Јордан Радосављевић

АНАЛИЗА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТСКИХ

СИСТЕМА 1

(скрипта)

ФАКУЛТЕТ ТЕХНИЧКИХ НАУКА

Косовска Митровица, 2016

А н а л и з а Е Е С 1

САДРЖАЈ

Основни подаци о предмету

1. Увод у анализу електроенергетских система

1.1

Производни подсистем

1.2

Преносни подсистем

1.3

Дистрибутивни подсистем

1.4

Напонски нивои и конфигурације електроенергетских мрежа

1.5

Потрошачки подсистем

1.6

Историјат електроенергетских система

1.7

Историјат еликтрификације у нашој земљи

2. Моделовање елемената ЕЕС-а

2.1 Модели елемената за прорачун нормалних, стационарних и симетричних режима

2.2 Модел генератора

2.3 Модел трансформатора

2.3.1 Модел двонамотајног трансформатора

2.3.2 Модел тронамотајног трансформатора

2.3.3 Модел регулационог двонамотајног трансформатора

2.3.4 Модел регулационог тронамотајног трансформатора

2.4 Модел вода

2.5 Модел потрошача

2.6 Модел асинхроног мотора

2.7 Модел активне мреже

2.8 Еквивалентне шеме ЕЕС

3. Модел потрошње у анализи ЕЕС

3.1 Проучавање дневног дијаграма оптерећења

4. Основни прорачуни у анализи електроенергетских мрежа

4.1 Прорачун напона и снага у простим радијалним системима

4.2 Прорачун губитака снаге и енергије

4.3 Анализа основних спрега у трофазним системима

4.3.1 Трансформација спрега звезда-троугао и троугао-звезда

5. Компензација реактивних снага у ЕЕС

5.1 Уређаји за компензацију реактивних снага и регулација напона

5.1.1 Синхрони генератор

5.1.2 Синхрони компензатор

5.1.3 Батерије кондензатора

5.1.3.1 Тиристорски прекидани кондензатори

5.1.4 Пригушнице

5.1.5 Статички компензациони системи

5.1.6 Регулациони трансформатори

5.2 Оточна компензација

5.3 Редна компензација

5.4 Поређење карактеристика редне и оточне компензације

5.5 Смањење губитака активне снаге као ефекат компензације

5.6 Значај компензације реактивних снага

5.7 Оптимална компензација реактивних снага

6. Прорачун кратких спојева – Увод

6.1 Значај прорачуна струја кратких спојева

6.2 Примена Тевененове теореме и принципа суперпозиције на прорачуне кратких спојева

6.3 Прорачун несиметричних кратких спојева методом симетричних компоненти

6.4 Аналитичке једначине и спреге компонентних система за различите типове к. Спојева

А н а л и з а Е Е С 1

Подаци о предмету

АНАЛИЗА ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТСКИХ СИСТЕМА 1 – (АЕЕС 1)

Шифра предмета: 6.4.4.ОЕ.ЕН
Обавезан предмет, Основна академске студије, Шести семестар
Фонд часова: 2+2; Број ЕСПБ: 5

Услов: елементарно предзнање из предмета:

Математика (Комплексни рачун, Матрични рачун, Познавање метода за решавање
ситема нелинеарних алгебарских једначина),

Теорија електричних кола (Кирхофови закони, Тевененова теорема, Правила
еквиваленције електричних кола),

Елеменати ЕЕС-а, Синхроне машине и Енергетски трансформатори

Циљ предмета:

Стицање знања за прорачун: падова напона, губитака снага,

компензације реактивних снага, несиметричних стања и кратких спојева у
електроенергетским системима.

Исход предмета:

Студенти ће бити оспособљени да самостално спроводе наведене

прорачуне, да користе специјализоване рачунарске програме и правилно
интерпретирају добијене резултате.

Садржај предмета

Теоријска настава:

Електроенергетски систем и његови подсистеми. Историјски

преглед  развоја  електроенергетике.  Модели  елемената  електроенергетског  система.
Основни  прорачуни  у  анализи  електроенергетских  мрежа.  Прорачун  пада  напона.
Прорачун  губитака  снаге  и  енергије.  Компензација  реактивних  снага  у
електроенергетским системима. Оточна и редна компензација. Несиметрична стања  у
трофазним  мрежама.  Кратак  спој  и  несиметрична  стања.  Симетричне  компоненте.
Прорачун  струја  кратког  споја.  Моделовање  надземног  вода,  трансформатора  и
синхроног генератора за прорачун струја кратког споја. Примена Тевененове теореме и
принципа суперпозиције. Спреге компонентних система и основне једначине за разне
врсте кратког споја. Матрични прорачун кратког споја. Формирање матрице импеданси
чворова.  Прорачун  кратких  спојева  матричним  поступком.  Техничке  импликације
нивоа струја кратког споја. Уземљење звездишта. Фактор уземљења. Односи струја при
кратком споју. Утицај енергетских водова на телекомуникационе каблове. Ограничење
струја кратког споја.

Вежбе:

Модели елемената и еквивалентне шеме електроенергетских система.

Прорачун  напона  и  снага  у  простим  радијалним  системима.  Прорачун  компензације
реактивних  снага  у  електроенергетским  системима.  Прорачун  кратких  спојева
применом  симетричних  компоненти,  Тевенeнове  теореме  и  принципа  суперпозиције.
Прорачун  кратких  спојева  матричним  поступком  помоћу  матрице  импеданси
независних чворова. Примена MATLAB програма у прорачуну кратких спојева.
Обавезан домаћи задатак из прорачуна кратких спојева.

1 |

А н а л и з а Е Е С 1

Увод у анализу електроенергетских система

Електроенергетски систем (ЕЕС) је сложени, динамички систем великих димензија,
који има функцију да сигурно, поуздано и економично снабдева потрошаче са
довољним количинама квалитетне електричне енергије. Са технолошког аспекта, ЕЕС
се дели на четири подсистема: производни, преносни, дистрибутивни и потрошачки.

Производња →Пренос →Дистрибуција →Потрошња

ЕЕС је један од најсложенијих, ако не и најсложенији, технолошки систем који познаје
данашња  цивилизација.  Ови  системи  данас  превазилазе  границе  појединих  држава  и
прерастају  у  моћне  континенталне  системе.  ЕЕС  се  димензионише  како  према
потребама у енергији тако и према потребама у снази. С обзиром на велика капитална
улагања  која захтева изградња и експлоатација електроенергетских капацитета, велики
значај се придаје оптималном димензионисању и одржавању ЕЕС.

Први и једини разлог постојања ЕЕС је подмирење потреба потрошача за електричном
енергијом.  Електрична  енергија  је  најплеменитији  вид  енергије  у  природи  због  њене
флексибилности  (у  смислу  лаког  прилагођења  захтевима  конзума),  чистоће  (у  форми
финалног  производа),  контролабилност,  једноставности  и  ефикасности  претварања  у
друге  видове  енергије,  еколошке  прихватљивости  (цео  процес,  када  не  би  било
производње  у  термоелектранама,  би  био  сасвим  еколошки  прихватљив)  и  практична
незаменљивост у многим високим технологијама. С друге стране, електрична енергија
има и одређене слабости које се огледају у релативно скупој производњи и потешкоћа
приликом њеног акумулисања.

Електрична  енергија  учествује  у  значајној  мери  у  подмирењу  укупних  енергетских
потреба. Ово учешће варира од земље до земље у зависности од структуре енергетских
ресурса, и креће се негде  до 1/3 укупних потреба, посебно када се електрична енергија
користи и за грејање. Код земаља које су у енергетском смислу ослоњене на гас и нафту
(имају богата изворишта гаса и нафте) удео електричне енергије у подмирењу укупних
енергетских потреба је испод 10%. У нашој земљи се тај удео у прошлости кретао од 20
до  чак  35%.  Оптималним  развојем  енергетског  сектора  тај  удео  треба  да  се  смањи  на
ниво примерен нашим енергетским богатствима и потребама, уз форсирање енергетске
ефикасности и реалистичног развоја привреде.

До  1973.  године,  свет  је  живео  у  уверењу  о  јефтиној  енергији,  па  и  о  јефтиној
електричној  енергији.  По  избијању  нафтне  кризе  тих  година  мења  се  однос  према
енергији  у  развијеном  свету  и  постављају  се  захтеви  за  штедњу,  ефикасност  и
рационализацију у свим областима и сегментима енергетике.

1.1.

Производни подсистем

Први  у  ланцу  подсистема  ЕЕС  је  производни  подсистем  –  електрана  или  електрична
централа.  У  електранама  се  налази  ,,срце”  ЕЕС-а  –  синхрони  генератор  у  коме  се
механичка  енергија  претвара  у  електричну.  Електране  имају  задатак  да  у  сваком

3 |

А н а л и з а Е Е С 1

У  ЕЕС  Србије  из  ХЕ  се  производи  негде  око  трећине  укупне  годишње  производње
електричне  енергије  са  тенденцијом  смањивања  учешћа.  Изградња  ХЕ  је
инвестиоционо  веома  скупа,  али  је  њихова  експлоатација,  с  обзиром  да  је  примарни
енергент  (вода)  бесплатан,  знатно  ефикаснија  него  експлоатација  термоелектрана.
Главне ХЕ у систему Србије су ХЕ на Дунаву (ХЕ Ђердап 1 и 2), на Дрини (ХЕ Бајина
Башта, РХЕ Бајина Башта и ХЕ Зворник), на Лиму (ХЕ Бистрица), на Власини (ХЕ Врла
1, 2, 3 и 4), итд.

Производња електричне енергије у

термоелектранама (ТЕ)

базира се на

трансформацији  хемијске  енергије  фосилних  горива  (угаљ,  нафта,  гас)  у  топлотну-
механичку-електричну  енергију.  Код  нас  се  у  ТЕ  као  гориво  користе  нискокалорични
угаљ  лигнит  (колубарски,  косовски  и  костолачки  басен).  Око  2/3  од  укупно
произведене електричне енергије код нас потиче из термоелектрана. Главни произвођач
је термоелектрана Никола Тесла (ТЕНТ А и Б) у Обреновцу која користи Колубарски
лигнит. Наредне термоелектране по снази су косовске електране (Косово А и Б), затим
следе  Костолац  А  и  Б,  Колубара,  Морава  и  термоелектране-топлане  и  индустријске
енергане  у  Београду,  Новом  Саду,  Зрењанину,  Сремској  Митровици,  итд.    Потребе  за
водом су условиле локацију крај реке Саве а близина београдског региона као великог
потрошачког центра чини да су се овде спојиле три погодности за узградњу ТЕ: угаљ,
вода и велики потрошач.

Најчешће технолошко решење ТЕ које се среће у пракси је тзв. блок-веза у којој су
кључни елементи повезани редно:

Котао Турбина Генератор Трансформатор

Под агрегатом се подразумева веза турбина-генератор.

У  котлу  се  добија  пара  високог  притиска  и  температуре,  која  се  даље  уводи  у  парну
турбину  (у  пракси  се  најпре  уводи  у  турбину  високог  притиска,  затим  у  турбину
средењег  па  онда  ниског  притиска,  како  би  се  увећала  ефикасност).  Степен
искоришћења  парне  турбине  је  знатно  повољнији  при  вишим  брзинама  па  се  зато
турбогенератори  (синхроне  машине)  изводе  са  цилиндричним  тј.  ваљкастим  ротором
(да  би  се  смањиле  центрифугалне  силе)  и  по  правилу  су  двополне  (са  3000  о/мин  за
учестаност  50  херца)  а  ређе  се  изводе  као  четворополне  машине.  На  крају  редне  везе
налази се трансформатор за подизање напона. Потреба за вишим преносним напонима
је последица захтева за смањењем губитака, односно потреба за ефикаснијим преносом
електричне енергије на велике даљине.

Код ТЕ важан показатељ је резултантни степен искоришћења, који се рачуна сумарно
од улаза енергије у котао до излаза енергије из генератора, а који показује колико се
латентне хемијске енергије угља конвертује у електричну енергију. Овај степен
искоришћења је релативно низак (код најефикаснијих ТЕ идо до 39%) и грубо се може
рећи да он иде нешто изнад 1/3. Термодинамичко ограничење степена искоришћења ТЕ
је Карноов циклус (теоријски максимум коефицијанта Карноовог циклуса је 62 %, али у
пракси његова горња граница је 47%). Узимајући да је коефицијент искоришћења котла
88% (конверзија хемијске енергије у топлотну), и да је степен искоришћења генератора