Automatyk i zabezpieczenia w elektroenergetyce

1. Wprowadzenie i pojęcia podstawowe.
   

1. Rola elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (EAZ)
   w systemie elektroenergetycznym (SE) i klasyfikacja.

SE - zbiór powiązanych elementów do wytwarzania (źródła), przesyłu, przetwarzania, rozdziału i użytkowania energii elektrycznej.

(KSERO - schemat ideowy fragmentu SE)

SE w celu prawidłowego funkcjonowania musi być nadzorowany. Nadzorowany jest przez człowieka i zabezpieczenia automatyki (AE) ...

AE - jest to gałąź elektroenergetyki obejmująca teorię i technikę sterowania, przesyłania, przetwarzania i ...(?)...

Stosowanie AE ma na celu uzyskanie korzyści ekonomicznych
i zwiększenie niezawodności dostawy do odbiorców energii elektrycznej o odpowiednich parametrach jakości energii elektrycznej.

Regulatory pierwotne (o statycznych charakterystykach) zapewniają stałość częstotliwości f. Zapewnia w sposób automatyczny rozdział obciążenia na poszczególne odbiory.

Podział ogólny AE

1. Automatyka pracująca w stanach normalnych (automatyka regulacyjna). W jej skład wchodzą:

• Układy regulacji napięcia U i mocy biernej Q w węzłach wytwórczych, sieciowych, transformatorach, transformatorach synchronicznych;

• Układy regulacji częstotliwości f i mocy czynnej P.

1. Automatyka działająca w stanach zakłóceniowych SE. Obejmuje procesy samoczynnego zabezpieczania i zapobiegania zakłóceń
   w dowolnym miejscu SE.

Decyzje EAZ:

• Sygnalizacja nienormalnego stanu pracy;

• Samoczynne usunięcie zagrożenia;

• Samoczynne wyłączenie z pracy elementu uszkodzonego;

• Samoczynne wykazanie łączeń mające przywrócić dany element do pracy po naprawieniu (samoczynne ponowne załączenie SPZ).

Podział EAZ

1. EAZ prewencyjny (EAZP) - zapobiegawczy; zapobiega zagrożeniu lub zakłóceniu SE lub jego elementów. Sygnalizuje lub likwiduje zakłócenia SE:

1. Przeciążenia cieplne;

2. Przeciążenia mocą czynną P;

3. 
   
   Kołysania mocy (dochodzi do wzrostu prądu nawet przekraczających prądy zwarciowe);

4. 
   
   Wzrost i spadek częstotliwości (f ;f )

5. Wzrost i spadek napięcia (U ;U ) - trzeba utrzymać napięcie na generatorach i transformatorach (samokompensacja następuje przy mocy naturalnej
   linii);

6. Zjawiska ferrorezonansowe (napięcia fazowe mogą przekraczać napięcia międzyprzewodowe);

7. Utrata synchronizmu.

Żeby ΔP
0 to korzystamy z ASCO - automatyki samoczynnego częstotliwościowego obciążenia.

2. EAZ eliminacyjny (EAZE) - zajmuje się eliminowaniem z pracy w SE elementów dotkniętych zwarciami.

Wymagania:

1. Szybkość działania (najkrótszy czas działania tych urządzeń):

• Zwiększenie bezpieczeństwa pracy personelu oraz przypadkowych osób znajdujących się w pobliżu tych urządzeń;

• Ograniczenie do minimum szkód spowodowanych łukami zwarciowymi i prądami zwarciowymi;

• Zapobieganiu przekształcania się zwarcia 1-fazowego
  w wielofazowe;

• Ograniczenie do minimum wpływu zaniku napięcia bądź ...(?)... powstające podczas zwarć pracy;

• Niedopuszczenie do wypadnięcia z synchronizmu generatorów
  i silników synchronicznych pracujących w SE;

• Zwiększenie skuteczności działania urządzeń SZR i SPZ; czas likwidacji zwarcia powinien być mniejszy od 0,3÷0,1s; urządzenia te charakteryzują się czasem działania rzędu 20÷40ms; są to tzw. czasy własne EAZ;

Są to zabezpieczenia EAZ bezzwłoczne (A)

EAZ zwłoczne (B)

2. Selektywność (wybiorczość) - to zdolność do stwierdzania czy uszkodzenie powstało w strefie działania (zakresie) czy poza tą strefą.

Przez zakres działania rozumie się (związana jest) z zasięgiem
i rodzajem urządzenia, na które ma działać dane zabezpieczenie. Czyli powinny być wyłączane tylko elementy uszkodzone pozostawiając przy pracy zdrowych elementów.

Wyróżniamy:

• Selektywność względną - stopniowanie szybkości działania EAZ (stopniowanie czasowe);

• Selektywność bezwzględną - uzyskiwana w wyniku pomiaru.

3. Czułość urządzeń EAZ jest cechą charakteryzującą zdolność tych urządzeń do reagowania na niewielkie zmiany parametru charakteryzującego stan normalnej pracy. Jej miarą dla danego obiektu jest tzw. współczynnik czułości.

Wyróżniamy dwa rodzaje urządzeń zabezpieczających:

• Nadmiarowe (np. na wzrost napięcia U)


np. k_C≥1,5

• Niedomiarowe (np. na spadek napięcia U);


np. k_C≥2

4. Niezawodność - jest to prawdopodobieństwo niezawodności R, że zabezpieczenie będzie spełniało wymogi odnośnie czasu i warunków ...(?)...

Dopełnieniem niezawodności jest prawdopodobieństwo ...(?)...

R+F=1

Za działanie nieprawidłowe uważa się:

• Działanie zbędne;

• Braki zadziałania;

Rezerwowanie urządzeń EAZ. Rozróżniamy:

• Rezerwowanie zdalne gdy zabezpieczenie danego urządzenia są rezerwowane przez zabezpieczenia urządzeń zasilających czyli leżących bliżej źródła zasilania;

• Rezerwa lokalna gdy zabezpieczenia tego samego obiektu rezerwują się wzajemnie czyli na obiekcie zabezpieczanym rezerwujemy większą liczbę zabezpieczeń.

...(?)...

dla bardzo ważnych urządzeń stosuje się trzy urządzenia zabezpieczające podstawowe (filozofia 2 z 3)

5. Ekonomiczność - często wymóg sprzeczny z wymogami bezpieczeństwa; chodzi również o pobór mocy (szczególnie kiedyś)

3. EAZ restytucyjne (EAZR)

Wykład 3 09.03.2006r.

Ogólna struktura AZ oraz schematy: blokowy, strukturalny
i funkcjonalny.

1. 
   Przekaźnik (elektryczny, elektroniczny, cyfrowy). PE jest to przyrząd lub fragment urządzenia EAZ przeznaczony do wytwarzania przewidywalnych skokowych zmian na wyjściu (-ach) pod wpływem przyłożenia lub odpowiedniej zmiany wielkości fizycznej (-nych) działających na wejściu (-ach)


S_we S_wy



: :

: :

Pod tym pojęciem określa się wszystkie elementy niezbędne do jego działania (np. obudowa czy program lub fragment programu ogólnego). Służą np. do pomiaru, cosϕ itp.(np. przekaźnik prądu, przekaźnik kierunkowy)

2. zespół przekaźnikowy ZP - jest to zestaw przekaźników służący do wykonania określonej funkcji.

3. zespół automatyki zabezpieczeniowej ZAZ - realizuje kompleksowe zadania EAZ obiektu zabezpieczanego.

4. urządzenie peryferyjne UP (obwody wtórne) - służą do powiązania ZAZ ze związanym obiektem oraz ze źródłem napięcia pomocniczego.
   wyróżniamy w nich:

• układy wejścia oraz obwody napięci pomocniczego;

• układy wyjścia (obwody rejestracji, sygnalizacji stanów pracy).

Zabezpieczenie ...(?)... od określonego rodzaju zakłócenia.


Układ automatyki zabezpieczeniowej UAZ = ZAZ + UP

schemat blokowy (ksero)

schemat funkcjonalny (ksero)

schemat strukturalny (ksero)

Klasyfikacja zakłóceń w SE i przyczyny, skutki oraz ogólne kryteria ich wykrywania.

Zakłócenie to powstanie warunków (losowych) uniemożliwiających lub utrudniających normalną pracę.

Typy zakłóceń:

1. zaburzeniowy - uniemożliwia pracę systemu lub elementów; powinny być eliminowane w jak najkrótszym czasie;

2. zagrożeniowy - praca systemu lub elementów systemu jest dopuszczalna przez pewien okres czasu, przed którego upłynięciem powinna być usunięta jego przyczyna (automatycznie lub ręcznie) a stany te powinny być sygnalizowane i po przekroczeniu dopuszczalnego czasu muszą być wyłączone z systemu.

Ad a) należą do nich:

• zwarcia - najpoważniejsze i najczęstsze zaburzenia powodowane przez wzrost nadmiernych naprężeń elektrycznych, mechanicznych bądź przez zmniejszenie się wytrzymałości elektrycznej, mechanicznej i cieplnej oraz zdarzenia losowe.

Skutki zwarć:

• bezpośrednie - najgroźniejsze; wypadki z ludźmi, utraty równowagi SE, przegrzanie izolacji prądem zwarciowym

• pośrednie: spadki napięć, obniżki napięć, wzrost napięć, wzrost zagrożenia rażeniowego.

Klasyfikacja zwarć:

• zwarcia bezpośrednie (metaliczne); pośrednie (przez rezystancję łuku, rezystancję uziomu);

• w zależności od symetrii: 3-fazowe, 2-fazowe, 1-fazowe;

• w zależności od miejsc zwarcia: pojedyncze, wielokrotne, zwarcia zwojowe.

• Praca niepełnofazowa;

• Kołysania mocy;

• Utrata równowagi napięciowej - związana jest ze stabilnością napięciową, która jest zdolnością węzła SE do utrzymania takiego napięcia, że przy zmniejszeniu impedancji Z (zwiększeniu Y) obciążenia, moc wydzielona na tym obciążeniu także wzrasta, co
  
  
  
  
  
  
  
  
  powoduje, że moc i napięcie są kontrolowane.

Z_S



Z_obc i Y_obc ϕ_S=ϕ_obc to

E U Z_obc
przy


• Brak napięcia

Wzrost prądu ponad ...(?)...

bądź pogorszenia warunków chłodzenia i przyspieszony proces uszkodzenia przy przekroczeniu temperatury.

2. asymetria obciążenia;

3. kołysania mocy typu synchronicznego;

4. spadki napięć;

5. zbyt duże napięcie - może powodować pogorszenie obwodu magnetycznego (przemagnesowania);

6. zmniejszenie się częstotliwości f;

7. wzrost częstotliwości f.

Ogólne kryteria wykrywania stanów zakłóceń i zaburzeń.

(ksero)

analiza i ocena zakłóceń w SE

1. statyczne modele 3-f. elementów SE;

2. metoda składowych symetrycznych;

3. modele dynamiczne (matematyczne) - równania różniczkowe.

R

---