Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej Nr 26
XIX Seminarium
ZASTOSOWANIE KOMPUTERÓW W NAUCE I TECHNICE 2009
Oddział Gdański PTETiS
Referat nr 27
PRACA BEZPIECZNIKA PRZEKA
ADNIKA ŚREDNIEGO NAPI
CIA
W WARUNKACH FERROREZONANSU
A
ukasz TA
USTOCHOWICZ
Politechnika Gdańska, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk
tel: [phone], fax: [phone], e-mail: [e-mail]
Streszczenie: Obserwowane są przypadki działania przekładnika, osiągając w miejscu równości tzw. punkt prze-
bezpieczników średnich napięć chroniących przekładniki
wrotu, oznaczony literą A na rysunku 2, w którym następuje
napięciowe od skutków przetę\
eń podczas ferrorezonansu napięć.
nagły wzrost prądu w obwodzie rezonansowym.
W artykule przed-stawiono wyniki badań symulacyjnych wpływu
zjawisk ferrorezonansowych na pracę bezpiecznika SN.
Ferrorezonans mo\
e wystąpić w wyniku nagłej zmiany napięcia
pracy przekładnika, której przyczynami mogą być przepięcia
łączeniowe lub atmosferyczne. Wyniki badań symulacyjnych nie
wykluczają mo\
liwości działania bezpiecznika przekładnika SN w
następstwie zjawisk ferrorezonansowych, powodowanych
przepięciem. Przypadki takich zdarzeń są rejestrowane w praktyce
eksploatacji sieci średnich napięć i potwierdzone badaniami
laboratoryjnymi.
Słowa kluczowe: ferrorezonans, bezpiecznik przekładnikowy,
przekładnik, przepięcie
1. WPROWADZENIE
Rys. 2. Zale\
ność napięcia od prądu (wartość skuteczna pierwszej
harmonicznej); 1- charakterystyka magnesowania, 2- napięcie na
Przekładniki napięciowe, pracujące w elektroenerge-
pojemności, 3- zmiany napięcia na pojemności i indukcyjności
tycznych sieciach średnich napięć (rys. 1.) są potencjalnie
przekładnika, A- punkt przewrotu
nara\
one na wystąpienie zjawisk ferrorezonansowych, po-
niewa\
w danej chwili pracy mo\
e dojść do sytuacji, w któ-
Wspomniany efekt wywołuje np. zmiana napięcia
rej doziemna reaktancja pojemnościowa elementów systemu
pracy przekładnika, której przyczyną mogą być przepięcia.
elektroenergetycznego XC i reaktancja indukcyjna przekład-
W następstwie tych zdarzeń mo\
e dojść do wystąpienia w
nika X`� będą sobie równe.
analizowanym układzie (rys. 1.) zjawisk
ferrorezonansowych. Zmianie ulega wypadkowy strumień w
rdzeniu magnetycznym przekładnika [2]. Przepływający
przez uzwojenie pierwotne przekładnika prąd od przepięcia
wytwarza dodatkowy strumień magnetyczny, który wraz ze
strumieniem podstawowym przekładnika mogą powodować
chwilowe nasycenie obwodu magnetycznego [2,4]. Skutkuje
to krótkotrwałym wzrostem prądu w uzwojeniu pierwotnym.
Je\
eli całka Joule`a od tego prądu przekroczy iloczyn po
prawej stronie równania (1), bezpiecznik ma prawo
zadziałać [4].
t
p
Rys. 1. Schemat zastępczy systemu elektroenergetycznego średnie- 2 2
(1)
go napięcia z przekładnikami napięciowymi nara\
ony na +"i dt = KM Sz
0
ferrorezonans napięć; En- napięcie systemu, Co- pojemność
doziemna sieci, L�- indukcyjność magnesująca przekładnika, N-
punkt neutralny systemu [3] gdzie: KM- stała Mayra dla bezpiecznika, Sz- przekrój
zwarciowy topika, tp- czas przedłukowy bezpiecznika.
Aby opisana sytuacja mogła zaistnieć potrzebna jest zmiana
punktu pracy na charakterystyce magnesowania rdzenia
______________________________________________________________________________________________________________________________
Recenzent: Dr hab. in\
. Roman Partyka  Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Politechnika Gdańska
Wzór (1) zachowuje wa\
ność jedynie dla du\
ych krotności Celem przeprowadzonych badań symulacyjnych, z wy-
prądu w uzwojeniu pierwotnym przekładnika podczas ferro- korzystaniem uproszczonego schematu zastępczego sieci e-
rezonansu względem prądu roboczego. lektroenergetycznej, w oparciu o rysunek 1, było określenie
Na podstawie literatury, krajowej [1] i zagranicznej [3], zakresu zmian napięcia pracy przekładnika, dla którego ob-
poświęconej przyczynom występowania zjawisk serwowane są zauwa\
alne zmiany prądu w uzwojeniu
ferrorezonansowych w sieciach średnich napięć wynika, \
e pierwotnym przekładnika i bezpieczniku, podczas
głównie odnotowywano przypadki działania bezpiecznika, ferrorezonansu powodowanego przepięciem i na tej
chroniącego uzwojenie pierwotne przekładnika SN. Z podstawie stwierdzenie, czy mo\
liwe jest zadziałanie
analizy wynika, \
e warunkiem koniecznym powstania w bezpiecznika w tych warunkach.
obwodzie z przekładnikiem drgań ferrorezonansowych jest W trakcie obliczeń, z generatora wytwarzano impuls
chwilowe wprowadzenie rdzenia magnetycznego w stan przepięciowy, którym obcią\
ano uzwojenie pierwotne mode-
nasycenia. lu przekładnika, obserwując zmiany prądu w bezpieczniku
W [1] opisano odnotowany przypadek eksplozji (rys. 5b., rys. 6bc.).
przekładnika w warunkach ferrorezonansu spowodowanego
przepięciem łączeniowym. Przypadek ten nale\
y wiązać z 3.1. Zało\
enia do obliczeń
przepływem znacznego prądu w uzwojeniu pierwotnym
przekładnika. Według [3] wynika, \
e istnieją sposoby Obliczenia prądu w bezpieczniku i napięcia na
ograniczania przyczyn i skutków, jak równie\
zapobiegania uzwojeniu pierwotnym przekładnika w warunkach
ferrorezonansowi. Biorąc pod uwagę stopień zagro\
enia i ferrorezonansu powodowanego przepięciem wykonano w
ewentualnych zniszczeń warto stosować bezpieczniki w środowisku programu Matlab/Simulink. Jako model
uzwojeniu pierwotnym przekładnika, przy jednoczesnym, przekładnika wykorzystano dostępny w bibliotece programu
istotnym wzroście niezawodności stosowanych urządzeń model obliczeniowy transformatora jednofazowego o
rozdzielczych, w tym przekładników [4]. schemacie zastępczym typu T i rdzeniu magnetycznym
nasycającym się [4] oraz dwóch uzwojeniach wtórnych.
2. PR
D W BEZPIECZNIKU PRZEKA
ADNIKA Odpowiada to sytuacji rzeczywistej, kiedy typowy
W WARUNKACH FERROREZONANSU przekładnik napięciowy posiada dodatkowe u-zwojenie
wtórne, tzw. uzwojenie napięcia resztkowego,
Wprowadzenie w stan nasycenia magnetycznego wykorzystywane do tłumienia drgań ferrorezonansowych.
rdzenia przekładnika powoduje, \
e reaktancja magnesująca Schemat zastępczy obwodu zastosowany w symulacji
komputerowej wpływu drgań ferrorezonansowych na prąd w
X`� znacząco maleje, a nieliniowość obwodu magnetycznego
bezpieczniku przekładnika pokazano na rysunku 4.
sprawia, \
e prąd w bezpieczniku przekładnika w tych
warunkach jest odkształcony. Na rysunku 3 pokazano
przykładowe przebiegi prądu w przekładniku (b) i napięcia
na uzwojeniu pierwotnym przekładnika (a) w warunkach
ferrorezonansu, otrzymane z eksperymentu.
Rys. 4. Schemat obwodu wykorzystywany w symulacji
Rys. 3. Przebiegi prądu w przekładniku (b) (0,2 A/dz.) oraz
napięcia na uzwojeniu pierwotnym przekładnika (a) (20 kV/dz.) w
warunkach ustalonych drgań ferrorezonansowych.
Pojawiający się podczas ferrorezonansu prąd w bezpieczni-
ku, o wartościach znacznie przekraczających, często
kilkadziesiąt razy i więcej, prąd w stanie pracy przepustowej
[1] spowoduje jego zadziałanie, niedopuszczając w ten
sposób do przegrzania uzwojenia pierwotnego przekładnika,
co mogłoby prowadzić do jego awarii. Znane są jednak
przypadki eksplozji przekładników, pomimo stosowania
bezpieczników, opisane w [1]. Mo\
e to wynikać, ze zbyt
du\
ych prądów znamionowych wkładek.
Rys. 5. Obliczone przebiegi prądu w przekładniku (b) (1 A/dz.)
oraz napięcia na uzwojeniu pierwotnym modelu przekładnika (a)
(25 kV/dz.) w warunkach ferrorezonansu powodowanego
3. BADANIA SYMULACYJNE
przepięciem
118 Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki PG, ISSN 1425-5766, Nr 26/2009
Obliczona wartość skuteczna prądu w przekładniku wynosi
około 0,5 A i jest blisko sto razy większa ni\
w przypadku Analiza literatury nt. zjawisk ferrorezonansowych,
pracy normalnej przekładnika, kiedy uzwojenie pierwotne wyników badań eksperymentalnych i symulacyjnych nie
jest zasilane napięciem roboczym. wykluczają mo\
liwości działania bezpiecznika przekładnika
napięciowego średniego napięcia na skutek ferrorezonansu
Skutecznym sposobem ograniczającym ferrorezonans po-wodowanego przez przepięcia łączeniowe lub
w układzie z rysunku 4 jest zastosowanie w dodatkowym atmosferyczne. W szczególności badania symulacyjne
uzwojeniu wtórnym przekładnika opornika tłumiącego [1], pozwalają przewidywać warunki pracy i stopień zagro\
enia
oznaczonego na rysunku 4 przez RT. Dzięki takiemu dla przekładnika.
rozwiązaniu zmniejszeniu ulegają wartość skuteczna prądu Otrzymano zbie\
ność przebiegów prądów i napięć
w uzwojeniu pierwotnym przekładnika (prąd w otrzymanych z symulacji komputerowej z wynikami
bezpieczniku) oraz czas trwania zaburzenia. Typowe eksperymentu [1,3]. Dokładność obliczeń zale\
y głównie od
wartości oporników dla przekładników średnich napięć rodzaju przyjętego modelu obliczeniowego przekładnika,
przedstawiono w [1]. którego rdzeń musi uwzględniać zmianę parametrów
Wykonano obliczenia prądu w bezpieczniku przekład- magnetycz-nych, w ró\
nych warunkach pracy.
nika, stosując w uzwojeniu wtórnym opornik tłumiący o Wyniki otrzymane z symulacji (rys. 5., rys. 6.) nale\
y
wartości zalecanej w [1]. Wyniki symulacji przedstawiono traktować jako wstępne, gdy\
pełna analiza powinna
na rysunku 6. dotyczyć pracy przekładników w układzie trójfazowym,
połączonych w gwiazdę uziemioną (rys. 1.). Nale\
y
wówczas uwzględnić dodatkowy wpływ sposobu połączenia
punktu neutralnego transformatora zasilającego sieć SN
(punkt N na rys. 1) z ziemią odniesienia.
5. BIBLIOGRAFIA
1. Samuła J.: Przyczyny powstawania zjawisk
ferrorezonansowych i uszkodzeń przekładników.
Wskazania środków zaradczych, Zakłady Wytwórcze
Aparatury Wysokiego Napięcia, Warszawa 1970
2. Hamel A., St-Jean G., Paquette M.: Nuisance fuse ope-
ration on MV transformer during storm, IEEE Transa-
ction on Power Delivery 1990, ISSN 0885-8977
3. Ferracci Ph.: Ferroresonance, Schneider Groupe,
Rys. 6. Obliczone przebiegi prądu w przekładniku: bez opornika
Zeszyt Naukowy nr 190, 1998
tłumiącego (b) (1 A/dz.), z u\
yciem opornika tłumiącego (c)
4. Tłustochowicz A
.: Oddziaływanie przepięć
(1 A/dz.) oraz napięcia na uzwojeniu pierwotnym przekładnika z
atmosferycznych na bezpieczniki SN: badania wstępne,
widocznym przepięciem (a) (45 kV/dz.).
XVII Seminarium  Zastosowanie komputerów w nauce
i technice , Gdańsk 2007, ISSN 1425-5766
4. WNIOSKI
OPERATION OF FUSES TO MEDIUM VOLTAGE MEASURING TRANSFORMERS
UNDER FERRORESONANCE CONDITIONS
Key-words: ferroresonance, voltage transformer`s fuse, voltage transformer, overvoltage
There are observed some cases of maloperation of fuses, which are used to the protection of medium voltage measuring trans-
formers against results of overcurrents at voltage ferroresonance. The paper presents results of simulation study of the effect
of ferroresonance phenomena upon medium voltage fuse operation. The ferroresonance may occur at a sudden change of
measuring transformer operation voltage, which may result, e.g. from switching overvoltages or lightning surges. Simulation
study has not excluded maloperation of a fuse to medium voltage measuring transformer resulting from ferroresonance
phenomena. Such events have been registered in practice, in operation of medium voltage networks and confirmed by
laboratory experiments.
Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki PG, ISSN 1425-5766, Nr 26/2009
119
120 Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki PG, ISSN 1425-5766, Nr 26/2009