Zabezpieczenia nadprądowe sieci promieniowych i magistralnych.

Sieci rozdzielcze ŚN, jak już wspomniano we wstępie, pracują na ogół w układach promieniowych i magistralnych, rzadziej z lokalnym źródłem energii (lokalne elektrociepłownie lub mała elektrownia wodna) lub w układzie zamkniętego pierścienia. Dlatego stosowane są tu możliwie proste rozwiązania zabezpieczeń nadprądowych, uzupełniane w specjalnych przypadkach członami kierunkowymi albo stosuje się wtedy doskonalsze zabezpieczenia odległościowe lub różnicowe. Ogólną zasadę zastosowania zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych, jedno- lub dwustopniowych, ilustruje rys. 6.12.

Rys. 6.12. Zasada realizacji i a) stopniowania czasowego b) zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych linii zasilanych jednostronnie; E - umowne źródło zasilania.

Na rysunku tym przedstawiono zasadę realizacji nastawień czasowych głównych zabezpieczeń zwłocznych linii (I>), w celu uzyskania wybiórczości działania. Są to zwykle zabezpieczenia dwufazowe, jakkolwiek nie wyklucza się zabezpieczeń w wykonaniu trójfazowym. Dobór nastawień prądu rozruchowego (I_r) zabezpieczeń dokonuje się według ogólnej formuły:

w której:

k_b > 1,2 - współczynnik bezpieczeństwa,

I_{obc max} - maksymalny prąd obciążenia linii, z uwzględnieniem chwilowych przeciążeń ruchowych,

k_p < 1 - współczynnik powrotu przekaźnika.

W praktyce dla linii zasilających odbiory mieszane (bytowe, komunalne itp.), jako prąd maksymalnego obciążenia (I_obcmax) przyjmuje się wartość trwale dopuszczalnego prądu obciążenia najsłabszego urządzenia w obwodzie pierwotnym linii (odłączniki, wyłącznik, przekładniki lub przewody linii). W przypadku linii w sieci przemysłowej może zachodzić konieczność uwzględnienia samorozruchu silników asynchronicznych, kiedy stanowią one przeważającą część odbiorów zasilanych daną linią, a zwłaszcza gdy poddawane są cyklowi SZR.

Tak nastawione zabezpieczenie powinno spełniać warunek czułości:

w którym:

I_zmin - najmniejsza wartość prądu przy zwarciu na końcu zabezpieczonego odcinka linii,

I_r - prąd rozruchowy.

Przyjmuje się tu zazwyczaj prąd zwarcia dwufazowego. I tak na przykład dla zabezpieczenia w stacji A (na rys. 6.12) do obliczenia jego czułości przyjmuje się prąd zwarcia dwufazowego na szynach stacji B.

W układzie jak na rys. 6.12 powinno być zapewnione rezerwowanie zdalne, co oznacza, iż pożądane jest, aby zabezpieczenie pobudzało się przy zwarciach na sąsiednim odcinku (na przykład zabezpieczenie w stacji A przy zwarciu na końcu linii B-C). Współczynnik czułości rezerwowej oblicza się tak samo jak podstawowej, lecz jego wartość nie powinna być mniejsza niż 1,2 (k_cr > 1,2).

Nie wymaga się spełnienia warunku czułości rezerwowej przy zwarciach za transformatorami sieciowymi (ŚN/nn) zabezpieczonymi po stronie górnego napięcia bezpiecznikami. W przypadku transformatorów ŚN/nn z wyłącznikiem i zabezpieczeniami przekaźnikowymi po stronie górnego napięcia (zwykle transformatory większych mocy - Sn> 630 kVA) zdalne rezerwowanie ich zabezpieczeń jest pożądane. Wówczas za podstawę obliczeń współczynnika czułości przyjmuje się najmniejszą wartość prądu po stronie górnego napięcia transformatora przy zwarciu jednofazowym na szynach stacji niskiego napięcia. Dla transformatorów o układach połączeń DY lub YZ prąd ten jest równy połowie prądu zwarcia trójfazowego.

Omawiane zabezpieczenia linii, nadprądowe zwłoczne o charakterystyce niezależnej, wykazują wiele zalet, takich jak prostota układu i nastawień oraz duża niezawodność działania. Jedną, lecz poważną ich wadą jest wzrost czasów działania, idąc od odcinka najdalszego do najbliższego źródła zasilania; tam gdzie największy prąd i moc zwarcia - najdłuższy jest czas jego eliminacji. W celu usunięcia lub złagodzenia tej wady stosuje się, tam gdzie to jest możliwe, drugi stopień zabezpieczenia działającego bezzwłocznie, zwany potocznie zabezpieczeniem odcinającym. Wykorzystuje się tu różnicę poziomów prądów zwarciowych na początku i końcu linii. Zasadę doboru nastawień prądowych takiego zabezpieczenia i wypadkową charakterystykę czasową pełnego układu zabezpieczeń linii ilustruje rys. 6.13.

Prąd rozruchowy zabezpieczenia odcinającego w stacji A (I_rA) nastawia się powyżej prądu zwarcia w stacji J5, według formuły:

w której:

kb= (1,3÷1,5) - współczynnik bezpieczeństwa,

Izb - składowa zmienna prądu zwarcia trójfazowego na końcu linii (tu w stacji B).

Tak nastawione zabezpieczenie powinno spełniać warunek czułości:

5.10.Zabezpieczenia nadprądowe o charakterystyce zależnej.

Zabezpieczenia nadprądowe zwłoczne linii sieci rozdzielczych SN mogą być oparte na zastosowaniu przekaźników o charakterystyce zależnej. Takie rozwiązania stosowane są głównie w USA i w krajach anglosaskich. Zabezpieczenia te, podobnie jak omówione już zabezpieczenia niezależne linii, realizowane są w wykonaniu dwufazowym. Dla sieci z rezystancyjnie uziemionym punktem zerowym stosowane bywają rozwiązania z trzecim członem nadprądowym ziemnozwarciowym, który charakteryzuje się odpowiednio dostosowanym (innym niż człony fazowe) zakresem nastawień prądu rozruchowego.

W nastawieniach prądu rozruchowego zabezpieczeń zależnych obowiązują takie same reguły jak dla zabezpieczeń niezależnych. Główny problem i zadanie polega tu na odpowiednim doborze i nastawieniu charakterystyk czasowych t =f(I) zapewniających możliwie najszybszą eliminację zwarć przy zachowaniu warunków wybiórczości działania. Zasadę doboru tych charakterystyk, dla układu magistralnego linii z rys. 16.12, ilustruje rys. 6.17.

Sposób postępowania jest tu następujący. Po obliczeniu i przyjęciu wartości prą¬dów rozruchowych (I_rA, I_rB) zabezpieczeń linii w stacjach A i B, oblicza się krotność prądu wejściowego zabezpieczenia w stacji B przy zwarciu na końcu linii: n_Bc=I_zc/I_rB
-Uwzględniając stopniowanie czasowe Δt względem czasu działania zabezpieczeń w stacji C, określa się czas działania zabezpieczenia w stacji B dla krotności n_Bc- Czas ten dobiera się (nastawia) na podstawie danych co do charakterystyki zabezpieczenia. Następnie określa się czasy działania w kilku punktach pośrednich odcinka linii BC, w tym dla zwarcia bliskiego (w pobliżu stacji B). Uzyskuje się w ten sposób charakterystykę zabezpieczenia linii w stacji B jako t_B= f (I_z) ~ t_B= f (I)• W analogiczny sposób dobiera się i nastawia charakterystyki t_A dla zabezpieczenia linii AB w stacji A.

Rys. 6.17. Charakterystyki zabezpieczeń nadprądowych zależnych linii magistralnej:
t_A,t_B,t_C - czasy działania zabezpieczeń linii w stacjach A,B,Cw zależności od odległości zwarcia.

Jak widać z rys. 6.17, główną zaletą omawianych zabezpieczeń zależnych są znacznie krótsze czasy działania niż zabezpieczeń niezależnych. Natomiast charakteryzuje je zmienność charakterystyk czasowych w zależności od prądów zwarcia. Przy prądach mniejszych od przyjętych do nastawień czasy zadziałania silnie wzrastają, natomiast przy prądach większych czasy maleją i zachodzi możliwość nie wybiórczych zadziałań. Zabezpieczenia te nadają się więc głównie tam, gdzie zakres zmienności poziomu prądów zwarciowych, w zależności od warunków ruchowych i topologii sieci, jest niewielki.

"EAZ a LPQI", Wrocław, 27 stycznia 2004 r.

100

5

---