MATERIAŁY UZUPEŁNIAJĄCE DO WYKŁADU:

ZABEZPIECZENIA I AUTOMATYKA

W ELEKTROENERGETYCE

(Studia niestacjonarne I stopnia)

(cz. I)

Opracowanie dr inż. Bernard Witek, doc. w Pol. Śl.

Gliwice, 2012

2

Uwaga

W materiałach zamieszczono wybrane tabele oraz rysunki, które należy traktować, jako
uzupełnienie prezentacji przedstawianych podczas zajęć wykładowych, udostępnione
słuchaczom dla usprawnienia toku wykładu.

Materiał jest przeznaczony do użytku własnego Studenta, a intencją wykładowcy jest, aby
każdy Student umieścił go w swoich notatkach, wykorzystując wolne miejsca do notowania
komentarzy podczas wykładu.

3

Zakłócenia w pracy SEE

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

4

Sposoby pracy punktu neutralnego sieci SN

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

X

X

X

k

k

k

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

5

Schemat zastępczy i wykres wektorowy PP [1]

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

6

Zniekształcenie prądu wtórnego PP na skutek nasycenia rdzenia [1]












Układy połączeń PP

7

Przykład niekonwencjonalnego PP: układ wykorzystujący zjawisko Faradaya

Układy połączeń PN

8

Wybrane parametry przekładników prądowych i napięciowych

Tabela 1. Granice błędów prądowego i kątowego przekładników do pomiarów (klasy od 0,1 do 1)

Błąd kątowy przy podanych poniżej procentowych wartościach

prądu znamionowego,

+ lub -

Klasa
dokładności

Procentowy błąd prądowy

(przekładni) przy podanych

poniżej procentowych

wartościach prądu

znamionowego,

+ lub -

minuty

centyradiany

5

20

100

120

5

20

100

120

5

20

100

120

0.1

0,4

0,2

0,1

0,1

15

8

5

5

0,45

0,24

0,15

0,15

0.2

0,75

0,35

0,2

0,2

30

15

10

10

0,9

0,45

0,3

0,3

0.5

1,5

0,75

0,5

0,5

90

45

30

30

2,7

1,35

0,9

0,9

1

3,0

1,5

1,0

1,0

180

90

60

60

5,4

2,7

1,8

1,8

Tabela 2. Granice błędów prądowego przekładników do pomiarów (klasy 3 i 5)

Procentowy błąd prądowy (przekładni) przy podanych poniżej procentowych wartościach prądu

znamionowego, + lub -

Klasa
dokładności

50

120

3

3

3

5

5

5

9

Tabela 3. Granice błędów prądowego i kątowego przekładników do pomiarów dla specjalnych

zastosowań (szczególnie w połączeniu z miernikami mierzącymi poprawnie między 1% a
120% prądu znamionowego)

Błąd kątowy przy podanych poniżej procentowych wartościach

prądu znamionowego,

+ lub -

Klasa
dokładności

Procentowy błąd prądowy

(przekładni) przy podanych

poniżej procentowych

wartościach prądu

znamionowego,

+ lub -

minuty

centyradiany

1

5

20

100

120

1

5

20

100

120

1

5

20

100

120

0.2 S

0,75

0,35

0,2

0,2

0,2

30

15

10

10

10

0,9

0,45

0,3

0,3

0,3

0.5 S

1,5

0,75

0,5

0,5

0,5

90

45

30

30

30

2,7

1,35

0,9

0,9

0,9

UWAGA: Ta tablica ma zastosowanie tylko do przekładników o znamionowym prądzie wtórnym 5A

Tabela 4. Granice błędów prądowego i kątowego przekładników prądowych do zabezpieczeń klasy

5P, 5PR, 5TPE, 10P, 10PR

Klasa

dokładności

Błąd prądowy

przy

znamionowym

prądzie

pierwotnym

%

Błąd kątowy przy

znamionowym prądzie

pierwotnym

Błąd całkowity przy

znamionowym

granicznym prądzie

pierwotnym

%

Błąd szczytowy

chwilowy przy

granicznej

dokładności

%

minuty

centyradiany

5TPE

±1

±60

±1,8

5

10

5P, 5PR

±1

±60

±1,8

5

-

10P, 10PR

±3

-

-

10

-

Przekładnik do zabezpieczeń klasy PR: przekładnik prądowy z ograniczonym współczynnikiem pozostałości
magnetycznej. Klasa dokładności jest określana identyczne jak dla przekładników do zabezpieczeń klasy P.
Przekładnik prądowy elektroniczny – klasa TPE określana jest maksymalnym błędem szczytowym chwilowym
równym 10%, błąd szczytowy chwilowy wynika jednocześnie z błędu przejściowej składowej nieokresowej oraz
składowej przemiennej.

Tabela 5. Wartości graniczne błędów napięciowego i kątowego przekładników napięciowych do

pomiarów

Błąd kątowy ±

Klasa dokładności

Procentowy błąd

napięciowy (przekładni)

±

minuty

centyradiany

0,1

0,1

5

0,15

0,2

0,2

10

0,3

0,5

0,5

20

0,6

1,0

1,0

40

1,2

3,0

3,0

nie określa się

nie określa się

Tabela 6. Wartości graniczne błędów napięciowego i kątowego przekładników napięciowych do

zabezpieczeń

0,02U

n

(0,05-k

t

)U

n

Błąd kątowy

Błąd kątowy

Klasa

dokładności

Procentowy

błąd

napięciowy ±

minuty

centyradiany

Procentowy

błąd

napięciowy ±

minuty

centyradiany

3P

6

240

7

3

120

3,5

6P

12

480

14

6

240

7

10

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne





















Ilustracja warunku selektywności kryterium I

0

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

”

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

11

Kryterium kątowoprądowe jako uzupełnienie kryterium nadprądowego dla umożliwienia
selektywnego wyłączania zwarć wielkoprądowych

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

12

Zakres stosowania kryterium porównawczo-prądowego (różnicowego)

L.p.

Obiekty

Zakres stosowania

Rodzaj zabezpieczenia

1.

Generatory

synchroniczne

pracujące

bezpośrednio na

szyny zbiorcze

P

NG

>2MW

wzdłużne stabilizowane

2.

Generatory

synchroniczne

pracujące w układzie

blokowym

P

NG

≥

25MW

j.w.

3.

Transformatory

S

NT

>5MVA

wzdłużne stabilizowane

z blokadą przy udarach prądu

magnesowania

4.

Bloki generator –

transformator

dla wszystkich

bloków

j.w.

5.

Silniki

P

NS

>2MW

z wyprowadzonymi

6-ma końcami

uzwojeń stojana

wzdłużne stabilizowane i

niestabilizowane

6.

Linie

elektroenergetyczne

ważne linie krótkie

dwustronnie

zasilane

wzdłużne z łączem

7.

Szyny zbiorcze

dla wszystkich

stacji

o napięciu

U

N

≥

220kV

oraz w złożonych

stacjach 110kV

stabilizowane

13

W

y

m

a

g

a

n

e

k

ry

te

ri

a

z

a

b

ez

p

ie

cz

en

io

w

e

w

z

a

le

ż

n

o

śc

i

o

d

m

o

cy

t

ra

n

sf

o

rm

a

to

ra

a)

ty

lk

o

d

la

t

ra

n

sf

o

rm

at

o

ró

w

p

o

d

w

y

ż

sz

aj

ą

cy

ch

n

ap

ię

ci

e

b

)

w

y

łą

cz

n

ie

d

la

t

ra

n

sf

o

rm

at

o

ró

w

w

ie

lo

u

zw

o

je

n

io

w

y

ch

z

as

il

an

y

ch

z

k

il

k

u

s

tr

o

n

c)

g

d

y

z

ab

ez

p

ie

cz

en

ie

n

ad

p

rą

d

o

w

e–

zw

ło

cz

n

e

d

zi

ał

a

z

cz

as

em

t

p

>

0

,7

s

d

)

d

la

t

ra

n

sf

o

rm

at

o

ró

w

p

ra

cu

ją

cy

ch

r

ó

w

n

o

le

g

le

(

Σ

S

r

>

1

0

M

V

A

)

14

Bibliografia

1.

Winkler W., Wiszniewski A.: Automatyka zabezpieczeniowa w systemach
elektroenergetycznych, WNT (wyd. 2), Warszawa, 2004.

2.

Ż

ydanowicz J.: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa, Tom 1 – Podstawy

zabezpieczeń elektroenergetycznych. WNT, Warszawa 1979.

3.

Ż

ydanowicz J.: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa, Tom 2 –

Automatyka eliminacyjna. WNT, Warszawa 1985.

4.

Dawid Z. i inni: Laboratorium elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej,
Skrypt Politechniki Śląskiej nr 2184, Gliwice, 1999.

5.

Praca zbiorowa pod redakcją W. Winklera: Elektroenergetyczna automatyka
zabezpieczeniowa w przykładach i zadaniach. T. 1: Zakłócenia w pracy systemu
elektroenergetycznego i jego elementów. Skrypt Pol. Śl. nr 2380, Gliwice, 2006.

6.

Witek B.: Projektowanie elektroenergetycznych układów przesyłowych. Wybrane
zagadnienia teoretyczne. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2011.