KONCEPCJA ZAKRESU WYPOSA ENIA SIECI

ROZDZIELCZYCH SN w REKLOZERY

Stanisław Kulas

Politechnika Warszawska, Wydział Elektryczny

Słowa kluczowe: reklozer, wył cznik, sieci rozdzielcze

Key words: automatic circuit recloser, circuit breakers

Streszczenie: Przedmiotem referatu jest koncepcja zakresu wyposa enia sieci rozdzielczych SN

w reklozery, z punktu widzenia cykli i zdolno ci ł czeniowych, jak te sposobów sterowania i sygnalizacji.

W obecnych rozwi zaniach sieci terenowych redniego napi cia zapewnione jest w miar selektywne

wył czanie w Głównym Punkcie Zasilaj cym (GPZ) linii, w obr bie której nast piło zwarcie, a nast pnie

próba dwukrotnego samoczynnego ponownego zał czania (SPZ). Brak informacji o miejscu trwałego

zwarcia powoduje, e przez wiele godzin odbiorcy zasilani z danej linii pozbawieni s napi cia. Nie znana

pozostaje ani „sekcja” linii ani „odgał zienie”, w którym wyst piło zwarcie.

Pierwszym krokiem w doskonaleniu sieci SN powinna by automatyzacja lokalizacji uszkodze

z zastosowaniem reklozerów w zakresie sekcji linii głównej, przy czym reklozer spowoduje wówczas

wył czenie tylko cz ci linii z odgał zieniami, za nast pnym etapem byłaby automatyzacja wył cze

uszkodzonych odgał zie . Reklozery mog by ponadto wykorzystywane dla poprawy zabezpiecze

w sieci, przy zwarciach bardzo odległych od GPZ.

1. WPROWADZENIE

Wieloletnie badania eksploatacyjne prowadzone w kraju nad awaryjno ci sieci napowietrznych

rednich napi wykazały, e ok. 75% zwar mi dzyfazowych stanowi zwarcia tzw. szybko

przemijaj ce, które przemijaj w czasie przerwy beznapi ciowej ok. 0.4 s, niezb dnej do dejonizacji

przerwy łukowej. Około 15% zwar mi dzyfazowych przypada na zwarcia wolno przemijaj ce i zwarcia

półtrwałe spowodowane np. przez pal ce si gał zie. Przemijaj one w czasie przerwy beznapi ciowej

wynosz cej ok. 15.s, niezb dnej do przygotowania nap du wył cznika do nast pnego cyklu SPZ.

Pozostałe 10% zwar mi dzyfazowych stanowi zwarcia bardzo wolno przemijaj ce oraz zwarcia trwałe

[2,3].

Powy sze dane wskazuj na celowo stosowania w sieciach napowietrznych rednich napi

urz dze do dwukrotnego SPZ, którego współczynnik skuteczno ci działania wynosiłby ok. 75% + 15% =

90%. Wad dwukrotnego SPZ jest szybsze zu ycie wył czników.

Sieci rednich napi pracuj przewa nie w układach otwartych, jako sieci promieniowe, przy

czym okre lon niezawodno pracy tych sieci zapewnia si przez ich odpowiedni konfiguracj (np.

rozci te pier cienie) oraz przez zastosowanie SPZ [3]. Sieci te s zasilane najcz ciej z napowietrznych

stacji transformatorowych o napi ciu górnym 110 kV. Najcz ciej spotykana stacja ma dwa

transformatory i od 5 do 10 pól liniowych na ka dy transformator, wyposa onych w wył czniki,

zasilaj cych odr bne linie promieniowe (rys. 1).

Rys. 1. Schemat fragmentu sieci rozdzielczej promieniowej redniego napi cia, zasilanej z sieci

rozdzielczej 110 kV [3]

Ka da z tych linii składa si z magistrali, której długo stanowi ok. 30 % sumarycznej długo ci

wszystkich odcinków sieciowych, oraz z odgał zie o ł cznej długo ci ok. 70% długo ci wszystkich

odcinków. Odgał zienia s doprowadzone do transformatorów zasilaj cych sieci rozdzielcze niskiego

napi cia. Odległo maksymalna mi dzy stacj zasilaj c , a najdalej poło onym punktem transformacji na

niskie napi cie waha si w granicach 14 – 35 km, przy czym rednia warto tej maksymalnej odległo ci

wynosi ok. 30 km.

Podstawowym zabezpieczeniem napowietrznej linii promieniowej redniego napi cia jest

zabezpieczenie nadpr dowe zwłoczne niezale ne, ewentualnie uzupełnione członem nadpr dowym

bezzwłocznym, steruj ce wył cznikiem zainstalowanym w polu liniowym stacji 110/15 kV lub

110/20 kV. Zabezpieczenie to jest zazwyczaj równie uzupełnione urz dzeniem dwukrotnego SPZ.

W punktach odgał zie s stosowane odł czniki, reklozery lub rzadziej wył czniki, maj ce

oddzieli uszkodzone odgał zienie od magistrali w celu zapewnienia dostawy energii do pozostałych

odgał zie . Z uwagi na stosunkowo małe długo ci magistrali, stosuje si tam pojedyncze reklozery,

dziel ce magistrale na sekcje.

Miar skuteczno ci działania urz dze SPZ jest współczynnik skuteczno ci ich działania, równy

stosunkowi liczby zadziała udanych, tj. zadziała przywracaj cych normaln prac linii, do ogólnej

liczby zakłóce (np. liczby zwar ), przy którym powinno działa SPZ, zarejestrowanych w tym czasie, np.

w ci gu roku.

Do wiadczenia eksploatacyjne wskazuj na to, e współczynnik skuteczno ci działania urz dze

SPZ waha si w granicach 50 – 90%, przy czym wi ksze liczby odnosz si do linii napowietrznych,

a mniejsze - do linii napowietrzno-kablowych. W sieciach promieniowych współczynnik ten zale y od

stosunku długo ci magistrali do ł cznej długo ci odgał zie , od rodzaju aparatów elektrycznych

zainstalowanych na pocz tku odgał zie , od liczby cykli urz dzenia SPZ oraz od sposobu współpracy

tego urz dzenia z aparatami zainstalowanymi na pocz tkach odgał zie .

W sieciach elektroenergetycznych, zwłaszcza za granic , reklozery (ł czniki do wielokrotnego

SPZ) s powszechnie stosowane od wielu lat [1], przy czym w celu dalszego skrócenia przerw awaryjnych

i poprawy warunków ruchowych, wprowadza si zdalne sterowanie ł cznikami z sygnalizacj poło enia

styków, za pomoc fal radiowych [4].

W sieci rozdzielczej SN reklozer mo e pełni nast puj ce funkcje:

- ł cznika wykorzystywanego do lokalnej i zdalnej rekonfiguracji sieci;

- wył cznika samoczynnie wył czaj cego uszkodzony odcinek linii;

- ł cznika samoczynnie wydzielaj cego uszkodzony wycinek sieci;

- układu automatyki realizuj cego cykl samoczynnego ponownego zał czania;

- układu automatyki samoczynnie przywracaj cego zasilanie na nieuszkodzonych odcinkach

sieci;

- układu samoczynnej rejestracji zdarze i przebiegów zakłóce w sieci.

Zastosowanie reklozerów zapewnia:

- zwi kszenie niezawodno ci zasilania odbiorców w energi elektryczn ;

- skrócenie czasu trwania wył cze linii elektroenergetycznych;

- ograniczenie ilo ci awaryjnych wył cze ;

- zmniejszenie kosztów zwi zanych z obsług sieci;

- wy szy poziom techniczny eksploatowanej sieci;

- wprowadzenie nowoczesnych metod automatyzacji i sterowania w sieciach rozdzielczych.

Jak wynika z analizy konstrukcji reklozerów firm wiatowych, wi kszo rozwi za wył czników

ma nast puj ce wspólne cechy:

- izolacj główn ł cznika stanowi SF6 ,

- do gaszenia łuku elektrycznego powszechnie stosowane s komory pró niowe,

- zestaw 3-biegunowy komór gaszeniowych umieszczony jest w stalowej kadzi,

- izolatory przepustowe z tworzywa sztucznego wyposa one s w przekładniki,

- jako nap d wył cznika stosowany jest układ elektrodynamiczny zasilany z baterii litowej lub

kondensatorowej,

- do sterowania i kontroli pracy wył cznika słu y układ mikroprocesorowy.

2. KONCEPCJA STOSOWANIA REKLOZERÓW W SIECIACH TERENOWYCH

Miejsce usytuowania reklozerów w linii SN jak i zainstalowana w linii aparatura ł czeniowa

wywieraj istotny wpływ na wyposa enie reklozerów z punktu widzenia cyklów i zdolno ci ł czeniowych

jak te sposobów sterowania i sygnalizacji. Poni ej przedstawiono trzy charakterystyczne warianty

wyposa enia sieci redniego napi cia w aparatur rozdzielcz .

2.1 Linie główne (magistrale) sekcjonowane reklozerami z automatyk zabezpieczeniow ,

odł czniki bez automatyki w odgał zieniach.

Przykładowy schemat ideowy takiej linii jest przedstawiony na rys. 2, natomiast wyposa enie linii

w aparatur jest nast puj ce:

- GPZ : wył cznik W, komplet zabezpiecze , 2-krotny SPZ;

- Punkty sekcjonowania A, B: reklozery z automatyk zabezpieczeniow ; zabezpieczenia

nadpr dowe zwłoczne, ziemnozwarciowe, 2-krotny SPZ, sterowanie i sygnalizacja zdalna;

- Odgał zienia: odł czniki (rozł czniki) bez automatyki zabezpieczeniowej, z ewentualnym

sterowaniem drog radiow .

Rys. 2. Linie bez automatyki w odgał zieniach

Ogólna charakterystyka sieci z punktu widzenia lokalizacji uszkodze :

- istnieje identyfikacja sekcji, w której obr bie wyst piło zwarcie i jej automatyczne odł czenie

od ródła zasilania; sekcja 3 magistrali jest wył czana selektywnie, sekcja 2 wraz z sekcj 3,

a sekcja 1 wraz z sekcjami 2 i 3,

- mo liwe jest trwałe zasilanie sekcji magistrali nieuszkodzonych, gdy reklozer w magistrali

mo e słu y do identyfikacji uszkodzonego odgał zienia,

- liczba wył czanych zwar przez wył cznik linii zostaje znacznie ograniczona (3 wył czenia

przy zwarciu w sekcji 1; w innych przypadkach zwarcia s wył czane przez reklozery).

2.2 Linie główne (magistrale) sekcjonowane reklozerami z automatyk zabezpieczeniow ,

odgał zienia wyposa one s w odł czniki z automatyk

Przykładowy schemat ideowy takiej linii jest przedstawiony na rys. 3, natomiast wyposa enie linii

w aparatur jest nast puj ce:

- GPZ : wył cznik W, komplet zabezpiecze , 2(3)-krotny SPZ;

- Punkty sekcjonowania A, B: reklozery z automatyk zabezpieczeniow ; zabezpieczenia

nadpr dowe zwłoczne, ziemnozwarciowe, 2(3)-krotny SPZ, sterowanie i sygnalizacja zdalna,

np. drog radiow ;

- Odgał zienia: odł czniki z automatyk zabezpieczeniow , automatyka otwierania odł cznika

w czasie drugiej lub trzeciej przerwy bezpr dowej, z ewentualnym sterowaniem drog

radiowa.

Rys. 3. Linie z automatyk w odgał zieniach

Ogólna charakterystyka sieci z punktu widzenia lokalizacji uszkodze :

- lokalizacja miejsca zwarcia we wszystkich odgał zieniach jest automatyczna, a ich

wył czanie jest selektywne; zwarcia w poszczególnych sekcjach magistrali s wył czane

selektywnie,

- mo liwe jest trwałe zasilanie nieuszkodzonych sekcji magistrali oraz odgał zie ,

- liczba wył czanych zwar przez wył cznik linii zostaje znacznie ograniczona (3 wył czenia

przy zwarciu w sekcji 1; inne zwarcia s wył czane przez reklozery).

2.3 Linie główne (magistrale) sekcjonowane reklozerami z automatyk zabezpieczeniow ,

odgał zienia wyposa one s w reklozery z automatyk .

Przykładowy schemat ideowy takiej linii jest przedstawiony na rys. 4, natomiast wyposa enie linii

w aparatur jest nast puj ce:

- GPZ : wył cznik W, komplet zabezpiecze , 2-krotny SPZ;

- Punkty sekcjonowania A, B: reklozery z automatyk zabezpieczeniow ; zabezpieczenia

nadpr dowe zwłoczne, ziemnozwarciowe, 2-krotny SPZ, sterowanie i sygnalizacja zdalna,

np. drog radiow ;

- Odgał zienia: reklozery z automatyk zabezpieczeniow jak w punktach sekcjonowania,

z ewentualnym sterowaniem drog radiow .

Rys. 4. Linie z automatyk w odgał zieniach

Ogólna charakterystyka sieci z punktu widzenia lokalizacji uszkodze :

- lokalizacja miejsca zwarcia we wszystkich odgał zieniach jest automatyczna, a ich

wył czanie jest selektywne; zwarcia w poszczególnych sekcjach magistrali s wył czane

selektywnie,

- mo liwe jest trwałe zasilanie nieuszkodzonych sekcji magistrali oraz odgał zie ,

- liczba wył czanych zwar przez wył cznik linii zostaje znacznie ograniczona (3 wył czenia

przy zwarciu w sekcji 1; inne zwarcia s wył czane przez reklozery).

Rys. 5. Zastosowanie dwukrotnego SPZ

do linii wyposa onej na odgał zieniach w odł czniki

z automatyk [3]

a) schemat linii,

b) przebiegi pr dów w przypadku ró nego rodzaju

zwar

O – chwila otwarcia si odł cznika

Rys. 6. Zastosowanie dwukrotnego SPZ do

linii wyposa onej na odgał zieniach

w reklozery [3]; a) schemat linii, b) przebiegi pr dów

w przypadku ró nego rodzaju zwar

3. ANALIZA I WNIOSKI

Układ sieci przedstawiony na rys. 2 jest układem najprostszym i najta szym. Dzi ki jednak

zainstalowaniu w magistrali reklozerów wyposa onych w dwukrotny SPZ, niezawodno zasilania

odbiorów w całej sieci redniego napi cia jest wy sza.

Doskonalszym technicznie sposobem zwi kszenia niezawodno ci pracy napowietrznych sieci

redniego napi cia jest wyposa enie odgał zie w odł czniki z automatyk , zwane odcinaczami [3] (rys.

5), które maj si otwiera samoczynnie pod wpływem zaniku pr du zwarciowego, po odliczeniu

w okre lonym czasie, np. 30 s, dwóch lub trzech ci głych impulsów tego pr du, oddzielonych od siebie

czasem przerwy bezpr dowej. Je eli w ci gu 30 s nie pojawi si drugi lub trzeci impuls, to licznik

impulsów pr du zwarciowego powraca do stanu pocz tkowego. Jak wynika z przebiegów pr dowych

podanych na rys. 5, wystarczy w tym przypadku wyposa y reklozer (wył cznik) zainstalowany

w magistrali w zabezpieczenie nadpr dowe bezzwłoczne, które po nieudanej próbie dwukrotnego SPZ

powoduje definitywne wył czenie odcinka magistrali lub całej sieci. W ten sposób b d eliminowane

w sposób udany zwarcia szybko przemijaj ce w odgał zieniach oraz zwarcia szybko i wolno przemijaj ce

w magistrali, a wypadkowy współczynnik skuteczno ci działania urz dzenia dwukrotnego SPZ wyniesie

ok. 80%. Zwarcia wolno przemijaj ce w odgał zieniach mo na by eliminowa w omówiony sposób przy

zastosowaniu trzykrotnego SPZ. Wypadkowy współczynnik skuteczno ci wzrósłby do 90%. Byłoby to

jednak zwi zane ze znacznym zu yciem styków reklozera b d wył cznika.

Zwarcia szybko i wolno przemijaj ce w magistrali oraz w odgał zieniach mo na eliminowa

w sposób udany przy zastosowaniu dwukrotnego SPZ, instaluj c na pocz tku odgał zie reklozery

sterowane zabezpieczeniem nadpr dowym bezzwłocznym po odliczeniu dwóch impulsów

wielookresowych pr du zwarciowego, oddzielonych od siebie czasem przerwy bezpr dowej (rys. 6).

Reklozery w magistrali oraz wył cznik centralny nale y w tym przypadku wyposa y w zabezpieczenie

nadpr dowe zwłoczne oraz w człon bezzwłoczny, powoduj cy otwarcie danego ł cznika po wyst pieniu

zwarcia oraz po pierwszej nieudanej próbie SPZ. Wypadkowy współczynnik działania urz dze

dwukrotnego SPZ wyniesie w tym przypadku 90%. Wad opisanego rozwi zania jest do znaczny koszt

wyposa enia sieci w reklozery na pocz tkach wszystkich odgał zie .

LITERATURA

1. ANSI/IEEE C37.60-1981 „IEEE Standard Requirements for Overhead, Pad Mounted, Dry Vault

and Submersible Automatic Curcuit Reclosers and Fault Interrupters for AC Systems”.

2. Winkler W., Wiszniewski A.: Automatyka zabezpieczeniowa w systemach elektroenergetycznych,

WNT, Warszawa 1999.

3. ydanowicz J.: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa, WNT Warszawa 1987.

4. Katalogi firm zagranicznych.

CONCEPTION RANGE EQUIPMENT OF DISTRIBUTION NETWORK MEDIUM VOLTAGE

IN RECLOSERS

Summary

This paper describes a conception range equipment of distribution network medium voltage in

reclosers from the point of you cycle and breaking capacity and the way of control and signalling of

breakers. Automation of localization failure of the distribution network with the use of reclosers is

presented.