Automatyka

zabezpieczeniowa

sieci

elektroenergetycznych

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Sposoby realizacji zabezpieczenia nadprądowego

linii elektroenergetycznych

a) bezpiecznik topikowy b) wyzwalacz pierwotny

c) zabezpieczenie nadpr

ądowe bezzwłoczne

d) zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne

e) zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne z członem
bezzwłocznym

f) zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne z blokadą kierunkową

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Bezpieczniki topikowe lub wyzwalacze pierwotne

a)

Bezpieczniki mogą być stosowane jeżeli



Moc zwarciowa dla t=0,1s za bezpiecznikami jest mniejsza od
mocy wyłączalnej bezpieczników



Prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej jest większy od
półtorakrotnej wartości znamionowej linii



Zapewnione jest selektywne działanie zabezpieczeń

b) Gdy powyższe warunki nie są spełnione, można zastosować

wyzwalacz pierwotne współpracujące z wyłącznikiem.

Wartość prądu rozruchowego wyzwalaczy powinna spełniać
warunki:

c

z

r

p

nl

b

r

k

I

I

k

I

k

I

min

;





I

nl

– dopuszczalna wartość obciążenia

linii, k

b

= (1,2



1,6), k

c

= 1,5;

I

zmin

– najmniejsza wartość składowej

okresowej początkowej prądu
zwarciowego

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en



Czas zwłoki czasowej członu zwłocznego wyzwalacza (t ≤ 0,5 s)

powinien zapewnić selektrywne działanie zabezpieczenia.



Wartość prądu rozruchowego członu bezzwłocznego

wyzwalacza dobiera się z przedziału (3



6) I

nl

.



Bezpieczników i wyzwalaczy nie można stosować, jeżeli w

sąsiednich, dalszych od zasilania, stosowane są zabezpieczenia
przkaźnikowe

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenia nadprądowe bezzwłoczne

Selektywność tych zabezpieczeń uzyskuje się nastawiając prąd
rozruchowy na wartość, która zapewni

niedziałanie

zabezpieczenia

przy zwarciu na końcu zabezpieczanego odcinka linii. Czas
działania tego zabezpieczenia może być jego

czasem wlasnym

lub

celowo wprowadzonym opóźnieniem (0,05



0,30) s, np. w celu

skoordynowania jego działania z bezpiecznikami topikowymi po
stronie WN transformatorów WN/nn.

Wartość rozruchowa prądu:

i

z

b

r

n

I

k

I

max



i

z

b

n

I

k

max

),

,

,

(

6

1

2

1





-

największa wartość prądu zwarciowego przy zwarciu

na końcu linii,
-

przekładnia znamionowa przekładnika prądowego

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne linii elektroenergetycznej

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zaleca się dobierać taką wartość prądu rozruchowego I

r

, aby to

zabezpieczenie wyłączało wszystkie te zwarcia trójfazowe w linii,
które powodują obniżenie się wartości napięcia na szynach
zbiorczych U

sz

poniżej (50



60)%

napięcia znamionowego. Dzięki

temu zapobiegnie się tzw. utknięciom silników asynchronicznych
zasilanych z tych szyn lub ich wyłączeniom przez zabezpieczenia
podnapięciowe. (oznacza to wyłączanie zwarć powstałych w
odległości mniejszej niż A-K –rys).

Wadą zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego jest
ograniczone strefa jego działania (mniejsza dla zwarć
dwufazowych, większa dla zwarć trójfazowych). Zasięg tych
zabezpieczeń może ulegać zmianom pod wpływem zmian
impedancji zastępczej systemu (tzn. mocy zwarciowej).

Dla uzyskania zabezpieczeń

całego odcinka

linii należy uzupełnić

zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne

zabezpieczeniem

nadprądowym zwłocznym

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zasada doboru wartości rozruchowej zabezpieczenia

nadprądowego bezzwłocznego linii pracującej w bloku

z transformatorem

Gdy zabezpieczana linia pracuje

w bloku z transformatorem

,

możliwy jest taki dobór wartości rozruchowej prądu, aby
wykrywane były wszystkie zwarcia w linii i w części
transformatora.

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Strefy działania
zabezpieczeń
nadprądowych
bezzwłocznych
w linii zasilanej
dwustronnie

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne stosuje się zasadniczo
w liniach promieniowych zasilanych jednostronnie. W pewnych
szczególnych przypadkach

można je zastosować w odcinkach linii

zasilanych dwustronnie

. Jest to możliwe w przypadkach, gdy

wartość rozruchowa prądu działania każdego z zabezpieczeń (po
obu stronach linii) powoduję ograniczenie zasięgu ich działania
tylko do tego odcinka.

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Interpretacja realizacji selektywności zabezpieczeń nadprądowych

zwłocznych o charakterystyce niezależnej (b) i zależnej (c)

W zabezpieczeniach

nadprądowych zwłocznych

wybiorczość

uzyskuje się metodą stopniowania czasów.

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Nastawy wartości rozruchowej prądu w zabezpieczeniach

nadprądowych zwłocznych linii el-en

i

c

z

r

i

p

r

b

r

n

k

I

I

I

n

k

k

k

I

min

max

;





I

max

– prąd największego obciążenia linii

k

b

= (1,1



1,2); k

r

= (1



6);

I

zmin

– najmniejsza wartość prądu zwarcia dwufazowego na końcu

strefy zabezpieczanej

k

c

– współczynnik czułości (1,5 – dla strefy podstawowej, 1,2 – dla

strefy rezerwowej)

Nastawy zwłok czasowych

t

t

t

i

i









1



t = 0,2



0,8

– czas stopniowania (na ogół przyjmowany 0,5)

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Układy połączeń

obwodów zasilania

zabezpieczeń

nadprądowych

zwłocznych: a) pełna

gwiazda, b) niepełna

gwiazda, c) układ

krzyżowy

Zabezpieczenie zasilane z układu pełnej gwiazdy reaguje na
wszystkie rodzaje zwarć (także na zwarcie doziemne dzięki
zainstalowaniu przekaźnika RI

0

). Wartość rozruchowa prądu tego

przekaźnika dobierane jest wg relacji:

w

i

c

r

I

n

k

I

I





0

0

3

I

w

– prąd wyrównawczy (do 10% 3I

0

)

min

z

I

3

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne z członem

bezzwłocznym

a) schemat ideowy

b)

czas wyłączania –

char. Niezależna

c)

czas wyłaczania –

char. zależna

Minimalny zasięg
zabezpieczenia
bezzwłocznego

%

min

20





dł. linii

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne z blokadą kierunkową

a) Schemat ideowy
b)

Zwłoki czasowe dla zabezpieczeń 1-3-5

c)

Zwłoki czasowe dla zabezpieczeń 2-4-6

Zwłoki czasowe ustala się wg zasady przeciwbieżnego

stopniowania czasów; wartości rozruchowe prądów – jak przy

zasilaniu jednostronnym

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenie odległościowe

a)

Bezłączowe

b)

Z łączem komunikacyjnym

Miarą odległości jest impedancja od miejsca pomiaru do
miejsca zwarcia

)

(

p

z

Z

F

t



a) Schemat

zabezpieczenia

b) Charakterystyki

czasowo-
impedancyjne

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Obszary końców wektorów impedancji ruchowej (3) i impedancji

zwarciowej (2) na tle różnych charakterystyk rozruchowych

zabezpieczeń odległościowych (1)

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Stopniowa charakterystyka czasowo-impedancyjna

dzieli obszar działania na strefy, których zadaniem jest
wzajemne rezerwowanie zabezpieczeń przy zachowaniu
selektywności. Nastawy poszczególnych stref wyznacza się
wg następujących zasad (dla zabezpieczenia R

ZA

):

a)

wartości impedancji rozruchowej I, II, i III strefy

b)

Zwłoki czasowe dla I, II i III strefy

)

(

)

(

CD

b

BC

AB

b

IIIA

BC

b

AB

b

IIA

AB

b

IA

Z

k

Z

Z

k

Z

Z

k

Z

k

Z

Z

k

Z













9

0

8

0

,

,





b

k















t

t

t

t

t

t

t

s

t

IIA

IIIA

IA

IIA

IA







,

,

,

1

02

0

(0,4



0,5)s - zab. analog., (0,2



0,3)s

– zab. cyfr.

Przedstawione zasady doboru pokazuję ogólne podejście.
W konkretnych przypadkach należy przeprowadzać bardziej
szczegółową analizę (np. czy nie występuje tzw. fałszowanie
pomiaru)

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Fałszowanie pomiaru odległości zwarciowej z powodu spływu

prądu zwarciowego

Fałszowanie pomiaru w układzie gwiazdy sieciowej (a – k

rg

≥ 1)

i linii dwutorowej (b

– k

rg

≤ 1)

BK

rg

AB

BK

AB

BK

AB

AB

BK

BK

AB

AB

p

Z

k

Z

Z

I

I

Z

I

Z

I

Z

I

Z















1



rg

k

1



rg

k

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Współpraca zab. odległ. z łączem komunikacyjnym

Zabezpieczenie odległościowe w linii zasilanej dwustronnie:

a)schemat połaczeń, b) czas wyłączania zwarć

Widać, że z czasem pierwszej strefy wyłączane są tylko zwarcia

występujące na 70% długości linii. Pozostałe 30% linii objętych

jest czasem II strefy.

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Pierwsza strefa wydłużona (Z

IAw

) w linii zasilanej jednostronnie

z zabezpieczeniem odleglościowym.

W czasie normalnej pracy pierwsza strefa nastawiona jest na
115% Z

AB

. W przerwie SPZ skracana jest do długości pierwszej

strefy normalnej.

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zasady współpracy zabezpieczenia odległościowego z łączem komunikacyjnym:
a) system współbieżny bezwarunkowy lub z przyzwoleniem (uruchomione
człony rozruchowe odbierające sygnał),
b) system z działaniem na wydłużenie strefy pierwszej

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenie
różnicowe wzdłużne
z łączem
przewodowym,
działające na
zasadzie
porównywania
prądów

Dzięki zastosowaniu łącza trójżyłowego w każdym z przekaźników
(A i B) płyną te same prądy. W czasie normalnej pracy i zwarć
zewnętrznych wynoszą one:

A

B

st

A

B

d

I

I

I

I

I

I









;

Jeżeli nastąpi zwarcie wewnętrzne, prąd I

B

zmieni kierunek

przepływu. Wówczas

co spowoduje zadziałanie zabezpieczenia

A

B

st

A

B

d

I

I

I

I

I

I









;

Zabezpieczenie różnicowe wzdłużne

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenie różnicowe
wzdłużne z łączem
przewodowym, działające
na zasadzie porównywania
napięć

Podczas normalnej pracy linii lub zwarcia zewnętrznego wartości
napięć U

A

i U

B

są prawie równe lecz przeciwnej polaryzacji

W tej sytuacji napięcia te wzajemnie się znoszą nie wywołując
prądu I

d

. Prąd stabilizujący w tej sytuacji jest znaczny.

W czasie zwarcia wewnętrznego napięcia U

A

i U

B

mają

polaryzacje zgodne powodując przepływ znacznego prądu I

d

(przy

małym I

st

) i zadziałanie zabezpieczeń na obu końcach linii.

B

A

U

U





Zabezpieczenie różnicowe wzdłużne

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenia różnicowe stabilizowane linii

może zadziałać nieprawidłowo (zbędnie lub brakująco) w wyniku
uszkodzenia (przerwy lub zwarcia)

łącza.

W celu

zapobieżenia temu zjawisku stosuje się układy do

autotestowania

łączy przewodowych.

Łącze wykonuje się zwykle kablem ułożonym w ziemi. Zaleca się
aby

układać go w pewnej odległości od trasy linii, aby uniknąć

indukowania

się w nim napięć podczas zwarć doziemnych w linii.

Na

wybiorczość i czułość zabezpieczenia różnicowego linii duży

wpływ mają impedancje wzdłużne i pojemności łącza
przewodowego. Powoduje to ograniczenie

stosowanlości tego

zabezpieczenia do linii o

długości nie większej niż

30 km

.

Obecnie zwykle kabel

zastępuje się światłowodem, który w

znacnym stopniu eliminuje te ograiczenia.

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenia porównawczo-fazowe

Działa na zasadzie porównywania przesunięcia fazowego prądów
zwarciowych

płynących na końcach zabezpieczanego odcinka

linii. Do

przesyłu informacji o kątach przesunięcia fazowego

prądów stosuje się zwykle łącza przewodowe wysokiej
częstotliwości lub łącza światłowodowe.

W

łączu przesyłana jest informacja o występowaniu

dodatnich

półokresów sinusoidalnych

sygnałów pomiarowych. Informacja ta

przesyłana jest w postaci sygnałów prostokątnych S’

A

i

S’

B

.

Prądy na końcach linii przesyłowej:

a) zwarcie zewnętrzne,

b) zwarcie wewnętrzne

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zasada przetwarzania i

porównywania sygnałów

pomiarowych w zabezpieczeniu

porównawczo-fazowym

prądowym w przypadku

zwarcia: a) poza strefą,

b) w strefie

Podczas zwarcia

zewnętrznego i normalnego obciążenia linii

kąty przesunięcia fazowego pomiędzy porównywanymi prądami
fazowymi na

końcach linii są równe (w przybliżeniu) 180˚ (

prąd I

A

wypływa ze stacji A, natomiast prąd I

B

wpływa do stacji B

).

W

przypadku

zwarć wewnętrznych wartość przesunięcia fazowego

obu

prądów może niekiedy znacznie różnić się od zera. Na to

przesunięcie fazowe wpływ mają przesunięcia fazowe źródeł po
obu stronach linii

przesyłowej, pojemność sieci, niejednakowe

błędy kątowe przekładników prądowych oraz błędy kątowe
innych

elementów toru pomiarowego.

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenia porównawczo-fazowe

Dla

zapobieżenia

działaniu

nieselektywnemu wprowadza

się kąty

działania i blokowania zgodnie z
rysunkiem.

Zaletą zabezpieczeń porównawczych i

różnicowych jest ich krótki czas

działania (selektywność osiągana przez

ograniczenie strefy) oraz niewrażliwość

na kołysania mocy.

Wadą jest możliwość nieprawidłowego

działania przy uszkodzeniu łącza oraz

niemożliwość wzajemnego

rezerwowania się sąsiednich

zabezpieczeń. Z tego względu

zabezpieczenia porównawczo-fazowego

nie stosuje się jako zab. samodzielnego

Kąt blokowania i

działania

zabezpieczenia

porównawczo-

fazowego prądowego

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenia porównawczo-kierunkowe

Zabezpieczenia

porównawczo-kierunkowe działają wybiorczo

dzięki porównywaniu kierunków mocy zwarciowych na końcach
linii

przesyłowej. Wykorzystuje się w tym celu łącza

telekomunikacyjne.

Istnieją dwa systemy:
a)

odblokowanie

normalnie blokowanych

zabezpieczeń jeżeli

kierunek mocy zwarciowej jest

od szyn w kierunku linii,

b)

blokowanie

normalnie nieblokowanych

zabezpieczeń jeśli moc

zwarciowa ma

kierunek od linii do szyn zbiorczych

.

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenia porównawczo-kierunkowe -

-

współpraca z zabezpieczeniami odległościowymi

Zabezpieczenie odległościowe posiada wspólne człony rozruchowy
(nadprądowy lub podimpedancyjny) i kierunkowy
z zabezpieczeniem porównawczo-kierunkowym. Zadaniem członu
rozruchowego jest pobudzenie zabezpieczenia po stwierdzeniu
wystąpienia zwarcia (wewnętrznego lub zewnętrznego); człon
kierunkowy stwierdza kierunek przepływu mocy zwarciowej.

Pierwsze strefy obu zabezpieczeń nastawione są na ok.115% Z

AB

.

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zabezpieczenie od zwarć doziemnych „małoprądowych”

Sposoby pracy
punktu
neutralnego sieci
elektroenergetycz-
nych SN

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zwarcia doziemne w sieci z izolowanym punktem neutralnym

Rozpływ prądów składowej symetrycznej zerowej oraz wykres

wskazowy napięć i prądów podczas zwarcia jednofazowego w

sieci izolowanej

0

0

3

3

C

U

I

I

nf

C

zc







Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Zwarcia doziemne w sieci z kompensacją ziemnozwarciową

Rozpływ prądów składowej zerowej pojemnościowej (a)i czynnej (b)

podczas jednofazowego zwarcia z ziemią w sieci z dokładną

kompensacją pojemnościowego prądu ziemnozwarciowego

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Rodzaj sieci

Zalety

Wady

Sieci
izolowane

Oszczędności inwestycyjne
Proste instalacje uziemieniowe

Najwyższy poziom przepięć
ziemnozwarciowych
Skłonność do zwarć
doziemnych
Trudności w zlokalizowaniu
z-z

Sieci
kompenso-
wane

Samoczynne gaszenie z-z
Mała tendencja do z-z
Mniejsze zagrożenie
porażeniowe

Większe koszty inwestycyjne
Wyższe harmoniczne w
prądzie resztkowym
Droższe zabezpieczenia
Trudności w zlokalizowaniu
z-z

Sieci z
punktem
neutralnym
uziemionym
przez rezystor

Szybka lokalizacja i eliminacja
z-z
Ograniczenie przepięć

Problemy z zapewnieniem
skutecznej ochrony przeciw-
porażeniowej
Możliwość zakłóceń
telekomunikacyjnych

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en

Automatyka elektroenergetyczna sieci el-en