POLITECHNIKA LUBELSKA

Wydział Elektrotechniki i Informatyki

Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń

Instrukcja Laboratoryjna

Badanie cyfrowych zabezpieczeń firmy ABB, na przykładzie

terminala zabezpieczeniowego REF 543

Lublin 2007

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, zasadą działania, sposobami
nastawiania i właściwościami eksploatacyjnymi cyfrowego urządzenia
zabezpieczeniowego REF 543.

Zadania do wykonania w domu

:

Dobrać komplet nastaw zabezpieczeń do ochrony linii napowietrznej SN. Dobrać
przekładnie przekładników prądowych. Obliczyć wartości prądów rozruchowych
zabezpieczeń oraz dobrać czasy ich działania. Dla wybranych nastaw wyznaczyć
współczynniki czułości. Przyjąć, że jako filtr składowej zerowej prądu zastosowano
układ Holmgreena przekładników prądowych o przekładni 100/5.

Dane do obliczeń:

Zestaw 1:
U

n

= 30kV, prąd dopuszczalny długotrwale dla linii I

dd

= 240A, moc zwarciowa systemu

S

z

= 80MVA, długość linii l=28km, parametry jednostkowe x

1

’=0,43Ω/km,

r

1

’=0,35Ω/km, prąd własny zabezpieczanej linii I

wc

=1.85A, całkowity pojemnościowy

prąd zwarcia z ziemią I

zc

=35A.

Zestaw 2:
U

n

= 20kV, prąd dopuszczalny długotrwale dla linii I

dd

= 250A, moc zwarciowa systemu

S

z

= 70MVA, długość linii l=20km, parametry jednostkowe x

1

’=0,43Ω/km, r

1

’=0,35/km,

prąd własny zabezpieczanej linii I

wc

=0,88A, całkowity pojemnościowy prąd zwarcia z

ziemią I

zc

=38A.

Zestaw 3:
U

n

= 30kV, prąd dopuszczalny długotrwale dla linii I

dd

= 260A, moc zwarciowa systemu

S

z

= 90MVA, długość linii l=26km, parametry jednostkowe x

1

’=0,43Ω/km,

r

1

’=0,35Ω/km, prąd własny zabezpieczanej linii I

wc

=1,72A, całkowity pojemnościowy

prąd zwarcia z ziemią I

zc

=32A.

Zestaw 4:
U

n

= 20kV, prąd dopuszczalny długotrwale dla linii I

dd

= 245A, moc zwarciowa systemu

S

z

= 200MVA, długość linii l=30km, parametry jednostkowe x

1

’=0,43Ω/km,

r

1

’=0,35Ω/km, prąd własny zabezpieczanej linii I

wc

=1,32A, całkowity pojemnościowy

prąd zwarcia z ziemią I

zc

=37A.

Zestaw 5:
U

n

= 30kV, prąd dopuszczalny długotrwale dla linii I

dd

= 255A, moc zwarciowa systemu

S

z

= 100MVA, długość linii l=32km, parametry jednostkowe x

1

’=0,43Ω/km,

r

1

’=0,35Ω/km, prąd własny zabezpieczanej linii I

wc

=2,12A, całkowity pojemnościowy

prąd zwarcia z ziemią I

zc

=34A

Spis treści:

1

Wstęp .................................................................................................................................. 4

2

Zabezpieczenia sieci elektroenergetycznych ..................................................................... 5

3

Opis stanowiska laboratoryjnego ..................................................................................... 10

3.1

Wprowadzanie nastaw zabezpieczeń ......................................................................... 14

4

Przebieg ćwiczenia ........................................................................................................... 16

4.1

Badanie funkcji zabezpieczenia NOC3 .................................................................. 16

4.1.1

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne ........................................................ 16

4.1.2

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne ............................................................. 16

4.1.3

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne NOC3Low oparte na charakterystyce

czasowo prądowej zależnej .............................................................................................. 17

4.2

Badanie zabezpieczeń ziemnozwarciowych ........................................................... 18

4.2.1

Badanie funkcji zabezpieczenia ziemnozwarciowego NEF1Low ..................... 18

4.2.2

Zabezpieczenie ziemnozwarciowe oparte na kryterium kątowym DEF2Low .. 19

5

Uwagi końcowe ................................................................................................................ 19

1

Wstęp

Terminal REF 543 firmy ABB jest urządzeniem cyfrowym, którego można używać do

sterowania, zabezpieczania, nadzoru i pomiarów w sieciach średnich oraz wysokich napięć.
Przeznaczony jest one do pracy w różnych układach sieciowych np. jednoszynowych,
dwuszynowych oraz układach typu duplex. Funkcje zabezpieczeniowe terminala pozwalają
na pracę w różnych sieciach np. izolowanych czy kompensowanych. Funkcjonalność
terminala zależy od jego fizycznego wyposażenia. Na panelu czołowym terminala znajduje
się wyświetlacz graficzny MMI, na którym pokazywane są aktualne stany odłączników
i wyłączników. Istnieje również możliwość przesyłu tych informacji do systemu nadrzędnego.
Obiekty sterowalne, jak np. wyłączniki, mogą być zamykane i otwierane przez zdalny system
sterowania. Przez łącze szeregowe przesyłane są informacje o stanach łączników oraz
komendy sterujące. Dzięki przyciskom, które znajdują się na panelu czołowym terminala
można nim sterować lokalnie. Terminal został zaprojektowany, jako zabezpieczenie
selektywne, chroniące linie elektroenergetyczne przed zwarciami międzyfazowymi
i doziemnymi. Terminal może zostać również wyposażony w funkcje SPZ. Dodatkowo może
także realizować niestandardowe funkcje jak np. zabezpieczenia, których działanie opiera się
na pomiarze częstotliwości lub napięcia, zabezpieczenia silnikowe czy też zabezpieczenia od
przeciążeń cieplnych. Terminal REF 543 mierzy napięcia fazowe i międzyfazowe, prądy
fazowe, napięcie zerowe oraz prąd zerowy, częstotliwość i moc. Moce wyliczane są na
podstawie mierzonych prądów i napięć. Mierzone wartości mogą być prezentowane lokalnie
oraz zdalnie, mogą byś także wyskalowane do wielkości pierwotnych (przeliczone na stronę
pierwotną przekładników prądowych).

2

Zabezpieczenia sieci elektroenergetycznych

Podczas pracy systemu elektroenergetycznego jego elementy narażone są na wiele

zakłóceń. Najgroźniejszymi zakłóceniami są zwarcia, przy czym wyróżnia się zwarcia
międzyfazowe (tzw. wielkoprądowe), oraz zwarcia doziemne, które w sieciach SN mają
zwykle charakter zwarć małoprądowych. Linie elektroenergetyczne powinny być chronione
przez zwarciami. Do ochrony stosuje się następujące zabezpieczenia:

1. Przy zwarciach wielkoprądowych są to:

a) zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne,

b) zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne,

c) zabezpieczenie nadprądowe z blokadą kierunkową,

Przy zwarciach małoodpadowych są to:

a) zabezpieczenia admitancyjne,

b) zabezpieczenia napięciowe zerowe,

c) zabezpieczenia prądowe zerowe,

d) zabezpieczenia kierunkowe: mocowe zerowe lub prądowe zerowe.

Najdłuższy czas trwania zwarcia trójfazowego, jaki jest dopuszczalny oraz wynika

z warunków równowagi dynamicznej dla systemów o najwyższych napięciach wynosi od 0,1
do 0.35s. Jest to czas, w którym element dotknięty zwarciem powinien być odłączony od
pozostałych elementów systemu. W sieciach SN czasy te mogą być dłuższe.

Jak już wspomniano w systemie elektroenergetycznym mogą występować zwarcia

wielkoprądowe. Są to miedzy innymi:

a) zwarcia międzyfazowe lub międzyfazowe doziemne,

b) zwarcia podwójne doziemne w sieciach gwiazdowych izolowanych lub uziemionych

przez wielką impedancję,

c) zwarcia jednofazowe w sieciach o punkcie neutralnym uziemionym bezpośrednio lub

przez niewielką impedancję (są to zwykle sieci najwyższych napięć).

Zwarcia wielkoprądowe wykrywa się wykorzystując następujące wartości pomiarowe:
a) prąd fazowy lub różnica prądów fazowych,

b) prąd zerowy (w sieciach najwyższych napięć pracujących z bezpośrednio uziemionym

punktem naturalnym),

c) składowa przeciwna prądów fazowych,

d) prąd różnicowy,

e) impedancja pętli lub półpętli zwarciowej.

Podczas wykrywania zwarć małoprądowych doziemnych wykorzystuje się następujące

wielkości elektryczne:

a) ustalone przebiegi prądów i napięć zerowych oraz kąty fazowe miedzy nimi,

b) impedancje,

Zabezpieczenia sieci elektroenergetycznych

- 6 -

c) wyższe harmoniczne zawarte w prądzie zerowym,

d) przejściowe przebiegi prądów i napięć zerowych

Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa ma do spełnienia wiele zadań.

Jednym z nich jest wyłączenie zwarć wielkoprądowych tak, aby cieplny prąd zwarciowy
oddziaływał jak najkrócej na elementy znajdujące się w pobliżu jego występowania. Aby
spełnić ten wymóg stosuje się miedzy innymi zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne. Jest
to zabezpieczenie, które natychmiast wysyła impuls na wyłączenie zabezpieczanego obiektu.
W momencie, gdy zostanie stwierdzone, że została przekroczona wartość rozruchowa I

rb

zabezpieczenia, zostaje wysłany sygnał na wyłączenie wyłącznika i pozbawienie napięcia
obiektu, w którym doszło do zwarcia. Prąd rozruchowy zabezpieczenia bezzwłocznego
oblicza się według wzoru:

b zm

rb

i

k I

I





(2.1)

gdzie odpowiednio:

I

zm

-

największa wartość prądu zwarciowego płynącego przez punkt

zabezpieczeniowy przy zwarciu trójfazowym na końcu zabezpieczanej linii, ϑ

i

– przekładnia

przekładnika prądowego, k

b

- współczynnik bezpieczeństwa, należy przyjąć 1,2

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne powinno również działać w przypadku

zwarcia na początku zabezpieczanej linii przy zwarciu dwufazowym. W takim przypadku
należy sprawdzić działanie zabezpieczenia na podstawie kryterium czułości:

zmin

c

rb

i

I

k

I





(2.2)

gdzie: I

zmin-

minimalny prąd zwarciowy przy zwarciu dwufazowym na początku

zabezpieczanej linii.

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne nie jest w stanie objąć ochroną całej linii

i dlatego stosuje się dodatkowo zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne. Czas zadziałania
zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego wybiera się w taki sposób, że jest on o stopień
czasowy dłuższy od najdłuższego czasu zadziałania dowolnego z zabezpieczeń odcinków
położonych dalej od źródła zasilającego. Czas stopniowania powinien być jak najkrótszy.
Jego minimalna wartość uwzględnia tzw. czasy własne zabezpieczeń oraz czas wyłączania
wyłącznika. Zależy on w dużym stopniu od konstrukcji przekaźników prądowych
zastosowanych w zabezpieczeniach oraz od konstrukcji wyłączników i zawiera się
w granicach 0,3 - 0,7s.

Prąd rozruchowy I

rz

zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego musi odpowiadać

warunkowi:

b r s dd

rz

i p

k k k I

I

k





(2.3)

Zabezpieczenia sieci elektroenergetycznych

- 7 -

I

dd

– prąd długotrwały obciążeniowy, ϑ

i

- przekładania przekładników prądowych, k

b

-

współczynnik bezpieczeństwa wynoszący 1,2, k

r

-współczynnik rozruchu silników, należy

przyjąć 1,2, k

p

- współczynnik powrotu przekaźników nadprądowych równy 0,95, k

s

-

współczynnik shematowy równy 1 dla układu pełnej i niepełnej gwiazdy przekładników
prądowych.
Aby zabezpieczenie pracowało z należytą czułością, prąd rozruchowy powinien spełniać
równanie:

zmin

rz

i

c

I

I

k





(2.4)

w którym I

zmin

- najmniejsza wartość prądu zwarciowego na końcu zabezpieczanej linii, k

c

-

wymagany współczynnik czułości zabezpieczenia wynoszący 1.5 dla zabezpieczenia
podstawowego.
Cenną zaletą tego zabezpieczenia jest to ze może ono pełnić funkcję zabezpieczenia
rezerwowego w stosunku do innych zabezpieczeń od zwarć wielkoprądowych.

W sieciach elektroenergetycznych oprócz zwarć wielkoprądowych występują również

zwarcia małopradowe, czyli doziemne. Prądy zwarciowe doziemne w sieciach SN mają
mniejsze wartości, przeważnie osiągają wartości około kilkudziesięciu amperów,
maksymalnie do 500A w sieciach z punktem neutralnym uziemionym przez rezystancję.
Prądy te są jednak nadal niebezpieczne dla ludzi, zwierząt nie mówiąc już o tym, że ciągle
istnieje możliwość przekształcenia się takiego zwarcia w zwarcie wielkoprądowe. Dlatego
zwarcia tego typu powinny być szybko i sprawnie wykrywane oraz lokalizowane a następnie
sygnalizowane bądź też eliminowane. Najczęściej zabezpieczenia ziemnozwarciowe
w sieciach SN swoje działanie opierają na pomiarze prądu zerowego lub pomiarze mocy
zerowej.

Zabezpieczenia sieci elektroenergetycznych

- 8 -

Rys 2.1 Schemat sieci a) uogólniony b) zastępczy uproszczony

Rysunek 2.1 przedstawia przykładowy schemat sieci SN. Przy obliczeniach wartości

prądów oraz napięć zerowych trzeba wziąć pod uwagę rezystancję przejścia R

F

przedstawioną

na powyższym rysunku.

nf

0

F

N

3

U

I

R

Z





(2.5)

0

N

0

U

Z I

 

(2.6)

O skuteczności i celowości stosowania zabezpieczeń ziemnozwarciowych, w których

jedynym kryterium jest prąd zerowy decyduje spełnienie warunku czułości opisanego
poniższą zależnością:

zc

wc

b wc

r

i c

i

I

I

k I

I

k







 

(2.7)

We wzorze: I

zc

– prąd zerowy całej sieci (tzw. całkowity pojemnościowy prąd zwarcia z

ziemią), I

wc

– prąd zerowy zabezpieczanego urządzenia (tzw. prąd własny), k

b

– współczynnik

bezpieczeństwa, należy przyjąć 2, I

r

– prąd rozruchowy przekaźnika, k

c

– współczynnik

czułości równy 2,

i



- przekładnia przekładnika prądowego, przyjąć 20.

Są jednak sytuacje, gdzie samo kryterium zerowoprądowe jest niewystarczające,
aby zachować selektywność działania zabezpieczeń. Dlatego stosuje się zabezpieczenia
oparte na kryterium kątowoprądowym. Kryterium to opiera się na wyznaczeniu kierunku
składowej czynnej lub biernej prądu zerowego. Poniżej przedstawione zostały warunki
zadziałania omawianego zabezpieczenia. Dla sieci z izolowanym punktem zerowym jest to
wzór 2.8, natomiast w sieciach kompensowanych 2.9.

0

0

r

cos

I

I





(2.8)

0

0

r

sin

I

I





(2.9)

Zabezpieczenia sieci elektroenergetycznych

- 9 -

Rys 2.2 Charakterystyki rozruchowe przekaźników ziemnozwarciowych z kryterium

kątowoprądowym a) dla sieci skompensowanej b) dla sieci z izolowanym punktem
neutralnym

3

Opis stanowiska laboratoryjnego

Stanowisko laboratoryjne składa się z dwóch elementów: modelu sieci elektroenergetycznej
oraz Terminala REF 543. Na przednim panelu przekaźnika znajduje się wyświetlacz MMI.
Jest to interfejs typu urządzenie – człowiek. Dzięki wyświetlaczowi LCD prezentującemu
rożne obrazy komunikacja z terminalem jest o wiele prostsza i bardziej czytelna.

Rys. 3.1 Panel czołowy terminala REF 543

Na przednim panelu terminala, jak widać na rysunku 3.1, po lewej stronie znajduje się

9 diod LED. 8 z nich jest dowolnie programowalna. Zapalają się, świecą lub migają w trzech
różnych kolorach. Ostatnia dioda służy do sygnalizacji działania blokad lub trybu testowego.
Pod diodami znajduje się przycisk [F], który można dowolnie zaprogramować. Na środku jest
wyświetlacz LCD o rozdzielczości 128 x 160 pixeli. Zawiera on 19 wierszy podzielonych na
2 okna. Okno główne informuje o obiektach, pomiarach, zdarzeniach oraz alarmach sterowań.
Okno pomocnicze dostarcza natomiast informacji o zabezpieczeniach, alarmach związanych
z terminalem oraz wyświetla teksty pomocy. Po prawej stronie znajdują się trzy przyciski,
którymi można sterować obiektami w polu. Pod wyświetlaczem znajdują się trzy diody, które
sygnalizują stany zabezpieczeń. Pierwsza od lewej sygnalizuje stan gotowości, druga
pobudzenie zabezpieczenia a trzecia zadziałanie zabezpieczenia.
Cztery przyciski ze strzałkami, przycisk potwierdzenia [E] oraz kasowania [C] służą
do poruszania się po menu terminala. Na płycie czołowej znajduje się również port
komunikacji szeregowej, który służy do komunikacji z komputerem a także klawisz [R/L],
którym można zmienić sposób sterowania terminalem (zdalny/lokalny).

Opis stanowiska laboratoryjnego

- 11 -

Rys. 3.2 Schemat poziomów menu terminala REF 543

Ekran MMI terminala składa się z dwóch poziomów, użytkownika oraz technicznego. Poziom
użytkownika służy do monitoringu oraz pomiarów, natomiast poziom techniczny do
programowania oraz nastawiania terminala. Na poziomie użytkowym dane wyświetlane
są na czterech ekranach: pierwszy MIMIC - schemat pola, następny MEASUREMENT -
pomiary, ALARM - alarmy oraz EVENT - zdarzenia. Aby przejść z poziomu użytkownika na
techniczny należy na ekranie MIMIC przytrzymać klawisz [E] przez 2 s, następnie podać
hasło „300000” i zaakceptować je klawiszem [E]. Na poziomie technicznym menu jest
podzielone na cztery poziomy: MAIN menu – menu główne, GROUP menu – menu grupy,
SUBGROUP – podgrupy i PARAMETER, czyli menu nastaw (rys 3.2).

Funkcje zabezpieczeniowe terminala, służące do likwidacji zwarć wielkoprądowych,

korzystają z pomiaru prądów fazowych oraz prądu zerowego. Za wykrywanie tego typu zwarć
odpowiedzialne są bloki funkcji bezkierunkowego zabezpieczenia nadprądowego
trójfazowego NOC3Low oraz Noc3High. Bloki tych funkcji zabezpieczają linie od zwarć
dwu i trójfazowych. Mogą one funkcjonować, jako zabezpieczenie nadmiarowo prądowe
i jako zwarciowe z wykorzystaniem zwłoki czasowej dla bloku NOC3Low, gdzie jest również
dostępna charakterystyka zależna IDMT. Zabezpieczenie NOC3High jest zabezpieczeniem
nadmiarowo prądowym bezzwłocznym. Funkcja pobudza się w momencie przekroczenia
prądu w jednej lub więcej faz w stosunku do prądu nastawionego i od razu wysyła sygnał
TRIP na zadziałanie wyłącznika. Jeżeli chodzi o funkcję NOC3Low funkcja ta również
pobudza się po przekroczeniu nastawionego prądu w którejś z faz. Sygnał start przyjmuje
wówczas logiczne „1”. Jeżeli sytuacja ta trwa przez odpowiednio długi czas i przekroczy czas
nastawiony w opcjach konfiguracyjnych terminala, wtedy zadziała sygnał TRIP, który
wyłączy wyłącznik. Funkcja odmierzająca czas jest tylko wtedy aktywna, jeżeli sygnał

Opis stanowiska laboratoryjnego

- 12 -

blokujący BS1 pozostaje nieaktywny. W innym przypadku, tzn. gdy BS1 ma wartość logiczną
„1”, sygnał TRIP jest blokowany.

Charakterystyka zależna dostępna w NOC3Low jest to funkcja zależności prądu i czasu

działania zabezpieczenia. Dla większych wartości prądów czas zadziałania zabezpieczenia
jest krótszy. W terminalu udostępniono cztery międzynarodowe charakterystyki czasowo-
prądowe zależne:

a) silnie odwrócona,

b) odwrócona długoczasowa,

c) normalna odwrócona,

d) bardzo silnie odwrócona.

Zależność pomiędzy czasem zadziałania zabezpieczenia i prądem zasilających przekaźnik
opisuje wzór:

rz

1

k

t

I

I























(3.1)

gdzie: t - czas operacyjny, k – współczynnik czasowy, I – wartość prądu fazowego,
I

rz

- nastawiona wartość prądu rozruchowego zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego.

Wybór odpowiedniej charakterystyki polega na poprawnym doborze wartości parametrów
α oraz β, na podstawie wartości podanych w tabeli 3.4.

Opis stanowiska laboratoryjnego

- 13 -

Tabela 3.1 Wartości stałych α i β

Grupa krzywych czasowo-prądowych

α

β

Normalnie odwrócona

0,02

0,14

Silnie odwrócona

1,0

13,5

Bardzo silnie odwrócona

2,0

80,0

Odwrócona długoczasowa

1,0

120

W terminalu REF 543 za wyłączenie zwarć małoprądowych doziemnych odpowiadają

bloki funkcji: NEF1 oraz DEF2.

Blok NEF1 pełni rolę zabezpieczenia nadprądowego bezkierunkowego

ziemnozwarciowego. Zasada działania tego zabezpieczenia jest bardzo podobna do wcześniej
omawianego zabezpieczenia NOC3. Różnica polega na rodzaju oraz sposobie pobierania
sygnałów prądowych i wartości parametrów rozruchowych. Zabezpieczenie to, jako wielkość
kryterialną, stosuje wartość prądu zerowego, do pomiaru którego stosuje się głownie
przekładniki Ferantiego oraz klasyczne przekładniki prądowe w układzie Holmgreena. Aby
pomiar składowej zerowej był dokładny stosowany przekładnik Ferantiego powinien mieć
przekładnie przynajmniej 70:1.

Blok funkcji DEF2 jest zabezpieczeniem kierunkowym ziemnozwarciowym.

Kryterium identyfikacji zwarć oparte jest na pomiarze prądu zerowego I

0

oraz napięcia

zerowego U

0

. Każde z kryteriów realizuje różne funkcje, które pobudzają się w zależności od

tego, jakie wartości zostaną przekroczone. Blok DEF posiada sześć różnych kryteriów
działania:

a) BasigAng & U

0

,

b) BasigAng,

c) I

0

sinφ & U

0

lub I

0

cosφ & U

0,

d) I

0

sinφ lub I

0

cosφ,

e) Non-dir I

0

,

f) Non-dir U

0

.

Jeżeli zostanie wybrane kryterium „BasigAng & U

0

” blok funkcji DEF będzie realizował

funkcję, której działanie oparte jest na kryterium kątowym i napięcia zerowego. Funkcja ta
pobudzi się, jeżeli:

a) prąd zerowy I

0

przekroczy nastawioną wartość,

b) napięcie zerowe U

0

przekroczy nastawioną wartość,

c) kąt fazowy φ pomiędzy prądem i napięciem zerowym leży w zakresie działania

b

 





 

, gdzie φ

b

jest kątem podstawowym a Δφ określonym sektorem działania.

Jeżeli wybranym kryterium będzie „BasigAng” działanie tej funkcji jest oparte na kącie
fazowym i pobudzi się w przypadku, gdy:

a) prąd zerowy I

0

przekroczy nastawioną wartość,

b) kąt fazowy φ pomiędzy prądem i napięciem zerowym leży w zakresie działania

b

 





 

, gdzie φ

b

jest kątem podstawowym a Δφ określonym sektorem działania.

Funkcje „I

0

sinφ & U

0

” oraz „I

0

cosφ & U

0

” pobudzą się, jeżeli:

Opis stanowiska laboratoryjnego

- 14 -

a) prąd zerowy I

0

sinφ lub I

0

cosφ przekroczy wartość nastawioną,

b) napięcie zerowe U

0

zwiększy się ponad nastawioną wartość.

Funkcja kierunkowa, która oparta jest na charakterystyce „I

0

sinφ” lub „I

0

cosφ” pobudzi się

w przypadku przekroczenia wartości nastawionych.
Kryterium „Non-dir I

0

” oraz „Non-dir U

0

” bloku DEF2 działa w sposób analogiczny do bloku

funkcji NEF1 opisanego wcześniej.

W terminalu nastawy prądowe mają postać jednostek względnych, w których wartość

prądu rozruchowego wyznacza się względem wartości prądu znamionowego zabezpieczenia
(przyjmowanego zwykle jako wartość prądu znamionowego wtórnego przekładników
prądowych). Dla zabezpieczeń nadprądowych prąd znamionowy zabezpieczenia wynosi 5A,
natomiast dla zabezpieczeń ziemnozwarciowych jest równy 0.02A.

r

rnast

n

I

I

I



3.2

We wzorze: I

rnast

– prąd nastawiany w przekaźniku, I

r

– prąd rozruchowy zabezpieczenia,

I

n

– prąd znamionowy zabezpieczenia.

3.1

Wprowadzanie nastaw zabezpieczeń

Po uruchomieniu terminala oraz zasileniu modelu sieci elektroenergetycznej należy

odczekać chwile aż uruchomi się oprogramowanie terminala REF 543. Wprowadzanie
nadstaw do przekaźnika REF może odbywać się dwoma niezależnymi drogami. Pierwsza
metoda polega na zastosowaniu oprogramowania Relay Setting Tool. Drugą metodą jest
wprowadzanie nadstaw za pomocą panelu przedniego przekaźnika wykorzystując klawiaturę
i wyświetlacz. Jest to metoda najprostsza, ale także najbardziej czasochłonna. Aby dokonać
jakichkolwiek zmian w nastawach terminala należy z poziomu użytkownika na ekranie
MIMIC przytrzymać klawisz [E] przez 2 s. Następnie należy podać hasło „300000”
i zaakceptować je klawiszem [E]. Znajdując się na poziomie technicznym można przemieszać
się po dostępnym tutaj menu za pomocą strzałek kierunkowych. Aby dokonać zmian należy
wybrać pozycję PROTECTION LIB. następnie nacisnąć strzałkę w prawo. Znajdując się w
grupie zabezpieczeń należy wybrać zabezpieczenie, które będzie nastawiane i ponownie
nacisnąć strzałkę w prawo. Będąc na poziomie wybranego zabezpieczenia wybiera się
zakładkę SETTING GROUP1. Teraz będąc w ustawieniach zabezpieczenia za pomocą
strzałek i klawisza [E] można zmieniać wartości parametrów konfiguracyjnych danego
zabezpieczenia. Przed wprowadzeniem nowych nastaw należy podać hasło „200000”.
W każdym zabezpieczaniu podstawowym parametrem jest CURRENT START, czyli prąd
zadziałania zabezpieczenia. Dodatkowo przy zabezpieczeniach DEF2Low, NEF1Low oraz
NOC3Low nastawia się czas zwłoki, czyli OPERATE TIME. Aby zabezpieczenie
nadprądowe zwłoczne korzystało z charakterystyki czasowo prądowej zależnej należy
zmienić parametr DEFINITE TIME na EXTERMELY INV. Aby dezaktywować
zabezpieczenie należy pierwszy parametr np. DEFINITE TIME ustawić na NOT IN USE. Po
dokonaniu tych ustawień należy wyjść z poziomu technicznego za pomocą strzałki w lewo
i na końcu użyć klawisza E, przytrzymując go przez 1s i zapisując w ten sposób
wprowadzone zmiany. Na rysunku 3.3 przedstawiony jest schemat menu tworzącego poziom
techniczny.

Opis stanowiska laboratoryjnego

- 15 -

Rys 3.3 Schemat wprowadzania nastaw do terminala

Załącznik nr 1

16

4

Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenie polega na zasymulowaniu różnego rodzaju zwarć i na zaobserwowaniu

reakcji zabezpieczeń w terminalu REF 543 na te zakłócenia. Przed wykonaniem ćwiczenia
należy rozwiązać jedno z zadań z pierwszej strony instrukcji. O ile prowadzący ćwiczenia nie
postanowił inaczej nr zadania odpowiada nr zespołu laboratoryjnego.

4.1 Badanie funkcji zabezpieczenia NOC3

4.1.1 Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne jest realizowane przez funkcje NOC3High. Prąd

rozruchowy tego zabezpieczenia obliczamy według wzoru 2.1. Należy też sprawdzić czy
zabezpieczenie działa z należytą czułością na podstawie wzoru 2.2.Obliczoną wartość prądu
I

rb

podstawiamy do wzoru 3.2, dobieramy nastawę i wprowadzamy ją do przekaźnika (tak jak

zostało to wytłumaczone w poprzednim rozdziale instrukcji oraz rys 3.2 i 3.3) dodatkowo
należy dezaktywować zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne. Wychodzimy z poziomu
technicznego akceptując zmiany i przeprowadzamy symulacje zwarć międzyfazowych,
wyniki notując w tabeli. 4.1.

Tabela 4.1

Prąd rozruchowy zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego I

r

= … A

Miejsce zwarcia

K15

K14

K13

K12

K11

K10

K9

K8

K7

K6

K5

K4

Działanie (0/1)

4.1.2 Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne jest realizowane przez funkcje NOC3Low. Prąd

rozruchowy zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego dobieramy na podstawie wzorów 2.3
oraz 2.4. Obliczoną wartość prądu I

rz

podstawiamy do wzoru 3.2, dobieramy odpowiednią

nastawę i wprowadzamy ją do przekaźnika, w analogiczny sposób jak poprzednio, oraz
ustawiamy czas zadziałania dla tego zabezpieczenia. Dodatkowo należy dezaktywować
zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne. Wychodzimy z poziomu technicznego akceptując
zmiany.
Przeprowadzamy symulacje zwarć międzyfazowych, wyniki notując w tabeli. 4.2.

Tabela 4.2

Prąd rozruchowy zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego I

r

= … A

Miejsce zwarcia

K15

K14

K13

K12

K11

K10

K9

K8

K7

K6

K5

K4

Działanie (0/1)

Załącznik nr 1

17

4.1.3 Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne NOC3Low oparte na charakterystyce

czasowo prądowej zależnej

Zastosowanie charakterystyki czasowo prądowej zależnej jest jednym ze sposobów

zwiększenia selektywności zabezpieczeń nadprądowych. Charakterystyka czasowo prądowa
zależna umożliwia selektywne wyłączanie zwarć w długich, wieloodcinkowych liniach.

Zabezpieczenie nastawiamy w następujący sposób: znajdując się w zabezpieczaniu

NOC3Low i w podgrupie SETTING GROUP1 należy zmienić parametr DEFINITE TIME na
EXTERMELY INV. Wartości czasu i prądu należy pozostawić nastawione z poprzedniego
ćwiczenia. Po dokonaniu tych ustawień należy wyjść z poziomu technicznego za pomocą
strzałki w lewo i na końcu klawisza E, przytrzymując go 1s i zapisując wprowadzone zmiany.

Po wprowadzeniu nastaw należy za pomocą klawiatury terminala przejść do ekranu

EVENTS i poprzez dwukrotnie przytrzymanie klawisz [C] skasować listę zdarzeń. Następnie
należy kolejno symulować zwarcia międzyfazowe, odczytując z amperomierzy prąd zwarcia.
Po zapaleniu się czerwonych diod sygnalizacyjnych z menu EVENTS należy odczytać czas
zdarzeń EO(E1), które odpowiadają za pobudzenie zabezpieczenia oraz zdarzeń E2(E3), które
odpowiadają zadziałaniu danego zabezpieczenia i podania impulsu na sygnalizacje. Różnica
tych dwóch czasów odpowiada zwłoce czasowej dla danej wartości prądu zwarcia. Wyniki
pomiaru należy umieścić w tabeli 4.3.

Załącznik nr 1

18

Na podstawie tabeli 4.3 należy wykreślić charakterystykę czasowo prądową zależną.

Tabela 4.3

Miejsce zwarcia Prąd zwarciowy I

k

Czas pobudzenia E0 Czas zadziałania E2 Zwłoka czasowa

-

A

hh:mm:ss:ms

hh:mm:ss:ms

s

K4

K5

K6

K7

K8

K9

K10

K11

K12

K13

K14

K15

4.2 Badanie zabezpieczeń ziemnozwarciowych

4.2.1 Badanie funkcji zabezpieczenia ziemnozwarciowego NEF1Low

Zabezpieczenia tego typu są stosowane w sieciach SN, gdzie nie zastosowano

kompensacji prądu ziemnozwarciowego. Prąd rozruchowy dobiera się według wzoru
zależności 2.7. Następnie prąd I

r

podstawiamy do wzoru 3.2 i wprowadzamy wyliczona

wartość do przekaźnika. Należy też sprawdzić czy zabezpieczenie DEF2Low jest nieaktywne.
Po wprowadzeniu nastaw należy dokonać zwarć jednofazowych doziemnych w obu liniach
badanej stacji. Wyniki badań zanotować w tabeli 4.5.

Tabela 4.4

Prąd rozruchowy zabezpieczenia nadprądowego zerowego bezkierunkowego I

r

=… A

Miejsce zwarcia

Zwarcie w linii 1

Zwarcie w linii 2

K1

K2

K3

K1

K2

K3

Działanie (0/1)

Załącznik nr 1

19

4.2.2 Zabezpieczenie ziemnozwarciowe oparte na kryterium kątowym DEF2Low

Są sytuacje, gdzie samo kryterium zerowoprądowe jest niewystarczające, aby zachować
selektywność działania zabezpieczeń. Dlatego stosuje się zabezpieczenia oparte na kryterium
kątowoprądowym. Kryterium to opiera się na wyznaczeniu kierunku składowej czynnej lub
biernej prądu zerowego. W celu uruchomienia zabezpieczenia kierunkowego należy nastawić
prąd z poprzedniego zadania oraz dezaktywować zabezpieczenie NEF1Low. Po
wprowadzeniu nastaw należy dokonać zwarć jednofazowych doziemnych w obu liniach
badanej stacji. Wyniki badań zanotować w tabeli 4.5.

Tabela 4.5

Prąd rozruchowy zabezpieczenia nadprądowego zerowego bezkierunkowego I

r

=… A

Miejsce zwarcia

Zwarcie w linii 1

Zwarcie w linii 2

K1

K2

K3

K1

K2

K3

Działanie (0/1)

5

Uwagi końcowe

Przed przystąpieniem do ćwiczenia należy rozwiązać jedno z zadań z pierwszej strony

instrukcji. Podczas przeprowadzania badań należy uzupełnić tabele 4.1 – 4.5. Na ich
podstawie w sprawozdaniu wysnuć wnioski odnoszące się do działania zabezpieczeń, zwrócić
uwagę na zasięg działania zabezpieczenia bezzwłocznego i zwłocznego. Na podstawie tabeli
4.3 narysować charakterystykę czasowo prądową zależną zabezpieczenia nadprądowego
zwłocznego NOC3Low.