Dobór wyłączników wysokonapięciowych
ze względu na napięcie powrotne
1. Podstawowe określenia
Napięcie powrotne  przebieg napięcia jakie pojawia się na zaciskach bieguna
wyłącznika po jego otwarciu.
Co decyduje o przebiegu napięcia powrotnego?
warunki wyłączania  normalne, przetężeniowe, opozycja faz itp.
struktura układu
rodzaj wyłącznika  małoolejowy, próżniowy itp.
Spodziewane napięcie powrotne  napięcie powrotne powstające w przypadku
przerwania prądu w chwili jego naturalnego przejścia przez zero, gdy na przebieg tego
napięcia nie mają wpływu właściwości wyłącznika.
Dla jakich sytuacji rozważa się napięcie powrotne?
wyłączanie prądów zwarciowych (przy zwarciu)
> na zaciskach wyłącznika
> w pobliżu wyłącznika (tzw. zwarcie pobliskie)
wyłączanie prądów obciążeniowych
> pojemnościowych w obwodach o stałych skupionych i rozłożonych (np. baterii
kondensatorów, linii nieobciążonych)
> indukcyjnych (np. nieobciążonych transformatorów)
> w warunkach opozycji faz
Napięcie powrotne można rozważać w dwóch następujących po sobie
przedziałach czasu
jako napięcie powrotne przejściowe TRV (Transient Recovery Voltage)
jako napięcie powrotne podstawowe (o częstotliwości sieciowej)
2. Znormalizowana reprezentacja TRV
Wg wymagań normy PN 89/E 06105/01 wyłącznikom wysokonapięciowym winno być
przypisane napięcie znamionowe powrotne przejściowe, w postaci obwiedni dwu lub
czteroparametrowej oraz linii zwłoki.
© Copyright by WiesÅ‚aw Nowak, Kraków 2002
Utwór w całości ani we fragmentach nie może być powielany ani rozpowszechniany za pomocą urządzeń
elektronicznych, mechanicznych, kopiujÄ…cych, nagrywajÄ…cych i innych bez pisemnej zgody posiadacza praw
autorskich.
str. 2/16
Znormalizowana reprezentacja przebiegów TRV w postaci obwiedni i linii zwłoki
obwiednia dwuparametrowa obwiednia czteroparametrowa
(dla wyłączników o Un < 100 kV)
(dla wyłączników o Un e" 100 kV)
u u
uc uc
u1
u' u'
td
0 td t' t3 t 0 t' t1 t2 t
Parametry: Parametry:
uc  napięcie odniesienia u1  pierwsze napięcie odniesienia, kV
(amplituda TRV), kV
t1  czas do osiÄ…gniÄ™cia u1, µs
t3  czas do osiÄ…gniÄ™cia uc, µs
uc  drugie napięcie odniesienia
(amplituda TRV), kV
Linia zwłoki:
t2  czas do osiÄ…gniÄ™cia uc, µs
td  zwÅ‚oka, µs
Linia zwłoki:
u'  napięcie odniesienia, kV
t'  czas do osiÄ…gniÄ™cia u', µs
td  zwÅ‚oka, µs
u'  napięcie odniesienia, kV
t'  czas do osiÄ…gniÄ™cia u', µs
Wartości parametrów (t, u) zależą od napięcia znamionowego wyłącznika i wzrastają
wraz z nim.
str. 3/16
Zwarcie na zaciskach wyłącznika, Un < 100 kV,
współczynnik pierwszego wyłączającego bieguna 1,5
przerwanie 100% prądu wyłączalnego
Un uc t3 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV
µs µs
3,6 6,2 40 6 2,1190,15
7,2 12,3 52 8 4,1 25 0,24
12 20,6 60 9 6,9 29 0,34
17,5 30 72 11 10350,42
24 41 88 13 14420,47
36 62 108 1621 52 0,57
52 89 132 7 30 51 0,68
72,5 124 166 8 41 64 0,75
przerwanie 60% prądu wyłączalnego
Un uc t3 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV
µs µs
3,6 6,6 17 3 2,2 9 0,39
7,2 1322 4 4,4 120,60
1222 26 5 7,3 140,85
17,5 32 31 6 11 17 1,04
24 44 37 8 15201,16
36 66 46 9 22 25 1,44
52 96 57 11 32 30 1,68
72,5 133 72 1444381,85
przerwanie 30% prądu wyłączalnego
Un uc t3 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV
µs µs
3,6 6,6 9 2 2,2 5 0,77
7,2 13 11 24,4 6 1,20
1222 1337,3 7 1,70
17,5 32 153 11 82,14
24 44 194 15 102,32
36 66 23 5 22 122,88
52 96 28 6 32 153,41
72,5 133 36 7 44 193,70
str. 4/16
Zwarcie na zaciskach wyÅ‚Ä…cznika, Un = 100 ÷ 170 kV,
÷
÷
÷
współczynnik pierwszego wyłączającego bieguna 1,3
przerwanie 100% prądu wyłączalnego
Un u1 t1 uc t2 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV kV
µs µs µs
100 106 53 149 159 2 53 29 2,0
123 131 65 183 195 2 65 35 2,0
145 154 77 215 231 277 402,0
170 180 90 253 270 2 90 47 2,0
przerwanie 60% prądu wyłączalnego
Un u1 t1 uc t2 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV kV
µs µs µs
100 106 35 159 158 2 53 20 3,0
123 131 44 196 198 2 65 24 3,0
145 154 51 231 230 2 77 28 3,0
170 180 60 271 270 2 90 32 3,0
Zwarcie na zaciskach wyÅ‚Ä…cznika, Un = 100 ÷ 170 kV,
÷
÷
÷
współczynnik pierwszego wyłączającego bieguna 1,5
przerwanie 100% prądu wyłączalnego
Un u1 t1 uc t2 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV kV
µs µs µs
100 122 61 171 183 2 61 33 2,0
123 151 75 211 225 2 75 40 2,0
145 178 89 249 267 2 89 46 2,0
170 208 104 291 3122104 54 2,0
przerwanie 60% prądu wyłączalnego
Un u1 t1 uc t2 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV kV
µs µs µs
100 122 41 184 185 2 61 22 3,0
123 150 50 226 225 2 75 27 3,0
145 178 59 266 266 2 89 32 3,0
170 208 69 312 311 2 104 37 3,0
przerwanie 30% prądu wyłączalnego
Un u1 t1 uc t2 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV kV
µs µs µs
100 122 24 184 180 5 61 175,0
123 151 30 226 225 5 75 20 5,0
145 178 36 266 270 5 89 23 5,0
170 208 42 312 3155104 26 5,0
str. 5/16
Zwarcie na zaciskach wyłącznika, Un e" 245 kV,
e"
e"
e"
współczynnik pierwszego wyłączającego bieguna 1,3
przerwanie 100% prądu wyłączalnego
Un u1 t1 uc t2 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV kV
µs µs µs
245 260 130 364 390 2 130 67 2,0
300 318 159 446 477 2 159 82 2,0
362 384 192 538 576 2 192 98 2,0
420 446 223 624 669 2 223 1132,0
525 557 279 780 837 2 279 141 2,0
765 812 406 1137 1218 2 406 205 2,0
przerwanie 60% prądu wyłączalnego
Un u1 t1 uc t2 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV kV
µs µs µs
245 260 87 390 392 2 130 45 3,0
300 318 106 478 477 2 159 55 3,0
362 384 128 576 576 2 192 66 3,0
420 446 149 669 671 2 223 76 3,0
525 557 186 836 837 2 279 95 3,0
765 812 271 1218 1220 2 406 137 3,0
przerwanie 30% prądu wyłączalnego
Un u1 t1 uc t2 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV kV
µs µs µs
2451) 3001) 601) 4501) 4501) 51) 1501) 351) 5,01)
300 318 64 478 480 5 159 37 5,0
362 384 77 576 578 5 192 43 5,0
420 446 89 669 668 5 223 50 5,0
525 557 111 836 833 5 279 61 5,0
765 812 162 1218 1215 5 406 86 5,0
1)
dla współczynnika pierwszego wyłączającego bieguna 1,5
str. 6/16
Zwarcie pobliskie, Un < 100 kV,
(dla zwarcia jednofazowego w sieci z uziemionym punktem gwiazdowym)
Un uc t3 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV
µs µs
52 59 132 7 20 51 0,45
72,5 83 166 8 28 64 0,50
Zwarcie pobliskie, Un e" 100 kV,
e"
e"
e"
(dla zwarcia jednofazowego w sieci z uziemionym punktem gwiazdowym)
Un u1 t1 uc t2 td u' t' stromość
kV
µs kV/µs
kV kV kV
µs µs µs
100 82 41 114 123 2 41 22 2,0
123 100 50 141 150 2 50 27 2,0
145 11859 166 177 2 59 32 2,0
170 139 69 194 207 2 69 37 2,0
245 200 100 280 300 2 100 52 2,0
300 245 122 343 366 2 122 63 2,0
362 296 148 414 444 2 148 76 2,0
420 343 171 480 5132171 88 2,0
525 429 214 600 642 2 214 109 2,0
765 625 312 874 936 2 312 158 2,0
Wyłączanie przy niezgodności faz, Un < 100 kV, sieć innego rodzaju niż
z uziemionym punktem gwiazdowym
(znamionowy prąd wyłączalny powinien być równy co najmniej 25% prądu wyłączalnego
zwarciowego)
Un uc t3 stromość
kV/µs
kV kV
µs
3,6 9,2 80 0,12
7,2 18,4 104 0,18
12 30,6 120 0,26
17,5 45 144 0,31
24 61176 0,35
36 92 2160,43
52 133 264 0,50
72,5 185 336 0,55
str. 7/16
WyÅ‚Ä…czanie przy niezgodnoÅ›ci faz, Un = 100 ÷170 kV, sieć z uziemionym punktem
÷
÷
÷
gwiazdowym
(znamionowy prąd wyłączalny powinien być równy co najmniej 25% prądu wyłączalnego
zwarciowego)
Un u1 t1 uc t2 stromość
kV/µs
kV kV kV
µs µs
100 163 106 204 318 1,54
123 201 130 251 390 1,54
145 237 154 296 462 1,54
170 278 180 347 540 1,54
WyÅ‚Ä…czanie przy niezgodnoÅ›ci faz, Un = 100 ÷170 kV, sieć innego rodzaju niż
÷
÷
÷
z uziemionym punktem gwiazdowym
(znamionowy prąd wyłączalny powinien być równy co najmniej 25% prądu wyłączalnego
zwarciowego)
Un u1 t1 uc t2 stromość
kV/µs
kV kV kV
µs µs
100 204 122 255 366 1,67
123 251 150 314 450 1,67
145 296 178 370 534 1,67
170 347 208 434 624 1,67
Wyłączanie przy niezgodności faz, Un e" 245 kV, sieć z uziemionym punktem
e"
e"
e"
gwiazdowym
(znamionowy prąd wyłączalny powinien być równy co najmniej 25% prądu wyłączalnego
zwarciowego)
Un u1 t1 uc t2 stromość
kV/µs
kV kV kV
µs µs
245 400 260 500 780 1,54
300 490 318 612 954 1,54
362 591 384 739 1152 1,54
420 686 446 857 1338 1,54
525 857 558 1071 1674 1,54
765 1249 812 1562 2436 1,54
str. 8/16
3. Wyznaczanie spodziewanego TRV
Metody wyznaczania spodziewanego przebiegu TRV:
pomiarowe bezpośrednie i pośrednie
modelowe
rachunkowe
numeryczne
Modele elementów układu elektroenergetycznego w zakresie TRV (przepięć
Å‚Ä…czeniowych)
GENERATOR SYNCHRONICZNY
Schemat zastępczy trójfazowy
eA L1 R1
A
~
eB L1 R1
B
~
eC L1 R1
C
~
1 4 1 4
... ...
( C  C ) C0
3 Ä„2 1 0 3 Ä„2
( L0  L ) / 3 ( R  R ) / 3
1 0 1
N
R1, L1, C1  rezystancja, reaktancja i pojemność dla składowej zgodnej
R0, L0, C0  rezystancja, reaktancja i pojemność dla składowej zerowej
W praktyce: R1 H" 0, L0 H" " (punkt gwiazdowy izolowany), C0 H" C1
xd 1 Ur2
2 2
G
Lz = 08 - 09 L1 = 08 - 09
, , , ,
bg bg
100 É SrG
F1 4 I F1 4 I SrG
Cz = L C0 = L µ [F]
G J G J
H K H K
3 3
Ä„2 Ä„2 UrG
µ = (0,025  0,035) Å"10 9 C/VA  dla turbogeneratorów
µ = (0,05  0,10) Å"10 9 C/VA  dla hydrogeneratorów
str. 9/16
Uproszczony schemat zastępczy jednofazowy
e
Lz
~
Cz
TRANSFORMATOR
Schemat dla składowej Schemat dla składowej
Układ połączeń
zgodnej zerowej
L1 L0
GD
C1G C1D C0G C0D
L1 L0
GD
C1G C1D C0G C0D
2
ukR 1 UrT
L1 = b07 - 09g
, ,
100 É SrT
SrT
C1 = µ [F]
UrT
µ = (0,01  0,02) Å"10 9 C/VA  dla dolnego napiÄ™cia
µ = (0,004  0,01) Å"10 9 C/VA  dla górnego napiÄ™cia
str. 10/16
LINIE NAPOWIETRZNE I KABLOWE
Schemat zastępczy odcinka linii długiej
x x + " x
L1 " x
A
L1 " x
B
L1 " x
C
( C  C ) " x C0 " x
1 0
" x ( L0  L ) / 3
1
N
Linie napowietrzne
Linie kablowe1)
Un [kV]
L1 C1 L0 C0 L1 C1 L0 C0
[mH/km] [nF/km] [mH/km] [nF/km] [mH/km] [mH/km]
[µF/km] [µF/km]
6 0,23-0,35 0,04-0,09  0,16-0,31
10 0,23-0,39 0,035-0,07  0,13-0,26
15 1,10 10,0 5,4 4,0 0,31-0,36 0,03-0,08 3,6 0,10-0,26
20 1,10 10,0 5,4 4,0 0,31-0,36 0,03-0,08 3,6 0,10-0,26
30 1,15 09,5 5,0 4,2 0,41 0,03-0,05 3,2 0,10-0,20
110 1,25 08,9 4,3 5,0  0,045-0,07 2,2 0,15-0,26
220 1,35 09,0 4,0 6,0
400 1,05 11,5 3,2 7,0
1)
mniejsze wartości  mniejsze przekroje
SZYNY ZBIORCZE
Przybliżone pojemności
szyn zbiorczych z izolatorami
Un [kV] Csz [pF/m]
670
1070
1550
20 50
30 30
110 15
220 10
400 5
IndukcyjnoÅ›ci jednostkowe wynoszÄ… od 1 do 2 µH/m i pomija siÄ™ je.
str. 10/16
PRZEKA
ADNIKI
Odwzorowuje się jako pojemności skupione:
Przybliżone pojemności [pF] przekładników
Un [kV] prądowe napięciowe
6 120 150
10 200 150
15 200 200
20 300 300
30 300 300
110 400 400
220 600 500
400 800
20001)
1)
przekładniki napięciowe pojemnościowe
DA
AWIKI
"Uzw% 1 Un
bg
Lz = 075 - 080
, ,
100% É 3In
Lz
C = 50  300 pF dla dławików o szkielecie betonowym
(jeżeli w pobliżu dławika są ściany celek rozdzielnicy, to
C/2 C/2
pojemność wzrasta 20  50%
C = ok. 500 pF/fazę dla dławików olejowych
4. Dobór wyłączników do spodziewanego TRV
Dobór wyłączników ze względu na napięcie powrotne wg normy PN 90/E
06105/03, sprowadza się do porównania spodziewanego w miejscu zainstalowania
wyłącznika napięcia TRV z znormalizowaną reprezentacją przebiegów TRV.
Spodziewany przebieg TRV nie powinien przekraczać obwiedni przepisanej dla
wyłącznika; powinien przeciąć przepisaną linię zwłoki w pobliżu zera napięcia, ale
nie powinien przeciąć jej następnie po raz drugi.
Na ogół rozważa się przebieg TRV dla pierwszego bieguna wyłączającego, bowiem
amplituda i stromość narastania TRV w tym biegunie są największe.
5. Przykład doboru w sieci rozdzielczej 15 kV
str. 12/16
Pole 1 Pole 2 Pole 3 Pole 4 Pole 5 Pole 6 Pole 7 Pole 8 Pole 9 Pole 10 Pole 11 Pole 12 Pole 13
Rezerwa Rezerwa Bat. kond. Linia1 Linia 2 Transf. 1 Sprzeglo Transf. 2 Linia 3 Linia 4 Rezerwa Rezerwa Tr. uziem.
110 kV
15 kV
W
str. 13/16
Przebiegi prądu zwarciowego w fazie płynącego przez wyłącznik w polu nr 9 
prąd wyłączeniowy symetryczny 2650 A
faza A
7.5
[kA]
5.0
2.5
0.0
-2.5
-5.0
-7.5
0 100 200 300 400 500
czas [ms]
faza B
7.5
[kA]
5.0
2.5
0.0
-2.5
-5.0
-7.5
0 100 200 300 400 500
czas [ms]
faza C
7.5
[kA]
5.0
2.5
0.0
-2.5
-5.0
-7.5
0 100 200 300 400 500
czas [ms]
str. 14/16
Przebiegi TRV na biegunach wyłącznika w polu nr 9
faza A
40
[kV]
20
0
-20
-40
0 20406080100
czas [ms]
faza B
40
[kV]
20
0
-20
-40
0 20406080100
czas [ms]
faza C
40
[kV]
20
0
-20
-40
0 20406080100
czas [ms]
str. 15/16
Wyłącznik Un = 17,5 kV, prąd wyłączalny 12,5 kA
TRV bieguna fazy A, obwiednia dwuparametrowa dla 100% prądu wyłączalnego
40
[kV]
30
20
10
0
0 500 1000 1500 2000
czas [us]
TRV bieguna fazy A, obwiednia dwuparametrowa dla 30% prądu wyłączalnego
40
[kV]
30
20
10
0
0 500 1000 1500 2000
czas [us]
str. 16/16
Wyłącznik Un = 24 kV, prąd wyłączalny 12,5 kA
TRV bieguna fazy A, obwiednia dwuparametrowa dla 100% prądu wyłączalnego
50
[kV]
40
30
20
10
0
0 500 1000 1500 2000
czas [us]
TRV bieguna fazy A, obwiednia dwuparametrowa dla 30% prądu wyłączalnego
50
[kV]
40
30
20
10
0
0 500 1000 1500 2000
czas [us]