Cwiczenie1. Badanie linii SN jednostronnie zasilanej.

1.Opis przeprowadzonego ćwiczenia.

2.Rodzaje zakłóceń występujących w systemach elektroenergetycznych.

Zakłócenia w systemach elektroenergetycznych można podzielić na dwie grupy: -zaburzenia, które uniemożliwiają pracę sytemu lub jego elementów;

-zagrożenia, przy których normalna praca sieci jest dopuszczalna przez pewien okres czasu, w ciągu którego powinna zostać usunięta przyczyna powodująca zagrożenie.

Do najpoważniejszych i najczęściej występujących zakłóceń należą: zwarcia wielkoprądowe, zwarcia małoprądowe;

Do zwarć wielkoprądowych zalicza się:

-zwarcia międzyfazowe i międzyfazowe doziemne;

-zwarcia jednofazowe w sieciach o punkcie zerowym bezpośrednio uziemionym;

-zwarcia podwójne doziemne w sieciach o izolowanym punkcie zerowym.

Zwarcia małoprądowe (o prądzie zwarcia z ziemiąnie przekraczającym 500A) występują w sieciach o izolowanym punkcie zerowym oraz uziemionym przez impedancję.

3.Rodzaje zabezpieczeń stosowanych dla linii SN jednostronnie zasilanej:

-nadprądowe zwłoczne; -nadprądowe bezzwłoczne; -od zwarć z ziemią

4.Zabezpieczenia nadprądowe zwłoczne i bezzwłoczne.

Nadprądowe zwłoczne- jest jednym z rodzajów zabezpieczeń przekaznikowych linii elektroenergetycznych zasilanych jednostronnie. W liniach tworzących szeregowy ciąg zasilający selekcję działania zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych zapewnia się przez stosowanie zwłoki w zadziałaniu układy, która wynika z stopniowania czasów działania.

Uproszczony schemat fragmentu sieci z wyodrębnionymi 3 liniami tworzących szeregowy ciąg zasilający i na swoich początkach wyposażonych układy zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych.

a)uproszczony schemat

b)wykres stopniowania czasowego zabezpieczenia

Zabezpieczenie zostaje pobudzone w przypadku wzrostu prądu ponad wartość nastawioną na członie nadprądowym i po upływie nastawionego czasu na członie czasowym podaje impuls do wyzwalacza

powodującego otwarcie wyłącznika na początku linii.

Najkrótszy czas dobieramy dla zabezpieczenia zainstalowanego na początku ostatniego odcinka w ciągu zasilającym. Czasy działania zabezpieczeń wydłużają się w miarę przesuwania się od miejsca zwarcia w kierunku zródła. Po wystąpieniu zwarcia na danym odcinku powinno zadziałać zabezpieczenie na początku linii. Zabezpieczenia położone bliżej żródła, licząc od miejsca zakłócenia, powinny zostać pobudzone prądem zwarciowym, nie zdążą one jednak zadziałać ze względu na duże czasy działania.Układy zabezpieczeniowe położone dalej od zrodła nie zostaną pobudzone. Zabezpieczenie podstawowe linii jest uprawnione w pierwszej kolejności przed pozostałymi zabezpieczeniami do jej wyłączenia. Zabezpieczenie, które powinno działać jako następne po układzie podstawowym jest zabezpieczeniem rezerwowym.

W przypadku wystąpienia zwarcia na odcinku BC pobudzone zostaną człony prądowe zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych na początku odcinka BC i AB, które uruchamiają człony czasowe układów.

Z uwagi na to że czas działania zabezpieczenia linii BC jest krótszy od czasu zabezpieczenia linii AB zostanie odwzbudzone i powróci do stanu początkowego. Podany sposób stopniowania czasów zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych ma tą zaletę, że w przypadku niezadziałania któregokolwiek układu jego role przejmuje najbliższe zabezpieczenie od strony zródła. Zwiększanie się czasów działania zabezpieczeń w miarę zbliżania się do zrodła zasilania jest konieczne dla zagwarantowania wybiórczości działania zabezpieczeń podstawowych i rezerwowych . Jest to jednocześnie poważną wadą gdyż zwarcia powstałle blisko zdródła charakteryzują się przepływem dużych prądów zwarciowych i są wyłączane po stosunkowo długich czasach od chwili powstania zakócenia.

Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne-

Zasadnicza wadą zabezpieczeń nadprądwoych zwłocznych jest to, że zwarcia powstające w pobliżu zródła charakteryzują się prądami zwarciowymi o dużych wartościach i że są ono wyłączane po stosunkowo długim czasie. Czas działania można w dużym stopniu ograniczyć przez uzupełnienie zabezpieczenia zwłocznego bezzwłocznym. Wartość prądu rozruchowego określa się nie wg warunków obciążeniowych, lecz na podstawie warunku zwarciowego na końcu odcinka chronionego zabezpieczeniem zwłocznym, a powinno działać w przypadku zwarć w pobliżu zródła zasilającego.

Schemat linii zasilającej od strony stacji A

a)uproszczony schemat linii z zabezpieczeniem

b)wykres zależności prądu zwarciowego od miejsca zwarcia

Zabezpieczenie zwłoczne nie powinno zadziałać w przypadku powstania zwarcia na szynach rozdzielnicy B, powinno zadziałać, kiedy zwarcie wystąpi między stacjami A i B w pewnej odległości od szyn stacji B. Spełnienie tego warunku wymaga by prąd rozruchowy zabezpieczenia bezzwłocznego w stacji A byłokreślony wzorem: Ir>=k_bI_zmax/n_i gdzie k_b- współczynnik bezpieczeństwa; I_zmax- największy prąd zwarciowy przy zwarciu na szynach stacji B; n_i- przekładnia znamionowa przekładników prądowych. Strefę objętą zabezpieczeniem bezzwłocznym (Ik)można wyznaczyć wykreślnie przez wyznaczenie miejsca przecięcia krzywej Iż=f(Z) z prostą odpowiadającą wartości prądu rozruchowegoI'r po stronie pierwotniej przekładników prądowych. Celowość stosowania zabezpieczenia nadprądowo bezzwłocznego jest uzasadniona ekonomicznie, jeśli długośc strefy objętej tym zabezpieczeniem wynosi nie mniej niż 20% długości zabezpieczanej linii. Zabezpieczenie bezzwłóczne jest stosowane do skracania czasu trwania nadmiernych obniżek napięcia w czasie trwania nadmiernych obniżek napięcia w czasie działania zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych. W tym celu należy dobrać wartość prądu rozruchowego a taki sposób aby zabezpieczenie to powodowało bezzwłoczne wyłączanie zwarcia, które powoduje obniżenie napięcia na szynach rozdzielnicy A do wartości poniżej 60% napięcia znamionowego. Podstawową zaletą zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego jest krótki czas działania, a jego wadą, że nie obejmuje całego odcinka linii promieniowej i tym samym nie może pełnić funkcji zabezpieczenia rezerwowego. Zabezpieczenie zwłoczne i bezzwłoczne tworzą układ dwustopiniowego zabezpieczenia linii i umożliwiają skrócenie czasów wyłączenia zwarć sieci.

5.Zabezpieczenia ziemnozwarciowe.

W sieciach elektroenergetycznych najczęściej występujące zakłócenia o charakterze zwarciowym są pojedyńcze zwarcia z ziemią. Zależnie od wartości prądu ziemnozwarciowego w układzie sieciowym, sieci dzieli się na układy o małym prądzie zwarcia z ziemią(Iż<=500A) i o dużym prądzie(Iż>500A). Zdecydowana większość krajowych sieci ŚN należy do pierwszej grupy. Sieci ŚN mogą pracować z punktem zerowym: -izolowanym; -uziemionym przez reaktancję; -uziemionym przez rezystancję; -uziemionym bezpośrednio.

Krajowe sieci ŚN napowietrzne, kablowe, napowietrzno-kablowe i kablowo-napowietrzne pracują z izolowanym punktem zerowym uziemionym przez reaktancję i uziemionym przez rezystancję.

6.Charakterystyki rozruchowe zabezpieczeń kierunkowych mocowych Ir=f(fi) przy Uo=const:

1-czynnomocowych, 2-biernomocwych.

Zabezpieczenia ziemnozwarciowe kierunkowe mocowe stosuje się w przypadku takich konfiguracji sieci , w których składowa zerowa prądu nie stanowi wystarczającego kryterium do wyszukania linii z doziemieniem. Zabezpieczenia kierunkowe mocowe wyposażone są w człon napięciowy i prądowy. Cewki napięciowe zasilane są z filtrów składowej zerowej, najczęściej z układu otwartego trójkata przekładników napięciowych a człon prądowy zasilany jest z przekładnika ziemnozwarciowego typu Ferrantiego lub układu Holmgreena. W układach sieciowych o izolowanym punkcie zerowym stosuje się przekazniki biernomocowe(sinusowe), a w sieciach skompensowanych i z punktem zerowym uziemionym przez rezystor czynnomocowe (cosinusowe). Aby zabezpieczenia kierunkowe mocowe mogły działać wybiórczo w sieci muszą spełniać określone wymagania w zakresie przebiegów charakterystyk rozruchowych I_r=f(fi) przy U₀=const. Parametrem charakteryzującym przebiegi krzywych I_r=f(fi) przy U₀=const jest kąt wewnętrzny, który określa największą czułość zabezpieczenia.

Cwiczenie2.Badanie zabezpieczeń kierunkowych.

1.Przekaznik kierunkowy.

Jego działanie jest zależne od przesunięcia fazowego pomiędzy prądem i napięciem podczas zwarcia w zabezpieczanej linii. Kąt ψ jest kątem przesunięcia wewnętrznego przekaznika kierunkowego. Jest podstawowym parametrem ważnym dla każdej charakterystyki kątowej przekaznika informującym o przesunięciu fazowym miedzy prądem i napięciem na zaciskach przekaznika, przy którym występuje największa czułość kierunkowa pzekażnika.

Budowa i zasada działania:

a)obwód magnetyczny

b)uproszczony wykres wektorowy

Przekaznik kierunkowy indukcyjno- elektrodynamiczny ma dwa niezależne obwdy: prądowy i napięciowy. Przepływający przez uzwojenie prądowe prąd I powoduje powstanie strumienia magnetycznego φ_I. Zmienny strumień φ_U wytworzony przez prąd I_U płynący w uzwojeniu napięciowym powoduje powstanie w ruchomej ramce siły elektrodynamicznej

Eu. Pod wpływem tej siły w obrotowej miedzianej ramce płynie prąd Ie, który powoduje powstanie strumienia φ_E. W skutek oddziaływania strumienia φ_I na prąd płynący w ramce oraz oddziaływania strumienia φ_E na prąd I płynący w uzwojeniu prądowym, powstaje moment obrotowy wychylający ramkę. Do ramki umocowane jest ramię działających na zespół sprężyn stykowych. Zależnie od kierunku wychylenia się ramki występuje przełączanie styków przekaznika. Przeznaczony do zabezpieczeń nadprądowych w liniach ŚN.Uzupełniając zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne o dodatkowy przekładnik przy przepływie prądu zwarcia do szyn zbiorczych następuje blokowanie działania zabezpieczenia., a przy przepływie od szyn w kierunku na chronioną linię następuje zezwolenie na wyłączenie. Działanie zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego kierunkowego uzależnione jest od:

-przekroczenia pewnej ustalonej wartości prądu, zwanej wartością rozruchową; -stwierdzenia kierunku przepływu mocy zwarciowej od szyn w kierunku na chroniona linie; -czasu trwania zwarcia.

2.Analiza pracy układów wyposażonych w zabezpieczenia kierunkowe.

Przykład konfiguracji sieci, w której wymagane jest zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne kierunkowe.

Przy zwarciu w torze1 zabezpieczenie toru 2 w stacji B stwierdza przepływ prądu zwarcia w kierunku do szyn zbiorczych, czyli w kierunku, w którym jest zabezpieczenie. Człon kierunkowy blokuje i nie zezwala na wyłączenie. Natomiast w torze 1 (stacjaB)zabezpieczenie również stwierdza przepływ prądu zwarcia , ale w kierunku od szyn zbiorczych do linii, to znaczy w kierunku, który go nie interesuje. Człon kierunkowy zezwala na wybiórcze wyłączenie toru 1. Analogicznie, prawidłowe działanie zabezpieczeń występuje przy założeniu miejsca zwarcia w torze 2 jak również wlinii odpływającej ze stacji B. Miejsce zainstalowania zabezpieczeń nadprądowo-zwłocznych kierunkowych każdoroazowo ustala się analizując wybiórczość działania zabezpieczeń w wybranym układzie sieciowym.

3.Zasada przeciwbieżnego stopniowania zwłok czasowych.

Dla ustalenia czasów działania poszczególnych zabezpieczeń stosuje się zasadę przeciwbieżnego stopniowania zwłok czasowych zabezpieczeń. Zgodnie z ta zasada rozpatruje się dwie możliwości zasilania linii, a mianowicie tylko przez system 1 lub tylko przez 2. Dla każdej z tych możliwości ustala się czasy zadziałania zabezpieczeń zainstalowanych na początku odcinków linii, stosując zasadę stopniowania czasów zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych.

Następnie zakłada się, że obydwa systemy zasilania są czynne jednocześnie, przy czym kontroluje się wybiórczość działania zabezpieczeń przy rozmaitej lokalizacji zwarć i typuje się zabezpieczenia, które powinny być zaopatrzone w blokadę kierunkową. W rozpatrywanym przypadku linii zasilanej dwustronnie należy w blokadękierunkową zaopatrzeć jedno z zabezpieczeń 2 lub 3 i jedno z zabezpieczeń 4 lub 5, wybierając zabezpieczenie o krótszej zwłoce czasowej. Gdyby obydwa z zabezpieczeń(2-3 lub 4-5) miały tę samą zwłokę czasową, każde z nich powinno być zaopatrzone w blokadę kierunkową.

4.Charakterystyka kątowa przekaznika kierunkowego U_r=f(fi).

W celu wyznaczenia kata wewnętrznego przekażnika kierunkowego wyznacza się symetralną otrzymanej krzywej. W miejscu przecięcia się tej symetralnej z osią odciętych odczytuje się wartość kąta. Wartość kąta przesunięcia wewnętrznego przekaznika kierunkowego można wyznaczyć na podstawie znajomości kątów asymptot do krzywej.

Ψ=fi₁(as)+fi₂(as))/2

Kąt przesunięcia wewnętrznego przekażnika kierunkowego Ψ można uznać za niezależny od wartości przyłożonego napięcia oraz wartości przepływającego prądu. W związku z tym moc potrzebna do zadziałania przekaznika zależy od wartości kata przesunięcia fi między prądem a napięciem. Przekażnik ma największa czułość w warunkach kiedy cos(fi -Ψ)=1, a więc fi=Ψ.

---