Politechnika Śląska Wydział Elektryczny Laboratorium elektroenergetyki Studia stacjonarne dwustopniowe Kierunek: Elektrotechnika Rok akademicki: 2009/2010 Semestr: V
Temat : Badanie zabezpieczeń przekaźnikowych transformatorów SN/nN
Grupa 1 Sekcja 6 : Mateusz Gabor Bartłomiej Strzoda Wojciech Gajda Piotr Siwek Karol Siwy Michał Pudło	Prowadzący: mgr inż. Szablicki Mateusz Podpis prowadząceog :

1. Przebieg i opis ćwiczenia .

Głównym celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobami zabezpieczenia transformatorów obniżających SN/nN i przeprowadzenie badań laboratoryjnych dobranych zabezpieczeń.

Transformator pracuje w warunkach znamionowych : oraz MVA. Dla tak pracującego tranformatora dobiera się zabezpieczenia przekaźnikowe od przetężeń wywołanych zwarciamy zewnętrznymi. Do tych zabezpieczeń zaliczamy zabezpieczenia nadprądowe zwłoczne dwu – lub trójfazowe oraz od przetężeń wywołanych zwarciami międzyfazowymi wewnętrznych i na wyprowadzeniach – są nimi bezpieczniki WN lub zabezpieczenia nadprądowe bezzwłoczne.

Poniżej ideowy układu zabezpieczenia transformatora SN/nN.

Schemat układu pomiarowego do sprawdzania członu prądowego przekaźnika

1. Obliczenia

Parametry Sieci elektroenergetycznej :

Transformator

S_n = 630 kVA

U_1n = 6, 3 kV

U_2n = 0, 4 kV

U_Z% = 6 %

P_Cun = 6, 3 kV

Linia Kablowa

l = 50 m

s = 120 mm²

$$x = 0,08\ \frac{\mathrm{\Omega}}{\text{km}}$$

$$\gamma = 33\ \frac{\text{ms}}{\text{mm}^{2}}$$

Zasilanie

S_k^″ = 120 MVA

Maksymalny czas działania zabezpieczeń na odpływach : t_Bmax = 0,1 s,

Stopień czasowy : Δt = 0,4 s.

Wyniki pomiarów :

Wyznaczanie współczynnika powrotu dla zastosowanego przekładnika przy zabezpieczeniu bezzwłocznym :

I_rp- wartość prądu rozruchowego

I_pp - wartość prądu zakończenia powrotu przekaźnika

INast=4 A
Irp[A]
4
4
4
Irp Sr=4 A

Obliczenie współczynnika powrotu :

$$\mathbf{k} = \frac{I_{pp\ Sr}}{I_{rp\ Sr}} = \frac{3,85}{4} = 0,96$$

INast=5 A
Irp[A]
5
5
5
Irp Sr=5 A

Obliczenie współczynnika powrotu :

$$\mathbf{k} = \frac{I_{pp\ Sr}}{I_{rp\ Sr}} = \frac{4,8}{5} = 0,96$$

INast=6 A
Irp[A]
6
6,05
6,05
Irp Sr=6, 03 A

Obliczenie współczynnika powrotu :

$$\mathbf{k} = \frac{I_{pp\ Sr}}{I_{rp\ Sr}} = \frac{5,82}{6,03} = 0,96$$

Wyznaczanie współczynnika powrotu dla zastosowanego przekładnika przy zabezpieczeniu bezzwłocznym :

tNast=0, 05 s	tNast=1, 05 s	tNast= 1 s	tNast=2 s
0,077	1,111	1,062	2,035
0,084	1,106	1,064	2,035
0,083	1,107	1,059	2,032
tsr=0, 081 s	tsr=1, 108 s	tsr=1, 062 s	tsr=2, 034 s

Obliczenie błędów względnych nastawienia :

$$t = \frac{t_{Sr} - t_{\text{Nast}}}{t_{\text{Nast}}}*100\% = \frac{0,081 - 0,05}{0,05}*100\% = 62\%$$

$$t = \frac{t_{Sr} - t_{\text{Nast}}}{t_{\text{Nast}}}*100\% = \frac{1,108 - 1,05}{0,051,05}*100\% = 5,5\%$$

$$t = \frac{t_{Sr} - t_{\text{Nast}}}{t_{\text{Nast}}}*100\% = \frac{1,062 - 1}{1}*100\% = 6,2\%$$

$$t = \frac{t_{Sr} - t_{\text{Nast}}}{t_{\text{Nast}}}*100\% = \frac{2,034 - 2}{2}*100\% = 1,7\%$$

Przyjmujemy :

Współczynnik uwzględniający samorozruch silników zasilanych z transformatora : k_r = 2

Współczynnik schematowy układu połączeń przekładników prądowych : k_s = 1 

Współczynnik powrotu zastosowania przekaźnika: k_p = 0,96

Współczynnik bezpieczeństwa: k_b = 1,2

Obliczamy I_1n

$$\mathbf{I}_{\mathbf{1n}} = \frac{S_{n}}{\sqrt{3}\ U_{1n}} = \ \frac{630}{\sqrt{3}\ 6,3} = 57,7\ A$$

Przyjmujemy że I_{obc max} = I_1n = 57, 7 A

Obliczamy przekładnię znamionową przekładników prądowych k_in

$$\mathbf{k}_{\mathbf{\text{in}}} = \ \frac{I_{1n}}{I_{2n}} = \ \frac{57,7}{5} = 11,5$$

Obliczamy parametry zastępcze sieci elektroenergetycznej :

$$\mathbf{\vartheta} = \frac{U_{1n}}{U_{2n}} = \frac{6,3}{0,4} = 15,75\ \frac{\text{kV}}{\text{kV}}$$

$$\mathbf{}\mathbf{P}_{\mathbf{Cun\%}} = \ \frac{P_{\text{Cun}}}{S_{n}}*100\% = \frac{6,3}{630}*100\% = 1\%$$

Obliczenie impedancji zastępczej systemu :

$$\mathbf{X}_{\mathbf{k}} = \frac{cU_{1n}}{S_{k}^{"}} = \frac{1,1*{6,3}^{2}}{120} = 0,36\ \mathrm{\Omega}$$

Obliczenie impedancji zastępczej transformatora :

$$\mathbf{U}_{\mathbf{Zr\%}} = \sqrt{U_{Z\%}^{2} - P_{Cun\%}^{2}} = \sqrt{6^{2} - 1^{2}} = 5,92\%$$

$${\mathbf{X}_{\mathbf{T}} = \frac{U_{Zr\%}}{100}*\frac{U_{1n}^{2}}{S_{n}} = \frac{5,92}{100}*\frac{6300}{630000}}^{2} = 3,72\mathrm{\Omega}$$

Przyjmujemy że U_R% = P_Cun

$$\mathbf{R}_{\mathbf{T}} = \frac{U_{R\%}}{100}*\frac{U_{1n}^{2}}{S_{n}} = \frac{1}{100}*\frac{6300^{2}}{630000} = 0,63\mathrm{\Omega}$$

$$\mathbf{Z}_{\mathbf{T}} = \frac{U_{Z\%}}{100}*\frac{U_{1n}^{2}}{S_{n}} = \frac{6}{100}*\frac{6300^{2}}{630000} = 3,78\mathrm{\Omega}$$

Obliczenie impedancji zastępczej linii :

$$\mathbf{R}_{\mathbf{L}} = \frac{l}{\gamma*s}*\vartheta^{2} = \frac{50}{33*120}*{15,57}^{2} = 3,45\frac{\mathrm{\Omega}}{\text{km}}$$

$$\mathbf{X}_{\mathbf{L}} = l*X*\vartheta^{2} = 0,05*0,08*{15,57}^{2} = 0,94\frac{\mathrm{\Omega}}{\text{km}}$$

$$\mathbf{Z}_{\mathbf{L}} = \sqrt{R_{L}^{2} + X_{L}^{2}} = \sqrt{{3,13}^{2} + {0,94}^{2}} = 3,28\frac{\mathrm{\Omega}}{\text{km}}$$

Zabezpieczenia od przetężeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi :

Obliczenie wtórnego prądu rozruchowego :

$$\mathbf{I}_{\mathbf{r}} \geq \frac{k_{b}*k_{s}*k_{r}*I_{\text{Obc\ max}}}{k_{p}*k_{\text{in}}} = \frac{1,2*1*2*57,7}{0,96*11,5} = 12,54A$$

Czułość podstawowa – zwarcie wystąpiło na szynach zbiorczych nN .

Schemat zastępczy dla tego przypadku

Z_K = R_↓K + j(X_↓T+X_↓K) = 0, 63  +  j(3,72+0,36) = 0, 63 + j4, 08 Ω

$$\mathbf{Z}_{\mathbf{K}} = \sqrt{{0,63}^{2} + {4,08}^{2}} = 4,13\text{\ Ω}$$

$$\mathbf{I}_{\mathbf{K3}} = \frac{(1,1*U_{1n})}{(\sqrt{3}*Z_{K})} = \frac{(1,1*6300)}{\sqrt{3}*4,13} = 969A$$

Dla układu połączeń transformatora Dy5 I_{K min}=0, 5 *  I_K3=0, 5 * 969 = 484, 4 A

Obliczamy czułość podstwową :

$$\mathbf{k}_{\mathbf{\text{cp}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{I}_{\mathbf{\text{K\ min}}}}{\mathbf{I}_{\mathbf{r}}\mathbf{*}\mathbf{k}_{\mathbf{\text{in}}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{484,4}}{\mathbf{12,54*11,5}}\mathbf{= 3,36}$$

Czułość rezerwowa – zwarcie wystąpiło na końcu linii

Schemat zastępczy dla tego przypadku

Z_K = R_↓K + R_↓L + j(X_↓T+X_↓K+X_↓L) = 0, 63  + 3, 13 +  j(3,72+0,36+0,94) = 3, 76 + j5, 02 Ω

$$\mathbf{Z}_{\mathbf{K}} = \sqrt{{3,76}^{2} + {5,02}^{2}} = 6,27\text{\ Ω}$$

$$\mathbf{I}_{\mathbf{K3}} = \frac{(1,1*U_{1n})}{(\sqrt{3}*Z_{K})} = \frac{(1,1*6300)}{\sqrt{3}*6,27} = 638A$$

I_{K min}=0, 5 *  I_K3=0, 5*638=319, 1 A

Obliczamy czułość rezerwową :

$$\mathbf{k}_{\mathbf{\text{cp}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{I}_{\mathbf{\text{K\ min}}}}{\mathbf{I}_{\mathbf{r}}\mathbf{*}\mathbf{k}_{\mathbf{\text{in}}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{319,1}}{\mathbf{12,54*11,5}}\mathbf{=}\mathbf{2,21}$$

1. Wnioski

Ćwiczenie polegało na sprawdzeniu (zbadaniu) przekaźników nadprądowych zwłocznych i bezzwłocznych i na podstawie naszych badań stwierdzić, czy dany przekaźnik spełnia wymogi stawiające go do pracy czynnej w sieci elektroenergetycznej.

Pierwszym zadaniem było dobranie przekładni przekładników prądowych do zasilania zabezpieczeń transformatora. Dzięki wyznaczeniu prądu strony pierwotnej transformatora i wybraniu prądu strony wtórnej przekładnika z szeregu znormalizowanych napięć wyznaczyliśmy przekładnie przekładnika, która wyniosła K_in=11,5

Następnie wyznaczyliśmy prąd rozruchowy , który wyniósł: I_r ≥ 12, 54A

Podczas pomiarów zabezpieczenia bezzwłocznego wartość prądu rozruchowego równała się co do wartości prądowi rozruchowemu przekaźnika nastawionego na podziałce prądowej. Następnie wyznaczyliśmy współczynnik powrotu przekaźnika , który wynosi dla wszystkich przypadków : k = 0, 96

Podczas badania przekaźnika nadprądowego zwłocznego, można zauważyć, że wraz ze wzrostem nastawy czasu, błąd wynikający z zadziałania zabezpieczenia malał.

Na podstawie przeprowadzonych przez nas pomiarów, możemy stwierdzić, że badany przekaźnik spełnia normy do pracy w sieci elektroenergetycznej.