Rodzaje zak

Rodzaje zak

ł

ł

ó

ó

ce

ce

ń

ń

obj

obj

ę

ę

te dzia

te dzia

ł

ł

aniem EAZ

aniem EAZ

1.

Zwarcia wielkoprądowe – zwarcia, którym towarzyszą

przetężenia prądowe o wartościach wielokrotnie przekraczających
prądy znamionowe lub dopuszczalne obciążenia długotrwałe
elementów SEE.

Częstość występowania zwarć w sieciach:

•

rozdzielczych SN – (10...20)/rok/100km,

•

przesyłowych 220kV – (3...5)/rok/100km,

•

przesyłowych 400kV – (1...3)/rok/100km.

cU

N

/ 3

1f–E

2f–E

2f

E

3f

;

3

;

2

3

;

;

3

0

2

1

''

1

0

1

''

2

2

1

''

2

1

''

3

Z

Z

Z

cU

I

Z

Z

cU

I

Z

Z

cU

I

Z

cU

I

N

k

N

E

k

N

k

N

k

+

+

=

+

=

+

=

=

c=1,1 – dla obliczeń maksymalnych wartości I

k

”

c=0,95 – dla obliczeń minimalnych wartości I

k

”

Kształtowanie się napięć w układzie przy zwarciu 3f bezpośrednim (w p. F

1

i F

2

)

B

F

2

F

1

A

t

3

Z

1

Z

1

U

A

U

B

E

A

U

E

B

U

X

X

Cechy zwar

Cechy zwar

ć

ć

wielkopr

wielkopr

ą

ą

dowych

dowych

•

zwarcie 3f charakteryzuje się występowaniem tylko

składowej zgodnej (I

1

) w miejscu zwarcia,

•

podczas zwarć 2f bez udziału ziemi występują składowe

zgodne (I

1

, U

1

) oraz przeciwne (I

2

, U

2

),

•

podczas zwarć z udziałem ziemi występują w miejscu zwarcia

wszystkie składowe symetryczne prądów i napięć.

2. Zwarcia doziemne małoprądowe – występują w sieciach o
izolowanym lub pośrednio uziemionym punkcie neutralnym jako
pojedyncze zwarcia doziemne.

Poziomy pr

Poziomy pr

ą

ą

d

d

ó

ó

w zwarciowych (w zale

w zwarciowych (w zale

ż

ż

no

no

ś

ś

ci od rodzaju sieci):

ci od rodzaju sieci):

•

sieć z izolowanym p. neutralnym – maksymalna wartość

ustalonego prądu zwarcia I

KE

≤

50A,

•

sieć z punktem neutralnym uziemionym przez dławik

kompensacyjny (L

k

=1/3

ω

2

C

0

; C

0

– pojemność sieci dla składowej

zerowej) – prąd zwarcia mniejszy od prądu roboczego linii –
bocznikowanie dławika rezystorem (R

w

) w celu krótkotrwałego

(ok.3s) wymuszenia prądu czynnego o wartości 15 – 20 A dla
właściwego rozpoznania i zlokalizowania zwarcia przez układ
EAZ,

•

sieć z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor (najmniej

rozpowszechniona) – rezystor R

w

tak dobrany, aby I

KE

≤

500 A.

Zwarcia małoprądowe są groźne ze względu na:

•

możliwość przeobrażenia się w zwarcie wielkoprądowe na

skutek przepięć występujących w fazach niedotkniętych
zwarciem doziemnym,

•

zagrożenie dla życia ludzi i zwierząt,

•

możliwość wywołania pożaru,

•

uszkodzenie rdzenia stojana maszyn elektrycznych przez palący

się łuk elektryczny.

3. Praca niepełnofazowa – wywołana zerwaniem jednego przewodu
linii lub niezgodnością położenia biegunów wyłącznika.

Przy pracy niepełnofazowej pojawia się składowa zerowa prądu oraz
składowa przeciwna prądu (asymetria prądowa) – np. w uzwojeniu
stojana zasilającego szyny zbiorcze, z których odchodzi uszkodzona
linia

→

indukowanie się w wirniku prądu o częstotliwości 2f

N

,

powodującego dodatkowe nagrzewanie się żelaza wirnika i jego
uzwojeń, co może doprowadzić do uszkodzenia mechanicznego
generatora.

Dopuszczalny czas asymetrii:

t

dA

=K

G

(I

2

/I

NG

)

-2

K

G

– stała konstrukcyjna generatora (2,5 ... 60)

Rodzaj zakłócenia

Podstawowa wielkość pomiarowa

Zwarcie trójfazowe

prąd: fazowy, składowa zgodna
napięcie: fazowe, międzyprzewodowe,
składowa zgodna

Zwarcie dwufazowe bez udziału ziemi

prąd: fazowy, składowa zgodna
napięcie: fazowe, międzyprzewodowe,
składowe: zgodna, przeciwna

Zwarcie dwufazowe z ziemią i jedno-
fazowe w sieciach z bezpośrednio uzie-
mionym punktem neutralnym

prąd: fazowy, składowe: zgodna,
przeciwna, zerowa
napięcie: fazowe, międzyprzewodowe,
składowe: zgodna, przeciwna, zerowa

Pojedyncze zwarcie doziemne w sieciach
z nieuziemionym bezpośrednio
punktem neutralnym

Składowa symetryczna prądu I

0

i napię-

cia U

0

, przesunięcie fazowe między nimi,

impedancja (admitancja, susceptancja)
wyższe harmoniczne w prądzie zerowym
lub w źródłowych napięciach fazowych
przebiegi przejściowe napięć i prądów
zerowych

Praca niepełnofazowa

składowe: przeciwna i zerowa prądu

Przeciążenie cieplne

prąd fazowy, temperatura

Deficyt i nadwyżka mocy czynnej w
systemie elektroenergetycznym

częstotliwość

Punkt neutralny

Impedancja Z

N

Składowe zerowe

N

N

N

N

N

X

k

N

N

N

N

R

R

R

R

w

w

w

w

gdzie:

N

N

N

N

X

XX

X

k

kk

k

R

R

R

R

w

w

w

w

∞

Z

k

≈

X

k

R

w

k

w

k

w

Z R

Z

R

+

I

U

R

Z

U

Z I

S

U I

Nf

f

0

0

0

0

0

0

0

0

3

=

+

= −

=

*

Z

Z Z

Z

Z

Z

j C

N

C

N

C

C

0

0

0

0

0

3

3

1

=

+

= −

ω

Zbieranie i wst

Zbieranie i wst

ę

ę

pne przetwarzanie

pne przetwarzanie

sygna

sygna

ł

ł

ó

ó

w wej

w wej

ś

ś

ciowych EAZ

ciowych EAZ

X

Sepa-

racja

FILTR

FILTR

SH

SH

SH

AC

ZEGAR

M
U
L
T
I
P
L
E
X
E
R

CPU

interfejs

Do poziomu

nadrzędnego

4

3

2

1

Wył.

Wy

We

µµµµ

P

Wyjścia binarne

Wejścia analogowe, konwersja A/C

KANAŁY WEJŚCIOWE (1 ... n)

1

1

t

X(t)

2

2

t

X

s

(t)

3

3

t

4

4

t

5

5

n

2

1

t0

n

2

1

t1

n

2

1

t0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

0

1

16bit

ALGORYTMY DSP

ALGORYTMY DECYZYJNE

SAMOKONTROLA

SYGNAŁ WEJŚCIOWY

Sygnały wejściowe zabezpieczeń:

•

sygnały analogowe – odpowiednio przetransformowane

wielkości określające stan systemu i jego obiektów – najczęściej
prądy i napięcia mierzone w tzw. punktach zabezpieczeniowych.
Parametry tych wielkości (np. wartość skuteczna, moduł
podstawowej harmonicznej itd.) stanowią tzw. wielkości
kryterialne lub służą do wyznaczania takiej wielkości (np.
impedancji);

•

sygnały dwustanowe – określają aktualną strukturę systemu i

jego elementów – informacje o aktualnym położeniu łączników,
zaczepów transformatora, działaniu innych zabezpieczeń itd.;

•

sygnały nastawiające – generowane przez personel lub układy

nadzorujące i korygujące nastawienia zabezpieczeń
(zabezpieczenia adaptacyjne).

Fałszowanie informacji na wejściu EAZ na skutek:

•

sygnałów brakujących – sygnał nie dociera do zabezpieczenia,

•

sygnałów fałszywych – np. sygnał dwustanowy informuje o

otwartym wyłączniku podczas kiedy w istocie jest on
zamknięty,

•

sygnałów zniekształconych – występowanie składowych

zakłócających w sygnale (np. na skutek nasycenia rdzeni
przekładników prądowych).

Fałszowanie informacji na wejściu EAZ na skutek:

•

sygnałów brakujących – sygnał nie dociera do zabezpieczenia,

•

sygnałów fałszywych – np. sygnał dwustanowy informuje o

otwartym wyłączniku podczas kiedy w istocie jest on
zamknięty,

•

sygnałów zniekształconych – występowanie składowych

zakłócających w sygnale (np. na skutek nasycenia rdzeni
przekładników prądowych).

Przetworniki wielkości pomiarowych EAZ:

* Przekładniki prądowe (PP).
* Filtry składowej zerowej prądu (FI

0

).

* Sumowniki prądowe (SP)
* Przekładniki napięciowe (PN).

Główne zadania przekładników (prądowych i napięciowych):

•

izolowanie wtórnych urządzeń pomiarowych i kontrolnych od

napięcia pierwotnego;

•

przetwarzanie prądów (napięć) pierwotnych na poziom wtórny

z wymaganą dokładnością; przekładniki powinny przetwarzać
bardzo różne wartości pierwotne na standardowe wartości
wtórne, co umożliwia typizację

układów pomiarowo-

kontrolnych;

•

umożliwienie sumowania prądów (napięć) odwzorowujących

wielkości pierwotne w różnych punktach SEE.

Przekładnik prądowy – aparat elektryczny transformujący
sinusoidalny prąd pierwotny na prąd wtórny o wartości dogodnej do
zasilania obwodów prądowych przyrządów pomiarowych i
przekaźników zabezpieczeniowych przy zachowaniu wymaganej
dokładności (PN – 84/E-06552; PN-IEC 185A1, 1994

→

).

Podział PP – PP do pomiarów; PP do zabezpieczeń.

DEFINICJA:

P2

i

p

P1

S2

N2

N1

S1

i

s

P2

i

C

i

B

i

µ

i

p

P1

S2

R

µ

L

µ

L

2

u

s

R

2

Z

obc

S1

i

s

Schemat zastępczy PP

W starszych, krajowych wykonaniach PP stosowane są oznaczenia:

K, L

– zaciski pierwotne,

k, l

– zaciski wtórne.

Z

2

Wykres wektorowy

Wybrane parametry PP

•

Napięcie znamionowe U

N

≥

U

NS

; U

NS

– napięcie znamionowe

sieci;

•

Znamionowy prąd pierwotny I

pN

– tak dobrany, aby

największe trwałe przeciążenie nie przekraczało 120% tj.
I

obl

≤

1,2I

pN

, (I

pN

= 10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 75; 80 A

i dziesiętne krotności lub podwielokrotności, (podkreślono
wartości zalecane);

•

Znamionowy prąd wtórny I

sN

= 1A; 2A; 5A (zalecana);

•

Znamionowa przekładnia

•

Znamionowa moc

•

Klasa dokładności –

liczba umownie związana z

dopuszczalnymi błędami PP w określonych warunkach pracy;

I

I

sN

pN

=

IN

K

Z

I

S

obcN

sN

N

2

=

•

Błędy transformacji PP:

•

błąd prądowy

•

błąd kątowy

•

błąd całkowity (procentowy)

p

p

s

IN

I

I

I

I

K

100

)

(

−

=

∆

)

arg(

)

arg(

I

I

p

s

I

−

=

δ

∫

−

−

=

t

T

t

p

s

IN

p

c

dt

i

i

K

T

I

2

)

(

1

100

ε

•

Współczynnik bezpieczeństwa (FS) i współczynnik graniczny

dokładności (K

G

)

•

FS (dotyczy przekładników pomiarowych) – krotność

znamionowego prądu pierwotnego PP przy znamionowym
obciążeniu strony wtórnej, przy którym błąd prądowy wynosi
10%. Wartość zalecana FS<5;

•

K

G

(dotyczy przekładników zabezpieczeniowych):

pN

pG

G

I

I

K

=

I

pG

– znamionowy graniczny prąd pierwotny – największa wartość

prądu pierwotnego, przy której błąd całkowity przekładnika
obciążonego znamionowo osiąga wartość określoną w normie dla
PP danej klasy (5P lub 10P)

Znormalizowany szereg wartości K

G

: 5; 10; 15; 20; 30

Wpływ impedancji obciążenia PP:

gdzie:

I

pGR

– prąd graniczny przy istniejącym obciążeniu PP,

Z

obcN

– znamionowa impedancja obciążenia,

Z

obcR

– istniejąca impedancja obciążenia.

obcR

obcN

pG

pGR

Z

Z

Z

Z

I

I

+

+

≈

2

2

Warto

ś

ci graniczne

bł

ę

dów przekładników pr

ą

dowych do zabezpiecze

ń

Klasa

Błąd prądowy

∆

I

przy I

p

=I

pN

(

±

%)

Błąd kątowy

δ

i

przy I

p

=I

pN

(

±

min)

Błąd całkowity

ε

c

przy I

p

=I

pN

(%)

5P

1

60

5

10P

3

nie normowany

10

Warto

ś

ci graniczne

bł

ę

dów przekładników pr

ą

dowych do zabezpiecze

ń

Klasa

Błąd prądowy

∆

I

przy I

p

=I

pN

(

±

%)

Błąd kątowy

δ

i

przy I

p

=I

pN

(

±

min)

Błąd całkowity

ε

c

przy I

p

=I

pN

(%)

5P

1

60

5

10P

3

nie normowany

10

Przekroczenie granicznego prądu pierwotnego powoduje pojawienie

się znacznych błędów wywołanych nasyceniem rdzenia

ferromagnetycznego (odkształcenie krzywej prądu wtórnego)

W stanach nieustalonych występuje większe zagrożenie
nasyceniem ze względu na:

•

możliwość występowania w prądzie zwarciowym składowej

nieokresowej o znacznej wartości i długiej stałej czasowej
zanikania;

•

możliwość występowania w rdzeniu PP indukcji resztkowej o

znacznej wartości, która dodaje się do indukcji wywołanej
przepływem prądu pierwotnego.

Prąd pierwotny przekładnika:













+

−









−

=

)

cos(

exp

cos

α

ω

α

t

T

t

I

i

a

m

Współczynnik przejściowy:

pm

R

m

t

K

Ψ

Ψ

+

Ψ

=

Graniczny współczynnik dokładności dla stanu przejściowego:

;

K

r

– współczynnik pozostałości magnetycznej (remanentu),

K

SC

– współczynnik zwarciowy (krotność wart. skutecznej prądu zwarciowego do prądu

znamionowego przekładnika).

R

t

SC

G

K

K

K

K

−

=

1

S

R

S

R

R

B

B

K

=

Ψ

Ψ

=

Środki minimalizujące zagrożenie nasyceniem rdzenia w stanie
nieustalonym:

•

zwiększenie granicznego prądu pierwotnego przez zmniejszenie

rezystancji obwodu wtórnego,

•

zmniejszenie indukcji resztkowej w rdzeniu poprzez wprowadzenie

szczelin powietrznych,

•

zmniejszenie współczynnika K

t

poprzez zmniejszenie indukcyjności

magnesowania L

µ

.

Klasy PP do zabezpieczeń wg IEC (ze względu na poprawną
transformację w stanach przejściowych):

•

Klasa TPX – przekładniki z rdzeniem zamkniętym o znacznym

przekroju (T

µ

>1 s, K

R

≤

0,7),

•

Klasa TPY – przekładniki o rdzeniach ze szczelinami

powietrznymi (T

µ

=0,1...1 s, K

R

≤

0,1),

•

Klasa TPZ – tzw.

przekładniki linearyzowane charakteryzujące

się znacznymi szczelinami powietrznymi (T

µ

=60

±

6 ms, K

R

≈

0).

Stała czasowa obwodu wtórnego nasyconego przekładnika:

– indukcyjność magnesowania po nasyceniu rdzenia przekładnika.

S

L

µ

obc

obc

S

S

R

R

L

L

L

T

+

+

+

=

2

2

µ

µ

Kierunki działań:

•

uniewrażliwianie zabezpieczeń na nasycanie się rdzeni PP w

stanach przejściowych,

•

konstruowanie przekładników niekonwencjonalnych

zapewniających poprawną transformację.

Układy połączeń przekładników prądowych

O wyborze układu połączeń PP decydują:

•

sposób pracy punktu neutralnego sieci,

•

właściwości zabezpieczanego obiektu

elektroenergetycznego,

•

rodzaj zabezpieczenia.

Wymagania wobec układów połączeń PP:

•

zamknięcie obwodu wtórnego każdego przekładnika przez

niewielką impedancję,

•

tylko jeden punkt obwodu galwanicznie połączonego z

uzwojeniem wtórnym musi być uziemiony – zabezpieczenie
urządzeń wtórnych na wypadek przepięć (przy przebiciu
izolacji).

Układy połączeń przekładników prądowych

Współczynnik schematu obwodu prądowego – stosunek prądu
płynącego przez obwód wejściowy przekaźnika do prądu płynącego
przez uzwojenie wtórne przekładnika zasilającego ten obwód.

– dla układów pełnej gwiazdy (stosowany zawsze w sieci z bez-
pośrednio uziemionym punktem neutralnym) i niepełnej gwiazdy:

k

s

=1;

– dla układu krzyżowego k

s

zależy od rodzaju zwarcia:

3f

k

s

= ;

2f (L

1

-L

2

; L

2

-L

3

) k

s

=1;

2f (L

1

-L

3

)

k

s

=2.

3

Filtry składowej zerowej prądu

Układ z sumowaniem elektrycznym (Holmgreena);

L3

L2

L1

Z

obc

i

pL1

i

pL2

i

pL3

°

=









































=





















120

3

2

1

2

2

2

1

0

;

1

1

1

1

1

3

1

j

L

L

L

e

X

X

X

X

X

X

α

α

α

α

α

Układ z sumowaniem magnetycznym (Ferrantiego).

L3

L2

L1

Z

obc

i

pL1

i

pL2

i

pL3

Filtry składowej zerowej prądu w układach zabezpieczeń

ziemnozwarciowych - zerowoprądowych.

Niekonwencjonalne przekładniki prądowe

Układ wykorzystujący zjawisko Faradaya