EKSPERDI ÜLEVAADE ⟩ Hispaania stsenaarium: miks elektrisüsteemid ootamatult kustuvad?

Kottpimedad tänavad Hispaanias Malagas: üleriigilised tohutud elektrikatkestused juhtuvad kaskaadefekti tõttu, kus üks rike viib teiseni ning tarbijad lülitatakse järjest välja, et süsteemi kaitsta. Hispaaniat ja Portugali tabanud pimeduse algne põhjus on veel teadmata, aga tulemust nägid kõik: kogu riigi elektrisüsteem ütles üles. Foto: Lorenzo Carnero / ZUMA Press Wire / Scanpix

Eile Hispaanias ja Portugalis aset leidnud ulatuslik elektrikatkestus tõi taas päevakorda küsimuse, miks suured elektrisüsteemid võivad ootamatult kustuda. Hetkel ei ole teada, mis põhjustas sellise sündmuse, kuid tavaliselt on sellised elektrikatkestused põhjustatud sellistest rikete või häiringute kombinatsioonidest, millega ei ole osatud arvestada, selgitab Tallinna Tehnikaülikooli Elektroenergeetika ja mehhatroonika instituudi direktor Mart Landsberg, kes on töötanud ka Eleringi osakonnajuhina. Tema sõnul on sellisteks riketeks, mis võivad sündmusteahela vallandada, näiteks tõrked elektrijaamades, liinide või alajaamade üles ütlemised või nende juhtimissüsteemide rikked – st viga juhtimissüsteemi algoritmis.

Elektrivõrkude töö põhineb täpsel tasakaalul. See tähendab, et elektritootmise ja tarbimise vahel peab igal ajahetkel valitsema tasakaal – seda nii elektrisüsteemi tasandil üldiselt kui ka kohapeal.

Kui see tasakaal on häiritud, võib toimuda nn kaskaadefekt ehk ahelreaktsioon, kus ühe komponendi rike vallandab järjestikused tõrked kogu süsteemis.

Mis on kaskaadefekt?

Kaskaadefekt tähendab, et esialgu kohalik probleem, näiteks ühe elektrijaama, alajaama või kõrgepingeliini rike, põhjustab lisakoormuse või tavapärasest erineva talitluse teistele elektrisüsteemi elementidele või naabersüsteemidele.

Kui need süsteemielemendid ei suuda lisanduvat koormust taluda, tekivad neis samuti  ülekoormused ning kaitsesüsteemid lülitavad järjest uusi osi võrgust välja.

Nii üritatakse vältida veelgi tõsisemat kahjustust, näiteks alajaamade hävimist või elektrijaamade tootmisseadmete purunemist. Lõpptulemus võib olla ulatuslik katkestus isegi tuhandete kilomeetrite kaugusel algsest rikkekohast.

Mida teha, et kaskaadefekti ei juhtuks?

Et vältida selliseid järjestikuseid väljalülitamisi, arvestatakse elektrisüsteemide planeerimisel alati olukorraga, kus süsteemi element (elektriliin, trafo, elektrijaam, jne) on näiteks rikke või millegi muu tulemusena välja lülitunud. Selle tagajärjel ei tohi teistel töös olevatel elektrisüsteemi elementidel tekkida ülekoormust.

Siin on erinevad lahendused, mida kasutatakse, et seda ei juhtuks.

Reserveeritavad ühendused ja seadmed. Kaskaadselt levivate rikete nii-öelda ahelreaktsiooni välditakse, reserveerides ühendusi ja seadmeid eriolukordadeks. Elektrivõrgud kavandataksegi selliselt, et ühe liini või alajaama rikke korral saab elekter liikuda mööda alternatiivseid marsruute ilma, et kuskil tekiks ülekoormus või normaalsest erinev töötalitlus.

Reservvõimsus. Süsteemis peab alati olema valmisolek kiiresti suurendada elektritootmist või sisse lülitada täiendavaid elektrijaamu, et katta puudujääk, mis on tekkinud ootamatust elektritootmisseadme väljalülitumisest või tarbimise muutustest.

Sageduse hoidmine. Euroopa võrgus töötab elekter sagedusel 50 Hz. Kui tootmine ületab tarbimist või vastupidi, toimub sageduse tõus või langus. Ka juba väikesed kõrvalekalded võivad tekitada elektrijaamade või elektritarbijate automaatseid väljalülitamisi, mistõttu tuleb sagedust hoida pideva monitooringu ja juhtimisega väga kitsastes piirides.

Automaatjuhtimissüsteemid. Tänapäevased elektrisüsteemid on varustatud automaatseadmetega, mis suudavad reageerida millisekundite jooksul ja takistada sellega rikke levikut.

Elektrisüsteemide talitluse planeerimine ja monitooring. Elektrisüsteemide talitluse planeerimisel mängitakse keerulistel elektrisüsteemide mudelitel läbi erinevad elektritootmise ja tarbimise kombinatsioonid ning samuti võimalikud rikked ja häiringud nendel kombinatsioonidel. Nii püütakse välistada sellise olukorra teket, kus tagajärjeks on häiringud või avariid elektrisüsteemis. Elektrisüsteeme monitooritakse 24/7 nii inimeste kui vastavate IT süsteemide poolt, et planeeritud olukorrast kõrvalekallete esinemisel koheselt meetmed tarvitusele võtta. Nii püütakse tagada, et järgneda võivad rikked või häiringud ei põhjustaks avariid või elektrikatkestusi tarbijatele.

Suurus ja keerukus muudab elektrivõrgud haavatavaks

Elektrivõrkude suurus ja keerukus muudab need küll efektiivseks ja kulutõhusaks, ent samas ka haavatavaks.

See tähendab, et ka rikete tõenäosused kasvavad – keerukamaks muutumisel on alati võimalus, et süsteemi disainimise või talitluse planeerimise ajal jäävad mõned olulised rikete või häiringute kombinatsioonid tähelepanuta ning sellepärast pole osatud nende tekkimisega arvestada.

Tagajärjeks võivadki olla avariid või elektrikatkestused elektrisüsteemides või ka suurte elektrivõrkude osaline või täielik kustumine.