POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI

Transkrypt

1 POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI LABORATORIUM ELEKTROENERGETYCZNEJ AUTOMATYKI CYFROWEJ BADANIE CYFROWEGO URZĄDZENIA MUPASZ 7.U1 DO ZABEZPIECZANIA PÓL ŚREDNIEGO NAPIĘCIA Instrukcja laboratoryjna Ćwiczenie: Z.07 Warszawa,

2 Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową, zasadą działania, sposobami nastawiania, właściwościami eksploatacyjnymi, charakterystykami oraz metodami badań zabezpieczeń sieci SN na przykładzie urządzenia zabezpieczeniowego MUPASZ 7.U1. Sprawdzeniu poddane zostaną funkcje zabezpieczeń od zwarć doziemnych: admitancyjne, kierunkowe kątowe i nadprądowe znajdujące się w urządzeniu. Badania zostaną przeprowadzone za pomocą testera mikroprocesorowego typu CMC 56 firmy OMICRON electronics. 1. Wprowadzenie Badane urządzenie MUPASZ 7.U1 służy do zabezpieczenia linii średniego napięcia (SN). Przed wykonaniem ćwiczenia należy powtórzyć z wkładu wiadomości dotyczące zabezpieczeń sieci SN lub przestudiować odpowiednie rozdziały w [1,2,3,4,5]. Z punktu widzenia zabezpieczeń zwarcia w liniach SN mogą być dzielone na wielkoprądowe (dwu i trójfazowe) i małoprądowe (jednofazowe). Od skutków zwarć wielkoprądowych sieci zabezpiecza się zabezpieczeniami nadpradowymi zwłocznymi (niezależnymi lub zależnymi) oraz bezzwłocznymi (odstrojonymi od zwarć na końcach danych odcinków sieci). Punkt neutralny sieci SN nie jest uziemiany bezpośrednio jak w sieciach wysokiego napięcia (WN). Fakt ten odgrywa istotną rolę przy zabezpieczaniu tych sieci od zwarć doziemnych. Sposób zabezpieczania sieci SN zależy od sposobu pracy punktu neutralnego. Sieci z izolowanym punktem neutralnym są to niezbyt rozległe sieci w których prąd zwarcia doziemnego nie przekracza kilkudziesięciu amperów. Jako zabezpieczenia od zwarć doziemnych w tych sieciach stosuje się (alternatywnie) następujące rodzaje zabezpieczeń: (a) nadprądowe ziemnozwarciowe, (b) admitancyjne, (c) admitancyjno - susceptancyjne, (d) kierunkowe kątowe (o charakterystykach sinusowych). Sieci kompensowane są to sieci w których między punkt gwiazdowy transformatora uziemiającego sieci a ziemię włącza się cewkę Petersena w celu zmniejszenia prądu w miejscu zwarcia doziemnego. Jako zabezpieczenia od zwarć doziemnych w tych sieciach stosuje się zabezpieczenia: (a) admitancyjno - konduktancyjne lub (b) kierunkowe kątowe (o charakterystykach kosinusowych). W celu powiększenia czułości działania przekaźników kierunkowych typu kosinusowego stosuje się układ automatyki wymuszania składowej czynnej (AWSC) do wymuszania większej wartości składowej czynnej prądu zerowego. Rozwiązanie to stosowane jest w większości sieci kompensowanych. Uzyskuje się to za pomocą opornika włączanego na czas ok. 5 s między punkt gwiazdowy transformatora kompensacyjnego i ziemię. Opornik ten włączany jest z opóźnieniem ok. 3 s (od momentu wykrycia określonej wartości składowej zerowej napięcia) i powoduje zwiększenie składowej czynnej prądu zerowego. Sieć uziemiona przez rezystor jest to sieć w której między punkt gwiazdowy transformatora uziemiającego sieci a ziemię włącza się rezystor w celu ograniczenia przepięć przy równoczesnym ograniczeniu prądu zwarcia z ziemią. Ten sposób pracy punktu neutralnego stosuje się głównie w sieciach kablowych. Jako zabezpieczenia od zwarć doziemnych w kablowych sieciach miejskich stosuje się zabezpieczenia nadprądowe zwłoczne w wykonaniu trójfazowym przeznaczone równocześnie do eliminacji zwarć międzyfazowych w przypadku prądu ziemnozwarciowego większego od 1 ka. W przypadku niższych wartości prądu zwarciowego powinny być stosowane alternatywnie zabezpieczenia: (a) nadpradowe ziemnozwarciowe, (b) admitancyjno-konduktancyjne, (c) kierunkowe kątowe (o charakterystykach kosinusowych). Jako zabezpieczenia od zwarć doziemnych w sieciach z liniami kablowymi zawierającymi odcinki napowietrzne (na obrzeżach aglomeracji miejskich) oraz w sieciach z liniami napowietrznymi zawierającymi odcinki kablowe stosuje się alternatywnie zabezpieczenia: (a) admitancyjno-konduktancyjne lub (b) kierunkowe kątowe (o charakterystykach kosinusowych). 2

3 2. Wykrywanie zwarć doziemnych w sieciach pracujących z nieuziemionym bezpośrednio punktem neutralnym Prawidłowy dobór zabezpieczeń ziemnozwarciowych dla sieci SN nie jest prosty, ponieważ poziom sygnałów pomiarowych U 0, I 0 zasilających przekaźnik jest stosunkowo niski. W sieciach z izolowanym punktem neutralnym prąd zwarciowy wywołany jest admitancją obwodu zwarciowego. Obwód ten składa się głównie z pojemności doziemnych wszystkich linii pracujących w sieci. Wartość admitancji obwodu zwarciowego wzrasta po uziemieniu sieci za pomocą rezystancji, ale znacznie maleje po zainstalowaniu w obwodach uziemienia punktu neutralnego sieci dławików gaszących (kompensacyjnych cewek Petersena). W Polsce ponad 80% sieci SN o napięciach znamionowych 15 kv i 20 kv to układy pracujące z punktem neutralnym uziemionym przez cewkę Petersena (sieci kompensowane). Relatywnie mała przewodność obwodów doziemnych sieci umożliwia pojawienie się dodatkowych rezystancji i niekorzystnych zjawisk w miejscu zwarcia doziemnego. W sieciach napowietrznych SN bardzo często pojawiają się zwarcia z ziemią, w których wartości takich rezystancji przejścia przekraczają kilkaset omów (nierzadkie są przypadki rezystancji przekraczających kilka tysięcy omów). Możliwości lokalizowania takich zakłóceń przez zabezpieczenia ziemnozwarciowe są znacznie ograniczone. Dodatkowym utrudnieniem pracy tych zabezpieczeń są zjawiska niestabilnego łuku (łuku przerywanego) w miejscu doziemienia i związane z tym krótkotrwałe przerwy w przepływie prądu zwarcia. Podstawowymi sygnałami wykorzystywanymi przez zabezpieczenia ziemnozwarciowe są składowe zerowe napięcia sieci (U 0 ) i prądów (I 0 ) mierzonych w poszczególnych liniach. Na wartości napięcia U 0 wpływają głównie: napięcie występujące podczas zwarcia doziemnego i napięcie zerowe naturalnej asymetrii sieci. Natomiast na sygnał I 0 składają się: (a) prądy mierzone przez filtry składowych zerowych (przekładnik Ferrantiego, układ przekładników Holmgreena) linii i (b) prądy wynikające z błędów pomiarowych tych filtrów. Kryteria działania zabezpieczeń ziemnozwarciowych dla różnych sposobów pracy punktu neutralnego sieci SN Ze względu na sposób działania kryteria zabezpieczeń ziemnozwarciowych można podzielić na: (a) prądowe, (b) kierunkowe, (c) admitancjne. We wszystkich tych kryteriach wejściowymi sygnałami pomiarowymi są sygnały U 0 i I 0. W kryteriach prądowych wykorzystuje się tylko informacje o poziomie sygnału I 0 natomiast w kryteriach kierunkowych i admitancyjnych wykorzystuje się oba sygnały U 0 i I 0. Porównując zdefiniowane kryteria (tab. 1) z warunkami określonymi przez sygnały pomiarowe U 0 i I 0 można badać ich przydatność do realizacji zabezpieczeń ziemnozwarciowych w sieciach SN o różnych sposobach uziemieniach punktu neutralnego. W tabelach 2 4 pokazano charakterystyki rozruchowe kryteriów zabezpieczeń ziemnozwarciowych z tab. 1. Znaczną ich liczbę stanowią te, które wykorzystują do działania pomiar admitancji zerowej linii. W konstrukcjach zabezpieczeń admitancyjnych (Y 0 >) sygnały decyzyjne można poddawać silnemu uśrednianiu, co sprzyja uzyskiwaniu warunków do ich zadziałania również podczas zwarć niestabilnych o łuku przerywanym. Zabezpieczenia admitancyjne znajdują również szerokie zastosowanie w sieciach z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor. Przy stosowaniu napięciowego progu rozruchowego (U 0r ) na poziomie 5% lub 10% znamionowego napięcia fazowego sieci (U fn ) zakres wykrywanych zwarć o dużych rezystancjach przejścia podczas doziemień jest znacznie większy niż w przypadku ziemnozwarciowych zabezpieczeń nadprądowych [4]. Dodatkową zaletą zabezpieczeń admitancyjnych jest ich zdolność do działania w warunkach uszkodzonego lub wyłączonego rezystora (w przypadku sieci z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor). W tym przypadku w członach rozruchowych zabezpieczeń admitancyjnych (Y 0 >) nawet następuje zwiększenie obszarów wykrywania 3

4 zwarć. Natomiast człony ziemnozwarciowych zabezpieczeń nadprądowych (I 0 >) obniżają swój zakres działania, a w liniach o dużych prądach pojemnościowych mogą całkowicie utracić zdolność do prawidłowego działania. Tab. 1. Kryteria działania zabezpieczeń ziemnozwarciowych i ich warunki rozruchowe Kryterium Symbol U 0 > U 0r I 0 > I 0r Y 0 > Y 0r G 0 > G 0r B 0 > B 0r Kierunek Nadprądowe I 0 > + Kierunkowe (mocowe) Kryteria admitancyjne Admitancyjne Y 0 > + + Konduktancyjne G 0 > + + Konduktancyjne kierunkowe G 0 k> Susceptancyjne kierunkowe B 0 k> Porównawczo - admitancyjne YY 0 > + Y 01 - Y 02 > Y 0r Kryteria łączone Admitancyjno - konduktancyjne kierunkowe Susceptancyjno - konduktancyjne kierunkowe YG 0 k> BG 0 k> gdzie: Y 0, G 0, B 0 - wartości admitancji, konduktancji i susceptancji zabezpieczanej linii wyznaczone ze zmierzonego napięcia U 0 oraz prądu pomiarowego I 0 ; Y 01, Y 02 wartości admitancji wynikające z pomiarów admitancji w dwóch różnych stanach zwarcia doziemnego (przed i po działaniu urządzeń wymuszających dodatkowe prądy zwarcia np. przed i po zadziałaniu AWSC); U 0r, I 0r, Y 0r, G 0r, B 0r - nastawy: napięcia, prądu, admitancji, konduktancji i susceptancji zerowych, kierunek - oznacza realizację kryterium kierunkowego. Tab. 2. Zabezpieczenia nadprądowe i kierunkowe (mocowe, kątowe), wg [4] Nazwa Kryteria Kształt charakterystyki kryterium rozruchowe Nadprądowe I 0 > Kierunkowe czynnomocowe I 0 > I 0r I 0 > I 0r i U 0 > U 0r I 0b Q I 0r, U 0r I 0r I 0c P Opis Kryterium to uzyskuje najlepsze warunki do działania w sieciach z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor. Również są możliwości wykorzystania tego kryterium w sieciach kablowych z izolowanym punktem neutralnym oraz w liniach o małym prądzie doziemnym w sieciach kompensowanych. Czułoś działania silnie zależy od wartości rezystancji przejścia podczas zwarcia. I 0c i I 0b składowe czynna i bierna prądu zerowego. Obszar zadziałania wyznaczony wartością nastawczą leży w I i IV ćwiartce płaszczyzny Q(P). Możliwości wykorzystania tego kryterium są w sieciach z punktem neutralnym uziemionym trwale przez rezystor oraz w sieciach kompensowanych pracujących z automatyką AWSC (automatyka wymuszania składowej czynnej). Czułość prądowa zabezpieczenia silnie zależy od wartości rezystancji przejścia podczas zwarcia. Obwody wejściowe składowych zerowych wymagają fazowania. 4

5 Kierunkowe biernomocowe I 0 > I 0r i U 0 > U 0r Q I 0r, U 0r P Obszar zadziałania wyznaczony wartością nastawczą leży w I i II ćwiartce płaszczyzny Q(P). Możliwości wykorzystania tego kryterium są w sieciach z izolowanym punktem neutralnym. Czułość prądowa silnie zależy od wartości rezystancji przejścia podczas zwarcia. Obwody wejściowe składowych zerowych wymagają fazowania. Uwaga. Obszar działania zakreskowano. Fazowanie obwodów wejściowych składowych zerowych prądów i napięć polega na konsekwentnym łączeniu początków uzwojeń ziemnozwarciowych przekładników prądowych i napięciowych z zaciskami dodatnimi wejść analogowych urządzenia zabezpieczeniowego. Tab. 3. Zabezpieczenia admitancyjne, wg [4] Nazwa Kryteria Kształt charakterystyki kryterium rozruchowe Opis B 0 Admitancyjne Y 0 > Y 0 > Y 0r i U 0 >U 0r Y 0r G 0 Kryterium to znajduje zastosowanie w sieciach trwale pracujących z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor oraz w sieciach izolowanych. Można je stosować również w sieciach kompensowanych w liniach o małym prądzie doziemnym. Obwody wejściowe zabezpieczenia nie wymagają fazowania. Konduktancyjne G 0 > Admitancyjno - konduktancyjne YG 0 > G 0 > G 0r i U 0 > U 0r Y 0 > Y 0r lub G 0 > G 0r i U 0 > U 0r B 0 -G 0r B 0 -G 0r G 0r Y 0r G 0r G 0 G 0 Kryterium reaguje na składową czynną prądu zwarcia. Znajduje ono zastosowanie w sieciach kompensowanych pracujących z automatyką AWSC oraz w sieciach uziemionych przez rezystor. Nie uzyskuje warunków do działania w sieciach z izolowanym punktem neutralnym, gdyż składowa czynna prądu w tych sieciach stanowi zaledwie około 1,5 % prądu ziemnozwarciowego. Obwody wejściowe zabezpieczeni nie wymagają fazowania. Kryterium YG 0 > stanowi połączenie charakterystyk Y 0 > i G 0 >. Zabezpieczenia oparte na tym kryterium sprawdzają się w każdym typie sieci SN, również pracującej ze zmiennym sposobem pracy punktu neutralnego (np. w okresie remontowym). W sieci pracującej z izolowanym punktem neutralnym sprawdzi się człon admitancyjny. W sieci uziemionej przez rezystor lub kompensowanej sprawdzi się zarówno człon konduktancyjny jak i admitancyjny. Obwody wejściowe zabezpieczeni nie wymagają fazowania. 5

6 6 Konduktancyjne kierunkowe G 0 k> Susceptancyjne kierunkowe B 0 k> Konduktancyjno susceptancyjne kierunkowe BG 0 k> Admitancyjne porównawcze YY 0 > G 0 > G 0r i U 0 > U 0r B 0 > B 0r i U 0 > U 0r B 0 > B 0r lub G 0 > G 0r i U 0 > U 0r Y 01 Y 02 > Y 0r i U 0 > U 0r Y 0r = B 0r = G 0r B 0 B 0 B 0r B 0 B 0r B 0 B 0r G 0r B 0r G 0r G0r G 0r G 0 G 0 G 0 G 0 Kryterium reaguje na składową czynną prądu ziemnozwarciowego. Znajduje ono zastosowanie w sieciach kompensowanych pracujących z automatyką AWSC oraz w sieciach uziemionych przez rezystor. Nie uzyskuje warunków do działania w sieciach z izolowanym punktem neutralnym. Kryterium to pełni taką samą funkcję jak ziemnozwarciowe kryterium nadprądowe kierunkowe działające z charakterystyką kosinusową. Jest jednak znacznie mniej wrażliwe na wpływ rezystancji przejścia. Obwody wejściowe zabezpieczenia wymagają fazowania. Kryterium reaguje na składową bierną prądu ziemnozwarciowego. Znajduje ono zastosowanie w sieciach z izolowanym punktem neutralnym. Kryterium to pełni taką samą funkcję jak ziemnozwarciowe kryterium nadprądowe kierunkowe działające z charakterystyką sinusową. Jest jednak znacznie mniej wrażliwe na wpływ rezystancji przejścia. Obwody wejściowe zabezpieczenia wymagają fazowania. Kryterium BG 0 k> stanowi połączenie charakterystyk B 0 k> i G 0 k>. Zabezpieczenia oparte na tym kryterium sprawdzają się w każdym typie sieci SN, również pracującej ze zmiennym sposobem pracy punktu neutralnego (np. w okresie remontowym). W sieci pracującej z izolowanym punktem neutralnym sprawdzi się człon susceptancyjny. W sieci uziemionej przez rezystor lub kompensowanej pracującej z automatyką AWSC sprawdzi się człon konduktancyjny. Obwody wejściowe zabezpieczenia wymagają fazowania. Kryterium to wykorzystuje zjawisko skokowej zmiany admitancji zerowej widzianej w linii zwartej po włączeniu automatyki AWSC lub AWSB (automatyka wymuszenia składowej biernej). W celu wykrycia zwarcia należy zmierzyć i porównać admitancji sprzed (Y 01 ) i po (Y 02 ) zadziałaniu automatyki. Zabezpieczenia oparte na tym kryterium dedykowane są do sieci wyposażonych w automatykę AWSC lub automatykę AWSB. Obwody wejściowe zabezpieczenia nie wymagają fazowania. Uwaga. Obszar działania zakreskowano. Fazowanie obwodów wejściowych składowych zerowych prądów i napięć polega na konsekwentnym łączeniu początków uzwojeń ziemnozwarciowych przekładników prądowych i napięciowych z zaciskami dodatnimi wejść analogowych urządzenia zabezpieczeniowego.

7 3. Opis badanego urządzenia Urządzenie zabezpieczeniowe MUPASZ 7.U1 jest przeznaczone do pracy w charakterze wielofunkcyjnego urządzenia wtórnego rozdzielnicy w zakresie zabezpieczeń, automatyki, pomiarów i prowadzenia ruchu na poziomie sieci SN. Może być stosowane w rozdzielnicach różnych producentów. Dzięki swojej uniwersalności urządzenie MUPASZ 7.U1 może pracować w różnych polach, w różnych sieciach SN realizując równocześnie wiele funkcji uaktywnionych przez operatora w trakcie programowania urządzenia przed jego włączeniem do eksploatacji. Nastawienia funkcji urządzenia MUPASZ 7.U1 mogą być wprowadzane z poziomu płyty czołowej urządzenia (klawiatury membranowej) jak i za pomocą oprogramowania DELFIN zainstalowanego na komputerze klasy PC pracującym pod systemem operacyjnym Windows. Urządzenie MUPASZ 7.U1 może być instalowane w następujących polach: (1) pomiarowym, (2) zasilającym, (3) łącznika szyn (sprzęgła), (4) odpływowym (pole odpływowe linii napowietrznej lub kablowej), (5) silnikowym oraz (6) transformatorowym. Z typem pola związany jest profil konfiguracyjny urządzenia MUPASZ 7.U1 określający dostępne funkcje sterownicze, pomiarowe, zabezpieczeniowe i automatyki w polu danego typu. W tabelach 4 6 przedstawiono zestawienie funkcji zabezpieczeniowych, automatyk i funkcji pomiarowych dla wszystkich profili pracy urządzenia. Tab. 4. Zestawienie dostępnych funkcji zabezpieczeniowych dla poszczególnych profili pracy urządzenia MUPASZ 7.U1, wg [6] Grupa funkcji Profil Nazwa funkcji zabezpieczeniowej zabezpieczeniowych Nadprądowa niezależna (I>) X X X X X Zwarciowe Nadprądowa zależna (I>zal) X X X X X Nadprądowa niezależna (I>>) X X X X X Nadprądowa niezależna (I>>>) X X X X X Nadprądowa ziemnozwarciowa (I 0 >) X X X X Ziemnozwarciowe Nadprądowa ziemnozwarciowa kierunkowa (I 0 k>) X X X X Admitancyjna ziemnozwarciowa (Y 0 >) X X X X Nadnapięciowa ziemnozwarciowa (U 0 >) X X X X X Napięciowe Nadnapięciowa niezależna (U>) X X X X X X Podnapięciowa niezależna (U<) X X X X X X Przeciążeniowe Przeciążeniowa nadprądowa niezależna (I p >) X X X Przeciążeniowa oparta na modelu cieplnym (Θm) X X Rozruchowa silnika (ItR>) X Od częstotliwości rozruchów (NfR>) X Od utyu wirnika (ItU>) X Silnikowe Od asymetrii obciążenia (ItA>) X Od niewłaściwej kolejności wirowania faz (U123) X Od obniżeni a się współczynnika mocy (cos(φ)<) X Podprądowa (I<) X Technologiczna nr 1 4 X X X X X Technologiczna nr 5 - łukochronna X X X X X X Technologiczna nr 6 - przekaźnik z podtrzymaniem X X X X X Technologiczna od wzrostu ciśnienia w komorze Specjalne wyłącznika (klapy) X X Technologiczna od wzrostu ciśnienia w komorze przyłączowej (p>) X X X Temperaturowe nr 1 6* X X X X X X Od przekroczenia prądu skumulowanego wyłącznika (ΣI) X X X X X *) Wymaga instalacji dodatkowej karty rozszerzeń PT-100 7

8 Tab. 5. Zestawienie dostępnych automatyk dla poszczególnych profili pracy urządzenia MUPASZ 7.U1, wg [6] Nazwa automatyki Profil Zabezpieczenie szyn zbiorczych (ZS) X (1) X (1) X (2) X (2) X (2) Lokalna rezerwa wyłącznikowa (LRW) X X X X X Samoczynne załączenie rezerwy (SZR) X X Samoczynne planowe przełączenie zasilania (SP) X Samoczynne ponowne załączenie (SPZ) X Samoczynne częstotliwościowe odciążenie (SCO) X X X X 1) W polu wykorzystywany jest sygnał BZS (blokada zabezpieczenia szyn). Przy wykorzystaniu tego sygnału i opcji Zewnętrznego blokowania zabezpieczeń, blokowane jest działanie funkcji I>>; 2) W polu generowany jest sygnał BZS (blokada zabezpieczenia szyn), świadczący o podudzeniu funkcji I>>. Sygnał ten powinien być podany do sterownika w polu zasilającym. Tab. 6. Zestawienie dostępnych funkcji pomiarowych dla poszczególnych profili pracy urządzenia zabezpieczeniowego MUPASZ 7.U1, wg [6] Nazwa funkcji pomiarowej Profil Pomiar prądów I L1, I L2, I L3, I 0 X X X X X Pomiar napięć U L1 - L2, U L2 - L3, U 0 X X X X X X Pomiar mocy P, Q X X X X X Pomiar energii E czynna, E bierna X X X X X Pomiar częstotliwości f X X X X X X Pomiar współczynnika mocy cosφ X X X X X Pomiar kąta pomiędzy I 0 i U 0 X X X X X Pomiar kąta pomiędzy U L1 - L2 i U L2 - L3 X X X X X X Pomiar czasu pracy pola T p X X X X X Pomiar prądów skumulowanych wyłącznika ΣI L1, ΣI L2, ΣI L3 X X X X X Pomiar temperatury na podstawie modelu cieplnego Θm X X Pomiar temperatury na podstawie przetworników PT-100* X X X X X X *) Wymaga instalacji dodatkowej karty rozszerzeń PT-100 Oznaczenie profili: 1 - pole pomiarowe; 2 - pole zasilające; 3 - pole łącznika szyn (sprzęgła); 4 - pole odpływowe (linii kablowej lub napowietrznej); 5 - pole silnikowe; 6 - pole transformatorowe. Na rysunku 1 pokazano uproszczony schemat rozdzielni składający się ze wszystkich typów pól w których może pracować urządzenie MUPASZ 7.U1. Uwaga - Na schemacie nie naniesiono symboli uziemników - Napięcia U i 3U 0 z pola pomiarowego SEKCJA I SEKCJA II I I I I I U 3U 0 3I 3I 0 0 3I 0 3I 0 3I 0 WN/SN 110 kv M SN/nn 0,4 kv U 3U 0 U U 3U 0 U 3U 0 U 3U 0 Pole pomiarowe (profil 1) Pole zasilające (profil 2) Pole łącznika szyn (profil 3) Pole odpływowe (profil 4) Pole silnikowe (profil 5) Pole transformatorowe (profil 6) Rys. 1. Pola rozdzielni sieci SN, w których może pracować badane urządzenie MUPASZ 7.U1 8

9 3.1 Opis funkcji dostępnych w urządzeniu MUPASZ 7.U1 Podczas ćwiczenia laboratoryjnego zostaną wykonane badania urządzenia MUPASZ 7.U1 współpracującego z polem linii odpływowej (profil 4). Niżej opisano funkcje zabezpieczeniowe i automatyki dostępne w tym polu. Należy zwrócić uwagę na fakt, że każda dostępna funkcja w polu aby działała musi być wcześniej uaktywniona. Ponadto programowaniu podlega m.in. sposób działania danej funkcji zabezpieczeniowej. Wynikiem zadziałania danej funkcji (o ile w opisie nie podano inaczej) są: sygnalizacja (sygnał UP), wyłączenie pola (sygnał na otwarcie wyłącznika) lub wyłączenie z blokadą (po wyłączeniu pojawia się sygnał AW i zaczyna migać dioda AWARIA na płycie czołowej urządzenia). Dopuszczalne zakresy działania poszczególnych funkcji zabezpieczeniowych przedstawiono w rozdz. 3.3 instrukcji. Nastawy funkcji zabezpieczeniowych i automatyk urządzenia mogą być zapisane w czterech bankach nastaw. Użytkownik ma możliwość edycji i przeglądania aktualnie używanych nastaw oraz zmianę aktywnego banku. W celu przeglądania bądź edycji nastaw funkcji zabezpieczeniowych i automatyk wybranego banku urządzenia należy przy użyciu kursorów i klawiatury membranowej urządzenia przestawić kursor menu głównego na pozycję Nastawy oraz zatwierdzić wybór wciskając przycisk WYBIERZ. Spowoduje to przejście do menu z dostępnymi bankami nastaw. Poprzez wybranie opcji Informacja z tego menu użytkownik może zobaczyć, jaki bank jest aktualnie aktywny. Wszelkie zmiany parametrów działania funkcji zabezpieczeniowych i automatyk możliwe są do przeprowadzenia za pomocą klawiatury membranowej urządzenia, a w szczególności klawiszy kursorów i klawiszy WYBIERZ i ANULUJ. Dostępne w urządzeniu zabezpieczeniowym MUPASZ 7.U1 funkcje zabezpieczeniowe i automatyki podzielone są na grupy. Dana grupa funkcji zabezpieczeniowych i automatyk nie musi być dostępna dla każdego profilu (typu pola) pracy urządzenia. Poniżej zamieszczono opis funkcji zabezpieczeniowych i automatyk z grup funkcji dostępnych dla profilu nr 4 (pole odpływowe). Grupa funkcji zabezpieczeniowych od zwarć międzyfazowych Grupa ta dostępna jest we wszystkich profilach za wyjątkiem profilu 1 - pole pomiarowe. Funkcje zabezpieczeniowe składające się na tą grupę to trzy stopnie funkcji nadprądowej niezależnej zwłocznej (I>, I>>, I>>>), funkcja nadprądowa zależna (I>zal) oraz funkcja zabezpieczenia stycznika. Zwłoka działania pierwszego i drugiego stopnia funkcji nadprądowej niezależnej (I>, I>>) nie zależy od wartości prądu zakłóceniowego i jest równa nastawionej wartości zwłoki czasowej. Czas ten może zosta skrócony, kiedy w polu uaktywniona jest automatyka SPZ. Oba stopnie różnią się między sobą zakresem nastawiania wartości rozruchowej prądu. Im stopień jest wyższy tym wyższy jest początek i koniec zakresu nastawialności prądu rozruchowego funkcji. Funkcje I> i I>> mogą być ponadto przyspieszane lub opóźniane, kiedy pobudzenie ich występuje w krótkim czasie od zamknięcia wyłącznika. W celu zrealizowania tych opóźnień i przyspieszeń wprowadzono funkcję OPDZ (opóźnienie/przyspieszenie działania zabezpieczeń). Jeśli przewiduje się, że w sieci mogą wystąpić stosunkowo duże prądy rozruchowe korzystnie jest opóźnić działanie funkcji zabezpieczeniowych w sytuacji ich pobudzenia się zaraz po zamknięciu wyłącznika. Realizowane jest to poprzez ustawienie czasu T OPDZ dłuższego od czasu zwłoki działania funkcji, dla której zaznaczono opcję OPDZ. Jeśli w sieci istnieje duże ryzyko załączenia linii na zwarcie warto jest przyspieszyć działanie funkcji zabezpieczeniowych w krótkim czasie po zamknięciu wyłącznika. Realizowane jest to poprzez ustawienie czasu T OPDZ krótszego od czasu zwłoki działania funkcji, dla której wybrano opcję OPDZ. Funkcja OPDZ aktywna jest przez czas A OPDZ od zamknięcia wyłącznika w polu. Ponadto oba stopnie nadprądowe niezależne (I>, I>>) mogą działać kierunkowo w przód lub w tył, pod warunkiem występowania pomiaru napięcia na poziomie większym niż 2% napięcia znamionowego. 9

10 Szczególną rolę wśród funkcji zabezpieczeniowych od zwarć międzyfazowych odgrywa trzeci stopień nadprądowy niezależny (I>>>), nazywany rezerwowym odcinaczem prądowym. Poza tym, że jest to normalnie działająca funkcja nadprądowa niezależna, może ona również działać przy braku napięcia zasilającego urządzenie. Funkcja ta nie jest przyspieszana ani opóźniana przez funkcję OPDZ lub automatykę SPZ. Aby wyłącznik w polu został otwarty pomimo braku zasilania urządzenia MUPASZ 7.U1 wymagane jest zainstalowanie drugiego źródła zasilania, z którego podawane jest napięcie pomocnicze na wyjścia dwustanowe urządzenia. Funkcja zabezpieczeniowa nadprądowa zależna (I>zal) może działać z sześcioma typami charakterystyk rozruchowych. Dostępne są charakterystyki opracowane przez producenta (ITR): stroma oraz bardzo stroma, a także charakterystyki opracowane zgodnie z normami IEC: zależna (ang. standard inverse), bardzo zależna (ang. very inverse), ekstremalnie zależna (ang. extremely inverse) oraz zależna o wydłużonym czasie zwłoki (ang. long time inverse). W przypadku funkcji nadprądowej zależnej czas zadziałania funkcji zależy od wybranego typu charakterystyki, wartości prądu zakłócenia oraz ustawionej zwłoki działania. Czas ten wyraża się wzorem (1). T β T Z = (1) α I 1 I r gdzie: T Z czas zadziałania funkcji zabezpieczeniowej [s]; T ustawiona zwłoka działania funkcji [s]; I zmierzona przez urządzenie wartość skuteczna prądu sieci (maksimum z trzech faz) [A]; I r ustawiony prąd rozruchowy funkcji zabezpieczeniowej [A]; α, β współczynniki definiujące kształt charakterystyki działania funkcji zabezpieczeniowej [6]. Typ charakterystyki rozruchowej określany jest na podstawie współczynników α i β, których zestawienie pokazano w tab. 7. Tab. 7. Zestawienie wartości współczynników charakterystyk rozruchowych funkcji nadprądowej zależnej urządzenia MUPASZ 7.U1, wg [1] Nazwa Współczynniki charakterystyki w Nazwa charakterystyki programie DELFIN α β Stroma Stroma, wg ITR 1 9 bardzo stroma Bardzo stroma, wg ITR 2 99 zależna_iec Zależna (Standard Inverse), wg IEC 0,02 0,14 bardzo zal._iec Bardzo zależna (Very Inverse), wg IEC 1 13,5 ekst. zal._iec Ekstremalnie zależna (Extremely Inverse), wg IEC 2 80 zal. wyd. czas_iec Zależna o wydłużonym czasie działania (Long Time Inverse), wg IEC Działanie funkcja (I>zal) może zostać przyspieszone przez automatykę SPZ i funkcję OPDZ. Ponadto może ona działać kierunkowo W przód lub W tył, pod warunkiem występowania pomiaru napięcia na poziomie większym niż 2% napięcia znamionowego międzyfazowego). Funkcjia zabezpieczenia stycznika może być wykorzystana jeśli zostanie wybrany stycznik jako łącznik główny w polu i aktywna jest funkcjia I>>>. Działanie funkcji zabezpieczenia stycznika polega na ustawieniu blokady otwierania stycznika w polu jeśli prąd przepływający przez nie jest większy od wartości prądu granicznego tej funkcji (otwarcie stycznika w trakcie przepływu dużego prądu mogło by go zniszczyć). W takiej sytuacji z pola, w którym funkcja zabezpieczenia stycznika jest aktywna zostanie wysłany sygnał Zdalne OW do pola zasilającego sekcji rozdzielnicy, który powinien spowodować otwarcie wyłącznika w tym polu. Grupa funkcji zabezpieczeniowych od zwarć doziemnych Grupa ta dostępna jest w profilach nr 2; 4; 5 i 6. Funkcje zabezpieczeniowe składające się na tą grupę to funkcja: (a) nadprądowa ziemnozwarciowa (I 0 >), (b) nadprądowa ziemnozwar- 10

11 ciowa kierunkowa (I 0 k>) oraz (c) funkcja admitancyjna (Y 0 >). Funkcje ziemnozwarciowe mogą wykorzystywać wartość składowej zerowej prądu otrzymanej z przekładnika Ferrantiego lub przekładników połączonych w układ Holmgreena. Urządzenie posiada dwa wejścia przewidzian do pomiaru składowej zerowej prądu. Przed przystąpieniem do wprowadzania nastaw funkcji ziemnozwarciowych należy określić typ przekładnika ziemnozwarciowego w polu (I 0 C oznacza przekładnik Ferrantiego, a I 0 D przekładniki połączone w układ Holmgreena). Wszelkie nastawienia funkcji ziemnozwarciowych odnoszą się do pierwotnego prądu I 0n określanego jako prąd znamionowy strony pierwotnej przekładników tworzących układ Holmgreena lub 0,1 prądu znamionowego strony pierwotnej przekładnika Ferrantiego. Pomiar składowej zerowej napięcia (U 0 ) powinien pochodzić z przekładnika o jednym z uzwojeń wtórnych połączonym w otwarty trójkąt. Funkcja ziemnozwarciowa nadprądowa (I 0 >) jest funkcją niezależną, której działanie wywołane jest przekroczeniem wartości rozruchowej składowej zerowej prądu pochodzącej z wybranego typu wejścia. Funkcja nadprądowa znajduje zastosowanie w sieciach z izolowanym punktem neutralnym i uziemionych przez rezystor. W sieci skompensowanej jej działanie może być mało pewne z racji niskiego poziomu składowej zerowej prądu po kompensacji. Funkcja nadprądowa nie może być wykorzystywana dla sieci, w których występują duże dysproporcje w długościach linii odpływowych, co powoduje duże różnice pojemności doziemnych linii. Sytuacja taka może wywoływać nieselektywne działanie funkcji. Funkcja ziemnozwarciowa nadprądowa kierunkowa (I 0 k>) może działać z charakterystyką kątową sinusową lub kosinusową, w zależności od typu sieci, w jakiej pracuje. Typ charakterystyki określany jest poprzez przyjęcie kąta maksymalnej czułości α (α = charakterystyka kosinusowa, α = charakterystyka sinusowa). Wartość składowej zerowej prądu potrzebna do pobudzenia tej funkcji zależy od kąta między składowymi zerowymi prądu i napięcia sieci. Charakterystyka funkcji opisana jest wzorem (2). I m I r = cos( α + ϕ ) (2) 0 a) Prąd I m jest to prąd maksymalnej czułości funkcji będący jednocześnie prądem rozruchowym przy przesunięciu kątowym składowej zerowej prądu i napięcia równym kątowi maksymalnej czułości α. Kąt φ 0 jest to aktualnie zmierzone przesunięcie pomiędzy składowymi zerowymi prądu i napięcia. Uzyskane na podstawie powyższego wzoru przykładowe charakterystyki kątowe działania funkcji I 0 k> zamieszczono na rys. 2. I r Obszar działania b) I r Obszar działania I m 0 0 Obszar blokowania I m Obszar blokowania Rys. 2. Charakterystyki kątowe działania funkcji nadprądowej ziemnozwarciowej kierunkowej urządzenia zabezpieczeniowego MUPASZ 7.U1: a) charakterystyka sinusowa (α = 0 0 ); b) charakterystyka kosinusowa (α = 90 0 ), I m - prąd maksymalnej czułości funkcji I 0 k> Funkcję działającą z charakterystyką kosinusową wykorzystuje się w sieciach uziemionych przez rezystor lub kompensowanych pracujących z automatyką AWSC. 11

12 Natomiast działającą z charakterystyką sinusową wykorzystuje się w sieciach izolowanych. Funkcja ta posiada dodatkowe kryterium zerowonapięciowe. Polega ono na blokowaniu działania funkcji I 0 k> jeśli pomiar składowej zerowej napięcia jest niższy od ustawionego progu rozruchowego kryterium napięciowego. Funkcja admitancyjna (Y 0 >) oparta jest na wyznaczaniu admitancji zerowej linii zabezpieczanej. Admitancji zerowa jest to stosunek modułów składowych zerowych prądu i napięcia. Możliwe jest również działanie funkcji na podstawie pomiaru susceptancji lub konduktancji linii (części urojonej lub rzeczywistej admitancji). Tak, więc aby działanie tej funkcji było możliwe musi być realizowany pomiar składowej zerowej prądu i napięcia. Nastawą tej funkcji są oddzielne wartości admitancji, susceptancji oraz konduktancji rozruchowej. Dzięki zastosowaniu takiego rozwiązania użytkownik może dowolnie budować charakterystykę rozruchową na płaszczyźnie zespolonej admitancji B 0 (G 0 ). Ponadto działanie funkcji może być kierunkowe, co jeszcze lepiej pozwala dopasować kształt charakterystyki działania do warunków występujących w sieci. Przykładowe charakterystyki działania zamieszczono na rys. 3. Jeśli użytkownik chce, aby funkcja realizowała tylko charakterystykę admitancyjną, powinien wprowadzić odpowiednio wyższe nastawy konduktancji i susceptancji rozruchowych. W taki sam sposób należy postępować przy nastawianiu charakterystyk konduktancyjnych i susceptancyjnych. Funkcja Y 0 > posiada dodatkowe kryterium zerowonapięciowe. Polega ono na blokowaniu jej działania, jeśli pomiar składowej zerowej napięcia jest niższy od ustawionego progu rozruchowego kryterium napięciowego. a) b) c) B 0 B 0 B 0 Y 0r Y 0r B 0r -G 0r G 0r Y 0r G 0 G 0 -B 0r G 0 d) e) f) B 0 B 0 B 0 Y 0r B 0r G 0r B 0r Y 0r G 0 G 0 Y 0r G 0r G 0 Rys. 3. Przykładowe charakterystyki działania ziemnozwarciowej funkcji admitancyjnej urządzenia zabezpieczeniowego MUPASZ 7.U1; charakterystyka: a) admitancyjna; b) admitancyjno konduktancyjna; c) admitancyjno susceptancyjna; d) admitancyjno susceptancyjna kierunkowa w przód ; e) admitancyjno konduktancyjna kierunkowa w przód ; f) admitancyjno konduktancyjno - susceptancyjna kierunkowa w przód. Obszar działania zakreskowano Grupa funkcji napięciowych Grupa ta dostępna jest we wszystkich profilach konfiguracyjnych. Funkcje zabezpieczeniowe składające się na tą grupę to funkcja nadnapięciowa niezależna U>, 12

13 ponapięciowa niezależna U< oraz nadnapięciowa niezależna reagująca na składową zerową napięcia sieci U 0 > (funkcja ta niedostępna jest w profilu 3 - pole łącznika szyn). Jako, że wszystkie funkcje napięciowe są niezależne, ich zwłoka działania nie zależy od wartości napięcia sieci, a jedynie od wprowadzonej nastawy zwłoki działania. Funkcje U> i U< kontrolują wartość napięć międzyfazowych sieci. Funkcja U< jest nieaktywna przy otwarty łączniku w polu. Funkcja U 0 > reaguje na wzrost wartości składowej zerowej napięcia. Jeśli działanie tej funkcji ustawione będzie w polu pomiarowym na sygnalizację, a sygnał ten wyprowadzony zostanie na jedno z wyjść dwustanowych urządzenia, można będzie w prosty sposób zrealizować automatykę AWSC w rozdzielni. Ponadto oddzielny sygnał o pobudzeniu tej funkcji może posłużyć do podania pomiaru składowej zerowej napięcia na szynę okrężną do pozostałych sterowników w rozdzielni. Wykorzystywane jest to jeśli pomiar składowej zerowej napięcia realizowany jest tylko w polu pomiarowym. Funkcja ta jest niedostępna w polu łącznika szyn (profil 3). Grupa funkcji zabezpieczeniowych specjalnych Funkcje zabezpieczeniowe składające się na tą grupę to sześć funkcji technologicznych (w tym zabezpieczenie łukochronne i przekaźnik z podtrzymaniem), technologiczne zabezpieczenie od wzrostu ciśnienia w komorze przyłączeniowej (p>) oraz zabezpieczenie od przekroczenia prądu skumulowanego wyłącznika (ΣI). Zabezpieczenia technologiczne reagują na pojawienie się stanu wysokiego na powiązanym z danym zabezpieczeniem technologicznym wejściu dwustanowym urządzenia MUPASZ 7.U1. Działanie tych funkcji jest zwłoczne. Takie same działanie realizuje funkcja zabezpieczeniowa od wzrostu ciśnienia w komorze przyłączeniowej i od wzrostu ciśnienia w komorze wyłącznikowej. Działanie wszystkich funkcji technologicznych może być ustawione na sygnalizację, wyłączenie i wyłączenie z blokadą. Jako że pobudzenie się zabezpieczeń technologicznych świadczy zwykle o dużej awarii zabezpieczanego urządzenia, zaleca się wybranie działania tych funkcji na wyłączenie z blokadą. W tej grupie zabezpieczeń dostępne są również funkcje zabezpieczeniowe temperaturowe, które pobierają sygnał o temperaturze z czujników typu PT 100 zainstalowanych w odpowiednich miejscach zabezpieczanego obiektu. Do działania funkcji tego typu wymagana jest instalacja w urządzeniu MUPASZ 7.U1 dodatkowej karty przetwornikowej przeznaczonej do współpracy z czujnikami temperatury. Specjalna funkcja zabezpieczeniowa od przekroczenia wartości rozruchowej prądu skumulowanego wyłącznika (ΣI), nadzoruje stopień zużycia wyłącznika zainstalowanego w polu, na podstawie sumy prądów, jakie on wyłączył. Sumowanie prądów odbywa się osobno dla każdej z faz. Jeśli w którejkolwiek z faz silnika wystąpi przekroczenie wartości rozruchowej to funkcja ta zadziała bezzwłocznie na pobudzenie sygnalizacji UP lub na blokadę zamknięcia wyłącznika. Kasowanie stanu liczników prądów skumulowanych możliwe jest jedynie z poziomu oprogramowania DELFIN. Powinno być ono wykonane po wymianie lub remoncie wyłącznika w polu. Automatyka lokalnej rezerwy wyłącznikowej (LRW) Automatyka LRW działa w trybie nadrzędnym, jeśli w polu odpływowym (pole linii odpływowej) zostanie ona uaktywniona i zadziała funkcja zabezpieczeniowa (np. nadprądowa) z ustawioną opcją automatyki LRW na otwarcie wyłącznika. Jeśli wyłącznik w polu odpływowym nie otworzy się w określonym w nastawie automatyki czasie, to automatyka wystawia na powiązane z nią wyjście dwustanowe sygnał o pobudzeniu automatyki LRW. Sygnał ten powinien być przekazany do pól zasilających i łącznika szyn zbiorczych (rys. 4). Jeśli w polu zasilającym lub polu łącznika szyn aktywna jest opcja automatyki LRW zewnętrzne, to będzie ona działała w tym polu w trybie wykonawczym. Oznacza to, że jeśli na wejściu dwustanowym sterownika powiązanym z automatyką pojawi się stan wysoki, 13

14 świadczący o pobudzeniu członu nadrzędnego automatyki w jednym z pól odpływowych, to wyłącznik w polu zasilającym zostanie bezzwłocznie otwarty, wyłączając tym samym zasilanie zwarcia widzianego w uszkodzonym polu odpływowym. Sposób wymiany informacji pomiędzy sterownikami zainstalowanymi w polach rozdzielni SN, dla zrealizowania automatyki LRW przedstawiono na rys. 4. Pole zasilające (profil 2) We: Otwarcie od LRW I Pole lącznika szyn (profil 3) We: Otwarcie od LRW I We: Otwarcie od LRW II Wy: Pobudzenie LRW Pole zasilające (profil 2) We: Otwarcie od LRW II Pole odpywowe (profil 4) Pole odpywowe (profil 4) Pole odpywowe (profil 4) Pole odpywowe (profil 4) Wy: Pobudzenie LRW Wy: Pobudzenie LRW Wy: Pobudzenie LRW Wy: Pobudzenie LRW Rys. 4. Przykładowy układ połączeń między sterownikami wykorzystywany do realizacji automatyki LRW Automatyka zabezpieczenia szyn zbiorczych (ZS) Automatyka ta nie występuje jako oddzielna grupa nastaw urządzenia. Jej realizacja polega na właściwym skonfigurowaniu funkcji zabezpieczeniowych I>> w polu odpływowym i zasilającym lub polu łącznika szyn oraz na odpowiedniej konfiguracji połączeń potrzebnych do przekazywania sygnałów pobudzeń funkcji I>> z pola odpływowego do pola zasilającego lub pola łącznika szyn. Działanie automatyki ZS polega na blokowaniu działania funkcji zabezpieczeniowych w polu zasilającym lub polu łącznika szyn, jeśli zwarcie widziane jest przez funkcje zabezpieczeniowe w polu odpływowym (zwarcie występuje w sieci). Jeśli zwarcie wystąpi w rozdzielni, a w szczególności na jej szynach, zabezpieczenia linii odpływowej (pole odpływowe) nie zobaczą tego zwarcia. Będzie ono widziane jedynie w polach zasilających i polach łączników szyn zbiorczych. Jeśli rozdzielnica jest dwusekcyjna lub wielosekcyjna i łącznik szyn (sprzęgło) jest otwarty, automatyka działa tak samo jak w przypadku rozdzielni jednosekcyjnej. Jeśli rozdzielnia jest dwusekcyjna lub wielosekcyjna i łącznik szyn (sprzęgło) jest zamknięty, to zwarcie w linii odpływowej w drugiej sekcji szyn powoduje blokowanie funkcji I>> zarówno w polu zasilającym pierwszej sekcji, jaki i w polu łącznika szyn zbiorczych (przyjęto że pole zasilające drugiej sekcji jest odstawione). Jeśli zwarcie wystąpi na szynach drugiej sekcji, powinno ono być otwarte przez funkcję I>> w polu łącznika szyn. Pobudzenie się tej funkcji w tym polu spowoduje zablokowanie działania funkcji I>> w polu zasilającym. Aby zablokować działanie funkcji I>> w polu zasilającym należy powiązać jedno z wejść dwustanowych powiązanych z portem 1 Blokada zewnętrzna. Na to wejście należy podać sygnały z wyjść dwustanowego sterowników z pól odpływowych powiązanego z sygnałem pobudzenia funkcji I>>. W przypadku pola łącznika szyn, jako że w rozdzielni, przy 1 ) Nazwą port określa się bit flagi, który może być powiązany z dowolnym fizycznym wejściem dwustanowym (port wejściowy) lub fizycznym wyjściem dwustanowym (port wyjściowy) urządzenia MUPASZ 7.U1. Stan wysoki na wejściu ustawia wartość powiązanego z nim portu wejściowego na 1 ( prawda ). Stan wysoki na wyjściu świadczy, że powiązany z nim port ma wartość 1 ( prawda ). Powiązanie portów z wejściami i wyjściami dwustanowymi można ustawić w programie konfiguracyjnym DELFIN. 14

15 zamkniętym sprzęgle może pracować pole zasilające sekcji pierwszej lub drugiej, należy na wejście dwustanowe powiązane z portem Blokada zewnętrzna sterownika w polu sprzęgła, podać sygnały o pobudzeniu zabezpieczeń w polach odpływowych całej rozdzielni. Ponadto, tak jak to miało miejsce w przypadku pola odpływowego tak i teraz należy wyprowadzić na jedno z wyjść dwustanowych sterownika łącznika szyn sygnał o pobudzeniu funkcji I>> i doprowadzić go do wejść dwustanowych sterowników obu pól zasilających rozdzielni, (konkretnie na ich wejścia dwustanowe powiązane z portem Blokada zewnętrzna - Łącznik szyn ). Należy pamiętać o tym, aby sygnał doprowadzony do pola łącznika szyn informujący o pobudzeniu funkcji I>> był doprowadzany tylko wtedy, gdy łącznik szyn jest zamknięty (należy wykorzystać do tego jego normalnie otwarte styki pomocnicze). Pozwoli to uniknąć blokowania działania funkcji I>> w polu zasilającym, gdy wystąpi zwarcie w drugiej sekcji szyn (w odpływie lub na szynach). Sposób wymiany informacji pomiędzy sterownikami w polach rozdzielni, w celu zrealizowania automatyki ZS przedstawiono na rys. 5. W układzie założono rozdzielnię dwusekcyjną. We: Blokada zewnętrzna - łącznik szyn We: Blokada zewnętrzna Pole zasilające (profil 2) Pole lącznika szyn (profil 3) Wy: Pobudzenie I>> We: Blokada zewnętrzna We: Blokada zewnętrzna - łącznik szyn We: Blokada zewnętrzna Pole zasilające (profil 2) Pole odplywowe (profil 4) Wy: Pobudzenie I>> Pole odplywowe (profil 4) Wy: Pobudzenie I>> Pole odplywowe (profil 4) Wy: Pobudzenie I>> Pole odplywowe (profil 4) Wy: Pobudzenie I>> Rys. 5. Przykładowy układ połączeń między sterownikami wykorzystywany do realizacji automatyki ZS Automatyka samoczynnego częstotliwościowego odciążenia (SCO) Automatyka ta dostępna jest w profilach: pola pomiarowego, odpływowego, silnikowego oraz transformatorowego. Działanie tej automatyki jest zależna od typu pola, w jakim pracuje zabezpieczenie. Jeśli pracuje ona w polu pomiarowym jej działanie polega na pomiarze częstotliwości napięcia sieci pracuje człon nadrzędny automatyka. W związku z tym określane są dwa częstotliwościowe progi rozruchowe automatyki oraz dwie zwłoki czasowe. Jeśli częstotliwość sieci obniży się poniżej pierwszego progu rozruchowego i stan taki utrzyma się dłużej niż wynosi pierwszy czas zwłoki, informacja o tym podawana jest na wyjście dwustanowe sterownika powiązane z portem Wystawienie sygnału SCO I. W taki sam sposób informacja o przekroczeniu drugiego progu podawana jest na wyjście powiązane z portem Wystawienie sygnału SCO II. Sygnały te powinny być przekazane do pól typu odpływowego, silnikowych lub transformatorowych, które zostały uznane za mniej ważne odbiory. Jako że a członie nadrzędnym automatyki występują dwa progi rozruchowe można mniej ważne odbiory dodatkowo podzielić na te wyłączane pierwszym sygnałem i drugim sygnałem SCO. W polach innych niż pomiarowe, w których może pracować automatyka SCO, realizuje ona funkcję wykonawczą steruje wyłącznikiem w polu na otwarcie, jeśli do wejścia dwustanowego powiązanego z portem I stopień SCO lub II stopień SCO sterownika w 15

16 polu, dojdzie sygnał o pobudzeniu automatyki SCO z pola pomiarowego. Otwarcie wyłącznika powinno nastąpić bezzwłocznie po pojawieniu się stanu wysokiego na tym wejściu. Niezależnie od tego, w jakim typie pola pracuje automatyka SCO, aby była ona aktywna na wejściu dwustanowym sterowników powiązanym z portem SCO czynne musi pojawić się stan wysoki. Sygnał ten może pochodzić z systemu sterowania i nadzoru. Ponadto automatyka SCO realizuje cykl SPZ po SCO który to powoduje ponowne zamknięcie wyłącznika w polach wyłączonych przez automatykę. Sygnał SPZ po SCO wystawiany jest z wyjścia dwustanowego sterownika w polu pomiarowym, jeśli zmierzona częstotliwość napięcia powróci do wartości większej niż nastawiona częstotliwość f SPZ. Jeśli ma to miejsce to z pola pomiarowego wystawiany jest sygnał SPZ po SCO, który powinien być podany na wejścia dwustanowe sterowników w polach odpływowych, silnikowych i transformatorowych powiązane z portem SPZ po SCO. Wyłączniki w tych polach zostaną zamknięte po dodatkowym czasie Tzam, ustawianym w każdym polu z osobna. Pozwala to na stopniowe ponowne załączanie, a tym samym na uniknięcie ponownego rozruchu automatyki SCO. Sposób wymiany informacji pomiędzy sterownikami w polach rozdzielni, dla zrealizowania automatyki ZS widoczny jest na rys. 6. Pole zasilające (profil 2) Pole odpywowe (profil 4) We: I stopień SCO We: II stopień SCO We: SPZ po SCO Pole odpywowe (profil 4) We: I stopień SCO We: II stopień SCO We: SPZ po SCO Pole odpywowe (profil 4) We: I stopień SCO We: II stopień SCO We: SPZ po SCO Pole pomiarowe (profil 1) Wy: Wystawienie sygnału SCO I Wy: Wystawienie sygnału SCO II Wy: SPZ po SCO 16 Rys. 6. Przykładowy układ połączeń między sterownikami wykorzystywany do realizacji automatyki SCO Automatyka samoczynnego ponownego załączenia (SPZ) Działanie tej automatyki wywoływane jest zadziałaniem funkcji zabezpieczeniowych, dla których podczas konfiguracji wybrano opcję Pobudzenie SPZ. Po otwarciu wyłącznika w danym polu na skutek zadziałania funkcji zabezpieczeniowej, rozpoczyna się odliczanie przerwy bezprądowej automatyki SPZ. Po upływie tego czasu wyłącznik w tym polu zostaje ponownie zamknięty. Jeśli w czasie przerwy bezprądowej zwarcie przeminęło to pole odpływowe będzie dalej pracowało poprawnie - wyłącznik w polu pozostanie zamknięty, a cykl SPZ będzie udany. Jeśli zwarcie nie przeminie wyłącznik w polu zostanie ponownie otwarty po czasie zwłoki czasowej działania funkcji zabezpieczeniowej. Opisany cykl jest cyklem jednokrotnym udanym SPZ. Możliwe są cykle jednokrotne WZ i WZW (W - wyłącz; Z - załącz). Automatyka SPZ realizowana przez urządzenia MUPASZ 7.U1 może być również dwu i trzykrotna. Możliwe będą, zatem również cykle WZWZ i WZWZW dla cyklu dwukrotnego SPZ oraz WZWZWZ i WZWZWZW dla cyklu trzykrotnego SPZ. Dodatkowo automatyka SPZ umożliwia przyspieszanie działania funkcji zabezpieczeniowych pobudzających działanie automatyki SPZ. Przyspieszenie może nastąpić na początku cyklu - przy pierwszym otwarciu wyłącznika. W takim przypadku funkcja podudzająca automatykę SPZ zadziała bezzwłocznie. Przyspieszenie działania automatyki SPZ może też nastąpić na końcu nieudanego cykl. W takim przypadku jeśli po zamknięciu wyłącznika w ostatniej części cyklu SPZ, zwarcie dalej trwa to, funkcja która wywołała automatykę SPZ zadziała bezzwłocznie (o ile nadal utrzymały się warunki do jej rozruchu).

17 W obu przypadkach aktywacja opcji przyspieszenia działania funkcji zabezpieczeniowej jest korzystna, bo skraca czas przepływu prądu zakłóceniowego. 3.2 Obsługa badanego urządzenia MUPASZ 7.U1 Zdalna komunikacja z urządzeniem MUPASZ 7.U1 przy wykorzystaniu programu DELFIN Urządzenie MUPASZ 7.U1 jest przystosowane do współpracy z oprogramowaniem DELFIN. Do pracy z tym oprogramowaniem przewidziano łącze szeregowe RS232 umieszczone na płycie czołowej urządzenia (rys. 7). Za pomocą tego łącza urządzenie MUPASZ 7.U1 przekazuje wszystkie informacje bieżące o stanie pola, w którym jest zainstalowany. Można również odbierać zdalne polecenia zamknięcia lub otwarcia wyłącznika. Urzytkownik oprogramowania DELFIN może obserwować na monitorze komputera PC stan elementów pola (stan łączników), w którym zainstalowane jest urządzenie MUPASZ 7.U1. Rys. 7. Widok płyty czołowej urządzenia MUPASZ 7.U1 Może zmieniać nastawienia funkcji zabezpieczeniowych, uaktywniać lub dezaktywować automatyki, synchronizować zegar wewnętrzny z zegarem systemu komputera PC, oglądać zawartości dziennika zdarzeń, odczytywać wykonane rejestracje zakłóceń i zmieniać konfigurację urządzenia MUPASZ 7.U1. Rys. 8. Widok okna głównego oprogramowania DELFIN Po uruchomieniu programu DELFIN poprzez dwukrotne klikniecie lewym przyciskiem myszy na plik o nazwie APP_DELFiN.exe i pojawieniu się jego okna głównego (rys. 8), należy wybrać z paska narzędzi ikonę i załogować się jako ADMIN (podając hasło ADMIN). Po zalogowaniu się należy skomunikować się z badanym urządzeniem poprzez wybranie ikony z paska narzędzi. W nowo otwartym oknie komunikacji (rys. 9) po pojawieniu się nazwy urządzenia (MUPASZ 7.U1) należy dwukrotnie kliknąć na nią lewym przyciskiem myszy, co wywoła autokonfigurację programu do pracy z urządzeniem i odczyt danych urządzenia. Po wykonaniu tych czynności oprogramowanie DELFIN gotowe jest do współpracy z urządzeniemmupasz 7.U1. W celu wydania polecenia sterowniczego na otwarcie wyłącznika w polu, należy wybrać z okna menu głównego (rys. 8) programu pole Zasoby, a następnie Stany. W nowym oknie należy nacisnąć czarną strzałkę przy ikonie na pasku narzędziowym okna Stany. Następnie z rozwiniętego menu należy wybrać pole Otwórz wyłącznik, następnie pole Pierwszy. Spowoduje to wyświetlenie komunikatu z prośbą o zatwierdzenie operacji sterowniczej, na którym to należy kliknąć na pole Tak. Spowoduje to otwarcie wyłącznika i wyświetlenie potwierdzenia. W taki sam sposób odbywają się wszystkie inne operacje sterownicze przy wykorzystaniu okna Stany oprogramowania DELFIN. W celu dokonania uaktywnienia odpowiednich funkcji zabezpieczeniowych i automatyk, dokonania zmian wartości znamionowych, w nastawieniach przekładników prądowych i napięciowych oraz dokonania zmian w nastawieniach funkcji należy wybrać z okna menu 17

18 głównego (rys. 8) programu pole Zasoby, a następnie Nastawy. Wywoła to okno nastaw, przedstawione na rys. 10. Rys. 9. Widok okna komunikacji ze sterownikiem oprogramowania DELFIN Rys. 10. Widok okna Nastawy oprogramowania DELFIN W celu zmiany nastawień np. funkcji zabezpieczenia admitancyjnego Y 0 > należy z otwartego okna Nastawy (rys. 10) wybrać zakładkę Ziemnozwarciowe, zawierającą nastawy funkcji zabezpieczeniowych od skutków zwarć doziemnych. W zakładce tej należy wprowadzić porządane nastawienia wartości admitancji (Y 0 ), susceptancji (B 0 ) i konduktancji (G 0 ) rozruchowych, czasu zwłoki działania, wartości napięciowego progu działania, a także należy aktywować działanie funkcji. Po wprowadzeniu jakichkolwiek zmian nastawień lub konfiguracji urządzenia należy przesłać te zmiany do urządzenia. W tym celu należy naciśnąć ikonę paska narzędziowego okna, wskazać bank (grupę) nastaw i zatwierdzić operację. Powyższy opis nie wyczerpuje w pełni możliwości programu DELFIN. Ma on na celu jedynie pokazanie podstaw wykorzystania programu, który jest niezbędny do poprawnego wykonania ćwiczenia. Klawiatura membranowa urządzenia Na płycie czołowej urządzenia (rys. 7) znajduje się wyświetlacz LCD, kolumna diod sygnalizacyjnych: ZASILANIE, TESTY, AW, UP, BLOKADA, cztery diody programowalne oraz klawiatura membranowa. Wyświetlacz LCD umożliwia wizualizację stanu łączeników wybranego pola, wyświetlanie pomiarów, wyświetlanie informacji o zadziałaniu danej funkcji zabezpieczeniowej (data, czas, rodzaj zdarzenia, parametry zdarzenia), wyświetlanie informacji o ostatnich zdarzeniach zapisanych w dzienniku zdarzeń, wyświetlanie stanu blokad zamykania wyłącznika w polu oraz prezentacje innych danych związanych z pracą sterownika MUPASZ 7.U1 w polu. Klawiatura membranowa na płycie czołowej urządzenia MUPASZ 7.U1 składa się z czterech przycisków oraz przycisków ANULUJ, WYBIERZ, INNE FUNKCJE, KASUJ. Przyciski te pozwalają na przemieszczanie się po menu urządzenia, edycję parametrów urządzenia, zatwierdzanie i odrzucanie wprowadzonych zmian, obsługę rejestratora zakłóceń oraz kasowanie sygnalizacji i blokad. 3.3 y charakterystyczne urządzenia Podczas ćwiczenia laboratoryjnego zostaną wykonane badania urządzenia MUPASZ 7.U1 współpracującego z polem odpływowym (linii odpływowej, profil 4). W tabeli 8 zestawiono zakresy nastawcze parametrów nominalnych urządzenia pracującego z ustawionym profilem 4. W tabelach 9 i 10 opisano funkcje zabezpieczeniowe i automatyki możliwe do 18

19 uaktywnienia w profilu 4. Podano ich zakresy nastawcze oraz dokładności wartości rozruchowych i czasów działania. Tab. 8. Zestawienie zakresów nastawczych parametrów nominalnych urządzenia MUPASZ 7.U1, wg [6] Nominały Profil [Okno wyboru] 1, 2, 3, 4, 5, 6 Znamionowy prąd strony wtórnej przekładników prądowych w polu (prądowych obwodów 1 A wejściowych urządzenia) I 2N [A] Znamionowy prąd strony pierwotnej przekładników prądowych w polu I 1N [A] A, co 1 A Znamionowe napięcie strony pierwotnej przekładników napięciowych w polu U 1N [V] V, co 1 V Znamionowe napięcie strony wtórnej przekładników napięciowych w polu (napięciowych obwodów 100 V wejściowych urządzenia) U 2N [V] Przekładnik I 0 (znamionowy prąd wejścia I przeznaczonego do współpracy z Przekładnikiem I 0 ) 0 C = 0,1 A (dla przekładnika Ferrantiego) I [Pole monolisty] 0 D = 1 A (dla układu Holmgreena) Przekładnia Przekładnika I 0 - p 0 [A/A] A/A, co 1 A/A Prąd I 0N [A] [Wartość wyznaczana automatycznie] (p 0 *I 0 C) A lub (p 0 *I 0 D) A Prąd bazowy I B [I N ] (tylko profil 5) 0,20 1,20 I N, co 0,01 I N Przekładniki napięciowe (wyposażenie pola) [Pole multilisty] PU0; PU12; PU23 Przekładniki prądowe (wyposażenie pola) [Pole multilisty] PI0; PI1; PI2; PI3 Tabl. 9. Zestawienie zakresów nastawczych funkcji zabezpieczeniowych urządzenia MUPASZ 7.U1 dostępnych w profilu 4 (pole odpływowe), wg [6] Funkcja zabezpieczeniowa nadprądowa niezależna - pierwszy stopeń (I>) Aktywność; Zewnętrzne blokowanie; LRW; OPDZ; Zdarzenie 2 Kierunkowość [Pole monolisty] Niekierunkowe; W przód; W tył Działanie [Pole monolisty] Wyłączenie; Wyłączenie z blokadą; Sygnalizacja UP Prąd rozruchowy I r [I N ] 0,20 10,00 I N, co 0,01 I N Czas zwłoki T [s] 0,00 50,00 s, co 0,01 s Czas opóźnienia/przyspieszenia działania T OPDZ [s] 0,00 10,00 s, co 0,01 s < 35 ms Funkcja zabezpieczeniowa nadprądowa niezależna - drugi stopień (I>>) Aktywność; Zewnętrzne blokowanie; LRW; OPDZ; Zdarzenie 2 Kierunkowość [Pole monolisty] Niekierunkowe; W przód; W tył Działanie [Pole monolisty] Wyłączenie; Wyłączenie z blokadą; Sygnalizacja UP Prąd rozruchowy I r [I N ] 2,00 30,00 I N, co 0,01 I N Czas zwłoki T [s] 0,00 50,00 s, co 0,01 s Czas opóźnienia/przyspieszenia działania T OPDZ [s] 0,00 10,00 s, co 0,01 s < 35 ms Funkcja zabezpieczeniowa nadprądowa niezależna - trzeci stopień rezerwowy odcinacz prądowy (I>>>) Aktywność [Pole monolisty] Aktywna; Nieaktywna Działanie [Pole monolisty] Wyłączenie Prąd rozruchowy I r [I N ] 5,00 50,00 I N, co 0,1 I N Czas zwłoki T [s] 0,00 2,00 s, co 0,01 s 19

20 Czas impulsu na otwarcie wyłącznika przy sterowaniu lokalnym T impuls lokalny [s] 0,10 2,00 s, co 0,01 s Czas impulsu na otwarcie wyłącznika przy sterowaniu zdalnym T impuls zdalny [s] 0,10 2,00 s, co 0,01 s 30 ms 20 Funkcja zabezpieczeniowa nadprądowa zależna (I>zal) Aktywność; Zewnętrzne blokowanie; LRW; OPDZ; Zdarzenie 2 Stroma; Bardzo stroma; Zależna_IEC; Charakterystyka [Pole monolisty] Bardzo zależna (wg IEC); Ekstremalnie zależna (wg IEC); Zależna o wydłużonym czasie działania (wg IEC) Kierunkowość [Pole monolisty] Niekierunkowe; W przód; W tył Działanie [Pole monolisty] Wyłączenie; Wyłączenie z blokadą; Sygnalizacja UP Prąd rozruchowy I r [I N ] 0,20 1,200 I N, co 0,01 I N Czas zwłoki T [s] 0,00 5,00 s, co 0,01 s Czas opóźnienia/przyspieszenia działania T OPDZ [s] 0,00 10,00 s, co 0,01 s < 35 ms Zależność na czas działania T β TZ = α I ( ) 1 Funkcja zabezpieczeniowa Zabezpieczenie stycznika Aktywność [Pole monolisty] Aktywna; Nieaktywna Prąd graniczny I gr [I N ] 5,00 50,00 I N, co 0,1 I N 30 ms Ziemnozwarciowa funkcja zabezpieczeniowa nadprądowa niezależna (I 0 >) Aktywność; Zewnętrzne blokowanie; LRW; Zdarzenie 2 Działanie [Pole monolisty] Wyłączenie; Wyłączenie z blokadą; Sygnalizacja UP Prąd rozruchowy I r [I 0N ] 0,050 1,000 I 0N, co 0,001 I 0N Czas zwłoki T [s] 0,00 50,00 s, co 0,01 s < 35 ms Ziemnozwarciowa funkcja zabezpieczeniowa nadprądowa kierunkowa (I 0 k>) Aktywność; Zewnętrzne blokowanie; LRW; Zdarzenie 2 Działanie [Pole monolisty] Wyłączenie; Wyłączenie z blokadą; Sygnalizacja UP Prąd rozruchowy I m [I 0N ] 0,050 1,000 I 0N, co 0,001 I 0N Napięcie rozruchowe U or [U N ] 0,01 1,00 U N, co 0,01 U N Kąt maksymalnej czułości α [ 0 ] , co 1 0 Czas zwłoki T [s] 0,00 50,00 s, co 0,01 s < 35 ms Ziemnozwarciowa funkcja zabezpieczeniowa admitancyjna (Y 0 >) Aktywność; Zewnętrzne blokowanie; LRW; Zdarzenie 2 Kierunkowość [Pole monolisty] Niekierunkowe; W przód; W tył I r