Tworzenie modelu sieci w praktyce

Ten krok  jest rozpoczęciem pracy na modelu odwzorowującym parametry sieci elektrycznej (digital twin). Obecnie do tego typu zadań używamy wyspecjalizowanego oprogramowania do analiz systemów elektrycznych. Najbardziej popularne są SKM, ETAP, Digsilent, CYME i inne. Obliczenia mogą być wykonane ręcznie lub z użyciem arkuszu Excel, ale nie będzie to wydajne oraz ograniczy możliwości techniczne.  Przy tym należy pamiętać, że są to tylko narzędzia, a efekt wyjściowy zależy od danych wejściowych. Poprawne modelowanie jest bardzo ważne. 

Samo modelowanie wymaga określenia pewnych obszarów: 

• Topologia sieci oraz konfiguracje pracy 
• Dane zwarciowe dla punktu przyłączenia 
• Dane elementów modelowanej sieci 
• Konfiguracja elektrod oraz wymiary rozdzielnic 
• Scenariusze pracy sieci 
• Założenia 

Topologia sieci i zakres prac 

Zebraliśmy potrzebne dane i możemy zacząć przygotowywać model. Sposób przygotowania może się różnić pomiędzy oprogramowaniem, ale wspólną cechą jest odwzorowanie systemu elektrycznego jako bazy do modyfikacji i rekomendacji. W kroku 1 nie bez powodu skupiliśmy się na zakresie pracy. Możemy analizować: 

• Kompletną sieć (w znaczeniu elektrycznym) 
• Tylko wybrany fragment 

Analiza całości sieci elektrycznej pozwala na stworzenie  różnych wariantów pracy sieci  (scenariuszy)  oraz określenia dla nich prądów zwarciowych (min, max Generator, Emergency, itd.)  W przypadku analizy fragmentu sieci dane trzeba dobrze zastanowić się nad precyzyjnymi danymi zwarciowymi dla wybranego fragmentu. Dlaczego jest to ważne ? Ponieważ bardzo często w analizach zwarciowych skupiamy się na wartościach maksymalnych (np. dobór aparatury). W przypadku zwarć łukowych największy prąd zwarciowy nie zawsze prowadzi, a właściwie rzadziej niż częściej,  do najwyższych energii (czyt. najgorszych wyników). 

Scenariusze pracy 

Kiedy mamy już gotowy model, skupiamy się nad dobraniem konfiguracji sieci, odwzorowaniem scenariuszy pracy, wybraniem właściwych standardów do obliczeń oraz sparametryzowaniem ich. Oprogramowanie nie zrobi za nas wszystkiego  i może być użyte dobrze lub źle. Większość analiz wykonujemy bazując na IEEE 1584. Dla rynku EU wypada dokonać kilku modyfikacji: 

• Metoda analizy prądów zwarciowych wg. IEC 60909 
• Dystanse między szynami wg. IEC 61439 lub IEC 62271-1   
• Odległość pracy pozostaje wg. IEEE 1584  (można dostosować do EN 50110, ale nie ma bezpośrednio takiej potrzeby)

Scenariusze pracy systemu

Nasz bazowy model jest gotowy i czas stworzyć kilka scenariuszy pracy systemu, aby znaleźć ten, który prowadzi do najgorszych wyników.

Najważniejszym elementem poza samą analizą jest rozszerzenie jej o konkretne rekomendacje
i możliwości poprawy bezpieczeństwa, ale także innych elementów pracy sieci. W tym celu będziemy weryfikować  kilka obszarów:

• Wyniki analiz zwarciowych (wytrzymałość zwarciowa aparatury i rozdzielnic) 
• Koordynacja nastaw zabezpieczeń (poprawności i selektywność nastaw) 
• Analiza zwarć łukowych (poprawa bezpieczeństwa) 
• *Analiza rozpływu mocy/prądów (jeśli ujęta) 

Dodatkowo, w zależności od rodzaju sieci i elementów możemy uwzględnić: 

• Systemy magazynów energii (akumulatory) 
• Układy OZE (PV, Wind etc.) 
• Systemu UPS, RUPS, DRUPS  
• Dławiki zwarciowe 
• Układy pracy równoległej (transformatory, generatory itd.)  
• Dodatkowe typy zabezpieczeń, np. łukoochronne optyczne, ARMS, ZSI, urządzenia gaszące łuk, zabezpieczenie różnicowe, itd.

Elementy sieci i konfiguracja  

Dane uzyskane podczas wizyty na obiekcie, dokumentacja i pozostałe informacje muszą być skrupulatnie wprowadzone do stworzonego cyfrowego modelu sieci elektrycznej. Czasami wiąże się to z weryfikacją dostępnych modeli w bazie oprogramowania i wychwycenie drobnych błędów lub nieścisłości. Do tych elementów przykładamy różną wagę. Najpewniejszym rozwiązaniem jest wykorzystać dane zweryfikowane na obiekcie zwłaszcza jeśli mówimy o nastawach zabezpieczeń. 

Założenia do projektu 

Z mojego doświadczenia założenia są trudne do uniknięcia, ale powinny być ograniczone do minimum. Dzieje się tak, ponieważ często zbyt długo trwa zdobycie informacji ze względu: 

• Brak współpracy ze strony operatora sieci dystrybucyjnej  
• Braku dostępu ze względu na działający proces (czasami może to trwać kilka miesięcy do planowanego postoju) 
• Ograniczony dostęp (podstacja SN obsługiwane przez firmę zewnętrzną) 
• Stara aparatura (brak DTR, instrukcji, danych)

W oparciu o wiedzę i doświadczenie można dokonać rozsądnych założeń. Konieczne jest, by wszystkie założenia były jasno zawarte w projekcie, a doświadczony inżynier musi oszacować ich wpływ na obliczenia. Dla każdego projektu temat ten jest mocno indywidualny, natomiast można wyszczególnić kilka najczęściej pojawiających się obszarów: 

• Poszczególne dane transformatora (napięcie zwarcia, typ, itd.) 
• Zamienniki bezpieczników i charakterystyki 
• Stare wyłączniki (ACB, MCCB, itd.) 
• Moc zwarciowa w punkcie przyłączenia (w zależności od konfiguracji może mieć znikomy efekt)
• Dane silników elektrycznych  
• Dane znamionowe rozdzielnic elektrycznych (np. zwarciowe)    
• Długości i typ przewodów (przyjęcie gorszego wariantu).