Przesyłanie energii elektrycznej

2011-07-06
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Wykłady dla kierunku ENERGETYKA
System elektroenergetyczny i jego poszczególne składowe.
Budowa sieci napowietrznych i kablowych.
Maszyny i aparaty elektryczne.
Obliczanie parametrów elementów systemu elektroenergetycznego.
Zakłócenia w systemie elektroenergetycznym.
Zwarcia w systemie elektroenergetycznym – metody obliczania.
Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa.
Izolacje powietrzne i bezpowietrzne.
Przepięcia wewnętrzne i atmosferyczne.
Ochrona przeciwporaŜeniowa i odgromowa.
1
System elektroenergetyczny jest to zespół–urządzeń przeznaczonych
do: wytwarzania, przesyłu i rozdziału energii elektrycznej, połączonych
ze sobą w celu–realizacji procesu ciągłej–dostawy energii elektrycznej
do odbiorców.
Z funkcji systemu elektroenergetycznego wynika jego podstawowy
podział na dwa podsystemy:
– podsystem wytwórczy – wytwarzanie energii–elektrycznej
(elektrownie);
– podsystem przesyłowo-rozdzielczy – przesył i rozdział energii
elektrycznej (sieci przesyłowo-rozdzielcze).
3
2
Cechą charakterystyczną systemu elektroenergetycznego jest warunek
zachowania równości mocy wytwarzanych i mocy odbieranych.
Energia elektryczna nie moŜe być magazynowana.
Wyjątek stanowią:
– baterie akumulatorów;
– zamiana energii elektrycznej na energię potencjalną wody w
elektrowniach szczytowo-pompowych.
4
1
2011-07-06
W KSE obowiązuje następujący podział:
– Krajowa Dyspozycja Mocy (KDM) – kieruje pracą sieci podstawowej
tj. 750, 400 i 220 kV oraz regionalną, takŜe wybranymi liniami 110kV
o znaczeniu systemowym;
– Obszarowa Dyspozycja Mocy (ODM) – kieruje pracą sieci regionalnej, nadzoruje sieć lokalną i kieruje operacjami łączeniowymi w sieci
podstawowej,
– Zakładowa Dyspozycja Mocy (ZDM) – kieruje pracą sieci lokalnej
rozumianej jako obszar sieci danego rejonu głównie linie 110 kV oraz
220 kV znajduje się w danym rejonie oraz transformatory w Głównych
punktach zasilania zakładu energetycznego,
– Rejonowa Dyspozycja Mocy (RDM) – kieruje pracą wydzielonych
fragmentów sieci lokalnej linie 110 kV (w porozumieniu z ZDM), linie i
trasy kablowe SN oraz linie i trasy kablowe niskiego napięcia na
obszarze rejonu naleŜącego do danego zakładu energetycznego.
Sieci elektroenergetyczne realizują zadania przesyłu i rozdziału energii
elektrycznej i łączą elektrownie z odbiornikami. Przesył odbywa się
liniami elektroenergetycznymi: napowietrznymi i kablowymi, rozdział
następuje w stacjach elektroenergetycznych za pomocą szyn zbiorczych
i łączników a przetwarzanie w transformatorach.
W Polsce występują sieci o napięciach znamionowych:
–
–
–
–
napięcia
napięcia
napięcia
napięcia
niskie (nn): 0.4, 0.69, 1 kV;
średnie (SN): 3, 6, 10, 15, 20, 30, 40, 60 kV;
wysokie (WN): 110 kV;
najwyŜsze (NN): 220, 400, 750 kV.
5
Parametry charakteryzujące system elektroenergetyczny:
– suma mocy czynnych znamionowych wszystkich generatorów
zainstalowanych w elektrowniach, jest to moc zainstalowana;
– rodzaje elektrowni i ich moce zainstalowane;
– roczna produkcja energii elektrycznej;
– największa moc pobierana przez odbiorniki energii elektrycznej w
ciągu roku, doby – jest to tzw. moc szczytowa;
– napięcie przesyłowe, czyli napięcie znamionowe sieci elektroenergetycznej przesyłowej;
– struktura sieci elektroenergetycznej, tj. napięcie znamionowe sieci,
konfiguracja sieci, długości linii o poszczególnych napięciach
znamionowych;
– moce największych elektrowni i bloków.
7
6
Linia otwarta – składa się z jednego
punktu zasilającego, pewnej liczby
punktów odbiorczych i odcinków linii
łączących te punkty szeregowo.
Linia rozgałęźna – jest zasilana w
jednym punkcie, zawiera ona przynajmniej jeden punkt rozgałęźny, w którym
są połączone–trzy odcinki linii oraz
pewna liczba punktów odbiorczych.
8
2
2011-07-06
Linia zamknięta – jest zasilana w
dwóch punktach. Szczególnym
przypadkiem linii zamkniętej jest
linia okręŜna.
Sieć oczkowa – to taka, w której połączone
ze sobą linie tworzą oczka. Sieć ta bywa
takŜe nazywana siecią– węzłową, poniewaŜ
musi zawierać przynajmniej jeden węzeł, tj.
punkt, do którego energia elektryczna moŜe
dopłynąć z trzech linii.
9
– przewody robocze – przewody wykonane z aluminium lub jako staloaluminiowe wykorzystywane jako przewodnik do przesyłu energii;
– przewody odgromowe – słuŜące do ochrony przed uderzeniem pioruna w przewody robocze;
– izolatory – elementy, których zadaniem jest odizolowanie przewodów
od konstrukcji słupa. W niektórych rozwiązaniach przewody odgromowe przyłączane są za pomocą izolatorów z iskiernikiem;
– osprzęt pozwalający na łączenie przewodów, mocowanie i łączenie
izolatorów, instalowanie–przewodów na izolatorach, ochrony izolatorów i innych części przed skutkami wyładowań atmosferycznych
oraz zabezpieczające przewody od drgań;
– konstrukcje wsporcze – słupy wykonane z betonu lub stali (dawniej z
drewna) słuŜące do utrzymywania przewodów na odpowiedniej
wysokości nad ziemią oraz zapewniające zachowanie odległości
między przewodami.
10
Napięcie znamionowe: 400 kV
Liczba torów: 1
Przewody robocze: wiązka 2 × AFL-8 525 mm2
Przewody odgromowe: 2 × AFL-1,7 50 mm2
Przeznaczenie: linie we wszystkich rodzajach
terenu.
Słup przelotowy
Słup przelotowy – leśny
Słup odporowonaroŜny
Napięcie znamionowe: 110 kV
Liczba torów: 1
Przewody robocze: AFL-6 240 mm2
Przewody odgromowe: 1 × AFL-1,7 70 mm2
Przeznaczenie: stosowane powszechnie
11
Słup przelotowy
Napięcie znamionowe: 400 kV
Liczba torów: 1
Przewody robocze: wiązka 2×AFL-8 525 mm2
Przewody odgromowe: 2×AFL-1,7 50 mm2
Przeznaczenie: linie we wszystkich rodzajach terenu.
12
3
2011-07-06
R
X
R' =
G/2
B/2
G/2
R’
1000
γ ⋅S
B/2
S
b
L = 4,6 ⋅10 lg
0,7788 ⋅ r
'
Schemat zastępczy fazowy typu Π dla linii elektroenergetycznej.
– rezystancja jednostkowa linii, Ω 1·km–1;
γFe – 4,9÷5,7 m1·Ω –1·mm–2 (konduktywność);
γCu – 55 m1·Ω –1·mm–2;
γAl – 34 m1·Ω –1·mm–2;
−4
– przekrój przewodu mm2.
L’ – reaktancja jednostkowa linii dwuprzewodowej, H1·km–1;
b – odległość między przewodami, cm;
r – promień przewodu, cm.
13
L’ – reaktancja jednostkowa linii trójfazowej, H1·km–1;
bśr – średnia geometryczna odległość między
przewodami, cm;
r – promień przewodu, cm.
L' = 4,6 ⋅10 − 4 lg
bśr
0,7788 ⋅ r
14
bśr = b
bśr1 = b12 ⋅ b13
bśr2 = b21 ⋅ b23
bśr3 = b31 ⋅ b32
bśr = 3 2 ⋅ b
bśr = 3 bśr1 ⋅ bśr 2 ⋅ bśr 3
15
16
4
2011-07-06
L' = 4,6 ⋅10 − 4 lg
bśr
0,7788 ⋅ rz
L’ – reaktancja jednostkowa linii trójfazowej z przewodami wiązkowymi,
H1·km–1;
bśr – średnia geometryczna odległość między przewodami, cm;
rz – promień zastępczy przewodu, cm.
rz = m r ⋅ aśrm −1
aśr = m a1 ⋅ a2 ...am
m – liczba przewodów w wiązce;
r – promień pojedynczego przewodu naleŜącego do
wiązki, cm;
aśr – średni geometryczny odstęp między przewodami
tej samej wiązki, cm.


 0,02415 
 ⋅10−6
C' = 
 lg bśr 


d 

C’ – pojemność jednostkowa linii trójprzewodowej, [F·km–1];
bśr – średnia geometryczna odległość między przewodami, [cm];
r – promień przewodu, [cm].
a1, a2, …, am – odległość między kolejnymi przewodami w wiązce (w Polsce wynosi 0,4 m).
17
U kr = 48,9 ⋅ mp ⋅ ma ⋅ δ a ⋅ r ⋅ lg
jeśli U f ≤ U f kr to G0 = 0
bśr
r
r – promień przewodu [cm];
ma – współczynnik zaleŜny od warunków atmosferycznych, ma = 1 dla dobrej
pogody, ma = 0,8 dla pogody deszczowej;
mp – współczynnik zaleŜny od stanu powierzchni przewodu,
1 – pojedynczy nowy drut; 0,93-0,98 – drut stary; 0,83-0,87 – linka;
δa – gęstość powietrza będąca funkcją ciśnienia atmosferycznego pa, [hPa] i
temperatury t, [ C].
G' =
∆Pul
U f2
δa =
0,302 ⋅ pa
273 + t
18
Ulot, inaczej wyładowania niezupełne jest zjawiskiem niepoŜądanym,
gdyŜ:
– powoduje straty mocy czynnej w liniach (w liniach 220 i 400 kV rzędu
kilkadziesiąt kW/km),
– powoduje uszkadzanie powierzchni przewodu (sprzyja powstawaniu
związków azotowych, które uszkadzają powierzchnię przewodu),
– jest źródłem zakłóceń elektromagnetycznych, które rozchodzą się w
postaci fal elektromagnetycznych (zakłóca pracę: odbiorników
radiowych, telewizyjnych, linii telekomunikacyjnych, ....).
G’ – konduktancja jednostkowa linii trójprzewodowej, [S·km–1];
∆Pul – straty ulotu, [kW·km–1];
Uf – napięcie fazowe, [kV].
19
20
5
2011-07-06
Kabel jest to przewód elektroenergetyczny o budowie przystosowanej do
układania bezpośrednio w ziemi.
Kabel składa się z jednej lub więcej Ŝył izolowanych, zaopatrzonych w
powłokę wykonaną z metalu lub niemetalową oraz ewentualnie, w
zaleŜności od wymaganych warunków eksploatacji, zaopatrzony w osłonę
ochronną i pancerz.
Kabel moŜe być równieŜ układany pod wodą i w pomieszczeniach:
kanałach i tunelach kablowych lub zawieszany.
Sposób ułoŜenia kabla ma zasadniczy wpływ na jego obciąŜalność
prądową. Te same kable ułoŜone w ziemi mają o 20÷30% większą
obciąŜalność, niŜ gdy są prowadzone w powietrzu.
Ze względu na napięcie znamionowe rozróŜnia się kable:
– niskiego napięcia — do 1 kV,
– średniego napięcia — do 30 kV,
– wysokiego napięcia — ponad 30 kV.
Mufy słuŜą do łączenia dwóch
odcinków kabli elektroenergetycznych.
Głowice kablowe słuŜą do zakończenia
kabli, wyprowadzenia z nich Ŝył i połączenia
z urządzeniami. Głowice kablowe dzieli się
na wnętrzowe i napowietrzne.
21
22
Podstawowe wielkości transformatora dwuuzwojeniowego:
Moc znamionowa Sn
SN/nn
110 kV/SN
400/220 kV
400/110 kV
SN/nn
SN/660 V
Przekładnia
Schemat zastępczy fazowy typu Γ dla transformatora
dwuuzwojeniowego.
23
[MV·A] lub [kV·A], typowe moce transformatorów:
40 ÷ 630 kV·A
6,3 ÷ 63 MV·A
250, 400, 630 MV·A
250, 400, 630 MV·A
315 ÷ 1 600 kV·A
315 ÷ 3 150 kV·A
υ = UnG/UnD [kV]
24
6
2011-07-06
Napięcie zwarcia
4,5 ÷ 6% –
11 ÷ 12% –
15,5%
–
∆Uz w % od UnG lub UnD
transformator SN/nn
transformator 110 kV/SN
transformator 400 kV/110 kV
– Rezystancja fazowa, [Ω]
∆PCu w MW
∆PCu% w %
Un w kV
Sn w MV·A
UnG, UnG – napięcie znamionowe strony górnej i dolnej transformatora.
– Reaktancja fazowa, [Ω]
Straty mocy czynnej trójfazowej (obciąŜeniowe):
∆PCu w kW lub w % od Sn.
– Konduktancja fazowa, [S]
∆PFe w MW
∆PFe% w %
Un w kV
Sn w MV·A
Straty mocy czynnej w obwodzie magnetycznym (w rdzeniu):
∆PFe w kW lub w % od Sn.
Prąd biegu jałowego I0 w % od prądu znamionowego uzwojeń: InG lub InD:
transformator duŜych mocy
transformator małych mocy
InG RG
–
–
XG
0,4 ÷ 1,4%;
1,6 ÷ 3,0%.
RS
I0
UnG
G
XS
∆PCuU n2
Sn2
X = Z 2 − R2
G=
B=
∆PFe
U n2
R=
∆PCu%U n2
100 ⋅ Sn2
X =
∆U z%U n2
100 ⋅ Sn
G=
∆PFe% Sn
100 ⋅U n2
I 0% S n
100 ⋅U n2
25
XD
26
Podstawowe wielkości transformatora trójuzwojeniowego:
InS
RD
B
– Susceptancja fazowa, [S]
R=
Moc znamionowa Sn [MV·A] lub [kV·A]
Za moc znamionową Sn transformatora trójuzwojeniowego przyjmuje się
największą z mocy znamionowych uzwojeń, Sn = sup (SnG, SnS, SnD).
Moc przepustowa Sp dla danej pary uzwojeń jest równa mocy mniejszej
z dwu mocy znamionowych uzwojeń w parze SpGS = inf (SnG, SnS).
Typowe moce transformatorów trójuzwojeniowych 16/10/10, 25/16/16
MV·A
UnS
InD
UnD
Przekładnia υ = UnG/UnS/UnD, [kV]
Napięcie zwarcia ∆UzGS, ∆UzGD, ∆UzSD, w % od UnG lub UnS lub UnD
Schemat zastępczy fazowy transformatora trójuzwojeniowego.
27
28
7
2011-07-06
– Rezystancja par uzwojeń w Ω, ∆PCu w MW, Un w kV, Sn w MV·A
Straty mocy czynnej trójfazowej (obciąŜeniowe)
∆PCuGS/∆PCuGD/∆PCuSD w MW od Sn lub Sp
RGS =
Straty mocy czynnej w obwodzie magnetycznym (w rdzeniu)
∆PFe w kW lub w % od Sn
∆PCuGSU n2
Sn2
29
∆PCuSDU n2
Sn2
U n2
(∆PCuGS + ∆PCuGD − ∆PCuSD )
2 ⋅ S n2
2
U
RS = n 2 (∆PCuGS + ∆PCuSD − ∆PCuGD )
2 ⋅ Sn
∆PzSDU n2
100 ⋅ Sn
X GD =
U n2
(∆PCuGD + ∆PCuSD − ∆PCuGS )
2 ⋅ S n2
30
– Konduktancja [S], ∆PFe w MW, Un w kV.
– Reaktancja par uzwojeń w Ω, ∆PCu w %, Un w kV, Sn w MV·A.
X SD =
RSD =
RG =
RD =
∆PzGSU n2
100 ⋅ Sn
∆PCuGDU n2
Sn2
RGS = RG + RS , RGD = RG + RD , RSD = RS + RD
Prąd biegu jałowego I0 w % od prądu znamionowego uzwojeń: InG lub
InS lub InD.
transformator duŜych mocy – 0,4 ÷ 1,4%
transformator małych mocy – 1,6 ÷ 3,0%
X GS =
RGD =
∆PzGDU n2
100 ⋅ Sn
G=
X GS = X G + X S , X GD = X G + X D , X SD = X S + X D
∆PFe
U n2
– Susceptancja [S], Un w kV, Sn w MV·A.
U n2
XG =
(∆U zGS + ∆U zGD − ∆U zSD )
200 ⋅ S n
XS =
U n2
(∆U zGS + ∆U zSD − ∆U zGD )
200 ⋅ S n
XD =
U n2
(∆U zGD + ∆U zSD − ∆U zGS )
200 ⋅ S n
B=
31
I 0% S n
100 ⋅U n2
32
8
2011-07-06
Przeliczanie parametrów elektrycznych urządzeń systemu elektroenergetycznego przez przekładnię transformatora.
U1
Z1
U2
I1
I2
Y1
Z2
Y2
U 
Z 2 = Z1  2 
 U1 
U 
Y2 = Y1  1 
U2 
2
2
33
W maszynach synchronicznych występuje ścisła zaleŜność między
prędkością obrotową wirnika a częstotliwością prądu:
f =
Autotransformatory słuŜą do sprzęgania sieci 220 i 110 kV, 400 i 220 kV.
Moce – 100/100/31,5; 160/160/50; 250/250/12,5(50), 500/500/63(100)
MV·A
Zalety:
– tańsze w budowie,
– tańsze w eksploatacji.
Autotransformator o tej samej mocy co transformator charakteryzuje się:
– mniejszą objętością i cięŜarem materiału przewodowego i
magnetycznego;
– straty mocy czynnej obciąŜeniowe (∆PCu) i w rdzeniu (∆PFe) są
mniejsze niŜ w transformatorze.
Wada – mniejsza odporność na dynamiczne działanie prądów
zwarciowych.
p⋅n
60
f – częstotliwość [Hz];
p – liczba par biegunów;
n – prędkość obrotowa [obr/min].
34
Maszyny z utajonymi biegunami:
– najczęściej dwubiegunowe, rzadziej czterobiegunowe;
– wirnik maszyny wykonywany z odkuwki;
– uzwojenia umieszczone w wyfrezowanych Ŝłobkach;
– średnica wirnika nie przekracza zwykle 1.2 m;
– napędzane turbinami parowymi o n = 3000 lub 1500 obr/min.
Generatory synchroniczne budowane są w dwóch odmianach jako:
– maszyny szybkoobrotowe z utajonymi biegunami;
– maszyny wolnoobrotowe jawnobiegunowe.
35
36
9
2011-07-06
Maszyny jawnobiegunowe:
– większa liczba biegunów;
– uzwojenie wzbudzenia wykonane w postaci cewek umieszczonych na
biegunach;
– napędzane silnikami wysokopręŜnymi lub turbinami wodnymi;
– prędkości obrotowe wynoszą od kilkunastu do kilkuset obr/min.
Danymi znamionowymi turbogeneratora synchronicznego dla stanów
ustalonych (symetrycznych) i w pierwszej chwili stanu nieustalonego są:
1. Moc znamionowa trójfazowa Sn, w MV·A;
2. Napięcie znamionowe trójfazowe Un, w kV;
3. Reaktancja synchroniczna (jest to reaktancja jaką maszyna synchroniczna wirująca z prędkością synchroniczną stanowi dla 3-fazowego
układu prądów kolejności zgodnej) Xd% w % od ilorazu U2n/Sn;
4. Reaktancja podprzejściowa (jest to reaktancja jaką maszyna
stanowi dla pierwszej harmonicznej prądu twornika w pierwszej chwili
po nagłym trójfazowym zwarciu) X’’d% w % od ilorazu U2n/Sn;
Xd =
37
X d%U n2
100 ⋅ Sn
X d'' =
''
X d%
U n2
100 ⋅ Sn
38
Przykładowe dane znamionowe turbogeneratorów
Pn/Sn
[MW/MV·A]
Un
[kV]
Xd%
[%]
X’’d%
[%]
8/10
32/40
50/62,5
120/150
200/235
362/426
500/588
6,3
6,3
10,5
13,8
15,75
22
21
233,7
233,6
184
211
184,5
255
256
16,2
15,9
23,5
18,1
19,2
25
24
Dla hydrogeneratorów reaktancje synchroniczne Xd są mniejsze niŜ dla
turbogeneratorów i wynoszą od 50,6 do 157%, a reaktancje podprzejściowe od 14,3 do 24%.
39
Stacja elektroenergetyczna – jest to zespół urządzeń słuŜących do
rozdzielania lub rozdzielania i przetwarzania energii elektrycznej.
Stacja rozdzielcza – występuje tylko rozdział energii elektrycznej o tym
samym poziomie napięcia.
Stacja transformatorowo-rozdzielcza – słuŜy do przetwarzania i
rozdziału energii elektrycznej przy róŜnym poziomie napięcia.
Rozdzielnia – jest to wyodrębniona część stacji elektroenergetycznej
zawierającej wydzielone pomieszczenie, zespół pomieszczeń lub
wydzielony teren, gdzie znajduje się zespół urządzeń rozdzielczych
określonego
napięcia
umoŜliwiający
dokonywanie
czynności
łączeniowych.
40
10
2011-07-06
Rozdzielnica – jest to zespół urządzeń składający się z aparatury
rozdzielczej,
zabezpieczeniowej,
pomiarowej,
sterowniczej
i
sygnalizacyjnej wraz z szynami zbiorczymi i elementami izolacyjnymi,
wsporczymi i osłonowymi, które wspólnie tworzą układ zdolny do
rozdzielania energii elektrycznej przy jednym napięciu znamionowym.
Pole rozdzielcze – stanowi zespół aparatów zabezpieczeniowych,
łączeniowych, sterowniczych, pomiarowych oraz innych urządzeń
pomocniczych związanych z rozdziałem i przesyłem energii elektrycznej.
Pole dopływowe – jest polem, przez które energia dopływa do szyn
zbiorczych, tzn. znajduje się ono na końcu linii zasilającej.
Pole odpływowe – jest polem, przez które energia odpływa z szyn
zbiorczych, tzn. znajduje się ono na początku linii wychodzącej ze stacji.
41
a)
SZ
b)
SZ
Odłącznik
O
Odłącznik szynowy
OS
Odłącznik liniowy
OL
Odłącznik transformatorowy
OT
Wyłącznik
W
Rozłącznik
Ro
Uziemnik
U
Bezpiecznik
Bp
Zwiernik
Z
Przekładnik prądowy
PI
Przekładnik napięciowy
PU
Odgromnik
Og
Dławik zwarciowy
Dł
Transformator
T
42
W
PI
PU
OL
U
Oznaczenie literowe
OS
W
PI
Nazwa elementu stacji
Szyny zbiorcze
SZ
OS
PU
W zaleŜności od przeznaczenia
w stacjach elektroenergetycznych
występują pola:
– liniowe;
– transformatorowe;
– sprzęgłowe;
– pomiarowe;
– potrzeb własnych;
– odgromnikowe.
OL
U
Pola liniowe SN: a) w układzie z pojedynczym systemem szyn zbiorczych,
b) w układzie z podwójnym systemem szyn zbiorczych.
43
Pola transformatorowe SN: a) w rozdzielnicy z pojedynczym systemem szyn
zbiorczych, b) dla transformatora trójuzwojeniowego.
44
11
2011-07-06
Pola sprzęgła: a) podłuŜnego z jednym odłącznikiem, b) podłuŜnego z
dwoma odłącznikami, c) podłuŜnego z wyłącznikiem, d) poprzecznego, e)
podłuŜnego z dławikiem zwarciowym.
45
Pole potrzeb własnych przeznaczone są do zasilania urządzeń i aparatów
pomocniczych stacji. Schematy tych pól są zwykle takie same jak dla pól
transformatorów o małych mocach.
Pola pomiarowe: a) z przekładnikiem napięciowym, b) z przekładnikiem
napięciowym i prądowym.
46
Łączniki wysokiego napięcia ze względu na zdolność łączenia i funkcję
jaką spełniają w układzie elektroenergetycznym dzieli się na:
– wyłączniki,
– rozłączniki,
– odłączniki,
– uziemniki,
– zwierniki,
– bezpieczniki,
Pole odgromnikowe: a) z odłącznikiem, b) z bezpośrednio podłączonym
odgromnikiem.
47
48
12
2011-07-06
Wyłącznik jest łącznikiem elektrycznym, słuŜącym do załączania i
wyłączania prądów roboczych oraz do wyłączania prądów zwarciowych.
Zdolność wyłączania prądów zwarciowych w porównaniu z rozłącznikiem wynika z konstrukcji styków, które są wyposaŜone w
specjalistyczny układ gaszenia łuku.
Ze względu na konstrukcję wyłącznika dzielimy je na:
– małoolejowe;
– pneumatyczne;
– z sześciofluorkiem siarki, SF6;
– próŜniowe;
– magnetowydmuchowe.
Symbol elektryczny wyłącznika
Rozłączniki słuŜą do załączania oraz wyłączania prądów roboczych i
ewentualnie do samoczynnego wyłączania prądów przeciąŜeniowych.
Prądy wyłączalne rozłączników są stosunkowo niewielkie, mniejsze niŜ
prądy zwarcia, dlatego muszą być wyposaŜone w bezpiecznik zwarciowy. Zestaw taki często zastępuje wyłączniki, które są drogie i mają
ograniczoną liczbę cyklów załącz-wyłącz.
Symbol elektryczny rozłącznika
49
Odłącznik jest łącznikiem, który w obwodzie elektrycznym ma stworzyć
widoczną i bezpieczną przerwę izolacyjną pomiędzy jego stykami.
Przerwa izolacyjna powinna mieć tak duŜą wytrzymałość elektryczną
aby nie mogło wystąpić przebicie pomiędzy stykami odłącznika.
Czynności manewrowe – załączanie i wyłączanie – wykonywane są w
stanie bezprądowym lub przy prądach o niewielkiej wartości np.
załączanie nieobciąŜonych linii lub transformatorów.
50
Uziemniki przeznaczone są do uziemiania i zwierania obwodów
elektrycznych odłączonych spod napięcia. Zapewniają bezpieczeństwo
obsługi w czasie prac remontowych lub konserwacyjnych.
Zwierniki są przeznaczone do inicjowania samoczynnego wyłączenia
linii zasilających w wyniku jednofazowego załączania na zwarcie z
ziemią.
Bezpieczniki są przeznaczone do zabezpieczania od skutków zwarć.
Ich działanie jest jednorazowe. Bezpieczniki budowane są na napięcia
znamionowe do 30 kV. Zastosowanie bezpieczników wraz z rozłącznikami pozwala na wyeliminowanie wyłączników i uzyskanie znacznych oszczędności finansowych.
Symbol elektryczny odłącznika
51
52
13
2011-07-06
Dławiki przeciwzwarciowe słuŜą do ograniczania prądów zwarciowych w sieciach SN (6, 10, 15 i 20 kV).
X =
∆U z%U n
100 ⋅ 3 ⋅ I n
X
–
∆Uz% –
Un –
In
–
Qn
reaktancja dławika, Ω;
napięcie zwarcia, % od Un;
napięcie znamionowe, kV;
prąd znamionowy, kA.
R = (200 ÷ 500) ⋅ X
Rezystancja fazowa, [Ω]:
Un
Qn
Dławiki są równieŜ stosowane do kompensacji mocy biernej pojemnościowej linii długich. Reaktancja indukcyjna fazowa dławika:
U2
X = n
Qn
Kondensatory (podłączone równolegle) słuŜą do kompensowania
mocy biernej indukcyjnej.
U2
X= n
Reaktancja pojemnościowa fazowa, [Ω]:
Un – napięcie znamionowe międzyfazowe, kV;
Qn – moc znamionowa trójfazowa, MV·Ar.
– napięcie znamionowe międzyfazowe, kV;
– moc znamionowa trójfazowa, MV·Ar;
Kondenstatory (podłączone szeregowo) słuŜą do kompensacji
reaktancji indukcyjnej linii.
Q
X = n2
Reaktancja indukcyjna fazowa, [Ω]:
3 ⋅ In
In – prąd znamionowy, kA;
Qn – moc znamionowa trójfazowa, MV·Ar.
53
Iskierniki – naleŜą do najprostszych środków ochrony przeciwprzepięciowej. Działają w razie wystąpienia przepięć o wartościach
większych niŜ wytrzymałość przerwy powietrznej iskiernika, co
powoduje zwarcie obwodu z ziemią i spadek napięcia do zera.
Odgrominiki – są aparatami słuŜącymi do ochrony przed przepięciami
pochodzącymi od wyładowań atmosferycznych. Stosowane są trzy
rodzaje odgromników: wydmuchowe, zaworowe oraz beziskiernikowe
(warystorowe).
Ograniczniki przepięć – stanowią odgromniki beziskiernikowe.
Linie elektroenergetyczne 100, 220 i 400 kV są wykorzystywane
powszechnie do zapewnienia łączności w sieci energetyki–zawodowej.
Łączność powinna być zachowana–niezaleŜnie od stanu pola, dlatego
urządzenia TEN (telefonia energetyczna nośna) umieszcza się zawsze
55
najdalej od szyn zbiorczych.
54
Stratą napięcia UAB nazywa się róŜnicę geometryczną wektorów
napięcia między dwoma punktami sieci.
U AB = U A − U B = 3 ZI
Spadkiem napięcia ∆UAB nazywa się róŜnicę modułów (wartości
skuteczne) napięć między dwoma punktami sieci.
∆U AB = U A − U B
∆U AB% =
∆U AB
100%
Un
56
14
2011-07-06
Odchylenie napięcia ∆U – długotrwałe obniŜenie napięcia u odbiorcy.
Wahanie napięcia – szybkie zmiany napięcia występujące np. przy
rozruchu silników o duŜej mocy.
Straty podłuŜne mocy czynnej powodują nagrzewanie urządzeń
sieciowych i zmniejszają sprawność przesyłu, poniewaŜ w elektrowniach
trzeba wytworzyć więcej mocy czynnej, niŜ wynika to z zapotrzebowania
odbiorców.
2
∆P = 3RI , MW
Procentowe odchylenie napięcia
∆U =
Straty podłuŜne mocy biernej powodują pogorszenie współczynnika
mocy w sieci oraz pośrednio wzrost strat przesyłowych mocy czynnej.
Powodują równieŜ powiększenie spadków napięcia.
U −U n
100%
Un
∆Q = 3 XI 2 , MVAr
U – napięcie u odbiorcy występujące długotrwale.
∆S = 3U AB I = 3Z I 2 = 3RI 2 + j 3 XI 2 = ∆P + j∆Q
*
57
Straty poprzeczne mocy czynnej w liniach są to straty upływnościowe i
ulotowe, są one pomijalnie małe w przypadku linii średnich napięć.
Straty poprzeczne w transformatorach powodują nagrzewanie się
rdzenia transformatorowego i są stosunkowo duŜe.
I* – prąd sprzęŜony
58
Zwarcie, to przypadkowe lub celowe połączenie przez względnie małą
rezystancję lub impedancję, pomiędzy dwoma lub więcej punktami
obwodu, które w normalnych warunkach mają róŜne potencjały.
∆Pp = GpU 2 , MW
Straty poprzeczne mocy biernej w liniach są stratami pojemnościowymi,
co oznacza dopływ mocy biernej do linii. Linia wysokiego napięcia jest
więc generatorem mocy biernej. Straty poprzecznej mocy biernej w
transformatorach są związane z prądem stanu jałowego i mają charakter
indukcyjny.
*
∆S p = 3U I =
*
p
3U Y p U
3
I*, Y*, U* – wielkości sprzęŜone
∆Qp = − BpU 2 , MVAr
*
Skutki występowania prądu zwarciowego moŜna pogrupować w
następujący sposób:
cieplne
– zaleŜne od ilości ciepła wydzielonego w elementach
układu podczas przepływu prądu zwarciowego,
dynamiczne – związane z siłami dynamicznymi, oddziałującymi
pomiędzy sąsiednimi przewodami.
= Y U = GpU − jBpU 2 = ∆Pp + j∆Qp
*
p
2
2
59
60
15
2011-07-06
Przyczyny występowania zwarć:
Charakter zwarć zaleŜy od róŜnych czynników, min. od ilości miejsc oraz
ilości faz, które zostały zwarte między sobą lub z ziemią.
a) elektryczne:
– przepięcia atmosferyczne i łączeniowe,
– pomyłki łączeniowe,
– długotrwałe przeciąŜenia elementów systemu,
b) nieelektryczne:
– starzenie się izolacji,
– zanieczyszczenie izolatorów,
– wady urządzeń,
– uszkodzenia mechaniczne,
– wpływ warunków atmosferycznych oraz zwierząt.
Podział zwarć:
a) pojedyncze – zakłócenie, w którym występuję tylko jedno zwarcie;
wielokrotne – co najmniej dwa zwarcia zlokalizowane w róŜnych
miejscach,
b) symetryczne – zakłócenie, w którym wektory napięć i prądów tworzą
układ symetryczny; niesymetryczne – pozostałe przypadki, do
których naleŜą zwarcia jednofazowe, dwufazowe, dwufazowe z
ziemią,
c) jednoczesne – zakłócenie, w którym zwarcia zachodzą w tym
samym momencie; niejednoczesne – zwarcia nie zachodzące w tym
samym momencie.
61
62
Procentowy udział poszczególnych rodzajów zwarć
Rodzaj zwarcia
Udział
Jednofazowe
Podwójne z ziemią i
dwufazowe z ziemią
Dwufazowe
Trójfazowe
65%
20%
10%
5%
63
Rodzaje zwarć: a) trójfazowe symetryczne; b) i c) trójfazowe symetryczne
doziemne; d) dwufazowe; e) dwufazowe doziemne; f) jednofazowe doziemne o
sieci z uziemionym punktem zerowym; g) jednofazowe doziemne w sieci z
64
izolowanym punktem zerowym.
16
2011-07-06
u(t) = Umsin(ωt+ψu)
Po zamknięciu wyłącznika W
Ri + L(di/dt) = Umsin(ωt+ψu)
Do najwaŜniejszych wielkości charakteryzujących nieustalony przebieg
zwarciowy naleŜą:
– prąd zwarciowy początkowy Ik'‘ – wartość skuteczna składowej
okresowej prądu zwarciowego wyznaczona dla chwili t = 0+;
Prąd (zwarcia) w obwodzie jest równy:
i (t ) = iAC + iDC
U
U − Rt
i(t ) = m sin (ωt + Ψ u − ϕ ) − m e L sin (Ψ u − ϕ )
Z
Z
Um
sin (ωt + Ψ u − ϕ )
Z
U −Rt
iDC (0) = − m e L sin (Ψ u − ϕ ) = iAC (0)
Z
iAC (0) =
65
– prąd zwarciowy ustalony Ik – wartość skuteczna prądu
zwarciowego występującego po wygaśnięciu zjawisk przejściowych;
– prąd zwarciowy cieplny Ith – wartość skuteczna prądu powodującego takie same skutki cieplne, jak prąd zwarciowy podczas
zwarcia trwającego Tk sekund;
– prąd zwarciowy udarowy ip – maksymalna wartość chwilowa
obliczeniowego prądu zwarciowego;
– prąd zwarciowy wyłączeniowy symetryczny Ib – wartość skuteczna jednego pełnego okresu składowej okresowej obliczeniowego
prądu zwarciowego w chwili rozdzielenia styków bieguna łącznika
otwierającego się na skutek zwarcia;
66
Metoda składowych symetrycznych opiera się na idei liniowego przekształcenia
układu współrzędnych fazowych A, B, C w układ współrzędnych składowych
symetrycznych 0, 1, 2 (0 – składowa zerowa, 1 – zgodna, 2 – przeciwna).
Zaletą metody jest symetryzacja rozpatrywanych wielkości np. wektorów napięć
i prądów, co pozwala na dalszą łatwiejszą analizę zjawisk. Transformacja
polega na sprowadzeniu wielkości fazowych określonych w układzie osi
fazowych nieruchomych do trzech układów osi fazowych.
– prąd zwarciowy nieokresowy iDC – wartość średnia między obwiednią górną i dolną prądu zwarciowego, malejąca od wartości
początkowej do zera;
– prąd zwarciowy wyłączeniowy niesymetryczny ib asym – prąd
wyłączeniowy symetryczny Ib uzupełniony o składową nieokresową
iDC.
67
68
17
2011-07-06
Napięcia i prądy fazowe
U ABC
ABC
oraz składowych symetrycznych
012.
I A 
U 0 
I 0 
U A 
= U B , I ABC =  I B , U 012 = U 1  , I 012 =  I 1 
 I C 
U C 
U 2 
 I 2 
I ABC = SI 012
I 012 = S −1 I ABC
U ABC = SU 012
U 012 = S −1U ABC
1
(U A + U B + U C )
3
1
U 1 = U A + aU B + a 2 U C
3
1
U 2 = U A + a 2 U B + aU C
3
1
(I A + I B + I C )
3
1
I 1 = I A + a I B + a2 I C
3
1
I 2 = I A + a2 I B + aI C
3
U0 =
1 1
S = 1 a 2
1 a
1
a ,
a 2 
S,
S–1
a=e
2
j π
3
1
3
=− + j
2
2
1 1
1
S −1 = 1 a
3
1 a 2
1
a 2 
a 
I0 =
(
)
(
)
(
)
(
)
Składowe symetryczne
– macierze przekształceń
69
A
B
C
IA IB IC
UA UB UC
ZZ ZZ ZZ
w miejscu zwarcia wielkości fazowe
spełniają warunki:
prądy IA, IB, IC są symetryczne
70
Schemat zastępczy obwodu zwarciowego dla zwarcia trójfazowego.
I A = I , I B = a2 I , I C = a I ,
I 0 
1 1
 I  = 1 1 a
1
  3
 I 2 
1 a 2
1   I  0 
a 2  a 2 I  =  I 
a   a I  0
I0 = I2 = 0
E – wartość zastępczej siły elektromotorycznej, która
jest równa napięciu fazowemu w rozpatrywanym węźle
w chwili poprzedzającej zwarcie.
E
Z1 + Z Z
U0 =U 2 = 0
I A = I1
I1 =
I B = a2 I 1
I C = aI 1
71
I k 3 = I A = I B = IC =
''
E
Z1 + Z Z
72
18
2011-07-06
w miejscu zwarcia wielkości fazowe
spełniają warunki:
Schemat zastępczy obwodu zwarciowego dla zwarcia dwufazowego.
A
IA =0
IB + IC = 0
B
C
IA IB IC
I k2 = IB =
''
U B −U C = Z Z I B
3E
Z1 + Z 2 + Z Z
UA UB UC
ZZ
1
(1 − 1)I B = 0
3
1
1
I 1 = a − a2 I B = j
IB
3
3
1
I 2 = a2 − a I B = −I 1
3
I0 =
(
(
I A = 0; I B = − I C = − j 3 I 1 = − j
)
)
UA =E
A
C
IA IB IC
UB = E
a2 Z Z − Z 2
Z1 + Z 2 + Z Z
UC = E
aZ Z + Z 2
Z1 + Z 2 + Z Z
73
w miejscu zwarcia wielkości fazowe
spełniają warunki:
B
2Z 2 + Z Z
Z1 + Z 2 + Z Z
3E
Z1 + Z 2 + Z Z
74
Schemat zastępczy obwodu zwarciowego dla zwarcia dwufazowego z ziemią.
IA =0
IZ = IB + IC
U B =UC = ZZ IZ
UA UB UC
I A = I0 + I1 + I 2 ,
ZZ
I 1 + I 2 = −I 0
I B = I 0 + a2 I 1 + a I 2
I k'' 2 E = 3I 0 =
I C = I 0 + a I 1 + a2 I 2
I Z = 2 I 0 − (I 1 + I 2 ) = 3 I 0
75
1
U 0 = (U A − U B ) + 3I 0 Z Z
3
1
1
U 1 = (U A − U B ) U 2 = (U A − U B )
3
3
3E
 Z 
Z 1 + 1 + 1 (Z 0 + 3Z Z )
 Z2 
U 1 = U 2 = U 0 − 3I 0 Z Z
76
19
2011-07-06
w miejscu zwarcia wielkości fazowe
spełniają warunki:
Schemat zastępczy obwodu zwarciowego dla zwarcia jednofazowego.
U A = ZZ IA
IB = IC = 0
I 0 
1 1
 I  = 1 1 a
 1 3 
2
 I 2 
1 a
1   I A  1 3 I A 
a 2   0  = 1 3 I A 
a   0  1 3 I A 
E
Z 0 + Z 1 + Z 2 + 3Z Z
I k''1 = I A =
U A = U 0 +U 1 +U 2 = I A Z Z
I 0 = I1 = I 2
77
Wzory na obliczenie prądu zwarciowego początkowego
Rodzaj
zwarcia
Wzór
Rodzaj
zwarcia
Trójfazowe
I k'' 3 =
cU n
3Z 1
Dwufazowe
z ziemią
Dwufazowe
I k'' 2 =
cU n
Z1 + Z 2
Jednofazowe
Podczas transformacji składowych symetrycznych zmianie ulega
zarówno ich moduł, jak równieŜ faza. Zmiana modułu zaleŜy od
przekładni transformatora, o zmianie fazy decyduje sposób połączenia
uzwojeń transformatora.
Wzór
I k'' 2 E =
I k''1 =
78
3cU n
Z 1 + 2Z 0
ϑ=
3cU n
Z 0 + Z1 + Z 2
Współczynnik napięciowy: c = 1.1 wówczas, gdy oblicza się maksymalne
wartości Ik”, natomiast c = 0.95, gdy oblicza się minimalną wartość tego
prądu w danej sieci wysokiego napięcia.
79
'
'
o
U n U n j30o N
= '' e
= ϑe j30 N
''
U n Un
Un’ – wektor napięcia znamionowego górnego;
Un’’ – wektor napięcia znamionowego dolnego;
N
– liczba oznaczająca grupę połączeń transformatora.
80
20
2011-07-06
KaŜdą wielkość A moŜna wyrazić w jednostkach względnych Ajw
A
Ajw =
Ab
– składowa symetryczna zgodna
'
U =
''
1
ϑ*
'
U1
=
ϑ
U1
ϑ
e
∗
I =ϑ I =ϑI e
''
1
-j30 o N
' -j30 o N
1
'
1
Ab – jednostka podstawowa.
– przekładnia sprzęŜona
Wielkości bazowe:
– składowa symetryczna przeciwna
U2 =
''
U
ϑ
'
2
∗
=
U
'
2
ϑ
e j30
o
N
S jw =
I =ϑI =ϑI e
''
2
' j30o N
2
'
2
'
''
U0
ϑ
U jw =
U
Ub
wielkości zaleŜne od mocy i napięcia:
– składowa symetryczna zerowa (tylko gdy istnieje
przeniesienia tej składowej do obwodu wtórnego)
U0 =
S
Sb
'
=
U0
ϑ
e -j30
o
N
∗
I 0 = ϑ I 0 = ϑ I 0 e -j30
''
'
'
o
moŜliwość
Ib =
N
I jw =
81
Podział urządzeń elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej:
a) EAZP (prewencyjna) – samoczynne zapobieganie zagroŜeniom i
zakłóceniom w normalnej pracy elementów systemu elektroenergetycznego.
Zadania EAZP - likwidacja lub sygnalizacja zakłóceń takich jak:
– przeciąŜenia prądowe (cieplne, dynamiczne);
– przeciąŜenia mocą czynną i kołysania mocą;
– nadmierne odchyłki napięcia i częstotliwości;
– zjawiska ferrorezonansu.
b) EAZE (eliminacyjna) eliminacja z pracy w systemie elektroenergetycznym elementów dotkniętych zakłóceniami.
c) EAZR (restytucyjna) samoczynna zmiana konfiguracji systemu
elektroenergetycznego w celu doprowadzenia go do normalnej pracy
po eliminacji zakłócenia.
83
Sb
Ub
I
U
=I b
Ib
Sb
Zb =
U b U b2
=
Ib
Sb
Z jw =
S
Z
= Z b2
Zb
Ub
82
Wymagania jakie są stawiane zabezpieczeniom:
• Szybkość działania
a) zwiększenie bezpieczeństwa pracy personelu obsługującego urządzenia elektroenergetyczne oraz ludzi postronnych;
b) ograniczenie do minimum szkód;
c) uniknięcie przekształcania się zwarć doziemnych w zwarcia międzyprzewodowe.
• Wybiorczość
Zabezpieczenia powinny spowodować odcięcie od źródeł zasilających
jedynie elementu uszkodzonego, natomiast nie powinny wyłączać z
pracy elementów nieuszkodzonych.
84
21
2011-07-06
Przekładniki słuŜą do transformacji, pierwotnych wartości napięć i prądów
na wartości znormalizowane umoŜliwiające ich zdalny i bezpieczny pomiar
za pomocą przyrządów o niewielkich zakresach pomiarowych oraz zasilanie
przekaźników–automatyki sterowniczej i zabezpieczeniowej.
• Czułość
Zdolność do reagowania na najmniejsze nawet zakłócenie.
• Niezawodność
Zabezpieczenie powinno działać niezawodnie i jedynie w przypadku
zakłóceń, do których wykrywania są przeznaczone.
• Pobór mocy
Zabezpieczenia powinny się charakteryzować moŜliwie małym
poborem mocy gdyŜ koszt przekładników prądowych i napięciowych
zaleŜy od mocy którą powinny dostarczać.
• Ekonomiczność
85
Przekładnik prądowy jest to transformator małej mocy pracujący w
stanie zbliŜonym do zwarcia. SłuŜy do zasilania przekaźników zabezpieczeń oraz układów pomiarowych.
Rodzaje przekładników prądowych:
– pomiarowe, przeznaczone do zasilania mierników, liczników (klasa
dokładności: 0,1; 0,2; 0,5);
– zabezpieczeniowe, przeznaczone do zasilania przekaźników
obwodów zabezpieczeniowych (symbol 5P; 10P);
– sumujące, stosowane do zabezpieczeń ziemnozwarciowych;
– inne, specjalnego zastosowania.
a) przekładnik prądowy, b) przekładniki napięciowe w
układzie V do pomiaru napięć międzyfazowych, c)
przekładniki napięciowe do pomiaru napięć fazowych
i międzyfazowych.
86
Przekładnik napięciowy podobnie jak przekładnik prądowy słuŜy do
zasilania cewek zabezpieczeń oraz do zasilania przyrządów pomiarowych.
Ze względu na budowę przekładnika rozróŜnia się ich dwa rodzaje :
– przekładniki napięciowe indukcyjne (do 110 kV);
– przekładniki napięciowe pojemnościowe (220 kV i wyŜsze).
Przekładniki prądowe powinny być instalowane za wyłącznikiem patrząc
od strony zasilania. Taka lokalizacja ogranicza wpływ zwarć pochodzących od przekładnika na szyny zbiorcze.
87
88
22
2011-07-06
Istotne róŜnice występujące pomiędzy przekładnikami:
– przekładnik napięciowy podłącza się do sieci międzyfazowo lub
fazowo a przekładnik prądowy tylko do jednej z faz (szeregowo);
– przekładnik napięciowy pracuje w stanie zbliŜonym do stanu jałowego a przekładnik prądowy w stanie zbliŜonym do stanu zwarcia;
– obwód wtórny przekładnika napięciowego moŜna przerywać zaś
przekładnika prądowego zwierać w przypadku odwrotnym moŜe to
doprowadzić do uszkodzenia przekładnika;
– przekładnik napięciowy w szerokim zakresie zmian napięcia
zasilającego proporcjonalnie transformuje napięcie wtórne, a
przekładnik prądowy w szerokim zakresie zmian prądu pierwotnego
proporcjonalnie transformuje prąd wtórny.
89
Najczęściej stosowanymi w zabezpieczeniach przekaźnikami są:
–
–
–
–
przekaźniki
przekaźniki
przekaźniki
przekaźniki
Filtry kolejności zerowej realizowane są głównie przez sumowanie
prądów lub napięć fazowych.
a)
I’A
IA
I’B
IB
I’ C
IC
3I0
Zp
U0 = UA + UB + UC = 3U0
Filtr składowej zerowej: a) prądu – układ Holmgreena, b) napięcia – otwarty
90
trójkąt.
Przekaźniki cieplne słuŜą do zabezpieczeń od przeciąŜeń róŜnych
obiektów elektroenergetycznych głównie silników. Ich charakterystyka
cieplna powinna odwzorowywać charakterystykę cieplną chronionego
obiektu pod wpływem przepływającego prądu.
prądowe;
napięciowe;
cieplne;
częstotliwościowe.
Zabezpieczenia mogą występować w wykonaniu o działaniu zwłocznym
lub bezzwłocznym.
Przekaźniki nadmiarowe (prądowe i napięciowe) są to przekaźniki
reagujące na wzrost wielkości mierzonej ponad wartość nastawioną
(przekaźniki nadprądowe, nadnapięciowe) a przekaźniki niedomiarowe
są to przekaźniki, reagujące na wartość mierzoną mniejszą od
nastawionej (przekaźniki podprądowe, podnapięciowe).
91
Przekaźniki częstotliwościowe są przeznaczone do kontroli
częstotliwości w systemie elektroenergetycznym. Budowane są jako
niedomiarowe lub nadmiarowe. Szersze zastosowanie mają przekaźniki
niedomiarowe wykorzystywane w zabezpieczeniach do samoczynnego
odciąŜania systemu elektroenergetycznego przy spadku częstotliwości
wynikającej ze zwiększonego obciąŜenia systemu (deficyt mocy).
92
23
2011-07-06
Przekaźniki wielowejściowe działają na zasadzie komparacji amplitudy
lub fazy wielkości wejściowych.
Ze względu na
komparatorów:
rodzaj
komparacji
rozróŜnia
się
trzy
rodzaje
– komparatory amplitudy,
– komparatory fazy,
– komparatory amplitudowo-fazowe.
Ogólna postać komparatora: S1, S2 – porównywane wejściowe sygnały
93
pomiarowe, W – dwustanowy sygnał wyjściowy.
Zakres mocy znamionowych transformatora SrT [MVA]
Zakłócenie
<1
PrzetęŜenia
wywołane
zwarciami
zewnętrznymi
bezpieczniki
Zwarcie
wewnętrzne i na
wyprowadzeniach
bezpieczniki
1–2
2–5
nadprądowe zwłoczne 2-fazowe lub
3-fazowe
5–7.5
7.5–10
10–100
>100
nadprądowe zwłoczne 3-fazowe z blokadą napięciową
odległościowe
Zabezpieczenia kierunkowe słuŜą do–identyfikacji kierunku przepływu
mocy zwarciowej. Identyfikacja ta polega na pomiarze kąta przesunięcia
fazowego między prądem i napięciem na zaciskach zabezpieczenia.
Typowym przedstawicielem zabezpieczeń kierunkowych jest zabezpieczenie kierunkowe elektromechaniczne oparte na systemie mocowym,
podobnym do zasady działania– watomierzy lub liczników energii
elektrycznej. Stosuje się je w układach dwustronnie zasilanych.
94
Zabezpieczenia odległościowe słuŜą do zabezpieczania linii elektroenergetycznych. Działają one na zasadzie pomiaru pętli zwarciowej od
miejsca zainstalowania zabezpieczenia do miejsca zwarcia. Impedancja
zwarciowa jest proporcjonalna do odległości miejsca zwarcia stąd
nazwa „zabezpieczenie odległościowe”
nadprądowe bezzwłoczne
róŜnicowe wzdłuŜne
–
lub róŜnicowe wzdłuŜne
Zwarcia doziemne
zerowoprądowe lub
zerowonapięciowe zwłoczne
–
ObniŜenie
poziomu oleju i
uszkodzenia
wewnątrz kadzi
–
PrzeciąŜenia
ruchowe
–
Nadmierny wzrost
temperatury
–
gazowo-przepływowe (Buchholz)
1”
2”
3”
nadprądowe zwłoczne jednofazowe
termometr ze wskaźnikiem maksymalnej temperatury
Zabezpieczenie
termometryczne
ze zdalną
sygnalizacją
temperatury
Zabezpieczenia odległościowe budowane są jako:
– jednosystemowe – posiada jeden człon pomiarowy, do którego w
trakcie zwarcia doprowadzane są odpowiednie wielkości napięcia i
prądu pętli zwarciowej w zaleŜności od rodzaju zwarcia;
– wielosystemowe – zabezpieczenie budowane w wykonaniu
sześciosystemowym, gdzie kaŜdy system rozpoznaje inny rodzaj
zwarcia; międzyfazowe: A–B, A–C, B–C oraz fazowe: A–0, B–0 i C–0.
Model cieplny
95
96
24
2011-07-06
Zakłócenia elektryczne i nienormalne stany pracy generatora wykrywane przez zabezpieczenia generatora to:
W zaleŜności od stopnia zagroŜenia dla generatora zabezpieczenia
mogą realizować następujące zadania:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
– powodować otwarcie wyłącznika głównego transformatora
odczepowego;
– powodować zamknięcie zaworu odcinającego dopływ pary do
turbiny;
– powodować samoczynne odwzbudzenie generatora (samoczynne
gaszenie pola SGP);
– sygnalizować ostrzegawczo nienormalny stan pracy generatora (np.
przeciąŜenie).
zwarcia międzyfazowe uzwojeń stojana;
zwarcia zwojowe uzwojeń stojana;
zwarcia doziemne uzwojeń stojana;
wzrost napięcia stojana ponad dopuszczalną;
przetęŜenia wywołane zwarciami zewnętrznymi;
przeciąŜenia prądowe uzwojeń stojana;
asymetria obciąŜenia;
zwarcia doziemne i doziemne podwójne w obwodzie wzbudzenia;
utrata wzbudzenia;
utrata synchronizmu.
97
Korzyści stosowania zabezpieczenia cyfrowego:
98
Zakłócenie
– moŜliwość łatwego komunikowania się między urządzeniami, zmniejszenie ilości połączeń kablowych;
– łatwość przechowywania duŜych zasobów informacji;
– moŜliwość realizacji złoŜonych algorytmów działania zabezpieczeń;
– moŜliwość samotestowania urządzeń;
– zredukowanie kosztu zabezpieczeń;
Silnik
indukcyjny
Silnik
synchroniczny
Działanie
zabezpieczenia
Zwarcie w
uzwojeniach i
przewodach
zasilających
I>, 3-faz
bezpieczniki lub wyzwalacze lub
przekaźniki
bezzwłoczne
wyłączenie
Przeciążenie
I>, t
zależne lub niezależne
sygnalizacja lub
wyłączenie
Obniżenie lub zanik
napięcia*
U<
zwłoczne lub bezzwłoczne
Wypadnięcie z
synchronizmu
–
I> lub Q>
lub I~ w obw.
wzbudzenia
wyłączenie
odwzbudzenie lub
wyłączenie
* Zabezpieczenia
Schemat blokowy zabezpieczenia cyfrowego
99
od skutków zaniku napięć stosuje się gdy:
- samorozruch jest niedopuszczalny ze względu na pracę samego silnika (duŜy prąd rozruchu Ir),
na proces technologiczny lub bezpieczeństwo obsługi,
- naleŜy zapewnić dobre warunki samorozruchu (po powrocie napięcia) innym silnikom bez
100
zabezpieczeń zanikowych.
25
2011-07-06
Samoczynne ponowne załączanie (SPZ) – zadaniem SPZ jest
ponowne załączenie linii po wyłączeniu jej przez automatykę
zabezpieczeniową linii. Ponowne, automatyczne załączenie linii
następuje po krótkiej przerwie beznapięciowej w linii, potrzebnej na
dejonizację przestrzeni połukowej, tzn. przestrzeni, w której podczas
zwarcia pośredniego pali się łuk elektryczny (np. między przewodami
dwóch faz lub między przewodem fazowym a uziemionym słupem linii).
Minimalne czasy dejonizacji przestrzeni połukowej w liniach o napięciu
15÷400 kV wynoszą od 1,1 s do 0,5 s , przy czym dłuŜsze czasy
odpowiadają liniom o napięciu 400 kV.
Jednofazowe (JSPZ) stosuje się wówczas, gdy wyłącznik składa się z
trzech odrębnych jednobiegunowych kolumn wyposaŜonych w
indywidualne napędy. Ten rodzaj wyłączników jest wykorzystywany w
liniach o napięciu 220 kV i większych.
Wielokrotny SPZ – najczęściej dwukrotny – jest stosowany w sieciach
SN. W przypadku np. dwukrotnego SPZ cykl łączeń jest następujący:
– dla udanego cyklu: wyłączenie – przerwa pierwsza (0,4 1,5 s) – załączenie – wyłączenie – przerwa druga (od kilku sekund do 3 minut) –
załączenie, czyli W-Z-W-Z,
– dla nieudanego cyklu : W-Z-W-Z-W
101
Zadaniem automatyki samoczynnego załączenia rezerwy (SZR) jest
przełączenie zasilania podstawowego na rezerwowe w przypadku
zaniku lub nadmiernego obniŜenia się napięcia w torze zasilania
podstawowego, przy jednoczesnej pełnej sprawności urządzeń zasilania
rezerwowego. Automatyka SZR ma na celu poprawienie niezawodności
dostaw energii elektrycznej.
WyróŜniamy dwa sposoby pobudzania automatyki SZR: o pełnym i
przyspieszonym cyklu działania.
Rezerwa jawna – tor zasilania rezerwowego w normalnym układzie
pracy nie przenosi Ŝadnego obciąŜenia, jednak moŜe zostać załączony
w celu przejęcia całkowitego obciąŜenia.
Rezerwa ukryta – źródła zasilania nie są w pełni obciąŜone w
normalnym stanie pracy i mogą być czasowo przeciąŜone w wyniku
103
przełączenia całego obciąŜenia na zasilanie z jednego źródła.
102
Wśród wszystkich-dielektryków najlepszymi izolatorami są gazy.
Czynnikiem-przesądzającym o wszechstronnym-zastosowaniu izolacji
gazowej jest powszechna dostępność, w postaci- powietrza atmosferycznego. Największym ograniczeniem w wykorzystaniu powietrza jako
materiału izolacyjnego jest brak moŜliwości konstruowania ich jako
układów o polu jednorodnym (w kaŜdym punkcie natęŜenie pola
elektrycznego jest takie samo).
W warunkach rzeczywistych w układzie elektrodowym wytrzymałość
powietrza zaleŜy od:
–
–
–
–
–
geometrii elektrod;
właściwości fizycznych powietrza (gęstość i wilgotność);
biegunowości elektrod
przegród wprowadzonych w przestrzeń międzyelektrodową;
przebiegu czasowego przyłoŜonego napięcia.
104
26
2011-07-06
Podstawowym celem stosowania izolacji bezpowietrznej ze względu na
właściwości elektryczne jest moŜliwość uzyskania moŜliwie małych
gabarytów izolacji.
Bardzo istotne jest równieŜ zapewnienie dodatkowych właściwości, np.
mechanicznych, cieplnych wynikających z przewidywanych warunków
pracy izolacji.
Izolację bezpowietrzną moŜna podzielić na następujące rodzaje:
– dielektryk stały – izolacja maszyn i kabli średnich napięć;
– dielektryk ciekły współpracujący z dielektrykiem stałym w układzie
równoległym – izolacja transformatorów średnich napięć;
– dielektryk gazowy pracujący zwykle przy nadciśnieniu, współpracujący z dielektrykami stałymi w układzie równoległym – izolacja
kabli gazowych i rozdzielni oparta na SF6;
– izolacja warstwowa – dielektryk stały współpracuje z dielektrykiem
ciekłym lub gazowym – izolacja kabli, kondensatorów.
105
Przepięcia
Przepięcie jest to nagły wzrost napięcia w układzie elektrycznym, ponad
normalnie panującą w nim wartość. Wartość przepięcia określa się jako
krotność napięcia normalnej pracy układu w stosunku do ziemi.
kp =
Um
2 ⋅U f
Um – wartość szczytowa (w stosunku do ziemi) nagłego wzrostu napięcia,
Uf – napięcie fazowe normalnej pracy układu, wartość skuteczna przy 50 Hz.
Podział przepięć:
– przepięcia zewnętrzne, do których zalicza się przepięcia atmosferyczne
bezpośrednie i pośrednie – indukowane oraz przerzuty napięcia (zwarcia obwodów wysokiego napięcia z obwodami o niŜszym napięciu),
– przepięcia wewnętrzne, których źródłem jest sam obwód oraz czynności
106
i zjawiska w nim zachodzące.
Przepięcia zewnętrzne (atmosferyczne):
Przepięcia wewnętrzne dzielimy na:
– bezpośrednie, występują podczas bezpośredniego uderzenia piorunu
w przewód lub przewody fazowe urządzeń elektroenergetycznych.
– pośrednie, występują one wówczas gdy prąd piorunu płynie w
przewodach odgromowych linii, a w przewodach fazowych tejŜe linii
indukują się fale napięciowe lub gdy piorun uderzył w jeden przewód
fazowy, w przewodach zaś pozostałych faz indukują się przepięcia
wskutek przepływu prądu w fazie trafionej.
– łączeniowe, zachodzące w razie wszelkich zmian w obwodach
spowodowanych ich normalną eksploatacją (załączanie i wyłączanie
elementów obwodów elektroenergetycznych), są to przepięcia spowodowane zmianami parametrów elektrycznych obwodów R, L, C;
– dynamiczne, zachodzące w razie nagłych zmian obciąŜeń obwodów;
są to typowe przepięcia długotrwałe;
– zakłóceniowe, wynikające z róŜnych awaryjnych zmian w obwodach
(zwarcia międzyfazowe i doziemienia).
107
108
27
2011-07-06
Ze względu na sposób pracy punktu neutralnego transformatorów i
generatorów rozróŜnia się sieci:
W zaleŜności od sposobu uziemienia instalacje dzieli się na róŜnego
rodzaju układy sieciowe.
– z izolowanym punktem neutralnym;
– z punktem neutralnym bezpośrednio uziemionym;
– z punktem neutralnym uziemionym przez reaktancję indukcyjną
(cewkę Petersena) lub przez rezystancję;
– z punktem neutralnym izolowanym w czasie normalnej pracy sieci, a
uziemionym przez iskiernik przy doziemieniu sieci.
T – bezpośrednie połączenie jednego punktu układu (najczęściej przewodu neutralnego) z ziemią;
I – wszystkie części mogące znaleźć się pod napięciem w warunkach
normalnej pracy (części czynne) są odizolowane od ziemi albo
jeden punkt jest połączony z ziemią przez impedancję lub bezpiecznik iskiernikowy.
109
Druga litera (N lub T) określa związek między dostępnymi częściami
przewodzącymi a ziemią. Dotyczy to elementów przewodzących
instalacji elektrycznej, które mogą być dotknięte i które w normalnych
warunkach pracy nie znajdują się pod napięciem.
N – metaliczne połączenie podlegających ochronie dostępnych części
przewodzących z uziemionym punktem układu sieciowego
(neutralnym);
T – metaliczne połączenie z ziemią (uziemienie) podlegających
ochronie dostępnych części przewodzących, niezaleŜnie od
uziemienia punktu neutralnego.
111
110
Następne litery określają związek między przewodem neutralnym N a
przewodem ochronnym PE:
C – wspólny przewód ochronno-neutralny PEN;
S – osobne przewody, z których jeden spełnia funkcję przewodu
neutralnego, a drugi przewodu ochronnego PE;
C-S – w pierwszej części instalacji (licząc od strony zasilania) wspólny
przewód PEN, a w drugiej osobny przewód neutralny N i
ochronny PE.
112
28
2011-07-06
T
N
I
C
S
– terra
– neutrum
– isolate
– common
– separate
TN-S
– ziemia
– neutralny
– izolowane
– wspólny
– rozłączny
Zerowanie – środek ochrony przeciwporaŜeniowej dodatkowej, polega
na połączeniu części przewodzących dostępnych z uziemionym przewodem ochronnym PE lub przewodem ochronno-neutralnym PEN i powoduje w warunkach zakłóceniowych samoczynne odłączanie zasilania.
Zerowanie
Samoczynne wyłączenie zasilania
113
TN-C
Zerowanie
Samoczynne wyłączenie zasilania
114
TN-C-S
115
Zerowanie
Samoczynne wyłączenie zasilania
116
29
2011-07-06
TT
Uziemienie ochronne
Samoczynne wyłączenie zasilania
IT
117
Z punktu widzenia ochrony przeciwporaŜeniowej rozróŜnia się następujące rodzaje napięć elektrycznych:
1) robocze Uo
2) dotykowe Ud
3) krokowe Ukk
4) raŜeniowe Ur
5) bezpieczne UL
119
Uziemienie ochronna
Samoczynne wyłączenie zasilania
118
Ad 1) Napięcie robocze Uo jest to napięcie panujące między częściami
przewodzącymi obwodu-elektrycznego a ziemią lub między częściami
przewodzącymi naleŜącymi do róŜnych biegunów obwodu elektrycznego. Napięcie to moŜe utrzymywać się stale lub dorywczo i jest
zbliŜone swą wartością do napięcia znamionowego. Jeśli na skutek
uszkodzenia izolacji przez uziemione urządzenie (połączenie z ziemią
metalowych części urządzenia elektrycznego, nie będących w
normalnych-warunkach pod napięciem) popłynie prąd zwarciowy do
ziemi, to na powierzchni ziemi wokół urządzenia pojawi się napięcie,
którego wartość zmniejsza się w miarę zwiększania się odległości. W
związku z tym mogą wystąpić niebezpieczne–wartości napięć dotykowych i krokowych.
120
30
2011-07-06
Ad 2) Napięcie dotykowe Ud występuje między dwoma punktami
przedmiotów lub ich części nie naleŜących do obwodu elektrycznego,
których moŜna jednocześnie dotknąć dwiema częściami ciała, np.
dwiema rękami lub ręką i stopą. Wartość napięcia dotykowego zaleŜy od
wartości napięcia roboczego oraz rezystancji pomiędzy obudową
urządzenia a ziemią. Jest ona na ogół tym mniejsza od wartości
napięcia roboczego, im mniejsza jest wartość rezystancji uziemienia
obudowy uszkodzonego urządzenia. Jeśli urządzenie, w którym
nastąpiło uszkodzenie izolacji roboczej, jest odizolowane od ziemi, to
napięcie dotykowe moŜe osiągnąć wartość równą napięciu roboczemu.
Napięcie dotykowe moŜna wyrazić wzorem:
Ud = (Rcd + 0,5 Rp) Ird
gdzie: Rcd – rezystancja ciała człowieka na drodze ręka-nogi;
Rp – rezystancja przejścia;
Ird – raŜeniowy prąd dotykowy.
Napięcie bezpieczene UL [V]
Warunki środowiskowe
W1
W2
Prąd przemienny
o częstotliwości
15 50 Hz
50
25
Prąd stały
120
60
Uk = (Rck + 2 Rp) Irk
gdzie: Rck – rezystancja ciała człowieka na drodze noga-noga;
Irk – raŜeniowy prąd krokowy.
Ad 4) Napięcie raŜeniowe Ur jest to spadek napięcia wzdłuŜ drogi
przepływu prądu przez ciało człowieka. W większości przypadków
napięcia raŜeniowe są mniejsze od napięć dotykowych i krokowych ze
względu na moŜliwość wystąpienia dodatkowych rezystancji w obwodzie
prądu raŜenia.
121
Ad 5) Napięcie bezpieczne UL jest to największa bezpieczna wartość
napięcia roboczego lub dotykowego utrzymująca się długotrwale w
określonych warunkach oddziaływania otoczenia.
Rodzaj prądu
Ad 3) Napięcie krokowe Uk występuje pomiędzy dwoma punktami na
powierzchni gruntu lub stanowiskami odległymi od siebie o krok, czyli o
około 1 m; wyraŜa się wzorem:
W1 – warunki, w których rezystancja ciała człowieka w stosunku do
ziemi wynosi co najmniej 1000 Ω;
W2 – warunki w których rezystancja ciała człowieka w stosunku do
ziemi wynosi mniej niŜ 1000 Ω.
123
122
Ochrona przeciwporaŜeniowa w instalacjach i urządzeniach elektrycznych ma na celu niedopuszczenie do przepływu przez ciało człowieka
prądu raŜeniowego lub ograniczenie czasu przepływu prądu przez
szybkie wyłączenie zasilania, aby zapobiec powstaniu groźnych dla
zdrowia i Ŝycia skutków.
Ochronę przeciwporaŜeniową zapewnia się, stosując:
1) bardzo niskie napięcie;
2) ochronę przed dotykiem bezpośrednim;
3) ochronę przed dotykiem pośrednim.
124
31
2011-07-06
Ad 1) Najskuteczniejszym środkiem ochrony przeciwporaŜeniowej jest
stosowanie urządzeń zasilanych ze źródeł o napięciu roboczym nie
przekraczającym napięcia bezpiecznego UL. Zastosowanie bardzo
niskiego napięcia stanowi ochronę przed dotykiem bezpośrednim i
pośrednim (ochronę podstawową i dodatkową).
Rodzaje obwodów zasilanych bardzo niskim napięciem:
a) SELF (Safety Extra Low Voltage – bardzo niskie napięcie
bezpieczne),
b) PELV (Protection Extra Low Voltage – bardzo niskie napięcie
ochronne),
c) FELV (Functional Extra Low Voltage – bardzo niskie napięcie
funkcjonalne).
125
PELV – obwód napięcia bardzo niskiego, z uziemieniem roboczym, zasilany
ze źródła bezpiecznego zapewniający niezawodne oddzielenie elektryczne
od innych obwodów. Najbardziej istotna róŜnica między obwodami PELV i
SELV polega na tym, Ŝe części czynne obwodu PELV, tj. jeden przewód
fazowy lub biegun obwodu powinny być uziemione. RównieŜ części przewo127
dzące dostępne urządzeń i obwodów PELV powinny być uziemione.
SELV – jest to napięcie występujące w obwodzie bez uziemienia
roboczego, zasilanym ze źródła napięcia bezpiecznego. Zapewnia
niezawodne oddzielenie od obwodu zasilającego nawet w przypadku
awarii urządzenia.
126
FELV – obwód napięcia bardzo niskiego, niezapewniający niezawodnego
oddzielenia elektrycznego od innych obwodów, a napięcie niskie
stosowane jest ze względów funkcjonalnych, a nie dla celów ochrony
przeciwporaŜeniowej (jak w SELV). Źródłem zasilania moŜe być kaŜde
128
urządzenie galwanicznie odseparowane od sieci zasilającej.
32
2011-07-06
Ad. 2) Zadaniem ochrony podstawowej jest niedopuszczenie do
dotknięcia przez człowieka przewodzących części obwodu elektrycznego. Ma ona równieŜ zabezpieczyć przed poraŜeniem łukiem
elektrycznym oraz nie dopuścić, by w chwili opadnięcia przewodu
napięcie przenosiło się na przedmioty metalowe znajdujące się w
pobliŜu.
129
Ad. 3) Ochronę przed poraŜeniem prądem elektrycznym w razie
uszkodzenia izolacji naleŜy zapewnić przez zastosowanie co najmniej
jednego ze środków ochrony dodatkowej:
a) samoczynne wyłączanie zasilania,
b) separacji elektrycznej,
c) izolacji stanowiska,
d) nieuziemionych połączeń wyrównawczych,
e) odbiorników o II klasie ochronności.
131
Do środków ochrony podstawowej zalicza się:
– izolację roboczą metalowych części obwodów elektrycznych urządzeń;
– osłony gołych części znajdujących się pod napięciem (np. zaciski
maszyn elektrycznych);
– umieszczenie gołych części będących pod napięciem w trudno
dostępnych miejscach;
– zabezpieczenie przewodów ruchomych przed uszkodzeniami
mechanicznymi;
– stosowanie komór łukowych w aparatach elektrycznych;
– osłony gołych przewodów wykonane z siatki lub płyt izolacyjnych;
– właściwe odstępy izolacyjne gołych szyn rozdzielni od jej metalowej
obudowy;
– poręcze lub przegrody wykonane z materiałów nie przewodzących
utrudniających niezamierzone dotknięcie gołych szyn lub zacisków w
pomieszczeniach ruchu elektrycznego.
130
Ad. a) Ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania polega na
szybkim wyłączeniu instalacji spod napięcia, gdy nastąpi zwarcie części
będącej pod napięciem fazowym z dostępną częścią przewodzącą.
Ad. b) Separacja elektryczna polega na zasilaniu odbiornika lub grupy
odbiorników za pomocą transformatora separacyjnego lub przetwornicy. Zarówno w razie uszkodzenia izolacji roboczej, jak i podczas
dotknięcia bezpośrednio do części czynnej obwodu separowanego nie
popłynie prąd raŜeniowy, poniewaŜ obwód elektryczny nie jest
zamknięty.
Ad. c) Izolacja stanowiska ma na celu odizolowanie od ziemi urządzeń
elektrycznych. W otoczeniu stanowiska pracy nie mogą znajdować się
przewodzące dostępne części obce. Muszą być one osłonięte izolacją
lub znajdować się poza zasięgiem ręki (min. 1,25 m).
132
33
2011-07-06
Obecnie istnieją cztery klasy ochronności:
Ad. d) Nieuziemione połączenia wyrównawcze miejscowe zapobiegają
pojawieniu się niebezpiecznych napięć dotykowych. Ochrona polega na
łączeniu między sobą wszystkich części przewodzących jednocześnie
dostępnych i części przewodzących obcych (ciągi instalacji wodnogazowych, zlewozmywaki, wanny metalowe itp.).
Ad. e) Doświadczenia uzyskane podczas badań i eksploatacji urządzeń
o napięciach międzyfazowych nie większych niŜ 440 V i napięciach
fazowych nie większych niŜ 250 V posłuŜyły do opracowania
klasyfikacji urządzeń ze względu na stosowany środek ochrony
przeciwporaŜeniowej dodatkowej na wypadek uszkodzenia izolacji
(klasa ochronności).
133
Urządzenia do ochrony przed bezpośrednim uderzeniem piorunu
składają się z następujących elementów:
– urządzenia przechwytujące uderzenie pioruna (zwody);
– przewód lub przewody odprowadzające;
– uziemienia.
Zwody umieszcza się na dachach i ścianach budynków lub na
masztach obok chronionych obiektów. Zwody łączy się przewodami
odprowadzającymi z pozostałymi elementami instalacji odgromowej.
Uziemienie słuŜy do odprowadzenia do ziemi udarowych prądów
wyładowań atmosferycznych. Najczęściej składa się z taśmy metalowej
lub prętów umieszczonych w ziemi.
135
0 – gdy jest jedynie izolacja podstawowa (brak zacisku ochronnego),
I – gdy jest zastosowana izolacja podstawowa oraz jest zainstalowany
zacisk ochronny do połączenia dostępnych elementów przewodzących z przewodem ochronnym układu sieciowego,
II – gdy jest zastosowana izolacja podwójna lub wzmocniona,
III – gdy instalacja zasilana jest napięciem bezpiecznym.
W urządzeniach II klasy ochronności zastosowano izolację ochronną o
parametrach ograniczających do minimum moŜliwość poraŜenia prądem
elektrycznym. Najczęściej stosuje się ochronną osłonę izolacyjną (sprzęt
gospodarstwa domowego: odkurzacze, młynki do kawy itp.). Izolacja
moŜe być wykonana jako izolacja podwójna lub wzmocniona.
134
Warunki skutecznej ochrony przed bezpośrednim uderzeniem pioruna:
– zwody muszą być tak dobrane i zainstalowane, aby uderzenia
piorunów trafiały w zwody i nie mogły dosięgnąć obiektu chronionego.
Strefa ochronna zwodu jest to obszar, do którego wniknięcie
uderzenia pioruna jest bardzo mało prawdopodobne.
– uziemienie i przewody odprowadzające muszą w sposób bezpieczny
odprowadzić prądy piorunów, bez występowania zjawisk wtórnych.
Przeskok od instalacji piorunochronnej do uziemionego elementu
wewnątrz obiektu chronionego zaleŜy od wartości spadku napięcia na
przewodach odprowadzających i uziemienia oraz od odstępu
izolacyjnego między przewodami odprowadzającymi i zwieranym
obiektem.
– wytrzymałość mechaniczna, cieplna i antykorozyjna wszystkich
elementów instalacji piorunochronnej.
136
34
2011-07-06
1. Winker W., Wiszniewski A.: Automatyka zabezpieczeniowa w
systemach elektroenergetycznych. WNT Warszawa 2004.
2. Synal B., Rojewski W., DzierŜanowski W.: Elektroenergetyczna
Automatyka Zabezpieczeniowa – Podstawy, Oficyna wyd. PWr 2003.
3. Kinsner K., Serwin A., Sobierajski M., Wilczyński A.: Sieci
elektroenergetyczne. Wydawnictwo PWr 1993.
4. Juchniewicz J., Lisiecki J.: Wysokonapięciowe układy izolacyjne.
Wydawnictwo PWr 1980.
5. Dołęga W.: Stacje elektroenergetyczne. Oficyna wyd. PWr 2007.
6. Bełdowski T., Markiewicz H.: Stacje
energetyczne. WNT Warszawa 1995.
i
urządzenia
elektro-
Dr inż. Marek Głogowski
7. Markiewicz H.: Aparaty elektryczne. PWN Warszawa 1989.
137
138
35