B adanie cyfrowych zabezpieczeń różnicowych

Wstęp

Od momentu wynalezienia koła, aż do czasów współczesnych, ludzkość dokonywała coraz to nowych odkryć i wynalazków. Jedne były udane, inne nie, jedne były przydatne, a inne mniej. Pewnym jest, że: “ Potrzeba jest matką wynalazku” i w myśl tej zasady powstały właśnie pierwsze urządzenia elektroenergetyczne. Były one wynikiem zaistniałej sytuacji, a więc właśnie potrzeby.

Z chwilą odkrycia prądu i związanymi z nim możliwościami, naukowcy konstruowali maszyny wykorzystujące elektryczność. To jednak nie wystarczyło. Wkrótce bowiem okazało się, że potrzebne są urządzenia zabezpieczające przed wszelkiego typu zakłóceniami. Mogą one mieć różny charakter, w zależności od zabezpieczanego obiektu. Są to np.:

- transformatory

- generatory

- silniki, itp.

Celem naszej pracy jest zbadanie i przeanalizowanie cyfrowych zabezpieczeń różnicowych. Są to najbardziej zaawansowane urządzenia, a jednocześnie najprostsze i najszybsze.

Zanim jednak nauka doszła do momentu wykorzystania technologii cyfrowej, elektroenergetyka stosowała inne zabezpieczenia. W latach 60-tych królowały zabezpieczenia elektromechaniczne. Potem nastąpiła era zabezpieczeń statycznych. Okres panowania cyfrowych zabezpieczeń przypada na lata 90-te i trwa do chwili obecnej z ciągłymi modyfikacjami.

Szczególną uwagę poświęcimy dwóm rodzajom zabezpieczeń, a mianowicie WN CZAZ- M oraz SPAD346C. Skupimy się na cechach charakterystycznych obu urządzeń, dokonamy pomiarów parametrów oraz opiszemy metody ich działania.

Pracę naszą zakończymy wnioskami, które wysnujemy na podstawie wyników owych badań. Chcemy w ten sposób ukazać różnorodność zastosowania i wszechstronność działania cyfrowych zabezpieczeń różnicowych.

Rozdział I

Zabezpieczenia różnicowe

1. Kryterium różnicowoprądowe

Kryterium różnicowoprądowe jest stosowane do selektywnego i bezzwłocz­nego wyłączenia zwarć wielkoprądowych. To, co w sposób niedoskonały i niepełny uzyskuje się za pomocą zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocz­nego, można osiągnąć przez porównywanie wartości prądów na wejściu i wyjściu danego elementu układu elektroenergetycznego. W najprost­szym przypadku, np. w transformatorze dwuuzwojeniowym, istnieje jedno wejście i jedno wyjście, w najbardziej skomplikowanym zaś, tj. gdy elementem zabezpieczanym są szyny zbiorcze wielopolowej rozdzielni WN, wejść i wyjść jest wiele. Niezależnie jednak od rodzaju zabezpieczanego elementu systemu elektroenergetycznego, ogólna zasada stosowania kryterium różnicowoprądowego jest taka sama, różne natomiast mogą być techniczne sposoby realizacji zabezpieczeń opartych na tym kryterium.

Tablica 1. Zakres stosowania zabezpieczeń różnicowoprądowych, wg [N2]

Lp.	Obiekt	Zakres stosowania
1.	Generatory synchroniczne pracujące bezpośrednio na szyny zbiorcze	gdy PNG > 2 MW
2.	Generatory synchroniczne pracujące w układach blokowych	Gdy PNG ≥ 2 25 MW
3.	Transformatory	gdy SNT>5 MVA
4.	Bloki generator-transformator	dla wszystkich mocy znamionowych
5.	Linie elektroenergetyczne	ważne linie dwustronnie zasilane
6.	Szyny zbiorcze	dla wszystkich stacji o UN > 220 kV oraz w złożonych stacjach 110 kV
7.	Silniki elektryczne WN	gdy PNM >2 MW i wyprowadzone na zewnątrz 6 końcówek uzwojenia stojana

W tablicy 1 podano zestawienie obiektów elektroenergetycznych, w któ­rych zgodnie z przepisami krajowymi [N2] powinno się stosować zabezpiecze­nia różnicowoprądowe. Należy jednak dodać, że obecnie w wielu przypadkach są one przydatne także w obiektach o mniejszych mocach znamionowych, i to nie tylko w rozwiązaniach wytwórców zagranicznych lub według ich zaleceń.

2. Ogólna zasada pomiaru prądu różnicowego

Zasadę zastosowania kryterium różnicowoprądowego do wykrywania zwarć wielkoprądowych można najprościej wyjaśnić na podstawie układu przed­stawionego na rys. 1. Celowo jako obiekt zabezpieczany wybrano krótką linię elektroenergetyczną, łączącą stacje A i B; założono przy tym, że istnieje tylko jedno źródło zasilające - w stacji A.

Rysunek 1. Schemat ideowy zabezpieczenia różnicowoprądowego niestabilizowanego

Układ do pomiaru prądu różnicowego I_d składa się z przekładników prądowych, zainstalowanych na obydwu krańcach linii L_AB. Zaciski wtórne tych przekładników są połączone przeciwsobnie, tzn. zacisk S l przekładnika PPA z zaciskiem S2 przekładnika PPB. W gałęzi poprzecznej, zwanej też gałęzią różnicową, jest włączony przekaźnik różnicowy prądowy RI (lub człon pomia­rowy jedno wejściowy). Odcinek linii L_AB miedzy przekładnikami prądowymi przyjęto nazywać strefą zabezpieczoną lub strefą działania zabezpieczenia. Oznacza to, że wszystkie zwarcia wielkoprądowe występujące w tej strefie muszą być wyłączone, tzn. muszą charakteryzować się dużą wartością prądu różnicowego Id. Z kolei, podczas wszystkich zwarć wielkoprądowych położo­nych poza strefą zabezpieczoną (np. w punkcie F₁), a także w warunkach normalnego obciążenia linii prąd Id powinien być bliski zeru.

Oznaczając prądy pierwotne, płynące przez miejsca zainstalowania przekładników, I_pA i I_pB, prądy wtórne zaś I_sA oraz I_sB można w przypadku zwarcia poza strefą, tj. w punkcie F₁, napisać zależność opisującą prąd I_d w gałęzi różnicowej

I_d=I_sA- I_sB=

(1)

Z założenia wynika, że celowo wybrano linię krótką, tzn. taką, w której można nie uwzględniać prądu upływu, stąd słuszna jest równość I_pA = I_pB. Jeśli więc pominąć uchyby przekładników prądowych, to także I_sA = I_sB, co oznacza, że I_d = O, a zatem nie ma warunków do zadziałania przekaźnika RI.

W przypadkach, gdy zwarcie wielkoprądowe występuje wewnątrz strefy zabezpieczonej (punkt F₂ na rys. 1.), prąd zwarciowy przepływa tylko przez uzwojenie pierwotne przekładników PP_A; stąd I_pB = 0. Wtedy zależność (1) przyjmie postać

I_d=I_sA =

(2)

gdzie I”_kA prąd zwarciowy początkowy, płynący przez uzwojenie pierwotne przekładnika prądowego PP_A podczas zwarcia w punkcie F₂. W praktyce prąd I”_kA jest najczęściej wielokrotnie większy od największego dopuszczalnie trwałego obciążenia prądowego zabezpieczonej linii, a zatem I_d>>0. Dlatego istnieją warunki do zadziałania przekaźnika RI, jeśli tylko przyjąć, że jego wartość rozruchowa l_rp spełnia nierówność

I”_kAmin>I_rp>0

(3)

przy czym I”_kAmin — najmniejsza spodziewana wartość prądu zwarciowego początkowego, obliczona dla zwarcia położonego na końcu strefy zabez­pieczonej.

Opisane zabezpieczenie różnicowoprądowe oprócz pewnych zalet ma jedną zasadniczą wadę: jest nią występowanie prądu różnicowego także w warun­kach normalnego obciążenia. Dotyczy to przede wszystkim przypadków, gdy elementem zabezpieczonym jest transformator. Przyczyny takiego stanu są następujące:

- brak możliwości ścisłego dopasowania przekładni przekładników prądowych do przekładni transformatora, zwłaszcza, gdy transformator jest wyposażony w przełącznik zaczepów o szerokim zakresie zmian tej przekładni;

- różne typy przekładników prądowych zainstalowanych po obydwu stro­nach transformatora dwuuzwojeniowego lub po trzech stronach transformatora trójuzwojeniowego; nie sposób zapewnić wówczas tych samych wartości rzeczywistych współczynników granicznej dokładności.

Spełnienie warunku, aby zabezpieczenia różnicowoprądowe nie reagowały na prądy różnicowe płynące w układzie na rys. 1 w warunkach normalnych, a zatem także w czasie zwarcia zewnętrznego (tj. poza strefą zabezpieczoną) powoduje zmniejszenie czułości zabezpieczenia podczas zwarć w strefie. W celu usunięcia tej wady, zamiast układu z rys. 1 znanego pod nazwą zabez­pieczenia różnicowego niestabilizowanego, wprowadzono układ różnicowoprądowy stabilizowany.

3. Stabilizacja zabezpieczeń różnicowoprądowych

Na rysunku 2 przedstawiono ideę zabezpieczenia różnicowoprądowego stabilizowanego. W gałęzi różnicowej znajduje się uzwojenie różnicowe o licz­bie zwojów N_d, przez które płynie prąd różnicowy I_d Nowością w stosunku do układu z rys. 1 jest pomiar prądu I_st, zwanego prądem stabilizującym (lub hamującym), płynącym przez uzwojenie stabilizujące N_s. Obydwa prądy: I_d oraz I_st są porównywane pod względem amplitud, które różnią się w zależności od położenia miejsca zwarcia.

Rysunek 2. Schemat ilustrujący zasadę działania zabezpieczenia różnicowoprądowego stabilizowanego

PP_A, PP_B – przekładniki prądowe główne w stacjach A i B

Podczas zwarcia zewnętrznego (punkt F₁) prąd zwarciowy jest opisany zależnością (1), natomiast prąd stabilizujący wyraża się związkiem

I_st= I_sA + I_sB

(4)Zatem prąd I_st jest znacznie większy od Id. Uwzględniając, że prąd I_st działa hamująco (stabilizująco) — w przeciwieństwie do prądu I_d, który ma spowodo­wać zadziałanie zabezpieczenia podczas zwarć w strefie — warunek I_st>>I_d oznacza niedziałanie zabezpieczenia.

Gdy zwarcie wielkoprądowe wystąpi w zabezpieczonej strefie (punkt F₂), sytuacja się odwraca, gdyż prąd I_pB (a więc i I_sB) zmienia swój kierunek; stąd

I_d = I_sA + I_sB

I_st = I_sA – I_sB

(5)

Wówczas I_d >> I_st, co oznacza działanie zabezpieczenia.

Rysunek 3. Wykresy wektorowe prądów płynących w układzie różnicowoprądowym

z rys. 2: a) zwarcie zewnętrzne; b) zwarcie w strefie

Na rysunku 3 przedstawiono wykresy wektorowe analizowanych prą­dów; dla lepszego zilustrowania wprowadzono niewielkie przesunięcie fazowe między prądami I_sA i I_sB, które jest możliwe w przypadku, gdy jeden z przekładników prądowych ulega nasyceniu.

W praktycznych rozwiązaniach przekaźników lub członów różnicowoprądowych stabilizowanych wprowadza się tzw. współczynnik stabilizacji k_st (współczynnik hamowania k_h) zdefiniowany następująco:

K_st=

(6)

Gdzie: ΔI_d, ΔI_st – przyrosty prądów I_d i I_st w dowolnym punkcie charakterystyki rozruchowej I_d = f(I_st) (rys. 4)

Rysunek 4. Charakterystyka rozruchowa zabezpieczenia różnicowoprądowego stabilizowanego

Rysunek 5. Przykład adaptacyjnej charakterystyki rozruchowej (krzywa 2) na tle typowej charakterystyki stabilizacji (krzywa 1) zabezpieczenia różnicowoprądowego stabilizowanego

Nachylenie charakterystyki zabezpieczenia można zatem zmienić przez zmianę współczynnika stabilizacji, zmieniając w ten sposób również czułość zabez­pieczenia i jego niewrażliwość na zwarcia poza strefą zabezpieczoną, gdyż obszar działania leży powyżej, a obszar niedziałania — poniżej charakterystyki rozruchowej. Należy dodać, że położenie charakterystyki można zmienić także przez dobór I_rp0, zwanego początkowym prądem rozruchu. Zarówno I_rp0, jak i k_st dobiera się w szerokim zakresie, w zależności od rodzaju zabezpieczanego elementu elektroenergetycznego.

Na rysunku 5 przedstawiono jedną z możliwych charakterystyk roz­ruchowych stabilizowanego zabezpieczenia różnicowoprądowego (krzywa 1). Dzięki wprowadzeniu techniki adaptacyjnej charakterystyka ta może być zmieniona w sposób automatyczny do postaci odpowiadającej krzywej 2. W ten sposób uzyskuje się niewrażliwość zabezpieczenia na zwarcie zewnętrz­ne, wywołujące silne nasycenie rdzeni konwencjonalnych przekładników prą­dowych, a zatem i duży prąd różnicowy.

Jak widać, optymalne wykorzystanie kryterium różnicowoprądowego do selektywnego wyłączenia zwarć wielkoprądowych jest możliwe tylko w zabez­pieczeniach stabilizowanych, tj. takich, które zapewniają jego uniewrażliwienie na zwarcia położone poza przyjętą strefą zabezpieczoną, bez zmniejszenia się czułości. Na zakończenie należy dodać, że poprawnie zaprojektowane układy różnicowoprądowe wymagają trójfazowego pomiaru prądów w każdym punkcie zainstalowania przekładników prądowych głównych.

4. Zabezpieczenia różnicowe wzdłużne transformatorów

Zabezpieczenie różnicowe jest podstawowym zabezpieczeniem średnich i du­żych transformatorów oraz autotransformatorów. Według krajowych przepi­sów należy je stosować dla wszystkich jednostek o mocach znamionowych większych niż 5 MVA. Jego podstawową zaletą jest to, że przy odpowiedniej czułości reaguje na wszystkie zwarcia w obszarze ograniczonym miejscem zainstalowania przekładników prądowych po obydwu stronach. Tak, więc zabezpiecza ono nie tylko przy zwarciach między fazowych czy doziemnych, ale także przy zwarciach zwojowych.

Typowy schemat zabezpieczenia różnicowego dwuuzwojeniowego transfor­matora o grupie połączeń Yd pokazano na rys. 6. W związku z tym, że prądy po obydwu stronach transformatora są przesunięte w fazie, odpowiednie połączenie przekładników prądowych musi to przesunięcie wyrównać.

Rysunek 6. Schemat zabezpieczenia różnicowego transformatora dwuuzwojeniowego

Dlatego po stronie uzwojeń transformatora łączonych w gwiazdę przekładniki łączy się w trójkąt, po stronie zaś uzwojeń łączonych w trójkąt - przekładniki łączy się w gwiazdę. Ponadto przekładnie przekładników należy tak dobrać, aby przy normalnym obciążeniu transformatora i przy zwarciach zewnętrznych prądy wzdłużne po obydwu stronach członów różnicowych ΔI były sobie równe, a więc

-i_L1w=i_L1n -i_L2w=i_L2n -i_L3w=i_L3n

Dzięki temu prądy różnicowe i_L1d, i_L2d, i_L3d, są bliskie zeru. Taki dobór głównych przekładników prądowych rzadko bywa możliwy, gdyż na ogół nie odpowiada typowym przekładniom. Wówczas stosuje się przekładniki pomocnicze wyrów­nawcze (lub autotransformatory), oznaczone symbolem Ppw na rys. 6 Przekładniki te stosuje się w celu nie tylko dokładnego wyrównania prze­kładni, lecz także kompensacji przesunięcia fazowego prądów po obydwu stronach zabezpieczanego transformatora. W takim przypadku przekładniki prądowe po obydwu stronach łączy się w gwiazdę, przekładnik wyrównawczy zaś — w układzie gwiazda/trójkąt i jeśli ma właściwie dobraną przekładnię, to wyrównuje zarówno przesunięcia fazowe prądów, jak i ich moduły.

Nawet idealne wyrównanie przekładni nie może spowodować tego, aby prądy różnicowe były równe zeru. Źródłami uchybowych prądów różnicowych są:

- zmiana przekładni transformatora, dokonywana podczas regulacji napięcia
przez zmianę położenia zaczepów,

- udarowe prądy magnesowania rdzenia,

- wzrost prądów magnesowania w warunkach stacjonarnych na skutek
nadmiernego strumienia w rdzeniu,

- błędy przekładników prądowych, szczególnie z powodu nasycenia rdzenia
przy zwarciach zewnętrznych.

Odstrojenie przekaźnika różnicowego od prądów uchybowych polegające na wysokim nastawieniu progu pobudzenia i/lub stosowaniu opóźnienia jest niekorzystne. Jeśli bowiem zabezpieczenie powinno reagować na zwarcie zwojowe już pojedynczego zwoju, to należy próg pobudzenia prądowego nastawiać bardzo nisko, w miarę możliwości na poziomie 0,1 prądu znamiono­wego transformatora (przeliczonego na stronę wtórną), a w każdym przypadku poniżej 0,5 wartości tego prądu. Jeśli ma ono skutecznie zabezpieczać przed znacznymi uszkodzeniami wewnętrznymi i zaburzeniem stabilności systemu, to opóźnienie powinno być minimalne. Jest pożądane, aby zabezpieczenie za­działało z opóźnieniem rzędu jednego okresu składowej podstawowej (0,02 s).

Z tych względów w zabezpieczeniach różnicowych stosuje się specjalne środki zapobiegające zbędnemu działaniu pod wpływem prądów uchybowych. Realizuje się je na kilka sposobów.

• Niedostateczne wyrównanie przekładni (spowodowane niedokładnym doborem przekładników prądowych głównych i/lub zmianą przekładni transforma­tora podczas regulacji napięcia) kompensuje się wprowadzając stabilizację procentową przekaźnika różnicowego. Dzięki temu charakterystyka zadziałania przekaźnika różnicowego w każdej fazie ma kształt przedstawiony na rys. 7.

Rysunek 7. Charakterystyka stabilizacji procentowej przekaźnika różnicowego

Pokazano na nim zależność prądu różnicowego, powodującego zadziałanie przekaźnika, od prądu wzdłużnego, określonego jako średnia wartość prądu po obydwu stronach członu różnicowego. Najczęściej można nastawiać minimalną wartość prądu pobudzenia I_rp0 (przyjmowaną zwykle w granicach 0,1 ÷ 0,5 prądu znamionowego transformatora) oraz nachylenie charakterystyki (przyjmowane przeważnie w granicach 20÷70%). Przebieg charakterystyki jest nieliniowy celem zapewnienia wysokiej czułości zabezpieczenia bez powiększania stopnia stabilizacji. Niekiedy nieliniowość jest nie dwuodcinkowa, jak pokazano na rys. 7, lecz trójodcinkowa .

• Udarowe prądy magnesowania wywołują prądy różnicowe o bardzo
  znacznych wartościach. Obecnie dla odstrojenia od nich w zabezpieczeniach
  stosuje się powszechnie zasadę stabilizacji drugą harmoniczną; tzn. jeśli druga
  harmoniczna w prądzie różnicowym przekroczy wartość przyjmowaną przeważnie na poziomie 0,2 harmonicznej podstawowej, działanie zabezpieczenia nie
  następuje. Metoda ta skutecznie odstrajająca od prądów udarowych ma jednak
  pewną wadę, gdyż w stanie przejściowym przy zwarciu wewnętrznym wywołującym nasycenie rdzeni przekładników, w prądzie różnicowym, który powinien
  spowodować niezwłoczne zadziałanie zabezpieczenia, pojawia się także druga
  harmoniczna. Może to być przyczyną opóźnienia zadziałania zabezpieczenia
  o kilkadziesiąt, a niekiedy nawet kilkaset milisekund.

• W warunkach stacjonarnych prąd magnesowania przy nadmiernym
  strumieniu w rdzeniu jest traktowany przez zabezpieczenie jako prąd różnicowy,
  który może przekroczyć poziom zadziałania przekaźnika. W celu odstrojenia
  zabezpieczenia stosuje się niekiedy stabilizację piątą harmoniczną, której wartość
  w prądach magnesowania nie zmniejsza się poniżej 0,3 wartości harmonicznej
  podstawowej. Choć sposób ten jest skuteczny, ma jednak poważną wadę, gdyż
  w prądzie różnicowym przy zwarciach wewnętrznych i nasyceniu przekładników
  prądowych jest też znaczna zawartość piątej harmonicznej, która mogłaby
  zablokować działanie zabezpieczenia właśnie wówczas, gdy jest ono najpotrzebniejsze. Wykorzystując jednak informację, że prąd różnicowy przy nadmiernym strumieniu w rdzeniu nie przekracza połowy krotności prądu znamionowego, można zastosować układ, który wyłącza stabilizację piątą harmoniczną, gdy prąd różnicowy jest większy niż 0,7÷1,0 wartości prądu znamionowego. Podczas zwarć wewnętrznych występujących na zaciskach, których prądy doprowadzają do nasycenia rdzeni przekładników, prądy różnicowe są znacznie większe od tej granicy.

• Jeśli przekładniki prądowe są właściwie dobrane, to prądy różnicowe
  spowodowane przez ich błędy w stanie ustalonym przy zwarciach zewnętrznych są na tyle niewielkie, że stabilizacja procentowa skutecznie od nich odstraja.

Rysunek 8. Kształt fal prądów przy zwarciu zewnętrznym Natomiast przejściowym nasyceniu

przekładników

Natomiast w stanie nieustalonym może dojść do przejściowego nasycenia rdzeni przekładników, a w konsekwencji do znacznych uchybowych prądów różnico­wych. Wówczas stabilizacja procentowa może się okazać niedostateczna. Bardziej skuteczna bywa stabilizacja drugą harmoniczną, która w przejściowym prądzie różnicowym przy zwarciach zewnętrznych jest znaczna, szczególnie podczas silnego nasycenia rdzeni przekładników. Stosowanie zarówno stabilizacji procentowej, jak i stabilizacji drugą harmoniczną na ogół skutecznie zapobiega zbędnemu działaniu podczas zwarć zewnętrznych, nasycających przekładniki.

Niektóre współczesne realizacje zabezpieczeń wprowadzają jeszcze inne rozwiązanie tego problemu, uwzględniając przebiegi czasowe prądów. Kształt prądów przy zwarciu zewnętrznym i nasyceniu przekładników pokazano na rys.8. Jak widać, prąd stabilizujący i_Llw pojawia się w każdym okresie wcześniej niż prąd różnicowy i_L1d. Można to wykorzystać jako kryterium odstrojenia, którego realizacja elektroniczna, a przede wszystkim cyfrowa, nie nasuwa większych trudności.

Zabezpieczanie autotransformatorów i transformatorów trójuzwojeniowych odbywa się na takiej samej zasadzie: sumowania prądów z kompletu przekładników instalowanych na wyprowadzeniu każdego z uzwojeń. Prądy te muszą być wyrównane pod względem fazy i amplitudy, co realizuje się w taki sam sposób, jak w przypadku transformatorów dwuuzwojeniowych.

Opisany układ zabezpieczenia jest najczęściej stosowany w praktyce. Istnieje jednak wiele innych wersji zabezpieczeń różnicowych, które także są przydatne. Jako przykład podano wariant zabezpieczenia różnicowego dla autotransformatora (rys. 9). Zabezpieczenie takie jest wolne od prądów uchybowych wywołanych prądami magnesowania rdzenia, jednak nie reaguje na zwarcia zwojowe ani na zwarcia po stronie trójkąta. Rozwiązanie to stosuje się niekiedy jako drugie zabezpieczenie różnicowe danego transformatora.

Rysunek 9. Zabezpieczenie różnicowe galwanicznie połączonych uzwojeń autotransformatora

Szczególnym przypadkiem zabezpieczenia różnicowego jest ziemnozwar­ciowe zabezpieczenie różnicowe, chroniące transformator w razie zwarć do­ziemnych. Dla autotransformatora pokazano je na rys. 10a. W takim układzie przekaźnikiem różnicowym jest przeważnie przekaźnik o znacznej rezystancji (zabezpieczenie wielkoimpedancyjne), którego nastawienie przyjmuje się w gra­nicach 20÷40% znamionowego prądu jednostki. Układ nie zabezpiecza w przypadku zwarć zwojowych, międzyfazowych oraz zlokalizowanych po stronie uzwojenia trójkątowego. Podobne rozwiązanie można także stosować dla transformatorów o grupie połączeń Yd (rys. 10b).

Rysunek 10. Zabezpieczenie różnicowe ziemnozwarciowe: a) autotransformatora;

b)transformatora o grupie połączeń Yd

5. Zabezpieczenia różnicowe silników indukcyjnych

Silniki elektryczne są jednymi z najczęściej spotykanych urządzeń elektrycznych, które wymagają stosowania aparatury zabezpieczeniowej. Ich różnorodność jest ogromna zarówno ze względu na wartości mocy znamionowej oraz napięcia znamionowego, jak i znaczenie napędzanych urządzeń. Różnią się też zasadą działania i konstrukcją, a podstawowy podział silników prądu przemiennego polega na rozróżnieniu silników indukcyjnych (asynchronicznych) oraz synchronicznych. Ogromna większość silników jest obsługiwana przez personel, którego fachowość w dziedzinie elektrotechniki i maszyn elektrycznych może być niewystarczająca. Zadaniem obsługi jest nie tyle zapewnienie bezpiecznej pracy silnikom, ile raczej utrzymanie ich w ruchu tak długo, jak tylko się da. Przeto podstawą ochrony silników musi być aparatura zabezpieczeniowa niedostępna dla personelu i zapewniająca właściwy poziom bezpieczeństwa, nawet wbrew woli obsługi. Bywa to utrudnione m.in. dlatego, że automatyka zabezpieczeniowa silników nie może być zbyt kosztowna, a więc musi być oparta na układach względnie prostych, w przeciwnym razie jej koszt mógłby się stać porównywalny z wartością chronionych silników.

Zabezpieczenie różnicowe stosuje się dla silników, które mają sześć wy­prowadzonych końcówek uzwojeń i których moc jest odpowiednio duża (według polskich przepisów — moc znamionowa większa niż 2000 kW).

Rysunek 11. Zabezpieczenia różnicowe silnika: a) układ trójprzekładnikowy;

b) układ dwuprzekładnikowy pełny; c) układ dwuprzekładnikowy uproszczony

Istnieją trzy podstawowe warianty wykonania tych zabezpieczeń; pokazano je na rys. 11

Jeśli zabezpieczenie różnicowe nie jest stabilizowane, nastawia się je na prąd wynoszący (0,8  1,2)Inm. Jeśli stosuje się zabezpieczenie stabilizowane, to nastawienie prądowe przyjmuje się na poziomie 0,5/In/, współczynnik stabiliza­cji zaś wybiera się z zakresu 0,20,4.

Istnieje zagrożenie zbędnym działaniem zabezpieczenia różnicowego przy zwarciach zewnętrznych, bowiem składowa nieokresowa zawarta w prądzie dopływającym od silnika bywa bardzo znaczna i może nasycić rdzenie przekładników prądowych. W celu uniknięcia tego można stosować niewielką zwłokę czasową, zbliżoną do stałej czasowej zanikania składowej nieokresowej tego prądu, albo przyjmować rozwiązanie zabezpieczenia z dużą rezystancją w mostkach różnicowych, albo też dobierać przekładniki tak, aby ich rdzenie nie ulegały nasyceniu przy zwarciach zewnętrznych.

Rozdział II

Cyfrowy zespół automatyki zabezpieczeniowej silnika asynchronicznego WN CZAZ-M

1. Podstawowe cechy zespołu – zastosowanie

Zespół CZAZ-M. przeznaczony jest do zabezpieczania silników asynchronicznych o dowolnej mocy, ponieważ wielofunkcyjny zestaw zabezpieczeń umożliwia dowolną konfigurację funkcji.

K onstrukcja zespołu CZAZ-M oparta jest na najnowszych elementach i układach współczesnej techniki cyfrowej i analogowej. Przy konstrukcji zespołu zastosowano 16-bitowy procesor jednoukładowy, szybki przetwornik A/C obsługujący 10 kanałów analogowych, scalone filtry analogowe z kluczowaną pojemnością oraz mieszaną technikę montażu elementów (tradycyjny montaż przewlekany oraz montaż powierzchniowy). Całość urządzenia wmontowana jest w obudowę CombiCard-Plus firmy Bopla. W płytę czołową wkomponowana jest konsola operatora (rys..) wyposażona w wyświetlacz

alfanumeryczny 2x16 znaków, uproszczoną klawiaturę i siedem diod sygnalizujących stan pracy pola i zespołu.

2. Pomiary parametrów zabezpieczeń – charakterystyka

Zabezpieczenie różnicowe Rt, od zwarć międzyfazowych

Obszar działania zabezpieczenia Rt zdefiniowany jest następującą zależnością:

Ir k h = max I Ih ro * ; (1)

Ir - prąd gałęzi różnicowej zabezpieczenia,

Ih - prąd hamujący,

Iro- początkowy prąd rozruchowy,

kh - współczynnik hamowania.

W zabezpieczeniu nastawia się następujące parametry:

• współczynnik hamowania

kh=(0,2-0,5) z krokiem 0,1

• początkowy prąd rozruchowy Iro wyrażony w krotnościach prądu znamionowego In

Ir=(0,2-1,0) z krokiem 0,1

• czas opóźnienia

tz=(0-100)ms z krokiem 1 ms,

Wartości prądów hamującego i różnicowego wybierane są w układzie maksi selektora, przy czym o wyborze fazy decyduje wartość prądu różnicowego. Wielkościami kryterialnymi są wartości skuteczne składowych podstawowych prądów zwarcia.

2. Współpraca z programem komputerowym PCKOM-M

Program PCKOM jest graficznym interfejsem użytkownika, pozwalającym na pełnoekranową obsługę Cyfrowego Zespołu Automatyki Zabezpieczeniowej (CZAZ) za pośrednictwem komputera PC, z wykorzystaniem standardowego łącza szeregowego RS232.

Program PCKOM-M umożliwia:

• przygotowanie pakietów nastaw CZAZ poza miejscem zainstalowania zespołu zabezpieczeń,

• łatwe i szybkie programowanie CZAZ, z możliwością wczytywania przygotowanych wcześniej plików dyskowych z nastawami,

• bieżący odczyt wielkości mierzonych lub wyznaczanych w algorytmach pomiarowych CZAZ,

• przeglądanie informacji zgromadzonych w wewnętrznym rejestratorze zdarzeń (liczniki, parametry zakłóceń, zdarzenia) z możliwością zapisu do plików dyskowych celem późniejszej ich analizy

• wykonanie podstawowych funkcji testowych zaimplementowanych w CZAZ.

Zmiana stanu pracy zespołu

Możliwość zmiany aktualnego stanu pracy zespołu na przeciwny (odstawienie lub uaktywnienie zespołu). CZAZ jest odstawiony (nie ochrania zabezpieczanego obiektu, chociaż monitoruje prądy fazowe), jeśli żółta dioda WWZ świeci światłem ciągłym; w przeciwnym przypadku CZAZ jest czynny i ochrania obiekt zgodnie z aktualnymi nastawieniami. Zmiana stanu możliwa jest po wprowadzeniu aktualnego hasła. Dioda WWZ świeci się światłem ciągłym także w przypadku ustawienia w konfiguracji wszystkich zabezpieczeń jako nieaktywne.

Opcja odpowiada funkcji ON/OFF konsoli operatora zespołu CZAZ.

Modyfikacja nastawień zespołu

Opcja udostępnia procedury odczytu aktualnych nastawień z zespołu CZAZ bądź pobrania pakietu nastaw z przygotowanego wcześniej pliku dyskowego, pełnoekranowej edycji pakietu nastaw z dodatkowymi funkcjami niedostępnymi wewnątrz urządzenia CZAZ oraz zapisu zmodyfikowanych nastawień do zespołu CZAZ lub do pliku dyskowego o dowolnej nazwie.

Rozdział III.

Stabilizowane zabezpieczenie różnicowe SPAD346C

1.Charakterystyka

Stabilizowany trójfazowy moduł zabezpieczenia różnicowego reagujący na zwarcie międzyuzwojeniowe i międzyfazowe (i inne zwarcia) transformatorów dwuuzwojeniowych, układów blokowych generator‑transformator; oraz na zwarcie międzyuzwojeniowe i inne zwarcia generatorów.

Moduł ten może być również stosowany do zabezpieczenia transformatorów trójuzwojeniowych pod warunkiem, że 75% mocy zwarciowej płynie z jednej strony transformatora.

Moduł przekaźnika działa całkowicie w technice cyfrowej; prąd różnicowy i stabilizujący jest obliczany ze składowej podstawowej częstotliwości prądu. Składowa stałoprądowa i wyższe harmoniczne są odfiltrowywane techniką cyfrową.

Do zabezpieczania transformatorów dwuuzwojeniowych nie są konieczne przekładniki dopasowujące; dopasowywanie układu połączeń transformatora odbywa się w technice cyfrowej po stronie uzwojenia napięcia górnego i dolnego. W razie potrzeby może być wyeliminowana składowa zerowa prądu fazowego bez dopasowywania układu połączeń transformatora.

Cyfrowe nastawianie (na płycie czołowej) korekcji przekładni przekładnika.

Regulowana charakterystyka pracy modułu zabezpieczenia.

Osobny regulowany stopień zabezpieczenia różnicowego, niezależnego.

Krótkie czasy zadziałania w przypadku zakłóceń występujących w strefie zabezpieczanej nawet przy częściowym nasyceniu przekładników prądowych.

Zawiera blokadę dla prądu włączenia i zakłóceń występujących poza strefą chronioną.

Blokada realizowana w oparciu o pomiar wartości stosunku drugiej harmonicznej do częstotliwości podstawowej w prądzie różnicowym zabezpiecza przed zadziałaniem zbędnym w trakcie załączania transformatora.

Blokada realizowana w oparciu o pomiar wartości stosunku pitej harmonicznej do częstotliwości podstawowej w prądzie różnicowym zabezpiecza przed działaniami zbędnymi w przypadku dopuszczalnych przewzbudzeń transformatora. Blokada ta może być wyeliminowana, gdy wartość tego stosunku przekracza ustalony próg.

Wielkości mierzone i rejestrowane są pokazywane wyświetlaczu modułu zabezpieczającego.

Czuły pomiar przesunięcia fazowego i różnicy amplitudy prądów wchodzących do zabezpieczenia umożliwia kontrolę prawidłowego połączenia przekładników prądowych i właściwego dopasowania połączeń strony GN i DN transformatora.

Zapisywanie i odczytywanie wartości nastaw odbywa się przy pomocy lokalnego wyświetlacza i przycisków płyty czołowej, komputera PC z oprogramowaniem konfiguracyjnym lub z układów wyższego poziomu połączonych poprzez wyjście szeregowe i światłowód.

Pięć programowalnych zewnętrznych wejść sterujących.

Matryca przekaźników wyjściowych umożliwia swobodne kierowanie sygnałów pobudzenia oraz zadziałania poszczególnych stopni do odpowiednich przekaźników wyjściowych.

Wbudowane układ kontroli obwodu wyłączającego wyłącznik.

Wbudowany rejestrator zakłóceń umożliwiający rejestrację sześciu prądów fazowych, wewnętrznych sygnałów sterujących i blokujących oraz wewnętrznych sygnałów sterujących doprowadzonych do przekaźnika.

Niewrażliwość na działanie pól elektromagnetycznych umożliwia zastosowanie przekaźników w trudnych warunkach eksploatacyjnych

Dynamiczne funkcje pomiarowe

Wysoka niezawodność - wbudowany system samokontroli nadzoruje działanie układów elektronicznych i oprogramowania oraz wyzwala sygnały alarmowe w przypadku zakłóceń.

1.2 Opis działania

Moduł przekaźnika różnicowego SPCD 3D53 zapewnia różnicowe zabezpieczenie prądu dla trzech faz. Nastawy są takie same dla każdej fazy. Moduł przekaźnika różnicowego mierzy prądy fazowe strony górnego i dolnego napięcia zabezpieczanego transformatora lub prądy fazowe punktu gwiazdowego stojana lub punktu przyłączenia zabezpieczanego generatora do sieci. Działanie stopnia zabezpieczenia różnicowego stabilizowanego i stopnia zabezpieczenia różnicowego niezależnego oparte jest na pomiarze składowych podstawowych I₁ i I₂ prądów fazowych. Składowa podstawowa I_d1f (tzn. I_d) prądu różnicowego, składowa podstawowa I_b1f (tj. I_b) prądu stabilizującego, druga harmoniczna I_d2f prądu różnicowego oraz piąta harmoniczna I_d5f s± odfiltrowywane cyfrowo.

Częstotliwość znamionowa

Moduł przekaźnika zabezpieczającego może być wykorzystany w zakresie częstotliwości 16 2/3...60 Hz. Częstotliwości znamionowa może być nastawiana z dokładnością do 1 mHz. Nastawa częstotliwości jest dwustopniowa, tzn. realizowana jest w mHz i Hz, co umożliwia dokładne ustawienie częstotliwości od 16.667 do 60 Hz. Częstotliwość ustawiana jest za pomocą przycisków umieszczonych na płycie czołowej modułu: w podrejestrach 5 i 6 rejestru A, lub zdalnie poprzez port komunikacji szeregowej; stosowane s± wówczas parametry V180 i V181.

Dopasowanie układu połączeń transformatora

Różnica faz prądów strony GN i DN, która jest spowodowana przez grupę połączeń zabezpieczanego transformatora mocy, kompensowana jest techniką numeryczną. Korekta różnicy faz opiera się na przesunięciu fazy i realizowanym numerycznie połączeniu w trójkąt wewnątrz przekaźnika. Do wybrania żądanej grupy połączeń stosowane są przełączniki SGF1/3...8. Dopasowanie różnicy faz grupy połączeń może być zrealizowane dla strony GN i DN w odstępach co 30^o. Przełączniki SGF1/3...5 stosowane są do dopasowania grupy połączeń strony DN, natomiast przełączniki SGF1/6...8 stosowane są do dopasowania połączeń strony GN.

Eliminowanie składowej zerowej z prądu fazowego

Przy dopasowywaniu grupy połączeń składowa zerowa jest eliminowana przed obliczeniem prądu różnicowego i stabilizującego. W przypadku, gdy dopasowanie układu połączeń nie odbywa się po stronie uziemionego uzwojenia, składowe zerowe prądu fazowego mogą być, w razie potrzeby, osobno obliczane i eliminowane dla każdego prądu fazowego. Wybór eliminacji składowej zerowej po stronie GN lub DN (lub po obydwu stronach) odbywa się za pomocą przełączników SGF1/1 i SGF1/2.

Korekcja przekładni przekładników prądowych

W przypadku gdyby wartości prądów wtórnych przekładników prądowych wykazywały odchylenie od prądu znamionowego, przekładnia przekładników prądowych może zostać skorygowana po obydwu stronach zabezpieczanego obiektu poprzez regulację nastawy stosunku I₁/I_n i I₂/I_n na płycie czołowej modułu zabezpieczenia; zakres regulacji wynosi 0,40...1,50 x I_n.

Stopień zabezpieczenia różnicowego stabilizowanego 3DI>

Charakterystyka pracy stopnia zabezpieczenia różnicowego stabilizowanego 3DI> zależy od podstawowej nastawy P/I_n, nastawy współczynnika stabilizacji S, i nastawy I_2tp/I_n drugiego załamania krzywej charakterystyki. Gdy prąd różnicowy przewyższa wartość nastawy charakterystyki pracy, przekaźnik wysyła wówczas sygnał sterujący, jeśli moduł zabezpieczający nie blokuje wewnętrznie funkcji wyłączenia i nie jest blokowany przez zewnętrzny sygnał blokujący BS1, BS2, BS3, BS4 lub BS5 lub przez wewnętrzny sygnał blokujący BS INT1, BS IN2 lub BS INT3. Do konfigurowania sygnałów blokujących stosowane są przełączniki SGB2/1...8.

Oznaczmy jako I₁ i I₂ wektory prądu podstawowej składowej częstotliwości prądów wtórnych przekładnika prądowego po stronie wejścia i wyjścia zabezpieczanego obiektu. Amplitudę prądu różnicowego I_d obliczamy w następujący sposób:

I_d = I₁ - I₂  (1)

W sytuacji normalnej nie ma zakłóceń w strefie zabezpieczanej przez moduł przekaźnika różnicowego. Prądy I₁ i I₂ są wówczas równe a prąd różnicowy I_d = 0. Jednakże w praktyce prąd różnicowy wykazuje w sytuacjach normalnych odchylenie od wartości zerowej. Przyczyną pojawienia się prądu różnicowego w układzie zabezpieczenia transformatora mocy może być: uchyb przekładników prądowych, zmiana położenia przełącznika zaczepów, prąd biegu jałowego transformatora, oraz przepływ odpowiednio dużego prądu przy włączeniu transformatora. Prąd różnicowy spowodowany uchybem przekładników prądowych lub zmianą położenia przełącznika zaczepów wzrasta w takim samym stopniu, w jakim następuje wzrost obciążenia transformatora.

W stabilizowanym zabezpieczeniu różnicowym wartość prądu różnicowego powodująca zadziałanie przekaźnika jest tym większa im większy jest prąd obciążenia zabezpieczanego obiektu. Prąd stabilizujący I_b przekaźnika obliczany jest ze wzoru:

I_b=

(2)

Rys. 1. Charakterystyka pracy stopnia modułu zabezpieczenia różnicowego stabilizowanego SPCD 3D53

Na działanie zabezpieczenia ma wpływ stabilizacja, co przedstawia charakterystyka pracy na Rys. 1.

Podstawowa nastawa P/I_n stopnia zabezpieczenia różnicowego stabilizowanego określona jest, zgodnie z Rys. 1, następującą zależnością:

P/I_n = I_d1/I_dn

(3)

Współczynnik stabilizacji S określony jest jako:

S = I_d2/I_b2

(4)

Drugi punkt łamania krzywej I_2tp/I_n może zostać nastawiony w zakresie 1,0... 3,0. Pierwszy punkt zgięcia ma zawsze ustaloną wartość I_b/I_n = 0,5.

Nachylenie charakterystyki pracy modułu zabezpieczenia różnicowego jest różne dla różnych zakresów. W części 1 (0,0 <= I_b/I_n<0,5) prąd różnicowy powodujący zadziałanie zabezpieczenia jest stały. Wartość prądu różnicowego równa się nastawie podstawowej P/I_n wybranej dla modułu zabezpieczenia. Podstawowa nastawa dopuszcza w zasadzie prąd stanu jałowego transformatora mocy, ale może także być wykorzystana do ustalenia ogólnego poziomu charakterystyki pracy. Przy prądzie znamionowym straty biegu jałowego transformatora mocy wynoszą około 0,2 % napięcia znamionowego. W przypadku nagłego wzrostu napięcia na transformatorze na skutek zakłóceń pracy, nastąpi również wzrost prądu magnesującego transformatora. Na ogół wartość indukcji magnetycznej transformatora jest raczej wysoka przy napięciu znamionowym i wzrost napięcia o parę procent powoduje wzrost prądu magnesowania o kilkadziesiąt procent. Fakt ten należy uwzględnić przy podstawowej nastawie.

Część druga charakterystyki, tj. dla (0,5 <= I_b/I_n<I_2tp/I_n), określana jest jako obszar wpływu współczynnika stabilizacji S. W tej części zmiana współczynnika stabilizacji wywiera wpływ na nachylenie charakterystyki, tzn. na wielkości zmiany prądu różnicowego w porównaniu do zmiany prądu obciążenia, która jest konieczna do zadziałania zabezpieczenia. Współczynnik stabilizacji powinien uwzględniać uchyb przekładnika prądowego i zmiany położenia przełącznika zaczepów transformatora. Należy unikać zbyt wysokiej wartości współczynnika stabilizacji S, ponieważ czułość, z jaką zabezpieczenie różnicowe wykrywa zwarcia międzyzwojowe zależy głównie od wartości współczynnika stabilizacji.

Przy wysokich wartościach prądu stabilizującego I_b/I_n<=I_2tp/I_n nachylenie charakterystyki zabezpieczenia jest stałe (Rys. 3). Nachylenie wynosi 100%, co oznacza, że wzrost prądu różnicowego jest równy odpowiadającemu mu wzrostowi prądu stabilizującego.

Rys. 2. Zakres nastawy stopnia modułu zabezpieczenia różnicowego stabilizowanego

SPCD 3D53.

Blokowanie działania na podstawie pomiaru wartości drugiej harmonicznej w prądzie różnicowym I_d2f/I_d1f

Blokowanie działania przy przepływie prądu magnesującego w momencie załączenia transformatora oparte jest na pomiarze stosunku amplitudy drugiej harmonicznej prądu różnicowego do amplitudy harmonicznej podstawowej I_d2f/I_d1f. Wartość stosunku amplitud wykorzystywana do blokowania obliczana jest jako średnia ważona z trzech faz. Wartość stosunku amplitud dla danej fazy obliczana jest w ten sposób, że stosunek amplitud danej fazy ma największy współczynnik wagowy. Stosowanie oddzielnego blokowania dla poszczególnych faz oraz średnich ważonych obliczanych dla oddzielnych faz daje układ blokowania, który jest stabilny w przypadku wystąpienia prądu załączenia transformatora.

Działanie stopnia stabilizowanego dla danej fazy jest blokowane, gdy średnia ważona stosunku amplitudy drugiej harmonicznej prądu różnicowego do amplitudy harmonicznej podstawowej danej fazy ma wartość wyższą od granicznej nastawy blokady I_d2f/I_d1f> oraz wówczas, gdy blokada jest włączona za pomocą przełącznika SGF2/1. Grupa przełączników SGR3 jest stosowana do skierowania sygnałów blokujących do odpowiednich przekaźników wyjściowych, gdy prąd różnicowy danej fazy ma wartość większą niż punkt wyłączania na krzywej charakterystyki i gdy sygnał wyłączający od innych faz nie jest w tym samym czasie uaktywniony. Blokowanie pozostaje aktywne dopóki wartość stosunku I_d2f/I_d1f nie spadnie poniżej granicznej wartości blokowania.

Gdy transformator mocy zostaje załączony na zwarcie w strefie zabezpieczanej, blokowanie oparte na pomiarze drugiej harmonicznej prądu różnicowego zostaje wstrzymane przez specjalny algorytm. Zadziałanie przekaźnika nie zostanie opóźnione nawet wówczas, gdy prąd różnicowy mieć będzie duży udział drugiej harmonicznej na skutek prądu magnesującego transformatora. Działanie algorytmu wstrzymującego blokowanie oparte jest na innym kształcie przebiegu i innej szybkości zmiany prądu magnesującego przy normalnym załączeniu i prądu magnesującego zawierającego zakłócenie. Algorytm ten nie eliminuje blokowania przy prądzie magnesującym załączenia, jeśli w strefie zabezpieczanej nie występuje zwarcie. Gdy zaistnieje taka potrzeba, algorytm ten można wyłączyć (przełącznik SGF2/2).

Blokowanie działania na podstawie pomiaru wartości pitej harmonicznej w prądzie różnicowym I_d5f/I_d1f

Blokowanie działania zabezpieczenia w przypadku przewzbudzenia transformatora oparte jest na zasadzie pomiaru stosunku amplitudy prądu piątej harmonicznej do amplitudy harmonicznej podstawowej I_d5f/I_d1f. Współczynnik jest obliczany osobno dla każdej fazy bez uwzględniania współczynnika wagowego. W przypadku, gdy stosunek ten przekroczy wartość nastawy I_d5f/I_d1f a blokada jest aktywowana przy pomocy przełącznika SGF2/3, zawieszone zostaje działanie blokady stopnia stabilizowanego przekaźnika dla danej fazy. Sygnał blokujący zostaje skierowany do przekaźników wyjściowych określonych za pomocą przełącznika SGR3, jeśli prąd różnicowy tej fazy przekroczy wartość wyłączenia na krzywej charakterystyki i jeśli nie jest równocześnie aktywowany sygnał wyłączający innej fazy.

Wartość nastawy I_d5f/I_d1f>> jest stosowana do natychmiastowego eliminowania blokady, jeśli stosunek piątej harmonicznej do składowej podstawowej prądu różnicowego osiągnie niebezpiecznie wysoki poziom z powodu wysokiego przepięcia. Blokowanie jest eliminowane, jeśli zostanie aktywowane za pomocą przełącznika SGF2/4 (SGF2/4 =1) a stosunek piątej harmonicznej do składowej podstawowej przekroczy wartość nastawy I_d5f/I_d1f>>.

Stopień zabezpieczenia różnicowego 3DI>>

Oprócz stopnia stabilizowanego moduł ma również wbudowaną funkcję zabezpieczenia różnicowego, niezależnego 3DI>>, która nie dopuszcza stabilizacji. Stopień ten wysyła sygnał sterujący do przekaźników wyjściowych wybranych za pomocą grupy przełączników SGR2, gdy amplituda składowej podstawowej prądu różnicowego przekroczy nastawianą wartość I_d/I_n>> lub gdy wartość chwilowa prądu różnicowego przekroczy wartość 2,5 x I_d/I_n>>. Zakres nastawy tego stopnia wynosi 5...30xI_n. Wewnętrzne sygnały blokujące modułu przekaźnika nie przerywają sygnału sterującego stopnia zabezpieczenia różnicowego 3DI>>. W razie potrzeby, sygnał sterujący stopnia różnicowego może zostać zablokowany przez zewnętrzne sygnały sterujące BS1...BS5 lub przez sygnały wewnętrzne (międzymodułowe) BS INT1...BS INT3. Blokowanie jest aktywowane za pomocą przełączników SGB3/1...8.

W przypadku gry składowa podstawowa prądu stabilizującego spadnie poniżej 30% wartości składowej podstawowej prądu różnicowego, oznacza to, że najprawdopodobniej wystąpiło zwarcie w strefie zabezpieczanej przez moduł przekaźnika. Wówczas wartość nastawy stopnia 3DI>> zostanie automatycznie zmniejszona o połowę i wewnętrzne sygnały blokujące stopnia stabilizowanego będą wstrzymane.

Symbole i skróty sygnałów

I_L1, I_L2, I_L3 Mierzone prądy fazowe po stronie górnego napięcia

I'_L1, I'_L2, I'_L3 Mierzone prądy fazowe po stronie dolnego napięcia

I₁ Prąd fazowy po stronie górnego napięcia

I₂ Prąd fazowy po stronie dolnego napięcia

I_n Prąd znamionowy

i₁ Chwilowa wartość prądu fazowego po stronie górnego napięcia

i₂ Chwilowa wartość prądu fazowego po stronie dolnego napięcia

i₀₁ Chwilowa wartość składowej zerowej prądu obliczona na podstawie prądów fazowych po stronie górnego napięcia

i₀₂ Chwilowa wartość składowej zerowej prądu obliczona na podstawie prądów fazowych po stronie dolnego napięcia

i_b Chwilowa wartość prądu różnicowego

i_d Chwilowa wartość prądu stabilizującego

I_d1f, I_d Amplituda składowej podstawowej częstotliwości prądu różnicowego

I_b Amplituda składowej podstawowej częstotliwości prądu stabilizującego

I_d2f Amplituda drugiej harmonicznej prądu różnicowego

I_d5f Amplituda piątej harmonicznej prądu różnicowego

3DI> Stopień zabezpieczenia stabilizowanego

3DI>> Stopień zabezpieczenia niezależnego

SGF1...SGF11 Grupa przełączników do konfigurowania funkcji przekaźnika

SGB1...SGB8 Grupa przełączników do konfigurowania zewnętrznych sygnałów sterujących i blokujących

SGR1...SGR8 Grupa przełączników do konfigurowania wyjść przekaźnikowych

BS1...BS5 Zewnętrzne wejściowe sygnały sterujące

SS1...SS4 Sygnały wyjściowe

TS1...TS4 Sygnały wyjściowe

BS INT1...BS INT3 Sygnały blokujące i sterujące wymieniane pomiędzy modułami

AR1...AR3 Sygnały sterujące wymieniane między modułami

t_CBFP Nastawiany czas działania układu kontroli obwodu wyłączającego wyłącznik

P łyta czołowa modułu zabezpieczenia różnicowego SPCD 3D53

Poniższa tabela podaje znaczenie kodów pojawiających się na wyświetlaczu, które wskazują pobudzenie i zadziałanie modułu, blokowania, pobudzenia zewnętrznych sygnałów sterujących lub zadziałanie systemu kontroli obwodu wyłączającego wyłącznik.

Znak kodu	Opis
1	Zadziałanie stopnia zabezpieczenia stabilizowanego 3DI>
2	Zadziałanie stopnia zabezpieczenia niezależnego 3DI>>
3	Zadziałanie blokady w oparciu o drugą i pitą składową harmoniczną prądu różnicowego
4	Pobudzenie zewnętrznego sygnału sterującego BS1
5	Pobudzenie zewnętrznego sygnału sterującego BS2
6	Pobudzenie zewnętrznego sygnału sterującego BS3
7	Pobudzenie zewnętrznego sygnału sterującego BS4
8	Pobudzenie zewnętrznego sygnału sterującego BS5
A	Zadziałanie kontroli obwodu wyłączającego wyłącznik
żółte d	Wyzwolenie rejestratora zakłóceń, zakłócenie zapamiętane

Zakres nastaw modułu różnicowoprądowego SPCD 3D53

Nastawa	Objaśnienie	Zakres nastaw (nastawy fabryczne)
P/In (%)	Podstawowa nastawa uruchomienia, krok 1%	5..50 % (5%)
S (%)	Współczynnik stabilizacji, krok 1%	10...50% (10%)
I2tp/In	Drugi punkt załamania charakterystyki pracy, krok 0,1	1,0...3,0 (1,5)
Id/In>>	Stopień zabezpieczenia różnicowego niezależnego, krok 1 x In	5...30 (10)
Id2f/Id1f> (%)	Stosunek drugiej harmonicznej do składowej podstawowej częstotliwości prądu różnicowego, krok 1%	10...20% (15%)
Id5f/Id1f> (%)	Stosunek piątej harmonicznej do składowej podstawowej częstotliwości prądu różnicowego, krok 1%	10...50% (35%)
Id5f/Id1f>> (%)	Stosunek piątej harmonicznej do składowej podstawowej - dla usuwania blokady, krok 1%	10...50% (35%)
I1/In	Współczynnik korekcji przekładni przekładników prądowych prądów fazowych strony GN, krok 0,01	0,40...1,5 (1,00)
I2/In	Współczynnik korekcji przekładni przekładników prądowych prądów fazowych strony DN, krok 0,01	0,4 ... 1,5 (1,00)

Eliminacja składowej zerowej

 Przełącznik	Funkcja
SGF1/1 = 1	Składowa zerowa jest obliczana i eliminowana z prądu fazowego po stronie DN przed obliczaniem prądu różnicowego i stabilizującego.
SGF1/1 = 0	Składowa zerowa nie jest obliczana po stronie DN.
SGF1/2 = 1	Składowa zerowa jest obliczana i eliminowana z prądu fazowego po stronie GN przed obliczaniem prądu różnicowego i stabilizującego.
SGF1/2 = 0	Składowa zerowa nie jest obliczana po stronie GN.

Dopasowanie grypy połączeń po stronie DN.

Dopasowanie wewnętrzne	SGF1/3	SGF1/4	SGF1/5	Suma kontrolna S
Yy0	0	0	0	0
Yd1	1	0	0	4
Yd5	0	1	0	8
Yy6	1	1	0	12
Yd7	0	0	1	16
Yd11	1	0	1	20

Dopasowanie grypy połączeń po stronie GN.

Dopasowanie wewnętrzne	SGF1/6	SGF1/7	SGF1/8	Suma kontrolna S
Yy0	0	0	0	0
Yd1	1	0	0	32
Yd5	0	1	0	64
Yy6	1	1	0	96
Yd7	0	0	1	128
Yd11	1	0	1	160

- 3 -