1

EPRI’s ISO Membership Package

EPRI’s ISO Membership Package

Przekładniki napięciowe (PN)

Przekładniki napięciowe (PN)

Rodzaje PN (konwencjonalnych):

•

PN indukcyjne;

•

PN pojemnościowe.

Oznaczenia zacisków:

W starszych, krajowych wykonaniach PN stosowane są
oznaczenia:

M, N

– zaciski pierwotne,

m, n

– zaciski wtórne.

b lub n

B lub N

a

A

Układy połączeń przekładników napięciowych

Błędy transformacji PN:

błąd napięciowy

błąd kątowy

Znamionowe napięcia wtórne (U

SN

) wynoszą:

•

100 V – uzwojenie pierwotne przyłączone między dwie fazy

(oba zaciski po stronie WN muszą mieć pełną izolację);

•

100/ V – PN przyłączony między fazę a ziemię – uzwojenie

do pomiaru napięcia fazowego;

•

100/3 V – jw. – dotyczy uzwojenia dodatkowego

połączonego w otwarty trójkąt.

SN

PN

UN

p

p

s

UN

U

U

K

U

U

U

U

K

=

−

=

∆

;

100

)

(

)

arg(

)

arg(

U

U

p

s

U

−

=

δ

Przykładowy zapis przekładni PN:

kV

U

N

3

1

,

0

3

1

,

0

3

Warto

ś

ci graniczne

bł

ę

dów przekładników napi

ę

ciowych do zabezpiecze

ń

Klasa

Błąd napięciowy

∆

U (

±

%)

dla wartości napięć

Błąd kątowy

δ

U

(

±

min)

dla wartości napięć

0,02U

N

(0,05...k

t

)U

N

0,02U

N

(0,05...k

t

)U

N

3P

6

3

240

120

6P

12

6

480

240

k

t

– znamionowy współczynnik napięciowy; jego wartość określa, przy

jakim największym napięciu przekładnik może pracować zapewniając
spełnienie wymagań co do dokładności i dopuszczalnej temperatury
uzwojeń.
Wartości znormalizowane: 1,2; 1,5; 1,9.

Przekładniki napięciowe pojemnościowe

Stosowane w sieciach przesyłowych NN (220 kV, 400 kV) – zawierają
pojemnościowy dzielnik napięcia obniżający napięcie do wartości

≤

30 kV.

C

2

C

1

L

k

Tr

L

U

I

U

S1

U

p

Sygnał w.cz.

U

S2

UI – napięcie pośrednie

Indukcyjność L kompensuje wypadkową reaktancję dzielnika przy
częstotliwości podstawowej; dobierana z warunku:

(

)

2

1

1

C

C

L

+

=

ω

ω

Szeregowe połączenie pojemności i indukcyjności w układzie PN mogą pojawić
się podharmoniczne drgania ferrorezonansowe – wymaga to stosowania
odpowiednich układów tłumiących te drgania.

W stanach przejściowych mogą wystąpić znaczne składowe swobodne.

Błędy pojemnościowego PN są funkcjami częstotliwości:

cos

ϕ

obc

=1

cos

ϕ

obc

=0,8

ω

N

ω

∆

U

ω

N

cos

ϕ

obc

=0,8

cos

ϕ

obc

=1

ω

δ

U

2

Przekaźniki pomiarowe

Przekaźniki pomiarowe

Przekaźnik pomiarowy – przekaźnik elektryczny, w którym
zadziałanie następuje z określoną dokładnością, gdy wartość wielkości
pomiarowej osiągnie nastawioną wartość rozruchową tej wielkości.

Przekaźniki pomiarowe dzielą się na dwie grupy:

•

przekaźniki jednowejściowe,

•

przekaźniki wielowejściowe.

Charakterystyka pomiarowa przekaźnika (zabezpieczenia) – obraz
graficzny, w wybranym układzie współrzędnych, krzywych rozgrani-
czających obszary odpowiadające stanom działania i niedziałania.

Współczynnik powrotu

r

p

p

X

X

k

=

;

gdzie: X

p

– wartość powrotowa, X

r

– wartość rozruchowa.

Przekaźniki nadmiarowe i niedomiarowe:

– np. dla przekaźnika nadprądowego

1

;

<

=

p

rp

pp

p

k

I

I

k

I

we

I

rp

S

wy

~

0

1

S

wy

I

we

I

pp

I

rp

1

0

– np. dla przekaźnika podnapięciowego

1

;

>

=

p

rp

pp

p

k

U

U

k

U

we

U

rp

S

wy

~

0

1

S

wy

U

we

U

rp

U

pp

1

0

Charakterystyki pomiarowe przekaźników

zwłocznych nadmiarowych

(wg IEC 255–3)

t

X

X

r

t

n

p. czasowo-niezależny

t

n

1

p. czasowo-zależny

r

X

X

n

=

Typy charakterystyk zależnych:

A – α = 0,5; B – 0,5 < α = 0,5; C – α > 1,5

1

−













=

α

r

X

X

K

t

K, α – const.

Przekaźniki pomiarowe (c.d.)

Przekaźniki pomiarowe (c.d.)

Przekaźniki wielowejściowe

Działają na zasadzie komparacji (porównywania)
sygnałów pomiarowych w dziedzinie amplitudy lub fazy.
W układach analogowych zadanie to realizuje się w
układach zwanych komparatorami.

K

S

1

S

2

Wy

S

1

, S

2

– porównywane sygnały pomiarowe, Wy – sygnał

wyjściowy (dwustanowy).

3

Komparatory amplitudy (KA)

Komparatory amplitudy (KA)

KA niesymetryczne – jedna wielkość

wejściowa

porównywana jest z wielkością odniesienia;

KA symetryczne – dokonują porównania dwóch sygnałów

sinusoidalnych pod względem ich amplitud
a) KA z porównaniem bezpośrednim,
b) KA z porównaniem pośrednim.

A d a)

2

''

1

'

;

S

k

U

S

k

U

h

r

=

=

F

F

K A

+

–

+ U

zas

U

w y

U

r

U

h

S

1

S

2

U

w y

= 0 ; 1 (0 V lu b 1 0V )

W a ru ne k za dz iałan ia K A :

U

r

> U

h

⇒ U

w y

= 1

U

r

< U

h

⇒ U

w y

= 0

Ad b)

Napięcia U

r

i U

h

są liniowymi kombinacjami sygnałów pomiarowych S

1

i S

2

:

2

4

1

3

''

2

2

1

1

'

;

S

k

S

k

k

U

S

k

S

k

k

U

h

r

+

=

+

=

gdzie: k

1

... k

4

– liniowe współczynniki proporcjonalności.

Sposób realizacji (np. w zabezpieczeniu różnicowo–prądowym stabilizowanym)

S

2

S

1

U

wy

KA

k

1

k

2

k

3

k

4

Komparatory fazy (KF)

KF realizuje porównanie sygnałów wejściowych (sinusoidalnych
o częstotliwości podstawowej) pod względem kąta zawartego
między nimi.

W elektronicznych KF pomiar kąta pomiędzy sygnałem
rozruchowym S

r

i hamującym S

h

realizuje się pośrednio poprzez

kontrolę

impulsów bramkujących (prostokątnych) lub

szpilkowych uzyskanych z sygnałów wejściowych za pomocą
odpowiednich układów formujących.

Zasada równoważności komparatorów:

A

A

A

A

S

S

S

S

S

S

2

1

2

2

1

1

;

−

=

+

=

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

2

1

2

2

1

1

;

S

S

S

S

S

S

A

A

−

=

+

=

k

h

N

D

Im

S

S

1

2

Re

S

S

1

2

h

k

S

S

≥

2

1

KA

ε

r

ε

r

Im

S

S

1

2

Re

S
S

1

2

r

S

S

ε

≥

2

1

arg

KF

4

Podstawowe kryteria pomiarowe

stosowane w EAZ

Podstawowe kryteria pomiarowe

stosowane w EAZ

Kryterium nadprądowe

Warunek ogólny

:

;

gdzie:

I

rp

– prąd rozruchowy zabezpieczenia,

I

robmax

– największy prąd długotrwale dopuszczalny dla

obiektu zabezpieczanego,
I”

kmin

– najmniejsza wartość prądu zwarciowego w punkcie

zabezpieczeniowym przy zwarciu na końcu strefy działania
zabezpieczenia.

max

"

min

rob

rp

k

I

I

I

>

>

I

z

b

r

K

I

k

I

max

=

>>

I

zmax

oznacza największą wartość składowej okresowej prądu zwarciowego przy zwarciu trójfazowym

na końcu zabezpieczanej strefy (np. linii).

Ze względu na selektywność nastawienie zabezpieczenia bezzwłocznego
dobiera się z zależności:

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne

B

B

RI

A

SEE

F

A

A

1

pmin

1

I

rpA

X

X

I>>

RI

B

I>>

∼

I

k3

”

I

k

”

I

k2

”

86

,

0

2

3

"

3

"

2

≈

=

k

k

I

I

"

3B

k

rpA

I

I

>

Warunek celowości stosowania zabezpieczenia bezzwłocznego:

AB

p

l

l

2

,

0

min

>

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne

I

p

obc

r

b

r

K

k

I

k

k

I

max

=

>

I

r

z

c

K

I

I

k

min

=

Nastawienie zabezpieczenia nadprądowego zw

łocznego (np. dla linii

lub transformatora) dobiera si

ę wg zależności:

K

I

– przekładnia przekładników prądowych, k

p

– współczynnik powrotu przekaźnika,

k

r

– współczynnik uwzględniający samorozruch silników (dla zab. linii 1,2 – 4),

k

b

– współczynnik bezpieczeństwa (np. 1,2).

Warunek czułości sprawdza się wg wzoru:

Współczynnik czułości powinien mieć wartość: k

c

≥

1,5 dla działania podstawowego

oraz k

c

≥

1,2 dla działania rezerwowego.

Zastosowanie kryterium I> do wykrywania

zwarć doziemnych małoprądowych

Do wykrywania zwarć doziemnych w:
•

liniach promieniowych 6 ... 30 kV,

•

generatorach synchronicznych pracujących bezpośrednio na sieć,

•

silnikach elektrycznych WN,

•

bateriach kondensatorów do kompensacji mocy biernej.

Warunek czułości (określający skuteczność zabezpieczenia):

gdzie:
I

0L

– prąd zerowy zabezpieczanej linii,

I

0S

– prąd zerowy całej sieci galwanicznie ze sobą połączonej,

k

C

– współczynnik czułości (k

C

=2),

k

b

– współczynnik bezpieczeństwa:
k

b

=2

– dla zabezpieczenia zwłocznego,

k

b

=4

– dla zabezpieczenia bezzwłocznego.

L

b

rp

C

L

S

I

k

I

k

I

I

0

0

0

≥

≥

−

B

RI

0

X

I

0

>

I

0S

-I

0L

A

S

X

I

0S

B

RI

0

X

I

0

>

I

0L

A

S

X

I

0S

Przy niespełnieniu warunku stosuje się kryterium kątowoprądowe

5

Kryterium kątowoprądowe

Zakres stosowania:
a) jako uzupełnienie kryterium nadprądowego dla umożliwienia
selektywnego wyłączania zwarć wielkoprądowych,
b) do selektywnego wykrywania zwarć małoprądowych w sieciach
rozdzielczych,
c) do wykrywania pracy silnikowej generatorów synchronicznych
oraz wypadnięcia z synchronizmu silników synchronicznych.

Ad a)
Stosowanie tzw. blokady kierunkowej zabezpieczeń nadprądowych
zwłocznych jest konieczne w następujących konfiguracjach:

•

linie wielotorowe zasilane jednostronnie,

•

linie pierścieniowe zasilane tylko w jednym punkcie,

•

transformatory pracujące równolegle.

K2

X

X

X

X

B

W

4

W

2

W

3

W

1

B

A

A

t

p5

∆∆∆∆

t

t

p2

= t

p4

= 0,3...0,5s

t

p1

= t

p3

= t

p5

+

∆

t

Z

1L

[

Ω

]

t

I>

t

I>

t

I>

t

I>

t

K1

X

W

5

I>

t

Ad b)
Kryterium kierunku przepływu mocy zerowej stosuje się, gdy
niemozliwe jest spełnienie warunku dla kryterium zerowoprądowego.
Kryterium oparte jest na ustalonych przebiegach prądu zerowego I

0

i napięcia zerowego U

0

oraz kąta miedzy nimi φ

0

.

W sieciach kompensowanych stosuje się kryterium składowej
czynnej prądu zerowego.

I

0

cosφ

0

>I

rp

W sieciach z izolowanym p. neutralnym stosuje się kryterium
składowej biernej prądu zerowego.

I

0

sinφ

0

>I

rp

(schemat)

Ad c)

Zabezpieczenie zwrotno-mocowe generatora

Praca silnikowa generatora - sytuacja, w której nie ma dopływu
czynnika napędowego (pary, wody, gazu itd.) do turbiny np. w wyniku
zamknięcia zaworu odcinającego lub zaworów regulacyjnych.
W takiej sytuacji generator, pobierając moc z sieci, napędza turbinę, co
może doprowadzić do jej rozbiegania się i uszkodzenia (np. na skutek
przegrzania łopatek), w silnikach spalinowych może dojść do eksplozji.
Moc pobierana z sieci przez generator jest niewielka (kilka % mocy
turbozespołu) - wymaga stosowania b. czułych zabezpieczeń oraz
przekładników prądowych pomiarowych (np. klasy 0,5).
Czasy działania zabezpieczeń należy tak dobrać aby nie doszło do
zbędnego zadziałania podczas kołysań mocy - jego wartość zależy od
właściwości konstrukcyjnych turbiny. Jeżeli praca silnikowa jest
skutkiem zamknięcia zaworu odcinającego konieczne jest możliwie
szybkie odstawienie generatora.

Kryterium nadnapięciowe

Niepożądany wzrost napięcia na zaciskach generatora może
wystąpić:
•w wyniku odciążenia (gwałtownego) mocą czynną i/lub bierną,
•na skutek uszkodzenia regulatora napięcia lub niewłaściwej
regulacji ręcznej.

Wzrost napięcia międzyprzewodowego ponad dopuszczalną
wartość może być przyczyną:
•wystąpienia zwarć wielkoprądowych,
•przemagnesowania rdzenia transformatorów,
•uszkodzenia izolacji maszyn elektrycznych.

Dopuszczalny wzrost napięcia: 5

÷

10%

s

t

U

U

U

NG

rp

3

...

2

;

2

,

1

=

=

Wykrywanie zwarć doziemnych z wykorzystaniem

kryterium nadnapięciowego

Zabezpieczenia zerowonapięciowe działają na sygnalizację –
inicjują działanie automatyki wymuszania składowej czynnej
(AWSC) prądu,

Kryterium zerowonapięciowe stosuje się w kombinacji z
kryterium prądowym – tzw. zabezpieczenie ziemnozwarciowe
kątowoprądowe,

Kryterium stosuje się także w zabezpieczeniu od skutków zwarć
doziemnych w uzwojeniu stojana generatora synchronicznego
pracującego w bloku.

6

Kryterium podnapięciowe

Zakres stosowania:
1) jako dodatkowe kryterium odróżniania zwarć wielkoprądowych

od przeciążeń,

2) do wykrywania znacznych spadków lub zaników napięcia w sieci

rozdzielczej.

Ad 1)
Np. zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne z blokadą podnapięciową

dla generatora o niewielkiej mocy (do kilkadziesiąt MW).

U

G

max

U

rp

min

t

min

max

G

rp

G

U

U

U

≥

≥

U

Gmax

, U

Gmin

– wartości napięcia na zaciskach generatora podczas zwarcia

3f na końcu linii o największej impedancji.

pU

bU

rob

rp

k

k

U

U

min

=

pI

NG

bI

rp

k

I

k

I

=

gdzie:
U

robmin

– najmniejsze napięcie robocze na szynach elektrowni; k

bI

≈

1,2; k

bU

≈

1,2

Ad 2)
Obniżenie się napięcia może być szkodliwe dla odbiorów SN –
zwłaszcza dla silników synchronicznych i asynchronicznych.
Po obniżeniu (zaniku) napięcia należy odłączyć silniki aby nie
dopuścić do ich samorozruchu.

Najczęściej stosowane – grupowe zabezpieczenie podnapięciowe

dla silników SN.