3tom236

8. ELEKTROENERGETYCZNA AUTOMATYKA ZABEZPIECZENIOWA

—    zwiększa dopuszczalną moc przesyłaną przez tory, przy której zwarcie nie wywoła utraty równowagi przejściowej;

—    zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia lawinowego załamania napięć.

Z tych względów czas wyłączenia powinien zależeć od typu uszkodzeń — przy groźnych powinien być krótki, przy mniej groźnych może być dłuższy.

W obecnie istniejących systemach elektroenergetycznych najostrzejsze wymagania w zakresie szybkości działania zabezpieczeń są spowodowane potrzebą utrzymania równowagi przejściowej przy zwarciach trójfazowych na szynach i w liniach przesyłowych. Z badań warunków stabilności wynika, że skrócenie czasu działania zabezpieczeń o 1 okres (20 ms) umożliwia zwiększenie dopuszczalnej mocy obciążającej linie przesyłowe o 10-4-20%. Podstawowe zabezpieczenia zwarciowe stosowane obecnie mają czasy działania 5-4-40 ms.

Czułość i selektywność zabezpieczenia określają jego zdolność zarówno wykrywania wszystkich uszkodzeń zabezpieczanego obiektu, jak i niedziałania w przypadku wszelkich zakłóceń poza tym obiektem. Niekiedy wprowadza się pojęcie współczynnika czułości k_c, określonego zależnością

k_ć = XJX_n    (8.1)

gdzie: X_e — wielkość kryterialna przy zwarciu w zabezpieczanym obiekcie (w przypadku zabezpieczeń nadmiarowych wartość największa, natomiast w przypadku zabezpieczeń niedomiarowych — najmniejsza); X„ — nastawienia zabezpieczenia.

Selektywność zabezpieczenia S_s określa jego odporność na działania zbędne przy zakłóceniach w obiektach nie objętych zabezpieczeniem i jest wyrażona zależnością

S_s = (N_c + Nj/(N_c+N_f+N_u)    (8.2)

gdzie: N_c — liczba działań poprawnych, N_f — liczba działań brakujących, N_u — liczba działań zbędnych przy zakłóceniach poza strefą chronioną.

Dyspozycyjność zabezpieczenia oznacza jego gotowość do poprawnego działania w każdej chwili, w której może wystąpić uszkodzenie. Wymagania w tym zakresie stawiane zabezpieczeniom są szczególnie duże. Uważa się, że średni czas między uszkodzeniami (MTBF) dla zabezpieczeń podstawowych powinien być większy niż 42000 h, średni zaś czas usuwania uszkodzenia (MDT) nie dłuższy niż 6 h. W ten sposób dyspozycyjność zabezpieczeń D jest wyznaczona wzorem

D ^{= £}mtbf/(^£mtbi- +^£mdt) > 0,99986    (8.3)

Pewność i niezawodność zabezpieczenia oznaczają jego zdolność poprawnego działania. Określają je następujące wskaźniki ilościowe:

—    pewność P_s wyznaczana zależnością

Ps — NJ(N_C+Nj)    (8.4)

—    niezawodność R_s określana wg wzoru

R_s-NJUi'+N)    (8.5)

gdzie N, — liczba działań zbędnych i niepoprawnych.

Statystyki wykazują, że liczba działań zbędnych i niepoprawnych jest znacznie większa niż działań brakujących.

Niekiedy wprowadza się jeszcze współczynnik efektywności zabezpieczeń E_s dotyczący ich działania w obszarze systemu, który określa zdolność poprawnego działania wszystkich zabezpieczeń w czasie zakłóceń systemowych. Wyraża się go zależnością

E_S=MJ(M_C+M_I)    (8.6)

gdzie: M_c — liczba zaburzeń systemowych z poprawnym działaniem wszystkich zabezpieczeń; M_t — liczba zakłóceń systemowych z jakąkolwiek nieprawidłowością w działaniach zabezpieczeń.

Oprócz omówionych czterech wymagań podstawowych, zabezpieczeniom elektroenergetycznym stawia się też wymagania dodatkowe, do których należą:

—    elastyczność, czyli zdolność do stosowania przy różnorodnych konfiguracjach pracy zabezpieczanych urządzeń elektroenergetycznych;

—    łatwość obsługi, czyli prostota instalowania, nastawień, rozbudowy i sprawdzania;

—    dopasowywalność, czyli łatwość współpracy z przekładnikami prądowymi i napięciowymi, urządzeniami telekomunikacyjnymi i sygnalizacyjnymi;

—    testowalność, czyli łatwość wykrywania niesprawności zabezpieczenia;

—    ekonomiczność, czyli niski koszt układów zabezpieczających i to zarówno bezpośredni (cena aparatury zabezpieczającej), jak i pośredni (koszt obwodów wtórnych, aparatury sprawdzającej itp.); koszt zabezpieczeń stanowi jednak bardzo mały procent kosztów zabezpieczanego systemu, kształtując się na poziomie 0,2-r0,5% sumarycznych nakładów inwestycyjnych, dlatego w rozważaniach ekonomicznych niezbędne jest uwzględnienie wypadkowych kosztów i porównanie wzrostu nakładu na zabezpieczenia z zyskiem osiąganym na inwestycjach sieciowo-systemowych.

8.2. Zakłócenia w pracy systemów elektroenergetycznych

8.2.1. Uwagi wstępne

System elektroenergetyczny i jego elementy składowe mogą znajdować się w stanach pracy omówionych niżej.

Stan normalny jest stanem pracy, w którym:

—    moc wytwarzania i obciążenia są zbilansowane;

—    parametry energii elektrycznej (napięcie, częstotliwość) są utrzymane na wymaganym poziomie;

—    wytwarzanie, przesył i rozdział energii elektrycznej odbywa się w sposób ekonomicznie uzasadniony;

—    pojedyncze prawdopodobne uszkodzenie nie przeradza się w rozwijającą się awarię. Stan niebezpieczny różni się od normalnego tylko mniejszym marginesem bezpieczeństwa. Można oczekiwać, że niektóre prawdopodobne uszkodzenia wywołają rozwój awarii systemowej.

Stan zagrożenia charakteryzuje się tym, że niektóre parametry procesu wytwarzania lub przesyłu energii (np. poziomy napięć, wartości prądów) są nieodpowiednie. Dłuższe trwanie takiego stanu może doprowadzić do uszkodzenia elementów systemu (np. przegrzania uzwojeń transformatora).

Stan zaburzenia charakteryzuje się wystąpieniem uszkodzenia, które wymaga odcięcia uszkodzonego elementu od systemu elektroenergetycznego. Niepotrzebne (zbędne) wyłączenie elementu również jest stanem zaburzenia.

Stan awaryjny jest stanem, w którym zaburzenia lub szereg po sobie występujących zaburzeń, często związanych przyczynowo, stwarza stan zagrożenia obejmujący dużą część systemu elektroenergetycznego.

Stan poawaryjny to stan, w którym praca systemu jest quasi-normalna, lecz część odbiorców utraciła zasilanie. Oznacza to że parametry energii są niezadowalające, ekonomiczny rozdział mocy nie jest utrzymany, a odporność systemu na skutki pojedynczego zakłócenia jest niewystarczająca.