Diploma Fele Matej - TISKANA VERZIJA

Transkripcija

1 Matej Fele UPORABA PODATKOV ANALIZATORJEV MOČI NA NIZKONAPETOSTNI STRANI DISTRIBUCIJSKIH TRANSFORMATORSKIH POSTAJ Diplomsko delo Maribor, februar 2009

2 Matej Fele, diplomsko delo I Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa UPORABA PODATKOV ANALIZATORJEV MOČI NA NIZKONAPETOSTNI STRANI DISTRIBUCIJSKIH TRANSFORMATORSKIH POSTAJ Študent: Matej FELE Študijski program: univerzitetni, Elektrotehnika Smer: Močnostna elektrotehnika Mentor: Somentor: red. prof. dr. Jože VORŠIČ red. prof. dr. Jože PIHLER Maribor, februar 2009

3 Matej Fele, diplomsko delo II

4 Matej Fele, diplomsko delo III ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju prof. dr. Josipu Voršiču za mentorstvo in pomoč pri izdelavi diplomske naloge. Prav tako se zahvaljujem sodelavcem Elektra Ljubljane za pomoč pri izdelavi diplomske naloge. Iskrena zahvala moji ženi Nini, ki me je vzpodbujala pri študiju in mi v času študija potrpežljivo stala ob strani, in sinu Juretu. Na koncu bi se zahvalil še vsem, ki jih v zahvali nisem omenil in so mi pomagali na kakršenkoli način.

5 Matej Fele, diplomsko delo IV UPORABA PODATKOV ANALIZATORJEV MOČI NA NIZKONAPETOSTNI STRANI DISTRIBUCIJSKIH TRANSFORMATORSKIH POSTAJ Ključne besede: obratovalni diagram, analizator moči, električna energija, transformatorska postaja UDK: (043.2) POVZETEK V diplomi smo opisali zajem meritev z analizatorji moči, ki so nameščeni v transformatorskih postajah (transformacija srednjenapetosti na nizkonapetost) distribucijskega omrežja Elektro Ljubljana, d.d., DE Ljubljana mesto. Po prečiščenju vseh podatkov in njihovi analizi smo preverili koliko se zajeti podatki razlikujejo v primerjavi z izmerjenimi podatki v razdelilni transformatorski postaji. Našteli smo nekaj primerov kjer bi te podatke lahko uporabili v Elektro Ljubljana, d.d., za konec pa je predstavljena ugotovitev o predimenzioniranju transformatorskih postaj na območju Elektro Ljubljana, d.d., DE Ljubljana mesto.

6 Matej Fele, diplomsko delo V ABSTRACT The diploma thesis consists of the research and the analytical part. The basis of the task from the data acquired from measurements on the medium-low voltage distribution system of the Elektro Ljubljana d.d., DE Ljubljana city. After putting in order and analyze all captured data we examine how much they deviate from the date captured in the primary transformers stations. Than we count up some examples of practicability of captured date in some departments of Elektro Ljubljana d.d.. On the end we present ascertainment that the new distribution transformers stations of Elektro Ljubljana d.d. are over dimensioned.

7 Matej Fele, diplomsko delo VI VSEBINA ZAHVALA...III POVZETEK... IV ABSTRACT...V VSEBINA... VI KAZALO RAZPREDELNIC...VIII KAZALO SLIK... IX UPORABLJENE KRATICE...X 1 UVOD ELEKTRIČNA OBREMENITEV POMEN PODATKOV PRI OBREMENITVAH V DISTRIBUCIJSKIH SISTEMIH VPLIVNI FAKTORJI NA ELEKTRIČNO PORABO Faktor vrste odjemalcev Časovni faktor Podnebni faktor Faktor predhodne vrednosti obremenitev TARIFNI SISTEMI TARIFNE SKUPINE 21, 22 IN TIPI TRANSFORMATORSKIH POSTAJ SN/NN PARALELNO OBRATOVANJE TRANSFORMATORJEV OPIS TRANSFORMATORJA LASTNOSTI SN KABELSKEGA OMREŽJA PRIDOBIVANJE IN UREJANJE MERITEV V TRANSFORMATORSKIH POSTAJAH PRIKLOP IN NAPAJANJE ANALIZATORJA MOČI ODČITAVANJE MERILNIH PODATKOV IZGLED ANALIZATORJA MOČI TEHNIČNE LASTNOSTI ANALIZATORJA MOČI PROGRAMSKE NASTAVITVE ANALIZATORJA MOČI VNOS PRESTAVNEGA RAZMERJA TT JA IN DOLOČANJE MERILNEGA OBMOČJA KONFIGURACIJA INTERNEGA POMNILNIKA IN IZBIRA PARAMETROV PRENOS IN PREGLED PODATKOV OBDELAVA PODATKOV ZA MEDSEBOJNO PRIMERJANJE ANALIZA OBRATOVANJA ANALIZATORJEV MOČI ANALIZA TOČNOSTI OBREMENITVENIH DIAGRAMOV Problemi s časovnimi zamiki analizatorjev moči TOČNOST ANALIZATORJEV MOČI IN VREDNOSTI 15 MINUTNIH INTERVALOV ANALIZA UPORABNOSTI PODATKOV IZMERJENIH Z ANALIZATORJEM OMREŽJA PRIMERJAVA MERITEV NA IZVODU IZ RAZDELINE TRANSFORMATORSKE POSTAJE IN TRANSFORMATORSKE POSTAJE PREDIMENZIONIRANJE TRANSFORMATORSKIH POSTAJ V FAZI PROJEKTIRANJA UPORABNOST PODATKOV V ODDELKU ZA SOGLASJA IN ANALIZE TOČNEJŠI PODATKI O PORABI ELEKTRIČNE ENERGIJE VZDRŽEVALNA DELA V TRANSFORMATORSKIH POSTAJAH REZULTATI... 48

8 Matej Fele, diplomsko delo VII 8 SKLEP LITERATURA PRILOGE NASLOV ŠTUDENTA KRATEK ŽIVLJENJEPIS... 55

9 Matej Fele, diplomsko delo VIII KAZALO RAZPREDELNIC PREGLEDNICA 5.1: PREGLED MENIJA ANALIZATORJA MOČI PREGLEDNICA 6.1: ŠTEVILO ANALIZATORJEV MOČI PO OBMOČJIH PREGLEDNICA 6.2: PREGLED ČASOVNIH RAZLIK ANALIZATORJEV MOČI PREGLEDNICA 7.1: PRIKAZ OBREMENJENOSTI NOVEJŠIH IN STAREJŠIH TRANSFORMATORSKIH POSTAJ PREGLEDNICA 7.2: PRIKAZ OBREMENJENOSTI POSAMEZNEGA IZVODA NA OSNOVI MERITEV OBREMENITVE TRANSFORMATORSKE POSTAJE IN PA PRIKLJUČNIH MOČI NA POSAMEZNIH IZVODIH IZ TRANSFORMATORSKE POSTAJE PREGLEDNICA 7.3: PRIKAZ STROŠKOV ZA POSAMEZNO REALIZACIJO... 50

10 Matej Fele, diplomsko delo IX KAZALO SLIK SLIKA 2.1: NAČELNA SHEMA DISTRIBUCIJE ELEKTRIČNE ENERGIJE OD PROIZVODNJE DO KONČNIH ODJEMALCEV SLIKA 2.2: PRIMER TEDENSKE PORABE ZA TRI RAZLIČNE TIPE ODJEMALCEV ELEKTRIČNE ENERGIJE... 7 SLIKA 2.3: PRIMER PORABE JR POZIMI IN POLETI V TP SLIKA 2.4: PRIMER PORABE GOSPODINJSKEGA ODJEMA SKOZI LETNE ČASE V TP SLIKA 3.1: GRAF DNEVNE TARIFNE PREDPOSTAVKE SLIKA 3.2: SHEMA PRIKLOPA ŠTEVCA ELEKTRIČNE ENERGIJE IN DALJINSKO KRMILJENE ŠTEVČNE STIKALNE URE (MTK) SLIKA 4.1: SHEMA TLORISA IN ZUNANJEGA IZGLEDA MONTAŽNE TRANSFORMATORSKE POSTAJE (PROIZVAJALCA SCHEIDT SAVA, TIP POSTAJE NZ ) SLIKA 4.2: DNEVNI DIAGRAM PARALELNEGA OBRATOVANJA TRANSFORMATORJEV V ISTI TRANSFORMATORSKI POSTAJI SLIKA 4.3: PARALELNO TEDENSKO OBRATOVANJE DVEH TRANSFORMATORJEV SLIKA 4.4: TRANSFORMATOR ZA UPORABO V NOTRANJIH ZIDANIH TRANSFORMATORSKIH POSTAJAH (HTIM (10,5)/0,42 DYN5) SLIKA 5.1: SHEMA ZADNJE STRANI ANALIZATORJA MOČI Z OZNAČENIMI RAZPOREDI PRIKLJUČNIH SPONK SLIKA 5.2: POGLED ANALIZATORJA MOČI Z SPREDNJE STRANI SLIKA 5.3: NASTAVITVE TOKOVNIH (TT) IN NAPETOSTNIH MERILNIH OBMOČIJ SLIKA 5.4: PROGRAM WINNOVA 99, OKNO ZA UREJANJE IN IZBIRO MERILNIH PARAMETROV SLIKA 5.5: WINNOVA 99, GRAFIČNI PRIKAZA MERILNIH PODATKOV SLIKA 5.6: PRIKAZ NASTAVLJENIH KANALOV SLIKA 5.7: EKSTREMNE VREDNOSTI OZNAČENE PO DATUMIH SLIKA 6.1: PRIMERJAVA MERITEV URNEGA IN 15 MINUTNEGA INTERVALA VZORČENJA SLIKA 7.1: ENOPOLNA SHEMA RTP VIČ TP SLIKA 7.2: PRIMERJAVA IZMERJENIH PODATKOV V RTPJU IN V TRANSFORMATORSKI POSTAJI SLIKA 7.3: UREJEN DIAGRAM MESEČNE (APRIL 2008) OBREMENITVE ODJEMALCA IZ TP SLIKA 7.4: UREJEN DIAGRAM LETNE (2007) OBREMENITVE ODJEMALCA IZ TP SLIKA 7.5: UREJEN DIAGRAM LETNE (2007) OBREMENITVE ODJEMALCA IZ TP SLIKA 7.6: UREJEN DIAGRAM MESEČNE (OKTOBER 2007) OBREMENITVE ODJEMALCA IZ TP

11 Matej Fele, diplomsko delo X UPORABLJENE KRATICE NN nizkanapetost (230 V, 400V) SN srednjanapetost (10 kv, 20 kv) TR transformator TT tokovni transformator

12 Matej Fele, diplomsko delo 1 1 Uvod V diplomskem delu smo predstavili vgrajene analizatorje moči v distribucijskih transformatorskih postajah SN/NN. Analizatorji moči nam shranjujejo podatke, katere lahko kasneje s pomočjo računalniških programov pregledujemo in obdelujemo. Vgradnja analizatorjev moči na NN ploščo transformatorskih postaj poteka v Elektro Ljubljana d.d. že od leta Uporaba izmerjenih podatkov pa ni bila nikoli izkoriščena, prav tako ni bila nikoli narejena primerjava z izmerjenimi podatki na drugem koncu omrežja. Diplomsko delo na začetku najprej predstavi pojme, kot so: električna obremenitev, tipi odjemalcev električne energije, tarifni sistemi idr. Opisali smo dejavnike in faktorje, ki vplivajo na spreminjanje porabe električne energije. Predstavljeno je delovanje in nastavljanje merilnih instrumentov proizvajalca Pfisterer, analizatorje moči imf-novameter 2000/3000, ki so vgrajeni v novejše transformatorske postaje SN/NN Elektro Ljubljana, d.d., v nadaljevanju distribucijsko podjetje. Ocenjujemo, da smo zbrali 48 milijonov 15 minutnih meritev obremenitev transformatorskih postaj, ki se nahajajo v obravnavanem distribucijskem omrežju. Osnova za analizo take količine podatkov je organiziranost in ustrezen način označevanja in shranjevanja podatkov. Med podatki smo izločili neustrezne, napačne ali dvoumne vrednosti, uskladili časovne zamike in preverili, kateri tipi odjemalcev so priključeni na posamezno transformatorsko postajo. Analize meritev smo naredili v programskem paketu MS Excel. Po ureditvi - predpripravi meritev, smo iz baz podatkov distribucijskega podjetja za transformatorske postaje s 15 minutnimi meritvami poiskali tipe odjemalcev. Z določitvijo tipa odjemalcev smo lahko transformatorske postaje združili v skupine, v katerih so zastopani glede podobnosti obremenilnega diagrama (gospodinjstva, trgovine, javne službe in industrija). V nadaljevanju smo prikazali točnost zajetih podatkov in pa njihova uporabnost znotraj Elektro Ljubljana, d.d., za konec pa smo predstavili ugotovitev o predimenzioniranju novejših transformatorskih postaj na območju Elektro Ljubljana, d.d.,

13 Matej Fele, diplomsko delo 2 DE Ljubljana mesto in podali smo predlog kako bi se lahko pri nadaljnjem projektiranju predimenzioniranju izognili.

14 Matej Fele, diplomsko delo 3 2 Električna obremenitev Podatke o obremenitvah odjemalcev električne energije pridobivamo na različnih nivojih in mestih elektro energetskega sistema (EES), kar shematsko kaže slika 2.1, kjer imamo s črko 'M' označena mesta meritev, oziroma primopredajna mesta kjer se izvajajo meritve električne energije. Več meritev (M) obremenitev podaja bolj natančno sliko razporeditev pretokov moči in centrov porabe v elektroenergetskem sistemu. Običajno se te meritve veličin, kot so napetost, tok, moči idr., meri na primopredajnih mestih v razdelilnih transformatorskih postajah (RTP) in razdelilnih postajah (RP), na SN ali NN strani upravičenih odjemalcev. Meritve v VN in SN omrežju se v glavnem uporabljajo za analize pretokov moči, ocenjevanje obremenitev vodov, določanje izgub idr. Meritve na močnostnih transformatorjih v VN/SN se opravljajo največ zaradi izgub. Nazadnje se električna energija meri pri končnih odjemalcih na SN nivoju (nekateri upravičeni odjemalci) ali NN nivoju s števci električne energije. Te meritve so končne in prikažejo, koliko energije je vsak odjemalec prejel. Slika 2.1: Načelna shema distribucije električne energije od proizvodnje do končnih odjemalcev. Običajno so fizične lastnosti komponent omrežja bolj poznane kot sama obremenitev, ki se stalno spreminja. Lastnosti materialov so poznane že pri projektiranju komponent in elementov EES-a. Elektro energetska oprema je podvržena periodičnim poizkusom, ki dajo informacijo o njenem stanju, ki je osnova za zagotavljanje varnega in zanesljivega

15 Matej Fele, diplomsko delo 4 obratovanja EES-a. Obremenitev pa je dosti težje oceniti ali napovedati, saj se neprestano spreminja, zato jo je potrebno neprestano meriti in jo analizirati, da pridobimo čim več informacij za nadaljnjo uporabo in obratovanje EES-a. Poleg tega posodabljanje podatkov oziroma stalen nadzor ali meritve povedo v kakšnem stanju so vgrajene komponente in kolika je njihova preostala življenjska doba. Iz pregleda obremenitev lahko tudi povzamemo, kdaj bo potrebna nadgradnja oziroma zamenjava že obstoječih delov za novejše, močnejše in izpopolnjene komponente sistema. Po drugi strani pa nam podatki o obremenitvah posameznih postaj dajo vedeti tudi koliko imamo v določeni transformatorski postaji še rezerve, oziroma koliko porabnikov lahko še nanjo priključimo. 2.1 Pomen podatkov pri obremenitvah v distribucijskih sistemih Podatki o obremenitvah so izraženi v različnih oblikah, odvisno od posameznih metod in aplikacij. Najpomembnejši podatki o obremenitvah so: lokacija merjenja (odjemalčeva stran, NN omrežje, SN omrežje, TR idr.), tip odjemalca (industrija, trgovine, gospodinjski odjem, javne službe idr.), čas (letni čas, mesec, dan v tednu, ura v dnevu), merska enota (V, A, kva, kw, cosφ idr.), časovni interval (15 min, 30 min, 60 min, 24 ur, mesec, leto). Pretoki moči v omrežju povzročajo padce napetosti in izgube delovne in jalove moči. Medtem, ko je napetost (medfazna) U skoraj konstantna, se tok in moč z obremenitvijo neprestano spreminjata. Povezava med tokom I, delavno močjo P in faktorjem moči cosφ je za trifazni sistem definirana z enačbo 1. P = 3 U I cosφ (2.1) Obremenilni tok povzroča termične izgube v električnih komponentah (vodniki, odvodniki, transformatorji idr.). Termične izgube (P termicna ) so proporcionalne upornosti komponent (R) in kvadrata obremenilnega toka (I n ): P termicna = R I n 2 (2.2) Segrevanje povzroča staranje, nižanje obremenitev ter fizične okvare materiala in

16 Matej Fele, diplomsko delo 5 komponent. V nekaterih elementih EES-a, kot na primer močnostnih transformatorjih, lahko pojav segrevanja predstavlja kritične težave za njihovo delovanje, po drugi strani pa energijske izgube posledično povečujejo cene prenosa električne energije v električnem omrežju. Izgube v omrežju lahko dosežejo tudi do 10 % celotne prenesene moči [1]. Primer: Termične izgube obremenjenega močnostnega transformatorja so definirane z enačbo: P termična = Pn In kjer oznake pomenijo: P termična termične izgube v W, P n izgube ob nazivnemu toku v W, I n nazivni tok transformatorja v A, I trenutni tok v A. 2 I, (2.3) Možnost obremenitve transformatorja je omejena s staranjem izolatorjev, tuljav in skoznikov. Vzdržnost in delovno dobo transformatorja je možno oceniti, če poznamo obremenitev tega transformatorja. Če imamo na razpolago podatke o obremenjenosti omrežja, lahko z analizami najdemo optimalno ekonomsko rešitev za vzdrževanje in nadgrajevanje omrežja in EES-a. Cena električna energija se na trgu stalno spreminja in je odvisna od časa (ure v dnevu), količine in pomanjkanja električne energije, ponudbe in povpraševanja idr.. Planiranje cen električne energije zahteva poznavanje porabe v EES u, kaj se bo v sistemu dogajalo. Natančno je potrebno preučiti trenutno stanje sistema in kakšno smer kaže trend porabe električne energije.

17 Matej Fele, diplomsko delo Vplivni faktorji na električno porabo Običajno so podatki o obremenitvi končnih (tarifnih) odjemalcev, ki bi jih rabili, nedostopni oziroma sploh ne obstajajo, zato jih ocenimo iz dostopnih informacij. Računanje obremenitev je lažje za različne lokacije v radialno napajanih omrežjih, če so obremenitve merjene. Ocenjevanje obremenitev je zasnovano na različnih vplivnih faktorjih, kot so: vrste odjemalcev (tip odjema električne energije, tip ogrevanja, velikost zgradb, električne naprave, število zaposlenih idr.), časovni (ura, dan v tednu, izredni dnevi kot so prazniki, letna sezona idr.), podnebni (temperatura, vlaga, sonce, dež, sneg idr.), predhodne vrednosti obremenitev Faktor vrste odjemalcev Zelo pomembni pri odjemalcih so: število, moč in tip električnih naprav, ki so v uporabi. Medtem, ko so oprema in elektroinštalacije med odjemalci različne, lahko odjemalce razdelimo v skupine, kot so: gospodinjstva, kmetijska poslopja, javna razsvetljava (JR), industrijski odjemalci, javne službe, komerciala, idr.. Za posamezne skupine odjemalcev izdelamo obremenitvene diagrame, iz katerih določimo porabo v odvisnosti od časa. Za primer so na sliki 2.2 prikazani obremenitveni diagrami za: gospodinjstva, trgovine, javne službe in industrija. Na sliki 2.2 vidimo, da se obremenitveni diagram trgovin, javne službe in industrije med vikendom močno zmanjša glede na delavnik, obremenitveni diagram gospodinjski odjemalci pa ima praktično čez cel

18 Matej Fele, diplomsko delo 7 teden podoben potek. Vidimo, da so diagrami med seboj časovno zamaknjeni, ta problem bomo izpostavili in opisali kasneje v nalogi. 1 0,9 0,8 0,7 0,6 Moč [p.u.] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Gospodinjstvo Industrija Trgovine, Javna služba 0 Date/Time Datum[dan] Slika 2.2: Primer tedenske porabe za tri različne tipe odjemalcev električne energije.

19 Matej Fele, diplomsko delo Časovni faktor Poraba električne energije se časovno spreminja glede na aktivnost odjemalcev. Večja obremenitev je čez dan, ko smo aktivni, in manjša ponoči. Poleg urnih nihanj se poraba spreminja tudi dnevno. Med delavniki je poraba večja kot med vikendi in prazničnimi dnevi. Iz meritev smo ugotovili, da se poraba ciklično ponavlja tudi glede na časovno obdobje - sezono. Pri analizi meritev smo se osredotočili na eno časovno spremenljivko, kot je: ura v dnevu, dan v tednu ali sezona v letu. Kot primer kaže slika 2.3 spremembo obremenitvenega diagrama zaradi razlike dolžine svetlega dela dneva pozimi in poleti. Oblika obratovalnega diagrama na sliki 2.3 je značilna za javno razsvetljavo (JR). Lepo se vidi, da je ponoči poraba večja kot podnevi. Iz slike 2.3 lahko odčitamo (rdeča krivulja), da je pozimi, ko je dan krajši, JR vklopljena dlje časa. Poleti (modra krivulja), ko je dan daljši, se JR vklopi šele v poznih večernih urah in izklopi bolj zgodaj zjutraj. Iz slike 2.3 smo ocenili, da je časovna razlika med vklopi več kot 6 ur. 0,6 0,5 0,4 Moč [p.u.] 0,3 0,2 0,1 Poletni čas ( ) Zimski čas ( ) 0 23:45 1:15 2:45 4:15 5:45 7:15 8:45 10:15 11:45 13:15 14:45 16:15 17:45 19:15 20:45 22:15 Čas [h] Slika 2.3: Primer porabe JR pozimi in poleti v TP0130

20 Matej Fele, diplomsko delo Podnebni faktor Podnebni faktorji, kot so: zunanja temperatura, hitrost vetra, vlažnost zraka, sevanje sonca, vplivajo na porabo električne energije. Najbolj med vsemi vpliva zunanja temperatura. Pri nizkih zunanjih temperaturah, se zaradi povečanega ogrevanja notranjih prostorov poveča poraba električne energije. Med poletnimi dnevi je uporaba klimatskih naprav vsako leto večja, kar je posledica zunanjih temperatur (od cca. -10 C do cca. 35 C), in se posledično spreminja tudi poraba električne energije. Poleg temperature vpliva na porabo sevanje sonca oziroma sončni dnevi, saj so takrat ljudje več v naravi, stanovanja so prazna in so električni aparati izključeni. Na diagramu 2.4 imamo prikazane diagrame obremenitve transformatorske postaje, na katero se med letom ni priključevalo novih odjemalcev. Prikazani so štirje obratovalni diagrami, za vsak letni čas. Obremenilni diagram je posnet v postaji, ki je locirana v starejšem delu mesta in zato ni opazen porast porabe električne energije v poletnih dneh (klima naprave). Iz diagrama vidimo, da je največja poraba v zimskem in jesenskem času, iz česar sklepamo, da se veliko gospodinjstev ogreva na električno energijo, kar je iz narodnogospodarkega vidika škodljivo in neracionalno, saj je na trgu veliko substitutov z enako energijsko vrednostjo, vendar pa nižjo ceno. V spodnjem delu diagrama so prikazane povprečne vrednosti za posamezni letni čas. Omenjeni del diagrama še bolj nazorno prikazuje, da je poraba električne energije v zimskem in jesenskem letnem času največja. Črte povprečnih procentualnih pogreškov imajo vrednosti na sekundarni ordinatni osi na desni strani grafa. Prikazani diagrami so bili izbrani na osnovi urnih temperatur v letu 2007 in 2008 in pa povprečnih temperatur za posamezni letni čas. Tako so prikazani diagrami posneti v tednih z najbližjimi povprečnimi temperaturami za posamezni letni čas v letu 2007.

21 Matej Fele, diplomsko delo ,9 Jesen Zima Pomlad Poletje Povprečje Jesen Povprečje Zima Povprečje Pomlad Povprečje Poletje 1,8 1,7 1,6 0,8 1,5 Moč [p.u.] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 Procentualni pogrešek [%] 0,2 0,6 0,1 0,5 0, Čas [dan] ,3 Slika 2.4: Primer porabe gospodinjskega odjema skozi letne čase v TP Faktor predhodne vrednosti obremenitev Električne obremenitve lahko razdelimo na periode, ki se v določeni meri ciklično ponavljajo. Če poznamo obremenitev prejšnjega dne (ista ura), lahko približno določimo porabo naslednjega (današnjega) dne. Napoved porabe je zelo točna, če ne pride do nepredvidenih dogodkov. Naključen dogodek, ki ga nismo upoštevali oziroma ga nismo pričakovali, lahko napoved bistveno spremeni. Tako pridemo do odstopanj med napovedano in dejansko obremenitvijo, kar pomeni da je potrebno pri predhodnih vrednostih upoštevati možna odstopanja.

22 Matej Fele, diplomsko delo 11 3 Tarifni sistemi Elektrogospodarstvo poskuša s prerazporeditvijo porabe električne energije iz časa največje obremenitve v čas minimalne porabe znižati konične obremenitve in s tem»izravnati«obremenitveni diagram EES-a. Da bi za prerazporeditev načina odjema električne energije zainteresiralo odjemalce električne energije, je oblikovalo različne cene za električno energijo: nizka tarifa (MT) v času minimalne porabe (ponoči, čez vikend), visoka tarifa (VT) v času konic. Različen pristop k trženju in oblikovanju cene kwh električne energije narekuje dobaviteljem tudi velikost in značaj odjemalcev (gospodinjstva, industrijski odjemalci, JR idr.). Ker je tudi čez leto povpraševanje po električni energiji različno, imajo veliki industrijski odjemalci možnost izbire sezonske tarife. Tarife se lahko razlikujejo po: napetostnih nivojih (visoka ali nizka napetost), odjemnih skupinah (gospodinjstva, industrija idr.), dnevnem tarifnem času in tarifnih skupinah. Tarifni sistem za prodajo električne energije v Sloveniji potrdi Vlada RS [16]. Distribucijska podjetja odjemalce razvrščajo v različne (tarifne) skupine: Gospodinjski odjem, ki se šteje kot osnovni in najpogostejši tip odjemalcev, se šteje vsak odjem namenjen za lastno domačo rabo, kar izključuje opravljanje gospodarske ali poklicne dejavnosti. Odjemalec je lastnik merilnega mesta oziroma je z lastnikom merilnega mesta v najemnem odnosu in podpisnik pogodbe. Odjem je razdeljen v tri skupine: 21, 22, 23. Odjemalci se štejejo kot neupravičeni odjemalci, saj se jim prenesena električna energija ne meri vedno, ampak samo enkrat letno. Iz te meritve se odjemalcu dostavi 12 mesečnih obračunov. Te skupine se razlikujejo po odjemni moči oziroma po velikosti varovalk. Ta tip odjemalcev je najpogosteje zastopan v analizi meritev. Odjem na NN strani brez merjenja moči je označen kot skupina 24. V to skupino spadajo upravičeni odjemalci, katerim se ne meri električna energija, ampak imajo

23 Matej Fele, diplomsko delo 12 določeno porabo električne energije na podlagi pogodbe z upravljavcem distribucijskega omrežja. Javna razsvetljava je skupina 26, obsega porabo električne energije za osvetlitev javnih površin. Ta skupina ima najbolj predvidljivo porabo električne energije, saj običajno poznamo vse njene komponente in moči. Odjem na SN je izveden v transformatorski postaji, mesto odjema je takoj za SN stikalom in varovalkami. Poleg tega je priklop vezan direktno na SN zbiralke. Ta vrsta odjemalcev ima svoj transformator, ki se običajno nahaja v objektu odjemalca. Merjenje prejete energije se izvaja na meji lastništva med napravami sistemskega operaterja in končnega kupca. Odjemalci tega tipa spadajo v skupine 31, 32, 33. Med posamezni skupinami so razlike po močeh, ki jih nadzirajo z omejevalniki moči (limiterji). Odjem na NN z merjenjem moči je označen kot skupina 34. Odjemalci te skupine imajo vgrajen večfunkcijski elektronski števec s 15-minutno registracijo delovne in jalove energije, komunikacijskim vmesnikom, ki omogoča izvedbo daljinskega zajema meritev. Pri tej skupini se v glavnem upoštevajo letne obratovalne ure, ki se določijo iz razmerja med v obdobju enega leta preneseno energijo in med največjo močjo v istem obdobju, doseženo na prevzemno-predajnem mestu. Odjemalce te skupine imenujemo upravičeni odjemalci. Če je odjemalec priključen na omrežje celo leto, mu obratovalni časi določijo na osnovi letne porabe električne energije in maksimalne konice v merjenem obdobju, drugače se obratovalni čas šteje tiste dni v katerih je bil odjemalec priključen. Če je naročnik priključen na omrežje celo leto, se obračunava po enačbi 4. Oznake v enačbi 4 pomenijo: T obratovalni W letna P max T W letna obratovalni = Pmax obratovalni čas v urah, letna izmerjena energija v kwh, maksimalna izmerjena moči odjemalca v kw., (4)

24 Matej Fele, diplomsko delo 13 Navajamo nekaj osnovnih karakteristik tarifnega sistema za gospodinjski odjem električne energije: gospodinjski odjem je nizkonapetostni odjem iz omrežja 230 V / 400 V, ki obsega vso porabo električne energije v eno in večstanovanjskih hišah; električno delo merimo enotarifno tekom celega dne ali dvotarifno po dnevnem tarifnem času; enotarifno izmerjeno električno delo obračunavamo po pavšalni tarifi (PT), dvotarifno pa po višji tarifi (VT) in nižji (MT); pri enotarifnem obračunu je odnos med tarifama PT = 0,9 VT; ob sobotah, nedeljah in dela prostih dnevih obračunavamo električno energijo v času 0 h do 24 h po manjši tarifi (MT). 3.1 Tarifne skupine 21, 22 in 23 Danes imamo v Sloveniji samo upravičene odjemalce. Vsi si lahko izbirajo dobavitelja električne energije (cena električne energije je odvisna od pogodbe med dobaviteljem in odjemalcem). S tarifnim sistemom se določajo osnovni tarifni elementi za obračunavanje električne energije, dobavljene odjemalcem in način uporabe teh elementov. S tarifnim sistemom se določajo tudi kriteriji in merila za oblikovanje ravni cen električne energije, načela in kriteriji za oblikovanje tarifnih postavk ter način oblikovanja in uporabe obračunskih elementov, in sicer tako, da se pri tem zasledujejo naslednji cilji: smotrna raba električne energije, smotrno koriščenje elektroenergetskih naprav. Gospodinjski odjem je odjem, ki obsega vso porabo električne energije v eno in večstanovanjskih hišah. Gospodinjski odjemalci so priključeni na nizko napetost pod 1 kv in odjemajo električno energijo v gospodinjske namene. Gospodinjske odjemalce za potrebe določitve tarifnih postavk razvrščamo v naslednje tarifne stopnje: 1. tarifna stopnja, 2. tarifna stopnja,

25 Matej Fele, diplomsko delo 14 3.tarifna stopnja. V 1. tarifno stopnjo gospodinjskega odjema uvrščamo uporabnike z omejevalniki moči 3_kW (jakost glavne varovalke 1 16 A ali 1 20 A). Ti imajo možnost samo enotarifnega merjenja. V 2. tarifno stopnjo gospodinjskega odjema uvrščamo uporabnike z omejevalniki moči 7_kW (jakost glavne varovalke 1 25 A ali 1 35 A ali če je priključek trifazni 3 20A). V 3. tarifno stopnjo uvrščamo uporabnike z obračunskimi omejevalniki moči 10_kW (jakost glavne varovalke 3 25 A). Elementa za obračunavanje električne energije gospodinjskim uporabnikom sta: obračunska moč, ki se ugotavlja z vrednostjo obračunskih varovalk, oziroma tarifnega odklopnika (omejevalnik moči), prevzeta delovna energija, ki se ugotavlja z merjenjem. Obračunska moč se zaračunava zato, ker pripravljenost, da dobavitelj daje odjemalcem ob vsakem času toliko električne energije, kot jo potrebujejo, povzroča proizvodnim in distribucijskim podjetjem stroške. Zato upravljavec omrežja zaračunava ceno obračunske moči, ki je tem višja, čim večja je naročena moč odjemalca. Obračunsko moč določa za gospodinjstva jakost glavne varovalke ali tarifni odklopnik (omejevalnik moči), kar je osnova tudi za priključnino. Ta strošek je pri tarifnih odjemalcih fiksen in ni odvisen od porabljene električne energije. Prevzeto delovno energijo merijo števci delovne energije. Glede na način porabe se lahko uporabniki odločajo za eno ali dvotarifno merjenje električne energije. Dvotarifno merjenje je ugodnejše, kadar znaša delež skupne porabljene električne energije v času nižje tarife (MT) več kot 27 % celotne porabe. Po prejšnjem tarifnem sistemu je ta delež znašal 40 %, tako, da je danes manj odjemalcev, ki jim ta tarifa ustreza.

26 Matej Fele, diplomsko delo 15 Tarifni sistem določa [6, 16], da je cena električne energije pri dvotarifnem merjenju med 6. uro in 22. uro, višja kot izven te časovne periode. Sliki 3.1 kaže razmerje med obema tarifama. 1,8 1,6 1,4 Vrednost tarifne predpostavke 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Čas (h) Slika 3.1: Graf dnevne tarifne predpostavke Vsi odjemalci s klasičnimi stikalnimi urami ne morejo porabljati cenejšo električno energijo v času praznikov, saj morajo imeti ustrezno digitalno stikalno uro (slika 3.2), ali pa možnost daljinskega krmiljenja dvotarifnega števca. glavni priključek kwh stikalna ura daljinsko krmiljenje ali porabniki Slika 3.2: Shema priklopa števca električne energije in daljinsko krmiljene števčne stikalne ure (MTK).

27 Matej Fele, diplomsko delo 16 4 Tipi transformatorskih postaj SN/NN Transformatorske postaje SN/NN razlikujemo po njihovem položaju v omrežju in po izvedbi. Po položaju v omrežju poznamo naslednje transformatorske postaje: napajalne transformatorske postaje elektrarn, ki transformirajo generatorsko napetost na visoko napetost; prehodne transformatorske postaje, ki regulirajo napetost v VN ali SN omrežju in napajajo prenosne vode (110 / 220 / 400 kv); končne ali distribucijske transformatorske postaje, ki napajajo končne odjemalce in transformirajo napetost VN/SN ali SN/NN. Diplomska naloga obravnava obremenitvene diagrame transformatorskih postaj SN/NN v distribucijskim omrežju, zato smo se podrobneje seznanili s transformatorskimi postajami, ki se nahajajo v SN distribucijskih omrežjih in jih delimo na: Podeželske, ki so v jamborski izvedbi, v novejšem času pa tudi v stolpni izvedbi. Njihova transformacija je SN/NN. Stolpna izvedba se gradi za moči do 630 kva, jamborska pa do 250 kva. Jamborska izvedba je cenejša in zasede manj prostora, vendar bolj izpostavljena atmosferskim vplivom kot stolpna. Mestne kabelske transformatorske postaje, ki so v treh izvedbah: klasično zidane, montažne (betonsko ali kovinsko ohišje) in transformatorske postaje v objektih (pritličje ali kleti). Slika 4.1 kaže prerez montažne transformatorske postaje, ki jih distribucijska podjetja, zaradi enostavnosti postavitve in cene, vse pogosteje uporabljajo. Montažne transformatorske postaje so sestavljene iz: Transformatorja, ki je postavljen samostojno v svojem prostoru in tako ločen od ostalih naprav v izogib požaru in varnosti pred dotikom. Pod transformatorjem je lovilec olja, v katerem se v primeru izteka olja zadrži olje. Dovodne in odvodne povezave, ki so nameščene v kinetah pod stikalnimi omarami. Stikal v stikalnih omarah. Naprav za krmiljenje, regulacijo ter upravljanje.

28 1W 1V 1U 2w 2v 2u n Matej Fele, diplomsko delo 17 Merilnih naprav in naprav za zaščito idr NN >150 SN KK7 160mm+PEHD 2 50mm Slika 4.1: Shema tlorisa in zunanjega izgleda montažne transformatorske postaje (proizvajalca Scheidt Sava, tip postaje NZ ). Za vse izvedbe transformatorskih postaj velja, da morajo biti prilagojene urbanim načelom, zato so tovrstne postaje izključno kabelske. Njihova transformacija je običajno 20 (10) / 0,4 kv. Naloge takih transformatorskih postaj so: transformiranje tokov in napetosti na želeni nivo, razdeljevanje električne energije, možnost izvedbe stikalnih manipulacij, zaščita elektroenergetskih naprav in vodov, možnost izvedbe meritev, ročno krmiljenje, idr.

29 Matej Fele, diplomsko delo Paralelno obratovanje transformatorjev Kjer je poraba električne energije velika in en transformator SN/NN ne bi zadostoval, sta v transformatorskih postajah vgrajena dva transformatorja, ki (ponekod) obratujeta paralelno in skupaj napajata odjemalce. Pred vzpostavitvijo paralelne povezave dveh transformatorjev je treba izpolniti pogoje: napetostni prestavi obeh transformatorjev morata biti enaki; oba transformatorja imata približno enaki nazivni napetosti in enaki fazni številki; zaporedje faznih priključkov na primarni in sekundarni strani mora biti enako pri obeh transformatorjih; relativni vrednosti kratkostičnih napetosti U ks morata biti približno enaki, da dosežemo enak padec napetosti na obeh transformatorjih in da pri enaki obremenitvi oba transformatorja dosežeta svojo nazivno moč; nazivni moči se ne smeta razlikovati za več kot faktor 3 (P 1 <=3 P 2 ); struktura odjema je taka, da sta približno enak φ k obeh transformatorjev. Na sliki 4.2 vidimo dnevni obremenitveni diagram paralelno delujočih transformatorjev. Ko se poveča poraba na transformatorja TR 2, se zaradi izpolnjenih pogojev, obremenitev razdeli tudi na transformator TR ,9 0,8 0,7 0,6 Moč [p.u.] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 TP0739 TR1 TP0739 TR2 0 23:45 3:45 7:45 11:45 15:45 19:45 Čas [h] Slika 4.2: Dnevni diagram paralelnega obratovanja transformatorjev v isti transformatorski postaji.

30 Matej Fele, diplomsko delo 19 Slika 4.3 kaže tedenski diagram paralelno delujočih transformatorjev SN/NN. 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, Moč [p.u.] TP0739 TR1 TP0739 TR2 Čas [dan] Slika 4.3: Paralelno tedensko obratovanje dveh transformatorjev. 4.2 Opis transformatorja Velikost transformatorjev SN/NN je odvisna od aktualne in projektirane električne moči. Običajno se v transformatorske postaje kabelskega omrežja vgradi transformatorje večjih moči kot je aktualna poraba, ki so prilagojeni načinu obratovanja in okoliščinam, kjer se nahajajo. Za lažje razumevanje teh v naslednjem delu dajemo kratek opis s slikovno vsebino [3]. Magnetno jedro TR-ja je običajno izdelano iz magnetne orientirane pločevine z nizkimi specifičnimi izgubami. Presek jedra je cilindrične stopničaste oblike. Lamele jarmov in stebrov so poševno prirezane in se med seboj stikajo v stiku»step-lap«. Jarmi so stisnjeni z letvami in poviti s trakovi iz steklenih vlaken tako, da med prevozom transformatorja ne pride do deformacij in da transformator obratuje varno, brez vibracij in notranjih pregrevanj. Navitja so izdelana iz bakra pravokotnega ali okroglega preseka. Bakrena žica pravokotnega preseka je izolirana s papirno izolacijo, okrogla žica pa z izolacijo iz umetne mase. Posamezne plasti so med seboj izolirane s kakovostnim izolacijskim papirjem. Izolacija med navitji in jedrom je običajno iz trdne izolacije, kot je elektro prešpan.

31 Matej Fele, diplomsko delo 20 Izolacija je pri izdelavi ustrezno posušena. Transformatorji so napolnjeni z izolatorskim oljem (bio razgradljivim in težko vnetljivim organskim estrom MIDEL 7131), ki ga nalivajo v transformator pod vakuumom. Taka izolacija brez zračnih mehurčkov je odporna proti obratovalnim in atmosferskim prenapetostim. Navitja so dimenzionirana in nameščena koncentrično in vpeta tako, da so odporna na sile, ki nastanejo pri kratkemu stiku. Toploto, ki se sprošča v navitjih, odvaja olje z naravno konvekcijo. Olje posredno oddaja toploto v okolico skozi hladilne kanale oziroma hladilna rebra. Kanali so dimenzionirani tako, da je pretok olja zadosten in učinkovit. Kotel distribucijskega TR-ja je izdelan iz ravne ali valovite pločevine. Pri hermetično zaprtih transformatorjih je kotel povsem napolnjen z oljem. Pri nehermetičnih TR-jih je za raztezanje olja poskrbljeno z ekspanzijsko posodo, tudi konzervatorjem, ki je nameščen na vrhu kotla, v katerega steče odvečno olje. Ker je kotel dimenzioniran na precej višji tlak od delovnega, je na kotlu nameščen varnostni oddušnik, ki preprečuje, da bi se pritisk dvignil nad dovoljenega. Pokrov transformatorja je pritrjen na kotel z vijaki. Na dnu kotla je pritrjen voziček z kolesi, ki omogoča premikanje, nameščanje TR-ja. Srednjenanapetostni skozniki na pokrovu TR-ja so pri starejših TR izvedeni iz porcelanskih izolatorjev, na novejših TR pa so to izolirani kabelski priključki. Na SN priključek so nameščeni konektorji za priklop izoliranega SN kabelskega priključka in iskrišča za primer prenapetosti. Iskrišča so razmaknjena na distanco, ki je odvisna od velikosti (nazivne) napetost. Pri novejši izvedbi SN priključitve iskrišča ne potrebujemo in tudi ni potrebno upoštevati varnostnih napetostnih razdalj. Ker je celoten sklop napetostno izoliran, je s tem tudi manjša nevarnost poškodb z električnim tokom in število električnih prebojev zaradi malih živali. Na NN strani so pripravljeni konektorji za privijačenje NN zbiralk, pri novejših je priključite prav tako izvedena z izoliranim kabelskim priključkom, kot na SN strani. Osnovne komponente TR-ja so predstavljene na sliki 4.4.

32 Matej Fele, diplomsko delo 21 Slika 4.4: Transformator za uporabo v notranjih zidanih transformatorskih postajah (HTIM (10,5)/0,42 Dyn5). 4.3 Lastnosti SN kabelskega omrežja Distribucijski vodi potekajo po vaseh, krajih in mestih. V krajih z majhno koncentracijo odjemalcev je SN omrežje nadzemno, v mestih, kjer je odjem koncentriran, pa je SN omrežje največkrat kabelsko. Oba tipa SN omrežij imata svoje prednosti in slabosti. Večina transformatorskih postaj, ki jih obravnava diplomska naloga, je del SN kabelskega omrežja mesta Ljubljana, zato smo v nadaljevanju predstavili predvsem karakteristike SN kabelskega omrežja. Prednosti SN kabelskega omrežja: Nadzemna omrežja z izgledom ne sovpadajo z urbanizmom, še posebej je problem tam, kjer so nameščene transformatorske postaje in razdelilne postaje, saj je to točka, v kateri je združenih več vodov. Varnost pred poškodbami omrežja in nevarnost cestnih nesreč. Drogi nadzemnih vodov dostikrat stojijo tik ob cestišču, zato lahko pride do preloma droga in le-ta

33 Matej Fele, diplomsko delo 22 pade na cestišče ali pa pride zaradi slabih vremenskih razmer do zdrsa vozila s cestišča na traso, kjer poteka električno omrežje. Zaščita pred zunanjimi dejavniki, kot so dež, sneg, veter, udar strele, porušena drevesa idr.. Sigurnost obratovanja je velika, saj omrežje ni izpostavljeno zunanjim vplivom, ki so najpogostejši vzrok izpadov. Slabosti SN kabelskega omrežja: Cena izgradnje in vzdrževanje. Cena izgradnje se spreminja odvisno od zahtevnosti posameznega projekta. Na ceno izgradnje vpliva veliko faktorjev, kot so npr. sestava terena (kamenje, vdiranje vode idr.), objekti postavljeni na trasi omrežja (ceste, zgradbe, razni parki idr.). Cene že prvotno zgrajenih podzemnih omrežij so nižje kot pa pokablitev nadzemnega omrežja v kabelsko omrežje. Ocenjeno je, da je v povprečju cena nadzemnega voda približno 20 /m, cena kablovoda pa se giblje med 40 /m in 80 /m. Kompleksnejše stikalne, zaščitne in nadzorne funkcije (stikala so nameščena v posebne omare, izolacija kablov mora ustrezati standardom in mora biti preizkušena). Transformatorji nameščeni pod zemljo ali v zidanih transformatorskih postajah imajo zaradi zaprtih prostorov tudi do polovično življenjsko dobo zaradi pregrevanja. Za preprečevanja pregrevanja so prostori hlajeni s prisilno cirkulacijo zraka. Za polaganje dodatnih kablov je cena višja kot gradnja novih tras, znatne stroške povzročajo popravila obstoječih zgradb, ulic in cestišč, ki so bile med popravilom poškodovane. Vizualni pregled in kontrola podzemnih vodov ni mogoča, vzdrževanje je oteženo, drago in poraba časa je dosti večja kot pri nadzemnih vodih. Popravljanje že obstoječih povezav je bolj zahtevno od popravil pri nadzemnih vodih.

34 Matej Fele, diplomsko delo 23 5 Pridobivanje in urejanje meritev v transformatorskih postajah To poglavje opisuje splošne lastnosti merilnih naprav, zajemanje meritev in programsko opremo, ki omogoča njihovo obdelavo. Podatke smo odčitali iz 92 analizatorjev moči, ki so nameščeni v transformatorskih postajah SN/NN in sicer na NN strani 0,4 kv. V obravnavanih transformatorskih postajah je na sprednji plošči stikalnih omar nameščen merilnik (analizator moči), proizvajalca Pfisterer, instrument imf-novameter 2000/3000. Poleg analizatorja moči za dostop do meritev shranjenih v analizatorju moči potrebujemo merilno optično glavo, s katero povežemo računalnik in analizator moči. Za nastavljanje in pregled podatkov je potreben osebni računalnik z nameščenim programom WINNOVA 99, ki omogoča upravljanje z analizatorjem moči in merilnimi podatki. Za odčitavanje meritev lahko uporabimo tudi dlančnik, ki ga povežemo na instrument z optično sondo in podatke shranimo na dlančnik, iz tega podatke naknadno prenesemo na osebni računalnik. 5.1 Priklop in napajanje analizatorja moči Analizator moči omogoča merjenje napetosti direktno na NN strani TR-ja ali posredno z napetostnim transformatorjem s sekundarno napetostjo 100 V in toka posredno s tokovnimi transformatorji (TT). Tokovni vhodi analizatorja moči so 5 A, kar je sekundarni nazivni tok TT-jev. Napetostne sponke priključimo na sponke L1, L2 in L3 ter nevtralni vodnik na sponko označeno z N, vezalni načrt je dodan v prilogi: "Enopolna shema analizatorja moči". Sponki L1 in N sta podvojeni in notranje povezani v analizatorju moči. Iz teh sponk je mogoče analizator moči napajati iz merilnega tokokroga, če je napetost 230 V. Slika 5.1 kaže razvrstitev priključnih sponk na zadnji strani analizatorja moči. Sponke so ločene po skupinah glede na namen: skupaj so razporejene sponke za napajanje, skupaj so sponke za merilne kable in komunikacijske priklope.

35 Matej Fele, diplomsko delo 24 Napajanje analizatorja moči je na priključkih z oznako»supply 230V«. Ti priključki so ločeni od merilnih priključkov. Če je merilna napetost 230 V izmenično, je možno napajanje iz podvojenih sponk L1 in N, kar zmanjša število priključnih žic analizatorja moči. Slika 5.1: Shema zadnje strani analizatorja moči z označenimi razporedi priključnih sponk. Analizator moči je zgrajen po sistemu»maintenance-freebrez vzdrževanja«, kar pomeni, da se podatki ob izgubi napajanja še vedno ohranijo v spominu. Poseben kondenzator opravlja to nalogo ohranjanja podatkov v trajanju 12 ur, kolikor lahko traja izpad napajanja. Po tem času so podatki izgubljeni in ura se ustavi. Pomembni podatki, kot so nastavitve analizatorja moči ter maksimalne in minimalne izmerjene vrednosti, se ne izgubijo, ker so shranjeni v EEPROM-u. 5.2 Odčitavanje merilnih podatkov Odčitavanje meritev iz analizatorja moči je možno izvesti na dva načina: Priklop z magnetno čitalno sondo, ki komunicira z instrumentom s kombinacijo optičnih led diod kot oddajnik in led tranzistorjev kot sprejemnik. Na čelni plošči analizatorja moči se nahaja označeno mesto za priključitev magnetne sonde. Na ta način lahko nastavimo (nastavitev prestavnega razmerja tokovnikov) in beremo shranjene meritve.

36 Matej Fele, diplomsko delo 25 Z RS-232 vmesnikom, ki se uporablja za priključitev modema. To omogoča branje podatkov iz analizatorja moči priključenega na oddaljeni lokaciji. Za modemsko komunikacijo je treba priskrbeti dodatne module, ki pretvorijo-pripravijo podatke za prenos. 5.3 Izgled analizatorja moči Analizator moči ima osvetljen LCD monitor. Sprednja stran analizatorja moči je zaščitena pred udarci. Gumijast sloj preprečuje vstop prahu in vlage v instrument. Na čelni plošči analizatorja moči, slika 5.2, se nahajajo tipke z oznako: mode, channel, select, min/max, energy (samo pri modelu imf-novameter tip 3000). Pod tipkami je označeno mesto za priklop merilne optične sonde. Slika 5.2: Pogled analizatorja moči z sprednje strani.

37 Matej Fele, diplomsko delo 26 S pritiskom na ustrezne tipke dostopamo do podatkov, ki so shranjeni v spominu, ali do prikaza trenutnih vrednosti. Možen je prikaz minimalnih in maksimalnih vrednosti za izbrano merjeno obdobje. Odziv na nenadno spremembo vrednosti ali počasen odziv. Možen je tudi dostop do pregleda nastavitev. V preglednici 5.1 [14] je pokazana zgradba menija, ki vodi merilca do želenih veličin, kot so trenutni toki ali napetosti posamezne faze. Posluževanje s tipkami na sprednji strani analizatorja moči se predvsem uporablja za hiter pregled in kontrolo nastavitev. Če želimo meritve analizirati, jih prenesemo na računalnik. Preglednica 5.1: Pregled menija analizatorja moči.»select«tipka»chanel«tipka»min/max«tipka»mode«tipka A / V/ C kw (samo model 3000) Kanali 1 3 (A) Kanali 4 6 (V) Kanal 7 ( C) Moč v eni fazi Skupna moč Trenutna vrednost Minimum Maksimum Trenutna vrednost Minimum Maksimum»trenutna«vrednost»termična«vrednost Trenuten čas in datum»trenutna«vrednost»termična«vrednost cosφ (PF) (samo model 3000) cosφ v eni fazi Skupen cosφ Trenutna vrednost Minimum Maksimum»trenutna«vrednost»termična«vrednost Prikaz_merilnega območja Konfiguracija (nastavitve analizatorja moči) Kanali 1 3 (A) Kanali 4 6 (V) Kanal 7 (ºC) Nima funkcije Nima funkcije

38 Matej Fele, diplomsko delo Tehnične lastnosti analizatorja moči Instrument meri True RMS vrednosti in v eni sekundni izmeri dve vrednosti. Instrument ohranja podatke ločeno. V osnovi se odmerjeni podatki zapisujejo v delovni spomin velikosti 512_kB, v EEPROM pa se zapisujejo nastavljeni podatki in programska koda. Čas vzorčenja oziroma časovni interval shranjevanja podatkov izbere uporabnik. Instrument ponuja možnosti minutnega, 15 minutnega, polurnega in urnega časovnega intervala shranjevanja podatkov. Celovite tehnične podatke instrumenta podaja priloga. 5.5 Programske nastavitve analizatorja moči Analizatorje moči nastavljamo s programom WINNOVA 99, ki ga predhodno instaliramo na (prenosni) računalnik, na katerega priključimo magnetno/optično glavo (optična sonda). Optično sondo namestimo na analizator moči tako, da komunikacijski kabel poteka pravokotno na analizator moči. Ko sta računalnik in instrument povezana z optično sondo, v programu WINNOVA 99 izberemo ukaz»connect«. Če smo analizator moči pravilno priključili, se na ekranu izpiše»separate«. Pri nastavitvah analizatorja moči je treba določiti, kaj želimo meriti, s katerimi prestavnimi razmerji in kakšen naj bo način shranjevanja podatkov. Pred nastavitvijo analizatorja moči, na katerega smo priključili računalnik, preberemo podatke, da dobimo informacijo o trenutnih nastavitvah. S tem preberemo tudi podatek o tipu analizatorja moči. Vnesemo podatke o lokaciji merilnega mesta (Regija, Okolica, Naslov). Ko so podatki vneseni, služijo za ustvarjanje pod-direktorijev, ki omogočajo izpis poročil in izdelavo grafa. S temi imeni smo tudi kasneje imenovali merjene transformatorske postaje, zato so podatki o lokaciji enaki naslovu transformatorske postaje, lahko pa uporabimo identifikacijsko številko transformatorske postaje.

39 Matej Fele, diplomsko delo Vnos prestavnega razmerja TT ja in določanje merilnega območja Pri nastavljanju analizatorja moči je treba preveriti prestavno razmerje TT-jev. V ta namen je treba natančno pogledati enopolne sheme transformatorske postaje in oznake na priključenih TT-jih. Slika 5.3 kaže primer nastavitev merilnih območij za vsak kanal posebej. Če so prestavna razmerja TT-jev narobe nastavljena, analizator moči ne shrani pravih vrednosti. Napetostno merilno območje analizatorja moči je (pred)nastavljeno na 250 V, lahko pa nastavimo tudi druga merilna območja. Slika 5.3: Nastavitve tokovnih (TT) in napetostnih merilnih območij. 5.7 Konfiguracija internega pomnilnika in izbira parametrov V analizatorju moči nastavimo, katere vrednosti naj meri in na katerih kanalih naj jih shranjuje. Priporočljivo je, da imajo vsi analizatorji moči enake nastavitve kanalov, saj kasneje meritve lažje združimo in primerjamo. Če bi z enimi analizatorji najprej merili napetost in nato tok, z drugimi pa najprej tok in potem napetost, se merilni podatki ne bi ujemali. Na sliki 5.4 je primer nastavitve kanalov, ki smo jih uporabili in kar je tudi

40 Matej Fele, diplomsko delo 29 aktualna nastavitev vseh analizatorjev moči. Za vsako merjeno veličino so trije kanali (L1, L2 in_l3). Analizatorji moči imajo nastavljene kanale v naslednjem vrstnem redu: 1, 2, 3 kanal za povprečen maksimalni tok, 4, 5 in 6 kanal za trenutni tok, 7, 8, 9 kanal za minimalne trenutne napetosti, 10, 11, 12 kanal za maksimalne trenutne napetosti, 13, 14, 15 kanal namenjeni meritvam moči (samo analizator moči tip 3000), 16, 17, in 18 kanal za merjenje delovnega faktorja cosφ (samo analizator moči tip 3000). Slika 5.4: Program WINNOVA 99, okno za urejanje in izbiro merilnih parametrov. 5.8 Prenos in pregled podatkov Ko uspešno vzpostavimo povezavo med računalnikom in analizatorjem moči z optično sondo z ukazom»read«, prenesemo merilne podatke na računalnik. Med prenosom se kaže potek prenosa in količina prenesenih podatkov. Časi prenosa podatkov iz analizatorja na računalnik so odvisni od verzije programske opreme analizatorja moči. Izkušnje na terenu kažejo, da se podatki prenesejo v dveh minutah, z drugo različico programske

41 Matej Fele, diplomsko delo 30 opreme pa v 10. minutah. Po uspešnem prenosu podatkov, se na zaslonu izpiše»data read successfully«. Ko so podatki na računalniku, jih shranimo v izbrano datoteko in jih tudi smiselno poimenujemo. V izogib težavam, ki bi se pojavile zaradi različnih operacijskih sistemov, v imenih datotek ne uporabljamo strešic, presledkov ali drugih (nedovoljenih) znakov (npr. ločil). Za naše potrebe smo datoteke imenovali kar z identifikacijsko številko transformatorske postaje, iz katerega smo odčitali meritve. Podatke posameznih transformatorskih postaj lahko pregledujemo v programu WINNOVA 99. V programu lahko prikažemo vsako merjeno vrednost in prilagajamo grafe glede na svoje potrebe. Slika 5.5 kaže dnevni obremenitveni diagram ene izmed obravnavanih transformatorskih postaj. Slika 5.5: WINNOVA 99, grafični prikaza merilnih podatkov. Za analize smo rabili več matematičnih funkcij, možnosti urejanja in prikaza meritev, kot jih ponuja program WINNOVA 99, zato smo podatke z ukazom»export«izvozili v MS Excel. Poleg formata *.xls WINNOVA 99 podpira tudi druge oblike, kot so: HTML, TXT, DBF (L-ProWin programi, ki delujejo na osnovi dbase IV baz). Preden merilne podatke izvozimo, izberemo želene kanale, časovni interval idr.. WINNOVA 99 nudi možnosti izbire različnih časovnih intervalov, vendar je treba

42 Matej Fele, diplomsko delo 31 upoštevati, da so instrumenti merili veličine tako, kot smo jih nastavili. Za naše potrebe smo podatke shranjevali s 15 minutni časovnim intervalom. Program WINNOVA 99 pri izvozu podatkov v MS Excel samodejno uredi njihovo obliko, ki jo prepozna MS Excel. Na kratko smo opisali vsebino izvoženega dokumenta z oznako TP0018. Prenos podatkov iz ene oblike v drugo se kljub velikemu številu meritev izvrši v trenutku in najbolje je, da jo shranimo pod istim imenom, kot so imenovane izvorne meritve. Na prvem listu»measuring device statistic«se nahajajo splošni podatki: datumu, kdaj smo analizator moči odčitali, serijska številka, informacije o transformatorski postaji, v katerem je nameščen analizator. Na sliki 5.6 vidimo prvo preglednico, ki kaže izbrane kanale za prenos iz programa WINNOVA 99. Na ta način preverimo, če smo izbrali prave kanale. Slika 5.6: Prikaz nastavljenih kanalov. MS Excel za hiter pregled ponuja v spodnjih treh preglednicah pet najvišjih in pet najnižjih vrednosti za posamezen kanal, kar vidimo na sliki 5.7.

43 Matej Fele, diplomsko delo 32 Slika 5.7: Ekstremne vrednosti označene po datumih. Na sliki 5.7 vidimo posamezne vrednosti označene z datumom odčitka. Iz teh podatkov lahko hitro dobimo informacijo o dogodkih v transformatorski postaji. Ekstremne vrednosti lahko primerjamo s podatki iz druge transformatorske postaje, npr. v bližini opazovane transformatorske postaje in na osnovi tega analiziramo, kaj se je v omrežju dogajalo. V MS Excelu so na drugem listu»values«zbrani vsi podatki, ki so shranjeni v pomnilniku. Teh podatkov je pri analizatorjih moči imf-novameter 2000 povprečno nekaj več kot na posamezni kanal, pri analizatorjih moči imf-novameter 3000 pa je zaradi večjega števila kanalov možno zapisati nekaj več kot podatkov. Če analizator moči vrednosti shranjuje vsakih 15 minut, ugotovimo: imf-novameter 2000: če je analizator moči nastavljen za merjenje 12 kanalov in razdeli pomnilnik velikosti 512_kB na vseh 12 kanalov, to pomeni, da lahko vsakih 15 minut shrani meritve za 448 dni. Nabor meritev, ki smo jih odčitali iz imfnovameter 2000, obsega obdobje od sredine decembra 2006 do marca 2008; imf-novameter 3000 meri in shranjuje poleg vrednosti napetosti in tokov tudi vrednosti električne energije in cosφ. Če analizator shranjuje vse veličine je treba izbrati še 6 kanalov (skupaj 18). Ker je pomnilnik kapacitete 512 kb razdeljen na

44 Matej Fele, diplomsko delo kanalov, je perioda merjenja bistveno krajša. 15 minutne meritve shrani za obdobje 300 dni. Nabor meritev, ki smo jih odčitali iz imf-novameter 3000, zajema obdobje od maja 2007 do marca Obdelava podatkov za medsebojno primerjanje Analiza meritev tokov in napetosti v transformatorskih postajah je pokazala število in trajanje prekinitev dobave električne energije, število izpadov in njihovo trajanje. Prekinitve, v smislu breznapetostnega stanja transformatorskih postaj, so bile največkrat posledica napovedanih revizij ali remontov. Rezultati analize so pokazali, da je bilo neplanskih prekinitev zelo malo. Za nadaljnjo analizo smo uporabili podatek o nazivni moči transformatorske postaje. Cilj diplomskega dela je ugotoviti uporabnost podatkov, ki jih izmerimo z analizatorji moči, zato smo meritve preračunali v dejanske moči za določen časovni termin, ki znaša: Posamezne fazne moči so: S TP (t) = S L1 (t) + S L2 (t) + S L3 (t). (5) S S U maxl1 ( t) + U minl1 ( t) t) = I ( t), (6) 2 L1( 1inert S U maxl2 ( t) + U minl2 ( t) t) = I ( t), (7) 2 L2 ( 2inert U maxl3 ( t) + U minl3 ( t) t) = I ( t), (8) 2 L3( 3inert kjer oznake v enačbah od 5 do 8 pomenijo: S Lx (t) moč posamezne faze v kw, S TP (t) dejanska moč TP ja v kw, U maxlx (t)... maksimalna napetost posamezne faze v V, U minlx (t) minimalna napetost posamezne faze v V, I xinert (t) trenutni maksimalni tok posamezne faze v A.

45 Matej Fele, diplomsko delo 34 Vrednosti S L1, S L2 in S L3 v enačbah 6 do 8 določajo povprečne vrednosti napetosti in povprečnega toka posamezne faze. Za pregled in primerjanje meritev smo vse vrednosti normirali v "per-unit" (p.u), kjer smo za osnovo izbrali izmerjeno konico vsake transformatorske postaje posebej. Za pretvorbo trenutne vrednosti v p.u enote smo uporabili enačbo 9. x( t) χ (p.u) =, (9) x V enačbi 9 oznake pomenijo: χ (p.u) vrednost v p.u, χ(t) vrednost v intervalu t, χ ref... maksimalna vrednost izmed vseh intervalov. Za ponazoritev prikazujemo pretvorbo za prvo meritev TP0018, z oznako P TP0018 (t), ki znaša: P TP0018 (t 1 )=111 kva moč transformatorske postaje v določenem časovnem intervalu t 1, P TP0018 (max)=149,1 kva konična moč transformatorske postaje, P ref PTP 0018( t1) 111kVA 0018( t1) ( p. u.) = = 0,74 p. u. (10) P 149,1kVA TP = TP0018(max) Na osnovi merjenih podatkov za posamezno transformatorsko postajo in zajeto merilno obdobje smo dobili konično obremenitev in z njo delili vse vrednosti meritev. Na ta način zagotovimo, da ima konica vrednost 1, ostale vrednosti pa se nahajajo na intervalu [0,1].

46 Matej Fele, diplomsko delo 35 6 Analiza obratovanja analizatorjev moči Statistika opremljenosti transformatorskih postaj z analizatorji kaže, da so ti vgrajeni predvsem v novejših transformatorskih postajah (starost manj kot 5 let), oziroma v starejših postajah, kjer se je zaradi dotrajanosti in premajhnega števila izvodov zamenjalo NN ploščo. Trenutno je z njimi opremljenih 21% transformatorskih postaj distribucijskega omrežja DE Ljubljana Mesto. Meritve s pomočjo analizatorjev moči, smo pridobili iz območji (rajonov) distribucijskega podjetja: Ljubljana center, Vič, Šiška, Bežigrad in Žale, Moste-Polje. Preglednica 6.1 prikazuje število analizatorjev moči po območjih in njihovo stopnjo razpoložljivosti. Iz nje vidimo, da je največ analizatorjev vgrajenih v območju Center, kljub temu, da ima Šiška največ transformatorskih postaje (273). Območji Bežigrad in Žale smo združili, saj je tam najmanj analizatorjev moči (skupaj 277). Prav tako vidimo, da ima območje Moste-Polje najmanj transformatorskih postaj (122). Preglednica 6.1: Število analizatorjev moči po območjih. Vseh TP Št. vgrajenih analizatorjev Brez analizatorja Št. odčitanih Št. nastavljenih V okvari Ni v uporabi VIČ x CENTER BEŽIGRAD in ŽALE x 23 8 ŠIŠKA ISKRA MOSTE- POLJE x 2 14 SKUPAJ Glede na to, da je v območju Center največ transformatorskih postaj z analizatorji moči, bi lahko (napačno) sklepali, da je ta del omrežja najbolj primeren za analize obremenitvenih

47 Matej Fele, diplomsko delo 36 diagramov. Žal v preglednici 6.1 vidimo, da je ravno v tem območju največ neaktivnih analizatorjev. Od skupno 191 analizatorjev moči smo jih lahko odčitali 93 (48%), preglednica 6.1, stolpec "Št. odčitanih". Ostalih 98 analizatorjev (52%) ni bilo nastavljenih za meritev ali meritev niso shranjevali ali pa je prišlo do napake in so podatki napačno označeni, kar pomeni, da jih ne moremo uporabiti. Vzroki za napake so: izpad napajanja analizatorja moči za daljše obdobje, saj se s tem podatki izgubijo, okvara merilne opreme, zaradi česar se ni dalo nastaviti parametrov, problemi s programsko opremo, ob vgradnji analizatorja moči transformatorska postaja še ni obratovala. V območju Center, kjer je največ transformatorskih postaj opremljenih z analizatorji moči, smo ugotovili, da je najmanj nastavljenih analizatorjev, kar je posledica okvar na opremi za nastavljanje analizatorja. Optična sonda, s katero povežemo računalnik na instrument, je bila v okvari. Kabel sonde je bil v okvari, kar je povzročalo nepravilne nastavitve. Posledica tega je, da na mestih, kjer smo pričakovali največje število uporabnih meritev, analizator moči ni shranil meritev. Tako smo med pregledom transformatorskih postaj te pomanjkljivosti odpravljali in jih sproti nastavljali. Po končanem pregledu vseh transformatorskih postaj z opremljenimi analizatorji moči lahko zaključimo, da se je število nastavljenih analizatorjev podvojilo, ostalo je le 8 analizatorjev, ki jih zaradi tehničnih okvar nismo mogli aktivirati. Vendar smo ob zaključku diplomske naloge, izvedeli, da so tudi na teh napake odpravili in trenutno vsi analizatorji moči v distribucijskem omrežju Ljubljana Mesto merijo in shranjujejo meritve. Pričakujemo lahko, da bo torej čez eno leto moč analizirati 183 letnih obremenitvenih diagramov transformatorskih postaj s 15 minutno periodiko zapisa meritev. 6.1 Analiza točnosti obremenitvenih diagramov Pri analizi merilnih podatkov smo imeli največ težav s časovnimi zamiki. Vsak analizator moči namreč šteje čas samostojno, kar pomeni, da analizatorji moči niso daljinsko časovni

48 Matej Fele, diplomsko delo 37 sinhronizirani. Težave so se pokazale tudi v načinu zbiranja meritve, da bodo časovno primerljivi, kar bo prikazano v nadaljevanju Problemi s časovnimi zamiki analizatorjev moči Pri nastavitvi analizatorja moči je treba nastaviti tudi uro in datum, ki jo analizator samodejno prebere iz računalnika, s katerim ga nastavljamo. Če računalnik nima točne ure, potem bo analizator moči podatke shranjeval z napačno časovno oznako, kar povzroči razlike med točnim časom in časom v analizatorju. Pred analizo obremenitvenih diagramov, je treba meritve časovno uskladiti. Pri vsakem odčitavanju podatkov iz analizatorjev moči, smo preverili uro nastavljeno na analizatorju in»točni«čas. Oba časa smo zapisali in na ta način ugotovili časovne razlike. Ugotovitve podaja preglednica 6.2, kjer vidimo, koliko so ure na analizatorjih odstopale od pravih vrednosti. Preglednica 6.2: Pregled časovnih razlik analizatorjev moči. Časovna Razlika (t) Število analizatorjev moči v časovnem območju (n) t < 1 min 7 1min <t< 15 min 18 15min <t< 1h 29 1 h <t< 6h 12 t < 24h 1 t >24 h 4 Pri analiziranju časovnih razlik smo prišli do ugotovitev, da je bila v povprečju razlika med točno uro in uro, ki jo je kazal analizator približno 25 minut. Časovne razlike (natančnost minuta) ni bilo pri dveh analizatorjih moči. Veliko časovno razliko (več dni), so imeli štirje analizatorji moči, katerih meritev zato nismo upoštevali v nadaljnjih analizah.

49 Matej Fele, diplomsko delo Točnost analizatorjev moči in vrednosti 15 minutnih intervalov Analizatorji moči so nastavljeni tako, da merijo vrednosti na 0,5 sekunde. Te vrednosti analizator hrani le v delavnem pomnilniku, po nastavljenem časovnem intervalu, ki je v naših primerih 15 minut, zapiše povprečno vrednost vseh veličin izmerjenih v tem časovnem intervalu. Če preračunamo, v enem časovnem intervalu analizator moči meri: t s = t m 60 = = 900 s. (11) Če razberemo iz tehničnih podatkov, da analizator moči opravi meritev veličine vsake pol sekunde, sledi da je število meritev: N meritev (t s ) = t s 2 = = 1800 (12) Ugotovimo, da analizator moči v časovnem intervalu t m izmeri 1800 vzorcev, ki jih preračuna v eno povprečno vrednost. Izmerjena vrednost v enem intervalu,»velja«vse do trenutka naslednjega intervala. Naslednja izmerjena vrednost je lahko enaka ali drugačna od prejšnje in»velja«zopet do naslednje meritve. Ugotovili smo, da je vzorčenje v konkretnem primeru dovolj pogosto (dovolj visoka frekvenca vzorčenja. Problem nastane pri bolj natančni analizi. Povprečne vrednosti v časovnem intervalu se namreč razlikujejo od trenutnih vrednosti, ki so se v tem istem intervalu dostikrat spremenile. Za boljši pregled smo na sliki 6.1 prikazali meritev urnega in 15 minutnega intervala. Predpostavimo, da se v enem ali nekaj merilnih vzorcih pojavi konica. Ta konica bo z ostalimi vzorci v intervalu, ki jih je dosti več, dodala neko vrednost in tudi povprečje celotnega intervala se bo dvignilo, ampak iz vrednosti intervala ne bo mogoče odčitati, koliko je končna vrednost konice in koliko vzorčnih časov zajema. Na sliki 6.1 vidimo, kako se 15 minutne vrednosti večkrat spremenijo glede na urno povprečno vrednost. Na desni strani diagrama imamo na sekundarni ordinatni osi prikazano merilo absolutnega procentualnega pogreška med uporabo izmerjenih podatkov s 15 in 60 minutno merilno metodo. Zelena črta nam prikazuje povprečen procentualni pogrešek, ki znaša 3,75%.

50 Matej Fele, diplomsko delo ,9 0,8 15 minutni interval 60 minutni interval P% Povprečni P% ,7 35 Moč [p.u.] 0,6 0,5 0,4 0, Procentualni pogrešek [%] 0,2 10 0, :45 1:15 2:45 4:15 5:45 7:15 8:45 10:15 11:45 13:15 14:45 16:15 17:45 19:15 20:45 22:15 Čas [h] 0 Slika 6.1: Primerjava meritev urnega in 15 minutnega intervala vzorčenja.

51 Matej Fele, diplomsko delo 40 7 Analiza uporabnosti podatkov izmerjenih z analizatorjem omrežja 7.1 Primerjava meritev na izvodu iz razdeline transformatorske postaje in transformatorske postaje V prvi fazi smo preverili ali izmerjeni podatki v transformatorski postaji odstopajo od podatkov, ki jih izmerimo na izvodu v RTP-ju. Za primerjavo smo morali poiskati SN vejo iz RTP-ja, na kateri imajo vse transformatorske postaje vgrajen analizator mreže. Edino takšno vejo prikazuje spodnja slika 7.1, kjer vidim, da je na izvodu iz RTP-ja priključena samo ena transformatorska postaja, ki je bila vključena v SN omrežje lansko leto in ima vgrajene analizatorje mreže. Slika 7.1: Enopolna shema RTP Vič TP1042. Vsi izvodi iz RTP-jev imajo vgrajene števce električne energije MT851 T1A42R52 (razred točnosti 2). Ker števec še ni bil aktiviran, smo morali na tangiranem izvodu nastaviti zunanji analizator mreže (MEMOBOX 300 smart). Na sliki 7.2 je prikazana primerjava med meritvama na obeh straneh. Iz nje vidimo identičnost obremenilnih diagramov. Iz tega sklepam, da so podatki zajeti z vgrajenimi analizatorji mreže v transformatorskih postajah točni in primerljivi s tistimi podatki, ki jih zajamemo v RTP-ju z merilnimi števci. Obe uporabljeni napravi zajemata meritve iz tokovnih merilnih transformatorjev tako, da pri tem ne prihaja do odstopanj, zaradi

52 Matej Fele, diplomsko delo 41 razredov točnosti (razred točnosti 0,5). Na desni strani diagrama (na sekundarni ordinatni osi) je prikazano merilo absolutnega procentualnega pogreška med izmerjenima močema na obeh straneh. Zelena črta prikazuje povprečni procentualni pogrešak, ki znaša 5,25%. Opazi se tudi, da uporabljeni merilni napravi delujeta na različnih principih merjenja. Tako kot smo že opisali analizator mreže meri 'True RMS' vsakih 0,5 sekunde in potem izračuna povprečje teh vrednosti za nastavljeni interval 15 minut. Merilna naprava MEMOBOX 300 smart pa meri vsakih 0,2 sekunde in potem izračuna srednjo vrednost odčitkov PRTP [kw] PTP [kw] P% Povprečni P% Moč [Kw] Procentualni pogrešek [%] Čas [h] Slika 7.2: Primerjava izmerjenih podatkov v RTPju in v transformatorski postaji Predimenzioniranje transformatorskih postaj v fazi projektiranja Diplomsko delo je nastajalo v okolju delodajalca. S tem razlogom je naloga osredotočena na analizo podatkov potrebnih pri projektiranju novih transformatorskih postaj. Podatke o inštaliranih močeh, ki bodo obremenile projektirane transformatorske postaje, projektanti dobijo od projektantov notranjih inštalacij. Le-ti jih izračunajo na podlagi velikosti enot, načina ogrevanja in hlajenja, itd. Izračunane inštalirane moči pomnožijo še s faktorjem istočasnosti in prekrivanja in za rezultat dobijo projektirane konične moči. Velikost

53 Matej Fele, diplomsko delo 42 faktorjev istočasnosti in prekrivanja je odvisna od števila uporabnikov, priključenih na isto transformatorsko postajo. Pri pregledu izmerjenih podatkov, ki smo jih odčitali iz analizatorjev mreže, smo ugotovili, da so projektirane transformaptorske postaje v zadnjih letih predimenzionirane. Trditev bom v nadaljevanju utemeljil na primeru štirih novejših transformatorskih postajah in dveh starejši, ki napajajo izključno gospodinjske odjemalce. Novejše transformatorske postaje smo izbrali na podlagi razpoložljivih podatkov iz projektov PGD, oziroma PZI, tako da imamo izhodiščne podatke, ki so jih v času projektiranja dobili projektanti. Predpostavka je bila tudi, da so vsi odjemalci predvideni v času projektiranja že priključeni na analizirano transformatorsko postajo (vse enote zasedene oz. prevzeta vsa odjemna mesta). Preglednica 7.1: Prikaz obremenjenosti novejših in starejših transformatorskih postaj. Št. TP Leto izgranje Št. enot Projektirano stanje Moč na enoto [kw] Konična moč [kw] Št. odjemalcev (različne moči) Vsota priključnih moči TP [kw] Dejansko stanje Max konična moč TP [kw] Nazivna moč TP [kw] Inštalirana /Nazivno Konična moč na enoto [kw] , , \ \ \ ,43 1, \ \ \ ,752 1, , ,529 1, , ,932 0, , ,928 0, Iz zgornje preglednice vidimo, da imata starejši transformatorski postaji večjo instalirano moč, kar se najbolje vidi iz faktorja, ki smo ga dobili z razmerjem inštalirane in nazivne moči transformatorske postaje. Nove transformatorske postaje, ki smo jih izbrali, imajo vgrajena dva transformatorja moči 630 kva, vendar iz obremenitev vidimo, da bi zadostovalo, če bi se vgradil en transformator moči 630 kva. Iz izračunane konične moči na enoto vidimo, da imata starejši transformatorski postaji večjo konično moč, ker gre za gospodinjske odjemalce, ki stanujejo v hišah. Pri projektiranju novejših stanovanjskih naseljih bi iz izračunanega lahko vzeli, da za posamezno stanovanjsko enoto upoštevamo konično obremenitev reda 1 kw. V nadaljevanju so prikazani urejeni diagrami obremenitev (dva mesečna in dva letna diagrama). Iz diagramov je razviden potek letne, oziroma mesečne obremenitve posamezne enote. Uporabljeni so bili razpoložljivi podatki novih transformatorskih postaj (analizirani v preglednici 7.1). Iz diagramov je razvidno, da se konične moči enote razlikuje od tistih iz

54 Matej Fele, diplomsko delo 43 preglednice 7.1, ker smo 15 minutne podatke pretvori v povprečne urne podatke. Na diagramih so prikazana območja povprečne porabe (±10% povprečne letne, oziroma mesečne porabe), pod območjem pa je navedeno, koliko časa je enota (odjemalec) obratovala v tem pasu. 0,70 0,60 0,50 Moč [kw] 0,40 0,30 0,20 0,10 Povprečna urna obremenitev +/-10% srednje vrednosti=98,5 ur/mesec je cca. 13% časa v mesecu 0, N [15 minutni podatki] Slika 7.3: Urejen diagram mesečne (april 2008) obremenitve odjemalca iz TP ,00 0,90 0,80 0,70 Moč [kw] 0,60 0,50 0,40 0,30 Povprečna urna obremenitev +/-10% srednje vrednosti=2843 ur/leto je cca. 32% časa v letu 0,20 0,10 0, N [urni podatki] Slika 7.4: Urejen diagram letne (2007) obremenitve odjemalca iz TP0568.

55 Matej Fele, diplomsko delo 44 0,90 0,80 0,70 Moč [kw] 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 Povprečna urna obremenitev +/-10% srednje vrednosti=2206 ur/leto je cca. 25% časa v letu 0,10 0, N [urni podatki] Slika 7.5: Urejen diagram letne (2007) obremenitve odjemalca iz TP ,60 0,50 0,40 Moč [kw] 0,30 0,20 Povprečna urna obremenitev +/-10% srednje vrednosti=236,75 ur/mesec je cca. 32% časa v mesecu 0,10 0, N [15 minutni podatki] Slika 7.6: Urejen diagram mesečne (oktober 2007) obremenitve odjemalca iz TP1000. Iz zgornjih podatkov ugotavljam, da se dobljene konične moči od projektantov notranjih inštalacij upošteva tako kot do sedaj za potrebe projektiranja novih transformatorskih postaj. Na osnovi podatkov se izračuna nazivna moč in število transformatorjev. Vendar pa se ob predpostavki, da je potrebno vgraditi dva ali več transformatorjev, število vgrajenih transformatorjev zmanjša. V času obratovanja novih transformatorskih postaj bi iz podatkov izmerjenih z analizatorji mreže sledili gibanju obremenitev. Če bi se obremenitev

56 Matej Fele, diplomsko delo 45 povečala nad vgrajeno nazivno vrednostjo, bi bilo potrebno vgraditi dodatni transformator, za katerega pa bi že imeli gradbeno pripravljeni prostor. V času do vgradnje novega transformatorja bi se tudi prenastavila zaščita transformatorja na višjo vrednost, da bi se transformator preobremenlo za 20%. 7.3 Uporabnost podatkov v oddelku za soglasja in analize Pri vsakodnevnem izdajanju tehničnih pogojev za priključitev novih odjemalcev električne energije na obstoječe distribucijsko omrežje se območni referenti srečujejo s pomisleki, koliko je dejansko obravnavana transformatorska postaja obremenjena oziroma koliko je še proste kapacitete za priključitev novih odjemalcev. V preteklosti so za to uporabljali analogne prikazovalnike maksimalnih obremenitev, kjer je kazalec obstal pri konični obremenitvi. To se je izkazalo za zelo nenatančen podatek, saj so bili analogni prikazovalniki velikokrat poškodovani (mehansko ali električno). Pred vgradnjo analizatorjev mreže so uporabljali meritve z napravami MEMOBOX. Ker je njihovo število omejeno so bile to tedenske meritve, ki niso pokazale dejanskega stanja obremenjenosti transformatorske postaje (meritve so bile odvisne od letnega časa in trenutnega odjema). Posneti obratovalni diagrami z analizatorji mreže pa nam shranjujejo podatke čez celo leto in s tem vidimo dejansko obremenjenost transformatorske postaje. Na osnovi teh podatkov imajo območni referenti vpogled koliko moči imamo še na razpolago v določeni transformatorski postaji in s tem koliko odjemalcev se lahko še priključi na transformatorsko postajo. Na tem mestu se pojavi vprašanje obremenjenosti posameznih NN izvodov iz transformatorske postaje, saj za njih nimamo podatka. To bi v tem primeru rešili tako, da imamo podatke o odjemalcih na izvodih in lahko tako seštejemo priključne moči za vsak izvod. Na osnovi teh podatkov bi izračunali delež posameznega voda v obremenitvi celotne transformatorske postaje. Opisano je prikazano na spodnjem primeru (TP0100), kjer je vgrajen transformator moči 400 kva, priključna moč vseh odjemalcev na

57 Matej Fele, diplomsko delo 46 transformatorski postaji je 1455 kw, v letu 2007 pa je bila dosežena konična obremenitev 249 kw. Na transformatorsko postajo je priključenih 180 odjemalcev električne energije. Preglednica 7.2: Prikaz obremenjenosti posameznega izvoda na osnovi meritev obremenitve transformatorske postaje in pa priključnih moči na posameznih izvodih iz transformatorske postaje. TP0100 Galjevica P N = 400 kw P K = 249 kw IZVOD ŠT. ODJEMALCEV SKUPNA MOČ NA IZVODU [kw] PROCENTUALNA VREDNOST IZVODA V PRIMERJAVI S CELOTNO POSTAJO IZVOD JE OBREMENJEN [kw] ,39% 65, ,02% 34, ,48% 23, ,00% 0, ,00% 0, ,00% 0, ,82% 7, ,81% 84, ,37% 30, ,10% 2,74 SKUPAJ ,00% 249 Obremenitev posameznega izvod iz transformatorske postaje je potem odvisno samo od tipa in preseka uporabljenega kabla. Zgoraj omenjeni oddelek opravlja tudi analize omrežja s pomočjo programa Gredos. Na začetku leta se osvežuje bazo podatkov, potrebnih za pravilno delovanje. Vhodni podatki so samo konične obremenitve posameznih SN vej iz RTP-jev, izmerjene v predhodnem letu. Na način, prikazan v preglednici 7.2, razdelijo konično moč na transformatorske postaje na posamezne veje. Z vgradnjo analizatorjev mreže v vse transformatorske postaje bi pridobili natančnejše podatke za izdelavo analiz omrežij. 7.4 Točnejši podatki o porabi električne energije Zajeti podatki so dovolj natančni, da bi se lahko izvajal nadzor, vendar se tukaj pojavi pogoj, da morajo imeti vse transformatorske postaje v veji, ki bi jo nadzorovali vgrajene analizatorje mreže. Ti analizatorji mreže bi morali imeti sinhroniziran čas, če ne se med obratovalnimi diagrami pojavi časovni zamik, ki nam oteži primerjavo zajetih podatkov in s tem odkrivanje uhajanja električne energije.

58 Matej Fele, diplomsko delo 47 Zgoraj navedeno problematiko na Elektro Ljubljana d.d. že odpravljamo z vpeljavo nove tipizacije transformatorskih postaj, ki opredeljuje vgradnjo sumarnih števcev električne energije v transformatorske postaje, namesto analizatorjev mreže. Sumarni števec ima nalogo merjenja električne energije iz transformatorske postaje in zbiranja podatke iz števcev napajanih odjemalcev. rezultate pošilja v center za zbiranje podatkov. S tem so vsi števci med seboj časovno sinhronizirani, kar nam odpravi problem časovne sinhronizacije in s tem pridobimo lažjo primerljivost podatkov. Zajete podatke lahko prenašamo v center preko GSM omrežja, ali preko optičnega omrežja, če je le-to prisotno v transformatorski postaji. Z zajemom obremenilnih diagramov v vseh transformatorskih postajah na območju Elektro Ljubljana, d.d., bi zagotovili točnejše podatke o porabi električne energije. 7.5 Vzdrževalna dela v transformatorskih postajah Na električno omrežje je priključenih vedno več kritičnih odjemalcev, ki zahtevajo večjo kvaliteto dobave električne energije, s tem pa tudi čim manj prekinitev dobave električne energije. Na Elektro Ljubljana, d.d., se pojavljajo težave predvsem v času vzdrževalnih del, ker nimamo podatkov, koliko moči transformatorska postaja potrebuje. Prav tako manjka podatek obremenitve najbližje sosednje transformatorske postaje, da bi lahko določene odjemalce (kritične) prenapajali. Problem je tudi nadzor nad simetrijo obremenitve transformatorskih postaj, saj se predvsem pri gospodinjskih odjemalcih pojavlja, da so transformatorske postaje zelo nesimetrično obremenjene. Na osnovi zajetih podatkov z analizatorji mreže lahko točno odčitamo porabo električne energije v posamezni transformatorski postaji. Z izmerjenimi podatki je znana tudi konična obremenitev transformatorske postaje ali pa lahko izračunamo povprečno obremenitev. Na osnovi izmerjenih podatkov lahko načrtujemo prenapajanje iz sosednje transformatorske postaje, če sta le-ti med seboj povezani po NN vodih. Če to ni mogoče, potem iz razpoložljivih podatkov izračunamo potreben agregat za prenapajanje odjemalcev v času vzdrževalnih del.

59 Matej Fele, diplomsko delo Rezultati Na osnovi zaključkov poglavja 7.2, kjer smo predstavili predimenzioniranje novejših transformatorskih postaj na območju Elektro Ljubljana, d.d., DE Ljubljana mesto, smo izvedli še simulacijski izračun elektrifikacije novega namišljenega naselja. V analizo smo vključili stroškovni vidik obeh načinov projektiranja. Se pravi, če bi projektirali transformatorsko postajo, kot smo to delali do sedaj in pa, če bi uporabili zaključke poglavja 7.2. Za potrebe simulacije smo predpostavili projekt elektrifikacije novega stanovanjskega naselja z 170 stanovanji. Projektant notranjih inštalacij je posredoval rezultate izračunov. Z upoštevanjem faktorja istočasnosti in prekrivanja je konično moč 905 kw. Iz pridobljenih vhodnih podatkov se izračuna potrebna moč nove transformatorske postaje. Potrebna moč transformatorske postaje Pk 905 SP = = = 953kVA (13) cosϕ 0.95 kjer oznake v enačbah 13 pomenijo: S P predvidena navidezna moč objekta v kva, P k predvidena konična delovna moč v kw, cosφ faktor delavnosti toka, Iz izračunanega se določi število transformatorjev. Z izborom transformatorjev moči 630 kva in iz izračunane navidezne moči z enačbo 13 se izračuna potrebno število transformatorjev. [ kva] [ ] S 953 = P N = = 1,51 (14) S kva 630 I kjer oznake v enačbah 14 pomenijo: N število transformatorjev, S P predvidena navidezna moč v kva, S I inštalirana moč transformatorja v kva, Po zaokrožitvi navzgor potrebujemo dva (2) transformatorja moči 630 kva.

60 Matej Fele, diplomsko delo 49 Iz dobljenih vhodnih podatkov se izračuna, da je projektant notranjih inštalacij izračunal, da bo imela posamezna stanovanjska enota konično obremenitev 5,33 kw. Če povzamemo zaključke iz poglavja 7.2 in vzamemo, da ima stanovanjska enota konično obremenitev 1 kw, pridemo do rezultata, da celotna skupna konična obremenitev za projektirano stanovanjsko naselje znaša 170 kw. In lahko na osnovi naše predpostavke za začetek vgradimo en transformator moči 630 kva. Na osnovi do so sedaj uporabljanega izračuna, posredujemo arhitektu potrebne podatke za vgradnjo dveh transformatorjev (približno 25 m 2 ). S čimer si zagotovimo prostor za možnost vgradnje dodatnega transformatorja, če bi se izkazalo, da se je poraba električne energije v predvidenem naselju močno povečala. Če bi arhitektu posredovali podatek, da potrebujemo prostor za en transformator (15 m 2 ) in bi se čez nekaj let pokazalo, da je konična obremenitev naselja narasla, zaradi nepredvidljivih razlogov in da je potrebno vgraditi še dodaten transformator tega ne bi mogli storiti, ker ne bi imeli rezervnega prostora. Danes so zahteve arhitektov, da se transformatorske postaje čim bolj skrije. Zato se večkrat predvidi prostor v kletnih etažah, kjer pa je naknadno širjenje nemogoče. V preglednci 8.1 so prikazane tri simulacije izvedbe realizacije napajanje novega stanovanjskega naselja z ovrednotenimi stroški investicije in pa izgubami, ki jih takšna postaja povzroči v omrežju v enem letu obratovanja. 1. realizacija nam predstavlja dosedanjo vgradnjo, 2. realizacija nam predstavlja zaključke iz poglavja 7.2 in pa 3. realizacija nam predstavlja zaključke iz poglavja 7.2 vendar s tem, da sklenemo služnost za manjši prostor (vgradnjo enega transformatorja, brez možnosti dograjevanja). Izračun izgub transformatorjev: 1. REALIZACIJA Izračun izgub transformatorjev, pri čemer predpostavimo, da bo vsak transformator obremenjen 15% nazivne moči (to predpostavimo na podlagi meritev obstoječih transformatorskih postaj). P = 2( P0 + (0,15) PCu ) = 2(0,86 + 0,0225 6,5) = 2, kw (15) izg 01

61 Matej Fele, diplomsko delo in 3. REALIZACIJA Izračun izgub transformatorjev, pri čemer predpostavimo, da bo transformator obremenjen 31% nazivne moči (to predpostavimo na podlagi meritev obstoječih transformatorskih postaj). 2 Pizg 630 = P0 + (0,31) PCu = 0,86 + 0,0961 6,5 = 1, 48kW (16) Kjer oznake v enačbah 15 in 16 pomenijo: P izgx 630 izgube transformatorjv v kw, P 0 izgube praznega teka v kw, P Cu izgube zaradi obremenitve v kw, Preglednica 7.3: Prikaz stroškov za posamezno realizacijo. 1. realizacija 2. realizacija 3. realizacija TP (vgrajena 2 TR-ja) TP (predvidena za 2 TR-ja, vgrajena oprema za 1 TR) TP (predvidena za 1 TR, vgrajena oprema za 1 TR) enkratna služnost za uporabo prostora (za leto 2008 povprečna 25 m 2 25 m 2 15 m 2 cena 540 EUR/m^2) ,00 EUR ,00 EUR 8.100,00 EUR oprema TP 2 TR, SN blok (V, V, TR, TR), 2 NN blok 1 TR, SN blok (V, V, TR, TR), 1 NN blok 1 TR, SN blok (V, V, TR), 1 NN blok ,00 EUR ,00 EUR ,00 EUR SKUPNI STROŠKI INVESTICIJE ,00 EUR ,00 EUR ,00 EUR izgube obratovanja (v enem letu) 2,0125 1, ,48465 [kw] 1.498,51 EUR 1.105,47 EUR 1.105,47 EUR INVESTICIJSKI STROŠKI IN STOŠKI IZGUB V ENEM LETU ,51 EUR ,47 EUR ,47 EUR Pri izgubah obratovanja smo vzeli ceno električne energije, ki jo Elektro Ljubljana d.d. plača za kwh (0,085 EUR/kWh). Iz analize je razvidno, da je strošek investicije 1. realizacije največji, kar je bilo pričakovano. Strošek investicije 2. realizacije je 72% 1. realizacije in strošek 3. realizacije je 62% 1. realizacije. Pri 2. realizaciji privarčujemo dobršen del denarja za druge investicije, ki jih mogoče ne bi mogli izvesti v zastavljenem roku, prav tako pa lahko potrdimo iz dosedanjih meritev, da do potrebe po vgradnji drugega transformatorja ne bo prišlo. V primeru, če pa pride z leti do nepredvidenega porasta porabe električne energije v namišljenem naselju, imamo možnost vgradnje dodatnega transformatorja in pa imamo še možnost zamenjave obeh transformatorjev z močnejšimi 1000 kva.

62 Matej Fele, diplomsko delo 51 Pri 3. realizaciji moramo izpostaviti, da s tem, ko se odločimo, da bomo projektirali novo transformatorsko postajo z enim transformatorjem ne privarčujemo toliko denarja (14% v primerjavi z 2. realizacijo), da bi se nam to izplačalo. Primerjava med 2. in 3. realizacijo je sklenitev služnosti za manjši prostor in nakup 3 celičnega (V, V, TR) SN bloka namesto 4 celičnega (V, V, TR, TR). Smo pa vnaprej omejeni z možnostjo vgraditve dodatnega transformatorja. Če primerjamo še izgube v transformatorskih postajah pri posameznih realizacijah, vidimo, da nam 1. realizacija na leto prinese 1.498, 51 EUR izgub, drugi dve pa 1.105, 47 EUR.

63 Matej Fele, diplomsko delo 52 8 Sklep V diplomski nalogi smo preučili uporabnost izmerjenih podatkov v transformatorskih postajah. Prikazane so pomanjkljivosti in prednosti vgrajenih analizatorjev mreže (od površnih nastavitev, izgube nastavitev zaradi remontov v transformatorskih postajah do odlične vsestranske uporabnosti zajetih izmerjenih podatkov). V nalogi je prikazana možnost primerjave zajetih podatkov z zajetimi podatki na primopredajnih mestih med prenosnim in distribucijskim omrežjem. Primerjava je mogoča le v primeru sinhronizacije časa naprav za zajem. Iz izmerjenih podatkov je ugotovljena predimenzioniranost transformatorskih postaj v zadnjih letih. Analizatorji dodatno omogočajo vpogled na celoletne diagrame obremenitev za posamezno postajo in s tem tudi za posamezen tip odjemalcev. Kar nam bo v prihodnosti omogočalo natančnejše projektiranje, s čimer bomo lahko smotrneje porabili predvideni denar za investicije. Kot se je skozi diplomo pokazalo bi bilo tudi potrebno posodobiti izračune koničnih obremenitev za gospodinjske odjemalce, tako da bi dobili realnejše podatke za projektiranje novih transformatorskih postaj. Problem, ki jih bo nadaljnji razvoj daljinskega odčitavanja podatkov v prihodnosti premostil, so merilna mesta brez daljinskega odčitavanja. Te je potrebno periodično odčitati, kar pomeni, da se je potrebno do transformatorskih postaja pripeljati in z računalnikom ali dlančnikom odčitati podatke. Vse smernice zajemanja podatkov v distribucijskih podjetjih in predvidena nova tipizacija transformatorskih postaja pri Elektro Ljubljana, d.d., predvidevajo daljinski (on-line) nadzor in zbiranje podatkov, na dnevni in mesečni osnovi. Za potrebe učinkovitega in popolnega nadzora omrežja bo verjetno prej kot nadgradnja obstoječih analizatorjev mreže, stekla vgradnja elektronskih števcev, ki ponujajo bistveno več informacij, omogočajo daljinski nadzor in imajo že vgrajene GSM/GPRS komunikacijske module za prenos podatkov po obstoječih komunikacijskih poteh. Tako vrsto števcev smo do sedaj že množično uporabljali pri zajemu meritev industrijskih odjemalcev, kjer se stalno meri pretok energije in se podatke pošilja v podatkovne baze. V času zaključevanja diplomske naloge pa smo v podjetju Elektro Ljubljana, d.d., pričeli s pilotskim projektom vgradnje sumarnih števcev v transformatorski postaji, ki bosta napajala gospodinjske odjemalce. To bo omogočalo popoln nadzor nad pretokom

64 Matej Fele, diplomsko delo 53 električne energije med primopredajnim mestom prenosnega omrežja in končnim odjemalcem.

65 Matej Fele, diplomsko delo 54 Literatura [1] [2] [3] [4] Industry_Helpdesk_faqs/Load_Profiles.pdf [5] [6] [7] [8] [9] [10], toploto Energetski sistemi, preskrba z električno energijo in Sekavčnik: M. Tuma, M. tretja izdaja, Fakulteta za Strojništvo, Ljubljana, 2004; [11] M. Istenič, B. Orel, Z. Košnjek, Š. Ivanjko: Smotrna raba energije na osnovi analize porabe energije za toplotne, namene Komunalna energetika, sedmo mednarodno posvetovanje, Zbornik, Univerza v Mariboru, Maribor, 1998, [12] H. Lee Willis: Power Distribution, Planning Reference book, ABB tower T&D Company Inc., North Carolina, 1997, [13] T. Gönen: Electrical Power Distribution System, Engineering McGraw Hill Book Company, University of Missouri, Columbia, 1999, [14] [15] [16] Vlada RS: Uredba o tarifnem sistemu za prodajo električne, energije Ur. l. RS št. 36/04.

66 Matej Fele, diplomsko delo 55 Priloge [1] Navodila za uporabo (PFISTERER, IMF-NOVAMETER, tip 3000) Naslov študenta Matej Fele Šišenska cesta Ljubljana Tel.: (01) Kratek življenjepis Rojen: Šolanje: Srednja šola za elektrotehniko v Ljubljani, Vegova 4 (opravljena matura 1995) Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Tržaška 25, visokošolski strokovni študij (diplomiral 2001, naslov diplomske naloge: Določanje parametrov za selektivno delovanje zaščite)

67 Navodila WINNOVA 1. PRIKLJUČITEV INSTRUMENTA 1.1. TOKOVNI VHODI Tokovnike s sekundarnimi izhodom /5A (možna izvedba je tudi z /1A izhodom) Priključi se po naslednjem vrstnem redu: Tokovnik faze L1 priključi na sponke K1 in L1; Tokovnik faze L2 priključi na sponke K2 in L2; Tokovnik faze L3 priključi na sponke K3 in L3. Tokovni vhodi instrumenta so izolirani. Prestavno razmerje tokovnih transformatorjev se nastavi s pomočjo programske opreme WINNOVA NAPETOSTNI VHODI Instrument je namenjen direktni priključitvi v NN sistem (230 V ac) ali pa SN sistem preko napetostnih transformatorjev s 100 V ac sekundarnim izhodom. Napetosti se priključijo na sponke L1, L2 in L3 ter nevtralni vodnik na sponko označeno z N. Sponki L1 in N sta podvojeni in notranje povezani v instrumentu. Preko teh sponk je omogočeno napajanje instrumenta preko merilnega tokokroga v primeru, da je tam prisotna napetost 230 V ac. Merilno območje instrumenta je nastavljeno na 250 V ac. Kakršnokoli drugačno merilno območje je možno nastaviti s pomočjo programske opreme VHOD 0/4 20mA DC Merilni pretvornik z analognim izhodom 0/4 20mA se lahko priključi na sponke IN in GND. Instrument omogoča zunanje napajanje 12 V DC max. ma potrebno za napajanje merilnega pretvornika merilne zanke 0/4 20 ma. Priklop je omogočen na sponki 12V-OUT na zadnji strani instrumenta NAPAJANJE INSTRUMENTA Napajanje je omogočeno oziroma se priključi na sponke SUPPLY 230V. Te sponke so ločene od vseh merilnih sponk oziroma sponk kamor se priključijo merilne napetosti. Če je merilna napetost 230V AC je omogočeno napajanje preko podvojenih sponk L1 in N, kar zmanjša količino ožičenja na samem instrumentu. OHRANITEV PODATKOV: v skladu z dejstvom, da je instrument»maintenancefree«-»brez vzdrževanja«litijeva baterija ni uporabljena za ohranitev podatkov v internem spominu instrumenta. Zlat kondenzator opravlja to nalogo ohranjanja podatkov v trajanju 12 ur, kolikor lahko traja izpad napajanja. Po tem času so podatki v SRAM-u izgubljeni in ura se ustavi. Pomembni podatki kot so nastavitve instrumenta ter maksimalne in minimalne izmerjene vrednosti so stalno zapisane v EEPROM-u RELEJNI IZHOD Rele je v obratovalnem stanju sklenjen. V primeru prekoračitve nastavljenih meja ali pa v primeru izpada napajalne napetosti se kontakt preklopi. 1

68 WIN NOVA 1.6. RS-232 VMESNIK Na čelni plošči instrumenta imf-novameter 2000/3000 se nahaja označeno mesto, kjer je možno priključiti kabel s posebno magnetno/čitalno glavo, kateri je sestavni del programske opreme WINNOVA. Ta oprema omogoča parametriranje instrumenta (nastavitev prestavnega razmerja tokovnikov), branje shranjenih (izmerjenih) veličin, ter nadaljnjo grafično obdelavo podatkov DRUGI RS-232 VMESNIK Drugi RS-232 vmesnik se uporablja za priključitev modema, kateri omogoča branje podatkov iz instrumenta priključenega na oddaljeni lokaciji. Imf-novameter RS-232 konektor D-25 konektor na modemu Št. pin-a (sponke) Signal na modemu TXT 2 TXD RXD 3 RXD GND 7 Poveži skupaj pin 4-5 Poveži skupaj pin GND RTS-CTS DSR-DCD-DTR Maksimalna razdalja od instrumenta do modema je 5m. Pred priključitvijo instrumenta imf-novameter 2000/3000 mora biti modem priključen in vklopljen. 2

69 WIN NOVA 2. VKLOP INSTRUMENTA Ko je instrument pravilno priključen ga lahko vklopimo na napajanje. Instrument imf-novameter samodejno izvede»self-test«, kateri traja približno 30 sekund. Ko je le-ta končan je instrument pripravljen za delovanje. Programska oprema WINNOVA se uporablja za parametriranje instrumenta. Nujno potrebna je pri nastavljanju časa, lokacije instrumenta (meritve) in merilnih območij(prestavna razmerja tokovnikov, meje proženja alarma. Ohranitev izmerjenih podatkov v instrumentu je opisan v poglavju TIPKE NA PREDNJI PLOŠČI INSTRUMENTA Na čelni plošči instrumenta imf-novameter 2000/3000 se nahaja 5 tipk MODE CHANNEL SELECT MIN/MAX ENERGY (samo pri modelu imf-novameter 3000) 3.1. PRIKAZ MERITEV IN KONFIGURACIJE INSTRUMENTA»SELECT«TIPKA OMOGOČA IZBIRO MERJENEGA PARAMETRA»SELECT«tipka»CHANEL«tipka»MIN/MAX tipka»mode«tipka A/ V/ ºC kw (samo model 3000) Cos φ (PF) (samo model 3000) Konfiguracija (nastavitve instrumenta) Kanali 1 3 (A) Kanali 4 6 (V) Kanal 7 (ºC) Moč v eni fazi Skupna moč Cos φ v eni fazi Skupen cos φ Prikaz merilnega območja Kanali 1 3 (A) Kanali 4 6 (V) Kanal 7 (ºC) Trenutna vrednost Minimum Maksimum Trenutna vrednost Minimum Maksimum Trenutna vrednost Minimum Maksimum Nima funkcije»trenutna«vrednost»termična«vrednost Trenuten čas in datum»trenutna«vrednost»termična«vrednost»trenutna«vrednost»termična«vrednost Nima funkcije Prikaz energij se zapusti s pritiskom tipke»select«. 3

70 WIN NOVA 3.2. BRISANJE MERITEV PREKO TIPK NA ČELNI PLOŠČI INSTRUMENTA Tipko»MODE«pritisnite in držite 6 sekund oziroma dokler na LCD zaslonu ne vidite napisa»rest«. Pritisk ostalih tipk povzroči takojšen izbris podatkov!!! Brisanje meritev SELECT prikaz na LCD ram Brisanje min/max MIN/MAX prikaz na LCD M-M Brisanje števca energije ENERGY prikaz na LCD EnEr Področje brisanja vrednosti zapustite s pritiskom tipke MODE. 4

71 WIN NOVA 4. TEHNIČNE LASTNOSTI INSTRUMENTA imf-novameter 2000/3000»Način merjenja«tok in napetost: Merilni interval: TRMS 0,5 sek»shranjevanje merjenih podatkov«velikost notranjega spomina: Interval shranjevanja: Način shranjevanja: Shranjevanje (pomnjenje) merjenih parametrov Resolucija: Ohranitev podatkov: 512 kbyte 1 60 min (izbere/določi uporabnik) Ciklično (prekrivanje najstarejših podatkov) Uporabnik lahko s pomočjo programske opreme WINNOWA 99 prosto izbere kateri parametri naj se shranjujejo v interni pomnilnik in kakšen naj bo interval (perioda) shranjevanja. Standardna konfiguracija: Maksimalne in minimalne vrednosti toka in napetosti v vsaki periodi shranjevanja Maksimalna in minimalna dnevna vrednost toka in napetosti 8,12 ali 16 Bit V primeru izgube napajanja: Izmerjene vrednosti in ura ostanejo zapisane v instrumentu še 12 ur Max in Min vrednosti ter dnevni ekstremi so permanentno zapisani v EEPROM»Komunikacijski vmesnik«optični RS-232 vmesnik Modem vmesnik Relejni izhod: Nameščen je na prednji plošči instrumenta Komunikacija je možna s posebnim kablom z magnetno glavo Hitrost prenosa podatkov je 19200/9600 baud RS-232 na zadnji strani instrumenta TXD, RXD,GND Hitrost prenosa podatkov je baud»izhodi«možnost izbire parametra proženja Možnost nastavitve nivoja proženja 110V / 0,1A»Ohišje«Dimenzije: Instalacijska globina: Prikazovalnik: Napajanje: mm 102 mm Potrošnja delovanja: -25ºC +55 ºC Trivrstični LCD ekran na čelni plošči 230 V AC + 6%, -10%; 50/60 Hz Stopnja zaščite IP20 Priključne sponke Tok, Napetost, Rele, Napajanje: 0,08 2,5 mm 2 RS-232 in 0 20 ma vmesniki: 0,08 0,5 mm 2 Programska oprema WINNOWA 99 Sistemske zahteve Windows 95/98/2000 ali NT4.0 5

72 WIN NOVA 6

73 WIN NOVA 5. NASTAVITEV PFISTERER INSTRUMENTA Za nastavitev instrumenta potrebujemo programsko opremo WINNOVA 99 in prenosni računalnik z Magnetno/Optično čitalno glavo (optična sonda). Optično sondo namestimo na instrument tako, da komunikacijski kabel poteka pravokotno na instrument in v programu WINNOVA 99 izberemo ukaz»connect«. Če smo instrument pravilno priklopili z optično sondo se nam na ekranu izpiše»separate«. 7

74 WIN NOVA 5.1. NASTAVITEV PRAVILNEGA ČASA Ura se nastavi v meniju:»connectiontime setting«ura katera je trenutno nastavljena na računalniku in na instrumentu je prikazana v oknu»time setting«z klikom na» << «pošljemo čas nastavljen v računalniku v instrument. Z klikom na» Set «pa potrdimo izvršitev izbrane funkcije NASTAVITEV PARAMETROV NA INSTRUMENT V Meniju» Edit «izberemo» Parameter «Odpre se nam okno za vnos podatkov S klikom na polje» Read «dobimo informacijo o trenutnih nastavitvah instrumenta na katerega smo priključeni. S tem pa dobimo tudi podatek o tipu instrumenta. Vnesemo podatke o lokaciji merilnega mesta (Regija, Okolica, Naslov). Ko so ti podatki vneseni nam služijo za kreiranje pod-direktorijev, ki nam omogočajo izpis poročil in izdelavo grafa. 8

75 WIN NOVA 5.3. VNOS PRESTAVNEGA RAZMERJA TOKOVNIH TRANSFORMATORJEV IN DOLOČANJE MERILNEGA OBMOČJA Izberemo meni» Chanel «Tokovni vhodi: vnesemo vrednost primarja tokovnega transformatorja( 1000/5 vstavimo: 1000) Napetostni vhodi: za meritve na NN omrežju vstavimo 250 Časovni interval merjenja : vnesemo 15 9

76 WIN NOVA 5.4. KONFIGURACIJA INTERNEGA POMNILNIKA IN IZBIRA PARAMETROV Izberemo meni» Memory «Izbiramo lahko do 62 parametrov kateri se shranjujejo v interni pomnilnik instrumenta. Vse funkcije so dosegljive preko okenca» Values to store «Najpogosteje uporabljamo funkcijo ki je že nastavljena» Standard «V okvirju z oznako» Settings «so prikazani vsi izbrani parametri. Merilni princip, interval merjenja, interval pomnenja, resolucija so nastavljivi. Vse funkcije veljajo šele ko jih potrdimo z fonkcijo» Take over «Z klikom na okence» Insert «definiramo nov kanal. Nastavitve starih kanalov ostanejo nespremenjene.» Will store x days «nas informira o kapaciteti internega pomnilnika glede na trenutno nastavitev pomnilniških parametrov. Pove nam kako dolgo bo instrument shranjeval merjene podatke v interni pomnilnik preden bo začel prekrivati najstarejše izmerjene podatke. 10

77 WIN NOVA 5.5. RESETIRANJE INTERNEGA POMNILNIKA IN ZAČETEK MERITEV Instrument začne meriti takoj ko je priključen na napajanje V primeru, da se instrument priključuje prvič ali pa da je bil le ta odklopljen od napajanja za več kot 12 ur je potrebna ponovna nastavitev parametrov in nastavitev ostalih za meritev pomembnih lastnosti Če v instrument vnašamo nove parametre oziroma opravljamo kakršnekoli spremembe v nastavitvah samega instrumenta bodo podatki shranjeni do tistega trenutka izbrisani. To mora biti potrjeno z» OK «kar pomeni, da smo shranjene podatke predhodno že shranili na računalnik oziroma jih ne potrebujemo. «V tem primeru je instrument pravilno sprogramiran in meritev se začne izvajati. Interni pomnilnik se lahko izbriše tudi preko tipk na sprednji plošči instrumenta. Držimo pritisnjeno tipko» MODE «približno 6 sekund, oziroma vse dokler se na LCD ekranu ne pokaže napis» rest «, pritisk katerekoli tipke povzroči takojšnje brisanje podatkov v internen pomnilniku. Brisanje meritev : s tipko» SELECT «. Na ekranu se pokaže» ram «Brisanje min/max: s tipko» MIN/MAX «. Na ekranu se pokaže» M-M «Brisanje števca energije : s tipko» ENERGY «. Na ekranu se pokaže» En-Er S pritiskom» MODE «zapustimo področje brisanja notranjega pomnilnika. 11

78 WIN NOVA 12