badanie układów aut zabezp

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

i NAUKI

Marek Szymański

Badanie układów automatyki zabezpieczeniowej
311[08].Z3.04

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2005

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:
mgr inż. Henryk Krystkowiak
mgr inż. Grażyna Adamiec

Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Katarzyna Maćkowska

Konsultacja:
dr Bożena Zając

Korekta:
mgr inż. Jarosław Sitek

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[08].Z3.04

„

Badanie układów automatyki zabezpieczeniowej” zawartego w modułowym programie

nauczania dla zawodu technik elektryk.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2005

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Zakłócenia w systemie elektroenergetycznym

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Przekładniki prądu przemiennego

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Zabezpieczenia transformatorów

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Zabezpieczenia linii

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Zabezpieczenia silników

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

4.7. Samoczynne ponowne załączanie SPZ

4.7.1. Materiał nauczania

4.7.2. Pytania sprawdzające

4.7.3. Ćwiczenia

4.7.4. Sprawdzian postępów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8. Samoczynne załączanie rezerwy SZR

4.8.1. Materiał nauczania

4.8.2. Pytania sprawdzające

4.8.3. Ćwiczenia

4.8.4. Sprawdzian postępów

4.9. Samoczynne częstotliwościowe odciążanie SCO

4.9.1. Materiał nauczania

4.9.2. Pytania sprawdzające

4.9.3. Ćwiczenia

4.9.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i kształtowaniu umiejętności

z zakresu „Badania układów automatyki zabezpieczeniowej”.

W poradniku będziesz mógł znaleźć następujące informacje:

− wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać, abyś mógł bez

problemów rozpocząć pracę z poradnikiem,

− cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia

w ramach tej jednostki modułowej,

− materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści

jednostki modułowej,

− zestaw pytań sprawdzających, czy opanowałeś już podane treści,

− ćwiczenia zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy,

które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne,

− sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu

ćwiczeń,

− sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umożliwi Ci sprawdzenie Twoich

wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu jednostki
modułowej,

− literaturę związaną z programem jednostki modułowej, umożliwiającą pogłębienie Twej

wiedzy z zakresu programu tej jednostki.

Materiał teoretyczny pozwoli Ci przygotować się lepiej do wykonania ćwiczeń.

Po każdym rozdziale występują pytania sprawdzające. Jeżeli potrafisz na nie samodzielnie
odpowiedzieć to można uznać, że jesteś gotowy do wykonania ćwiczeń. Pamiętaj,
że w trakcie wykonywania ćwiczeń musisz przestrzegać regulaminu pracowni.
Po zakończeniu nauki w tej jednostce modułowej powinieneś umieć wykonać połączenie,
uruchomienie oraz pomiary w podstawowych układach automatyki zabezpieczeniowej.

Szczególną uwagę zwróć na przepisy bezpieczeństwo wykonywania pomiarów

w układach automatyki zabezpieczeniowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

– czytać schematy ideowe automatyki zabezpieczeniowej,
– posługiwać się miernikami elektrycznymi,
– dobierać rodzaj i zakres mierników do wykonywanych pomiarów,
– określać niepewność pomiaru,
– oceniać stan techniczny połączeń na podstawie oględzin i pomiarów,
– korzystać z literatury i kart katalogowych osprzętu instalacyjnego, przewodów,
– korzystać z norm dotyczących instalacji elektrycznych,
– stosować podstawowe prawa i zależności dotyczące obwodów prądu stałego

i przemiennego,

– stosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

– zorganizować stanowisko pracy zgodnie z przepisami bhp, ochrony ppoż., ochrony

środowiska i wymaganiami ergonomii,

– określić rodzaje zakłóceń w systemie elektroenergetycznym,
– dobrać zabezpieczenia elektroenergetyczne ze względu na rodzaj zakłócenia,
– rozróżnić przekładnik prądowy i napięciowy,
– rozpoznać przekaźniki zabezpieczeniowe na podstawie wyglądu zewnętrznego

i stosowanych oznaczeń,

– zinterpretować parametry przekładników i przekaźników podawane na tabliczkach

znamionowych,

– sprawdzić parametry przekładników prądowych i napięciowych,
– sprawdzić parametry przekaźników pomiarowych i pomocniczych,
– ocenić stan techniczny przekładników i przekaźników na podstawie przeprowadzonych

pomiarów,

– przeanalizować pracę układów zabezpieczeniowych z przekaźnikami na podstawie ich

schematów ideowych,

– połączyć układy z przekaźnikami zabezpieczeniowymi na podstawie schematów

ideowych i montażowych,

– zbadać obwody pomiarowe, sterownicze i sygnalizacyjne w układach automatyki

zabezpieczeniowej,

– dobrać zabezpieczenia linii elektroenergetycznych, transformatorów i silników,
– połączyć układy prostych zabezpieczeń różnych obiektów i sprawdzić ich działanie,
– posłużyć się katalogami, normami, przepisami i dokumentacją techniczną przy doborze

i badaniu układów automatyki zabezpieczeniowej,

– zastosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Zakłócenia w systemie elektroenergetycznym

4.1.1. Materiał nauczania

Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa obejmuje technikę zabezpieczeń

przekaźnikowych oraz elektroenergetyczną automatykę łączeniową.

Technika zabezpieczeń przekaźnikowych

Do zadań techniki zabezpieczeń przekaźnikowych należą zagadnienia związane

konstrukcją i

działaniem urządzeń zabezpieczających elementy układu

elektroenergetycznego (generatory, transformatory, linie, sieci, silniki) od zakłóceń,
które mogą występować zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz tych elementów.

Prawidłowe działanie zabezpieczeń przekaźnikowych wymaga doprowadzenia informacji

o stanie lub też o zaistnieniu zagrożenia zabezpieczanego układu elektroenergetycznego

Te informacje mogą dotyczyć takich wartości jak np.: prąd, napięcie, temperatura lub

inne wielkości fizyczne, które charakteryzują stan obiektu lub stopień jego zagrożenia.
Na podstawie tych informacji działanie układów zabezpieczeń może polegać na

− sygnalizacji nienormalnego stanu pracy,
− samoczynnym wyłączeniu z pracy uszkodzonego lub zagrożonego obiektu.

Elektroenergetyczna automatyka łączeniowa

Do zadań elektroenergetycznej automatyki łączeniowej należą zagadnienia związane

konstrukcją i działaniem urządzeń, dokonujących samoczynnie przełączeń w układzie

elektroenergetycznym, których zadaniem jest likwidacja zakłóceń przemijających lub
ograniczenie do minimum wpływu zakłóceń trwałych.

Funkcje pełnione przez urządzenia elektroenergetycznej automatyki łączeniowej:

− ponowne załączenie elementu zabezpieczonego bezpośrednio po jego wyłączeniu przez

zabezpieczenie,

− załączenie urządzenia rezerwowego,
− przeprowadzanie właściwych przełączeń lub zmian w obwodach elektrycznych.

Wymagania stawiane zabezpieczeniom przekaźnikowym:

• czułość

Zabezpieczenia powinny możliwie bezbłędnie stwierdzić:

− powstanie zakłócenia w zabezpieczanym elemencie,
− rodzaj zakłócenia,

− miejsce powstanie zakłócenia.

Nie powinny jednak reagować na niegroźne krótkotrwałe przeciążenie, jakie może

wystąpić podczas normalnej eksploatacji.

W przypadku zabezpieczenia nadprądowego miarą czułości zabezpieczenia jest stosunek

minimalnego prądu zwarciowego powodującego wyłączenie do prądu rozruchowego
przekaźnika nadprądowego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

• szybkość działania

Duża szybkość działania wpływa na:

− zwiększenie bezpieczeństwa pracy personelu obsługującego urządzenia

elektroenergetyczne,

− zwiększenie bezpieczeństwa ludzi postronnych znajdujących się w pobliżu dotkniętych

zakłóceniem urządzeń,

− ograniczenie do minimum rozmiaru uszkodzeń w punkcie zwarciowym,

− zmniejszenie wpływu powstających przy zwarciach zaników napięcia na pracę silników,

− zabezpieczenie współpracujących elektrowni od wypadnięcia z synchronizmu,
− zwiększenie skuteczności działania urządzeń samoczynnego ponownego załączania.

Wymagany dopuszczalny najdłuższy czas trwania zwarcia trójfazowego dla układów

elektroenergetycznych najwyższych napięć wynosi ok. 0,1 ÷ 0,35 s. W tym celu stosowane są
szybko działające zabezpieczenia i wyłączniki.

Czasy działania rzędu 0,02 s stosowane są wtedy, gdy zabezpieczenia współpracują

z wyłącznikami o podobnych czasach wyłączania.

Długie czasy działania zabezpieczeń (do kilkunastu sekund) stosuje się wtedy,

gdy zabezpieczenia mają jedynie poinformować obsługę np. sygnałem dźwiękowym
o powstaniu zagrożenia.

• wybiorczość

Odłączone od źródła napięcia powinny zostać tylko te elementy, które uległy zakłóceniu,

np. w przypadku zwarcia w sieci należy wyłączyć z pracy jedynie linię, w której to zwarcie
wystąpiło.

• niezawodność

Zabezpieczenia, nie mogą działać niepotrzebnie z jakichkolwiek innych przyczyn niż

zakłócenie. W celu spełnienia tego wymagania należy stosować przekaźniki o mocnej
budowie odznaczające się znaczną odpornością na:
− przetężenia,
− przepięcia,

− drgania mechaniczne,

−

wahania temperatury,

− utlenienie oraz zabrudzenie zestyków.

Klasyfikacja zakłóceń

Zakłócenie w systemie elektroenergetycznym jest to powstanie warunków

uniemożliwiających normalną pracę systemu.
Podział zakłóceń:
• zaburzenia – uniemożliwiają pracę systemu elektroenergetycznego lub jego elementów.
Powinny być eliminowane samoczynnie w odpowiednio krótkim czasie.
Zaburzeniami są np. zwarcia powstałe na skutek nadmiernego wzrostu naprężeń lub
zmniejszenia się wytrzymałości:
− elektrycznych,

− cieplnych,
− mechanicznych.

• zagrożenia i nienormalne stany pracy – powodują że praca systemu
elektroenergetycznego lub jego elementów jest dopuszczalna na pewien okres czasu, w ciągu
którego powinna być usunięta przyczyna powodująca zagrożenie lub nienormalny stan pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Powinny one być sygnalizowane, a w przypadku dłuższego ich występowania eliminowane
samoczynnie.

Tabela 1. Przykłady zagrożeń i nienormalnych stanów pracy systemu elektroenergetycznego [10]

Rodzaj zagrożenia

Skutki

Deficyt mocy czynnej globalny

zmniejszenie się częstotliwości.

Deficyt mocy czynnej lokalny

1) przeciążenie linii przesyłowych

lub transformatorów,

2) obniżenie napięcia.

Deficyt mocy biernej

obniżenie napięcia

Nadmiar mocy czynnej wytwarzanej
w wydzielonej części systemu
elektroenergetycznego zasilanej przez
turbogeneratory i hydrogeneratory

zwiększenie się częstotliwości.

Utrata synchronizmu (kołysania mocy)

podział na części systemu

elektroenergetycznego.

Tabela 2. Przykłady zaburzeń, zagrożeń i nienormalnych stanów pracy elementów systemu

elektroenergetycznego [10]

Rodzaje zagrożenia

Skutki

Przeciążenie

1) skrócenie trwałości izolacji maszyn i urządzeń,
2) przegrzanie izolacji.

Praca niepełnofazowa

asymetria obciążenia.

Obniżenie się lub zanik napięcia

przeciążenie prądowe.

Zwarcia zewnętrzne powodujące
przepływ prądu zwarciowego przez
element zagrożony

przegrzanie izolacji.

Ogólna analiza zakłóceń

Zwarcia

W systemie elektroenergetycznym, w którym powstało zwarcie, można wyróżnić punkt

zwarcia K oraz punkt zabezpieczeniowy P, w którym dokonywany jest pomiar prądów
i napięć, charakteryzujących pojawienie się zwarcia (rys. 1).

Rys. 1. Schemat ogólny systemu elektroenergetycznego [10]:

K – punkt zwarciowy,
P – punkt zabezpieczeniowy.

Do wykrywania zwarć wykorzystywane są wielkości elektryczne pojawiające się podczas

zwarcia:
− wzrost prądu fazowego w fazie dotkniętej zwarciem, mierzony w punkcie

zabezpieczeniowym P,

− zmniejszenie się impedancji, będącej stosunkiem wybranego napięcia w punkcie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zabezpieczeniowym do wybranej kombinacji liniowej prądów fazowych w tym punkcie,

oraz dodatkowo w przypadku zwarć:

y niesymetrycznych:

− pojawienie się prądu przeciwnego w punkcie zabezpieczeniowym,

y z udziałem ziemi:

− pojawienie się prądu zerowego,

y doziemnych w układzie o nieuziemionym bezpośrednio punkcie neutralnym:

− napięcie zerowe, pojawiające się w przypadku doziemienia tego układu,

y wewnętrznych:

− prąd różnicowy.

Przebieg prądu zwarciowego w punkcie P zależy od rodzaju zwarcia i od konfiguracji

układu elektroenergetycznego.

Znając składowe symetryczne prądów zwarciowych w punkcie P, można dla różnego

rodzaju zwarć wyznaczyć wartości prądów fazowych płynących w tym punkcie.

Praca niepełnofazowa

Ten rodzaj pracy występuje w przypadku:

− przerwania jednego lub dwóch przewodów w linii,

− otworzenia się lub nie zamknięcia jednego z biegunów wyłącznika.

Skutki pracy niepełnofazowej:

− powstanie asymetrii prądowej,
− zagrożenie prawidłowej pracy niektórych elementów układu.

Wykrywanie pracy niepełnofazowej

Podczas pracy niepełnofazowej pod wpływem napięcia przeciwnego, pojawiającego się

w punkcie przerwy w fazie między rozdzielonymi biegunami tej samej fazy – pojawia się
prąd przeciwny. Prąd ten rozpływa się w sieci, przy czym zamyka się w punktach zerowych
wszystkich elementów o uzwojeniach połączonych w gwiazdę. Obecność prądu przeciwnego
służy do wykrywania pracy niepełnofazowej.

Przeciążenia termiczne

Przyczyny przeciążenia termicznego:

− nadmierny wzrost prądu przepływającego przez ten element,

− zakłócenia w odprowadzaniu ciepła wytworzonego w tym elemencie.

Wykrywanie przeciążenia termiczne

Zjawiska wykorzystywane do wykrywania przeciążeń termicznych:

− wzrost temperatury w najbardziej zagrożonych punktach zabezpieczanego elementu,
− przyrost temperatury części przewodzących prąd ponad najwyższą określoną normami

temperaturę otoczenia.

Kołysania mocy

Miejsce występowania:

− sieci zasilane wielostronnie, niezbyt mocno powiązane,

− linie sprzęgające duże elektrownie.

Przyczyny:

− zmiany obciążeniowe (np. nagłe odłączenia lub włączenia dużego odbioru),

− zwarcia w pobliżu jednej elektrowni.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Skutki:

− wypadnięcie elektrowni z synchronizmu,

− całkowite rozpadnięcie się systemu elektroenergetycznego.

Rodzaje kołysań mocy:

− synchroniczne – średnia wartość zmian kąta fazowego między współpracującymi

napięciami źródłowym. Średnia wartość tych zmian jest równa zeru. Kołysania zanikają
stopniowo wskutek tłumienia prądami wirowymi w wirnikach generatorów
synchronicznych,

− asynchroniczne – występuje zjawisko poślizgu. Powrót do normalnej pracy generatorów

synchronicznych jest trudniejszy. Przy niewielkiej rozbieżności między prędkościami
kątowymi wirników generatorów synchronicznych istnieje możliwość wpadnięcia
w synchronizm, wskutek czego kołysania mocy asynchroniczne przekształcają się
w kołysania mocy synchroniczne i stopniowo zostają wytłumione.

Generatory synchroniczne

Rodzaje zakłóceń:

y elektryczne:

− zwarcia zewnętrzne:

- zwarcia na szynach,
- zwarcia na odgałęzieniach od szyn zbiorczych,

− przeciążenia,

− asymetria prądowa,
− zwarcia międzyfazowe w uzwojeniach stojana,

− zwarcia w jednym z uzwojeń stojana,

− zwarcia doziemne w obwodzie wzbudzenia,
− wzrost napięcia,

− utrata wzbudzenia,

− praca silnikowa,

y mechaniczne.

Tabela 3. Zakłócenia w pracy generatorów synchronicznych i wielkości pomiarowe wykorzystywane do

wykrywania tych zakłóceń przez zabezpieczenia [10]

Rodzaj zakłócenia

Wielkość pomiarowa

Zwarcie zewnętrzne

prąd fazowy uzwojenia stojana, napięcie na zaciskach
uzwojenia stojana, impedancja mierzona na zaciskach
stojana.

Przeciążenie ruchowe

prąd w uzwojeniu stojana, temperatura uzwojenia stojana

Asymetria prądowa

prąd przeciwny w uzwojeniu stojana, temperatura żelaza
wirnika.

Zwarcie międzyfazowe
w uzwojeniu stojana

prąd różnicowy, prąd fazowy uzwojenia stojana.

Zwarcie uzwojenia stojana
z kadłubem

napięcie zerowe (wykorzystywane w przypadku bloków
generator-transformator), prąd zerowy (wykorzystywany
w przypadku generatorów pracujących bezpośrednio na
szyny zbiorcze).

Zwarcie zwojowe
w uzwojeniu stojana

napięcie między punktem zerowym i środkiem ciężkości
trójkąta napięć międzyfazowych, napięcie między punktami
zerowymi uzwojeń równoległych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rodzaj zakłócenia

Wielkość pomiarowa

Zwarcie doziemne
w obwodzie wzbudzenia

napięcie względem ziemi wybranego punktu obwodu
wzbudzenia.

Zakłócenie w obwodzie
regulacji napięcia

napięcie na zaciskach stojana.

Utrata wzbudzenia

moc bierna na zaciskach stojana, kąt fazowy impedancji
ruchowej mierzonej na zaciskach stojana, prąd stały
w obwodzie wzbudzenia, prąd przemienny w obwodzie
wzbudzenia

Praca silnikowa

moc czynna mierzona na zaciskach stojana

Transformatory

Rodzaje zakłóceń:

− zwarcia zewnętrzne,
− przeciążenia ruchowe,

− zwarcia wewnętrzne w uzwojeniach,

− zwarcia na wyprowadzeniach,
− przegrzanie żelaza,

− uszkodzenia przełączników zaczepów,

− nieszczelność kadzi,
− nieszczelność radiatorów,

− zakłócenia w pracy pomp olejowych,

− zakłócenia w pracy pomp wodnych,
− zakłócenia wentylatorów,

− inne.

Tabela 4. Zakłócenia w pracy transformatorów i wielkości pomiarowe wykorzystywane do wykrywania tych

zakłóceń przez zabezpieczenia [10]

Rodzaj zakłócenia

Wielkość pomiarowa

Zwarcie zewnętrzne

− prąd fazowy w doprowadzeniach do zacisków,
− prąd przeciwny w doprowadzeniach do zacisków,

− napięcie na zaciskach,

− impedancja ruchowa mierzona na zaciskach.

Zwarcie zewnętrzne doziemne

− napięcie zerowe,

− prąd zerowy.

Przeciążenie ruchowe

− prąd w doprowadzeniach do zacisków,
− temperatura oleju,

− temperatura uzwojeń.

Zwarcie wewnętrzne lub na
doprowadzeniach

− prąd fazowy w doprowadzeniach,

− prąd różnicowy.

Zwarcie wewnętrzne doziemne lub
na doprowadzeniach doziemne

− napięcie zerowe,

− prąd zerowy.

Uszkodzenie wewnątrz kadzi lub
obniżenie poziomu oleju

− objętość gazów wydzielonych z oleju,

− prędkość przepływu oleju z kadzi do konserwatora,
− ciśnienie oleju w kadzi.

Zakłócenia w obiegu czynników
chłodzących (olej, woda, powietrze)

− temperatura oleju,

− temperatura uzwojeń.

Wzrost napięcia

− napięcie na zaciskach.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sieci elektroenergetyczne

Rodzaje zakłóceń:

− zwarcia,

− praca niepełnofazowa,

− kołysanie mocy,
− przeciążenia.

Tabela 5. Zakłócenia w pracy sieci elektroenergetycznych i wielkości pomiarowe wykorzystywane

do wykrywania tych zakłóceń przez zabezpieczenia [10]

Rodzaj zakłócenia

Wielkość pomiarowa

Zwarcie wielofazowe

− prąd fazowy,
− prąd przeciwny,

− napięcie fazowe lub międzyfazowe,

− impedancja ruchowa,
− impedancja pętli zwarciowej,

− prąd różnicowy.

Zwarcia doziemne

− prąd zerowy,

− napięcie zerowe,
− składowa bierna mocy zerowej,

− składowa czynna mocy zerowej,

− iloczyn pierwszych impulsów napięcia zerowego i prądu

zerowego.

Przeciążenia

− prąd fazowy,

− temperatura części wiodących prądów.

Praca niepełnofazowa

− prąd przeciwny.

Kołysanie mocy

− szybkość zmian prądu fazowego,

− szybkość zmian impedancji ruchowej.

Szyny zbiorcze

Rodzaje zakłóceń:

− zwarcia międzyfazowe,

− zwarcia doziemne.

Przyczyny zakłóceń:

− błędne czynności łączeniowe odłącznikami szynowymi,
− pęknięcia izolatorów odłącznikowych (np. wskutek działań dynamicznych),

− przebicie izolacji wyłączników i odłączników,

− wyładowanie ślizgowe na izolatorach wskutek pokrycia ich powierzchni pyłem

przewodzącym prąd,

− uszkodzenia odgromników, przekładników napięciowych lub prądowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 6. Zakłócenia w pracy szyn zbiorczych i wielkości pomiarowe wykorzystywane do wykrywania tych

zakłóceń przez zabezpieczenia [11]

Rodzaj zakłócenia

Wielkość pomiarowa

Zwarcia
wielofazowe

− prąd fazowy w dopływach do szyn zbiorczych,

− prąd fazowy płynący przez wyłącznik sprzęgowy lub sekcyjny,
− impedancja ruchowa lub impedancja pętli zwarciowej mierzona

w polu wyłącznika sprzęgowego lub sekcyjnego,

Zwarcia
wielofazowe

− prąd różnicowy.

Zwarcia doziemne

− napięcie zerowe,

− prąd zerowy.

Silniki elektryczne

Rodzaje zakłóceń:

− zwarcia międzyfazowe w uzwojeniach i w doprowadzeniach,
− zwarcia doziemne w uzwojeniach i wyprowadzeniach,

− zwarcia międzyzwojowe,

− przeciążenia,
− przerwy w fazie,

− obniżenia i zaniki napięcia,

− uszkodzenia mechaniczne,
− wypadnięcia z synchronizmu (silniki synchroniczne).

Tabela 7. Zakłócenia w pracy silników prądu przemiennego i wielkości wykorzystywania do wykrywania tych

zakłóceń przez zabezpieczenia [10]

Rodzaj zakłócenia

Wielkość pomiarowa

Zwarcie w uzwojeniach (ogólnie)

− prąd fazowy w doprowadzeniach,

Zwarcia międzyfazowe w uzwojeniach

− prąd różnicowy,

Zwarcia uzwojenia stojana z kadłubem

− prąd zerowy.

Przeciążenie

− prąd fazowy w doprowadzeniach,
− temperatura uzwojeń stojana.

Przerwa w jednej z faz

− prąd fazowy w doprowadzeniach,
− prąd przeciwny w doprowadzeniach.

Obniżenie się lub zanik napięcia
zasilającego

− prąd fazowy w doprowadzeniach,

− napięcie na doprowadzeniach.

Uszkodzenia mechaniczne (np. zatarcie
łożysk, zatarcie wirnika o stojan)

− prąd fazowy w doprowadzeniach,

− prędkość obrotowa.

Wypadnięcie z synchronizmu silnika
synchronicznego

− prąd przemienny w uzwojeniu wzbudzającym,

− prąd tętniący w doprowadzeniach (szybkość

zmian prądu w doprowadzeniach, liczba
impulsów prądu tętniącego).

Wypadnięcie z synchronizmu silnika
synchronicznego wskutek przerwy
w obwodzie wzbudzeniowym

− moc bierna w doprowadzeniach prądu

w obwodzie wzbudzeniowym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kondensatory stacyjne

Rodzaje zakłóceń:

− przeciążenia prądowe, spowodowane wzrostem napięcia lub występowaniem wyższych

harmonicznych w czasowym przebiegu napięcia zasilającego,

− zwarcie międzyfazowe, powstające najczęściej na zewnątrz baterii kondensatorów lub na

jej zaciskach,

− przebicie kondensatorów do punktu zerowego,
− zwarcie w jednym z elementów kondensatorowych,

− przerwa w obwodzie jednego z elementów kondensatorowych.

Tabela 8. Zakłócenia w pracy kondensatorów stacyjnych i wielkości wykorzystywane do wykrywania tych

zakłóceń przez zabezpieczenia [10]

Rodzaj zakłócenia

Wielkość pomiarowa

Przeciążenie prądowe

− prąd fazowy w doprowadzeniach

Zwarcie międzyfazowe (ogólnie)

− prąd fazowy w doprowadzeniach

Przebicie kondensatorów między zaciskiem
fazowym i punktem zerowym

− prąd fazowy w doprowadzeniach

Przebicie jednego elementu
kondensatorowego lub przerwy w obwodzie
jednego z elementów kondensatorowych

− napięcie zerowe,
− napięcie między punktami zerowymi grup

elementów kondensatorowych

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do ich wykonania.

1. Jakie są zadania techniki zabezpieczeń przekaźnikowych?
2. Jakie są zadania elektroenergetycznej automatyki łączeniowej?
3. Jakie są podstawowe wymagania stawiane zabezpieczeniom?
4. Co nazywamy zakłóceniem w systemie elektroenergetycznym?
5. Jakie zakłócenia mogą wystąpić w systemie elektroenergetycznym?
6. Jakie rodzaje zakłóceń spotyka się w generatorach?
7. Jakie rodzaje zakłóceń spotyka się w transformatorach?
8. Jakie rodzaje zakłóceń spotyka się w sieciach elektroenergetycznych?
9. Jakie rodzaje zakłóceń spotyka się w silnikach elektrycznych?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przedstaw, jakie zakłócenia mogą wystąpić w przedstawionej na rysunku sieci

elektroenergetycznej. Krótko omów, w jaki sposób można zidentyfikować te zakłócenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zidentyfikować elementy systemu elektroenergetycznego,
2) wymienić przynajmniej dwa zakłócenia, jakie mogą wystąpić w systemie

elektroenergetycznym,

3) wskazać sposób identyfikowania tych zakłóceń,
4) opisać sposoby zapobiegania zakłóceniom.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− przybory kreślarskie,
− normy, katalogi, poradniki.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) zidentyfikować elementy systemu elektroenergetycznego?

2) zidentyfikować zakłócenia występujące w systemie

elektroenergetycznym?

3) opisać skutki zakłóceń w systemie elektroenergetycznym?

4) opisać metody usuwania zakłóceń w systemie elektroenergetycznym?

4.2. Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa

4.2.1. Materiał nauczania

Zadaniem elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (EAZ) jest zapobieganie

zakłóceniom lub zagrożeniom w układzie elektroenergetycznym i jego elementach.

Rodzaje automatyki zabezpieczeniowej:

eliminacyjna – obejmuje procesy eliminacji z pracy elementów dotkniętych zakłóceniami

(np. zwarcie);

restytucyjna – dokonuje zmian konfiguracji układu po eliminacji zakłócenia (samoczynne

ponowne załączenie – SPZ, samoczynne załączenie rezerwy – SZR i inne);

prewencyjna – obejmuje likwidację lub sygnalizację takich zakłóceń, jak: przeciążenie

mocą czynną, przeciążenie cieplne, kołysanie mocy, zmniejszenie się częstotliwości
(SCO), zmiany wartości napięcia, zjawiska ferrorezonansu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Inne działy automatyki związane z elektroenergetyczną automatyką zabezpieczeniową:

Automatyka informacyjna (EAI) – zadaniem jej jest:

− zbieranie i przekazywanie informacji o: wartościach prądów, napięć, mocy, stanie

łączników,

oraz:
− rejestrowanie zdarzeń (awarie),

− lokalizacja zakłóceń.

Automatyka manewrowa (EAM) – obejmuje dokonywanie na polecenie dyspozytora:

− zmian konfiguracji układu,

− nastawienia zabezpieczeń,

− nastawienia poziomu napięcia.

Elementy elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (EAZ):

urządzenia przetwarzające (przekładniki, przetworniki, filtry),
urządzenia zabezpieczające, które kontrolują przebieg wybranej wielkości mierzonej lub

reagują na jej zmiany (bezpieczniki, wyzwalacze, przekaźniki, zespoły
zabezpieczeniowe),

urządzenia wykonawcze umożliwiające oddziaływanie zabezpieczeń na aparaturę

łączeniową (cewki załączające i wyłączające, blokujące zbrojenia napędu,
elektrozawory);

źródła energii pomocniczej,
obwody pomocnicze.

Urządzenia EAZ powinny odznaczać się:

wybiórczym działaniem,
szybkim działaniem,
odpowiednią czułością,
niezawodnością,
małym poborem mocy.

Klasyfikacja przekaźników i zabezpieczeń

Przekaźnik składa się z członu rozruchowego i członu wykonawczego. Pod wpływem

przyłożenia lub odpowiedniej zmiany wielkości fizycznej oddziałującej na wejście,
przekaźnik wytwarza przewidziane zmiany skokowe na wyjściu (wyjściach).

Wyzwalacz jest odmianą przekaźnika. Wyzwalacz pod wpływem pojawienia się, zaniku

lub zmiany wielkości zasilającej, powoduje w sposób mechaniczny odryglowanie napędu
łącznika i otwarcie lub zamknięcie tego łącznika.

Rys. 2. Schematy: a) przekaźnika, b) wyzwalacza [wg 5]:

1 – zestyk rozwierny,
2 – zestyk zwierny,
3 – napęd łącznika,

4 – łącznik,
5 – zamek,
6 – wyzwalacz.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podział przekaźników ze względu na konstrukcję:

elektromechaniczne,
statyczne (bez ruchomych elementów), w których skokową zmianę wywołują podzespoły

elektroniczne, magnetyczne, optyczne lub inne.

Podział przekaźników ze względu na zasadę działania:

elektromagnetyczne,
magnetoelektryczne,
indukcyjne,
elektrodynamiczne,
indukcyjno-dynamiczne,
cieplne.

Podział przekaźników ze względu na przeznaczenie:

pomiarowe,
pomocnicze.

Rys. 3. Schematy zastosowania wyzwalaczy i przekaźników [5]:

a) układ z wyzwalaczem pierwotnym,
b) układ z wyzwalaczem wtórnym,
c) układ z przekaźnikiem pierwotnym i wyzwalaczem

pomocniczym,

d) układ z przekaźnikiem wtórnym i wyzwalaczem

pomocniczym,

e) układ z przekaźnikiem wtórnym i wyzwalaczem pomocniczym

przy zastosowaniu wyzwalania prądem przekładnikowym,

1 – wyłącznik,
2 – wyzwalacz pierwotny,
3 – wyzwalacz wtórny,
4 – wyzwalacz pomocniczy,
5 – przekaźnik pierwotny,
6 – przekaźnik wtórny,
7 – przekładnik prądowy,
RI – przekaźnik nadprądowy,
OW – wyzwalacz.

Podział przekaźników ze względu na sposób działania:

nadmiarowe – reagują na wzrost wielkości pomiarowej,
niedomiarowe – reagują na zmniejszenie się wielkości pomiarowej,
kierunkowe – reagują na zmianę kierunku przepływu wielkości pomiarowej,
różnicowe – reagują na określoną różnicę dwóch wartości tej samej wielkości

pomiarowej,

udarowe – reagują na skokową zmianę wielkości pomiarowej o wartość przekraczającą

wartość rozruchową,

stromościowe – reagują na szybkość zmian wielkości pomiarowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podział przekaźników ze względu na rodzaj pobudzającej je wielkości:

Przekaźniki elektryczne:

− prądowe I,

− napięciowe E,

− mocowe P,
− impedancyjne X,

− częstotliwościowe f,

− porównawczo-fazowe PF.

Przekaźniki nieelektryczne:

− gazowo-przepływowe (Buchholza) G,

− termometryczne.

Przekaźniki pomocnicze:

− pośredniczące, które służą do powielenia zestyków oraz wzmocnienia mocy

łączeniowej,

− zwłoczne (czasowe), które są przekaźnikami pomocniczymi, w których czas

zadziałania lub czas odpadu jest celowo wydłużony,

− sygnałowe, które są stosowane do optycznej sygnalizacji stanu pracy, mechanicznego

zapamiętania stanu zadziałania oraz potwierdzenia usunięcia przyczyny zakłócenia.

Rodzaje zabezpieczeń:

podstawowe – zabezpieczenie to może być jednocześnie zabezpieczeniem rezerwowym

dla innego elementu systemu,

rezerwowe.

Przekaźniki prądowe (inne określenia to: nadprądowe lub nadmiarowo-prądowe)

Po przekroczeniu nastawionej na podziałce wartości prądu przekaźnik ten zwiera (lub

rozwiera) zestyk i podaje impuls (poprzez przekaźnik pomocniczy) na otwarcie wyłącznika.

Rodzaje przekaźników prądowych:

elektromagnetyczne,
indukcyjne,
cieplne,
statyczne.

Rys. 4. Elementy przekaźnika pomiarowego elektromagnetycznego dla różnych rozwiązań

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

konstrukcyjnych [5]:

1 – rdzeń,
2 – kotwiczka,
3 – sprężynka zwracająca,

4 – uzwojenia,
5 – podziałka,
6 – zestyk.

Rys. 5. Budowa przekaźnika indukcyjnego RIz [5]:

1 – rdzeń,
2 – zwoje zwarte,
3 – obrotowa tarcza aluminiowa,
4 – ramka,
5 – sprężyna zwrotna,
6 – magnes hamujący,
7 – ślimak,
8 – segment ślimacznicy,
9 – dźwignia przechylająca zworę

ruchomą i działająca na styki,

10 – zwora ruchoma,
11 – sztabka stalowa przyciągana przez

rdzeń,

12 – styki,
13 – śruba do regulacji zwłoki czasowej,
14 – podziałka zwłoki czasowej,
15 – doprowadzenie prądu z przełącznikiem

wtyczkowym,

16 – śruba do regulacji prądu zadziałania członu

bezzwłocznego,

17 – ogranicznik ruchu ramki z tarczą,
18 – łożyska tarczy,
19 – łożysko segmentu ślimacznicy,
20 – ramię segmentu ślimacznicy,
21 – płytka zwierająca styki.

Rys. 6. Zasada budowy i działania przekaźnika cieplnego [5]:

1 – bimetal,
2 – sprężyna nastawcza,

3 – sprężyna zwrotna.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Prąd przemienny po wyprostowaniu i wygładzeniu płynie przez rezystor R (rys 7b).

Spadek napięcia na tym rezystorze (proporcjonalny do wartości prądu przemiennego) jest
porównywany z wzorcowym napięciem 12 V. Taki układ może być stosowany również do
pomiaru napięcia.

Rys. 7. Przekaźnik pomiarowy statyczny do pomiaru prądu przemiennego [5]:

a) schemat ideowy,
b) schemat blokowy.

Podstawowe parametry przekaźników:
prąd rozruchu I

– najmniejsza wartość prądu powodująca zmianę stanu przekaźnika.

prąd powrotu I

– największa wartość prądu, przy której następuje powrót przekaźnika

do stanu początkowego.

współczynnik k

powrotu – stosunek I

błąd bezwzględny – algebraiczna różnica między wartością zadziałania wielkości

pomiarowej a wartością nastawienia przekaźnika.
Wartość błędu decyduje o klasie dokładności przekaźnika.

Przekaźniki ze względu na wartość błędu dzielimy na klasy dokładności. Czas

zadziałania przekaźnika elektromagnetycznego nadprądowego bezzwłocznego nie powinien
przekraczać 60 ms.

Rys. 8. Charakterystyki czasowo-prądowe przekaźników [5]:

a) niezależna,
b) częściowo zależna (przekaźniki indukcyjne),
c) zależna (przekaźniki cieplne).

Umieszczając w jednej obudowie jeden, dwa lub trzy przekaźniki nadprądowe

z przekaźnikiem czasowym można uzyskać przekaźnik nadprądowy zwłoczny
o charakterystyce niezależnej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 9. Przekaźniki nadprądowe o charakterystyce niezależnej [6]

Typ przekaźnika

Przekaźnik

prądowy

Przekaźnik

czasowy

1-fazowy

2-fazowy

3-fazowy

RI-2

RT-106

–

RIT-2
Rio-2

RIT-3
Rio-3

RI-4

RT-112

RITs-1

RIT-200

RIo-200

RIT-300

RIo-300

RI-6

RT-400
RT-400

R1T-116

RIT-126

RIT-216
RIT-226

RIo-216
RIo-226

RIT-316
RIT-326

RIo-316
RIo-326

RI-3

RTi-400
RTi-400

RIT-113
RIT-123

RIT-213
RIT-223

RIo-213
RIo-223

RIT-313
RIT-323

RIo-313
RIo-323

RI-80

RT-60

–

RIT-20

Rlo-20

RIT-30

RIo-30

RIx

RTx

–

RITx-20

RIx-21

RITx-30

RIx-31

Rys. 9. Symbole graficzne przekaźników prądowych [5]:

a) nadprądowego,
b) nadprądowego na duże wartości rozruchowe,

c) nadprądowego zwłocznego,
d) nadprądowego zwłocznego cieplnego.

Przekaźniki napięciowe

Zasada działania jest identyczna jak przekaźników prądowych (różnica polega na tym,

że cewka elektromagnesu o dużej liczbie zwojów jest nawinięta cienkim drutem, a podziałka
jest wyskalowana w woltach).

Przekaźniki podnapięciowe działają przy wartości napięcia mniejszej od nastawionej,

a nadnapięciowe reagują na wzrost napięcia ponad nastawioną wartość.

Rys. 10. Symbole graficzne przekaźników napięciowych [6]:

a) podnapięciowego,
b) nadnapięciowego,

c) podnapięciowego zwłocznego,
d) nadnapięciowego zwłocznego.

Rys. 11. Zależności między napięciem rozruchowym U

i napięciem powrotu U

przekaźników podnapięciowych i nadnapięciowych [2]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przekaźniki statyczne są stosowane w zespołach zabezpieczeń oraz w układach sterowania
i automatyki elektroenergetycznej (SZR). Przełącznikiem można przestawić przekaźnik
z pracy podnapięciowej na nadnapięciową.
Przekaźniki kątowe (inne określenia to: mocowe lub kierunkowe)

Reagują na iloczyn prądu i napięcia oraz kosinusa lub sinusa kąta między wektorami tych

wielkości.

Rodzaje ustrojów:

− elektrodynamiczne,

− indukcyjne,

− indukcyjno-elektrodynamiczne,
− mostkowo-magnetoelektryczne,

− analogiczne jak w watomierzach.

Rys. 12. Budowa przekaźnika kierunkowego elektrodynamicznego [5]:

1 – cewka prądowa,
2 – cewka napięciowa w kształcie

ruchomej ramki,

3 – zestyk. Zamyka lub otwiera się w zależności

od kierunku przepływu mocy,

4 – sprężyna zwrotna,
5 – rdzeń.

Przekaźniki impedancyjne (odległościowe)

Przekaźnik ten reaguje na iloraz napięcia U i prądu I, czyli na wartość impedancji

Z w miejscu jego zainstalowania:

(1)

Rys. 13. Zasada działania przekaźnika podimpedancyjnego [5]:

1 – uzwojenie prądowe,
2 – uzwojenie napięciowe,
3 – rdzeń stalowy,
4 – dźwignia,

5 – zwieracz,
6 – zestyk,
7 – ogranicznik.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Podczas normalnej pracy (rys. 13) dźwignia 4 jest utrzymywana w równowadze

(strumienie cewki prądowej i napięciowej są jednakowe). Podczas zwarcia napięcie maleje
a prąd wzrasta – równowaga strumieni zostaje naruszona – dźwignia zwiera zestyk.

Impedancja obwodu zwarciowego mierzona jest od miejsca zainstalowania przekaźnika

do miejsca zwarcia. Jeżeli impedancja jest mniejsza od nastawionej wartości – przekaźnik
zadziała.

Przekaźniki impedancyjne stosuje się jako człony rozruchowe przekaźników

odległościowych. Miarą odległości od miejsca zwarcia jest impedancja.

Czas zadziałania przekaźników odległościowych (jest on funkcją odległości miejsca zwarcia

od miejsca zainstalowania przekaźnika) zmienia się skokowo (rys. 14).

Rys. 14. Zabezpieczenia odległościowe i charakterystyki przekaźników [5]

Przekaźniki różnicowe

Z obu stron zabezpieczanego obiektu umieszczone są przekładniki prądowe tak dobrane,

aby w czasie normalnej pracy urządzenia dla prądów wtórnych zachodziła zależność:

= .

Rys. 15. Schemat układu zabezpieczenia różnicowego [5]:

1 – urządzenie zabezpieczane,
2, 3 – przekładniki prądowe,

4 – przekaźnik nadprądowy.

Przy zwarciu w zabezpieczanej strefie prąd

I i

I mają różne amplitudy i fazy, a przez

przekaźnik 4 płynie prąd. Zadziałanie przekaźnika powoduje dwustronne wyłączenie
zabezpieczanego obiektu.

Inne przekaźniki pomiarowe

− przekaźniki częstotliwościowe,

− przekaźniki do zabezpieczeń ziemnozwarciowych,

− przekaźniki porównawczo-fazowe,

− przekaźniki specjalne (do układów SPZ, kontroli stanu izolacji, zabezpieczenia szyn

zbiorczych).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyzwalacze pierwotne stosowane są w sieciach średnich napięć jako zabezpieczenie

nadprądowe. Otwarcie wyłącznika odbywa się poprzez dźwignię. Zwłokę czasową uzyskuje
się przez wbudowany w rdzeń silniczek i zespół zębatek.

Rys. 16. Budowa wyzwalacza pierwotnego WIp [5]:

M – silnik.

Przekaźniki pośredniczące

Stosuje się je do zwiększenia:

− liczby zestyków,

− zdolności wyłączania i załączania przekaźnika pomiarowego.

Działanie ich opiera się na tej samej zasadzie, co przekaźników pomiarowych. Działają

w zakresie napięcia 0,7 ÷ 1,1

Czas zadziałania (od chwili podania napięcia na cewkę do chwili zamknięcia zestyków)

nie przekracza 25 ms.

Rys. 17. Przekaźnik pomocniczy pośredniczący [5]:

a) symbol graficzny,
b) budowa,

c) zestyk przełączny.

Przekaźniki sygnałowe

Zadaniem przekaźnika sygnałowego jest dostarczenie informacji o zadziałaniu

zabezpieczenia.

Rys. 18. Przekaźnik pomocniczy sygnałowy z tzw. opadającą klapką [2]

Po zadziałaniu przekaźnika (przyciągnięcie zwory) klapka opada i powoduje zamknięcie

zestyku do czasu cofnięcia klapki przez naciśnięcie dźwigienki. Zwolnienie samoczynne
zwory nie powoduje rozwarcia tego zestyku.

Przekaźniki czasowe

Stosowane są tam, gdzie jest konieczne uzyskanie zwłok czasowych. Wykonane są jako

samodzielne przekaźniki lub jako elementy wbudowane w zespoły przekaźnikowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rodzaje przekaźników czasowych:

− z mechanizmem zegarowym i napędem elektromagnesowym,

− z silnikiem synchronicznym,

− uruchamiane elektromagnesem, lecz hamowane mechanizmem z tarczą obracającą się

w polu magnesu trwałego,

− elektroniczne.

Rys. 19. Budowa przekaźnika czasowego z napędem elektromagnesowym

z mechanizmem zegarowym [5]:

a) konstrukcja,
b) symbol graficzny,
1 – elektromagnes,
2 – styk ruchomy,
3 – styk nieruchomy,

4 – sprężyna napędzająca,
5 – sprężyna zwracająca,
6 – podziałka nastawień czasu,
7 – wychwyt.

Tabela 8. Przekaźniki czasowe [5]

Realizowana funkcja

Typ serii

Sposób pomiaru

czasu

Sposób sygnalizacji
czasu trwania pracy

przekaźnika

opóźnienie

zadziałania

opóźnienie

odpadu

Napięcie

pomocnicze

RT-410

RTo-410

wskazówka
holowana

RT-420

RTo-420

brak

RTk-410

RTko-410

brak wskaźnika
mierzonego czasu

RTk-420

RTko-420

brak

RTi-410

RT-400

mechanizm
zegarowy

wskazówka
holowana

RTi-420

brak

RT-60

Indukcyjno-

mechaniczny

wskaźnik klapkowy

RT-60

RTo-60

RTs-60

silniczek
synchroniczny

brak wskaźnika
czasu trwania pracy
przekaźnika

RTs-61
RTs-62
RTs-63

brak

RS-521

brak

RS-522

brak

RS-541

brak

RS-500

silniczek
synchroniczny

brak wskaźnika
mierzonego czasu

RS-542

brak

RTx

układ

elektroniczny

brak wskaźnika
mierzonego czasu

RTx-10
RTx-20

= ~
= ~

mechanizm
zegarowy

wskazówka
holowana

RZf-2

Elektroniczne zespoły zabezpieczeniowe

Jeden wybrany zespół zabezpieczeń w wykonaniu elektronicznym zastępuje kilkadziesiąt

konwencjonalnych przekaźników pomiarowych i pomocniczych niezależnie od rodzaju
zabezpieczanego elementu (transformatora, linii, generatora).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rodzaje stosowanych elektronicznych zespołów zabezpieczeniowych:

system modułowy automatyki zabezpieczeniowej (SMAZ),
system zespołowej automatyki zabezpieczeniowej (ZAZ).

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie rodzaje przekaźników stosuje się w układach zabezpieczeniowych?
2. Jak dzielimy przekaźniki ze względu na ich budowę?
3. Jakie są dane znamionowe przekaźników?
4. Jakie jest działanie przekaźników stosowanych w układach automatyki

zabezpieczeniowej?

5. Jakie zastosowanie mają przekaźniki w układach automatyki zabezpieczeniowej?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj przekaźniki na podstawie wyglądu zewnętrznego oraz danych znamionowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zidentyfikować przekaźnik na podstawie wyglądu zewnętrznego oraz danych

znamionowych umieszczonych na tabliczce znamionowej,

2) opisać przeznaczenie przykładowych przekaźników,
3) wskazać przekładowe zastosowanie każdego z nich.

Wyposażenie stanowiska pracy

− przykładowe przekaźniki (przynajmniej pięć typów i rodzajów),

− katalogi przekaźników,

− dostęp do Internetu,

− zeszyt do ćwiczeń,

− ołówek.

Ćwiczenie 2

Badanie przekaźników nadmiarowo-prądowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) połączyć układ pomiarowy jak na rysunku:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2) zwiększając prąd

I płynący przez cewkę przekaźnika zmierzyć prąd rozruchu przekaźnika

(najmniejsza wartość prądu, przy której załącza się przekaźnik) oraz prądu powrotu

(największa wartość prądu przy której zestyki przekaźnika rozwierają się),

3) wykonać po trzy pomiary prądu

4) wyznaczyć dla każdego pomiaru współczynnik powrotu

5) wyznaczyć średnią wartość współczynnika powrotu,
6) sformułować wnioski dotyczące stanu technicznego przekaźnika nadmiarowo-prądowego,
7) dokonać analizy wykonanej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− przekaźniki nadmiarowo-prądowe,

− katalogi przekaźników nadmiarowo-prądowych,

− stanowisko pomiarowe,

− przyrządy pomiarowe,

− kartki papieru,

− kalkulator,

− linijka,

− ołówek.

Ćwiczenie 3

Badanie przekaźników podnapięciowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) połączyć układ pomiarowy jak na rysunku:

2) zmniejszając napięcie na cewce przekaźnika zmierzyć jego napięcie rozruchu

(najmniejsza wartość napięcia, przy której nastąpi zadziałanie przekaźnika – zwora
odpadnie a zestyk rozwierny zamknie się),

3) zwiększając napięcie na cewce przekaźnika zmierzyć jego napięcie powrotu

(największa wartość napięcia, przy której nastąpi przyciągnięcie zwory przekaźnika a
zestyk rozwierny otworzy się),

4) wykonać po trzy pomiary napięcia

5) wyznaczyć dla każdego pomiaru współczynnik powrotu

6) wyznaczyć średnią wartość współczynnika powrotu,
7) sformułować wnioski dotyczące stanu technicznego przekaźnika podnapięciowego,
8) dokonać analizy wykonanej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− przekaźniki podnapięciowe,

− katalogi przekaźników podnapięciowych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

− stanowisko pomiarowe,

− przyrządy pomiarowe,

− kartki papieru,

− kalkulator,

− linijka,

− ołówek.

Ćwiczenie 4

Badanie przekaźników pomocniczych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z instrukcją do ćwiczenia,
2) połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem z instrukcji,
3) wyznaczyć współczynnik powrotu,
4) wyznaczyć czas zadziałania przekaźnika dla zestyków zwiernych i rozwiernych,
5) dokonać porównania z otrzymanych wartości z danymi katalogowymi,
6) sformułować wnioski dotyczące stanu technicznego przekaźnika pomocniczego,
7) dokonać analizy wykonanej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczeń,

− przekaźniki pomocnicze,

− katalogi przekaźników pomocniczych,

− stanowisko pomiarowe,

− przyrządy pomiarowe,

− kartki papieru,

− kalkulator,

− linijka,

− ołówek.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić rodzaje przekaźników stosowanych w automatyce

zabezpieczeniowej?

2) opisać właściwości przekaźników stosowanych w automatyce

zabezpieczeniowej?

3) scharakteryzować zastosowanie przekaźników w automatyce

zabezpieczeniowej?

4) wyznaczyć współczynnik powrotu przekaźnika nadmiarowo-prądowego?

5) wyznaczyć współczynnik powrotu przekaźnika podnapięciowego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Przekładniki prądu przemiennego

4.3.1. Materiał nauczania

Przekładniki prądu przemiennego są to specjalne transformatory służące do zmiany
zakresów pomiarowych przyrządów prądu przemiennego.

Stosowanie przekładników umożliwia:

– oddzielenie izolacyjne strony WN od strony pomiarowej (w sieciach WN),
– stosowanie standardowych mierników i przekaźników,
– ochronę mierników i przekaźników przed bezpośrednimi skutkami prądów zwarciowych,
– usunięcie przyrządów pomiarowych z pola oddziaływania silnych pól magnetycznych

przy dużych prądach,

– przeniesienie miernika na pewną odległość do miejsca dogodnego dla obsługi.

Zastosowanie przekładnika zmniejsza dokładność pomiaru ze względu na:

– błąd przekładni spowodowany różnicą między przekładnią rzeczywistą i znamionową,
– błąd kątowy, to jest przesunięcie fazowe między napięciem lub prądem pierwotnym,

i napięciem lub prądem wtórnym, istotny przy pomiarach mocy i fazy.

Przekładniki prądowe

Zastosowanie przekładników prądowych:

– transformacja dużych wartości prądu w celu zmniejszenia go do poziomu

umożliwiającego jego bezpośrednie wykorzystanie do pomiarów lub zabezpieczeń,

– zapewnienie bezpieczeństwa obsługi,
– umożliwienie typizacji przyłączonych urządzeń.

Zasada działania przekładnika prądowego
Przekładnik prądowy jest to 1-fazowy transformator pracujący w warunkach zbliżonych
do stanu zwarcia, bowiem do jego zacisków wtórnych przyłącza się elementy o bardzo małej
impedancji (amperomierze, cewki prądowe watomierzy, liczników, przekaźników
nadprądowych). Uzwojenia przekładników prądowych wykonuje się o małej liczbie zwojów
z grubego drutu, więc impedancja strony pierwotnej przekładnika prądowego jest bardzo mała
i nie wpływa ona na wartość prądu w obwodzie głównym oraz powoduje niewielki spadek
napięcia na uzwojeniu pierwotnym.
Przekładnia przekładnika prądowego jest równa stosunkowi prądu pierwotnego do prądu
wtórnego:

≈

(2)

gdzie:

– liczba zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego.

Znamionowemu prądowi po stronie pierwotnej odpowiada po stronie wtórnej prąd

o natężeniu 5 A lub 1 A.

Ponieważ przepływy magnetyczne obu uzwojeń wytwarzają przeciwnie skierowane

strumienie magnetyczne, zachodzi, więc zależność:

·N

– I

·N

= I

·N

(3)

gdzie:

– prąd magnesujący rdzeń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys 20. Zasada pracy przekładnika prądowego (w nawiasach podane są stare oznaczenia zacisków) [2]:

a) układ,
b) schemat,

c) przed przerwaniem obwodu wtórnego należy zewrzeć zaciski

wyjściowe przekładnika.

W przypadku przerwy w obwodzie wtórnym, prąd

= 0:

Wówczas:

·N

= I

·N

(4)

Ponieważ iloczyn

·N

nie zmienił się – zwiększa się znacznie prąd I

wytwarzając

w rdzeniu duży strumień magnetyczny. Wzrost tego strumienia powoduje przegrzanie rdzenia
oraz indukowanie w uzwojeniu wtórnym (o dużej liczbie zwojów) bardzo wysokiego napięcia
o wartości dochodzącej nawet do kilkudziesięciu kilowoltów.

Z tego powodu uzwojenia wtórnego przekładnika prądowego nie wolno przerywać.
W przypadku wykonywania przełączeń w obwodzie wtórnym przekładnika

prądowego,

przed przełączeniem należy zewrzeć zaciski strony wtórnej.

Wielkości charakteryzujące przekładniki prądowe:
– napięcie znamionowe

– znamionowy prąd pierwotny

– znamionowy prąd wtórny

– klasa dokładności,
– moc znamionowa

2N,

– liczba przetężeniowa

– znamionowy prąd jednosekundowy

– znamionowy prąd szczytowy

Nsz

Klasa dokładności przekładnika prądowego zależy od uchybu prądowego, wyrażanego w %,
oraz uchybu kątowego między wektorami prądów (wtórnego względem odwróconego
pierwotnego), wyrażanego w minutach kątowych.

Uchyb prądowy

i określony jest wzorem:

100

−

(5)

Klasy dokładności produkowanych przekładników prądowych i ich zastosowanie:

0,1; 0,2 – stosuje się w pomiarach laboratoryjnych oraz do pomiaru energii w elektrowniach,
0,5 – stosuje się w pomiarach rozliczeniowych energii elektrycznej,
1,0 – stosuje się do zasilania mierników,
3 i 5 – stosuje się do pomiarów orientacyjnych,
5P i 10P – stosuje się do celów zabezpieczeniowych (zasilanie przekaźników).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Moc znamionowa

w VA określona jest wzorem:

⋅

(6)

gdzie:

– znamionowy prąd strony wtórnej, w A;

Z – dopuszczalna impedancja cewek urządzeń przyłączonych do zacisków wtórnych

przekładnika prądowego, w Ω.

Przekroczenie mocy znamionowej powoduje nie utrzymanie się w określonych granicach
dokładności.

Liczba przetężeniowa n jest to krotność prądu I

, przy której uchyb prądowy wynosi 10%.

Znamionowy prąd jednosekundowy I

oraz znamionowy prąd szczytowy I

Nsz

określają

cieplną i elektrodynamiczną wytrzymałość przekładnika prądowego. Wyrażane są one jako
krotność prądu

Dobór przekładników prądowych

Napięcie znamionowe przekładnika prądowego powinno być równe napięciu

znamionowemu sieci, w której ma on być zainstalowany. Prąd znamionowy pierwotny
powinien być tak dobrany, aby przeciążenie przekładnika prądowego nie przekraczało 20 %.

Prąd znamionowy wtórny przekładnika prądowego najczęściej wynosi 5

Gdy odległość między przekładnikiem prądowym a miejscem zainstalowania mierników lub
przekaźników wynosi około 100 metrów lub więcej, dobiera się prąd wtórny o wartości 1 A.

Klasa dokładności przekładnika prądowego powinna być co najmniej równa klasie

najdokładniejszego z przyrządów zasilanych z tego przekładnika.

Moc znamionowa

lub odpowiadająca jej impedancja

określa maksymalną

impedancję urządzeń przyłączonych do strony wtórnej.

Liczba przetężeniowa powinna wynosić:

– do 3 – dla przekładników do zasilania przyrządów rejestrujących,
– do

10 – dla przekładników do zasilania mierników wskazówkowych, liczników

i przekaźników niezależnych,

– powyżej 10 – dla przekładników do zasilania pozostałych przekaźników.

Przekładniki napięciowe

Przekładniki napięciowe służą do transformacji wysokiego napięcia na niższe, możliwe

do wykorzystania do celów pomiarowych i zabezpieczeniowych.

Przekładniki napięciowe włącza się do sieci równolegle.
Ze względu na niewielkie obciążenie przyłączone do obwodu wtórnego normalna praca

przekładnika napięciowego jest zbliżona do pracy transformatora w stanie jałowym. Zasadę
działania przekładnika napięciowego pokazano na rys. 21.

Przekładnia Ku przekładnika napięciowego jest to stosunek znamionowego napięcia po
stronie pierwotnej do znamionowego napięcia po stronie wtórnej:

≈

(7)

gdzie:

– liczba zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego.

Znamionowe napięcie strony wtórnej wynosi: 100 V lub

100/

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 21. Zasada pracy przekładnika napięciowego (w nawiasach podane są

stare oznaczenia zacisków) [2]:
a) układ,
b) symbole graficzne.

Układy połączeń przekładników napięciowych

Przekładniki napięciowe są budowane jako jednofazowe. Ponieważ jednak pracują

w sieciach trójfazowych, łączy się je w różne układy.
Układ V

– stosowany jest w sieci z izolowanym punktem neutralnym (sieci średnich napięć).

W układzie tym napięcia znamionowe pierwotne są równe napięciu międzyfazowemu sieci,
a napięcia wtórne wynoszą 100 V.
Układ gwiazdy

– stosowany jest w sieciach z uziemionym i z izolowanym punktem

neutralnym. Napięcia strony pierwotnej przekładników są równe napięciu fazowemu sieci,
a strony wtórnej

100/

Rys. 22. Układy połączeń przekładników napięciowych [2]:

a) układ V,
b), c) układy gwiazdowe,

d) dodatkowe uzwojenie wtórne do

zabezpieczeń ziemnozwarciowych.

Układy połączeń podane na rys. 22a) i b) są stosowane w sieciach z izolowanym punktem

neutralnym, a na rysunku 22c – w sieciach z uziemionym punktem neutralnym.

Przekładnie przekładników napięciowych są w różnych układach tak dobrane, aby na

zaciskach strony wtórnej napięcie zawsze wynosiło 100 V.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zabezpieczenie przekładników napięciowych

Przekładniki napięciowe należy po stronie niskiego napięcia zabezpieczyć

bezpiecznikami przed zwarciami w obwodzie wtórnym. Po stronie pierwotnej (do napięć
o wartości do 30 kV) zabezpiecza się je bezpiecznikami przekładnikowymi, nie jest to jednak
konieczne.

Wielkości charakteryzujące przekładniki napięciowe:
– Napięcie znamionowe pierwotne

i wtórne

w V.

– Moc znamionowa

w V

⋅A, tj. moc, jaką można obciążyć przekładnik, aby uchyb był

zachowany w granicach określonych klasą dokładności przekładnika. Sumaryczna moc,
jaką obciąża się przekładnik, nie może przekroczyć jego mocy znamionowej.

– Klasa dokładności.

Klasy dokładności produkowanych przekładników napięciowych i ich zastosowanie:
0,2 i 0,5 – stosuje się do zasilania liczników rozliczeniowych,
1 – do zasilania liczników kontrolnych, jednofazowych energii biernej oraz do pomiarów
i zabezpieczeń,
3 – do zasilania zabezpieczeń nad- i podnapięciowych oraz mierników wskaźnikowych.

– Moc graniczna

w V

⋅A, tj. moc maksymalna, jaką można obciążyć przekładnik ze

względu na jego dopuszczalną temperaturę. Moc ta jest wielokrotnie większa od
znamionowej i uchyby są znaczne, toteż służy wyłącznie do doboru zabezpieczeń obwodu
wtórnego (bezpieczników lub zabezpieczeń nadprądowych).

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie rodzaje przekładników rozróżniamy ze względu na przeznaczenie w układach

zabezpieczeniowych?

2. Jakie rodzaje przekładników rozróżniamy ze względu na ich budowę?
3. Jakie dane znamionowe charakteryzują poszczególne rodzaje przekładników?
4. Jakie cechy charakterystyczne posiadają poszczególne układy połączeń przekładników?
5. Jakie czynności należy wykonać przed dokonaniem przełączeń w obwodzie wtórnym

przekładnika

prądowego?

6. W jaki sposób zabezpiecza się przekładniki napięciowe przed skutkami zwarć?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rozpoznaj i scharakteryzuj przekładniki na podstawie danych znamionowych i oznaczeń.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dokonać oględzin dostępnych przekładników,
2) scharakteryzować dane znamionowe przynajmniej jednego przekładnika prądowego

i jednego napięciowego,

3) wymienić zastosowanie każdego z nich.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,

− przekładniki prądowe i napięciowe,

− katalogi przekładników.

Ćwiczenie 2

Badanie przekładników prądowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z zadaniem zawartym w instrukcji,
2) zaproponować układ do wyznaczania przekładni prądowej przekładnika prądowego,
3) połączyć układ pomiarowy,
4) wyznaczyć przekładnię prądową przekładnika,
5) dokonać analizy wykonanej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,

− katalogi przekładników prądowych,

− przekładniki prądowe,

− stanowisko pomiarowe,

− przyrządy pomiarowe,

− kartki papieru,

− kalkulator,

− linijka,

− ołówek.

Ćwiczenie 3

Badanie przekładników napięciowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z zadaniem zawartym w instrukcji,
2) zaproponować układ do wyznaczania przekładni napięciowej przekładnika,
3) połączyć układ pomiarowy,
4) wyznaczyć przekładnię napięciową przekładnika,
5) dokonać analizy wykonanej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,

− katalogi przekładników napięciowych,

− przekładniki napięciowe,

− stanowisko pomiarowe,

− przyrządy pomiarowe wielkości elektrycznych,

− kalkulator,

− linijka,

− kartki papieru, ołówek.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 4

Badanie układów przekładników napięciowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z zadaniem zawartym w instrukcji,
2) połączyć układ do pomiaru napięć po stronie pierwotnej i wtórnej przekładników

napięciowych pracujących w układzie V,

3) zmierzyć napięcia po stronie pierwotnej i wtórnej przekładnika napięciowego dla trzech

wartości napięć po stronie pierwotnej

+10%,

–10%,

4) dokonać analizy wykonanej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,

− katalogi przekładników napięciowych,

− przekładniki napięciowe,

− stanowisko pomiarowe,

− przyrządy pomiarowe,

− kartki papieru,

− kalkulator,

− ołówek.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić rodzaje przekładników?

2) wyjaśnić zasadę działania poszczególnych rodzajów przekładników?

3) określić zastosowanie przekładników pomiarowych?

4) zanalizować układy pracy przekładników?

5) połączyć prosty układ automatyki zabezpieczeniowej z zastosowaniem

przekładników?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Zabezpieczenia transformatorów

4.4.1. Materiał nauczania

Transformatory stosowane w elektroenergetyce, ze względu na kluczową rolę w systemie

elektroenergetycznym muszą posiadać szereg zabezpieczeń. Rodzaj zabezpieczeń wynika
z mocy transformatora i rodzaju zakłócenia.

Tabela 11. Rodzaje zabezpieczeń stosowanych do transformatorów [10]

Zakres mocy znamionowych transformatorów w MVA

0,375 ÷ 1

1 ÷ 2

2 ÷ 5

5 ÷ 7,5 7,5 ÷ 10

> 10

Rodzaj zakłócenia

Rodzaje zabezpieczeń

Przetężenie wywołane
zwarciami zewnętrznymi

nadprądowe zwłoczne
trójfazowe lub dwufazowe

nadprądowe zwłoczne trójfazowe

a) z blokadą napięciową
b) z blokadą kierunkową

Zwarcia wewnętrzne
w uzwojeniach oraz na
wyprowadzeniach

nadprądowe
bezzwłoczne

nadprądowe
bezzwłoczne
lub różnicowe

nadprądowe wzdłużne
lub kadziowe

Zwarcia doziemne

−

nadprądowe
zwłoczne
zerowe lub
nadnapięciowe
zwłoczne
zerowe

gazowo-przepływowe

Obniżenie poziomu oleju
i uszkodzenia wewnątrz
kadzi

1-calowe

2-calowe

3-calowe

Przeciążenia ruchowe

nadprądowe zwłoczne jednofazowe

Nadmierny wzrost
temperatury

termometr ze wskaźnikiem maksymalnej
temperatury

ze zdalną
sygnalizacją
maksymalnej
temperatury

Zabezpieczenia transformatorów od przetężeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi

Zabezpieczenia od przetężeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi w transformatorach

stosuje się nadprądowe zwłoczne wyposażone w blokady: napięciową lub kierunkową.

Zabezpieczenie transformatora zasilane jest z przekładników prądowych zainstalowanych

od strony źródła zasilającego.

Rys. 23. Schemat wyjaśniający zasadę współpracy zabezpieczeń nadprądowych

zwłocznych transformatora i linii [10]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zabezpieczenie to powinno działać w przypadkach zwarć powstałych na szynach

zbiorczych (rys.23) oraz powinno stanowić rezerwę zabezpieczeń linii odbiorczych.
Zabezpieczenie transformatora zasila się z przekładników prądowych zainstalowanych od
strony źródła zasilającego lub też w przypadku zasilania dwustronnego – od strony
charakteryzującej się większą mocą zwarciową.

Rys. 24. Schemat zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego transformatora [10]

Na rys. 24 przedstawiony jest schemat zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego

transformatora zasilanego z sieci o uziemionym punkcie neutralnym. Prąd rozruchowy
zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego dobiera się tak, aby zabezpieczenie to nie działało
pod wpływem prądów przeciążeniowych, spowodowanych np. wyłączeniem równolegle
pracującego transformatora lub samorozruchem silników.
Warunek ten określany jest wzorem:

max

⋅

≥

(8)

gdzie:

max

– prąd największego obciążenia transformatora,

– przekładnia przekładników prądowych,

– współczynnik bezpieczeństwa wynoszący 1,15 ÷ 1,25;

– współczynnik powrotu równy 0,85;

– współczynnik „schematowy” – stosunek prądu płynącego przez przekaźnik do

prądu płynącego przez przekładnik.

Czułość zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego oblicza się ze wzoru:

⋅

≤

min

(9)

Układy zabezpieczeń wykorzystujące niepełną gwiazdę przekładników prądowych

przedstawione na rys. 25 mają mniejszą czułość przy zwarciach za transformatorem o grupie
połączeń Dy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

a) obwody prądowe

b) obwody sterowania

Rys. 25. Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne dwufazowe [10]

Czas działania zabezpieczenia

zwykle dobiera się jak najkrótszy. Ze względu jednak na

uzyskanie wybiorczego działania zabezpieczeń, czas ten jest dłuższy od zwłoki czasowej
zabezpieczeń

w elementach odbiorczych o czas stopniowania

Δt:

= t

+ Δt

(10)

Dla transformatorów podwyższających po wprowadzeniu do zabezpieczenia blokady

napięciowej wykonanej za pomocą przekaźników podnapięciowych, poprawie ulega czułość
zabezpieczenia i zabezpieczenie takie najczęściej odróżnia zwarcia od przeciążenia, ponieważ
przy zwarciu występuje zwykle znaczne obniżenie się napięcia, a przy przeciążeniu bardzo
małe. Przekaźniki podnapięciowe zasila się zwykle napięciem fazowym za pomocą
przekładników przyłączonych po stronie zasilania transformatora (rys. 26). Wskutek tego
uzyskuje się działanie zabezpieczenia przy załączeniu uszkodzonego transformatora na
napięcie oraz mniejszy koszt przekładników (niższe napięcie robocze). Takie połączenie
zapewnia też prawidłową ocenę zwarć po stronie wtórnej transformatora.

Rys. 26. Miejsce i sposób podłączenia przekaźników podnapięciowych RU [10]

Dla poprawienia czułości zabezpieczenia i lepszego odstrojenia się od prądów

przeciążenia, wprowadza się blokadę napięciową wykonaną za pomocą przekaźników
podnapięciowych (rys. 27). Zabezpieczenie odróżnia zwarcie od przeciążenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 27. Schemat sterowania zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego z blokadą

napięciową [10]
OW

, OW

– otwarcie wyłączników,

szppU – sygnalizacja zadziałania przekaźników podnapięciowych.

Wartości rozruchowe przekaźników podnapięciowych i nadprądowych wyznacza się

z następujących zależności:

⋅

≤

min

(11)

≥ k

⋅

(12)

⋅

≥

(13)

gdzie:

min

– najmniejsze napięcie ruchowe (0,9 ÷ 0,95)

⋅U

– największa wartość napięcia zwarcia,

– współczynnik powrotu (1,2),

– współczynnik bezpieczeństwa (1,1),

– współczynnik czułości (1,3 ÷ 1,4),

– przekładnia napięciowa przekładników napięciowych,

i –

przekładnia prądowa przekładników prądowych,

– prąd znamionowy transformatora.

Małe transformatory, instalowane poza energetyką zawodową są zabezpieczone za

pomocą bezpieczników wysokiego napięcia. Bezpieczniki należy stosować wszędzie tam,
gdzie nie ma potrzeby instalowania wyłączników, czyli tam gdzie nie zachodzi potrzeba
wykonywania częstych manipulacji ruchowych, lub samoczynnego przełączania. Jeżeli
wytwórnia transformatorów nie podaje prądu znamionowego bezpieczników wysokiego
napięcia, można posłużyć się wskazówkami ich doboru podanymi w tabeli 12a i 12b.

Tabela 12a. Zasady doboru bezpieczników do transformatorów [10]

Prąd znamionowy transformatora

Prąd znamionowy bezpiecznika

≤ 6

8 ÷ 25

25 <

3
2

(l,5 ÷ l,6)

⋅I

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 12b. Zasady doboru bezpieczników do transformatorów [10]

Prąd znamionowy

transformatorów

Prąd znamionowy

bezpieczników

Moc (w kV

⋅A) transfonmatora przy napięciu

3 kV

6 kV

15 kV

1,5 ÷ 2
4,5 ÷ 6

9,5

15
19
38
60

10
15

10 ÷ 30

30
60

100

–

30
50
75

100
200
315

20
50

100
160
200
400
630

126
250
400
500

–
–

Zabezpieczenie transformatorów od zwarć wewnętrznych i zwarć na wyprowadzeniach

Rodzaje stosowanych zabezpieczeń

od zwarć wewnętrznych:

– zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne,
– zabezpieczenie różnicowe,
– zabezpieczenie od zwarć z kadzią.

Konieczność stosowania zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego wynika z dużej

różnicy między prądami mierzonymi po stronie zasilania transformatora w przypadku zwarcia
przed i za transformatorem (rys. 28), co pozwala na uzyskanie wybiorczego działania tego
zabezpieczenia.

Rys. 28. Zmiana wartości prądu zwarcia w przypadku różnych miejsc zwarcia

w transformatorze [10]:
αZ

– zakres zabezpieczenia nadprądowego.

Rys. 29. Miejsce instalowania zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego

transformatora [10]

Prąd rozruchowy zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego wyznacza się

z zależności:

max

⋅

≥

(14)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

gdzie:

max

— największy prąd zwarciowy przy zwarciu w punkcie K

— współczynnik bezpieczeństwa (1,3 ÷ 1,6),

— współczynnik schematowi,

— przekładnia przekładników prądowych.

Wyznaczony prąd rozruchu zapewnia prawidłowe działanie zabezpieczenia.

Zasadniczym zabezpieczeniem od zwarć wewnętrznych i na wyprowadzeniach

transformatorów większych mocy jest zabezpieczenie różnicowe wzdłużne (rys. 30).

Rys. 30. Schemat ideowy zabezpieczenia różnicowego transformatora [10]

Dużym problemem w zabezpieczeniu tym jest taki dobór przekładni przekładników

prądowych, aby przy obciążeniu transformatora prądy wtórne płynące do przekaźnika były
sobie równe. W przypadku, gdy różnica prądów po stronie wtórnej przekładników, przy
znamionowym obciążeniu, jest większa niż 5% to należy dodatkowo stosować transformatory
wyrównawcze.

INNE ZABEZPIECZENIA

Zabezpieczenia transformatorów od zwarć doziemnych

W sieciach wysokich napięć z uziemionym punkcie neutralnym, część transformatorów

pracuje z punktem gwiazdowym izolowanym od ziemi (ma to na celu ograniczenie prądów
ziemnozwarciowych). W celu zabezpieczenia tych transformatorów od przepięć
występujących w czasie zwarć doziemnych zaopatruje się je w zabezpieczenie reagujące na
składową zerową napięcia.

Zabezpieczenie transformatora od uszkodzeń wewnątrz kadzi i przy obniżeniu poziomu
oleju

Najczulszym zabezpieczeniem przed tego typu uszkodzeniami jest zabezpieczenie

gazowo-przepływowe, szybko działające na sygnalizację akustyczną lub wyłączenie
transformatora – zależnie od rozmiarów uszkodzenia.

Zabezpieczenia transformatorów od przeciążeń ruchowych

Najczęściej stosowanym zabezpieczeniem transformatorów od przeciążeń jest zabezpie-

czenie nadprądowe zwłoczne. Wobec tego, że przeciążenia mają przeważnie charakter syme-
tryczny, wystarcza zabezpieczenie jednej fazy. Przekaźnik takiego zabezpieczenia zasilany
jest z przekładnika prądowego wspólnego dla zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych od
zwarć zewnętrznych.

Zabezpieczenia bloków generator-transformator

Zabezpieczenia generatorów i transformatorów sprzężonych w blok realizuje się

analogicznie, jak w przypadku ich pracy indywidualnej. Połączenie w jeden blok obu
urządzeń pozwala stosować zabezpieczenia jako wspólne. Dotyczy to zwłaszcza zabezpieczeń
nadprądowych zwłocznych od zwarć i przeciążeń i zabezpieczeń różnicowych wzdłużnych
i ziemnozwarciowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie rodzaje zakłóceń występują w transformatorach?
2. Jakie są metody zapobiegania i likwidowania zakłóceń w transformatorach i czym się

charakteryzują?

3. Jaki rodzaj zabezpieczeń stosuje się w transformatorach od zwarć wewnętrznych?
4. Od jakich elementów zależy czułość zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego

transformatora?

5. W jaki sposób zabezpiecza się małe transformatory?
6. Jaka jest zasada działania zabezpieczenia różnicowego?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dobierz zabezpieczenie dla transformatora małej mocy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się parametrami transformatora,
2) wymienić możliwe zakłócenia w nim występujące,
3) dobrać prąd znamionowy bezpiecznika,
4) dokonać analizy wykonanej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− katalogi transformatorów małej mocy,

− katalogi bezpieczników,

− kartki papieru,

− kalkulator,

− ołówek.

Ćwiczenie 2

Zbadaj zabezpieczenie różnicowe transformatora.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z instrukcją ćwiczenia,
2) zapoznać się z parametrami jednofazowego transformatora zastosowanego w ćwiczeniu,
3) wymienić możliwe zakłócenia występujące w pracy transformatora zasilającego

odbiorniki,

4) zmontować według schematu zamieszczonego w instrukcji układ symulujący pracę

transformatora energetycznego,

5) zasymulować różne stany zakłócenia w pracy transformatora wprowadzając dodatkowe

obciążenie w miejsca A, B i C pokazane na poniższym schemacie:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6) określić rodzaj zakłócenia po wprowadzeniu dodatkowego obciążenia w miejsca A, B

i C,

7) dokonać analizy zachowania się układu zabezpieczenia różnicowego dla różnych

zakłóceń,

8) dokonać analizy wykonanej pracy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,

− stanowisko pomiarowe,

− transformator jednofazowy,

− przekaźnik różnicowy,

− rezystory do obciążenia transformatora,

− rezystory do symulacji zakłóceń,

− katalogi transformatorów małej mocy,

− katalogi przekaźników różnicowych,

− mierniki wartości elektrycznych,

− kartki papieru,

− kalkulator,

− ołówek

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) scharakteryzować zakłócenia występujące w transformatorach?

2) scharakteryzować właściwości układów zabezpieczeń?

3) zaproponować metody likwidowania zakłóceń występujących

w transformatorach?

4) dobrać parametry podstawowych urządzeń zabezpieczających

transformator przed najczęściej występującymi zakłóceniami?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Zabezpieczenia linii

4.5.1. Materiał nauczania

Rodzaje zabezpieczeń

Rodzaj zakłóceń w liniach i rodzaje stosowanych w nich zabezpieczeń, zestawione są

w tab. 13 i 14.

Tabela 13. Zabezpieczenia linii kablowych i napowietrznych o napięciu 1 ÷ 60 kV w sieciach o małym prądzie

zwarcia doziemnego [8]

Rodzaj linii

Jednostronnie

zasilane

promieniowe

Z jednym źródłem

zasilania

pierścieniowe

Sprzęgające szyny

zbiorcze elektrowni

lub wielostronnie

zasilane

Zabezpieczenie od

Rodzaje zabezpieczeń

dwufazowe nadprądowe zwłoczne

z ewentualną blokadą kierunkową

zwarć wielofazowych

oraz dwufazowe nadprądowe bezzwłoczne
lub różnicowe lub odległościowe

zwarć jednofazowych
doziemnych

prądowe lub kierunkowe zasilane składową kolejności zerowej

Tabela 14. Zabezpieczenia linii napowietrznych o napięcia 110 ÷ 220 kV w sieciach o dużym prądzie zwarcia

doziemnego [8]

Rodzaj linii

Linie

pojedyncze,

promieniowe

Pierścieniowe

z jednym

punktem
zasilania

Linie w

złożonym

układzie lub

łączące dwa

układy

energetyczne

Jednotorowe

krótkie

(do 10 km)

Dwutorowe

jednostronnie

zasilane

Zabezpieczenie

rodzaj zabezpieczeń

zwarć między
fazami

trójfazowe
nadprądowe
kierunkowe lub
niekierunkowe
lub
odległościowe

zwarć
doziemnych

trójfazowe
nadprądowe
zwłoczne
lub
bezzwłoczne
oraz
zabezpieczenie
nadprądowe
zwłoczne

nadprądowe
kierunkowe lub
niekierunkowe
zasilane z filtru
składowej
zerowej

zabezpieczenie
odległościowe
lub
zabezpieczenie
z łączem w.cz.

różnicowe
wzdłużne

odległościowe
lub
zabezpieczenie
z łączem w.cz.

Działanie zabezpieczeń skierowane jest na otwarcie wyłącznika linii, a w przypadku

jednofazowych zwarć doziemnych w sieciach średnich napięć uruchamiają one sygnalizację.

Miejsce instalowania zabezpieczeń:

początek linii od strony zasilania – w liniach jednostronnie zasilanych,
oba końce linii w:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

- liniach o dwustronnym zasilaniu,
- liniach pierścieniowych.

Zabezpieczenia linii od zwarć międzyfazowych

Rodzaje zabezpieczeń od zwarć międzyfazowych stosowanych w liniach:

nadprądowe zwłoczne,
nadprądowe bezzwłoczne,
nadprądowe zwłoczne z blokadą kierunkową,
odległościowe,
porównawcze.

Zabezpieczenia nadprądowe zwłoczne

Zabezpieczenie to stosowane jest najczęściej w liniach promieniowych jednostronnie

zasilanych.

W skład zabezpieczenia wchodzą dwa lub trzy przekaźniki nadprądowe. Współpracują

one z przekaźnikiem zwłocznym (rys. 31). W sieciach średnich napięć (1 ÷ 60 kV) stosuje się
rozwiązania dwufazowe (instalowane zawsze w fazach A i C) a w pozostałych trójfazowe.

Rys. 31. Schemat zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego linii [10]

Dobór prądu rozruchowego zabezpieczenia:

⋅

≥

max

(15)

gdzie:

max

– prąd największego obciążenia po stronie pierwotnej,

– przekładnia przekładników prądowych,

– współczynnik bezpieczeństwa (1,2),

– współczynnik samorozruchu silników (3 ÷ 4),

– współczynnik schematowi,

– współczynnik powrotu równy 0,85.

Zabezpieczenia nie mogą reagować na prądy obciążeniowe niepodlegające wyłączeniu,

spowodowane np. samorozruchem silników, co należy uwzględnić przy doborze prądu
rozruchu.

Po doborze prądu rozruchowego należy sprawdzić wymaganą czułość zabezpieczenia

nadprądowego zwłocznego:

⋅

≤

min

(16)

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

gdzie:

ż max

– najmniejsza wartość prądu zwłocznego linii zwarciowego przy zwarciu

metalicznym na końcu zabezpieczanej strefy.

Wartość współczynnika czułości powinna wynosić:

1,5 – dla zabezpieczeń podstawowych,
1,1 ÷ 1,2 – dla zabezpieczenia rezerwowego.

Zwłokę czasową zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego linii dobiera się

uwzględniając stopniowanie czasów tak, aby zwłoka ta była większa o czas stopniowania

Δt

od największego czasu odcinka sąsiedniego zasilanego tą linią.

Rys. 32. Zasada stopniowania czasów zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych [10]

Zasadę stopniowania czasów podano na rys. 32.
Przyjmuje się zwykle

Δt = 0,3 ÷ 0,7. Na wartość tę składają się:

– czas własny wyłącznika, zainstalowanego w sąsiednim dalszym od źródła punkcie

wynoszący zwykle 0,05 ÷ 0,3 s,

1(+)

– największy możliwy dodatni uchyb czasu działania zabezpieczenia 0,05 ÷ 0,1 s,

1(–)

– największy możliwy uchyb ujemny czasu działania zabezpieczenia 0,05 ÷ 0,1 s,

– uchyb bezwładnościowy 0 ÷ 0,1 s,

– czas rezerwowy 0,15 ÷ 0,2 s.

Do obliczeń przyjmuje się zwykle

Δt = 0,5 s.

Przykładowe czasy gwarantujące prawidłową pracę zabezpieczenia dla powyższego

schematu mogą np. wynosić:

= 0,5 s,

= 1,0 s,

= 1,5 s,

= 2,0 s,

= 2,5 s.

Zalety zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego:

– niezawodność działania,
– reagowanie na wszelkie rodzaje zwarć.

Wady tego typu zabezpieczenia:

– niezbyt duża czułość ograniczona koniecznością nastawiania prądów rozruchowych

większych od możliwych prądów obciążenia,

– zwiększające się czasy działania zabezpieczeń instalowanych bliżej źródła energii

elektrycznej.

Zabezpieczenia nadprądowe bezzwłoczne

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne jest uzupełnieniem zabezpieczenia

nadprądowego zwłocznego i stosuje się je zwykle w powiązaniu z nim, ograniczając czas
trwania zwarcia w linii.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W skład układu zabezpieczeniowego wchodzą dwa przekaźniki nadprądowe (sieci

średnich napięć) instalowane są zawsze w fazach A i C lub trzy przekaźniki (sieci
z uziemionym punktem neutralnym).

Rys. 33. Schemat zabezpieczenia nadprądowego zwarciowego [10]

Rys. 34. Zasada wyznaczania strefy działania zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego [10]

Prąd rozruchowy zabezpieczenia dobiera się w zależności od wartości prądu zwarcia tak,

aby zabezpieczenie działało jedynie w przypadku zwarć na linii, a nie na elementach
odbiorczych (rys. 34).

max

(17)

gdzie:

x max

– największy prąd zwarciowy zwarcia 3-fazowego metalicznego na końcu

odcinka zabezpieczonej linii promieniowej,

– współczynnik bezpieczeństwa (1,2 ÷ 1,6),

– przekładnia przekładników prądowych.

Czas działania zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego zwykle nie przekracza

0,04

0,08

s. Na czas ten składają się czasy działania przekaźnika nadprądowego

zwarciowego i przekaźnika pośredniczącego. Bezzwłoczne działanie zabezpieczenia
zwarciowego ogranicza też skutki zaniku napięcia na szynach zbiorczych rozdzielni.

Stosowanie łącznie zabezpieczenia nadprądowego zwarciowego i zabezpieczenia

nadprądowego zwłocznego powoduje skrócenie czasu trwania zwarć, upodabniając
charakterystykę działania tych zabezpieczeń do charakterystyki działania zabezpieczeń
odległościowych.

Zabezpieczenia nadprądowe z blokadą kierunkową

Blokada kierunkowa stanowi uzupełnienie zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego.

Polega ona na uniemożliwieniu podania impulsu do otwarcia wyłącznika linii w wyniku
otwarcia zestyku przekaźnika kierunkowego (rys. 35) w przypadku zwarć poza

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

zabezpieczanym odcinkiem linii. Stosowana jest w sieciach dwustronnie zasilanych i torach
równoległych.

Rys. 35. Schemat elektryczny zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego z blokadą kierunkową [10]

W skład zabezpieczenia wchodzą:

– dwa przekaźniki nadprądowe instalowane w fazach A i C,
– przekaźnik zwłoczny,
– przełączalny przekaźnik kierunkowy, który umożliwia pobudzanie przekaźnika

zwłocznego i podanie impulsu na otwarcie wyłącznika tylko w przypadku, gdy energia
płynie w kierunku od szyn (rys. 36). Przekaźniki te wymagają prawidłowego przyłączenia
do przekładników prądowych i napięciowych bez konieczności nastawiania ich.

Rys. 36. Stan zestyku przekaźnika kierunkowego przy różnych miejscach zwarciach [10]

a) zwarcie na zabezpieczonej linii – energia płynie od szyn – zestyk

przekaźnika kierunkowego jest zamknięty,

b) zwarcie poza zabezpieczaną linią – energia płynie do szyn – zestyk

przekaźnika kierunkowego jest otwarty.

W zależności od doboru przekaźników uzyskuje się różny charakter zabezpieczeń:

– minimalna strefa martwa (strefa nie działania) – przekaźniki o jak najmniejszej mocy

rozruchowej,

– strefa martwa tylko przy zwarciach symetrycznych – przekaźniki o odpowiednim kącie

schematowym,

– działają przy podwójnych zwarciach do ziemi (np. w liniach pierścieniowych)

–

przekaźniki o układzie przełączającym.

Zabezpieczenia odległościowe

W przypadku, gdy zabezpieczenia linii nie zapewniają wymaganej wybiórczości, czułości

lub szybkości działania, stosuje się zabezpieczenia odległościowe. Zabezpieczenie
odległościowe jest równocześnie zabezpieczeniem od zwarć wielofazowych i doziemnych.

Zabezpieczenia odległościowe instalowane są po obu stronach linii (rys. 37).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 37. Miejsce instalowania zabezpieczenia odległościowego [10]

Zabezpieczenie to składa się z:

– jednego przekaźnika odległościowego,
– trzech przekładników prądowych,
– trzech przekładników napięciowych.

Ze względu na to, że przekaźniki odległościowe składają się z wielu członów

współpracujących ze sobą, konieczne jest nastawienie różnych wielkości na wielu zakresach
tych przekaźników.

W zależności od napięcia zabezpieczanej sieci – człon rozruchowy może mieć różne

wykonania:
– nadprądowe, w sieciach średnich napięć (dwufazowy),
– podimpedancyjne w sieciach wyższych napięć (trójfazowy).

Nastawienie członu rozruchowego podimpedancyjnego dokonuje się według zależności:

max

min

⋅

≤

(18)

gdzie: Z

– impedancja rozruchowa przekaźnika,

min r

– najmniejsze napięcie ruchowe, na zaciskach przekaźnika,

– współczynnik bezpieczeństwa,

– współczynnik powrotu,

max

– największy prąd obciążenia roboczego po stronie wtórnej przekładnika.

lub:

)

(

max

min

⋅

(19)

gdzie:

min

– minimalne robocze napięcie fazowe,

ob max

– największy prąd obciążenia,

– prąd wyrównawczy płynący w przewodach faz nie zwartych w czasie zwarć

doziemnych.

Wszystkie wielkości w powyższym wzorze określone są dla wtórnej strony

przekładników.

Rys. 38. Zasady nastawiania charakterystyk przekaźników odległościowych [10]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przy obliczeniach długości strefy II i III przekaźnika należy uwzględniać istniejące

rozpływy prądów zwarcia, wprowadzając w zależności od potrzeby tzw. współczynnik
rozgałęzieniowy:

(20)

Prądy

przedstawione są na rys. 39.

Rys. 39. Schemat sieci z rozpływami prądu zwarcia [10]

Czasy działania poszczególnych stref dobiera się w zależności od istniejących czasów

sąsiednich zabezpieczeń. Czasy te najczęściej mają wartości:
t

– poniżej 0,1 s, t

– ok. 1 s,

III

– ok. 2,5 s,

graniczne

– ok. 5 s.

Zabezpieczenia porównawcze

Rodzaje zabezpieczeń porównawczych (porównują dwa prądy linii elektroenergetycznej):

prądowe:

– wzdłużne – porównują ze sobą dwa prądy płynące na dwu końcach zabezpieczanego

odcinka linii. Układ zabezpieczeniowy instalowany jest po obu stronach linii. Składa
się z przekładników prądowych, przekaźnika różnicowego oraz przewodów, łączących
oba komplety zabezpieczeń. Działanie zabezpieczenia jest bezzwłoczne. Nastawienie
zabezpieczenia zależy od jego rozwiązania konstrukcyjnego.

– poprzeczne – instalowane w linii dwutorowej porównują ze sobą dwa prądy płynące

w każdym z zabezpieczonych torów. Zabezpieczenia różnicowe poprzeczne
instalowane są na obu końcach linii dwutorowych. Wadą tego zabezpieczenia jest
występowanie strefy zadziałań kaskadowych, powodujących wydłużanie czasu
działania.

– fazowe – porównują ze sobą kierunki wartości chwilowych prądów na obu końcach

linii. Charakteryzują się dobrą wybiórczością, krótkim czasem działania niezależnym
od miejsca zwarcia na zabezpieczanym odcinku linii, znaczną czułością,
niewrażliwością na przeciążenia i kołysania sieciowe.

kierunkowe – porównują ze sobą kierunki mocy zwarciowych w dwóch końcach linii.

Zabezpieczenia porównawcze kierunkowe wymagają stosowania łącza przekazującego
informację o znaku mocy zwarciowej.

Zabezpieczenia linii od zwarć doziemnych

Do zabezpieczenia linii od zwarć doziemnych najczęściej stosowane są zabezpieczenia

nadprądowe reagujące na składową zerową prądu zwarcia doziemnego lub zabezpieczenia
kierunkowe reagujące na kierunek mocy zerowej wyrażonej iloczynem prądu zerowego
i napięcia zerowego.

Zabezpieczenie nadprądowe reagujące na składową zerową prądu

Zabezpieczenie to stosowane jest najczęściej do zabezpieczania linii kablowych i linii

napowietrznych mających wyjścia kablowe w sieciach o izolowanym punkcie neutralnym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zabezpieczenie to składa się zazwyczaj z przekładnika typu Ferranti, będącego filtrem
składowej zerowej prądu oraz czułego przekaźnika nadprądowego.

Zabezpieczenia kierunkowe reagujące na kierunek mocy zerowej

Zabezpieczenie to stosowane jest w sieciach skompensowanych i niekompensowanych.

Składa się ono zazwyczaj z filtrów składowej zerowej prądu i napięcia oraz przekaźnika
kierunkowego ziemnozwarciowego.

Zabezpieczenia napięciowe

Układ zabezpieczeniowy składa się z filtru składowej zerowej napięcia i przekaźnika

nadnapięciowego.

Podstawową wadą tego zabezpieczenia jest brak wybiórczości, gdyż nie wskazuje linii,

na której wystąpiło doziemienie.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie rozróżnia się rodzaje zakłóceń w liniach energetycznych?
2. Jakie są metody zapobiegania i likwidowania zakłóceń w liniach energetycznych i czym

się charakteryzują?

3. Jaka jest zasada działania zabezpieczeń odległościowych linii przesyłowej?
4. Jakie powinny być czasy zadziałania zabezpieczeń dla poszczególnych stref działania

zabezpieczeń odległościowych?

5. Jaka jest zasada działania zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych?
6. na czym polega stopniowanie czasów zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dobierz zabezpieczenia odległościowe do linii przesyłowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z instrukcją ćwiczenia,
2) zapoznać się ze schematem ideowym sieci energetycznej,
3) wymienić możliwe zakłócenia występujące w sieci,
4) zaproponować właściwy układ zabezpieczenia odległościowego dla modelu linii

przesyłowej,

5) dobrać aparaturę zabezpieczającą,
6) zmontować układ zabezpieczający,
7) wykonać symulację zwarć w różnych strefach sieci,
8) dokonać analizy wykonanej pracy

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,

− dokumentacja badanej sieci,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

− stanowisko pomiarowe,

− model sieci energetycznej,

− zestaw przekaźników koniecznych do wykonania ćwiczenia,

− katalogi i poradniki urządzeń zabezpieczających,

− kalkulator,

− ołówek, liniał, inne przybory kreślarskie.

Ćwiczenie 2

Dobierz zabezpieczenia nadprądowe zwłoczne do linii przesyłowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

przesyłowej,

5) dobrać aparaturę zabezpieczającą,
6) zmontować układ zabezpieczający,
7) wykonać symulację zwarć w różnych strefach sieci,
8) dokonać analizy wykonanej pracy

Wyposażenie stanowiska pracy:

− instrukcja do ćwiczenia,

− dokumentacja badanej sieci,

− stanowisko pomiarowe,

− model sieci energetycznej,

− zestaw przekaźników koniecznych do wykonania ćwiczenia,

− katalogi i poradniki urządzeń zabezpieczających,

− kalkulator,

− ołówek, liniał, inne przybory kreślarskie.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować zakłócenia występujące w liniach przesyłowych?

2) zaproponować metody likwidowania zakłóceń występujących w liniach

przesyłowych?

3) dobierać parametry podstawowych urządzeń zabezpieczających linię

przed najczęściej występującymi zakłóceniami?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. Zabezpieczenia silników

4.6.1. Materiał nauczania

Rodzaje stosowanych zabezpieczeń

Tabela 15. Rodzaje zabezpieczeń stosowanych do silników o napięciu do 1000 V [10]

Rodzaj zakłócenia

Rodzaje zabezpieczenia

Zwarcia wewnętrzne

nadprądowe bezwłoczne 3-fazowe lub
bezpieczniki topikowe w trzech fazach

Nadmierne obniżenie napięcia

podnapięciowe zwłoczne jednofazowe lub
dwufazowe

Przeciążenie

nadprądowe zwłoczne termiczne lub czujniki
temperatury

Nadmierny wzrost prędkości obrotowej
(dotyczy silników prądu stałego)

mechaniczne odśrodkowe reagujące na prędkość
obrotową

Tabela 16. Rodzaje zabezpieczeń stosowanych do silników prądu przemiennego o napięciu powyżej 1000 V [8]

Zakres mocy znamionowych silników [kW]

>2000

≤ 1000 1000 <

≤

2000

silniki

o wyprowadzonych

3 końcach uzwojeń

silniki

o wyprowadzonych

6 końcach uzwojeń

Rodzaj zakłóceń

rodzaje zabezpieczeń

Bezpieczniki w 3 fazach w połączeniu z rozłącznikami

Zwarcia
wewnętrzne
międzyfazowe

lub
zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne dwufazowe
za pomocą jednego lub dwu przekaźników

lub
zabezpieczenie
różnicowe
wzdłużne

Zwarcie
wewnętrzne
doziemne

–

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne zasilane
z przekładnika składowej zerowej prądu (przekładnika
Ferrantiego)

Nadmierne
obniżenie się
napięcia

Zabezpieczenie podnapięciowe zwłoczne jednofazowe lub dwufazowe

Przeciążenie

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne jednofazowe lub zabezpieczenie
termiczne

Wypadnięcie
z synchronizmu
(dotyczy silników
synchronicznych)

Zabezpieczenie nadprądowe reagujące na pulsację prądu w stojanie
lub
zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne reagujące na prąd przemienny
w obwodzie wzbudzenia

Zabezpieczenia powinny powodować wyłączenie silnika lub uruchomienie sygnalizacji

ostrzegawczej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zabezpieczenia od zwarć wewnętrznych międzyfazowych

Podstawowym zabezpieczeniem transformatora od zwarć wewnętrznych

międzyfazowych i jednofazowych jest zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne.

Najprostszym rozwiązaniem są:

– bezpieczniki topikowe stosowane do silników niskiego napięcia,
– bezpieczniki topikowe z rozłącznikami stosowane do silników wysokiego napięcia.

Rys. 40. Zabezpieczenia od zwarć międzyfazowych za pomocą bezpieczników [10]

Prąd znamionowy wkładki topikowej powinien być możliwie mały, ale jednocześnie tak

dobrany, aby bezpiecznik nie działał w czasie rozruchu silnika.
Prąd znamionowy wkładki topikowej przeznaczonej dla silnika indukcyjnego dobiera się wg
zależności:

≥

(21)

gdzie:

– największa wartość składowej okresowej prądu rozruchowego silnika (tabl. 17),

α – współczynnik zależny od rodzaju wkładki, częstości i rodzaju rozruchu silnika

(tabl. 18).

Tabela 17. Wartości prądów rozruchowych silników asynchronicznych [10]

Silnik indukcyjny

Wartości prądu rozruchowego

Pierścieniowy

1,7 ÷ 2

Jednoklatkowy:

- szybkobieżny,

5,5 ÷ 7 ,5

- wolnobieżny.

4 ÷ 5

Jednoklatkowy załączany za pomocą przełącznika

gwiazda/trójkąt

- szybkobieżny,

1,8 – 2,5

- wolnobieżny.

1,3 – 1,7

Dwuklatkowy lub głębokożłobkowy:

- szybkobieżny,

3,5 – 4,5

- wolnobieżny.

2,8 – 3,5

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Tabela 18. Wartości współczynnika α dla silników asynchronicznych [10]

Kilka rozruchów na dobę

Więcej niż kilka rozruchów

na dobę

wkładka o działaniu

Rodzaje rozruchu

szybkim

opóźnionym

szybkim

opóźnionym

lekki

= (0 ÷ 0,3)

średni

= (0,3 ÷ 0,6)

ciężki

= (0,6 ÷ 1,0) M

2,5
2,0
1,6

3,0
2,5
1,6

2,0
1,8
1,5

2,5
2,0
1,5

– moment znamionowy silnika,

– moment hamujący urządzenia napędzanego.

Ochrona przy pomocy bezpieczników to ochrona silnika i łącznika (stycznika), którego

moc wyłączalna może być mniejsza od mocy zwarciowej w miejscu jego zainstalowania.

Poza ochroną przy pomocy bezpieczników jako zabezpieczenia od zwarć międzfazowych

stosuje się wyzwalacze elektromagnetyczne pierwotne lub przekaźniki wtórne,
współpracujące z odpowiednimi wyłącznikami.

Rys. 41. Zabezpieczenie od zwarć międzyfazowych przy pomocą

wyzwalaczy elektromagnetycznych pierwotnych [10]

Rys. 42. Schemat dwufazowego zabezpieczenia od zwarć międzyfazowych

z jednym przekaźnikiem nadprądowym [10]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 43. Schemat zabezpieczenia od zwarć międzyfazowych wykonanego za pomocą

dwóch przekładników i dwóch przekaźników [10]

a) obwody prądu przemiennego, b) obwody napięcia pomocniczego.

Układy z dwoma przekaźnikami nie zapewniają wymaganej czułości przy zwarciach

dwufazowych np. przy dużych silnikach

Dobór prądu rozruchu przekaźnika:

⋅

≥

(22)

⋅

≤

min

(23)

gdzie:

– współczynnik bezpieczeństwa (1,4 ÷ 2),

– współczynnik schematowy (1 lub 3 w przypadku układu krzyżowego),

– przekładnia przekładników prądowych,

min

– najmniejszy prąd zwarcia dwufazowego na zaciskach silnika,

"
s

k – współczynnik schematowy (przyjmuje się wartość najmniejszą),

– współczynnik czułości (przyjmuje się równy 2).

Ze względu na małą czułość i zasięg zabezpieczenia nadprądowego przy dużych

silnikach stosuje się zabezpieczenie różnicowe dwufazowe.

Posiada ono następujące cechy:

– wzrost prądu przy rozruchu i samorozruchu silnika nie ma wpływu na pracę

zabezpieczenia,

– nie reaguje na udary prądu przy zwarciach poza silnikiem.

Przy doborze zabezpieczenia należy przyjąć prąd rozruchowy poniżej 0,5 I

silnika.

Rys. 44. Zabezpieczenie różnicowe stosowane przy dużych silnikach [10]

Zabezpieczenia od zwarć doziemnych

Ten typ zabezpieczenia stosuje się, gdy prąd zwarcia doziemnego sieci ze względu na

swą wielkość może osiągnąć wartości niebezpieczne dla żelaza silnika powodując jego
niszczenie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W skład tego zabezpieczenia wchodzą:

– przekładniki prądowe (przekładniki Ferrantiego),
– przekaźniki nadprądowego bezzwłocznego o małym prądzie rozruchowym I

Rys. 45. Schemat zabezpieczenia od zwarć doziemnych wykonanego przy użyciu przekładnika

składowej zerowej prądu (przekładnika Ferrantiego) i przekaźnika nadprądowego [10]

Doboru prądu zadziałania zabezpieczenia dokonuje się według zależności:

⋅

≤

(24)

gdzie: I

– prąd pojemnościowy ziemnozwarciowy sieci zasilającej silnik:

gdy: I

≥ 10A – zabezpieczenie powinno działać na wyłączenie silnika,

< 10A – zabezpieczenie powinno działać na sygnał akustyczny i optyczny,

– współczynnik czułości (równy co najmniej 2),

– przekładnia prądowa.

Zabezpieczenie od skutków obniżenia się napięcia

Prawidłowy przebieg samorozruchu możliwy jest przy utrzymaniu na zaciskach silnika

napięcia nie mniejszego niż ok. 60 % U

. Obniżenie się napięcia jest wynikiem dużego udaru

prądu rozruchowego silników.

Zabezpieczenie podnapięciowe zwłoczne jest zabezpieczeniem silników od obniżenia

napięcia. W przypadku grupy silników stosuje się centralne zabezpieczenie podnapięciowe,
które może wyłączyć całą grupę.

Rys. 46. Schemat zabezpieczenia podnapięciowego [10]:

a) obwody napięcia przemiennego, b) obwody sterownicze.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dobór zabezpieczenia:

napięcie rozruchowe przekaźników i zabezpieczenia należy przyjąć 60 ÷ 70 % U

czas działania zabezpieczenia:

– 0,5 s dla silników bez samorozruchu,
– 6 ÷ 10 s dla silników z samorozruchem.

Zabezpieczenia od przeciążeń

Przeciążenie silnika jest to wzrost prądu przepływającego przez silnik powyżej jego

wartości znamionowej. Przeciążenie to może być spowodowane:
– nieprawidłowym przebiegiem rozruchu (np. zbyt niskie napięcie),
– samorozruchem (np. zbyt niskie napięcie),
– wzrostem momentu hamującego urządzenia napędzanego,
– przerwą w jednej z faz sieci zasilającej silnik.

Skutkiem przeciążenia jest wzrost temperatury poszczególnych części silnika, przede

wszystkim zaś izolacji uzwojeń, a w przypadku silników pierścieniowych szczególnie
uzwojeń wirnika.

Zależność między wartością prądu a dopuszczalnym czasem jego trwania określa

przeciążalność silnika.

Zabezpieczenie przeciążeniowe powinno:

– włączyć sygnał ostrzegawczy lub
– odciążyć silnik lub
– wyłączyć silnik.

Metody zabezpieczenia silnika przed przeciążeniem:

Bezpośrednia – pomiar temperatury izolacji uzwojeń. Stosuje się:

– czujniki temperatury umieszczone po jednym w uzwojeniu każdej fazy stojana.

Stosuje się je do silników na napięcia poniżej 1 kV i mocy poniżej 150 kW.
Zabezpieczają silnik przed przeciążeniem, niezależnie od przyczyny przeciążenia.

– przekaźnik cieplny. Cieplna stała czasowa T przekaźnika musi pokrywać się

z cieplną stałą czasową silnika. Prąd rozruchu zabezpieczenia cieplnego wybiera się
równy prądowi znamionowemu silnika a czas działania jest nienastawiany, gdyż
charakteryzuje go cieplna stała czasowa przekaźnika mająca tę samą wartość, co
i zabezpieczany silnik.

Pośrednia – pomiar prądu i czasu jego trwania.
Wyzwalacze termobimetalowe współpracujące ze stycznikiem lub wyłącznikiem.

Dotyczą ich te same wymagania, co przekaźników cieplnych.

Przekaźniki indukcyjne. Stosuje się do silników nieprzeciążalnych i niepracujących

w warunkach pracy przerywanej. Stosuje się przekaźniki o charakterystyce zależnej lub
częściowo zależnej.

Zabezpieczeniem silników przed pracą dwufazową powstałą wskutek przepalenia się np.

jednego bezpiecznika topikowego są:
– czujniki temperaturowe,
– zabezpieczenie podprądowe reagujące na zanik prądu w jednej fazie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie rodzaje zakłóceń występują w silnikach o napięciu do 1000 V?
2. Jakie rodzaje zabezpieczeń stosuje do silnikach o napięciu do 1000 V?
3. W jaki sposób dobiera się prąd znamionowy wkładki topikowej do zabezpieczenia silnika

od zwarć międzyfazowych i jednofazowych?

4. Jakie są wartości momentu hamującego dla rozruchu lekkiego, średniego i ciężkiego?
5. Od jakich skutków chroni zabezpieczenie podnapięciowe zwłoczne?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dobierz najprostsze zabezpieczenie do silnika indukcyjnego klatkowego o rozruchu

bezpośrednim zasilanego napięciem 230/400 V.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z danymi znamionowymi umieszczonymi na tabliczce znamionowej silnika

indukcyjnego klatkowego,

2) zapoznać się z danymi znamionowymi silnika indukcyjnego klatkowego umieszczonymi

w kartach katalogowych tego silnika,

3) obliczyć prąd rozruchu silnika,
4) zaproponować najprostsze zabezpieczenie silnika od zwarć wewnętrznych

międzyfazowych i jednofazowych,

5) obliczyć prąd wkładki topikowej do zabezpieczenia silnika,
6) dobrać typ wkładki bezpiecznikowej i gniazda bezpiecznikowego,
7) połączyć układ zasilania silnika,
8) uruchomić silnik bez obciążenia, a następnie z obciążeniem,
9) dokonać analizy z przeprowadzonych badań,

10) przestrzegać przepisów bezpieczeństwa obowiązujących na stanowisku pomiarowym.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− silnik indukcyjny klatkowy,
− katalogi silników,

− bezpieczniki instalacyjne,

− katalogi bezpieczników instalacyjnych,
− stanowisko pomiarowe,

− przyrządy pomiarowe,

− kalkulator,
− ołówek, liniał, inne przybory kreślarskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Dobierz zabezpieczenie od skutków obniżenia się napięcia do silnika indukcyjnego

klatkowego o rozruchu bezpośrednim zasilanego napięciem 230/400 V.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z danymi znamionowymi umieszczonymi na tabliczce znamionowej silnika

indukcyjnego klatkowego,

2) zapoznać się z danymi znamionowymi silnika indukcyjnego klatkowego umieszczonymi

w kartach katalogowych tego silnika,

3) zaproponować układ do zabezpieczenia od skutków obniżenia się napięcia,
4) połączyć układ siłowy silnika,
5) połączyć układ zabezpieczenia i sterowania silnika,
6) uruchomić silnik bez obciążenia,
7) obniżać podczas pracy silnika napięcie zasilania od wartości U

do wartości, przy której

zadziała zabezpieczenie,

8) dokonać analizy z przeprowadzonych badań,
9) przestrzegać przepisów bezpieczeństwa obowiązujących na stanowisku pomiarowym.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− silnik indukcyjny klatkowy,
− katalogi silników,

− zestaw aparatów koniecznych do montażu układu siłowego, zabezpieczeń i sterowania,

− katalogi aparatów do zabezpieczeń i sterowania,
− stanowisko pomiarowe,

− przyrządy pomiarowe,

− kalkulator,
− ołówek, liniał, inne przybory kreślarskie.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak Nie

1) scharakteryzować zakłócenia występujące w silnikach?

2) scharakteryzować różne rodzaje zabezpieczeń stosowane do silników?

3) przewidzieć skutki konkretnych zakłóceń na sprawność silnika?

4) przedstawić wartości momentu hamującego dla rozruchu lekkiego,

średniego i ciężkiego?

5) wskazać przed jakimi skutkami ochroni silnik dane zabezpieczenie?

6) zaproponować rodzaj zabezpieczenia dla ochrony silnika przed

konkretnym zakłóceniem?

7) dobrać prąd znamionowy wkładki topikowej do zabezpieczenia silnika?

8) przedstawić wartości momentu hamującego dla rozruchu lekkiego,

średniego i ciężkiego?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7. Samoczynne ponowne załączanie SPZ

4.7.1. Materiał nauczania

Samoczynne ponowne załączanie SPZ jest procesem mającym na celu przywrócenie

normalnej pracy linii elektroenergetycznej po jej wyłączeniu na skutek zwarcia, obniżenia
napięcia, obniżenia częstotliwości. Jeżeli zakłócenie ma charakter przemijający, układ
powraca do normalnej pracy, natomiast w przeciwnym przypadku powinno nastąpić
wyłączenie z pracy zabezpieczanej linii.

Stosunek liczby zadziałań skutecznych do liczby wszystkich zadziałań jest miarą

skuteczności działania urządzeń do SPZ.

Skuteczność działania urządzeń do SPZ zależy od doboru czasu przerwy wyłącznika

w cyklu samoczynnego ponownego załączania. Jest to czas od chwili zgaszenia łuku
występującego między rozchodzącymi się stykami wyłącznika, przerywającego dopływ
energii do punktu zwarciowego, do chwili załączania linii przez zamykający się wyłącznik.

Czas przerwy beznapięciowej w linii powinien być dłuższy od czasu potrzebnego do

dejonizacji przerwy połukowej w punkcie zwarciowym – dłuższy od 0,3 ÷ 0,4 s.

Dla linii zasilanych jednostronnie czas przerwy beznapięciowej jest nieco krótszy od

czasu przerwy wyłącznika, gdyż po otwarciu wyłącznika napięcie w tej linii jest jeszcze
podtrzymywane w ciągu 0,1 ÷ 0,2 s przez silniki indukcyjne.

Dla linii zasilanej dwustronnie czas przerwy beznapięciowej jest krótszy od czasu

przerwy wyłączników zainstalowanych na obu końcach linii. Wynika to stąd, że otwieranie
i zamykanie tych wyłączników nie występuje jednocześnie.

Rodzaje układów SPZ:

Restytucyjne – SPZR. Przeprowadzają one próbę trwałości zwarcia. Podają impulsy na

zamknięcie wyłącznika natychmiast po jego otwarciu lub po określonej zwłoce czasowej.
Jeżeli zwarcie miało charakter przemijający, to sieć powraca do normalnej pracy.
Podział urządzenia do SPZR ze względu na cykle pracy:
− jednokrotnego SPZ,

− wielokrotnego (dwukrotnego lub trzykrotnego) SPZ.

Rysunek 48 przedstawia przebiegi czasowe dla SPZ jednokrotnego. Po wystąpieniu

zwarcia, prąd wzrasta do wartości I

. Po czasie t

(rys. 48a, c) zadziałania członu zwłocznego

przekaźnika 2 (z rys. 47) lub czasie t

zadziałania członu bezzwłocznego przekaźnika 1

(z rys. 47) następuje wyłączenie linii i następuje przerwa o długości t

(rys. 48a, b, c)

− linia

jest wyłączona. Po przerwie linia zostaje załączona. Ponieważ zwarcie nie ustąpiło (prąd
ponownie wzrósł do wartości I

) nastąpiło definitywne wyłączenia linii – była to „nieudana

próba” załączenia linii.

Rys. 47. Schemat linii zabezpieczonej przekaźnikami nadprądowymi zwłocznymi [3]:

1, 2, 3 - przekaźniki nadprądowe zwłoczne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 48. Przebiegi czasowe SZP jednokrotnego „niedanego” w linii przedstawionej na rys. 47 [3]:

a), c)

− SPZ bez skracania czasów

działania zabezpieczeń,

− SPZ ze skracaniem czasów działania

zabezpieczeń,

– czas zadziałania członu bezzwłocznego przekaźnika 1

(nieselektywne wyłączenie),

– czas zadziałania członu zwłocznego przekaźnika 2,

– czas zadziałania członu bezzwłocznego przekaźnika 2 po

„nieudanej próbie" jego członu zwłocznego,

– czas pauzy bezprądowej.

Rysunek 49 przedstawia przebiegi czasowe dla SPZ dwukrotnego. Po wystąpieniu

zwarcia, prąd wzrasta do wartości I

. Po czasie zadziałania członu zwłocznego przekaźnika 2

(z rys. 47) następuje wyłączenie linii i następuje pierwsza przerwa - linia jest wyłączona.
Po przerwie linia zostaje załączona. Ponieważ zwarcie nie ustąpiło (prąd ponownie wzrósł do
wartości I

) nastąpiło kolejne wyłączenie linii. Po drugiej przerwie linia zostaje załączona.

W przypadku dalszego trwania zwarcia - następuje definitywne wyłączenia linii – była to
„nieudana próba” załączenia linii (rys. 49a). Jeżeli zwarcie miało charakter przemijający
i podczas drugiego załączenia zwarcie już nie istniało, linia wraca do swojej normalnej pracy
(rys. 49b) – była to „udana próba” załączenia linii.

Rys. 49. Przebiegi czasowe SZP dwukrotnego [10]:

a) próba nieudana,
b) próba udana.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Eliminacyjne SPZE. Po wcześniejszym wyeliminowaniu z pracy uszkodzonego odcinka

linii powodują zamknięcie wyłącznika. Sprawdzanie sieci jest przeprowadzane
automatyczne w czasie przerwy beznapięciowej. Ten rodzaj SPZ stosuje się
w przypadkach:
− istnienia dużego prawdopodobieństwa, że przyczyną zwarcia jest porażenie człowieka

lub

− załączenie linii „na zwarcie” może spowodować groźne następstwa.

Rodzaje napędów urządzenia do SPZ:

− mechaniczny – z napędem ręcznym sprężynowym lub ciężarowym,
− elektryczny – z napędem maszynowym, elektromagnesowym lub pneumatycznym

sprężynowym.

Podział SPZ ze względu na liczbę wyłączanych faz:

trójfazowe TSPZ,
jednofazowe JSPZ.

Podział urządzenia do SPZ ze względu na szybkość działania:

do powolnego SPZ – czas przerwy powyżej l s,
do szybkiego SPZ – czas przerwy poniżej 0,6 s.

Wymagania stawiane urządzeniom do SPZ
Liczba przewodów między rozdzielnią i nastawnią powinna być ograniczona do

minimum.

Działanie urządzeń do SPZ powinno być całkowicie niezależne od jakichkolwiek

manipulacji wykonywanych przez obsługę.

Urządzenia te nie powinny działać:

− przy wyłączaniu przez obsługę linii dotkniętej lub niedotkniętej zakłóceniem,

− przy załączaniu przez obsługę linii dotkniętej zakłóceniem i następującym po nim

wyłączeniu linii przez zabezpieczenie przekaźnikowe,

− działanie urządzenia do SPZ nie powinno w zasadzie następować w przypadku

zadziałania urządzenia do samoczynnego częstotliwościowego odciążania SCO,

− urządzenia do SPZ nie powinny dopuścić do wielokrotnego załączania wyłącznika na

zwarcie,

− urządzenie do SPZ po zadziałaniu powinno być gotowe po czasie rzędu 5 ÷ 10 s do

następnego zadziałania,

− powrót urządzenia do SPZ do stanu ponownej gotowości zadziałania może być

przeprowadzony ręcznie lub samoczynnie.

Elementy składowe układu SPZ:
Człon rozruchowy, stwierdzający konieczność zadziałania urządzenia do SPZ oraz

podający impuls na uruchomienie członu wykonawczego tego urządzenia.

Pobudzony

może być do działania na wskutek:
− zadziałania zabezpieczenia reagującego na powstanie zwarcia,
− stwierdzenia niezamierzonego przejścia wyłącznika w stan otwarcia,

− odwzbudzenia się zabezpieczenia zwarciowego, świadczącego o wyłączeniu zwarcia.

Człon wykonawczy sterujący zamknięciem wyłącznika. Rola tego członu to:

− odmierzanie czasu przerwy,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

− zapewnienie przeprowadzenia określonej liczby załączeń zgodnie z przewidzianym

programem,

− spowodowanie przejścia urządzenia do SPZ w położenie gotowości do następnego

cyklu pracy, o ile poprzedni cykl zakończył się udanym zamknięciem wyłącznika,

− zapobieganie wielokrotnemu zamykaniu wyłącznika na trwałe zwarcie w przypadkach

praktycznie możliwych uszkodzeń obwodów wewnętrznych układu SPZ, jak również
w przypadku podawania z nastawni trwałego impulsu na zamknięcie wyłącznika.

4.7.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. W jaki sposób działa układ SPZ?
2. Jakie są rodzaje układów SPZ?
3. Jakie mają zastosowanie układy SPZ?
4. Jakie wymagania stawiane są układom SPZ?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj układy SPZ i dobierz nastawy parametrów wybranego układu SPZ.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się z instrukcją do szkolnego modelu SPZ
2) zapoznać się ze schematem ideowym szkolnego modelu SPZ zawartym i instrukcji,
3) połączyć elementy SPZ wg schematu ideowego,
4) uruchomić układ SPZ,
5) zbadać zachowanie się układu SPZ przy różnych stawieniach zadziałania członu

zwłocznego i bezzwłocznego przekaźnika,

6) przeprowadzić symulację „próby nieudanej” i „udanej”,
7) dokonać analizy z przeprowadzonych badań,
8) przestrzegać przepisów bezpieczeństwa obowiązujących na stanowisku pomiarowym.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− stanowisko pomiarowe,
− szkolny model układu SPZ,

− instrukcja do ćwiczenia,

− katalogi i poradniki układów SPZ.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować działanie układu SPZ?

2) scharakteryzować poszczególne rodzaje układów SPZ?

3) zaproponować układ SPZ do określonej sieci energetycznej?

4) dobierać parametry układu SPZ?

5) przedstawić zastosowanie układów SPZ?

6) określić wymagania stawiane są układom SPZ?

4.8. Samoczynne załączanie rezerwy SZR

4.8.1. Materiał nauczania

Zastosowanie urządzeń do SZR

Stosuje się je przy zasilaniu ważnych odbiorów, nieznoszących przerw w zasilaniu a ich

zadaniem jest samoczynne przełączanie odbiorów z zasilania podstawowego na zasilanie
rezerwowe. Przełączanie to ma miejsce w przypadkach:
– nadmiernego obniżenia się napięcia na odbiorach,
– zaniku napięcia na odbiorach,
spowodowanego np.:
– zwarciem w sieci zasilającej,
– uszkodzeniem źródła zasilającego,
– błędem obsługi powodującym wyłączenie podstawowego zasilania.

Źródłem podstawowym są elementy sieci elektroenergetycznej doprowadzające energię

do odbiorów w czasie normalnych warunków pracy (linia zasilająca, transformator i inne).

Źródłem rezerwowym są elementy układu elektroenergetycznego, który w przypadku

awaryjnego wyłączenia źródła podstawowego przejmuje na siebie funkcję zasilania odbiorów
(linia zasilająca, transformator i inne).

Miejsce stosowania urządzeń do SZR:

– rozdzielnie przemysłowe zasilające ważne odbiory,
– rozdzielnie sieci elektroenergetycznych,
– wszędzie tam, gdzie wymagana jest bardzo duża niezawodność zasilania odbiorników

oświetleniowych światła bezpieczeństwa (szpitale, gmachy widowiskowe, zakłady
przemysłowe i inne obiekty).

Rodzaje układów SZR:

1. Układ z rezerwą jawną.

Rezerwa jawna przy normalnym zasilaniu nie jest obciążona i w razie potrzeby zostaje
załączona przez zamknięcie odpowiedniego wyłącznika (wyłączników).

2. Układ z rezerwą ukrytą.

Rezerwa ukryta przy normalnym zasilaniu jest tylko częściowo obciążona lub może być
dorywczo przeciążona, natomiast dodatkową funkcję rezerwowego zasilania pełni wtedy,
gdy zasilanie podstawowe zostanie wyłączone.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 50. Rodzaje układów SZR [10]:

a) rezerwa jawna,
b)rezerwa ukryta.

W układzie rezerwy jawnej (rys. 50a) – wyłączniki W

, W

w stanie normalnej pracy

układu są otwarte – zostają zamknięte w czasie działania układu do SZR,

W układzie rezerwy ukrytej(rys. 50b) – wyłącznik W

w stanie normalnej pracy układu

jest otwarty – zostanie zamknięty w czasie działania układu do SZR.

Czas działania urządzenia do SZR jest to czas od chwili powstania stanu powodującego

rozruch urządzenia do SZR do chwili włączenia źródła rezerwowego.

Pełny cykl SZR ma miejsce, gdy urządzenie do SZR zostało pobudzone do zadziałania

przez zanik napięcia.

Skrócony cykl SZR ma miejsce, gdy urządzenie do SZR zostało pobudzone do

zadziałania przez otwarcie wyłącznika źródła zasilania podstawowego.

Czas przerwy przy SZR jest to czas od chwili wyłączenia zasilania podstawowego do

chwili włączenia zasilania rezerwowego. Jest on równy czasowi działania urządzenia do SZR
w skróconym cyklu SZR i powinien być dobrany do warunków pracy odbiorników.

W przypadku zasilania silników elektrycznych z rezerwowego zasilania czas przerwy

powinien być dobrany, aby uwzględniał niebezpieczeństwo załączenia tych silników
wynikające z istnienia w nich napięcia szczątkowego powoli zanikającego do zera przy
jednoczesnym spadku częstotliwości tego napięcia.

W związku z tym urządzenia do SPZ dzieli się na:

– urządzenia do powolnego SZR o czasie przerwy na tyle długim, aby wystąpiło

wytłumienie napięcia szczątkowego, większym od ok. 0,4 s,

– urządzenia do szybkiego SZR o czasie przerwy na tyle krótkim, aby wektory napięć

sieciowego i szczątkowego były jeszcze z sobą w fazie. Czas ten powinien być krótszy niż
ok. 0,25 s.

Wymagania stawiane urządzeniom do SZR
– wysoki stopień niezawodności ich działania,
– działanie urządzeń do SZR powinno następować w przypadku awaryjnego zaniku

napięcia na szynach zbiorczych rezerwowanych,

– działanie urządzenia do SZR powinno być jednokrotne,
– napięcie źródła rezerwowego zasilania powinno być dostateczne do zapewnienia

samorozruchu silników po SZR (zapewniać samorozruch silników z możliwie małym
udarem prądu),

– układ SZR powinien być dopasowany do układu zabezpieczeń urządzeń zasilających

i odbiorczych dla zapewnienia prawidłowej współpracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Elementy składowe układu do SZR i ich współpraca
człon rozruchowy układu SZR, którego zadaniem jest:

– stwierdzenie zaniku napięcia na szynach zbiorczych rezerwowanych,
– kontrolowanie czasu trwania zaniku napięcia na szynach zbiorczych rezerwowanych,
– kontrolowanie obecności napięcia na źródle rezerwowym.

człon wykonawczy – zadaniem jest podanie impulsu na zamknięcie wyłącznika źródła

rezerwowego realizowanym poprzez:

– zapewnienie jednokrotności działania układu do SZR,
– pomiar czasu przerwy,
– blokowanie układu SZR w przypadku przeciągającego się zaniku lub zaniżenia napięcia

na źródle rezerwowym,

– kontrolowanie zgodności faz napięcia zasilania rezerwowego z napięciem resztkowym

(przy szybkim SZR),

– przyśpieszenie działania zabezpieczenia sterującego wyłącznikiem załączającym

napięcia rezerwowe na szyny zbiorcze rezerwowane.

Rys. 51. Układ urządzenia do SZR, zastosowanego do rezerwy jawnej [8]:

a) schemat ideowy układu urządzenia do

SZR, zastosowanego do rezerwy jawnej

b) schemat sterowania układu urządzenia do

SZR, zastosowanego do rezerwy jawnej:

, RU

Rt1 Rt2

OWp

ZWr

, W

– wyłącznik zasilania podstawowego,
– wyłącznik zasilania rezerwowego,
– przekaźniki napięciowe,
– przekaźniki czasowe,
– impuls na otwarcie wyłącznikaW

– impuls na zamknięcie wyłącznika W

– zestyki należące do wyłączników W

, W

– wyłącznik do wyłączenia układu SZR.

Działanie układu urządzenia do SZR, zastosowanego do rezerwy jawnej:
W przypadku zaniku napięcia zasilania podstawowego zamyka się zestyk rozwierny

odwzbudzonego przekaźnika napięciowego RU

, wskutek czego zostaje pobudzony

przekaźnik zwłoczny Rt

i jeżeli w zasilaniu rezerwowym jest napięcie, zostaje wysłany

impuls na otwarcie wyłącznika W

zasilania podstawowego.

Zestyk rozwierny przekaźnika czasowego Rt

, który się odwzbudza w chwili otwarcia

wyłącznika W

, zamyka obwód sterujący zamknięciem wyłącznika W

źródła zasilania

rezerwowego, przy czym zapewnia jednokrotność działania układu SZR, jak również
zapobiega przeprowadzeniu SZR w przypadku przeciągającego się obniżenia napięcia na
zasilaniu rezerwowym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Dobór parametrów nastawczych układu SZR
Element kontrolujący zanik napięcia na szynach zbiorczych rezerwowanych

Napięcie rozruchowe U

przekaźników podnapięciowych powinno być mniejsze od

napięcia U

, jakie wytworzy się na szynach zbiorczych rezerwowanych po wyłączeniu

zwarcia na odpływie z tych szyn zbiorczych przez odpowiednie zabezpieczenie

⋅

(25)

gdzie: k

– współczynnik bezpieczeństwa (przyjmuje w granicach 1,1 ÷ 1,3),

– współczynnik powrotu przekaźników podnapięciowych.

Wartość napięcia rozruchowego U

wynosi przeciętnie 25 ÷ 50% napięcia znamionowego.

Element kontrolujący czas trwania zaniku napięcia na szynach zbiorczych rezerwowanych

Zwłoka czasowa t

przekaźnika zwłocznego członu rozruchowego powinna być dłuższa

o czas stopniowania Δt od czasu wyłączania zwarć t

na odpływach z szyn. Czas t

wynosi

przeciętnie 0,5 ÷ 1,5 s.

Element kontrolujący obecność napięcia na źródle rezerwowym

Przekaźniki napięciowe tego członu powinny dopuszczać zadziałanie urządzenia do SZR

jedynie w przypadku, gdy napięcie źródła rezerwowego ma wartość dostateczną do
podtrzymania w pracy silników, które były pozbawione napięcia w czasie przerwy
beznapięciowej w trakcie działania urządzenia do SZR

≥

⋅

+ ΔU)

(26)

gdzie: U

– napięcie krytyczne, poniżej którego silniki nie działają (tzw. napięcie utyku

silnika),

ΔU

– spadek napięcia między silnikami i stacją rozdzielczą, spowodowany prądami

występującymi w czasie samorozruchu silników,

– współczynnik bezpieczeństwa, który się przyjmuje w granicach 1,05 ÷ 1,1.

Przekaźniki te nastawia się na wartości napięcia w granicach 80 ÷ 90% napięcia
znamionowego.

Element zapewniający jednokrotność działania układu SZR

W przypadku stosowania w tym elemencie przekaźnika zwłocznego z opóźnionym

powrotem, czas powrotu t

tego przekaźnika wyznacza się z warunku:

= t

+ Δt

(27)

gdzie: t

– czas załączania wyłącznika źródła rezerwowego,

Δt

– czas rezerwowy, który się przyjmuje równy 0,3 ÷ 0,5 s.

Element mierzący czas przerwy

Jeżeli człon rozruchowy nie może zapobiec niebezpieczeństwu włączenia napięcia na

opozycję faz (napięcia rezerwy i napięcia indukowanego przez silniki będące jeszcze
w ruchu), rolę tę powinien spełnić element mierzący czas przerwy. Czas przerwy powinien
być wtedy nie mniejszy niż ok. 0,4 s. Czas ten powinien być jednak możliwie krótki ze
względu na samorozruch silników.

Element blokujący układ SZR w przypadku przeciągającego się zaniku lub zaniżenia

napięcia w zasilaniu rezerwowym

Czas ten wyznacza się na podstawie pomiarów podczas eksploatacji. Wartość jego

w przypadku potrzeb własnych elektrowni nie powinna przekraczać ok. 4 s.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie jest zastosowanie układów SZR?
2. Jaka jest zasada działania układów SZR?
3. Z jakich elementów nastawczych składają się układy SZR?
4. Jakie są metody nastawiania parametrów układu SZR?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj układ SZR i dobierz nastawy parametrów wybranego układu SZR.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się ze schematem ideowym sieci energetycznej,
2) określić parametry sieci,
3) dobrać układ SZR,
4) dobrać parametry układu SZR,
5) dokonać analizy z przeprowadzonego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− dokumentacja sieci z układem SZR,

− katalogi i poradniki układów SZR,
− ołówek, liniał, inne przybory kreślarskie.

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować działanie układu SZR?

2) określić funkcję poszczególnych elementów nastawczych wchodzących

w skład układów SZR?

3) zaproponować układ SZR do określonej sieci energetycznej?

4) dobrać parametry układu SZR?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9. Samoczynne częstotliwościowe odciążanie SCO

4.9.1. Materiał nauczania

W układach elektroenergetycznych czasami występuje zmniejszanie się częstotliwości

spowodowane deficytem mocy czynnej. Przyczyną tego zjawiska jest:
– wypadnięcie z pracy jednego lub większej liczby jednostek prądotwórczych dużej mocy,
– rozdzielenie układu elektroenergetycznego na części, w których moc wytwarzana nie jest

równa mocy odbieranej.

Zjawisko to stanowi zagrożenie dla wielu elementów układu elektroenergetycznego

i może spowodować wypadnięcie elektrowni z pracy równoległej.

Pogłębiający się deficyt mocy czynnej może przybrać charakter lawinowy, co prowadzi

do całkowitego unieruchomienia elektrowni. Jest to zjawisko szkodliwe również dla wielu
zakładów przemysłowych, a zwłaszcza tych, w których procesy produkcyjne są oparte na
pracy sprężarek.

W przypadku małego deficytu mocy czynnej w układzie elektroenergetycznym,

zmniejszenie częstotliwości następuje powoli. W tym przypadku istnieje możliwość
zapobieżenia niebezpieczeństwu poważnych zakłóceń poprzez wprowadzenie do ruchu
rezerwowych jednostek wytwórczych lub też wyłączenie z pracy mniej ważnych odbiorów.
Na ogół wystarcza tu interwencja dyspozytora mocy.

Przy spadku częstotliwości do wartości ok. 49,5 Hz dalszy spadek można powstrzymać

przez samoczynne włączenie do pracy mocy rezerwowej, np. mocy elektrowni wodnych
szczytowych.

Jeśli rezerwa mocy jest niewystarczająca, dalszemu obniżeniu się częstotliwości poniżej

dopuszczalnego poziomu może zapobiec samoczynne częstotliwościowe odciążenie SCO.

Działanie urządzeń do SCO opiera się na reakcji na:

– bezwzględną wartość częstotliwości,
– szybkość zmian częstotliwości (ponieważ szybkość zmiany częstotliwości nie jest

jednoznacznym kryterium wartości deficytu mocy czynnej, urządzeń tych w systemie
elektroenergetycznym powszechnie nie stosuje się).

Działanie SCO obejmuje cztery stopnie częstotliwości w zakresie od ok. 48,5 ÷ 49 Hz do

ok. 46 ÷ 46,5 Hz. Umożliwia ono wyłączenie odbiorców o łącznej mocy ok. 30% mocy
dyspozycyjnej podzielonej na poszczególne stopnie:
– I stopień – gdy częstotliwość zmniejszy się poniżej 48,8 Hz – zostaje odciążone ok. 10%

mocy,

– II stopień – przy częstotliwości poniżej 48 Hz – ok. 8%,
– III stopień – przy częstotliwości 47,3 Hz – ok. 7%,
– IV stopień – przy częstotliwości poniżej 46,5 Hz – ok. 5% mocy dyspozycyjnej.

Dalsze zmniejszenie się częstotliwości wymaga odłączenia od systemu wszystkich

elektrowni cieplnych, aby zapobiec ich unieruchomieniu do chwili, gdy system zostanie
doprowadzony do stanu normalnego w wyniku działalności interwencyjnej dyspozytora
mocy.

Aby zwiększyć efektywność SCO, podczas wyłączania odbiorców stosuje się tzw.

rozdzielenie czasowe.

Część odbiorców jest wyłączana szybko, ze zwłoką ok. 5 s, natomiast

inni ze zwłoką ok. 20 s.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Jeżeli zmniejszenie się częstotliwości w systemie elektroenergetycznym zostało

spowodowane chwilowym deficytem mocy, wtedy po likwidacji tego deficytu mocy
częstotliwość dość szybko wzrasta. W takich przypadkach urządzenia do SCO uzupełnia się
urządzeniami do SPZ.

Wymagania stawiane urządzeniom do SCO
– Przy częstotliwości 48,5 ÷ 49 Hz i mniejszych zadziałanie urządzeń do SCO powinno

następować dopiero po wyczerpaniu się rezerwowych mocy znajdujących generatorach
elektrowni.

– Wartość mocy pobieranej przewidzianej do wyłączania w planie SCO, powinna być

oparta na obliczeniach oraz znajomości charakterystyk mocowo-częstotliwościowych
systemu elektroenergetycznego lub jego części.

– Minimalny zakres mocy czynnej wyłączanej nie powinien być mniejszy od największego

spodziewanego deficytu mocy, który przyjmuje się równy mocy dyspozycyjnej
największej elektrowni pracującej w tym systemie. Dotyczy to przypadku, gdy system
elektroenergetyczny w warunkach normalnej pracy nie pobiera z zewnątrz (z innych
systemów) mocy czynnej.

– Minimalny zakres mocy wyłączanych nie powinien być mniejszy od największej mocy

importowanej z zewnątrz, a zarazem nie mniejszy od największej mocy dyspozycyjnej
największej elektrowni pracującej wewnątrz tego systemu elektroenergetycznego.
Dotyczy to przypadku, gdy system elektroenergetyczny w warunkach normalnej pracy
pobiera z zewnątrz (importuje z innych systemów) moc czynną.

– Urządzenia SCO powinny wyłączać przede wszystkim odbiory mniej ważne. Nie należy

natomiast instalować urządzeń do SCO na odbiorach ważnych, dla których nawet
krótkotrwała przerwa w dostawie energii elektrycznej byłaby poważnym zakłóceniem.

Układy przekaźnikowe urządzeń do SCO

Zasadniczymi elementami układów SCO są przekaźniki podczęstotliwościowe

nastawiane na określoną częstotliwość rozruchową. Zmniejszenie się częstotliwości poniżej
progu rozruchu przekaźnika powoduje zadziałanie i otwarcie wyłącznika w sieci zasilającej
danego odbiorcę. SCO może współpracować z SPZ, dzięki czemu skraca się czas przerwy
w zasilaniu odbiorców.

Na rysunku 52 przedstawiono układ SCO przeznaczony do jednego stopnia SCO. Układ

posiada przełącznik blokujący P do wyłączenia z pracy tego układu w lampkę sygnalizacyjną
Hs, która gaśnie dopiero po zwiększeniu się częstotliwości do poziomu częstotliwości
powrotnej przekaźnika częstotliwościowego R

Urządzenia wielostopniowe SCO posiadają liczbę przekaźników częstotliwościowych

równą liczbie stopni SCO.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 52. Schemat układu automatyki jednostopniowego SCO z przełącznikiem

blokującym i z lampką sygnalizacyjną [10]:
R

– przekaźnik częstotliwościowy,

P – przełącznik blokujący,

, R

– przekaźniki pomocnicze,

– lampka sygnalizacyjna.

4.9.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie jest zastosowanie układów SCO?
2. Jaka jest zasada działania układów SCO?
3. Z jakich elementów składają się układy SCO?
4. Jakie wymagania stawiane są układom SCO?

4.9.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj działanie układu SCO.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zapoznać się ze schematem ideowym sieci elektroenergetycznej,
2) określić parametry sieci,
3) dobrać układ SCO z katalogu,
4) dobrać parametry układu SCO,
5) dokonać analizy z przeprowadzonego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

− dokumentacja sieci z układem SCO,

− katalogi i poradniki układów SCO,

− ołówek, liniał, inne przybory kreślarskie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować działanie układu SCO?

2) zaproponować układ SCO do określonej sieci energetycznej?

5) jakie wymagania stawiane są układom SCO?

6) określić funkcję poszczególnych elementów SCO?

7) zaproponować układ SZR do określonej sieci energetycznej?

8) dobrać parametry układu SZR?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję – masz na to 5 minut. Jeżeli są wątpliwości, zapytaj

nauczyciela.

2. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
3. Na rozwiązanie zadań masz 20 minut.
4. Pracuj samodzielnie, w trakcie rozwiązywania zadań nie możesz korzystać z żadnych

pomocy.

5. Zaznacz poprawną odpowiedź, zaczerniając właściwe pole w karcie odpowiedzi.
6. W przypadku pomyłki weź złą odpowiedź w kółko i zaznacz właściwą.
7. W każdym zadaniu jest tylko jedna poprawna odpowiedź.
8. Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj, aż nauczyciel odbierze od Ciebie pracę.

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Cechą charakterystyczną przekaźników stosowanych w automatyce zabezpieczeniowej

jest:

a) możliwość łączenia dużych prądów,
b) niezawodność działania,
c) załączanie prądem stałym,
d) zależność działania od poziomu napięcia zasilającego.

2. Skutkiem wystąpienia zwarcia w systemie elektroenergetycznym jest:

a) asymetria obciążenia,
b) przeciążenie prądowe,
c) przegrzanie elementów,
d) obniżenie trwałości elementów.

3. Podstawowym zadaniem przekaźników prądowych stosowanych w automatyce

zabezpieczeniowej jest:

a) separacja galwaniczna urządzeń pomiarowych,
b) uzyskanie zwłoki czasowej w załączaniu układu,
c) zmiana kierunku przepływu prądu w układzie,
d) zabezpieczanie układu przed nadmiernym prądem.

4. Na poniższym rysunku przedstawiono symbol przekaźnika:

a) nadmiarowo-prądowego,
b) nadmiarowo-prądowego zwłocznego,
c) nadmiarowo-prądowego na duże wartości prądu,
d) nadmiarowo-prądowego z zabezpieczeniem czasowym.

5. Zadaniem przekładnika prądowego jest:

a) obniżenie natężenia prądu po stronie wtórnej przekładnika,
b) zabezpieczenie sieci przed zakłóceniami,
c) podniesienie napięcia po stronie wtórnej przekładnika,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

d) pomiar prądu w sieciach elektroenergetycznych.

6. Zabezpieczeniem transformatorów dużych mocy od zwarć wewnętrznych jest

zabezpieczeniem:

a) nadprądowe bezzwłoczne,
b) nadprądowe zwłoczne zerowe,
c) nadprądowe trójfazowe zwłoczne,
d) nadprądowe z blokadą kierunkową.

7. Samoczynne załączenie rezerwy szczególne zastosowanie znajduje w układach, które:

a) są szczególnie narażone na przepięcia,
b) są szczególnie wrażliwe na wahania napięcia,
c) wymagają zabezpieczenia przed zwarciem,
d) wymagają ciągłej dostawy energii elektrycznej.

8. Głównym zadaniem układu SPZ jest:

a) powtórne załączenie napięcia w przypadku wyłączenia awaryjnego,
b) rozłączenie układu wywołane zanikiem napięcia zasilającego układ,
c) zabezpieczanie silnika przed zwarciem,
d) zabezpieczenie linii energetycznej przed przeciążeniem.

9. Samoczynne częstotliwościowe odciążenie reaguje wyłącznie na:

a) szybkość zmian częstotliwości,
b) nadmierny spadek częstotliwości,
c) nadmierny wzrost częstotliwości,
d) wahania częstotliwości.

10. Jednym z zabezpieczeń stosowanych do silników jest zabezpieczenie:

a) fazowe,
b) nadprądowe z blokadą kierunkową,
c) nadprądowe bezzwłoczne,
d) różnicowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ……………………………………………………………………………

Badanie układów automatyki zabezpieczeniowej

Zaznacz poprawną odpowiedź.

Odpowiedź

Nr zadania

A B C D

Punktacja

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Test praktyczny

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przystępujesz do rozwiązania testu praktycznego z automatyki zabezpieczeniowej.
2. Rozwiązanie zadania polega na dobraniu zabezpieczeń przewidzianych w zadaniu,

narysowaniu schematu połączeń układu z uwzględnieniem zabezpieczeń, a następnie
połączeniu i uruchomieniu układu.

3. Schematy możesz narysować korzystając z przyborów kreślarskich lub komputera.
4. Po narysowaniu schematów połączeń zgłoś ten fakt nauczycielowi.
5. Kolejność rozwiązania zadania jest ustalona w poleceniach.
6. W trakcie rozwiązywania zadań nie możesz korzystać z żadnych pomocy.
7. Na rozwiązanie zadania praktycznego masz łącznie 90 minut.
8. Przeliczenie punktów na ocenę szkolną przedstawi nauczyciel po zakończeniu testu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Opis działania układu:

Dany jest układ zasilający trójfazowy silnik indukcyjny o danych znamionowych:
P

= 4 kW, U = 380 V, n = 1430 obr/min, cos

= 0,845, I

= 6,5, η = 0,8. Rozruch

silnika lekki, prąd zwarciowy 3 kA. Zabezpiecz silnik przed zwarciem międzyfazowym
i przeciążeniem. Narysuj schematy połączeń, a następnie połącz układ i uruchom go.

Arkusz odpowiedzi:

Dobór zabezpieczeń:

Schemat połączeń:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

LITERATURA

1. Gryżewski Z., Prace kontrolno-pomiarowe przy urządzeniach elektroenergetycznych

o napieciu do 1kV, COSiW SEP, Warszawa 2003

2. Kotlarski W., Aparaty i urządzenia elektryczne, WSiP, Warszawa 2002
3. Kotlarski W., Grad J. Aparaty i urządzenia elektryczne, WSiP, Warszawa 2002
4. Kupras K. red., Wytyczne: Pomiary w elektroenergetyce, COSiW SEP, Warszawa 2005
5. Laskowski J., Poradnik elektroenergetyka przemysłowego, COSiW, Warszawa 2005
6. Orlik W., Egzamin klasyfikacyjny Elektryka w pytaniach i odpowiedziach, KaBe,

Krosno 1999

7. Polska Norma PN-92/E-01200/02 Symbole stosowane w schematach. Elementy

symboli, symbole rozróżniające i inne sposoby ogólnego zastosowania

8. Polska Norma PN-92/E-01200/07 Symbole stosowane w schematach. Aparatura

łączeniowa, sterownicza i zabezpieczeniowa

9. Polska Norma PN-92/E-01242 Oznaczenia identyfikacyjne zacisków urządzeń

i zakończeń przewodów oraz ogólne zasady systemu alfanumerycznego

10. Praca zbiorowa, Poradnik inżyniera elektryka, WNT, Warszawa 1975
11. Winkler W., Wiszniewski A., Automatyka zabezpieczeniowa w systemach

elektroenergetycznych, WNT, Warszawa 2004

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Badanie Układów scalonych
04 Badanie układów elektrycznych i elektronicznych
Badanie ukladow uzaleznien czas Nieznany
2 Badanie ukladow dopasowania i Nieznany
Badanie układów z elementami nieliniowymiwojtaszczyk1
Badanie układów iskiernikowych
BADANIE UKŁADÓW PROSTOWNIKOWYCH PRZY RÓŻNYCH OBCIĄŻENIACH
badanie układów selektywnych wykres LJH42F7QSVEEZX7ZNGR3COROC2IH22TRYXY3JGY
Badanie układów o promieniowym rozkładzie natężenia pola magnetycznego v2, Elektrotechnika semestr 4
Badanie ukladow prostowniczych i powielaczy napiecia, Klasa
badanie układów teleskopowych
14 Badanie układów sprzęgających
Badanie układów impulsowych, UKŁADY IMPULSOWE, 1. Cel ćwiczenia.
Badanie układów kombinacyjnych, Zespół Szkół Elektrycznych nr 1 w Poznaniu
Badanie układów o promieniowym rozkładzie natężenia pola magnetycznego, GRONEK9, Laboratorium Podsta
Badanie układów o promieniowym rozkładzie natężenia pola magnetycznego, GRONEK9, Laboratorium Podsta
07 Badanie układów dopasowania impedancji
Cw 1 sprawozdanie Badanie ukladow przelaczajacych

więcej podobnych podstron