automatyka
tytuł
admitancyjne kryteria
podtytuł
działania zabezpieczeń
Autor
ziemnozwarciowych dla linii SN
Lead
dr hab. inż. Józef Lorenc - prof. nadzw. Politechniki Poznańskiej
nują oceny admitancji w postaci jej
charakterystyki
modułu (Yo) lub jednej z jej składo-
ziemnozwarciowych
wych: konduktancji (Go) lub suscep-
zabezpieczeń
tancji (Bo) [2, 3, 4, 6, 8, 9]. Pozytyw-
admitancyjnych
ne doświadczenia z kilkuletniej ob-
serwacji pracy takich zabezpieczeń
wieloletnich doświadczeń eks- powodują, że interesują się nimi
Zploatacyjnych sieci średniego służby zabezpieczeniowe spółek
napięcia wynika, że występują re- dystrybucyjnych w Polsce. W wie-
Rys. 1 Charakterystyki rozruchowe podstawowych admitancyjnych zabezpieczeń
latywnie często przypadki, w któ- lu produkowanych obecnie cyfro-
ziemnozwarciowych: a) typu Yo>, b) typu Go>
rych stwierdza się słabą efektyw- wych systemach EAZ dla sieci śred-
ność zabezpieczeń ziemnozwarcio- niego napięcia kryteria admitancyj- gdzie: wyznaczone z wartości napięcia Uop
wych. Nieskuteczność automatyki ne stały się standardem. Uo - wartość pomiarowa napięcia i prądu składowej zerowej linii Iop,
p
lokalizującej linie doziemione jest Realizacja techniczna zabezpieczeń składowej zerowej sieci, Yo , Yo - wartości Yop wynikające
p1 p2
szczególnie duża w sieciach z uzie- admitancyjnych jest relatywnie prosta Yo , Go , Bo  wartości admitan- z pomiarów w dwóch różnych sta-
p p p
mionym punktem neutralnym zarówno przy wykorzystaniu elemen- cji, kondyktancji i susceptancji linii nach zwarcia doziemnego (przed i po
przez dławik kompensujący i pod- tów analogowych, jak i w algorytmach
reklama
czas zwarć wysokooporowych lub urządzeń mikroprocesorowych. Nieza-
zakłóceń niestabilnych z łukiem leżnie od konstrukcji decyzje o zadzia-
przerywanym. łaniu lub blokowaniu ziemnozwarcio-
Od wielu lat prowadzone są wych zabezpieczeń admitancyjnych
w wielu ośrodkach badania nad następują w wyniku porównywania
metodami i kryteriami wykrywa- następujących wielkości:
nia doziemionych linii SN. W wy-
Uo e" Uo (1)
niku prowadzonych prac, w ostat- p n
nich kilkunastu latach w Instytucie
Yo e" Yo (2)
p n
Elektroenergetyki Politechniki Po-
znańskiej opracowano nowe zabez-
Go e" Go (3)
p n
pieczenia, w których wielkością po-
miarową i rozruchową są wartości
Bo e" Bo (4)
p n
admitancji zerowej mierzone w li-
niach podczas zwarcia doziemnego.
Yo  Yo e" "Y (5)
p1 p2 n
Kryteria takich zabezpieczeń doko-
Rys. 2 Charakterystyki rozruchowe łączonych zabezpieczeń admitancyjnych:
a) typu Go >, b) typu Bo >
k k
nr 9/ 2004 www. el ektro. i nfo. pl
93
 automatyka
działaniu urządzeń wymuszających działania) zaznaczono kolorem sza-
dodatkowe prądy zwarcia  np. przed rym. Wektory admitancji pomiarowej
i po działaniu AWSCz), wychodzące poza zaznaczone obsza-
Uo , Yo , Go , Bo , Y  wartości ry powodować będą pobudzenie i za-
n n n n n
nastawcze. działanie zabezpieczenia.
Z powyższych kryteriów wynika, Promień okręgu charakterystyki
że admitancyjne zabezpieczenia ziem- na rysunku 1a wynika z wartości
nozwarciowe reagować mogą na: nastawczej i opisuje wartość admi-
nadmiar modułu admitancji (Yo>), tancji wynikającej z parametrów do-
nadmiar konduktancji (Go>), ziemnych zabezpieczanej linii. Cha-
nadmiar susceptancji (Bo>), rakterystyka z rysunku 1b wykazuje
przyrost admitancji ( Yo>). wrażliwość na składowe czynne prą-
Wszystkie kryteria admitancyjne du ziemnozwarciowego i w związku
muszą być powiązane logicznie z na- z tym zabezpieczenie konduktancyj-
pięciowym warunkiem pobudzenia. ne Go> szczególnie dobrze wyko-
To oznacza, że aktywność takich za- rzystuje efekty działania urządzeń
bezpieczeń występuje tylko wtedy, AWSCZ lub uziemienie punktu neu-
gdy napięcie składowej zerowej sie- tralnego sieci przez rezystancję. Na
Rys. 3 Charakterystyki rozruchowe łączonych zabezpieczeń admitancyjnych:
ci Uo jest powyżej wartości nastaw- rysunku 2 przedstawiono charak-
p
a) typu YGo , b) typu GBok , c) typu Yo>
czej (warunek 1). terystyki zabezpieczeń działają-
Warunki działania zabezpieczeń cych na wartość i znak kondyktan-
admitancyjnych ziemnozwarciowych cji Gok> lub susceptancji Bok>. Tego W obecnie produkowanych zabez- we dzięki zastosowaniu urządzeń wy-
wygodnie jest analizować na płasz- typu kryteria mogą pełnić taką samą pieczeniach ziemnozwarciowych ist- muszających dodatkowy prąd zwarcia
czyz
nie liczb zespolonych. Na rysun- funkcję jak klasyczne zabezpieczenia nieje często możliwość łączenia po- doziemnego o odpowiednich parame-
ku 1 przedstawiono charakterystyki kierunkowe czynno- lub biernomo- szczególnych kryteriów w różne lo- trach (np. układy wymuszania składo-
dwóch podstawowych kryteriów Yo> cowe stosowane powszechnie w Pol- giczne kombinacje. Charakterystyki wej czynnej - AWSCz lub wymuszania
i Go>. Obszary blokowania (brak za- sce od wielu lat. zabezpieczeń, których działanie opar- składowej biernej  AWSB).
te jest na połączonych kryteriach Yo>,
reklama
Go>, Gok> i Bok> zaprezentowano praktyczne wykorzystanie
na rysunkach 3a i 3b. Charakterysty-
kryteriów admitancyjnych
ka z rysunku 3a jest wynikiem sumy
logicznej kryteriów Yo> i Go>. Ta- Kryterium Yo>
kie zabezpieczenie kontroluje warto- Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
ści admitancji Yo i ze szczególną wraż- reagujące na moduł admitancji zero-
liwością reaguje na przepływ w ob- wej Yo> porównuje wartości Yo i Yo .
p n
wodzie ziemnozwarciowym prądów Oznacza to, że mogą one zrealizować
czynnych. Natomiast suma wyjść swoje kryteria tylko wtedy, gdy ad-
logicznych kryteriów Gok> i Bok> mitancja pomiarowa przyjmuje war-
tworzy charakterystykę, której obraz tości większe niż własna admitancja
przedstawiono na rysunku 3b. Za- doziemna linii.
bezpieczenie z taką charakterystyką Takie prawidłowości występują:
jest ukierunkowane i czułe przede
w liniach pracujących w sieciach
wszystkim na wektory admitancji Yo o izolowanym punkcie zerowym,
p
pojawiające się w pierwszej ćwiartce dla których pojemnościowy prąd
płaszczyzny zespolonej. doziemny linii jest co najmniej
Warunki pracy zabezpieczenia mniejszy niż 50% (w praktyce
ziemnozwarciowego, którego dzia- ok. 30%) prądu doziemnego sieci,
łanie oparte jest na kryterium przy-
w krótkich liniach napowietrz-
rostu admitancji "Yo> (zależność 5) nych w sieciach z kompensa-
pokazano na rysunku 3c. Wymagany cją prądu ziemnozwarciowego,
przyrost konduktancji lub susceptan- w przypadkach, gdy prąd dławika
cji zerowej mierzonej w linii dotyczy jest większy od prądu pojemno-
zewnętrznego obszaru charakterysty- ściowego sieci lub gdy w sieci sto-
ki. Spełnienie wymagań w zakresie suje się przejściowe włączanie do-
przyrostu admitancji staje się możli- datkowej impedancji uziemiającej
www. el ektro. i nfo. pl nr 9/ 2004
94
(AWSCZ lub AWSB) w celu zwięk- w zabezpieczeniach Bok rozruchowe-
Rezystancje
wykrywane Rezystancje
szenia prądu doziemnego, go członu prądowego umożliwia ich Rezystancje
Prąd
przez kryterium wykrywane
wykrywane
we wszystkich liniach pracujących działanie ze stałą czułością niezależ-
pojemnościowy przez kryterium Yo> Yo> przez kryterium
w sieci z punktem neutralnym nie od wartości rezystancji przejścia
dla Uo = 5% Uzn
linii n
dla Uo = 10% Io>
n
[W]
[A]
trwale uziemionym przez rezystor, w miejscu doziemienia. Uzn [W]
[W]
którego prąd jest równy co do war- Układ kryteriów typu YGo i BGok
a) b) a) b) a) b)
tości lub większy niż prąd pojem- Zabezpieczenie typu YGo uzysku-
5 350 350
nościowy doziemny sieci. je się przez połączenie kryterium mo- 10 170 175
15 100 100
Kryteria konduktancyjne Go> i Gok> dułu admitancji z kryterium konduk-
20 60 50
1000 1600 500 800
Zabezpieczenia o kryteriach Go> tancyjnym. Uzyskuje się wtedy charak-
brak
25 40
wykorzystują efekt zwiększonej war- terystykę rozruchową przedstawioną
działania
tości konduktancji mierzonej w ob- na rysunku 3a. Pozwala ona na prawi- brak
30 20
działania
wodach składowej zerowej linii do- dłową lokalizację linii doziemionych
Tab. 1 Graniczne rezystancje przejścia w miejscu zwarcia doziemnego wykrywane
ziemionej. Zjawisko zwiększenia kon- w sieciach SN o różnych sposobach
przez zabezpieczenia typu Yo> i Io> w poszczególnych liniach w sieci 15 kV
o pojemnościowym prądzie doziemienia 105 A: a) przy uziemieniu punktu neu-
duktancji wystąpi szczególnie silnie łączenia punktu gwiazdowego z zie-
tralnego rezystorem 80 W, b) po wyłączeniu rezystora i przejściu sieci na pra-
w sieciach wyposażonych w układy mią. Ma to bardzo istotne znaczenie cę z punktem neutralnym izolowanym
wymuszania składowej czynnej lub podczas wzajemnego rezerwowania
w sieciach trwale uziemionych przez się sieci o odmiennych uziemieniach z ziemią. W związku z tym znajdują dzeń wymuszających. Komplikuje to
rezystancję. Konduktancyjne kryte- punktów zerowych. Z analizy wartości one zastosowanie przede wszystkim w pewnym stopniu konstrukcje zabez-
rium działania zabezpieczeń ziem- rozruchowych wynika, że w sieciach w sieciach z punktem neutralnym pieczeń realizowanych w technice ana-
nozwarciowych można zrealizować skompensowanych wyposażonych uziemionym przez dławik kompen- logowej, natomiast nie stanowi to żad-
przez porównanie bezwzględnych w urządzenia AWSCZ lub uziemionych sujący (cewka Petersena) i wyposażo- nych problemów przy tworzeniu algo-
wartości Go z nastawą Go i dzięki rezystorem zawsze co najmniej jedno ne w ukałdy AWSCZ lub AWSB. rytmów dla systemów cyfrowych.
p n
temu uzyskuje się obszary działania, z kryteriów uzyska warunki do pobu- Dla stwierdzenia przyrostu admi- Kryteria badające przyrost admi-
które występują po obu stronach osi dzenia. Natomiast po przejściu sieci tancji należy w czasie doziemienia li- tancji po zadziałaniu urządzeń wy-
liczb urojonych płaszczyzny zespolo- w układ pracy o izolowanym punkcie nii mierzyć i pamiętać prądy Io i na- muszających są mniej wrażliwe na
p
nej i nie zachodzi potrzeba fazowa- neutralnym linie mogą być skutecznie pięcie Uo przed i po załączeniu urzą- szumy w obwodach pomiarowych
p
nia zacisków przekaz
nika z zaciska- chronione przez kryteria Yo>.
reklama
mi filtrów składowych zerowych prą- Na rysunku 3b pokazano charakte-
du i napięcia. rystykę zabezpieczenia GBok. Realizo-
W przypadkach, gdy kryterium wane ono jest przez połączenie kryte-
konduktancyjne ma być zastosowane riów Gok i Bok. Takie zabezpieczenia
w liniach zasilanych dwustronnie na- uzyskują dobre warunki do działania
leży ukierunkować charakterystykę w liniach pracujących w sieciach o izo-
rozruchową w obszary I i IV ćwiart- lowanym punkcie zerowym lub uzie-
ki płaszczyzny liczb zespolonych. Re- mionych przez rezystor. Jest to zabez-
alizowane jest wtedy kryterium Gok> pieczenie bardzo przydatne w typo-
(rys. 2a), które wymaga jednak fazo- wych sieciach uziemionych przez re-
wania obwodów wejściowych. zystor, gdyż podczas normalnej pracy
Kryterium susceptancyjne Bok> sieci o zachowaniu się zabezpieczenia
Obszar działania zabezpieczeń re- decyduje kryterium Gok, natomiast
alizujących kryterium susceptancyj- po wyłączeniu awaryjnym rezystora
ne obejmuje najczęściej I i II ćwiart- lub transformatora potrzeb własnych
kę płaszczyzny admitancji rozrucho- i przejściu sieci w stan pracy z izolowa-
wej (rys. 2b). Jest to zatem charak- nym punktem neutralnym rolę decy-
terystyka kierunkowa, gdyż o dzia- denta przejmuje kryterium Bok.
łaniu zabezpieczenia decydują war- Kryterium przyrostu admitancji DYo
tość i znak susceptancji. Tego typu Układy reagujące na przyrost ad-
zabezpieczenia znajdują zastosowa- mitancji nazywane są zabezpiecze-
nie głównie w sieciach o izolowanym niami porównawczo-admitancyjny-
punkcie zerowym. Sposób działania mi i oznaczane literami YYo [1]. Kryte-
tego typu zabezpieczenia jest zbliżo- rium ich działania opiera się na przy-
ny do zabezpieczeń kierunkowych roście admitancji zerowej w linii do-
biernomocowych. Różnice wynikają ziemionej po załączeniu urządzeń wy-
jedynie z faktu, że wyeliminowanie muszających dodatkowy prąd zwarcia
nr 9/ 2004 www. el ektro. i nfo. pl
95
 automatyka
prądu Io. Ze względu na to, że warun- wo-decyzyjnych. Wdrażanie zabezpie- łym rozstrojeniu kompensacji ziem-
literatura
ki nastawcze takich zabezpieczeń nie czeń admitancyjnych do eksploata- nozwarciowej (np. <10%).
zależą od parametrów doziemnych li- cji w polskich sieciach średnich na- W konstrukcjach zabezpieczeń 1. Lorenc J.,Kordus A., Erdchlus-
nii, czułość ich działania zależy tyl- pięć rozpoczęło się kilkanaście lat te- admitancyjnych sygnały decyzyjne schutz fur Mittelspannungsnet-
ko od impedancji urządzeń wymu- mu [7]. Ocenia się, że do połowy roku można poddawać silnemu uśred- zen auf der Basis eines Vergle-
szających. Doświadczenia eksploata- 2004 zainstalowano około 10 000 za- nianiu, co sprzyja pozyskiwaniu wa- iches der Leitungsnulladmittan-
cyjne wykazały, że dla realizacji urzą- bezpieczeń wykonanych w technice runków do ich zadziałania również zen, Elektrie 1985, Nr 5.
dzeń wymuszających mogą być uży- analogowej oraz kilka tysięcy syste- podczas zwarć niestabilnych o łuku 2. Lorenc J., Admitancyjne zabezpie-
te również obciążenia bierne (AWSB). mów cyfrowych, w których realizo- przerywanym. Badania wykazały, że czenia ziemnozwarciowe kompen-
Stwierdzono, że w przypadku zwarć wane są kryteria admitancyjne. Do- chwilowe przerwy w przepływie prą- sowanych sieci średnich napięć,
wysokooporowych wymuszanie prą- tychczasowe doświadczenia z ich du doziemienia w granicach (20-50) Politechnika Poznańska, Rozpra-
du indukcyjnego może być efektyw- pracy są bardzo pozytywne. W wielu milisekund nie muszą powodować wy nr 272, Poznań 1992.
niejsze niż w przypadku stosowania przypadkach zaobserwowano znacz- utraty pobudzenia zabezpieczeń. Za- 3. Lorenc J., Admitancyjne kryteria
wymuszania rezystancyjnego. ny wzrost wskaz
nika efektywności bezpieczenia admitancyjne znajdu- działania zabezpieczeń ziemno-
wykrywania linii doziemionych (czę- ją również szerokie zastosowanie zwarciowych, Automatyka Elek-
skuteczność działania sto z 50% na 90% lub 95%). Ten wy- w sieciach uziemionych rezysto- troenergetyczna (AEE), nr 2, 1994.
raz
ny wzrost efektywności dotyczy rem [5]. Przy stosowaniu napięcio- 4. Lorenc J., Andruszkiewicz J., Kor-
ziemnozwarciowych
zabezpieczeń pracujących w sieciach wego progu rozruchowego na pozio- dus A., Marszałkiewicz K., Admi-
zabezpieczeń
o punkcie neutralnym uziemionym mie 5% lub 10% znamionowego na- tance criteria of integrated pro-
admitancyjnych
przez dławik kompensujący. W sie- pięcia fazowego sieci zakres wykry- tection system used in mv li-
W realizacji zabezpieczeń admi- ciach tych stwierdza się wyraz
ne wanych rezystancji przejścia podczas nes, VII Międzynarodowa Kon-
tancyjnych wykorzystuje się techni- zwiększenie obszarów wykrywanych doziemień jest znacznie większy niż ferencja Naukowa nt. Aktualne
ki analogowe lub cyfrowe. Konstruk- rezystancji przejścia. Przy rozrucho- w przypadku zabezpieczeń nadprą- Problemy w Elektroenergetyce,
cje analogowe dotyczą urządzeń au- wym progu napięciowym na pozio- dowych. Wyniki obliczeń (tab. 1) dla tom I, s. 19 - 25, Gdańsk 1995.
tonomicznych (np. RYGo w obudowie mie odpowiadającym 12% napięcia fa- przykładowej sieci 15 kV, o prądzie 5. Lorenc J., Hoppel W., Admitancyj-
R4) lub modułów współpracujących zowego stwierdzano działanie zabez- pojemnościowym 105 A i pracują- ne zabezpieczenia ziemnozwarcio-
z zespołami zabezpieczeń pól linio- pieczeń przy rezystancjach przejścia cej z punktem neutralnym uziemio- we w sieciach uziemionych przez
wych typu SMAZ lub ZAZ. W syste- o wartościach przekraczających na- nym przez rezystor 80 W pokazują, rezystor. Automatyka Elektroener-
mach cyfrowych zabezpieczenia ad- wet 2500 W. Jest rzeczą oczywistą, że że graniczne rezystancje w miejscu getyczna, nr 2-3/1996, s. 12-15.
mitancyjne realizowane są w postaci zakres wykrywanych rezystancji jest zwarcia z ziemią wykrywane przez 6. Lorenc J., Marszałkiewicz K., An-
odpowiednich algorytmów pomiaro- szczególnie wysoki w sieciach o ma- człon Yo> są takie same w wszyst- druszkiewicz J., Admittance cri-
kich liniach i wynoszą około 1000 W teria for earth fault detection
reklama (dla Uo = 5% Uzn) lub 500 W (dla in substation automation sys-
n
Uo = 10% Uzn). Skuteczność dzia- tems in polish distrybution po-
n
łania zabezpieczeń prądowych Io> wer networks, CIRED, Birming-
w tych warunkach będzie znacznie ham, June 1997, Publication IEE
mniejsza i dla linii o relatywnie du- No. 438, 1997.
żych wartościach prądu pojemno- 7. Lorenc J., Skuteczność admitancyj-
ściowego mogą tracić pobudzenie nych zabezpieczeń ziemnozwar-
już w przypadkach zwarć metalicz- ciowych w różnych układach pra-
nych o rezystancji przejścia na po- cy sieci średnich napięć. II Ogól-
ziomie kilkudziesięciu omów. nopolska Konferencja Technicz-
Dodatkową zaletą zabezpieczeń na ENERGETYKA 2000 , Stare Ja-
admitancyjnych jest ich zdolność do błonki, wrzesień 1998, s. 77-82.
działania w warunkach uszkodzone- 8. Lorenc J., Sposób i układ selek-
go lub wyłączonego rezystora. Poka- tywnego zabezpieczenia od zwarć
zują to wyniki obliczeń zamieszczo- z ziemią dla linii średnich napięć,
ne w kolumnach  b tabeli 1. W tym Patent PL nr 173980, Data opubli-
przypadku w członach Yo> następuje kowania 29 maj 1998.
nawet zwiększenie obszarów wykry- 9. Rakowska A., Lorenc J., Hoppel
wanych zwarć. Natomiast człony Io> W., Disturbances in polish 15 kV
obniżają zakresy działania i w liniach network by ground short-circu-
o dużych prądach pojemnościowych its, 17th International Conference
mogą całkowicie utracić zdolność do Electricity Distribution  CIRED,
prawidłowego reagowania. Barcelona, maj 2003.
www. el ektro. i nfo. pl nr 9/ 2004
96