Politechnika Śląska
Wydział Elektryczny
Kierunek Elektrotechnika
Specjalizacja Elektroenergetyka
studia wieczorowe

Gliwice, 20-01-2007

laboratorium:

Systemy komputerowe i sterowniki mikroprocesorowe w

elektroenergetyce.

ćwiczenie:

Badanie Zabezpieczenia CZAZ-M1.

Grupa EEWZG IV
Sekcja 1.
Daniel Wilczek
Marcin Sowiński
Jacek Kutyła
Zbigniew Żak
Krzysztof Trzyna
Przemysław Pacut

1. Krótki opis zabezpieczenia CZAZ-M1

CZAZ-M1 jest jednym z zespołów automatyki zabezpieczeniowej oferowanym przez firmę

ZEG Energetyka. Służy on do zabezpieczania silników wysokiego napięcia a w swojej
podstawowej konfiguracji (w ofercie można również dopatrzeć się kolejnych wersji takich jak np.:
CZAZ-M2 uzupełnione o zabezpieczenie nadprądowe kierunkowe zwłoczne od zwarć
doziemnych) zawiera w sobie następujące zabezpieczenia:

●

różnicowe od zwarć międzyfazowych

●

nadprądowe bezzwłoczne od zwarć międzyfazowych

●

nadprądowe zwłoczne od zwarć międzyfazowych

●

nadprądowe zwłoczne z charakterystyką zależną od zwarć doziemnych

●

nadprądowe kierunkowe zwłoczne od zwarć doziemnych (tylko w CZAZ-M2)

●

nadprądowe zwłoczne z charakterystyką zależną od asymetrii prądowej

●

cieplne od przeciążeń

●

energetyczne chroniące silnik przed przeciążeniami związanymi z wydłużonym rozruchem,
wielokrotnymi rozruchami oraz załączeniem na zablokowany wirnik

●

nadprądowe zwłoczne od utyku silnika

●

nadprądowe zwłoczne informujące o zaburzeniach w procesie technologicznym maszyny
napędzanej przez silnik

●

podprądowe zwłoczne od pracy jałowej silnika

●

podnapięciowe zwłoczne

(dane pobrane ze strony producenta)

Ponieważ omawiany zespół posiada w sobie tak urozmaiconą listę modułów, możemy

zastosować jedno urządzenie jako całkowite i kompleksowe zabezpieczenie pola silnikowego co
zapewni nam poprawność działania jak i przejrzystość połączeń układu.

2. Zabezpieczenie różnicowe

Podczas ćwiczenia przebadano zabezpieczenie różnicowe jako zabezpieczenie od zwarć

międzyfazowych wewnętrznych.

2.1. Algorytm działania zabezpieczenia różnicowego

1) wyznaczamy z próbek amplitudę składowej podstawowej prądu hamującego I

1h

2) sprawdzamy czy spełniona jest zależność 0I

1h



I

h0

3) estymujemy amplitudę składowej podstawowej prądu różnicowego I

1r

4) jeżeli 0I

1h



I

h0

to sprawdzamy czy I

1r



I

r0

5) jeżeli I

1h



I

h0

to sprawdzamy czy I

1r



k

h

I

1h

gdzie

I

r0

I

ho

=

tg =k

h

- wsp. stabilizacyjny (nastawa przekaźnika) a warunkiem zadziałania jest

spełnienie warunku 4) lub 5) zgodnie z poniższą charakterystyką popraną z karty katalogowej
zabezpieczenia.

Ilustracja 1: Ch-ka różnicowo-prądowa zabezp. Rt

2.2. Schemat podłączenia z instrukcji obsługi (fragment)

Ilustracja 2: Schemat podłączenia dla zab. różnicowego

2.3. Schemat zabezpieczenia różnicowego dla jednej fazy.

2.4. Badanie zabezpieczenia różnicowego.

1) Zdejmowanie charakterystyki stabilizacji I

r1

=

f  I

h1

 .

2) Pomiar czasu działania.
3) Badanie wpływu zawartości wyższych harmonicznych na działanie zabezpieczenia.

2.4.1. Charakterystyka stabilizacji.

Ir

Is

tz

I

tz'

I'

0,2

0,3

1,096

0,4

1,096

0,4

0,4

0,5

1,055

0,6

1,055

0,6

0,6

0,7

0,972

0,79

1,023

0,796667

1,064

0,8

1,033

0,8

0,8

0,9

0,986

0,99

0,991333

0,993333

0,963

0,99

1,025

1

1,5

1,6

1,512

1,75

1,551

1,75

1,585

1,75

1,556

1,75

3

3,55

1,063

3,55

1,063

3,55

3

3,4

1,263

3,52

1,264

3,52

1,265

3,52

1,264

3,52

5

5,8

1,054

5,9

0,86975

5,88

1,057

5,9

0,675

5,86

0,693

5,86

6

7

0,068

7

0,332333

7,026667

0,465

7,04

0,464

7,04

8

9,3

1,253

9,42

1,0635

9,4

0,874

9,38

Tabela 1.

gdzie:
Ir – prąd rozruchowy w A
Is – prad stabilizujący w A
tz – czas zadziałania w s
I – wartość prądu przy którym zadziałało zabezpieczenie w A
tz' – średnia wartość czasów tz dla poszczególnych pomiarów w s
I' – średnia wartość prądów I dla poszczególnych pomiarów w s

0

2

4

6

8

Ih [A]

0

4

8

12

Ir [A]

Ilustracja 3.

Na powyższej charakterystyce przedstawiono wyniki badania zabezpieczenia różnicowego.

Linią ciągłą przedstawiono aproksymowany przebieg prądu rozruchowego w funkcji prądu
hamującego. Wartości te spowodowały zadziałanie zabezpieczenia.

Dodatkowo, linią przerywaną przedstawiono idealną charakterystykę, wyliczoną ze wzorów

opisywanych w części teoretycznej.

Jak widzimy, funkcje te są bardzo zbliżone do siebie i przebiegają niemalże identycznie.

Możemy stwierdzić, iż działanie zabezpieczenia jest poprawne.

2.4.2. Pomiar czasu działania.

Ilustracja 4.

Na charakterystyce czasu działania, przedstawiono wartości czasów dla odpowiednich

prądów. Zauważono (za wyjątkiem pomiaru ostatniego) tendencję spadkową dla długości czasów
zadziałania w miarę wzrostu prądu jednakże dotyczy to jedynie poszczególnych obszarów
charakterystyki prądowo-czasowej zabezpieczenia.

Widzimy, iż wartości maleją w zakresie pomiarów 1.-4. oraz 5.-8. Pierwszy przypadek to

obszar charakterystyki ograniczony linią prostą, prostopadłą do osi X. Drugi jest ograniczony linią
prostą, nachyloną pod pewnym kątem. Przebieg charakterystyki przedstawiono w części
teoretycznej.

Dodatkowo, poziomą linią ciągłą pokazano wartość średnią czasów zadziałania.

2.4.3. Wpływ wyższych harmonicznych.

Ir (h)

Is (h)

tz (h)

I (h) tz' (h)

I' (h)

tz'

I'

0,2

0,3

1,053

0,4

0,705067

0,393333

1,096 0,4

0,0972

0,39

0,965

0,39

8

9,3

1,363

9,43

1,27375

9,4225

1,0635 9,4

1,015

9,4

1,355

9,43

1,362

9,43

Tabela 2.

gdzie:
Ir(h) – prąd rozruchowy w A
Is(h) – prad stabilizujący w A
tz(h) – czas zadziałania w s
I(h) – wartość prądu przy którym zadziałało zabezpieczenie w A
tz'(h) – średnia wartość czasów tz dla poszczególnych pomiarów w s
I'(h) – średnia wartość prądów I dla poszczególnych pomiarów w s
tz' – średnia wartość czasów tz dla poszczególnych pomiarów w s (bez harmonicznych)
I' – średnia wartość prądów I dla poszczególnych pomiarów w s (bez harmonicznych)

0

2

4

6

8

I

r

[A]

0

0.4

0.8

1.2

1.6

t

z

[

s]

Dla dwóch różnych wartości prądu wykonano pomiary przy zawartości wyższych

harmonicznych zgodnie ze wzorem:

I =1h5 %2h5 % 3h5% 4h

. Dla wygody odczytu, w

prawej części tabeli 2. umieszczono odpowiadające wyniki dla przebiegów nie zawierających
wyższych harmonicznych (zgodnie z tabelą 1.).

Po porównaniu odpowiadających sobie par wartości prądów oraz czasów, widzimy iż

przebiegi zawierające wyższe harmoniczne mają jedynie wpływ na czas zadziałania
zabezpieczenia. Jednakże w pierwszym przypadku czas ten uległ skróceniu a dla wartości
większych prądów, czas ten uległ wydłużeniu.

3. Podsumowanie

Zabezpieczenie różnicowo-prądowe jest bardzo ważnym zabezpieczeniem stosowanym do

zabezpieczania silników. Stosowane są również, inne zabezpieczenia, np. kierunkowe.

Zbadanie zabezpieczenia różnicowego zaimplementowane w zespole CZAZ-M1 było

możliwe dzięki urządzeniowi testującemu. Urządzenie te umożliwia nam zarówno zadawanie
odpowiednich sygnałów (np. zawierających wyższe harmoniczne) na wejścia pomiarowe CZAZ-
M1 oraz rejestrację przebiegów i reakcji zabezpieczenia.