BATERIJ 220 V=

Vmesnik za nadzor baterij 220 V= je vgrajen v baterijski omarici ter nam omogoča

nadzor nad baterijami in izklopom varovalk v baterijski omarici. Meritev baterije je

razdeljena na štiri dele po petindvajset celic, dodatne baterije pa na dva dela po pet

celic. Poleg šestih meritev napetosti na posamezni bateriji merimo tudi skupni tok

baterije. Pri visoki ali nizki napetosti nam vmesnik javlja napako. V baterijskem

prostoru imamo vgrajen temperaturni senzor za nadzor temperature v prostoru.

(Sitel, 2011)

5.8 NADZOR DELOVANJA ENOSMERNEGA RAZVODA

Vmesnik za nadzor je vgrajen v omari enosmernega razvoda ter nam omogoča

merjenje napetosti in toka na obeh vhodih. Javljanje napake poteka ob nizki in visoki

napetosti. V sami omari spremljamo tudi temperaturo (Sitel, 2011).

5.9 NADZOR DELOVANJA RAZSMERJENEGA RAZVODA

Vmesnik za nadzor je vgrajen v omari glavnega razsmerjenega razvoda ter nam

omogoča tako nadzor posameznega vhoda mrežne in razsmerjene napetosti kot

tudi izhoda proti porabnikom, merimo pa tudi skupni tok porabnikov, ki so priključeni

na omaro razsmerjenega razvoda. V sami omari merimo tudi temperaturo (Sitel,

2011).

6 IZVEDBA IN IZRAČUN GLAVNEGA RAZVODA

ENOSMERNE NAPETOSTI V HE MARIBORSKI OTOK

6.1 ZAMENJAVA OMARE ENOSMERNEGA RAZVODA

Glavni razvod enosmerne napetosti je napajan iz usmerniškega sistema, ki je

priključen na nujno oziroma splošno lastno porabo, in iz akumulatorskih baterij. Iz

glavnega razvoda so napajani podrazvodi, ki napajajo porabnike enosmerne

napetosti. Omara glavnega enosmernega razvoda je v prostoru lastne porabe



elektrarne, kjer je tudi usmerniški sistem, medtem ko so akumulatorske baterije v

kletnih prostorih elektrarne.

Pri zamenjavi se je stara omara enosmernega razvoda popolnoma odstranila in se

nadomestila z novo. Z novimi so bili zamenjani vsi zaščitni elementi, stikala ter

kazalniki napetosti in toka. Kabelske povezave do podrazvodov in porabnikov so

ostale nespremenjene.

Pred začetkom del je treba zagotoviti breznapetostno stanje v omari glavnega

enosmernega razvoda. Z izklopom napajanja povzročimo nedelovanje vseh zaščit in

odklopnikov ter izpad signalizacij elektrarne.

Da se izognemo morebitnim okvaram, izklopimo vse agregate in transformatorje v

elektrarni ter nujno lastno rabo zagotavljamo z dizelskim agregatom. Ta deluje kot

vir energije za morebitno evakuacijo vode čez pretočna polja. Vse izklope izvede

obratovalna skupina po navodilih koordinatorja del in po naslednjem vrstnem redu:

zaustavitev vseh treh agregatov,

izklop obeh transformatorjev lastne porabe, kar ima za posledico zagon

dizelskega agregata in tako napajanje nujne lastne porabe z njim,

izklop obeh energetskih transformatorjev,

zagotovitev varne zaustavitve oprema procesnega vodenja,

zagotovitev varne zaustavitve vseh zaščitnih relejev,

zagotovitev varne zaustavitve vse procesne opreme vzbujalnih sistemov,

krmilnikov pomožnih sistemov in vodostajev,

zagotovitev varne zaustavitve telekomunikacijskih naprav,

izklop obeh razsmernikov,

izklop stikal za povezavo z usmerniškim sistemom in akumulatorskima

baterijama,

izvlek varovalk za povezavo z akumulatorskima baterijama,

izklop obeh usmernikov,

izklop stikal za napajanje usmernikov iz splošne in nujne lastne porabe,

preveritev breznapetostnega stanja na vseh porabnikih enosmerne

napetosti.

Po opravljenih stikalnih manipulacijah in zagotovitvi breznapetostnega stanja se

lahko začnejo dela za zamenjavo omare. Najprej se iz omare odklopijo vsi dovodni

in odvodni kabli, ki se morajo sproti označevati, da ne pride do zamenjave pri

njihovem priklopu. Ko so vsi kabli odstranjeni, se odstrani stara omara in se na isto

mesto namesti nova omara. Pri prevezavi odvodnih in dovodnih kablov sta potrebna

sprotno preverjanje pravilnosti polaritete in označevanje kablov. Po končani



prevezavi se začne potek vklopa nove omare za glavni enosmerni razvod, in sicer

po naslednjem vrstnem redu:

vklop stikal za napajanje usmerniškega sistema iz splošne in nujne lastne

rabe,

vstavitev varovalk za povezavo z akumulatorsko baterijo 1,

vklop usmernika 1,

vklop stikala v omari enosmernega razvoda za povezavo usmernik 1 –

akumulatorska baterija 1,

vstavitev varovalk za povezavo z akumulatorsko baterijo 2,

vklop usmernika 2,

vklop stikala v omari enosmernega razvoda za povezavo usmernik 2 –

akumulatorska baterija 2,

posamezni vklop odvodov z instalacijskimi odklopniki vzporedno iz sistemov

1 in 2; ob vsakem vklopu se preveri napetost na porabniku,

zagon opreme procesnega vodenja,

zagon zaščitnih relejev,

zagon vse procesne opreme vzbujalnih sistemov, krmilnikov pomožnih

sistemov in vodostajev,

zagon telekomunikacijskih naprav,

preverjanje signalizacije na SCADI.

Po preverjanju delovanja vseh naprav porabnikov enosmerne napetosti se lahko v

elektrarni vzpostavi normalno obratovalno stanje.

V času zamenjave je v elektrarni prisotna obratovalna skupina, ki skrbi za nadzor

nivoja vode in vdorov vode v spodnje vodilne ležaje agregatov ter spremlja

delovanje dizelskega agregata.

Z zamenjavo omare za enosmerni razvod elektrarne se izboljša zanesljivost

neprekinjenega zagotavljanja enosmerne napetosti, kar neposredno vpliva na

nemoteno delovanje celotne elektrarne. Z novimi so tako zamenjani vsi instalacijski

odklopniki in vsa bremenska stikala, kar še dodatno pripomore k varnejšemu

rokovanju z enosmerno napetostjo v primeru okvar in pri stikalnih manipulacijah v

času polnjenja in praznjenja akumulatorskih baterij. Dodatno so vgrajeni tudi

kontrolniki izolacije, s čim se doseže višji nivo varnosti in zanesljivosti delovanja.

6.2 IZRAČUN GLAVNEGA RAZVODA ENOSMERNE NAPETOSTI

Za izračun zaščitnih naprav, ki ščitijo porabnike in električne vodnike oziroma kable,

morajo biti upoštevani veljavni tehnični predpisi in SIST-standardi za električne

instalacije in opremo.



Pri dimenzioniranju dovodnih kablov za potrebe enosmerne napetosti na

hidroelektrarni so upoštevani naslednji pravilniki in tehnične smernice:

Pravilnik o projektni dokumentaciji (Uradni list Republike Slovenije, št.

55/2008),

Pravilnik o zahtevah za nizkonapetostne električne instalacije v zgradbah

(Uradni list Republike Slovenije, št. 41/2009),

Tehnična smernica TSG-N-002:2009 Nizkonapetostne električne instalacije.

Za izvedbo kontrole zaščite pred preobremenitvijo morata biti upoštevana dva

pogoja:

– 1. pogoj: Ib ≤ In ≤ Iz,

– 2. pogoj: I2 ≤ 1,45 x Iz oziroma In ≤ 1,45 x Iz / k.

Faktor k je za instalacijske odklopnike 1,45, za taljive varovalke 6–10A 1,9, za taljive

varovalke 16 A in več pa 1,6.

Faktor istočasnosti:

je razmerje med konično močjo razdelilnika in priključno močjo posameznih

porabnikov ali vsoto koničnih moči pripadajočih podrazdelilnikov,

dobimo ga z analizo obremenitev porabe ali pa pridobimo podatke za

posamezne vrste porabnikov iz priročnikov. Večje kot je število porabnikov,

nižji je faktor istočasnosti.

fi = 𝑃𝑘

𝛴𝑃𝑖 =

𝑃𝑘

𝛴𝑃𝑘𝑖

fi – faktor istočasnosti

Pk – konična moč odjemalca (W)

Pi – instalirana priključna moč porabnikov (W)

Pki – konična moč pod razdelilnika

Kot je opisano v literaturi (Stravs), je vsaka zaščitna naprava izdelana za določeno

nazivno moč in določen nazivni tok. Kratkostični tokovi lahko zaradi povečane

termične preobremenitve trajno poškodujejo zaščitno napravo. V zadnjem času se

pri instalacijah v zgradbah večinoma uporabljajo instalacijski odklopniki. Namen

instalacijskih odklopnikov je zaščita porabnikov in vodov pred preobremenitvami in

kratkimi stiki. Izdelujejo se kot enopolni za napetost 220 V in kot večpolni za

napetost 400 V. Instalacijski odklopnik ima dva sprožilnika: elektromagnetnega, ki

deluje na principu elektromagnetne sile in izklaplja napravo v primeru kratkostičnega



toka in bimetalnega, ki deluje pri preobremenitvah. Izklopna karakteristika mora

upoštevati obremenilno karakteristiko za vodnik – Iz, to je dopustni trajni tok vodnika,

ki je odvisen od preseka vodnika in načina polaganja kabla, kar je razvidno v tabeli

2.

Instalacijski odklopniki se izdelujejo v izvedbah: B-tip, ki je namenjen predvsem za

zaščito vodov, C-tip, ki ga uporabljamo za zaščito instalacijskih vodov in porabnikov

z večjimi zagonskimi tokovi, in D-tip, ki ga uporabimo za zaščito naprav z zelo

velikimi vklopnimi tokovi.

Bimetalni sprožilniki instalacijskih odklopnikov morajo izklopiti napravo znotraj mej

1,11–1,45 x In, in sicer med obema krivuljama, kot je razvidno na sliki 16.

Elektromagnetni sprožilnik pa kot mnogokratnik nazivnega toka glede na tip

instalacijskega odklopnika:

– B-tip: (3–5) x In

– C-tip: (5–10) x In

– D-tip: (10–20) x In

Selektivnost zaščitnih naprav pomeni, da so varovalke in instalacijski odklopniki

dimenzionirani tako, da se ob okvari najprej aktivira zaščitni element, ki je najbližji

mestu okvare in ima najnižjo nazivno vrednost.

Za čim boljšo selektivnost je treba varovalke, ki so vezane zaporedno, določiti tako,

da se velikostni vložki varovalk razlikujejo za faktor 1,6, pri čemer upoštevamo

časovno-tokovne karakteristike.

Slika 17: Izklopna karakteristika instalacijskega odklopnika

(Vir: ftp.scv.si – eki-2.sklop)

ftp://ftp.scv.si/



Glavna omara za enosmerno napetost je sestavljena iz dveh enakovrednih delov,

oba pa se napajata vsak iz svojega sistema baterija – usmernik. Omara glavnega

enosmernega razvoda je nameščena v prostoru lastne porabe elektrarne.

Podrazdelilci enosmerne napetosti za zagotavljanje enosmerne napetosti za

agregate so nameščeni v turbinskih stebrih, podrazdelilec za zagotavljanje

enosmerne napetosti za delovanje zaščit pa je nameščen v stikalnici.

Slika 18: Shema porabnikov enosmerne napetosti v elektrarni

(Vir: Lasten)

Dimenzioniranje dovodnega kabla od usmerniške naprave – usmernika

do glavne omare enosmernega razvoda

Podatki za izračun:

Un = 220 V DC

Pinst. = 37 kW

fi = 0,8

fp = 0,6

A = 70 mm2

l = 15 m

OMARA ENOSMERNEGA

RAZVODA

PODRAZDELEC ZA ZAŠČITO

VN in SN POLJ

USMERNIK PODRAZDELILECI

ENOSMERNE NAPETOSTI V

AGREGATIH 1, 2, 3



Izračunane vrednosti:

Ib = 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡 × 𝑓𝑖 × 𝑓𝑝

𝑈𝑛 =

37000 ×0,8 ×0.6

220 = 81 A → izbrana je varovalka NV 125 A

Iʹz = Iz × fp = 192 × 0,6 = 115,2 A

Kabli in vodniki so zaščiteni pred preobremenitvijo, če sta izpolnjena naslednja

pogoja:

1. pogoj: Ib ≤ In ≤ I'z

81 A ≤ 100 A ≤ 115,2 A

2. pogoj: I2 ≤ 1,6 × I'z I2 = 1,6 × In

160 A ≤ 184,3 A

Oba pogoja sta izpolnjena.

Kontrola padca napetosti: mejna vrednost padca napetosti u%m = 5 %.

ΔU% = 200 × 𝑙 × 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡

𝜆 × 𝑆 × 𝑈2 = 200 × 15 × 37000

56 × 70 × 2202 = 0,5 %

Iz izračuna dopustnega padca napetosti je razvidno: u% ˂ u%m → 0,5 % ˂ 5 % –

padec napetosti je v mejah dovoljenega.

Dimenzioniranje odvodnega kabla od glavne omare enosmernega

razvoda do podrazdelilca enosmerne napetosti agregata 2


Pinst = 11700 W

l = 210 m

Un = 220 V DC

A = 50 mm2

fp = 0,6

fi = 0,8


𝑈𝑛 =

11700 ×0,8 ×0,6

220 = 25,5 A → izbran je instalacijski odklopnik C35 A



Iʹz = Iz × fp = 151 × 0,6 = 90,6 A


pogoja.


25,5 A ≤ 35 A≤ 90,6 A

2. pogoj: I2 ≤ 1,6 × I'z I2 = 1,6 × In

56 A ≤ 145 A


ΔU% = 200 × 𝑙 × 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡.

𝜆 × 𝑆 × 𝑈2 = 200 × 210 × 11700

56 × 50 × 2202 = 3,6 %



Zaradi daljše razdalje je izbran kabel 2 x 50 mm2.

Dimenzioniranje odvodnega kabla od glavne omare enosmernega

razvoda do podrazdelilca za zaščito, transformatorjev, daljnovodov za

vodenje in meritev


Pinst = 2900 W

l = 25 m

Un = 220 V DC

A = 2,5 mm2

fp = 0,6

fi = 0,8


𝑈𝑛 =

3000 × 0,8 × 0,6

220 = 6,32 A → izbran je instalacijski odklopnik C10 A

Iʹz = Iz × fp = 24 × 0,6 = 14,4 A




pogoja:


6,32 A ≤ 10 A ≤ 14,4 A

2. pogoj: I2 ≤ 1,45 × I'z I2 = 1,45 × In

14,5 A ≤ 20,8 A

Oba pogoja sta izpolnjena.


ΔU% = 200 × 𝑙 × 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡

𝜆 × 𝑆 × 𝑈2 = 200 × 25 × 2900

56 × 2,5 × 2202 = 2,1 %



Legenda:

Pinst – instalirana moč

Un – nazivna napetost

ΔU% – padec napetost

Ib – bremenski tok

Iz – zdržni tok

Iʹz – korigirani zdržni tok kabla (trajno dovoljen)

In – nazivni tok

A – prerez vodnika

l – dolžina kabla

fi – faktor istočasnosti

fp – faktor polaganja

λcu – 56 𝑆𝑚

𝑚𝑚2

I2 – tok delovanja zaščitnega elementa v določenem času



VREDNOST V

%

OPIS VRSTE ELEKTRIČNE INSTALACIJE

3 Za električne instalacije, razsvetljavo, ko se električna instalacija

napaja iz nizkonapetostnega omrežja, na primer od bližnjega

priključka, kabelske priključne omarice ali razdelilnika.

5 Za električne instalacije, razsvetljavo, ko se električna instalacija

napaja neposredno iz lastne transformatorske postaje, ki je

priključena na visoko napetost.

5 Za tokokroge drugih porabnikov, ko se električna instalacija

napaja iz nizkonapetostnega omrežja, na primer kabelske

priključne omarice ali razdelilnika.

8 Za tokokroge porabnikov, ko se električna instalacija napaja

neposredno iz lastne transformatorske postaje, ki je priključena na

visoko napetost.

Tabela 2: Mejne vrednosti padcev napetosti

(Vir: Ravnikar, 1997, str. 167)



Opis referenčne električne

napeljave

Opis drugih električnih napeljav, ki imajo

enak dovoljen tok Iz kot referenčna

napeljava

A Izolirani vodniki v termično izolirani

steni

– večžilni kabel, položen neposredno v

termično izolirani steni

– izolirani vodniki, položeni v cevi v

zaprtem kanalu

– večžilni kabel, položen v cevi v

termično izolirani steni

B Izolirani vodniki, položeni v

instalacijski cevi na steni

– izolirani vodniki, položeni v

instalacijskem kanalu na steni

– izolirani vodniki, položeni v instalacijski

cevi v ventiliranem kanalu

– izolirani vodniki, eno- ali večžilni kabli,

položeni v instalacijski cevi v steni ali v

instalacijskem prostoru

C Večžilni kabli, položeni na steni -– enožilni kabli, položeni na steni, v tleh

ali na stropu

– večžilni kabli, položeni v steni

– večžilni kabli, položeni v tleh

– eno- ali večžilni kabli, položeni v odprtih

ali ventiliranih kanalih

D Večžilni kabel v cevi, položen v

zemljo

– enožilni kabel v cevi, položen v zemljo

– eno- ali večžilni kabli, položeni

neposredno v zemljo

E Večžilni kabel v zraku večžilni kabel v zraku

Tabela 3: Pregled karakterističnih načinov polaganja vodnikov in kablov

(Vir: Ravnikar, 1997, str. 156)



Način

polaganja

B C D

Št.

obremenjenih

vodnikov

2 3 2 3 2 3

Prerez v mm2 Dopustna trajna tokovna obremenitev Iz v A pri 30 °C (Cu-vodniki)

1 13,5 12 14,5 13,5 17,5 14,5

1,5 17,5 15,5 19,5 17,5 22 18

2,5 24 21 26 24 29 24

4 32 28 35 32 38 31

6 41 36 46 41 47 39

10 57 50 63 57 63 52

16 76 68 85 76 81 67

25 101 89 112 96 104 86

35 125 111 138 119 125 103

50 151 134 168 144 148 122

70 192 171 213 184 183 151

95 232 207 258 223 216 179

120 269 239 299 259 246 203

150 - - 344 294 278 230

185 - - 392 341 312 257

240 - - 461 403 360 297

300 - - 530 464 407 336

Tabela 4: Dopustne trajne obremenitve vodnikov

(Vir: Lilija, 2003, str. 37)

Razporeditev kablov Korekcijski faktorji

Položeni

na površini

v cevi ali

kanal

Število tokokrogov ali več žilnih kablov

1 2 3 4 5 6 7 8 10

1,00 0,80 0,70 0,65 0,60 0,55 0,55 0,50 0,50

Tabela 5: Korekcijski faktorji pri polaganju več tokokrogov v skupini ali več žilnih

kablov

(Vir: Lilija, 2003, str. 37)



7 ZAKLJUČEK

V diplomskem delu sta opisana vloga in pomen zaščitnih sistemov in lastne porabe

v HE Mariborski otok. Hitrost delovanja, selektivnost, občutljivost, zanesljivost,

ekonomičnost, povezljivost, prilagodljivost in samonadzor so pomembni dejavniki pri

izbiri električnih zaščit. Zaščitni sistem elektrarne sestavljajo posamezne zaščite, kot

so generatorske in transformatorske zaščite, zaščite vodov ter zaščite zbiralk, ki

skupaj tvorijo zaščitni sistem in ščitijo vse elektroenergetske naprave. Zaščitni

sistemi, ki se danes uporabljajo v elektrarni, so najmodernejši numerični zaščitni

sistemi z vgrajeno samokontrolo, povezani pa so na sistem za nadzor, vodenje in

zajemanje podatkov SCADA. Za delovanje zaščitnih naprav je potrebna enosmerna

napetost. Enosmerni razvod v HE Mariborski otok je v celoti prenovljen in

moderniziran. Zamenjana je bila celotna omara glavnega enosmernega razvoda z

vso pripadajočo opremo, s čimer se je povečala zanesljivost oskrbe porabnikov z

enosmerno napetostjo in s tem delovanje porabnikov enosmerne napetosti. Nov

enosmerni razvod je izdelan po najnovejših standardih, elementi, ki so vgrajeni, pa

so tehnološko dovršeni ter zagotavljajo zanesljivo in varno delovanje. Izračun –

dimenzioniranje je potrdil pravilno izbiro zaščitnih naprav in preseka napajalnih

kablov. Porabo enosmerne napetosti uvrščamo v lastno porabo elektrarne, ki je

potrebna za delovanje naprav in varno obratovanje elektrarne. Naprave lastne

porabe nemoteno in brezprekinitveno zagotavljajo napetost napravam, ki so

potrebne za obratovanje elektrarne. Da zagotovimo visoko stopnjo zanesljivosti

delovanja naprav, so potrebna redna in preventivna vzdrževalna dela tako zaščitnih

sistemov kot sistemov brezprekinitvenega napajanja. Zaščitne naprave in naprave

za brezprekinitveno napajanje spadajo med najpomembnejše naprave v elektrarni

za zagotavljanje varnega in zanesljivega obratovanja.



LITERATURA IN VIRI

Fridrich. (2003). Priročnik za elektrotehniko in elektroniko. Ljubljana: Tehniška

založba Slovenije.

Grčar, B. (1999). Uvod v zaščito elementov elektroenergetskig sistemov. Maribor:

Založniška dejavnost FERI.

Hrovatin, J. (2009). Vodenje elektroenergetskih sistemov. Ljubljana: Zavod IRC,

Ljubljana.

Kegl, K., Jakl, F., & Voršič, J. (1995). Problematika lastne porabe v

elektroenergetskih objektih. 2. Konferenca slovenskega komiteja CIGRE,

(str. 247-253). Maribor.

Lenardič, D. (2012). Fotonapetostni sistemi. Ljubljana: Agencija POTI.

Lilija, B. (2003). Projektiranje električnih instalacij: Tehnični izračun. Ljubljana:

Založba Viharnik.

navodilo, O., & Obratovalno. (2006). Navodilo za vzdrževanje, kontrolo in oceno

kvalitete stacionarne akumulatorske baterije tipa OPzS. Maribor.

Obratovalno navodilo. (1999). Naprave izmenične napetosti. Maribor.

Obratovalno navodilo. (1999). Navodila za obratovanje z rasmerniškim sistemom na

HE Mariborski otok.

Obratovalno navodilo. (2005). Enosmerni razvod HE Mariborski otok. Maribor.

Obratovalno navodilo. (2006). Navodilo za vzdrževanje, kontrolo in oceno

kvalitetesatacionarne akumulatorske baterije tipa OPzS. Maribor.

Obratovalno navodilo. (2008). Navodila za obretovanje daljinsko vodene HE

Mariborski otok. Maribor.

Pojbič, D. (2011). Nadzor naprav za neprekinjeno napajanje. Pridobljeno iz

eprnts.fri.uni-lj.si/1332/1/Pojbic_D_-_diplomsko_delo1.pdf.

Prepeluh, F., Kragelj, J., & Majcen, A. (2013). Zaščita elektroenergetskih sistemov.

Ljubljana: Interno gradivo ICES.

Ravnikar, I. (2007). Električne instalacije. Ljubljana: Tehnična založba Slovenije.

SITEL. (1999). Razsmerniška sistema SINA 220/230A - 7,5 PB in 220/230A - 7,5.

Sitel. (2002). Tiristorski usmernik RU 380T 220 100 SB.

Sitel. (2011). Nadzor sistemov brezprekinitvenega napajanja.

Smole, M. (2001). Obnova sistemov lastne porabe v elektroenergetskih objektih.

Peta konferenca Slovenskih energetikov, (str. 1-7). Bled.

Smole, M. (2011). Nova stikalna oprema lastne porabe in neodvisnost napajalnih

virov. 10. konferenca Slovenskih elektroenergetikov, (str. 1-6). Ljubljana.

Smole, M., & Topler, S. (2003). Zanesljivost napajanja in obnova avtomatik za

preklop virov lastne porabe. 6. Konferenca slovenskih elektroenergetikov,

(str. 1-4). Portorož.

Stravs, F. (brez datuma). NN razdelilni sistemi, zaščita in varovanjeelektričnih

tokokrogov. Pridobljeno iz Spletno mesto šolskega centra Velenje:

http://www.ftp.scv.si/eki 2-sklop



Štruc, S. (2000). Relejna zaščita elektroenergetskih sistemov. Ljubljana, Slovenija:

Elektro Slovenije, ICES Višja strokovna šola za elektroenergetiko.

Taljan, D., Dover, I., & Kirbiš, A. (2007). Varnost daljinsko vodenih elektrarn brez

stalne obratovalne posadke na hidroelektrarnah na reki Dravi. 8. Konferenca

Slovenskih energetikov - CIGRE. Čatež.

Taljan, D., Dover, I., Klasinc, D., & Al-Ayoub, M. (2009). Koordinacija izvajanja

samodejnega zagotavljanja virov pogonske napetosti 0,4 kV v daljinsko

vodenih elektrarnah na Dravskih elektrarnah Maribor. 9. Konferenca

Slovenskih elektroenergetikov, (str. 1-7). Kranjska Gora.

Utility Products. (brez datuma). Pridobljeno iz Utility Products:

http://www.utilityproducts.com/inteligent electronic device

zaŠČitni sistemi in sistemi brezprekinitvenega …supply for protection relais is dc voltage...

Documents