Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Nr 3

Ćwiczenie 3
BADANIE PRZEKAŹNIKÓW RÓŻNICOWYCH
1. Podstawy teoretyczne
Zabezpieczenie różnicowe działa na zasadzie porównania prądów na początku i na końcu
zabezpieczanego obiektu, którym może być linia energetyczna, generator, transformator, blok
generator-transformator, silnik lub szyny zbiorcze. Różnica tych prądów zależy bowiem od
stanu chronionego obiektu. Zabezpieczenie różnicowe wykrywa zwarcia wielkoprądowe
wewnątrz zabezpieczanej strefy, która obejmuje zabezpieczany obiekt oraz doprowadzenia od
niego do przekładników prądowych.
Znane są dwa rodzaje zabezpieczeń różnicowych: wzdłużne i poprzeczne, przy czym te
ostatnie są stosowane stosunkowo rzadko i nie będą dalej omawiane.
Zasadę działania zabezpieczenia różnicowego wzdłużnego przedstawiono na rys. 1.
Rys. 1. Zasada działania zabezpieczenia różnicowego wzdłużnego: a- rozpływ prądów w
stanie normalnej pracy i przy zakłóceniach oraz b- przy zakłóceniach wewnętrznych; 1obiekt zabezpieczany, 2- przekładniki prądowe, 3- przekaźnik nadprądowy.
Przekaźnik nadprądowy RI, zainstalowany w gałęzi różnicowej, reaguje na prąd
różnicowy IR określony zależnością:
(1)
W stanie normalnej pracy i podczas zakłóceń zewnętrznych (rys. 1a) zabezpieczenie
różnicowe nie powinno działać, musi więc być spełniony warunek IR=0, czyli:
(2)
1
Prądy pierwotne zabezpieczanego obiektu w stanie normalnej pracy charakteryzuje
współzależność liniowa Ib=oIa, gdzie o- przekładnia prądowa zabezpieczanego obiektu.
Warunek niezadziałania zabezpieczenia w stanie normalnej pracy obiektu i przy zakłóceniach
zewnętrznych będzie więc spełniony, gdy:
ib/ia=o
(3)
Najczęściej o = 1 (linie, generatory, silniki) i wtedy na obu końcach obiektu
zabezpieczonego stosuje się przekładniki prądowe o takiej samej przekładni, natomiast w
przypadku transformatorów o ≠ 1,wtedy stosuje się przekładniki o przekładniach tak
dobranych, aby była spełniona zależność (3). Ponadto w tym przypadku występuje zwykle
konieczność wyrównania przesunięcia fazowego prądów wtórnych, co dokonuje się przez
odpowiedni dobór grupy połączeń przekładników prądowych.
Podczas zakłóceń zwarciowych w strefie działania zabezpieczenia ( w obszarze między
przekładnikami prądowymi) pojawia się w gałęzi poprzecznej układu prąd różnicowy IR≠0,
powodujący działanie członu pomiarowego zabezpieczenia (rys.1b). W zależności od tego,
czy obiekt zabezpieczany jest generatorem, czy odbiornikiem i czy współpracuje z systemem,
czy też nie, mogą występować oba prądy Ia oraz Ib lub tylko jeden z nich. Przez gałąź
różnicową zawsze przepływa prąd IR proporcjonalny do całkowitego prądu zwarcia.
Przy zakłóceniach zewnętrznych prąd IR byłby równy zeru tylko w przypadku idealnych
przekładnikach prądowych, jednak w przypadku rzeczywistych przekładników w gałęzi
poprzecznej zabezpieczenia płynie w tych warunkach pewien prąd, zwany prądem
uchybowym. Wartość prądu uchybowego zależy od następujących czynników:
a) stopnia nieidentyczności charakterystyk magnesowania przekładników prądowych,
b) niesymetrii i wartości impedancji obwodów wzdłużnych zabezpieczenia po obu
stronach członu pomiarowego (3), który powinien być zainstalowany w środku
elektrycznym układu,
c) zmian ruchowych przekładni zabezpieczonego obiektu (transformatora).
Przy zwarciach zewnętrznych wartość prądu uchybowego rośnie wraz ze wzrostem prądu
zwarciowego. Wzrost ten jest szczególnie gwałtowny podczas nasycania się przekładników i
dlatego należy stosować przekładniki o dużym współczynniku granicznej dokładności.
Aby zapobiec zbędnemu działaniu zabezpieczenia przy zwarciach zewnętrznych, prąd
rozruchowy przekaźnika należy nastawić na wartość większą od maksymalnej wartości prądu
uchybowego. Zwiększenie wartości prądu rozruchowego prowadzi do zmniejszenia czułości
2
zabezpieczenia. Z tego powodu zabezpieczenia różnicowe z przekaźnikiem nadprądowym w
gałęzi pomiarowej wyszły obecnie niemal całkowicie z użycia.
Czułość zabezpieczenia różnicowego można znacznie zwiększyć dzięki zastosowaniu
przekaźnika różnicowego stabilizowanego. Jest to taki przekaźnik, w którym wartość prądu
rozruchowego zależy od wartości prądu zwarcia. Starsze elektromechaniczne rozwiązania
przekaźników,
obecnie
rzadko
spotykane
w
eksploatacji,
działały
na
zasadzie
elektromagnetycznej. W najprostszym takim przekaźniku w każdej fazie są dwa
elektromagnesy. Jeden z nich zasilany jest prądem różnicowym IR płynącym w gałęzi
poprzecznej zabezpieczenia i wytwarza moment roboczy, zależny od wartości tego prądu, a
drugi- zasilany prądem płynącym w obwodzie wzdłużnym zabezpieczenia, który zależy od
prądu zwarcia, wytwarza moment hamujący, przeciwdziałający momentowi roboczemu.
Przekaźnik taki zadziała, jeśli moment roboczy będzie większy od sumy momentu
hamującego i momentu wytwarzanego przez sprężynę zwrotną, utrzymując w normalnych
warunkach zestyki przekaźnika w stanie otwarcia. Z tego wynika, że im mniejsza będzie
wartość prądu zwarcia tym mniejszy będzie moment hamujący, a tym samym mniejsza
wartość prądu rozruchowego, co oznacza, że większa będzie czułość przekaźnika.
Właściwości przekaźnika różnicowego stabilizowanego określa charakterystyka,
przedstawiającą zależność prądu rozruchowego IR od prądu hamującego Ih (prądu w gałęzi
wzdłużnej zabezpieczenia, który jest proporcjonalny do prądu zwarcia). Przykładową
charakterystykę rozruchową elektromechanicznego przekaźnika różnicowego pokazano na
rys. 2.
Rys. 2. Charakterystyka rozruchowa elekromagnetycznego przekaźnika różnicowego
stabilizowanego (1) i asymptota tej charakterystyki (2).
3
Przyjmując, że moment roboczy MR jest proporcjonalny do kwadratu prądu różnicowego
IR, a moment hamujący – do kwadratu prądu hamującego Ih, ławo można wykazać, że
charakterystykę rozruchową (1 – rys. 2) takiego przekaźnika opisuje zależność:
(4)
gdzie: kR, kh – stałe współczynniki konstrukcyjne elektromagnesów zależne m.in. od liczby
zwojów,
Ms – moment sprężyny zwrotnej,
k= tg(α) - współczynnik stabilizacji, zwany często współczynnikiem hamowania –
równy tangensowi kąta nachylenia prostej stanowiącej asymptotę charakterystyki
rozruchowej przekaźnika
Przy Ih =0, zależność (4) przyjmuje postać:
(5)
Wyrażenie (5) określa progowy prąd rozruchowy (nastawialny w przekaźniku), zależny
od momentu sprężyny zwrotnej (naciągu sprężyny).
Podczas zwarć zewnętrznych w przekaźniku różnicowym stabilizowanym występuje
moment hamujący wytwarzany przez całkowity prąd obiektu, który jest dużo większy od
momentu roboczego wywoływanego prądem uchybowym. Podczas zwarcia wewnętrznego
natomiast moment hamujący, wytwarzany przez część prądu zwarciowego, jest mniejszy, a
duży jest moment roboczy, który wytwarzany jest przez całkowity prąd zwarcia.
Obecnie nie produkuje się przekaźników różnicowych elektromagnetycznych, ale
spotyka się je jeszcze w eksploatacji. Są one wypierane przez przekaźniki półprzewodnikowe
i coraz powszechniej – przez przekaźniki cyfrowe.
Niektóre nowoczesne przekaźniki różnicowe, zwłaszcza dla transformatorów, posiadają
w gałęzi różnicowej filtry przeznaczone do wyodrębniania z prądu różnicowego wyższych
harmonicznych. Sygnały te służą do dodatkowej stabilizacji zabezpieczeń różnicowych, np.
podczas załączania transformatora do pracy jałowej.
Transformatory energetyczne, jako obiekty zabezpieczane, charakteryzują dwie istotne
właściwości:
4
a) posiadają zmienną przekładnię prądową ( przełącznik zaczepów) oraz przekładniki
prądowe o znormalizowanych przekładniach, z reguły niedopasowanych do
znormalizowanej przekładni transformatora (nie jest ściśle spełniony war.(3)),
b) przy załączeniu transformatora pod napięcie występuje udarowy prąd magnesujący.
Pierwsza właściwość powoduje, że podczas zwarć zewnętrznych w gałęzi różnicowej
zabezpieczenia pojawiają się prądy uchybowe o wartościach znacznie większych niż w
zabezpieczeniach różnicowych generatorów, czy silników. Stąd też zabezpieczenia różnicowe
transformatorów muszą mieć współczynnik stabilizacji wyższy (0.2 do 0.6) niż
zabezpieczenia generatorów (0.1 do 0.4). Ponadto przy dość dużych różnicach ilorazu
przekładni przekładników prądowych i przekładni zabezpieczenia transformatora, do ich
obwodów wtórnych należy włączyć przekładniki prądowe wyrównawcze.
Podczas włączania transformatora pod napięcie, w strumieniu magnetycznym pojawia się
składowa nieokresowa. Jej wartość jest największa wówczas, gdy transformator zostaje
włączony w chwili przechodzenia napięcia zasilającego przez wartość zerową. Teoretycznie
składowa ta osiąga średnią wartość, równą amplitudzie składowej okresowej. Chwilowa
wartość strumienia magnetycznego osiąga więc wartość dwukrotnie większą od amplitudy
składowej okresowej, a nawet większą wskutek magnetyzmu szczątkowego.
Rys. 3. Zależność strumienia magnetycznego od prądu magnesującego.
Z wykresu zależności strumienia magnetycznego od prądu magnesującego (rys.3)
wynika, że dwukrotnemu wzrostowi strumienia magnetycznego musi towarzyszyć bardzo
duży wzrost prądu magnesującego, nazywany udarem prądu magnesującego. Występuje w
nim składowa nieokresowa oraz znaczny udział wyższych harmonicznych. Podczas
5
załączania trójfazowego transformatora w stanie jałowym udary prądu magnesującego
występują (wskutek sprzężeń elektromagnetycznych) we wszystkich fazach. Składowa
nieokresowa występuje wyraźnie
w jednej lub dwóch fazach, natomiast we wszystkich
fazach występuje udar składowej okresowej. Na rys. 4 pokazano przykładowe oscylogramy
prądu magnesującego pojawiającego się przy załączaniu transformatora na bieg jałowy.
Rys. 4. Oscylogramy prądu magnesującego w fazach A, B i C przy załączaniu transformatora
na bieg jałowy
Maksymalna wartość udarowego prądu magnesującego dochodzi do ok. dziesięciokrotnej
wartości prądu znamionowego transformatora i zależy od jego mocy, własności
magnetycznych blach transformatorowych oraz od odległości uzwojenia magnesującego od
rdzenia. Wyższe wartości tego prądu występują w transformatorach z blachami walcowanymi
na zimno oraz w uzwojeniach dolnego napięcia (bliżej rdzenia).
Udarowy prąd magnesujący transformatora odznacza się dużą zawartością wyższych
harmonicznych. Zawiera 40-60% składowej nieokresowej, 30-70% drugiej harmonicznej oraz
10-30% trzeciej harmonicznej.
Prąd udarowy dość szybko zanika i po upływie 1 s jego wartość nie przekracza zwykle
0.25-0.4% prądu znamionowego transformatora, a całkowity zanik prądu nieustalonego
następuje praktycznie po czasie 5-10 s.
Rozpływ prądów w obwodach wtórnych zabezpieczenia różnicowego podczas załączania
transformatora jest taki sam, jak podczas zwarcia wewnętrznego zasilanego jednostronnie
i biorąc pod uwagę to, że amplituda udarowego prądu magnesującego w początkowej fazie
jest porównywalna z amplitudą prądu zwarciowego- może dochodzić do zbędnego działania
tego zabezpieczenia.
6
W celu odróżnienia prądu magnesującego od prądu zwarcia wewnętrznego wykorzystuje
się obecnie w przekaźnikach różnicowych dla transformatorów filtry drugiej harmonicznej
prądu i niektórych innych harmonicznych (np. piątej). W przypadku występowania
udarowego prądu magnesującego sygnał wyjściowy filtru jest znacznie większy niż podczas
zwarcia. Sygnał ten wykorzystywany jest do zwiększenia wartości współczynnika stabilizacji
przekaźnika.
Zabezpieczenie różnicowe, mimo tej stabilizacji może zbędnie zadziałać, np. podczas
rozruchu generatora współpracującego z zabezpieczanym transformatorem, czy też pracy
transformatora przy podwyższonym napięciu. Jak stwierdzono, w prądzie różnicowym
występuje wówczas znaczna zawartość piątej harmonicznej, którą wykorzystuje się
dodatkowo w niektórych rozwiązaniach (np. przekaźniki krajowe RRTT-6, RRTT-7) do
skuteczniejszej
stabilizacji
zabezpieczenia
różnicowego.
W
rozwiązaniach
elektromechanicznych do blokady działania przekaźników różnicowych podczas załączania
transformatora wykorzystano zjawisko rezonansu mechanicznego (np. przekaźniki TG), czy
też wprowadzono opóźnienia czasowe (np. RQS-2+RQS-3).
Nowoczesne zabezpieczenia różnicowe oparte są na zaawansowanej technologii cyfrowej
składające się z szeregu układów sterowania, które są bardziej dokładne i czułe. Dodatkowe
funkcje umożliwiają łatwą komunikacje z urządzeniem, rejestrację zakłóceń i ich odczyt,
dzięki którym łatwiej jest stwierdzić rodzaj i miejsce awarii.
Współczesne urządzenia są wyposażone między innymi w dyskryminator nasycenia.
Funkcja ta generuje stabilizujący sygnał blokujący jeżeli prąd różnicowy wystąpi w
konsekwencji nasycenia transformatora przy zewnętrznym zwarciu (w przeciwieństwie do
zwarcia wewnętrznego). Unika się w ten sposób przewymiarowania niezbędnego dla
uniknięcia wyłączenia dla silnych zwarć zewnętrznych. Po przejściu przez zero prądu
magnesowania, układ dyskryminatora nasycenia kontroluje wystąpienie prądu magnesowania.
Dla zwarć w obrębie strefy chronionej, prąd różnicowy pojawia się równocześnie z prądem
hamowania. Dla zwarć poza strefą chronioną, z dużymi prądami powodującymi nasycenie się
przekładników prądowych, prąd różnicowy pojawia się dopiero przy rozpoczęciu nasycania
(np.: MiCOM P631).
7
2. Badanie przekaźników różnicowych elektromechanicznych
Należy wykonać podstawowe badania przekaźnika elektromechanicznego, wskazanego
przez prowadzącego laboratorium. Zakres ćwiczenia obejmuje:
1) Sprawdzenie skali prądowej przekaźników,
2) Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych Ir=f(Ih),
2.1.
Opis stanowiska laboratoryjnego
Badania przekaźników różnicowych wykonuje się na stanowisku, którego widok ogólny
przedstawiono na rys. 5. Stanowisko to wyposażone jest w dwa niezależne tory zasilania
prądem
sinusoidalnym
zmiennym
o
regulowanej
wartości
prądów
za
pomocą
autotransformatorów AT1 i AT2. W obwodzie każdego z torów zainstalowany jest
wielozakresowy
przekładnik
prądowy
zasilający
amperomierz.
Wyboru
zakresu
amperomierzy dokonuje się w każdym torze niezależnie - za pomocą przekładników PIV i
PV. Zaciski wyjściowe tych torów wyprowadzone zostały w górnej części stołu i oznaczone
symbolami Ir oraz Ih. Ponadto stanowisko wyposażono w specjalny układ do wymuszania
sygnału prądowego o zadawanej zawartości drugiej harmonicznej (za pomocą suwaka Yo
zmienia się relacje pomiędzy amplitudami składowej stałej i składowej okresowej sygnału
wprowadzanego na wejście badanego przekaźnika). Układ ten jest wykorzystywany do
sprawdzania skuteczności działania członu blokującego działanie przekaźnika podczas
załączania transformatora. Obecnie do tych celów wykorzystywane są specjalne,
mikroprocesorowe testery zabezpieczeń.
Podstawowe dane techniczne stanowiska:
Znamionowa obciążalność obwodów Ir oraz Ih: 20A,
Prąd znamionowy badanych przekaźników
: 5A lub 1A,
Maksymalny pobór prądu stałego
: 13A,
Maksymalny pobór prądu zmiennego
: 40A,
Stanowisko umożliwia przeprowadzenie następujących badań:
1) Sprawdzenie skali prądowej przekaźników,
2) Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych Ir=f(Ih),
3) Sprawdzenie skuteczności odstrojenia przekaźników od udarowych prądów
magnesowania.
8
Na wieszakach stanowiska zamontowane zostały następujące typy przekaźników
różnicowych:
- elektromechaniczne: RQS-2 firmy AEG, TG-3 firmy Brown Boveri,
- uniwersalne zabezpieczenie różnicowe MiCOM P631 firmy AREVA.
Rys. 5. Widok ogólny stanowiska do badania przekaźników różnicowych
2.2.
Opisy wybranych przekaźników różnicowych
2.2.1. Przekaźnik typu RQS-2 (firma AEG)
Przeznaczony jest do zabezpieczenia generatorów (warunkowo – transformatorów). Jest
przekaźnikiem stabilizowanym jednostronnie, człon roboczy, jak i hamujący są wykonane
jako trójfazowe. Części ruchome obwodów magnetycznych obydwu członów są umieszczone
na wspólnej osi. Na ten układ ruchomy, w stanie bezprądowej, działa moment sprężyny
roboczą i hamującą część układu ruchomego są skierowane przeciwnie, poszczególne
ramiona tego układu (odchylone o pewien kąt względem osi biegunów) są bowiem wciągane
pod bieguny magnetyczne cewek. Obrót układu do położenia odpowiadającego zadziałaniu
przekaźnika nastąpi wtedy, kiedy moment wytwarzany przez cewki robocze będzie większy
9
od sumy momentów przeciwstawnych, tj. momentu wytwarzanego przez cewki hamujące
oraz momentu mechanicznego, pochodzącego od siły naciągu sprężyny i siły tarcia. Podczas
obrotu osi następuje zamknięcie zestyku i podanie napięcia na przekaźnik pomocniczy.
Prąd rozruchowy przekaźnika jest regulowany przez zmianę naciągu sprężyny
zwracającej. Współczynnik stabilizacji jest stały i równy k=0.45. Układ połączeń
wewnętrznych przekaźnika RQS-2 jest pokazany na rys. 7.
Dane techniczne przekaźnika RQS-2
Prąd znamionowy In=5A,
Zakres prądu rozruchowego Iro=1.5 do 3 A,
Współczynnik stabilizacji kh=0.45,
Pobór mocy
- cewka robocza: 4VA,
- cewka hamująca: 2.5 VA.
Rys. 6. Układ połączeń wewnętrznych przekaźnika RQS-2
2.2.2. Przekaźnik typu TG-3 (firma BBC)
Przeznaczony jest do ochrony transformatorów. Jest przekaźnikiem stabilizowanym
dwustronnie,
mającym
również
blokadę
od
udarowych
prądów
magnesujących,
wykorzystując zjawisko rezonansu mechanicznego. Zbudowany jest z trzech identycznych
zespołów dla każdej z faz. W każdym zespole znajduje się człon mierzący oraz człon
10
zwłoczny. Schemat ideowy przekaźnika TG-3 pokazana na rys. 8a), zaś schemat połączeń
wewnętrznych tego przekaźnika – na rys. 8.b).
Rys. 7. Schemat ideowy przekaźnika TG-3(a)): SW- zestyk wibracyjny, R, C- elementy
zapobiegające iskrzeniu zestyku SW oraz połączeń wewnętrznych(b)).
Układ ruchomy członu mierzącego składa się z dwuch jednakowych kotwic osadzonych
na wspólnej osi przechodzącej przez ich środki ciężkości i ze sprężyny zwracającej oraz
zestyku wibracyjnego. Jedna z kotwic znajduje się w polu magnetycznym wytworzonym
przez prąd płynący w cewce hamującej, która ma wprowadzone odczepy, umożliwiająca
skokową zmianę współczynnika stabilizacji przekaźnika. Prąd rozruchowy przekaźnika jest
nastawialny za pomocą zmiany naciągu sprężyny zwracającej. Warunek zadziałania
przekaźnika jest analogiczny, jak w przypadku przekaźnika RQS-2.
W przekaźniku TG-3 elementy układu ruchomego są tak zaprojektowane, aby wpadł on
w rezonans mechaniczny przy zmiennym momencie napędowym o częstotliwości 50 Hz.
Podczas zwarcia wewnętrznego, dwukierunkowość prądu zwarciowego powoduje, że w
przekaźniku pojawia się moment mechaniczny pulsujący o częstotliwości 100 Hz
(proporcjonalny do i2). Powoduje on obrót kotwicy oraz zamknięcie zestyku. Podczas
załączania transformatora pod napięcie pojawiająca się składowa nieokresowa powoduje, że
na układ ruchomy przekaźnika działa moment pulsujący o częstotliwości 50 Hz. Pod
wpływem tego momentu układ ruchomy wpada w drgania rezonansowe, podczas których
zestyk wielokrotnie kolejno zamyka się i otwiera. Odpowiednio duża stała czasowa obwodu
11
wzbudzającego człon zwłoczny, niepozwalająca na to, aby prąd w tym obwodzie zbyt szybko
wzrósł oraz opóźnienie czasowe nastawione w tym członie, zapobiegają zadziałaniu członu
zwłocznego, a tym samym zbędnemu zadziałaniu zabezpieczenia pod wpływem udarów
prądu magnesującego.
Dane techniczne przekaźnika TG-3
Prąd znamionowy In=5A
Zakres prądu rozruchowego Iro=(0.2-0.4)In,
Współczynnik stabilizacji kh=0.1-0.5,
Opóźnienie czasowe członu zwłocznego 0.05-0.3 s.
2.2.3. Przekaźnik typu MiCOM P631 firmy AREVA
Przewidziany jest dla szybkiego i selektywnego zabezpieczenia zwarciowego dla
transformatorów, silników, generatorów i innych urządzeń z dwoma uzwojeniami.
Zabezpieczenie różnicowe MiCOM P631 ma budowę modułową. Moduły są umieszczone w
aluminiowej obudowie i elektrycznie połączone poprzez analogową i cyfrową magistralę
płytki obwodów drukowanych.
Przekaźnik posiada następujące funkcje:
 trójsystemowe zabezpieczenie różnicowe dla ochrony obiektów o dwóch uzwojeniach,
 dopasowanie amplitudowe i wektorowe,
 filtracja składowej zerowej prądu, oddzielna dla każdego uzwojenia, z możliwością
odstawienia,
 trójelementowa charakterystyka wyłączania,
 blokada od prądu magnesowania na bazie drugiej harmonicznej, działająca na jeden
lub wszystkie systemy pomiarowe, z możliwością odstawienia,
 blokada od zjawisk przewzbudzenia bazująca na piątej harmonicznej, z możliwością
odstawienia,
 stabilizacja przejściowa z dyskryminatorem nasycenia,
 zabezpieczenie nadprądowe o charakterystyce prądowo-niezależnej trójstopniowe,
selektywne fazowo, z oddzielnymi systemami pomiarowymi dla prądów fazowych i
prądu składowej zerowej i przeciwnej,
 zabezpieczenie nadprądowe o charakterystyce prądowo-zależnej, selektywne fazowo,
z oddzielnymi systemami pomiarowymi dla prądów fazowych i prądu składowej
zerowej i przeciwnej,
12
 zabezpieczenie przeciążeniowe, cieplne z możliwością wybory modelu cieplnego
względnego lub absolutnego,
 kontrola wartości granicznej,
 programowalna logika.
Rys. 8. Schemat połączeń MiCOM P631- wewnętrzny schemat połączeń modułu
zestyków
Przed włączeniem zasilania należy sprawdzić:
a) Czy urządzenie jest podłączone z uziemieniem ochronnym w przewidzianym do tego
celu miejscu?
b) Czy napięcie znamionowe baterii jest zgodne ze znamionowym napięciem
pomocniczym urządzenia?
c) Czy prawidłowe jest podłączenie, uziemienie i kolejność faz przekładników
prądowych i napięciowych?
Jeżeli wszystkie kontrole zostały przeprowadzone, to można włączyć napięcie zasilania.
Po podaniu napięcia następuje rozruch urządzenia. Podczas rozruchu przeprowadzane zostają
testy rozruchowe. Wskaźnik LED z opisem ‘HEALTHY’ [sprawny] (H1) i wskaźnik LED z
opisem ‘OUT OF SERVICE’ (H2) [niesprawny] będą się świecić. (Wskaźnik LED - H2 jest
pobudzany od sygnału MAIN: Blocked/faulty [blokada/uszkodzenie]). Po około 15s P631 jest
gotowe do pracy. Przy nastawach fabrycznych lub po ‘zimnym restarcie’ pierwsza linia
wyświetlacza LCD będzie wskazywała typ urządzenia ‘P631’.
13
Dane techniczne Przekaźnika MiCOM P631:
- Wejścia pomiarowe:
Prąd:
Prąd znamionowy Inom: 1 lub 5 A AC (nastawialny)
Pobór znamionowy / fazę: < 0,1 VA przy Inom
Obciążalność:
trwała: 4 Inom
dla 10 s: 30 Inom dla 1 s: 100 Inom
Znamionowy prąd udarowy: 250 Inom
Napięcie:
Napięcie znamionowe Vnom: 50 do 130 V AC (nastawialne)
Pobór znamionowy / przewód: < 0,3 VA przy Unom = 130 V AC
Obciążalność: trwała 150 V AC
Częstotliwość
Częstotliwość znamionowa fnom: 50 Hz i 60 Hz (nastawialna)
Zakres działania: 0.95 do 1.05 fnom
- Wejścia sygnałowe:
Znamionowe napięcie pomocnicze Vin,nom: 48 do 250 V DC.
Zakres roboczy: 0,8 do 1,1 Vin,nom przy tętnieniach resztkowych do 12 % Vin,nom
Do poprawnego wykonania pomiarów MiCOM P631 musi mieć odpowiednio wprowadzone
nastawy, które umożliwią wykonanie ćwiczenia. Poszczególne kroki i kolejność wprowadzania nastaw
przedstawiono w tabeli 1. Każde zakłócenie sygnalizuje zapalenie się czerwonej diody z etykietą
„Wyłączenie”. przed wykonaniem kolejnego pomiaru należy zresetować stan urządzenia kombinacją
przycisków
.
14
Tabela 1. Wprowadzanie nastaw dla zabezpieczenia różnicowego:
Kolejność
1
Menu pozycji
Pozycja
Wartość
Grupa funkc.
RONZ
1lub [+]
(= Z)
Sterowanie UZ
Tak
2
BN wybrany UZ
3
Uruchomić
Idiff>
Idiff>>
Idiff>>>
IR,m2
I mag(2f0)/I(f0)
Poz.I(5f0)/I(f0)
Op.dzial.syg.wyl.
4
Ogólne
uruchomien.UZ
5
Wyprow.danych
analog
Ogólne
uruchomien.UZ
Bank
nastaw 1
(BN1)
Tak
a*Iref
a*Iref
a*Iref
a*Iref
%
%
s
Tak
1lub [+]
(= Z)
Tak
6
Przyp.funkc.K901
ROZN
syglan
wylacz
7
Urządzenie załączone
Tak
(=zal)
15
Opis wartości wybieranych pozycji:
1) Krok 1
a) Grupa funkc. RONZ - włączanie/wyłączanie grupy funkcyjnej DIFF do/z konfiguracji.
Jeżeli grupa funkcyjna jest skasowana (wyłączona z konfiguracji), to ukryte są
wszystkie skojarzone nastawy i sygnały, za wyjątkiem tej jedne,
2) Krok 2
a) Sterowanie UZ – sterowanie urządzenia z wybranego banku nastaw,
b) BN wybrany UZ - wybór numeru banku nastaw z lokalnego panelu sterowania.
3) Krok 3
a) Uruchomić – nastawa określa czy zabezpieczenie ma być odblokowane w banku
nastaw nr x,
b) Idiff> - wartość operacyjna funkcji zabezpieczenia wyrażona jako krotność
prądu odniesienia do odpowiedniej strony transformatora,
c) Idiff>> - wartość progowa funkcji zabezpieczenia dla deaktywacji stabilizacji
od prądu magnesowania i blokady od przewzbudzenia,
d) Idiff>>> - wartość progowa funkcji zabezpieczenia DIFF dla wyłączenia od
zabezpieczenia różnicowego, niezależnie od prądu hamowania, blokady od
magnesowania, blokady od przewzbudzenia i detekcji nasycenia,
e) IR,m2 - nastawa definiuje drugi punkt przegięcia charakterystyki wyłączania,
f) I mag(2f0)/I(f0) - wartość działania blokady od prądu magnesowania zabezpieczenia
różnicowego, określona jako stosunek składowej drugiej harmonicznej do
podstawowej w prądzie różnicowym, wyrażona w procentach,
g) Poz.I(5f0)/I(f0) - wartość działania blokady od przewzbudzenia wyrażona jako
stosunek składowej piątej harmonicznej do podstawowej w prądzie różnicowym,
h) Op.dzial.syg.wyl. – opóźnienie działania sygnału wyłączenia.
4) Krok 4
a) Ogólne uruchomien.UZ - aktywacja lub blokowanie funkcji.
5) Krok 5
a) Wyprow.danych analog – konfiguracja lub usunięcie grupy funkcyjnej,
b) Ogólne uruchomien.UZ - załączenie lub odstawienie grupy.
6) Krok 6
a) Przyp.funkc.K901
–
przypisanie
sygnału
konfiguracyjnego
do
wyjścia
przekaźnikowego.
7) Krok 7
a) Urządzenie załączone – odstawienie lub załączenie urządzenia.
16
2.3.
Sposób przeprowadzania badań
Przed przystąpieniem do pomiarów należy połączyć zaciski wejściowe obwodu roboczego
przekaźnika z zaciskami „Ir” stołu, zaciski wejściowe obwodu hamującego z zaciskami „Ih”
zgodnie ze schematem pokazany na rys. 9. Ponadto należy zasilić przekaźnik napięciem
pomocniczym, połączyć zestyk zwierny obwodu wyjściowego przekaźnika z zaciskami „P”
stanowiska (sygnalizacja zadziałania) i załączyć wyłączniki główne WI i WII. Obecność
napięcia stałego sygnalizuje zapalenie się lampki LIV oraz wychylenie się woltomierza
oznaczonego „=V”, napięcia zmiennego zaś- zapalenie się lampki podświetlającej przycisk
„wył.” oraz jednej z lampek LI, LII, LIII (zależnie od ustawienia przełącznika PII), a także
wychylenie woltomierza ~V podczas przesuwania w dół suwakiem autotransformatora AT1.
Sprawdzenie skali prądowej przekaźników.
Przełącznik PII należy ustawić w pozycji 1. Powoduje to zapalenie się lampki LI,
sygnalizującej wybór wyjścia Ir – co oznacza, że zasilany jest jedynie człon roboczy
przekaźnika.
Po ustawieniu suwaka autotransformatora AT1 w położeniu zerowym można podać na
układ pomiarowy napięcie przez naciśnięcie przycisku „zał.”– zapala się wtedy podświetlenie
tego przycisku. Następnie przełącznikiem PIII należy wybrać odpowiedni zakres pomiarowy
amperomierza AR i ustalając suwakiem autotransformatora AT1 kolejno pożądane wartości
prądów w obwodzie Ir, sprawdzić skalę prądową przekaźnika. Zadziałanie sprawdzanego
przekaźnika jest sygnalizowane zapaleniem się lampki LV. Wyłączenie układu następuje po
naciśnięciu przycisku „wył.”. Sprawdza się wszystkie wartości rozruchowe przekaźnika
oznaczone na skali liczbą. W przekaźniku TG-3 każdy zespół (fazę) sprawdza się oddzielnie.
17
Rys. 9. Schematy układów pomiarowych do badania przekaźników różnicowych:
a) przekaźnik RQS-2 (zasilanie trzech faz), b) przekaźnik RQS-2 (zasilanie dwóch faz),
c) przekaźnik TG-3, d) przekaźnik MiCOM P631.
Uwaga pomiary przy dowolnej zmianie prądów w obwodach pomiarowych jest
wygodniej wykonać bez włączonego podtrzymania w obwodzie sygnalizacji. Zachowanie się
przekaźnika natomiast przy skokowej zmianie wielkości wejściowych lepiej jest sprawdzać
przy włączonym podtrzymaniu, pozwala to bowiem łatwo stwierdzić nawet krótkotrwałe
pobudzenie się badanego przekaźnika. Należy wówczas wcisnąć przycisk „podtrz.”, co
sygnalizuje zapalenie się podświetlenia obu przycisków ,,podtrz ‘’ i ,,kas’’. Po każdorazowym
18
pobudzeniu się badanego przekaźnika sygnalizowanym przez lampkę LV, należy nacisnąć
przycisk ,,kas’’ w celu odwzbudzenia układu sygnalizacji. Nie powoduje to wyłączenia
podtrzymania. Podtrzymanie wyłącza się przez powtórne naciśnięcie przycisku ,,podtrz’’.
Przekaźnik RQS-2, ze względu na sumowanie momentów mechanicznych działających
na układ ruchomy przekaźnika, powinien być badany przy zasilaniu trójfazowym. W
laboratorium, w celu uproszczenia pomiarów, przekaźnik jest badany przy zasilaniu
jednofazowym, przy szeregowym połączeniu cewek roboczych albo wszystkich trzech faz
(dwie cewki zgodnie, jedna przeciwsobnie – rys. 9a), albo tylko dwóch faz (cewki połączone
przeciwsobnie – rys. 9b). W związku z tym wyniki pomiarów uzyskane po badaniu
przekaźnika RQS-2 prądem jednofazowym należy przeliczyć na prąd trójfazowy zgodnie z
zależnościami:
- przy zasilaniu trzech cewek:
(6)
- przy zasilaniu dwóch cewek:
(7)
Tabele wyników powinny zawierać: nastawioną wartość rozruchową prądu (Irn), wartości
rozruchowe zmierzone (Ir), wartość średnią (Ir śr) oraz uchyb podziałki.
Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych Ir=f(Ih). Przełącznik PII należy ustawić w
pozycji 2, co jest sygnalizowane zapaleniem się lampek LI i LII i oznacza, że zasilany jest
zarówno człon roboczy przekaźnika, jak i człon hamujący. Charakterystykę Ir =
f(Ih)
sprawdza się tylko dla jednego, wybranego nastawienia wartości rozruchowej prądu. Pomiar
polega na określeniu wartości rozruchowej prądu dla przynajmniej sześciu wartości prądu
hamującego przyjmowanego w zakresie od Ih= 0 do trzykrotnej wartości prądu
znamionowego badanego przekaźnika.
Podobnie jak poprzednio, dla przekaźników RQS-2 należy za prąd rozruchowy przyjmować
wartości zmierzone przy zasilaniu jednofazowym, odpowiednio przeliczone na prąd
trójfazowy (I3r). Na podstawie wykreślonej charakterystyki określa się rzeczywistą wartość
współczynnika stabilizacji.
19