1

Ana Mik Krešimir Meštrović Končar-Institut za elektrotehniku Končar-Institut za elektrotehniku anamik@koncar-institut.hr kmestro@koncar-institut.hr Marin Babić Zdravko Šojat Končar-Institut za elektrotehniku HEP-Operator prijenosnog sustava mbabic@koncar-institut.hr zdravko.sojat@hep.hr Marko Delimar Fakultet elektrotehnike i računarstva marko.delimar@fer.hr

UTJECAJ SKLOPNIH PRENAPONA NA NISKONAPONSKU ELEKTRONIČKU OPREMU U 400 kV RASKLOPNOM POSTROJENJU

SAŽETAK

Sustav monitoringa visokonaponskog rasklopnog postrojenja radi na principu prikupljanja signala sa senzora koji su ugrađeni u aparate i opremu rasklopnog postrojenja koja je predmet monitoringa (prekidač, rastavljač, strujni i naponski mjerni transformator, zemljospojnik i odvodnik prenapona). Nakon što je sustav monitoringa rasklopnog postrojenja ugrađen u 400 kV postrojenje transformatorske stanice Melina naišlo se na probleme sa sklopnim prenaponima koji su uništavali niskonaponske elektroničke uređaje (senzore, module kontrolera). Stoga se javila potreba razvoja kvalitetne prenaponske zaštite koja će štiti niskonaponsku opremu od prenapona, kako s primarnih tako i sa sekundarnih krugova. Problemi s prenaponima doveli su ne samo do tehničkih već i do ekonomskih problema, budući da se povećala cijena sustava monitoringa zbog uvođenja prenaponske zaštite, boljih elektroničkih uređaja koji mogu podnijeti veće elektromagnetske smetnje te dodatnog oklapanja kablova i senzora.

Ključne riječi: Visokonaponsko rasklopno postrojenje, prenapon, monitoring, prekidač

INFLUENCE OF THE OVERVOLTAGES ON THE LOW VOLTAGE ELECTRONIC

EQUIPMENT IN THE 400 kV SWITCHGEAR SUMMARY The high voltage switchgear monitoring system works on the principle of collecting signals from

the sensors that are embedded in the apparatus and equipment in the switchgear, which are the subject of monitoring (circuit breaker, disconnector, current and voltage instrument transformer, earthing switch and surge arrester). After the installment of the switchgear monitoring system in the 400 kV bay of the transformer station Melina, the problems with the overvoltage occurred, which were destroying low voltage electronic devices (sensors and modules of controller). Because of that, it was important to develop quality overvoltage protection which will protect low voltage devices from overvoltage which comes from primary as well as secondary electric circles. The problems with overvoltage brought us not only to technical, but also to economic problems, as the price of the monitoring system increased, owing to the installment of overvoltage protection, better electronical devices which can endure higher electromagnetic disturbances and also because of the additional shielding of cables and sensors.

Key words: High-voltage switchgear, overvoltage, monitoring, circuit breaker

10. savjetovanje HRO CIGRÉ Cavtat, 6. – 10. studenoga 2011.

HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ

B3-06

2

1. UVOD

U sklopu ugradnje sustava monitoringa rasklopnog postrojenja u visokonaponsko, 400 kV postrojenje na niskonaponskoj opremi (senzorima, modulima od kontrolera) dolazilo je do kvarova u elektronici. S obzirom da je primijećeno da kvarovi na tim uređajima nastaju kod uklopa ili isklopa prekidača zaključeno je da su posljedica sklopnih prenapona.

Zbog toga se javila potreba razvoja prenaponske zaštite koja će opremu štiti od prenapona. Između mnoštva elektroničkih elemenata koji se koriste u svrhu odvođenja prenapona od štićenog uređaja potrebno je izabrati one koji pružaju najbolju zaštitu s obzirom na oblik i karakteristiku prenapona koji se javlja. Dakle, pri odabiru komponenti potrebno je uzeti u obzir naponsku razinu koju štite i zadovoljavajuće vrijeme odziva. Iz tih komponenti je potrebno složiti odgovarajući elektronički sklop kojem je svrha da preusmjeri prekomjeran napon od štićenog objekta. Najveći problem kod konstrukcije ovog sklopa izazvala je činjenica da je nepoznat karakter prenapona. Problem s prenaponom osim što je doveo do tehničkih problema, uzrokovao je povećanje ukupnih troškova sustava monitoringa.

2. KONCEPT SUSTAVA MONITORINGA RASKLOPNIH POSTROJENJA

Ugradnjom sustava monitoringa rasklopnih postrojenja (visokonaponskog polja) postiže se kontinuirani, on-line nadzor opreme u rasklopnim postrojenjima: prekidača, rastavljača, strujnih i naponskih mjernih transformatora, zemljospojnika i odvodnika prenapona. Takvim nadzorom moguće je unaprijed predvidjeti kvarove i nepravilnosti u radu aparata i uređaja. U svakom trenutku moguće je pristupiti podacima o stanju sustava te na vrijeme spriječiti eventualni kvar ili veću havariju (recimo, da se kvar prenese na druge dijelove transformatorske stanice npr. transformator što bi za posljedicu imalo velike troškove). Osim smanjenja troškova, monitoring povećava sigurnost osoblja koje radi u transformatorskoj stanici te pomaže pri zaštiti okoline (nadzor nad SF6 plinom kod prekidača i metalom oklopljenih, SF6 plinom izoliranih rasklopnih postrojenja) [1].

Sustav je koncipiran tako da se na opremu koja se nadzire (dakle, prekidač, rastavljač, strujni i naponski mjerni transformator, zemljospojnik i odvodnik prenapona) ugrađuju senzori. Ti senzori prate trenutne vrijednosti signala koje nadziru (npr. tlak, temperatura, položaj…) i prosljeđuju ih do procesne jedinice koja prihvaća i obrađuje ove signale. Procesna jedinica obrađene signale putem nekog od standardnih komunikacijskih protokola prosljeđuje do računala (servera), gdje se obavlja razvrstavanje i obrada signala te spremanje u bazu podataka. Svi podaci spremljeni u bazu dostupni su iz klijentske aplikacije, gdje se mogu pregledati u numeričkom ili grafičkom obliku te dodatno analizirati usporedbom željenih podataka i njihovih trendova. Ukoliko dođe do promjena u sustavu (npr. pad tlaka, nepravilno odrađen uklop prekidača i sl.) sustav alarmira korisnike. Također, sustav daje savjete korisnicima što je potrebno učiniti s obzirom na situaciju (svojevrstan ekspertni sustav).

Korištenjem ovog sustava razdoblje između dva održavanja se povećava te se remont i dijagnostika obavljaju ciljano, s obzirom na trenutno stanje sustava. Dakle, nije potrebno više provoditi preventivne preglede i revizije u redovitim vremenskim intervalima.

Osnovni dijelovi sustava su:

mjerni dio, koji čine razni senzori i pomoćni kontakti motrenog objekta te razni elektronički sklopovi za kondicioniranje signala. Dakle, odgovarajući senzori se postavljaju na opremu čije stanje se prati da bi se s njih prikupljale informacije.

procesna jedinica, koju čini kontroler s odgovarajućim komunikacijskim ulazima i modulima za prihvat pojedinih tipova signala, i odgovarajućim programom. Analogno/digitalni ulazi prikupljaju signale sa senzora, a kontroler ih djelomično obradi.

poslužitelj, tj. serversko računalo opremljeno potrebnim komunikacijskim ulazima i programima (operacijski sustav, alati za programiranje procesne jedinice, baza podataka, aplikacija za pregled i analizu). Na njemu se nalaze programi koji obrađuju podatke pristigle s kontrolera te ih pretvaraju u oblik koji se prezentira korisnicima.

klijent, tj. korisničko računalo opremljeno operacijskim sustavom i klijentskom aplikacijom. Dio sustava kojim se koristi klijent, na kojem se pregledavaju i analiziraju podatci.

Ostale komponente sustava, kao što su: signalni i komunikacijski kabeli, ormari za smještaj opreme, komunikacijski pretvornici, pomoćna napajanja i sl.

3

Slika 1. Konstrukcija sustava monitoringa rasklopnog postrojenja

Monitoringom se prate sljedeće veličine i signali u rasklopnom postrojenju, i sukladno tome

postavljaju odgovarajući senzori:

Prekidač: Logička stanja: uklopljen, isklopljen, trigeri, blokade … Put kontakta (mehanizama) Tlak ulja ukoliko je hidraulički pogon ili put opruge kod opružnog pogona Tlak plina SF6 Temperatura plina SF6 Gustoća plina SF6 Točke rosišta plina SF6 Struje upravljačkih svitaka (uklopnih i isklopnih) Struja motora

Rastavljač i zemljospojnik: Logička stanja: uklopljen/isklopljen Put kontaktnih ruku Struja motora

Strujni i naponski mjerni transformatori:

Hidrostatski tlak (samo kod strujnog) Struja glavnog kruga Napon glavnog kruga

4

Slika 2. Ugradnja senzora za praćenje plina SF6 Slika 3. Dovođenje signala na kontroler

Slika 4. Princip prikupljanja i slanja podataka (senzor modul kontroler)

3. PROBLEMI SA SKLOPNIM PRENAPONIMA

Nakon ugradnje prvog sustava monitoringa, i to u visokonaponsko 400 kV rasklopno postrojenje transformatorske stanice Melina, uvidjelo se da dolazi do kvarova elektroničke opreme: senzora i modula kontrolera. Budući da su kvarovi nastajali pri operacijama prekidača, došlo se do zaključka da su uzroci kvarova sklopni prenaponi. Senzori i moduli kontrolera su konstruirani tako da podnose određeni maksimalni ulazni napon. Ukoliko je napon veći od maksimalnog dopuštenog, mogu nastati značajna oštećenja (koja najčešće vode do potpunog prestanka rada) tih uređaja. Stoga je bilo potrebno razviti sklop za prenaponsku zaštitu koji bi elektroničku opremu zaštitio od prekomjernih iznosa napona na njenom ulazu. Da bi se moglo konstruirati prenaponsku zaštitu tj. da bi se znalo kakvu karakteristiku treba imati, potrebno je poznavati sljedeće [2]:

karakter i oblik prenapona. izvor elektromagnetskih smetnji, putove kojima se prenose smetnje, djelovanje elektromagnetskih smetnji na niskonaponsku opremu i uređaje.

5

Najveći problem pri konstrukciji prenaponske zaštite je činjenica da se ne zna karakter prenapona, tj. nije poznat maksimalni naponski nivo do kojeg idu prenaponi. Budući da su se i drugi susretali sa sličnim problemima te su vršili ispitivanja, došlo se do nekih podataka o karakteristici prenapona, [2] i [3], pri čemu je mjerenjem utvrđeno da iznos prenapona pri sklopnim operacijama u 400 kV rasklopnom postrojenju doseže razinu od čak 6400 V, dok je trajanje tog prenapona između 100 i 200 µs. Vrijeme za koje se dosegne maksimalna vrijednost iznosi 1 µs. S obzirom na te vrijednosti ovi prenaponi se svrstavaju u jako brze prenapone prema normi IEC 71.

Prenaponi se prenose direktno i indirektno. Direktno djelovanje se ostvaruje, na primjer, preko visokofrekvencijskih elektromagnetskih polja, preko jakih magnetskih polja i sl. Kod indirektnog djelovanja (smetnje sa sekundarnih krugova) sprega između izvora smetnji i niskonaponskih uređaja ostvaruje se uglavnom preko:

strujnih i naponskih mjernih transformatora, energetskih transformatora, uzemljivačkog sustava, metalnih plašteva niskonaponskih kablova ili metalnih kućišta senzora.

Sprega između izvora i niskonaponskih uređaja po fizičkoj suštini može biti konduktivna,

induktivna, kapacitivna, ili se pak ostvaruje preko elektromagnetskog zračenja [4].

3.1. Laboratorijsko ispitivanje prenaponskih smetnji

U laboratorijskim uvjetima unutar Končar-Instituta za elektrotehniku, ispitan je utjecaj smetnji koje dolaze sa sabirnica na elektroničku opremu u postrojenju. Ispitivanje je obavljeno tako da je iznad senzora postavljena sabirnica pod naponom. Udaljenost sabirnice od senzora bila je jednaka kao i u stvarnom postrojenju u TS Melina. Iz rezultata se došlo do zaključka da najveće probleme stvaraju smetnje koje su prenesene sa sekundarnih krugova na napajanje i signal senzora. 4. EKONOMSKI UTJECAJ PRENAPONA NA SUSTAV MONITORINGA

Osim činjenice da prenaponi izazivaju tehničke probleme, važno je uzeti u obzir i ekonomske posljedice koje su prouzročene takvim smetnjama. Nakon uočavanja problema s prenaponima došlo je do novčanih izdataka za istraživanje karaktera pojava, pokuse u laboratorijskim uvjetima i kompjutorske simulacije čime su dobivena teoretska saznanja o tim pojavama. Nakon teoretskih saznanja krenulo se u izradu elektroničkih sklopova za svaki pojedini signal (sustav ima preko 100 signala).

Pokušavalo se izraditi što jednostavniji sklop za prenaponsku zaštitu uz, naravno, što manje troškove, a da zadovoljava sve tehničke uvjete i kvalitetno obavlja svoju funkciju. Nije se kupovalo gotova rješenja elektroničke zaštite zbog specifičnosti zahtjeva koji su postavljeni na ovaj sklop:

da štiti od prenapona koji su definirani normom IEC 61000-4-5, klasa 4, da sklop ima male dimenzije zbog velikog broja signala koje je potrebno štiti te zbog

ograničenosti prostora u ormaru u koji se ta zaštita ugrađuje, da je cijena što niža.

Dakako da se kvalitetnija prenaponska zaštita može postići ugradnjom skupih i fizički velikih

elektroničkih elemenata. Takav sklop doveo bi do još značajnijih povećanja ukupnih troškova monitoringa. Budući da je sustav monitoringa komercijalan proizvod te se želi ostvariti konkurentnost na tržištu, cilj je smanjenje ukupnih troškova, pa tako i troškova prenaponske zaštite iako bez nje sustav ne može ispravno funkcionirati.

Učinjene su i dodatne promjene s obzirom na početno zamišljeni sustav. Zamijenjeni su ulazni analogni moduli s kvalitetnijim i tehnički izdržljivijim modelom koji može podnijeti veći ulazni napon. Cijena novih modula je čak 40% veća u odnosu na prvobitno korištene. Senzori su također zamijenjeni s kvalitetnijim modelima. U troškove je bilo potrebno uračunati i dodatno oklapanje kablova i senzora. Krajnje povećanje ukupnih troškova hardwarea je bilo otprilike 20% u odnosu na prvobitno zamišljeni sustav.

6

5. PRINCIPI KONSTRUKCIJE SKLOPA ZA PRENAPONSKU ZAŠTITU

Za odvođenje prenapona od štićenog uređaja korištenjem elektroničkih elemenata potrebno je postići:

nisku struju vođenja (engl. leakage current) dok je napon manji od napona praga, kontrolu napona praga, održavanje niske impedancije nakon što je dosegnut napona praga, povratak na niski protok struje nakon prolaska pojave prenapona, da se ta elektronička komponenta ne uništava tijekom vremena i tijekom prenapona.

Dakle, element koji služi za zaštitu treba početi voditi kad se javi prenapon i nakon što se razina napona ponovno spusti ispod dopuštene granice, signal se treba vratiti na štićeni objekt.

U tu svrhu koriste se tranzijentni i impulsni elektronički elementi (engl. transient and surge suppressors) [5] koji rade na principu dijeljenja napona.

Postoje dva načina sprečavanja da prenapon dođe do štićenog objekta:

a) blokiranje prekomjernog napona: elektronički element koji se koristi u svrhu zaštite od prenapona detektira prekomjeran tok struje i povećava svoju otpornost da bi zadržao struju ispod dopuštenog limita. Primjer ovakvog elementa je PTC (positive temperature coefficient) otpornik. Ovakvi elementi su spori te imaju vrijeme odziva od milisekunde pa čak do sekunde. U našem slučaju ovakvi se elementi koriste kod hibridnog elektroničkog spoja, za ograničavanje struje.

b) preusmjeravanje prekomjernog napona: elektronički element s kojim štitimo otkriva prekomjeran napon i prebacuje se na stanje niske impedancije te tako prekomjerna struja pređe kroz taj elektronički element, a ne kroz uređaj koji štitimo.

Slika 5. Štićeni objekt ZL bez zaštite, s blokiranjem prenapona i preusmjeravanjem prenapona

Najčešće korišteni elektronički elementi za odvođenje prenapona su Zener diode, Transient

Voltage Suppressor (TVS, transil) diode i metal-oksid varistori (MOV). Ovi elementi imaju definiran napon praga te režu svaki napon koji je veći od tog karakterističnog napona. Kod pojave prenapona iznad tog napona praga, oni provedu, te se vraćaju se na stanje niske propusnosti čim je prenapon završio. Pri trajanju prenapona ovi elementi režu samo vrh tranzijentnog i impulsnog prenapona tako da je uređaj koji su trebali štititi izložen cijelom naponu praga za vrijeme trajanja prijelazne pojave ili impulsa prenapona. Njihov nedostatak je što su ograničeni su svojim maksimumom disipacije snage, dakle mogu disipirati energiju samo određenog iznosa, nakon čega element pregori. Od navedenih elemenata transil diode imaju najbrže vrijeme odziva.

Slika 6. Reagiranje diode na prenapon Slika 7.Upotreba transil diode

7

Druga vrsta prenaponskih zaštitnih elemenata, čiji najpoznatiji predstavnici su plinski izbojnik GDT (Gas discharge tube) i iskrište (Spark gaps) imaju sporije vrijeme reagiranja od Zener diode, Transil diode i varistora. Rade na principu da kratko spajaju prijelazne pojave/impulse prenapona tako da su uređaji koje štite izloženi prenaponu samo onoliko koliko traje vrijeme reagiranja elementa.

Slika 8. Reagiranje GDT-a na prenapon

Vraćaju se u nisko stanje provođenja nakon što struja kroz njih padne ispod njihove struje

vođenja. Plinski izbojnici GDT u sebi imaju argon, kripton, neon, ili neki drugi plin koji jednostavno ionizira i

koji se nalazi u zatvorenoj komori za zaštitu od atmosferskih kontaminacija. Napon provođenja može se podesiti pomoću veličine komore i tlaka plina. Mogu izdržati jako velike struje i imaju nisku kapacitivnost. Neki GDT elementi sadrže malu količinu radioaktivnog materijala za održavanje blagog stupnja ionizacije unutar plinske komore da bi ubrzali svoje vrijeme odziva. GDT može provesti slučajno ako je izložen visokim radio frekvencijama. Nepovoljna karakteristika GDT-a je da se u nekim slučajevima dogodi da oni nakon što se razina prenapona spusti ispod one od koje GDT štiti, oni nastave voditi. 6. RAZRADA RJEŠENJA

S obzirom na karakteristiku sustava za koji se konstruira prenaponska zaštita i oblik prenapona

koji se javlja, u uži izbor ulaze varistori, zener diode, transil diode i gas-discharge tube (GDT). Proučavanjem ovih elemenata dolazi se do zaključka da je GDT zaštitni element koji ima najveći napon rezanja, varistor nešto niži, a TVS dioda najniži. Što se brzine prorade tiče, najbržu proradu ima TVS dioda, potom varistor i konačno GDT.

S obzirom da je već rečeno da GDT ima nepovoljnu karakteristiku da nakon što prođe prenapon može se dogoditi da on nastavi i dalje voditi, on nije korišten u ovoj aplikaciji. Također, iako u karakteristici GDT-a piše da štiti od prenapona 90V DC, naponska razina tranzijentnih napona od kojih on štiti iznosi 250 V uz impuls 100V/µs tj. više od 500V uz impuls 1000V/µs. Dakle, budući da je napon praga previsok, GDT nije korišten kod ovog elektroničkog sklopa.

Budući da oprema koju je potrebno štiti ima raspon ulaznog signala ±10 V potrebno je koristiti transil diode jer jedino one imaju dovoljno nizak napon rezanja. Odabrana je transil dioda 1.5KE12CA koja zadovoljava s obzirom na snagu koju može disipirati (1500 W) i naponski nivo koji štiti. Što se tiče dizajniranja prenaponske zaštite s TVS diodama potrebno je skrenuti pažnju na činjenicu da maksimalna snaga koju dioda može disipirati opada s vremenom trajanja prenapona i to je vidljivo na sljedećoj slici, koja je uzeta iz kataloga proizvođača elektroničkih elemenata, LittelFuse.

Slika 9. Disipacija snage TVS diode

8

Kao što je već rečeno, amplituda prenapona ide do 6.4 kV i traje otprilike 200µs. Karakteristike prenaponske zaštite s TVS diodom kod odvođenja ovog tipa prenapona su simulirane korištenjem programa Micro-Cap 7. Rezultat simulacije je bio da prenaponska zaštita ne može izdržati ovu razinu prenepona zbog činjenice da s vremenom opada disipacija snage koju transil dioda može podnijeti.

Stoga je utvrđeno da ne postoji pojedinačni element koji bi mogao podnijeti toliki iznos prenapona te je zaključeno da je potrebno konstruirati hibridnu prenaponsku zaštitu. Kod takve zaštite kombiniraju se razni tipove elektroničkih elemenata s ciljem dobivanja preneponske zaštite željenih karakteristika. Općenit pristup projektiranju hibridnih prenaponskih zaštita je sljedeći:

prenaponska zaštita u normalnom radu nema utjecaja na uređaj koji štiti; prenaponska zaštita se realizira u stupnjevima; stupnjevi prenaponske zaštite su poredani od izvora prenapona prema štićenom uređaju na način

da je najbliže uređaju element s najnižim naponom rezanja i najbržom proradom; između naponskih stupnjeva prenaponske zaštite spajaju se elementi prekostrujne zaštite.

Elementi koji se koriste u svrhu prekostrujene zaštite su zavojnica, otpornik, termistor (pod

komercijalnim nazivom resettable fuse) tj. positive temperature coefficient (PTC) i negative temperature coefficient NTC.

Princip dizajna hibridne zaštite je takav da se između dva stupnja prenaponske zaštite ugrađuje prekostrujna zaštita čija je uloga da naredni stupanj prenaponske zaštite zaštiti od prevelike struje, tj. prevelike disipirane snage. Prekostrujna zaštita se bira tako da može podnijeti razliku potencijala između dva napona rezanja.

Za specifični sustav za koji smo projektirali prenaponsku zaštitu razrađena je hibridna zaštita koju čine transil diode, varistori, otpornici i kondenzatori.

Nakon što je teoretski razrađeno rješenje, izrađena je simulacija shema i obavljene su simulacije u programu Micro-Cap.

Generator tranzijentnog signala izrađen je prema IEC 61000-4-5 koji predstavlja "generičku" normu za industrijske primjene. Odnosi se na zahtjeve na ispitne metode i preporučene razine ispitnih napona (engl. test level) za otpornost opreme na jednosmjerne tranzijentne napone (prenapone, udarne napone, engl. surge) uzrokovane preklapanjem (switching transient) i udarom munje (lightning transient) [8].

Tranzijentni naponi visoke energije mogu se javiti u krugovima napajanja i signalnim krugovima. Standardom definirane razine 1, 2, 3, 4 ispitnih napona iznose 0.5kV, 1kV, 2kV, 4kV amplitude na otvorenim stezaljkama generatora prenapona. Valni oblik napona na otvorenim stezaljkama generatora je 1.2/50s: vrijeme porasta (10%-90%) je 1.2s, vrijeme pada na polovinu amplitude (50%-50%) je 50s.

Valni oblik struje na kratko spojenim stezaljkama generatora je 8/20s - vrijeme porasta (10%-90%) je 8s, vrijeme pada na polovinu amplitude (50%-50%) iznosi 20s.

Slika 10. Valni oblik prenapona prema normi IEC 61000-4-5

9

S obzirom na specifične zahtjeve (smanjenje veličine sklopa za odvođenje prenapona, što manja cijena takvog sklopa) za zaštitu signala razvijeno je rješenje koje zadovoljava sve navedene zahtjeve, a ujedno je i jednostavno te kvalitetno obavlja svoju funkciju zaštite uređaja od prenapona.

Na slici 11. prikazana je shema projektirane prenaponske zaštite. U simulaciji je korišten varistor B40K75 i transil dioda 1_5SMC12AT3.

Slika 11. Prenaponski sklop

Slika 12. Dobiveni rezultati simulacijom u Micro-Capu

Iz rezultata na slici 12. je vidljivo da transil dioda i varistor dobro režu napon te uspješno štite

signal i napajanje senzora i modula. Otpornik R2 služi za prekostrujnu zaštitu te također dobro obavlja svoju funkciju budući da su iznosi struja na pojedinim elementima u dozvoljenim granicama. Disipacija snage na svakom od elemenata je zadovoljavajuća s obzirom na specifikacije tih elemenata te ne dolazi do pregrijavanja i kvarova.

Nakon uspješnih rezultata u simulacijskom programu, model je ispitan u laboratorijskim uvjetima

unutar Končar-Instituta za elektrotehniku, na Zavodu za EMC, sigurnost i umjeravanje gdje je potvrđeno da sklop kvalitetno obavlja svoju funkciju.

10

7. ZAKLJUČAK

U trendu je sve veći razvoj i primjena elektroničkih uređaja u visokonaponskim elektroenergetskim sustavima. Oni služe za zaštitu i nadzor rada elektroenergetskih postrojenja. Međutim, osjetljivost tih uređaja na razne smetnje ograničava njihovu upotrebu i dovodi do potrebe za razvojem zaštite takvih uređaja od vanjskih smetnji prouzročenih specifičnim pojavama koje se događaju u visokonaponskim postrojenjima. Stoga je u sklopu razvoja sustava monitoringa rasklopnog postrojenja došlo do potrebe stvaranja elektroničkog sklopa za zaštitu od sklopnih prenapona. Cilj primjene ovakvog sklopa bio je da odvede prekomjerne napone koji se nađu na ulazu u napajanje i na signalu elektroničkog uređaja. Nakon što se iznos prenapona smanji ispod dopuštene granice, prenaponska zaštita treba prestati s vođenjem, i poslati signal na objekt koji štiti.

Konstrukcijom elektroničkog sklopa koji je dobiven kombiniranjem različitih elektroničkih elemenata došlo se do odgovarajućih prenaponskih zaštita koje štite signal i napajanje elektroničkih uređaja. Simuliranjem u programu Micro-Cap i u laboratoriju pokazalo se da TVS dioda kao dio hibridne prenaponske zaštite ne stradava uz zadani tip prenapona te da je hibridna prenaponska zaštita najbolje rješenje u ovom slučaju.

Dodatna preporuka za prenaponsku zaštitu je oklapanje senzora i kablova čime se eliminira dio smetnji.

Pojave prenapona dovele su do dodatnih troškova kod razvoja samog sustava monitoringa, ponajviše zbog nepoznavanja karaktera takvih pojava te istraživanja i razvoja odgovarajuće zaštite. Također su uvedeni kvalitetniji moduli i senzori te dodatno oklapanje čime se ukupan trošak sustava monitoringa povećao za otprilike 20%. Iako je cijena čitavog sustava porasla, postignuto je zadovoljavajuće rješenje koje je postalo sastavni dio hardwarea sustava monitoringa rasklopnih postrojenja.

8. LITERATURA [1] K. Meštrović, M. Poljak, M. Vidović, M. Furčić, M. Lončar, I. Maras, A. Mik, “New concept of high-

voltage switchgear on-line monitoring system”, 16th International Symposium on high-voltage engineering – ISH 2009, South Africa, Cape Town, 24-28 August 2009.

[2] R. Naumov, P. Vukelja, „Tranzijentni prenaponi u niskonaponskim kolima visokonaponskih razvodnih postrojenja i mjere za njihovo ograničenje“, 13. CIGRE savjetovanje, Bled, 1977.

[3] D. Agoris, C. Karagiannopoulos, G. Panos, E. Pyrgioti, “Switching operations in a high voltage substation correlated with overvoltages generated in the low voltage internal service network ”, Electric Power Engineering. International Conference on PowerTech, Budapest, 1999.

[4] Douglas E. Powell and Bryce Hesterman, “Introduction to Voltage Surge Immunity testing”, IEEE Power Electronics Society Meeting, Denver, 2007

[5] Ronald B. Standler, “Protection of Electronic Circuits from overvoltages“, John Wiley & Sons Inc.,New York, 1989.

[6] K. Meštrović, M. Poljak, J. Šimić, D. Baronica, R. Gardijan, S. Gazivoda, S. Gross, S. Tičinović, M. Mandić, I. Marušić, J. Zaninović, I. Krnić, „Mjerenje sklopnih prenapona u rasklopnim postrojenjima 110 i 220 kV u HE Zakučac“, 5. CIGRE savjetovanje, Cavtat, 2001.

[7] M. Furčić, M. Lončar, I. Maras, K. Meštrović, A. Mik, M. Poljak, M. Vidović, Z. Šojat, “Sustav monitoringa visokonaponskog rasklopnog postrojenja - razvoj, montaža i probni rad”, Zbornik radova devetog savjetovanja hrvatskog ogranka CIGRÉ, Cavtat, 2009.

[8] IEC 61000-4-5:2005 Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-5: Testing and measurement techniques – Surge immunity test