Politechnika Lubelska
Wydział Elektrotechniki i Informatyki
Katedra Sieci Elektrycznych i Zabezpieczeń
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Ćwiczenie nr 6b
Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci
Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci
1. Wstęp 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 zakłóceń
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 ziemiÄ….
Rozróżnia się zwarcia:
- trójfazowe;
- trójfazowe z ziemią;
- dwufazowe;
- dwufazowe z ziemiÄ…;
- jednofazowe z ziemiÄ….
- 2 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
A) B)
C)
L1 L1 L1
L2 L2 L2
L3 L3 L3
D) E)
F)
L1 L1 L1
lub
L2 L2 L2
L3 L3 L3
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 urzÄ…dzenia;
" 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]
- 3 -
Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci
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
pracujÄ…ce 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 reaktancjÄ™,
- uziemionym punktem zerowym przez rezystancjÄ™.
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 pracujÄ… z izolowanym lub uziemionym przez reaktancjÄ™ lub
rezystancjÄ™ 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.
- 4 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
U = 0,4kV U = 110kV - 750kV U = 6kV - 60kV
N N N
SN WN
WN WN WN
nn SN
SN SN SN
skutecznie uziemiony punkt zerowy sieci
izolowany punkt uziemiony przez uziemiony przez
zerowy reaktancjÄ™ rezystancjÄ™
Rys. 2 Sposoby pracy punktu zerowego sieci elektroenergetycznych
2.1. Sieć z izolowanym punktem zerowym
Z izolowanym punktem zerowym pracujÄ… 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:
Un 3-6 kV 10 kV 15-20 kV 30-40 kV 60 kV
Iz1f 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:
- 5 -
Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci
1 f k n
I E" IC = IC + IC E" U (0,22lk + 0,003ln ) [A] [1]
Z N
IZ1f  prÄ…d zwarcia doziemnego [A];
IC  sumaryczny pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego [A];
ICk  pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego linii kablowych[A];
ICn  pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego linii napowietrznych [A];
UN  napięcie znamionowe sieci elektroenergetycznej [kV];
lk  ogólna długość połączonych elektrycznie linii kablowych [km];
ln - 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
czasowÄ… prace tej sieci z doziemieniem.
PrÄ…dy zwarcia 2-fazowego i 3-fazowego sÄ… wprost proporcjonalne do mocy zwarcia i
odwrotnie proporcjonalne do impedancji pętli zwarcia zgodnie z zależnością:
- 6 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
3 SZ
2 f 3
I = IZ f = [2]
z
2 2U
N
SZ
3
IZ f = [3]
3U
N
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
B
A) UA B)
IzC
I + IC
B
IA
IC
IC
UC UB
U UB
C
IB
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
- 7 -
Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci
2.2. Sieć 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 sÄ… specjalne transformatory gaszÄ…ce systemu Baucha lub systemu
Reithoffera, gdyż są to urządzenia znacznie kosztowniejsze.
CharakterystycznÄ… cechÄ… sieci z punktem zerowym uziemianym przez reaktancjÄ™, 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.
- 8 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
I = I'0
0
Z
I"0 C
I"0N
A
U U U
CB
0
N
C B
Rys. 6 wektorowy prądów i napięć przy doziemieniu fazy A z dokładną kompensacją
U
I resztk
I IL
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
- 9 -
Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci
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 prÄ…dzie zwarcia ( automatyka AWSC i AWSB ) lub przerywa siÄ™ na
określony czas przepływ prądu kompensacyjnego ( automatyka APK ). Wymuszenie
składowej czynnej w doziemionym prądzie zwarcia uzyskuje się za pomocą rezystora
wymuszajÄ…cego (rys.2.2.4).
SN SN SN
4 2 4 2 TUONb 4 2
TUONb TBN
3U
0
3U
0
TUOHb
AWP
2Pe Pe
40/20
DGONb
3U
0
2 2 2
potrzeby własne potrzeby własne potrzeby własne
R
R
R
3 x 380V 3 x 380V 3 x 380V
3I 3I 3I
0 0 0
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:
I - IC
L
s = Å"100% [4]
IC
- 10 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
s  współczynnik rozstrojenia sieci;
IL- całkowity prąd indukcyjny urządzeń kompensacyjnych przyłączonych do sieci;
Ic  sumaryczny pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego sieci.
2.3. Sieć 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:
U
N
R = [5]
3 Å" 500
UN  napięcie znamionowe sieci, która ma pracować z punktem zerowym uziemionym przez
rezystancjÄ™;
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 przekaz
nikach nadprądowych jako ochronie od zwarć
doziemnych i wielofazowych. Jednakże istotne polepszenie warunków pracy zabezpieczeń
ziemnozwarciowych spowodowałoby jednocześnie zmianę warunków bezpieczeństwa
porażeniowego.
- 11 -
Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci
I"0
I'0
A) A B) I0 Z
A
U = -E
0
U =E
U
A A
U U U
C 0 B
Z N
N
U U
CB
C B C 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. Sieć 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 ku równy stosunkowi największej wartości napięcia między
zdrową fazą, a ziemią podczas zwarcia doziemnego do wartości napięcia
międzyprzewodowego przed zakłóceniem lub
" współczynnik zwarcia doziemnego ke 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 ke 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.
- 12 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
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 pracujÄ…cej ze skutecznie uziemionym punktem zerowym prÄ…dy
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 SZ, według zależności: [2] i [3] oraz:
1 3
IZ f = (0,6 ÷1,0)Å" IZ f [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 niepełnofazowa
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 urzÄ…dzenia;
" 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.
- 13 -
Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci
L3
L2 A A A A
L1
C
WG
Transformator
s s
1 2
L1
A
P1 P2 s1 s2
L2
A
P1 P2 s1 s2
L3
A
P1 P2
Załącz Wyłącz
a
b
A B b a
a
b
A B b a
a
b
A B b a
V V V
C1 C2 C1 C2 C1 C2
Rys. 11 Widok płyty czołowej stanowiska do badania układów pracy przekładników
5. Pomiary wykonywane na modelu laboratoryjnym
5.1. Pomiar napięć
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.
- 14 -
D
Å‚
awik
Rezystor
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
L1
L2
L3
A A A
B B B
U 100
N
nu = /100 /
3 V
3
b b b
1 1 1
a a a
1 1 1
V
100V 100V
100V
b b b
2 22
a a a
2 2 2
V
UR+US+UT= 3U0
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
UN/ 3V 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
zabezpieczajÄ…cej i pomiarowej.
Układ z rys. 12. stosowany jest we wszystkich układach pracy w ćwiczeniu.
- 15 -
Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci
5.2. Pomiar prądów w układzie połączeń przekładników
prądowych 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:
I + I + I = 0 [7]
- R - S - T
Przy zwarciu z ziemią lub przy asymetrii pojemnościowej, ten stan zostaje zakłócony, co
można zapisać:
I + I + I = - I [8]
- R - S - T - N
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 przekaz
niki.
Wadą tego układu jest duży koszt ( potrzeba stosowania trzech przekładników oraz trzech lub
czterech przekaz
ników) i wyłączanie w przypadku podwójnych zwarć z ziemią obu punktów
zwarciowych, jeżeli przekaz
niki wyłączające mają takie samo opóz
nienie czasowe.
Współczynnik schematowy ksch jest równy jedności.
I
P
ksch = = 1 [9]
I
5.2.1. Pomiary
Zestawiamy układ wg rys. 13 i mierzymy prądy przy zwarciach w sieciach ze skutecznie
uziemianym punktem zerowym.
- 16 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
L1 L2 L3
A A A
P1 P1 P1
A
i
R
A
iS
iT
A
S1 S1 S1
3i0
S2 S2 S2
A
P2 P2 P2
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
I1 I2 I3 I11 I22 I33 I0 U1 U2 U3 U12 U13 U23 U1 U2 U3 U12 U13 U23
A A A A A A A V V V V V V V V V V V V
5.3. Pomiar prądów w układzie połączeń przekładników
prądowych 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 przekaz
nika. Prawidłowo działa przy zwarciach dwu i trójfazowych.
Współczynnik schematu ksch jest równy jedności.
I
P
ksch = = 1 [10]
I
- 17 -
Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci
5.3.1. Pomiary
Zestawiamy układ wg rys. 13 i mierzymy prądy przy zwarciach w sieciach z izolowanym
punktem zerowym.
L1 L2 L3
A A A
P1 P1
A
i
R
iT
A
S1 S1
i
i
R
T
S2
S2
A
P2 P2
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
I1 I2 I3 I11 I33 I0 U1 U2 U3 U12 U13 U23 U1 U2 U3 U12 U13 U23
A A A A A A V V V V V V V V V V V V
5.4. Pomiar prądów w układzie połączeń przekładników
prÄ…dowych Holmgreena
Układ Holmgreena lub tzw. filtr składowych zerowych prądów służy do wykrywania zwarć z
ziemiÄ…. Przez przekaz
nik 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.
- 18 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
Współczynnik schematu ksch jest równy zeru.
IP
ksch = = 0 [11]
I
I = I + I + I [12]
- P - R - S - T
5.4.1. Pomiary
Zestawiamy układ wg rys. 15 i mierzymy prądy przy zwarciach w sieciach z izolowanym
punktem zerowym.
L1 L2 L3
A A A
P1 P1 P1
i
R
iS
S1 S1 S1iT
3i0
S2 S2 S2
A
P2 P2 P2
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
I1 I2 I3 I0 U1 U2 U3 U12 U13 U23 U1 U2 U3 U12 U13 U23
A A A A V V V V V V V V V V V V
5.5. Pomiar prądów w układzie połączeń przekładników
prądowych 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 przekaz
nik w przypadku zwarcia faz, w których są
umieszczone przekładniki, będzie dwa razy większy od prądu w czasie zwarcia fazy, w której
- 19 -
Składowe symetryczne w stanach zakłóceniowych sieci
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. Przekaz
nik działa zatem z różną czułością przy różnych rodzajach zwarć
międzyprzewodowych.
Współczynnik schematu ksch jest równy 3.
IP I R - I T
- -
ksch = = = 3 [13]
I I
-
5.5.1. Pomiary
Zestawiamy układ wg rys. 16 i mierzymy prądy przy zwarciach w sieciach z izolowanym
punktem zerowym.
L1 L2 L3
A A A
P1 P1
iT
S1
S1
i
i
R
T
S2 S2
A
i
R
P2 P2
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
I1 I2 I3 I0 U1 U2 U3 U12 U13 U23 U1 U2 U3 U12 U13 U23
A A A A V V V V V V V V V V V V
- 20 -
Laboratorium Sieci Elektroenergetycznych
5.6. Praca niepełnofazowa
5.6.1. Pomiary
Korzystamy z układu wg rys. 11 i mierzymy napięcia podczas symulacji pracy
niepełnofazowej.
Tabela pomiarów:
Strona pierwotna Strona wtórna
U1 U2 U3 U12 U13 U23 U1 U2 U3 U12 U13 U23
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 Å‚Ä…czeniowa w systemie
elektroenergetycznym Bielsko-Biała 1991r.
4. W. Kotlarski, J. GÅ‚Ä…b  Aparaty i urzÄ…dzenia 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
- 21 -