Politechnika Lubelska

Wydział Elektrotechniki i Informatyki

Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń

Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych

Ćwiczenie nr 6b

Sk

ładowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci

Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci

- 2 -

1. Wst

ęp teoretyczny

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie sposobów wyznaczania składowych symetrycznych podczas

zwarć w sieciach o różnym sposobie pracy punktu zerowego transformatora.

1.1. Rodzaje zak

łóceń

Znajomość zjawisk zachodzących podczas zakłóceń w obwodach

pierwotnych tworzących system elektroenergetyczny pozwala na uświadomienie sobie

znaczenia i potrzeby stosowania elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej.

Zakłócenia w systemie elektroenergetycznym są stanem pracy, który bardzo niekorzystnie

wpływa na normalną pracę urządzeń. Zakłócenia dzielimy na:

− zaburzenia – są to zakłócenia, które nie mogą być utrzymywane przez dłuższy czas i

powinny zostać przez urządzenia zabezpieczające wyeliminowane samoczynnie w

możliwie najkrótszym czasie ( np. zwarcia, praca niepełnofazowa)

− zagrożenia – są to zakłócenia, które mogą być tolerowane czasowo, ale jednak

powinny być sygnalizowane obsłudze w celu usunięcia przyczyny zagrożenia przed

upływem dopuszczalnego czasu trwania zakłócenia (np. przeciążenia, wahania

napięcia, zmiana częstotliwości).[3]

1.2. Zwarcia

Najczęściej występującym zakłóceniem w systemie elektroenergetycznym jest zwarcie.

Zwarcie jest to zakłócenie polegające na połączeniu bezpośrednim, lub też za pośrednictwem

niewielkiej impedancji, dwóch punktów należących do różnych faz lub też punktu dowolnej

fazy z ziemią.

Rozróżnia się zwarcia:

− trójfazowe;

− trójfazowe z ziemią;

− dwufazowe;

− dwufazowe z ziemią;

− jednofazowe z ziemią.

Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych

- 3 -

L

L

L

1

2

3

L

L

L

1

2

3

L

L

L

1

2

3

A)

B)

C)

L

L

L

1

2

3

F)

L

L

L

1

2

3

D)

L

L

L

1

2

3

E)

lub

Rys. 1 Rodzaje zwarć: A) trójfazowe; B) trójfazowe z ziemią; C) dwufazowe; D) dwufazowe z ziemią;

E) jednofazowe w sieciach z punktem neutralnym uziemionym; F)jednofazowe w sieciach z punktem

neutralnym izolowanym

Zwarcia trójfazowe i trójfazowe z ziemią nazywa się zwarciami symetrycznymi, pozostałe

zwarcia to tak zwane zwarcia niesymetryczne. Zwarcia, w których występuje połączenie

jednaj lub kilku faz z ziemią nazywa się w skrócie zwarciami doziemnymi. Do najczęstszych

przyczyn zwarć należą:

• przepięcia atmosferyczne i łączeniowe;

• zawilgocenie izolacji;

• mechaniczne uszkodzenia konstrukcji i izolacji urządzenia;

• wady fabryczne urządzeń i izolacji;

• obecność zwierząt;

• błędy łączeniowe obsługi;

• zdarzenia losowe.

Podczas zwarć w obwodach pierwotnych płyną znaczne prądy, które przekraczają

wielokrotnie wartości znamionowe. Aby ograniczyć skutki przepływu tych prądów należy:

- dobrać urządzenia do wartości prądów zwarciowych, które mogą wystąpić

w danym punkcie sieci;

- stosować szybkie i skuteczne zabezpieczenia wyłączające dany odcinek sieci, w

którym nastąpiło zwarcie;

- stosować dławiki do kompensacji przepływu prądu zwarciowego.[4]

Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci

- 4 -

2. Sposób pracy punktu zerowego sieci

elektroenergetycznych

Sposób pracy punktu zerowego sieci determinuje rodzaj stosowanych układów połączeń

obwodów wtórnych napięcia przemiennego na stacjach energetycznych, a co za tym idzie

również rodzaj stosowanych zabezpieczeń elektroenergetycznych.

Ze względu na sposób pracy punktu zerowego, sieci elektroenergetyczne dzielimy na

pracujące z:

− izolowanym punktem zerowym (sieć, w której żaden punkt gwiazdowy

transformatorów nie ma galwanicznego połączenia z ziemią);

− uziemionym punktem zerowym (sieć, w której co najmniej jeden z punktów

gwiazdowych jest połączony z ziemią).

W zależności od sposobu połączenia punktu gwiazdowego uzwojenia transformatora z ziemią

mówimy o sieci elektroenergetycznej z:

− skutecznie uziemionym punktem zerowym,

− uziemionym punktem zerowym przez reaktancję,

− uziemionym punktem zerowym przez rezystancję.

W krajowym systemie elektroenergetycznym ze skutecznie uziemiony

punktem zerowym pracują sieci o napięciu znamionowym 110kV, 220kV, 400kVi 750kV

oraz sieci niskiego napięcia 0,4kV. Sieci średnich napięć o napięciu znamionowym 6kV,

10kV, 15kV, 20kV, 30kV i 60kV pracują z izolowanym lub uziemionym przez reaktancję lub

rezystancję punktem zerowym.(rys. 2)

Głównym powodem uziemiania punktu zerowego sieci jest dążenie do zmniejszania przepięć.

Sposób pracy punktu zerowego sieci ma ścisły związek z ochroną przeciwporażeniową,

ponieważ podczas zwarcia doziemnego pojawia się na elementach będących dotychczas bez

napięcia oraz w ziemi w pobliżu miejsca zwarcia napięcie grożące porażeniem. Wartość

prądu zwarcia doziemnego, czas trwania tego zwarcia i rezystancja uziemienia urządzeń

elektrycznych ma decydujący wpływ na niebezpieczeństwo porażenia. Sposób pracy punktu

zerowego sieci decyduje o wartości prądu zwarcia doziemnego.

Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych

- 5 -

SN

nn

skutecznie uziemiony punkt zerowy sieci

U = 0,4kV

N

WN

SN

U = 110kV - 750kV

N

WN

SN

WN

SN

WN

SN

U = 6kV - 60kV

N

izolowany punkt

zerowy

uziemiony przez

reaktancj

ę

uziemiony przez

rezystancj

ę

Rys. 2 Sposoby pracy punktu zerowego sieci elektroenergetycznych

2.1. Sie

ć z izolowanym punktem zerowym

Z izolowanym punktem zerowym pracują sieci elektroenergetyczne SN

o natężeniu prądu zwarcia doziemnego nie przekraczającego granicznych wartości prądów

pojemnościowych, przy których łuk w miejscu zwarcia doziemnego może zgasnąć samoistnie

likwidując zagrożenie porażenia.

Wartość tego prądu nie może przekraczać:

− w sieciach kablowych i kablowo-napowietrznych 50 A bez względu na napięcie

znamionowe sieci;

− w sieci napowietrznej i napowietrzno-kablowej w zależności od napięcia

znamionowego tej sieci odpowiednio:

U

n

3-6 kV

10 kV

15-20 kV

30-40 kV

60 kV

I

z

1f

30A 20A 15A 10A 5A

Wydawać by się mogło, że w sieci pracującej z izolowanym punktem zerowym podczas

zwarcia jednej fazy do ziemi nie popłynie żaden prąd, ponieważ nie ma galwanicznego

obwodu elektrycznego; a jednak tak nie jest.

Przyczyną wywołująca przepływ prądu podczas zwarcia doziemnego w sieci z izolowanym

punktem zerowym jest istnienie pojemności i upływności linii elektroenergetycznych

względem ziemi oraz utrzymywanie się napięcia między zdrowymi przewodami, a ziemią.

Pod wpływem tego napięcia pod zdrowymi przewodami linii płynie prąd o charakterze prawie

czysto pojemnościowym.

Maksymalną wartość prądu, przy galwanicznym zwarciu doziemnym, można obliczyć:

Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci

- 6 -

(

)

n

k

N

n

C

k

C

C

f

Z

l

l

U

I

I

I

I

003

,

0

22

,

0

1

+

≅

+

=

≅

[A]

[1]

I

Z

1f

– prąd zwarcia doziemnego [A];

I

C

– sumaryczny pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego [A];

I

C

k

– pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego linii kablowych[A];

I

C

n

– pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego linii napowietrznych [A];

U

N

– napięcie znamionowe sieci elektroenergetycznej [kV];

l

k

– ogólna długość połączonych elektrycznie linii kablowych [km];

l

n

- ogólna długość połączonych elektrycznie linii napowietrznych [km].

Rys. 3 Schemat fragmentu sieci o izolowanym punkcie neutralnym w przypadku zwarcia doziemnego

pełnego bezpośredniego jednej z faz

Charakterystyczną właściwością sieci pracującej z izolowanym punktem zerowym jest

pojawienie się asymetrii napięciowej podczas zwarcia doziemnego.

Asymetria ta dotyczy wyłącznie napięć fazowych. Napięcia międzyfazowe nie ulegają

zmianie. W przypadku galwanicznego doziemienia jednej z faz napięcie doziemionej fazy

względem ziemi spada do zera, natomiast napięcia fazowe pozostałych zdrowych faz

względem ziemi wzrastają do wartości napięcia międzyprzewodowego. Występuje, więc

przepięcie ustalone, które trwa do czasu likwidacji doziemienia.

Zastosowanie izolacji fazowej o zwiększonym poziomie izolacji do napięcia

międzyprzewodowego w sieci z izolowanym punktem zerowym dla wszystkich urządzeń

izolacji fazowej, co prawda powiększa koszt budowy sieci, ale jednocześnie pozwala na

czasową prace tej sieci z doziemieniem.

Prądy zwarcia 2-fazowego i 3-fazowego są wprost proporcjonalne do mocy zwarcia i

odwrotnie proporcjonalne do impedancji pętli zwarcia zgodnie z zależnością:

Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych

- 7 -

N

Z

f

Z

f

z

U

S

I

I

2

2

3

3

2

=

=

[2]

N

Z

f

Z

U

S

I

3

3

=

[3]

A

B

Rys. 4 Rozpływ prądów ziemnozwarciowych w sieci z izolowanym punktem zerowym: A) pojedyncza

linia promieniowa, B) układ linii promieniowych przyłączonych do wspólnych szyn

I

I

I + I

I

U

B

U

C

zC

B

C

C

B

U

U

U

A

B

C

I

I

I

A

B

C

A)

B)

Rys. 5 Wykres wektorowy prądów i napięć fazowych linii, przyłączonych do sieci o izolowanym punkcie

zerowym, dla przypadków: a) stan przedzwarciowy; b) stan zwarcia fazy A z ziemią

Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci

- 8 -

2.2. Sie

ć z punktem zerowym uziemionym przez reaktancję

W liniach napowietrznych i napowietrzno-kablowych, w których prąd zwarcia doziemnego

przekracza wartości podane w punkcie 2.1(tabela), w celu ograniczenia skutków wywołanych

przepływem prądu zwarcia jednofazowego,

a zwłaszcza zagrożenia porażeniowego w miejscu doziemienia, kompensuje się ten prąd o

charakterze pojemnościowym prądem o charakterze przeciwnym, to znaczy prądem

indukcyjnym. Uzyskuje się to poprzez wytworzenie dla częstotliwości 50Hz zjawiska

rezonansu prądowego pomiędzy pojemnością sieci

i odpowiednio dobraną reaktancją indukcyjną, przyłączoną do punktu zerowego tej sieci.

Wartość reaktancji powinna zapewniać kompensację składowej podstawowej o częstotliwości

50Hz pojemnościowego prądu zwarcia, w takim stopniu aby umożliwić samoczynne

wygaszenie łuku zwarcia w powietrzu oraz skuteczne ograniczenie napięć rażenia w miejscu

doziemienia.

W praktyce najczęściej do tego celu wykorzystywane są olejowe dławiki ze szczeliną

powietrzną zwane cewkami Petersena lub dławikami gaszącymi, ze względu na działanie

ułatwiające gaszenie łuku prądu ziemnozwarciowego.

Rzadziej stosowane są specjalne transformatory gaszące systemu Baucha lub systemu

Reithoffera, gdyż są to urządzenia znacznie kosztowniejsze.

Charakterystyczną cechą sieci z punktem zerowym uziemianym przez reaktancję, podobnie

jak dla sieci z izolowanym punktem zerowym jest występowanie podczas zwarcia

jednofazowego asymetrii napięć fazowych.

W przypadku bezpośredniego doziemienia jednej fazy, w pozostałych fazach ustalają się

napięcia względem ziemi o wartości napięcia międzyprzewodowego

i utrzymują się do czasu wyłączenia zwarcia.

Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych

- 9 -

B

N

A

C

Z

U

U

C

B

0

U

I = I'

0

0

I"

0N

I"

0 C

Rys. 6 wektorowy prądów i napięć przy doziemieniu fazy A z dokładną kompensacją

U

I

I

I

resztk

L

C(0)

Rys. 7 Wykres wektorowy prądów przy zwarciu doziemnym w sieci ze skompensowanym punktem

neutralnym

Z

Rys. 8 Rozpływ składowej zerowej prądu ziemnozwarciowego w sieci promieniowej w przypadku

kompensacji dokładnej za pomocą dławika

Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci

- 10 -

Dla zapewnienia odpowiednich warunków pracy zabezpieczeń ziemnozwarciowych sieci z

punktem uziemionym przez reaktancję wymusza się przez określony czas przepływ

dodatkowej składowej czynnej lub biernej

w doziemionym prądzie zwarcia ( automatyka AWSC i AWSB ) lub przerywa się na

określony czas przepływ prądu kompensacyjnego ( automatyka APK ). Wymuszenie

składowej czynnej w doziemionym prądzie zwarcia uzyskuje się za pomocą rezystora

wymuszającego (rys.2.2.4).

2

R

3I

0

3 x 380V

potrzeby w

łasne

SN

2

4

TUONb

TUOHb

DGONb

2

R

3I

0

3 x 380V

potrzeby w

łasne

SN

2

4

TBN

3U

0

3U

0

2

R

3I

0

3 x 380V

potrzeby w

łasne

SN

2

4

3U

0

TUONb

AWP

40/20

Pe

2Pe

Rys. 9 Wymuszanie składowej czynnej w doziemnym prądzie zwarcia

Przy uziemianiu punktu zerowego sieci przez reaktancję indukcyjną obowiązują następujące

zasady:

1. Urządzenia gaszące powinny być instalowane w węzłowych punktach

kompensowanej sieci, najlepiej w stacjach transformatorowo-rozdzielczych zestrojone

w ten sposób, aby w przyjętym układzie sieci, prąd zwarciowy pojemnościowy nie

przekraczał 200A.

2. W sieci o zimnozwarciowym prądzie pojemnościowym większym niż 60A zalecane

jest stosowanie co najmniej dwóch dławików gaszących.

3. Niezależnie od wartości napięcia prąd resztkowy sieci nie powinien przekraczać 30A.

4. Rozstrojenie sieci kompensowanej powinno być utrzymane w granicach -5%

÷ +5%

wyłączając z tej reguły krótkotrwałe stany przejściowe

W sieciach o dużej asymetrii pojemnościowej zaleca się utrzymywanie rozstrojenia sieci w

granicach +5%

÷15%, czyli:

%

100

⋅

−

=

C

C

L

I

I

I

s

[4]

Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych

- 11 -

s – współczynnik rozstrojenia sieci;

I

L

- całkowity prąd indukcyjny urządzeń kompensacyjnych przyłączonych do sieci;

I

c

– sumaryczny pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego sieci.

2.3. Sie

ć z punktem zerowym uziemianym przez rezystancję

W celu poprawienia wybiórczości wyłączania uszkodzonych odcinków sieci, uprościć

zabezpieczenia ziemnozwarciowe i tym samym zwiększyć ich niezawodną pracę, a

jednocześnie dla ograniczenia występujących przepięć, włącza się miedzy naturalny lub

„sztuczny” punkt zerowy sieci i ziemię wysoko napięciowy rezystor uziemiający.

W sieci z punktem zerowym uziemionym przez rezystancję, wartości napięć względem ziemi

przy zwarciach doziemnych ustalają się w zakresie od napięcia fazowego do napięcia

międzyprzewodowego. Wartości te zależą od rezystancji rezystora uziemiającego

przyłączonego do punktu zerowego sieci.

Rezystor uziemiający dobiera się tak, aby wartość prądu doziemnego

w czasie metalicznego zwarcia do uziomu stacji elektroenergetycznej nie przekraczała 500A.

Wartość wymaganej rezystancji rezystora uziemiającego określa następująca zależność:

500

3

⋅

=

N

U

R

[5]

U

N

– napięcie znamionowe sieci, która ma pracować z punktem zerowym uziemionym przez

rezystancję;

R – wymagana wartość rezystora uziemiającego ograniczającego prąd zwarcia doziemnego

do wartości 500A.

Zwiększenie tej wartości ponad 500A dałoby możliwość dalszego uproszczenia układów

zabezpieczeń poprzez rezygnację z filtrów składowej zerowej prądu

i bazowanie wyłącznie na trójfazowych przekaźnikach nadprądowych jako ochronie od zwarć

doziemnych i wielofazowych. Jednakże istotne polepszenie warunków pracy zabezpieczeń

ziemnozwarciowych spowodowałoby jednocześnie zmianę warunków bezpieczeństwa

porażeniowego.

Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci

- 12 -

B

N

A

C

Z

U

U

C

B

A

U

B

N

A

C

I"

I

0

0

Z

U

U

C

B

0

U

U =E

A

I'

0

0

U = -E

A)

B)

Rys. 10 Wykresy napięć i prądów dla sieci z punktem zerowym uziemionym przez rezystor

wysokonapięciowy: A) stan pracy normalny; B) stan doziemienia

2.4. Sie

ć ze skutecznie uziemionym punktem zerowym

Sieć elektroenergetyczna ze skutecznie uziemionym punktem zerowym zapewnia w

dowolnych warunkach ruchowych, przy doziemieniu jednego z przewodów fazowych,

ograniczenie napięć doziemnych pozostałych dwóch niedoziemionych przewodów fazowych.

Stopień skuteczności uziemienia punktu zerowego określa:

• współczynnik uziemienia k

u

’

równy stosunkowi największej wartości napięcia między

zdrową fazą, a ziemią podczas zwarcia doziemnego do wartości napięcia

międzyprzewodowego przed zakłóceniem lub

• współczynnik zwarcia doziemnego k

e

równy stosunkowi największej wartości

napięcia między zdrową fazą, a ziemią podczas zwarcia doziemnego do wartości

napięcia fazowego, które wystąpiłoby w tym samym miejscu sieci w normalnych

warunkach ruchowych bez zwarcia.

Współczynnik zwarcia doziemnego k

e

jest większy od współczynnika uziemienia k’

u

razy

3 . Wartość współczynnika k’

u

podaje się w %, gdyż określa on wymaganą procentową

wartość izolacji doziemnej względem izolacji międzyprzewodowej.

Praktycznie każdy transformator energetyczny o górnym napięciu 110, 220

lub 400kV posiada wyprowadzony punkt gwiazdowy i jest przystosowany do uziemiania

powyższego punktu za pomocą odłącznika z napędem ręcznym.

Pożądane jest uziemianie punktu gwiazdowego transformatorów w stacjach szynowych

wielosystemowych tak, aby przynajmniej jeden z transformatorów

z uziemionym punktem gwiazdowym pracował na każdym systemie szyn zbiorczych.

Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych

- 13 -

Nie należy uziemiać punktu gwiazdowego transformatorów w stacjach bezwyłącznikowych i

jednowyłącznikowych oraz w rozdzielniach o układzie H1.

Punkt gwiazdowy transformatorów w rozdzielniach o układzie H2, H3, H4 i H5 może być

uziemiany, ale tylko na jednym z transformatorów pracujących w tej stacji.

W sieci elektroenergetycznej pracującej ze skutecznie uziemionym punktem zerowym prądy

zwarcia uzależnione są od mocy zwarcia w danym punkcie systemu, rodzaju zwarcia

i impedancji pętli zwarcia. Spodziewaną wartość prądu zwarcia w danym punkcie sieci można

obliczyć na podstawie mocy zwarcia S

Z

, według zależności: [2] i [3] oraz:

(

)

f

Z

f

Z

I

I

3

1

0

,

1

6

,

0

⋅

÷

=

[6]

Dla występujących w praktyce mocy zwarciowych każdy rodzaj zwarcia w sieci

elektroenergetycznej ze skutecznie uziemionym punktem zerowym powoduje przepływ prądu

zwarcia rzędu kiloamperów.

3. Praca niepe

łnofazowa

Praca niepełnofazowa systemu elektroenergetycznego tworzącego w normalnych warunkach

pracy symetryczny układ trójfazowy, to praca z przerwą w jednej lub dwóch fazach.

Powodem pracy niepełnofazowej może być:

• zerwanie przewodu roboczego;

• przepalenie mostka na słupie linii napowietrznej;

• brak styku na połączeniu szczęki z nożem bieguna odłącznika;

• niezgodność w położeniu styków wszystkich biegunów wyłącznika;

• przerwa w uzwojeniu roboczym przekładnika prądowego, transformatora, generatora

lub innego urządzenia;

• zerwanie lub przepalenie bezpiecznika topikowego.

4. Opis modelu laboratoryjnego

Stanowisko służące do wyznaczania wartości prądów i napięć podczas zwarć przedstawia

model linii napowietrznej wysokiego i średniego napięcia z izolowanym oraz uziemianym

punktem zerowym.

Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci

- 14 -

D

ław

ik

R

ezy

st

o

r

Transformator

L

L

L

1

2

3

Za

łącz Wyłącz

C

WG

V

V

V

L

1

L

3

L

2

B

B

b

b

a

a

b

b

a

a

a

A

B

b

a

b

A

A

A

A

A

A

A

A

A

s

1

s

2

s

1

s

2

s

1

s

2

P

1

P

2

P

2

P

1

P

2

P

1

C

2

C

1

C

1

C

2

C

1

C

2

Rys. 11 Widok płyty czołowej stanowiska do badania układów pracy przekładników

5. Pomiary wykonywane na modelu laboratoryjnym

5.1. Pomiar napi

ęć

Elektroenergetyczne przekładniki napięciowe najczęściej stosowane są w sieciach

trójfazowych. Najczęściej stosuje taki układ połączeń przekładników, by mierzyć napięcia

wszystkich trzech faz.

Podstawowym wymaganiem stawianym przekładnikom napięciowym jest to, aby jeden punkt

galwanicznie połączony z uzwojeniem wtórnym był uziemiony.

Ma to na celu ochronę urządzeń przyłączonych do uzwojeń wtórnych od przepięć oraz

personelu przed niebezpieczeństwem porażenia.

Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych

- 15 -

L1

L2

L3

A

A

A

B

B

B

b

b

b

1

1

1

a

a

a

1

1

1

100V

100V

100V

b

b

b

2

2

2

a

a

a

2

2

2

U

R

+U

S

+U

T

= 3U

0

3

100

/

100

/

3

N

u

U

n

=

V

V

V

Rys. 12 Układ połączeń przekładników napięciowych

Układ trójprzekładnikowy jest to najbardziej rozbudowany układ. Zastosowano w nim

przekładniki o dwóch uzwojeniach wtórnych. Jedno z tych uzwojeń o napięciu znamionowym

U

N

/ 3 V służy do połączenia w gwiazdę. Na zaciskach wyjściowych tej gwiazdy mierzy się

napięcia fazowe i międzyprzewodowe. Drugie uzwojenie, o napięciu 100/3V, tworzy z

odpowiednimi uzwojeniami pozostałych przekładników otwarty trójkąt, służący do pomiaru

składowej zerowej napięć pierwotnych. Różnica w napięciach znamionowych obydwu

uzwojeń wtórnych ma swoje uzasadnienie. Dąży się do tego, by w przypadku, gdy składowa

zerowa napięć pierwotnych jest równa napięciu znamionowemu, sygnał na zaciskach

otwartego trójkąta wynosił 100V, co ma związek ze standaryzacja zakresów aparatury

zabezpieczającej i pomiarowej.

Układ z rys. 12. stosowany jest we wszystkich układach pracy w ćwiczeniu.

Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci

- 16 -

5.2. Pomiar pr

ądów w układzie połączeń przekładników

pr

ądowych w pełną gwiazdę

Układ połączeń w gwiazdę jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych układów.

Stosowany jest do zabezpieczeń nadmiarowo-prądowych. Pozwala on na pomiar nie tylko

prądów w przewodach fazowych, lecz i prądu sumarycznego, co ma duże znaczenie, jeżeli

chodzi o zabezpieczenie od zwarć z ziemią. Przy pracy normalnej prąd gałęzi zerowej równa

się zeru, co można zapisać:

0

=

+

+

−

−

−

T

S

R

I

I

I

[

7

]

Przy zwarciu z ziemią lub przy asymetrii pojemnościowej, ten stan zostaje zakłócony, co

można zapisać:

N

T

S

R

I

I

I

I

−

−

−

−

−

=

+

+

[

8

]

Układ połączeń w gwiazdę ma następujące zalety:

− reaguje na wszelkiego rodzaju zwarcia z jednakową czułością;

− w przypadku zwarć międzyfazowych pracuje pewnie, gdyż pobudza do działania

przynajmniej dwa przekaźniki.

Wadą tego układu jest duży koszt ( potrzeba stosowania trzech przekładników oraz trzech lub

czterech przekaźników) i wyłączanie w przypadku podwójnych zwarć z ziemią obu punktów

zwarciowych, jeżeli przekaźniki wyłączające mają takie samo opóźnienie czasowe.

Współczynnik schematowy k

sch

jest równy jedności.

1

=

=

I

I

k

P

sch

[9]

5.2.1. Pomiary

Zestawiamy układ wg rys. 13 i mierzymy prądy przy zwarciach w sieciach ze skutecznie

uziemianym punktem zerowym.

Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych

- 17 -

i

i

R

S

L1

L2

L3

3i

0

A

A

A

A

A

A

A

P

1

P

1

P

1

P

2

P

2

P

2

S

1

S

2

S

1

S

1

S

2

S

2

i

T

Rys. 13 Układ połączeń w pełną gwiazdę oraz wykres prądów

Wykonujemy kolejno zwarcia poszczególnych faz z ziemią.

Pomiary zestawiamy w tabeli:

Strona pierwotna

Strona wtórna

I

1

I

2

I

3

I

11

I

22

I

33

I

0

U

1

U

2

U

3

U

12

U

13

U

23

U

1

U

2

U

3

U

12

U

13

U

23

A A A A A A A V V V V V V V V V V V V

5.3. Pomiar pr

ądów w układzie połączeń przekładników

pr

ądowych w niepełną gwiazdę

Układ połączeń w niepełną gwiazdę inaczej zwany też jako układ „V” stosuje się

w sieciach z izolowanym punktem zerowym, gdyż nie reaguje na zwarcia z ziemią tej fazy,

w której nie ma przekaźnika. Prawidłowo działa przy zwarciach dwu i trójfazowych.

Współczynnik schematu k

sch

jest równy jedności.

1

=

=

I

I

k

P

sch

[10]

Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci

- 18 -

5.3.1. Pomiary

Zestawiamy układ wg rys. 13 i mierzymy prądy przy zwarciach w sieciach z izolowanym

punktem zerowym.

i

R

L1

L2

L3

A

A

A

A

A

A

i

R

i

T

P

1

P

1

P

2

P

2

S

1

S

1

i

T

S

2

S

2

Rys. 14 Układ połączeń niepełnej gwiazdy ( układ V ) oraz wykres prądów

Wykonujemy kolejno zwarcia poszczególnych faz z ziemią oraz zwarcia międzyfazowe.

Pomiary zestawić w tabeli:

Strona pierwotna

Strona wtórna

I

1

I

2

I

3

I

11

I

33

I

0

U

1

U

2

U

3

U

12

U

13

U

23

U

1

U

2

U

3

U

12

U

13

U

23

A A A A A A V V V V V V V V V V V V

5.4. Pomiar pr

ądów w układzie połączeń przekładników

pr

ądowych Holmgreena

Układ Holmgreena lub tzw. filtr składowych zerowych prądów służy do wykrywania zwarć z

ziemią. Przez przekaźnik płynie prąd stanowiący sumę geometryczną prądów przewodowych.

Przy symetrii układu prąd ten (jeżeli nie uwzględniać małego prądu powodowanego przez

niejednakowe uchyby przekładników) jest równy zeru. W celu uniknięcia wpływu uchybów

wszystkie trzy przekładniki powinny być jednakowe oraz mieć jednakowe i jak najmniejsze

obciążenie.

Układ ten stosowany jest w sieciach z izolowanym punktem zerowym. Przy badaniu układu

Holmgreena należy dodatkowo załączyć linię, która z linią pokazaną na tablicy czołowej

stanowiska ( rys. 11), tworzy układ promieniowy sieci.

Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych

- 19 -

Współczynnik schematu k

sch

jest równy zeru.

0

=

=

I

I

k

P

sch

[11]

T

S

R

P

I

I

I

I

−

−

−

−

+

+

=

[12]

5.4.1. Pomiary

Zestawiamy układ wg rys. 15 i mierzymy prądy przy zwarciach w sieciach z izolowanym

punktem zerowym.

i

i

i

R

T

S

L1

L2

L3

3i

0

A

A

A

A

P

2

P

2

P

2

S

2

S

2

S

2

S

1

S

1

S

1

P

1

P

1

P

1

Rys. 15 Układ połączeń Holmgreena oraz wykres wskazowy

Wykonujemy kolejno zwarcia poszczególnych faz z ziemią oraz zwarcia międzyfazowe.

Pomiary zestawić w tabeli:

Strona pierwotna

Strona wtórna

I

1

I

2

I

3

I

0

U

1

U

2

U

3

U

12

U

13

U

23

U

1

U

2

U

3

U

12

U

13

U

23

A A A A V V V V V V V V V V V V

5.5. Pomiar pr

ądów w układzie połączeń przekładników

pr

ądowych różnicowym porzecznym

Układ różnicowy porzeczny lub inaczej zwany krzyżowym stosuje się w sieciach z

izolowanym punktem zerowym, gdyż nie reaguje on na zwarcie z ziemią fazy bez

przekładnika. Prąd płynący przez przekaźnik w przypadku zwarcia faz, w których są

umieszczone przekładniki, będzie dwa razy większy od prądu w czasie zwarcia fazy, w której

Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci

- 20 -

zainstalowany jest przekładnik z fazą bez przekładnika. Przy zwarciu trójfazowym prąd

będzie o 3 razy większy od prądu przy zwarciu fazy z przekładnikiem z fazą bez

przekładnika. Przekaźnik działa zatem z różną czułością przy różnych rodzajach zwarć

międzyprzewodowych.

Współczynnik schematu k

sch

jest równy 3 .

3

=

−

=

=

−

−

−

I

I

I

I

I

k

T

R

P

sch

[13]

5.5.1. Pomiary

Zestawiamy układ wg rys. 16 i mierzymy prądy przy zwarciach w sieciach z izolowanym

punktem zerowym.

i

i

R

T

L1

L2

L3

A

A

A

A

i

R

i

T

S

2

P

1

P

1

S

2

S

1

S

1

P

2

P

2

Rys. 16 Układ połączeń krzyżowy i wykres prądów

Wykonujemy kolejno zwarcia poszczególnych faz z ziemią oraz zwarcia międzyfazowe.

Pomiary zestawiamy w tabeli:

Strona pierwotna

Strona wtórna

I

1

I

2

I

3

I

0

U

1

U

2

U

3

U

12

U

13

U

23

U

1

U

2

U

3

U

12

U

13

U

23

A A A A V V V V V V V V V V V V

Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych

- 21 -

5.6. Praca niepe

łnofazowa

5.6.1. Pomiary

Korzystamy z układu wg rys.

11 i mierzymy napięcia podczas symulacji pracy

niepełnofazowej.

Tabela pomiarów:

Strona pierwotna

Strona wtórna

U

1

U

2

U

3

U

12

U

13

U

23

U

1

U

2

U

3

U

12

U

13

U

23

V V V V V V V V V V V V

6. Opracowanie wyników pomiarów

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów należy narysować wykresy wskazowe prądów i

napięć dla przypadku podanego przez prowadzącego ćwiczenia.

7. Bibliografia

1.

A. Wiszniewski „Przekładniki w elektroenergetyce” WNT Warszawa1982r.

2.

K. Sokalski „Przekładniki prądowe” PWT Warszawa 1955r.

3.

K. Borkiewicz „ Automatyka zabezpieczeniowa regulacyjna i łączeniowa w systemie

elektroenergetycznym” Bielsko-Biała 1991r.

4.

W. Kotlarski, J. Głąb „ Aparaty i urządzenia elektryczne” WSiP Warszawa1999r

5.

Praca zbiorowa „ Poradnik Inżyniera Elektryka” tom 2 i 3 WNT Warszawa1996r.

6.

W. Starczakow „Przekładniki” PWT Warszawa1959r.

7.

T. Henig „ Urządzenia elektryczne dla eletroenergetyków” PWSZ 1969r.

Normy:

PN ICE 185+A1:1994 „Przekładniki prądowe”

PN ICE 186+A1:1994 „Przekładniki napięciowe”