Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Laboratorium Zabezpieczeń Elektroenergetycznych					Paweł Ciupek Maciej Data Arkadiusz Kurek Łukasz Nazimek Radosław Kozłowski Piotr Ciemięga
Moduł: Wytwarzanie, Rozdział i Przesył Energii Elektrycznej
Wydział: EAIiE	Rok akad.: 2003/04		Rok studiów: IV	Kierunek: Elektrotechnika			Grupa: I	Zespół: E
Temat ćwiczenia: Doziemienia w sieciach
Data wykonania: 4.11.2003		Data zaliczenia:				Ocena:

I Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z istotą działania oraz warunkami pracy wybranych zabezpieczeń ziemnozwarciowych linii średnich napięć oraz przeprowadzenie pomiarów i obserwacji zagrożeń towarzyszących zwarciom doziemnym w układzie modelowym sieci o różnym sposobie połączenia punktu neutralnego neutralnego ziemią.

II Wprowadznie

Zwarcia doziemne (doziemienia) są najczęstszym rodzajem zakłóceń pracy linii elektroenergetycznych. Z wieloletnich statystyk wynika, że doziemienia stanowią ok. 85% wszystkich rodzajów zakłóceń w sieciach. Długotrwały przepływ prądu ziemnozwarciowego może powodować uszkodzenie przewodów linii lub kabla, porażenia ludzi itp. Na wartość prądu zwarcia doziemnego ma wpływ sposób połączenia punktu neutralnego sieci z ziemią, który w tych sieciach może być następujący:

- izolowany

- uziemiony przez dławik gaszący

- uziemiony przez rezystancję

Ochrona sieci przed skutkami zwarć doziemnych polega na:

- stosowaniu właściwej izolacji, starannego, zgodnego z przepisami montażu linii, kabli, słupów

- ograniczeniu czasu trwania przepływu prądów ziemnozwarciowych przez szybkie i pewne wyłączenie części, w której powstało zwarcie

- ograniczeniu wartości prądów zwarciowych przez właściwe zaprojektowanie sieci i ewentualnie przez sztuczne powiększenie jej reaktancji (np. poprzez dławiki przeciwzwarciowe).

III Wykonanie ćwiczenia

Schemat układu pomiarowego do badania zjawisk towarzyszącym doziemieniom w sieciach o różnym połączeniu punktu neutralnego z ziemią.

3.1 Pomiar prądów i napięć w przypadku bezawaryjnej pracy sieci

- zaciski wejściowe przekaźnika RIgx-10- zwarte

- P1 w pozycji R=∞

- P2 w pozycji Rlgx.

UL1	UL2	UL3	UL1L2	UL2L3	UL2L3	IL1	IL2	IL3	C	3I0
[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[V]	[A]	[A]	[A]	[A]	[A]
25	25	25	42	42	42	3,5	3,6	3,4	0	0

3.2.1 Pomiar prądów i napięć dla sieci z izolowanym punktem neutralnym

- Zwarcie z ziemią fazy L1 w punkcie 3 na linii

- Pozycje przełączników P1, P2 jak w poprzednim punkcie

Wielkość Mierzona		Wyniki Pomiarów	Wielkość Mierzona	Punkt pomiaru
								trafo	1	2	3	4	5
								V	V	V	V	V	V
U^*	V	15,75	UL1Z	9,23	5,08	2,5	0,2	2,5	1,8
IL1	A	3,5	UL2Z	35,2	32,2	30	28	26	23,7
IL2	A	3,6	UL3Z	36,3	33,8	31,5	29,3	27	25
IL3	A	3,4	UL1L2	43,6	37,1	32,5	27,7	23,8	3
Ik	A	0,55	UL1L3	43,6	37,7	33,6	1,24	24,7	3,05
C	mA	0,5	UL2L3	43,4	38	33,8	29,3	24,8	20,6
3I0	mA	0
IL	mA	0

U*- oznacza napięcie punktu neutralnego sieci względem ziemi

Wykres rozkładu napięcia fazowego wzdłuż linii

3.2.2 Pomiar napięć i prądów dla sieci kompensowanej

- Zwarcie z ziemią fazy L1 w punkcie 3 na linii

- Pozycje przełączników P1, P2 jak w poprzednim punkcie

- Za pomocą dławika L (dołączony do punktu neutralnego) zmniejszamy prąd ziemnozwarciowy do możliwie najmniejszej wartości

Wielkość Mierzona		Wyniki Pomiarów	Wielkość Mierzona	Punkt pomiaru
								trafo	1	2	3	4	5
								V	V	V	V	V	V
U^*	V	15,5	UL1Z	9,3	5,1	2,57	1,06	2,43	1,63
IL1	A	3,5	UL2Z	35,9	32,6	30,5	28,3	26,1	23,8
IL2	A	3,6	UL3Z	35,6	32,9	30,9	28,6	26,5	24,3
IL3	A	3,4	UL1L2	43,1	37,4	33	28,5	24,1	3
Ik	A	0,15	UL1L3	43,2	37,2	32,8	28,5	24,2	2,95
C	mA	0,5	UL2L3	43,5	37,7	33,4	29,4	25	20,5
3I0	mA	0,1
IL	mA	0,5

Wykres rozkładu napięcia fazowego wzdłuż linii

3.2.3 Pomiar prądów i napięć dla sieci z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor

- Zwarcie z ziemią fazy L2 w punkcie 3 na linii.

- Pozycja przełącznika P1 w pozycji Rp=3,1 Ω.

Wielkość Mierzona		Wyniki Pomiarów	Wielkość Mierzona	Punkt pomiaru
								trafo	1	2	3	4	5
								V	V	V	V	V	V
U^*	V	9,5	UL1Z	31,4	28,1	25,7	23,8	21,8	2,8
IL1	A	3,2	UL2Z	14,9	8,7	4,6	0,4	1,5	3,5
IL2	A	5,9	UL3Z	30,7	28,5	26,4	24,3	22,4	20,4
IL3	A	3,4	UL1L2	43,1	35	29,4	24	20,4	2,24
Ik	A	3,1	UL1L3	43,1	37,4	33,1	28,4	24,3	2,9
C	mA	0,4	UL2L3	43	35,6	30,2	24,5	20,1	17,2
3I0	mA	0,56
IL	mA	0

Wykres rozkładu napięcia fazowego wzdłuż linii

3.2.4 Pomiar napięć i prądów dla sieci ze skutecznie uziemionym punktem zerowym

- Zwarcie z ziemią fazy L1 w punkcie 3 na linii.

- Pozycja przełącznika P1 w pozycji Rp=0 Ω.

Wielkość Mierzona		Wyniki Pomiarów	Wielkość Mierzona	Punkt pomiaru
								trafo	1	2	3	4	5
								V	V	V	V	V	V
U^*	V	0,12	UL1Z	23,4	7,05	0,73	0,41	0,41	0,2
IL1	A	8,5	UL2Z	25,1	22,5	20,4	18,3	16,4	14,3
IL2	A	3,2	UL3Z	24,9	22,9	20,8	18,9	16,7	14,9
IL3	A	3	UL1L2	42,3	32	25,4	18,8	16	2,6
Ik	A	6,5	UL1L3	42,2	32,6	25,8	19,3	16,5	2,63
C	mA	0	UL2L3	43,4	37,7	33,1	29,2	24,6	20,5
3I0	mA	0
IL	mA	0

Wykres rozkładu napięcia fazowego wzdłuż linii

3.3 Obserwacja działania przekaźnika RIgx-1012

Przełącznik P1 ustawiliśmy w pozycji R_p=∞, a przełącznik P2 w pozycji R1gx. Doziemiliśmy linię L1 począwszy od punktu 5 do punktu 1 na linii- w dowolnej fazie- obserwując wskazania 3I₀ oraz zadziałanie przekaźnika. Zadziałanie przekaźnika powoduje wyłączenie linii stycznikiem.

Prąd zadziałania przekaźnika [3I0]	Zwarcie w punkcie	Nastawa przekaźnika RIgx-10 [mA]	Stan zadziałania
0,84	1	12	Tak
0,66	2			Tak
0,54	3			Tak
0,41	4			Tak
0	5			Nie

Prąd zadziałania przekaźnika [3I0]	Zwarcie w punkcie	Nastawa przekaźnika RIgx-10 [mA]	Stan zadziałania
0,84	1	18	Tak
0,66	2			Tak
0,52	3			Nie
0,42	4			Nie
0	5			Nie

Prąd zadziałania przekaźnika [3I0]	Zwarcie w punkcie	Nastawa przekaźnika RIgx-10 [mA]	Stan zadziałania
0,84	1	22	Tak
0,66	2			Nie
0,52	3			Nie
0,4	4			Nie
0	5			Nie

IV Wnioski

W celu obserwacji zmian napięcia linii w zależności od sposobu uziemienia punktu neutralnego dokonywaliśmy doziemień w tym samym punkcie sieci.

Praca sieci bezawaryjna- prądy i napięcia symetryczne.

Dla sieci z izolowanym punktem neutralnym napięcie tego punktu wynosiło 15 V i było największe spośród wszystkich czterech przypadków, natomiast prądy fazowe wzrosły nieznacznie w stosunku do stanu normalnej pracy. Korzystnym zjawiskiem było to, że napięcia na odbiorniku w zdrowych fazach nie zmieniły się znacznie. Natomiast prąd zwarcia doziemnego miał znaczną wartość.

Sieć z kompensacją zachowywała się podobnie jak sieć z izolowanym punktem neutralnym. Korzystną różnicą było zmniejszenie około 3,5 krotnie prądu doziemnego. Było to spowodowane tym, że przez dławik dołączony do punktu neutralnego popłynął prąd o charakterze indukcyjnym.

W przypadku sieci z punktem gwiazdowym uziemionym przez rezystor rośnie znacznie prąd w fazie w której występuje doziemienie oraz prąd zwarcia doziemnego (około 3 - krotnie). Natomiast napięci w sieci zmieniają się w mniejszym stopniu niż w dwóch poprzednich przypadkach. Pojawia się również składowa zerowa prądu ziemnozwarciowego.

Sieć z bezpośrednio uziemionym punktem neutralnym wykazuje największą stabilność napięć w fazach nie dotkniętych zwarciem. Jest to zjawisko korzystne z punktu widzenia odbiorników przyłączonych do tej sieci. Jednak w tym przypadku zdecydowanie rośnie prąd doziemienia oraz prąd w fazie dotkniętej zwarciem, co jest szczególnie niekorzystne dla przewodów linii i może powodować ich uszkodzenie.

Stopniowy wzrost napięcia fazowego doziemionej linii powyżej miejsca zwarcia w kierunku odbioru spowodowane jest tym, że w punkcie gwiazdowym odbiornika symetrycznego pojawia się napięcie różne od zera, które powoduje przepływ prądu do punktu doziemienia i co za tym idzie spadek napięcia na linii.

Obserwacja działania pracy przekaźnika- przekaźnik w zależności od nastawy załączał się lub nie. Dla nastawy mniejszej tzn. 12 mA przekaźnik nie zadziałał tylko przy zwarciu w punkcie 5. Przy nastawach wyższych przekaźnik zadziałał jedynie przy zwarciu w punktach 1, 2- daleko od odbiornika.

---