3. Przekaźniki, ich klasyfikacja m. in. ze względu na wartość współczynnika powrotu:

Przekaźnik – przyrząd lub fragment urządzenia automatyki elektroenergetycznej (AE) przeznaczony do wykonywania skokowych zmian na wyjściu (wyjściach), pod wpływem przyłożenia lub odpowiedniej zmiany wielkości fizycznej (fizycznych) oddziaływującej (oddziaływujących) na wejściu (wejściach).

Terminem tym określa się wszystkie elementy niezbędne do działania przekaźnika, ale także, co jest obecnie coraz bardziej istotne, program lub jego fragment, jeśli zasada działania wykorzystuje technikę cyfrową.

Termin „przekaźnik” stosuje się tam, gdzie pomiędzy wejściem a wyjściem przyrządu występuje pojedyncze działanie przekaźnikowe, np. jest jeden wspólny zespół zestyków .

Podział przekaźników:

Klasyfikacja ze względu na wartość współczynnika powrotu:

- Dla przekaźników pomocniczych nie oblicza się współczynnika powrotu k_p (tylko dla przekaźników pomiarowych).

- przekaźniki pomiarowe nadmiarowe : - przekaźniki pomiarowe niedomiarowe:

Sn – wartość znamionowa

Δ=Sr-Snast-uchyb przekaźnika

Sp – sygnał powrotu

4. Przekaźniki pomiarowe jednowielkościowe, rodzaje, podział, charakterystyczne cechy:

Przekaźnik pomiarowy – przekaźnik elektryczny, w którym zadziałanie następuje z określoną dokładnością, gdy wartość wielkości pomiarowej osiągnie nastawioną wartość rozruchową tej wielkości .

Przekaźniki pomiarowe mogą być jednowielkościowe t.j. takie, które działają pod wpływem jednej wielkości zasilającej wejściowej (np. przekaźniki napięciowe).

Przekaźniki pomiarowe jednowielkościowe dzieli się na :

- przekaźnik jednowielkościowey prądowy(RI3) – Przekaźnik prądowy to przekaźnik, w którym wartością zasilającą jest prąd elektryczny. Działa on wykorzystując elektromagnetyczne oddziaływanie prądu przepływającego przez uzwojenie cewki. Nastawa przekaźnika odbywa się poprzez zmianę naciągu sprężyny. W chwili, gdy wytworzony przez strumień magnetyczny wywoła moment zdolne przezwyciężyć moment sprężyny następuje pobudzenie się przekaźnika. Przekaźnik ten jest przekaźnikiem jednofazowym.

- przekaźnik jednowielkościowy napięciowy – Przekaźnik napięciowy to przekaźnik, w którym wartością zasilającą jest napięcie elektryczne. Budowa i zasada działania tych przekaźników jest zbliżona do przekaźnika prądowego, różnica występuje w konstrukcji cewki. Posiada ona znacznie większą impedancję oraz znaczną liczbę zwojów.

(Ren-3 – przekaźnik nadnapięciowy bezzwłoczny

Rep-3 – przekaźnik podnapięciowy bezzwłoczny)

- przekaźniki jednowielkościowe częstotliwościowe

1. Przekaźniki pomocnicze:

Przekaźnik pomocniczy – przekaźnik elektryczny (czyli taki, który działa pod wpływem wielkości elektrycznej), przystosowany do zasilania wielkością, której wartość albo się znajduje w swoim zakresie roboczym, albo jest praktycznie równa zeru.

Przekaźniki pomocnicze mogą być : pośredniczące, sygnałowe i zwłoczne.

Przekaźnik pośredniczący – przekaźnik pomocniczy przeznaczony do powtarzania skokowych zmian w oddzielonych elektrycznie obwodach, zwiększania mocy łączeniowej lub zwielokrotnienia liczby zestyków.

Zadaniem przekaźnika pośredniczącego jest:

1. Wzmocnienie sygnału

2. Zwielokrotnienie sygnału wejściowego

3. Zmiana rodzaju sygnału wyjściowego

4. Galwaniczne oddzielenie obwodu wejściowego od wyjściowego

Zasada działania przekaźników pośredniczących:

- elektromagnetyczne (z przyciąganą zworą)

- magnetoelektryczne

- elektroniczne jako wzmacniacze sygnałów

Przekaźnik sygnalizacyjny – przekaźnik pomocniczy wyposażony w elementy sygnalizujące optycznie zmianę jego stanu.

Zadaniem przekaźników sygnalizacyjnych jest :

1. Sygnalizowanie pewnych stanów.

Przekaźnik zwłoczny (czasowy) – przekaźnik pomocniczy, w którym czas zadziałania lub/i odpadu jest celowo wydłużony.

Zadaniem Przekaźnika zwłocznego (czasowego) jest:

1. Opóźnienie sygnału wyjściowego względem wejściowego.

Przekaźniki czasowe wykonuje się jako :

- przekaźniki z hamowaniem indukcyjnym

- z mechanizmem zegarowym

- Układy RC

- cyfrowe

Dla przekaźników pomocniczych nie oblicza się współczynnika powrotu k_p (tylko dla przekaźników pomiarowych).

Przekaźnik pomocniczy bada się w ten sposób, że sygnał wejściowy podaje się skokowo (a nie płynnie). Przekaźnik pomiarowy zarówno dla sygnału wejściowego płynnego jak i skokowego musi pokazywać to samo.

3. Definicja współczynnika powrotu i zespołu elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej. Współczynnik powrotu (Kp) – stosunek wartości zakończenia powrotu (Sp) do wartości rozruchowej (Sr) (jest to jedna z najważniejszych wielkości charakteryzujących przekaźnik)

$$K_{p} = \frac{S_{p}}{S_{r}}$$

Zespół elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej – wykrywa zakłócenie występujące w elementach systemu El-en i podejmuje właściwe reakcje. Najczęściej polegającą na wyłączeniu uszkodzonego elementu. Automatyka ta działa wyłącznie w przypadku awarii lub zakłócenia.

Dzieli się na automatykę:

• Eliminacyjną - która wyłącza uszkodzony element uprzednio go lokalizując

• Prewencyjna - zapobiega rozwojowi zakłócenia (regulacja częstotliwości)

• Restytucyjna - która przywraca zasilanie lub załącza urządzenia (SPZ)

Wymagania stawiane urządzeniom EAZ:

• Czułość - zdolność do reagowania na objawie zakłócenia,

• Szybkość - zwiększa bezpieczeństwo pracy personelu, ogranicza rozmiar awarii, zabezpiecza generator przed wypadnięciem z synchronizmu.

• Wybiorczość (selektywność) – zdolność do odcięcia od źródła energii tylko tej części systemu El-en, który jest dotknięty zakłóceniem,

• Niezawodność

• Ekonomiczność

• Łatwość obsługi

Zabezpieczenie odległościowe – przekaźnik admitancyjny

Jest to takie zabezpieczenie, którego czas zadziałania jest funkcją elektrycznej odległości miejsca zwarcia od miejsca zainstalowania zabezpieczenia. Najlepszą miarą tej odległości jest impedancja pętli zwarciowej dla składowej zgodnej ( reaktancja).

t₁ = (0,015÷0,04)s = (15÷40) ms

t₂ = t₁ + (0,3÷0,5)s

t₃ = ?

Podstawowym elementem zabezpieczenia odległościowego jest przekaźnik impedancyjny, który działa w ten sposób, że jego rozruch następuje wówczas jeśli wektor mierzonych impedancji znajdzie się wewnątrz założonej charakterystyki.

Z=U_p/I_p

Przekaźnik impedancyjny mierzy abstrakcyjną (nie fizyczną) wartość impedancji wynikającą z doprowadzonego do niego napięcia i prądu.

Charakterystyka przekaźnika impedancyjnego:

Kształt charakterystyki zabezpieczenia odległościowego  we współrzędnych (R, jX): 
-charak. zabezp. musi obejmować charakterystykę linii 
-charak. zabezp. nie może się pokryć z charakterystyką odbioru 
-charak. zabezp. powinna objąć fragment 2 i 4 ćwiartki ze względu na możliwość oddziaływania uchybów 
-charak. zabezp. musi uwzględnić oddziaływanie rezystancji przejścia oraz rezystancji ł

Przykłady charakterystyk 1-strefowych - poligonalna z odcięciem

-poligonalna

Charakterystyka 3-strefowa:

Δt = 0,3÷0,5 s

X_I=0,85 X_AB (lub 0,9X_AB),

X_II=0,85(X_AB+0,85X_BC),

X_III=k_c(X_AB+X_BC) k_c=1,5

W nastawie poszczególnych stref zabezpieczeń odległościowych stosuje się współczynnik 0.85 lub 0.9 ze względu na

a)uchybu zabezpieczeń i przekładników

b)niezbyt dokładną znajomość parametrów linii

c)zmienność parametrów linii

Generatory synchroniczne - powinny być wyposażone w następujące zabezpieczenia:
- zabezpieczenie nadmiarowo-prądowe stojana od przetężeń i skutków zwarć zewnętrznych, 
 działające początkowo na sygnał, a po określonym czasie — na wyłączenie generatora z sieci 
 i odwzbudzenie,
- zabezpieczenie różnicowo-prądowe od zwarć wewnątrz stojana, działające bezzwłocznie na
 wyłączenie generatora i odwzbudzenie,
- zabezpieczenie ziemnozwarciowe stojana, które w przypadku doziemienia uzwojenia stojana 

Zerowo napięciowe- Zabezpieczenia mierzące wyłącznie składową kolejności zerowej napięcia lub zerowo prądowe
 w zależności od wartości prądu doziemnego działa na sygnał lub wyłączenie maszyny 
 i odwzbudzenie,
- zabezpieczenie ziemnozwarciowe wirnika reagujące w zależności od rodzaju uszkodzenia; przy
 pojedynczym zwarciu z ziemią na sygnał, natomiast przy drugim zwarciu powodując wyłączenie 
 i odwzbudzenie generatora

Zabezpieczenie ziemnozwarciowe dla linii pracującej w skompresowanej sieci SN.

Linie o napięciu SN zabezpiecza się od skutków zwarć doziemnych zabezpieczeniami przy sieci skompensowanej:

a)kierunkowymi czynno-mocowymi (gdy α_ch=0^o), b) konduktancyjnymi i no i ta na dole nie wiem jak ona się nazywa(RYGo) .

Dobór zabezpieczeń jest ściśle związany ze sposobem pracy punktu neutralnego sieci(izolowany, przez rezystor, przez dławik). Celem sieci skompresowanej (przez dławik) było przedłużenie dopuszczalnej pracy z doziemioniem(obecnie się nie stosuje). Obecnie celem kompensacji jest: a) gaszenie zwarć łukowych (przy I_k1<30A) b) zmniejszenie zagrożenia pożarowego . Siec skompensowana ma poziom przepięć ziemno prądowych mniejszy niż sieć z izolowanym punktem neutralnym(między 2,8-3,2). Wadą kompensacji są dość skomplikowane zabezpieczenia ziemnozwarciowe wymagające stosowania urządzeń zwiększających prąd zwarcia po czasie koniecznym do zgaszenia łuku.

Sieć skompensowana(najtrudniej do wykrycia zwarć), zabezpieczenia nad prądowe nie spełniają zadania bo składowa pojemnościowa jest skompensowana przez prąd dławika. Dlatego wykorzystuje się AWSCz wówczas można wykorzystać człon o kryterium kątowym, kierunkowym.

Zabezpieczenie admiracyjne:

Charakterystyka RGo (jest AWSCz)

Charakterystyka RYGo

2. Zabezpieczenia generatora synchronicznego od skutkow zwarc zwojowych:

-różnicowe poprzeczne bezzwłoczne

-nadprądowe zasilanie z przekładnika zainstalowanego miedzy punktami zerowymi obu gałęzi równoległych

- zabezpieczenie nadmiarowo-prądowe stojana od przetężeń i skutków zwarć zewnętrznych, działające początkowo na sygnał, a po określonym czasie — na wyłączenie generatora z sieci i odwzbudzenie,
- zabezpieczenie różnicowo-prądowe od zwarć wewnątrz stojana, działające bezzwłocznie na wyłączenie generatora i odwzbudzenie,
- zabezpieczenie ziemnozwarciowe stojana, które w przypadku doziemienia uzwojenia stojana w zależności od wartości prądu doziemnego działa na sygnał lub wyłączenie maszyny i odwzbudzenie,
- zabezpieczenie ziemnozwarciowe wirnika reagujące w zależności od rodzaju uszkodzenia; przy pojedynczym zwarciu z ziemią na sygnał, natomiast przy drugim zwarciu powodując wyłączenie i odwzbudzenie generatora.

Duże generatory wyposaża się także w zabezpieczenia przed asymetrią prądów stojana, przed pracą asynchroniczną i przed przeciążeniem prądowym wirnika. Ponadto wszystkie maszyny mogą być wyposażone w sygnalizację i zabezpieczenia kontrolujące temperaturę wewnątrz maszyny i temperaturę czynnika chłodzącego.

W liniach stosuje się zabezpieczenia o charakterystyce zależnej.

Zabezpieczenie Z1 jest podstawowe dla odcinka AB i rezerwowe dla odcinka BC, BE, BD. Nie musi rezerwować już zwarć w odcinki DE.

Zabezpieczenie Z2 jest podstawowe dla odcinka BD, rezerwowe dla odcinka DF.

Nastawy dobieramy wg. wzorów:

$$I_{\text{nast}} \geq \frac{k_{b}k_{r}I_{\max}}{k_{p}\vartheta}\text{\ \ \ \ \ \ \ }I_{\text{nast}} < \frac{I_{\text{kmin}}}{k_{c}\vartheta}$$

Gdzie:

kb-wsp. Bezpieczeństwa

kp-wsp. Powrotu

kr-wsp. Samoczynnego rozruchu silnikow

kc-wsp. Czulości

Imax-maksymalny prad roboczy

Ikmin-minimalny prad zwarcia na koncu chronionego odcinka

ϑ-przekladnia przekładnika pradowego

Wadą zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych jest to że w miarę zbliżania się do końca wzrastają nastawy czasowe- jednocześnie przy rosnących mocach i prądach zwarciowych sieć jest poddana coraz większym narażeniom w związku z czym dodatkowo stosuje się zabezpieczenia zwarciowe z czasami rzędu 0,1-0,3 s

Dla transformatorów stosuje się następujące rodzaje zabezpieczeń:
- różnicowe wzdłużne,
- różnicowe zerowoprądowe,
- nadprądowe i nadprądowe zerowoprądowe,
- nadprądowe kierunkowe,
- zabezpieczenia od zwarcia z kadzią,
- odległościowe,
- gazowo-przepływowe,
- ciśnieniowe,
- temperaturowe (oleju i/lub najgorętszego punktu),
- od przewzbudzenia (nadmiernego wzrostu strumienia).

Różnicowe wzdłużne – zasada jego działania oparta jest na pomiarze różnicy prądów przed i za zabezpieczanym obiektem. Podczas normalnej pracy układu albo podczas zwarcia poza strefą zabezpieczaną różnica ta jest zbliżona do zera. Jeżeli zwarcie występuje w strefie zabezpieczanej różnica osiąga dużą wartość i prowadzi do działania zabezpieczenia. Pomiaru trzeba dokonać z przekładników zainstalowanych w dwóch różnych miejscach.

2. Wymienić zabezpieczenia transformatorów w układzie: rodzaj zakłócenia – zabezpieczenie.

Zwarcie – różnicowe wzdłużne, nadprądowe, odległościowe

Udar – różnicowe, nadprądowe

Przegrzanie – nadprądowe zwłoczne, termometryczne

Wzrost strumienia - od przewzbudzenia (nadmiernego wzrostu strumienia).