STACJE I ROZDZIELNIE ELEKTROENERGETYCZNE

(mgr. inz. S. Nowinski)

Wykład 09 (08.01.2007)

Przepięcia na skutek wyładowań atmosferycznych oraz operacji łączeniowych są zjawiskiem nieuniknionym. Stanowią one zagrożenia dla urządzeń elektrycznych ponieważ z powodów czysto ekonomicznych izolacji sieci nie projektuje się na tak wysoki poziom wytrzymałości napięciowej. Z tego też powodu w eksploatacji sieci stosuje się urządzenia chroniące ją przed uszkodzeniami. Istnieją dwie podstawowe metody ochrony przeciwprzepięciowej:

1. unikanie przepięć atmosferycznych w punkcie ich powstawania np. Poprzez stosowanie przewodów odgromowych poza siecią

2. ograniczenie przepięć w pobliżu urządzeń elektrycznych poprzez zastosowanie ograniczników przepięć w ich bezpośrednim sąsiedztwie. W sieciach średniego napięcia najbardziej skuteczną metodą ochrony jest zastosowanie ograniczników przepięć w bezpośrednim sąsiedztwie urządzeń elektrycznych.

W sieciach WN stosuje się obydwie metody ochrony. W sieciach SN metoda z przewodami odgromowymi jest mało skuteczna z powodu małej odległości między przewodami odgromowymi i roboczymi linii. Bezpośrednie uderzenie pioruna w tych sieciach obejmuje również przewody liniowe. Dodatkowo nie można uniknąć pośredniego działania pioruna jakim jest indukowanie przepięć w obwodach liniowych. Wielkość przepięcia określa się skrótem p.u.

gdzie Um - wartość skuteczna maksymalnego napięcia międzyfazowego w stanie normalnej pracy sieci.

Zasadniczo wyróżnia się 3 rodzaje przepięć:

1. przepięcia dynamiczne pojawiające się np. Podczas zaniku obciążenia lub w czasie zakłóceń związanych ze zwarciami doziemnymi. Czas trwania tych przepięć o częstotliwości sieciowej wynosi do kilku kiloherzców przy normalnym obciążeniu wynosi od 0,1s do kilku minut. Zasadniczo przepięcie nie przekracza
   p.u i nie stanowi niebezpieczeństwa dla urządzeń jednak ma wpływ na dobór ograniczników przepięć

2. przepięcia łączeniowe - powstają podczas operacji łączeniowych i składają się z silnie tłumionych oscylacji o częstotliwości do kilku kHz i wartości do 3 p.u. Szczególnym przypadkiem są operacje łączeniowe w obwodach o charakterze indukcyjnym. Czas narastania przepięcia zawiera się między 0,1s do 10ms a ich wartość szczytowa może osiągnąć 4 p.u. Przepięcia o dużej stromości czoła fali mogą też powstać podczas załączania linii napowietrznych i kablowych. Wartość szczytowa w takim przypadku wynosi 2,2 p.u i dlatego nie stanowi niebezpieczeństwa dla systemu.

3. Przepięcia atmosferyczne - występują w czasie wyładowań atmosferycznych. Osiągają one wartość szczytową w czasie zaledwie kilku μs i następnie szybko znikają. Wartości tych jednobiegunowych przepięć mogą przewyższać 10 p.u. Przepięcia atmosferyczne stanowią największe zagrożenie dla sieci SN. Ochrona przeciwprzepięciowa musi być zatem tak dobrana aby skutecznie ograniczyć te przepięcia do wartości nie powodujących uszkodzeń urządzeń.

Ograniczniki przepięć:

Konwencjonalne ograniczniki przepięć (odgromniki) były szczególnie wykorzystywane w sieciach SN aż do końca lat 80, składały się z szeregowo połączonych rezystorów SiC (węglik krzemu) i iskierników płytkowych. W czasie wzrostu napięcia w iskiernikach występują przeskoki do ziemi. Szeregowe połączenie rezystorów SiC ogranicza prąd następujący od zasilania i pozwala w ten sposób zgasić łuk na iskiernikach przy najbliższym przejściu napięcia przez 0. W ostatnich latach nastąpiło udoskonalenie ograniczników przepięć używanych w sieciach SN, w których to połączenie szeregowe ZnO rezystorów SiC i iskierników zostało zamienione na warystory z tlenków metali bez iskierników płytkowych. Z drugiej strony osłony ograniczniki przepięć wykonywane z porcelany zostały zamienione na materiały polimerowe. Podstawową zaletą ograniczników ZnO jest fakt, że z powodu ich silnie nieliniowej charakterystyki tyrystorów nie potrzebują żadnych iskierników. Prąd zaczyna płynąć przez ogranicznik już przed osiągnięciem przez przepięcie wartości u.p. Dlatego ograniczniki ZnO redukują przepięcia wcześniej iż ograniczniki iskiernikowe.

Zalety ograniczników SN:

• niski poziom ochrony

• duża zdolność pochłaniania energii

• szeroki zakres ochrony

• stabilna charakterystyka

• odporność na starzenie i zanieczyszczenia

• nie wybuchająca obudowa o dużej wytrzymałości mechanicznej

Budowa ogranicznika:

• aluminiowa elektroda

• przekładnia

• pętla

• przekładnia pośrednicząca

• warystory ZnO

• przerwa

• śruba

Parametry:

• najwyższe napięcie sieci Um [kV]

• napięcie trwałej pracy Uc [kV]

• napięcie znamionowe Ur [kV]

• napięcie obniżone Uo [kV]

• znamionowy prąd wyładowczy In [kA]

• prąd zwarciowy Iz [kA]

• zdolność pochłaniania energii E [kJ / kV]

Dobór ograniczników przepięć:

Parametry doboru:

• napięcie trwałej pracy

• zdolność pochłaniania energii

• wytrzymałość zwarciowa

Dane potrzebne do prawidłowego doboru:

• najwyższe napięcie sieci

• częstotliwość napięcia

• współczynnik zwarcia doziemnego

• maksymalny czas trwania zwarcia doziemnego

• wartość spodziewanego prądu zwarcia w miejscu zainstalowania

• warunki zabrudzeniowe układu włączania ogranicznika

• rodzaj aparatury chronionej

Napięcie trwałej pracy:

Ogranicznik między przewodem fazowym a zerem.:

• sieć z izolowanym punktem zerowym lub z kompensacją prądu ziemnozwarciowego z nieznanym czasem wyłączania zwarć doziemnych:

• sieć ze znanym czasem wyłączania zwarć doziemnych:

• sieć ze skutecznie uziemnionym punktem zerowym:

• sieć ze znanym współczynnikiem kz oraz znamym czasem wyłączania zwarć doziemnych:

• ogranicznik między przewodami fazowymi:

• ogranicznik między zerem transformatora a ziemią

• sieć z izolowanym punktem zerowym

• sieć ze skutecznie uziemionym punktem zerowym:

---