Przedsiębiorstwo Produkcyjne BEZPOL S.J. Ul. Partyzantów Myszków tel. 034/ do 80 ; tel. 034/ fax.

Transkrypt

1 Przedsiębiorstwo Produkcyjne BEZPOL S.J. Ul. Partyzantów Myszków tel. 034/ do 80 ; tel. 034/ fax. 034/ bezpol@bezpol.pl 1

2 Ochrona przepięciowa w sieciach SN Zagadnienia wybrane Michał Torbus listopad

3 Ograniczanie przepięć Zjawiska przepi ęciowe. Napi ęcie sieciowe Przepi ęcie dorywcze Przepi ęcie przemijające Przepi ęcie przemijające o łagodnym czole (łączeniowe) o stromym czole (atmosferyczne) fsieciowe = 50 Hz f = (nx0,1 nx100) Hz 20 s < Tp < s / T2 = s UN(sk) = 15 kv Czas trwania: sek, min, godz. Mog ą występować po niet łumione lub słabo tłumione 0,1 s < Tp < 20 s / T2 < 300 s Czas trwania t < n [ms] przepi ęciach przemijających oscylacyjne lub nieoscylacyjne, silnie t łumione 1.7 p.u. 3 3,5 p.u., < kv 60 kv 40 kv 20 kv 3

4 Sposoby ograniczania 4

5 Ograniczanie przepięć Rozładowanie fali przepięciowej w układzie: odgromnik wydmuchowy (OWS) i iskiernik na transformatorze - stan prawidłowy. 1-szy stopień ochrony Poziom ochrony odgromnika OWS 18/10 zaworowego (ZnO) 2-gi stopień ochrony Poziom ochrony iskiernika na izolatorze przepust. transformatora wymagane poziomy ochrony wytrzymałość izolacji transformatora 75 / 95 kv Fala przepięciowa < 150 kv 5

6 Wyładowania atmosferyczne Drugi stopień ochrony przepięciowej jest wymagany przy zastosowaniu odgromników gazowydmuchowych. Przy braku odgromnika (w przypadku jego zniszczenia) rolę ochronną przejmowały iskierniki na izolatorach przepustowych transformatora SN/nn. (!?) 6

7 Ograniczanie przepięć wariant I - niepoprawny B A I UAB Uop C II D I - montaż ogranicznika przepięć niepoprawny. Do wartości napięcia obniżonego ogranicznika należy dodać spadek napięcia na połączeniach AB i CD Utr UCD wariant II - zalecany II - montaż ogranicznika przepięć zalecany. Na urządzeniu chronionym występuje praktycznie wartość napięcia obniżonego ogranicznika bez spadku napięcia na zbędnych połączeniach. A=B~0 C=D Uop Utr Wg danych naukowych na 1 m połączenia może wypadać do 15 kv spadku napięcia przy udarach 7

8 Wysoka wytrzymałość mechaniczna ograniczników SBK umożliwia prawidłowy montaż głowic kablowych zapewniając optymalną ochronę przeciwprzepięciową.uchwyt do prowadzenia kabli typu 3 ukb(prod.bezpol) zapewnia pewne i estetyczne zamocowanie kabli na slupie. 8

9 Wyładowania atmosferyczne B A I C II D E I - montaż ogranicznika przepięć niepoprawny. Do wartości napięcia obniżonego ogranicznika należy dodać spadek napięcia na połączeniach AB i CE II - montaż ogranicznika przepięć poprawny Do wartości napięcia obniżonego ogranicznika należy dodać spadek napięcia na połączeniach DE III - montaż ogranicznika przepięć zalecany. Na urządzeniu chronionym występuje tylko wartości napięcia obniżonego ogranicznika bez spadku napięcia na zbędnych połączeniach. Ten sposób montażu dotyczy również takich stacji jak: STSa..., ŻH..., itp. wariant I - niepoprawny UAB Uop Utr UCE wariant III - zalecany A=B~0 C=D=E Wg danych naukowych na 1 m połączenia może wypadać do 15 kv spadku napięcia przy udarach Uop Utr 9

10 OGRANICZNIK SBK - BUDOWA 10

11 Parametry techniczne, zbiorcze ograniczniki przepięć SN serii SBK Napięcie znamionowe Ur Znamionowy prąd wyładowczy Graniczny prąd wyładowczy Prostokątny udar prądowy Wytrzymałość zwarciowa Klasa rozładowania linii od 3 kv do 51 kv, 10 ka, 100 ka, (2000 s) 250 A, 20 ka, 1, Zdolność pochłaniania energii 3,4 kj/kvuc Graniczna wytrzymałość mechaniczna Wytrzymałość na skręcanie 195 Nm, Wytrzymałość na zginanie 575 Nm, Wytrzymałość na rozciąganie 3500 N 11

12 Dla sieci 15 KV z izolowanym lub skompensowanym punktem zerowym transformatora zaleca się stosowanie ogranicznika SBK 21 M o napięciu trwalej pracy 17.5 KV. 12

13 Kryteria doboru ograniczników przepięć. 13

14 Wskazówki wykonawcze Część I w zakresie OCHRONY SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH OD PRZEPIĘĆ Sieci o napięciu znamionowym od 1 do 110 kv Polskiego Towarzystwa Przesyłu i Rozdziału Energii elektrycznej Określają w rozdziale 8.1. SBK Dane dotyczące warunków eksploatacji Napięcie sieci, kv Napięcie znamionowe sieci, kv SBK 17, Wymagane parametry ograniczników 17,5 17, , w sieciach rozdzielczych - w stacjach zasilających Napięcie obniżone przy znamionowym prądzie wyładowczym nie większe niż kv Zdolność pochłaniania energii nie mniejsza niż kj/kvur 1,5 3,4 (kj/kvuc) 1,5 3,4 (kj/kvuc) (SBK-I) 393 (SBK-II) (SBK-I) (SBK-II) 993 Napięcie trwałej pracy Uc nie mniejsze niż kv Napięcie znamionowe nie mniejsze niż kv Znamionowy prąd wyładowczy nie mniejszy niż ka Droga upływu osłony izolacyjnej nie mniejsza niż mm - II strefa - III strefa

15 Dobór ograniczników przepięć maksymalne napięcie trwałej pracy Napięcie maksymalne sieci Znamionowe napięcie udarowe, piorunowe izolacji: Współczynnik bezpieczeństwa kbp Wymagany poziom ochrony ogranicznika przepięć Uop Maksymalna wielkość napięcia, przy którym spełniony jest ww. warunek Um = 17,5 kv Uip = 95 kv 1,3 Uip kv Uop kbp 1,3 Uc < 20 kv Uwaga: wartość odczytywana każdorazowo z danych katalogowych dla Uop 15

16 Dobór ograniczników przepięć minimalne napięcie trwałej pracy Rodzaj sieci Punkt neutralny transformatora SN/nn Współczynnik zwarcia doziemnego kz Dopuszczalny poziom napięcia ustalonego przy zwarciach doziemnych Warunki pracy sieci Wymagane napięcie trwałej pracy Uc Um/T UN = 17,5 kv kablowa - wydzielona Izolowany Z kompensacją prądu ziemnozwarciowego Uziemiony przez rezystor 1,7 1,4 U m k z U N 1,7 17,5 17,0 T T T 3 T 3 nastawy automatyki ziemnozwarciowej automatyka SPZ zwarcia przemijające częstość łączeń próbnych zawodność automatyki 17,0 Uc 13,6 kv 1,25 U m 14,0 T T 0,5 sek (przykładowe) nie nie mała (nawet 1) pomijalna Uc??? 14,0 11,2 kv 1,25??? 16

17 Dobór ograniczników przepięć minimalne napięcie trwałej pracy Rodzaj sieci Punkt neutralny transformatora SN/nn Współczynnik zwarcia doziemnego kz Napowietrzno-kablowa Izolowany Z kompensacją prądu ziemnozwarciowego 1,7 UN = 17,5 kv Uziemiony przez rezystor 1,4 Dopuszczalny poziom napięcia ustalonego przy zwarciach doziemnych k z U N 1,7 17,5 1,4 17,5 Um 17,0 kv U m 14,0 kv Warunki pracy sieci nastawy automatyki ziemnozwarciowej automatyka SPZ zwarcia przemijające częstość łączeń próbnych zawodność automatyki Wymagane napięcie trwałej pracy Uc Um/T Uc 17,0 kv 0,5 sek (przykładowe) tak tak - częste duża (nawet powyżej 5/h) niewykluczona Uc > 14,0 kv 17

18 Zalecenia w zakresie ochrony transformatorów SN/nn 18

19 Dla ograniczenia zagrożeń: Od przepięć atmosferycznych - ochrona za pomocą ograniczników przepięć przy transformatorze, Od przepięć dorywczych - osłony na izolatory przepustowe SN transformatora, wraz z likwidacją iskierników, 3. Od zwarć strony nn 4. - osłony na izolatory przepustowe nn transformatora, - poprawny montaż ograniczników nn, Od braku ciągłości połączeń - nowoczesne zaciski transformatorowe. 19

20 Przepięcia dorywcze 20

21 21

22 Charakterystyka przypadków zadziałań bezpieczników SN (rok 1996/1997). przyczyna miesiąc żywioły ptaki i zwierzęta

23 Norma HD 637 S1 Urządzenia elektroenergetyczne o napięciu nominalnym powyżej 1 KV prądu przemiennego Skutki małych zwierząt i mikroorganizmów Jeżeli życie biologiczne (ptaki i inne małe zwierzęta lub mikroorganizmy) stanowi zagrożenie to należy podjąć środki zaradcze. Mogą one obejmować odpowiedni dobór materiałów,uniemożliwienie dostępu i odpowiednie ogrzewanie i wętylację. Więcej szczegółów podano w WE

24 24

25 25

26 26

27 27

28 28

29 Prawidłowy montaż ograniczników BOP niskiego napięcia z wykorzystaniem zacisków transformatorowych typy TOGA.W razie uszkodzenia ogranicznika przewód uziomowy odpada w kierunku słupa. 29

30 Sposób montażu osprzętu po stronie nn.transformatora 1-transformator 2-przepust nn. 3-zacisk transformatorowy TOGA 4-oslona zacisku TOGA typu OZT 5-ogranicznik przepięć nn.typu BOP 6-linka podłączenia zacisku uziomowego ogranicznika 7-przewody przyłączeniowe po stronie nn.transformatora 8-uziemienie stacji transformatorowej 30

31 W komplecie zacisków,zacisk montowany na przepust neutralny posiada możliwość bezpośredniego przykręcenia bednarki uziemiającej. 31

32 Sposób montażu osprzętu po stronie ŚN.transformatora Części składowe osprzętu transformatora po stronie średniego napięcia: Transformator Przewód uziemienia Wspornik ogranicznika średniego napięcia Przepust transformatorowy Ogranicznik SBK Nakładka przyłączeniowa typu V Zacisk ZGV Osłona ogranicznika SBK typu OSOP Osłona przeciw ptakom typu OIP 32

33 Osłony izolatorów przepustowych elektroenergetycznych transformatorów rozdzielczych. 33

34 Ciągłość połączeń 34

35 Zaciski transformatorowe TOGA 1, 2,3,4 35

36 Zacisk transformatorowy TOGA przeznaczony do podłączeń po stronie niskiego napięcia stacji transformatorowych. Konstrukcja zacisku umożliwiająca podłączenie przewodów głównych 2 x 50 do 240 mm² RE, RM, SM,2 x 50 do300 mm² RMC oraz kabli i przewodów pomocniczych 2 x 2,5-50 mm² dających możliwość podłączenia np. ograniczników przepięć, kondensatorów, oświetlenia stacji itp. W wersji dla przewodu N istnieje możliwość podłączenia bednarki lub przewodu uziemiającego. Do kompletu podłączeń transformatora po stronie Nn potrzebne są trzy sztuki zacisków w wersji standardowej oraz jeden zacisk w wersji z możliwością podłączenia bednarki lub przewodu uziemiającego. W naszej ofercie znajduje się również osłona zacisku 36

37 Zacisk typu TOGA 1 2x240 mm² obciążono prądem I=500A w czasie 3h przy temperaturze otoczenia T=20 C W wyniku pomiarów: maksymalny spadek napięcia wyniósł ΔU=5mV, temperatura maksymalna zacisku wynosiła 33 C, rezystancja 0,000014Ω, moc rozproszona wynosiła 2,5W 37

38 38

39 ZACISKI TRANSFORMATORÓW ODLEW CZY ODKUWKA? Szanowni Państwo Połączenie elektryczne z transformatorem jest jednym z newralgicznych punktów wymagającym szczególnej troski tak pod względem dokładności montażu jak i jakości stosowanych elementów jednocześnie połączenia te powinny zapewniać: niski poziom strat na połączeniach możliwość podłączania kabli o żyłach okrągłych, sektorowych jedno i wielodrutowych w szerokim zakresie przekrojów prosty montaż Częstymi przyczynami awarii transformatora są uszkodzenia wywołane nadmiernym wzrostem temperatury złącza (końcówka transformatora śruba przepustu lub uszkodzenia w postaci upalenia zacisków przyłączeniowych). Bezpośrednią przyczyną powyższych zjawisk jest zazwyczaj niska jakość zastosowanych zacisków transformatorowych. Przyłącza elektryczne z transformatorem realizowane są za pomocą wszelkiego rodzaju zacisków. Wysoka niezawodność i opłacalność eksploatacji sieci są możliwe do osiągnięcia tylko wtedy, gdy łączenia kabli i przewodów nie będą jej słabymi punktami a ich niezawodność będzie taka sama jak pozostałych elementów sieci. W technice spotyka się wiele metod wykonywania zacisków. Do najbardziej istotnych możemy zaliczyć: odlewanie 39 kucie

40 Zdjęcia struktury mosiądzu w powiększeniu Odlew Odkuwka 40

41 Metodą odlewania wykonuje się zaciski z typowego mosiądzu odlewniczego, Rozdrobnienie struktury i własności mechaniczne odlewów zależą od szybkości krystalizacji. Nawet jednak odlewy grawitacyjne wykonywane w kokilach posiadają wiele wad, takich jak: sitowatość, pęcherze, zażużlenie, jamy skurczowe, rzadzizny, chropowatość, wżery, pęcherze zewnętrzne. Powyższe wady w znacznym stopniu wpływają na obniżenie własności elektrycznych i mechanicznych wykonywanych zacisków. W celu ograniczenia wad odlewniczych podjęto produkcję zacisków metodą odlewania ciśnieniowego. W porównaniu do odlewów grawitacyjnych ich jakość jest nie porównywalnie wyższa. Nawet jednak odlewanie ciśnieniowe nie wyklucza powstania pęcherzy gazowych lub wtrąceń żużla. Doświadczenia użytkowników wskazują również na niską wytrzymałość zacisków odlewanych na zginanie. Gruboziarnista struktura krystaliczna ogranicza do minimum możliwość odkształceń plastycznych pod wpływem obciążeń zewnętrznych. Jest to bardzo istotne w przypadku połączenia szyna zacisk charakteryzującego się systematyką zmiennych obciążeń wywołanych naprężeniami termicznymi. Częstym powodem pękania zacisków odlewanych, nawet podczas montażu, są naprężenia odlewnicze. Mając na uwadze powyższe spostrzeżenia i wychodząc naprzeciw oczekiwaniom naszych klientów rozpoczęliśmy prace mające na celu poprawienie jakości produkowanych przez nas zacisków transformatorowych. Znaczącą poprawę jakości osiągnąć można tylko przez zmianę technologii wykonania. Tradycyjną technologię odlewania zastąpiliśmy kuciem matrycowym zacisków. Dzięki temu nasze zaciski charakteryzują się: korzystnym pod względem mechanicznym i elektrycznym układem włókien, umocnieniem warstwy powierzchniowej, brakiem, pęcherzy gazowych brakiem rzadzizn i jam skurczowych, dobrą plastycznością, wysoką odpornością udarową znakomitą odpornością korozyjną 41

42 Lokalizacja ochrony przepięciowej w sieciach SN. 42

43 PN-E :1998 Elektroenergetyczne linie napowietrzne Projektowanie i budowa Linie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi Ochrona od przepięć elektroenergetycznych linii o napięciu znamionowym wyższym niż 1 kv, a niższym niż 110 kv Elektroenergetyczne linie o napięciu wyższym niż 1 kv, a niższym niż 110 kv należy chronić przed przepięciami, stosując ograniczniki przepięć lub iskierniki. W liniach o napięciu znamionowym niższym niż 110 kv nie zaleca się stosowania przewodów odgromowych do ochrony linii na całej długości Zastosowanie ograniczników przepięć lub iskierników powinno następować w miejscach określonych poniżej: 1) przy połączeniu linii mającej słupy lub poprzeczniki z materiałów nieprzewodzących z linią na słupach stalowych lub żelbetowych, 2) w miejscach pomiaru energii elektrycznej, znajdujących się na słupach linii napowietrznych, 3) przy połączeniach linii napowietrznej z linią kablową Przy przęsłach specjalnych w liniach bez przewodów odgromowych należy na słupach ograniczających przęsło specjalne, o rozpiętości wyższej niż 250 m, zainstalować ograniczniki przepięć lub iskierniki. Ograniczniki przepięć lub iskierniki powinny być zainstalowane na oddzielnych izolatorach w celu odsunięcia łuku elektrycznego i zjonizowanych gazów od izolatorów utrzymujących przewody robocze. 43

44 Standardy techniczne A.3. szkoła słupy betonowe pojedyncze > 250 m przejście z linii drewnianej na betonową A.3. A.6. GPZ A.1. A.4. A.4. przęsło specjalne w liniach bez przewodu odgromowego w przęśle specjalnym 44

45 Podsumowanie. 45

46 Kryteria doboru ograniczników przepięć Uwagi praktyczne Zawodność automatyki a praktyczne wykorzystanie współczynnika T zbyt duże ryzyko szkód w przypadku zawodności automatyki w odniesieniu do potencjalnych zysków z zabudowy ograniczników w sieciach kablowych, Dostępność na rynku nietypowych parametrów - warunki handlowe (koszty i terminy dostaw), Kable elektroenergetyczne SN w wieloletniej eksploatacji - konieczność optymalizacji kosztów; zabudowa drogich ograniczników czy wymiana odcinków (całych) kabli. 46

47 Kryteria doboru ograniczników przepięć Uwagi praktyczne Przy praktycznym poziomie zagrożenia izolacji chronionych urządzeń (przepięcia udarowe, piorunowe) dobór ogranicznika przepięć o wyższym napięciu trwałej pracy nie pogarsza warunków ochrony przepięciowej w stopniu zagrażającym bezpieczeństwu pracy urządzeń - może natomiast wpłynąć na wzrost trwałości i przedłużyć okres eksploatacji ogranicznika przepięć, Omówione zasady doboru napięcia trwałej pracy mają jeszcze jeden ważny aspekt - koordynację izolacji. Odgrywa ona znaczącą rolę gdyż producenci urządzeń elektroenergetycznych zaczynają w pełni korzystać z charakterystyk ochronnych ograniczników warystorowych. Dążenie do budowy urządzeń przy zmniejszonych kosztach (głównie poprzez osłabienie izolacji), a tym samym bardziej wrażliwych na przepięcia nie tylko atmosferyczne ale również łączeniowe i ziemnozwarciowe już dzisiaj wymusza stosowanie właściwych kryteriów doboru ograniczników przepięć. 47

48 Wnioski końcowe. 1. Dobór ogranicznika jednego typu i napięcia to błąd w sieci występują odmienne warunki pracy urządzeń i wymagania w zakresie ich ochrony od przepięć, 2. Dobór parametrów ograniczników do pracy w sieciach skompensowanych powinien być analogiczny jak dla sieci z izolowanym punktem zerowym transformatora ze względu na porównywalność zjawisk przepięciowych dla sieci z punktem zerowym uziemionym przez rezystor można dobrać ograniczniki przepięć o napięciach pracy ciągłej mniejszych o około 20 % ze względu na niższy poziom przepięć wewnętrznych, 3. W większości przypadków wystarczy dobór ograniczników tańszych lekkich lecz dla obszarów burzowych i warunków szczególnych 48 należy dobierać ograniczniki ciężkie,

49 Wnioski końcowe. 5. Wybór typu ogranicznika pod względem parametrów elektrycznych to tylko połowa zadania wcześniej należy uwzględnić przy doborze warunki montażowe ograniczników pod względem zabudowy w miejscu ich pracy oraz czynności montażowe (praca elektromonterów), 6. Nie wszędzie konieczne jest stosowanie ograniczników w sieciach napowietrznych (np. Finlandia). Lecz uwarunkowane jest to znajomością poziomu zagrożenia w odniesieniu do lokalnych uwarunkowań, 49

50 Wnioski końcowe. Tylko kompleksowe zabezpieczenia transformatora może być gwarancją bezawaryjnej pracy (wyłączając jednakże np. stany niekontrolowanych przeciążeń), Ekologia zaczyna być istotnym elementem w działalności firm liczba ptaków zagrożonych wyginięciem stale się powiększa, Poprawność połączeń strony SN i nn to nie tylko niezakłócona ciągłość dostawy to również brak roszczeń ze strony odbiorców z tytułu uszkodzeń odbiorników energii elektrycznej, Można ponieść takie same koszty inwestycji w ochronę transformatora lecz skuteczność działań zależy od poprawności lokalizacji i montażu urządzeń. Niektóre rozwiązania proponowane w katalogach i projektach są wręcz szkodliwe dla zabezpieczanych urządzeń. 50

51 Ogranicznik przepięć wysokiego napięcia na bazie tlenku metalu w izolacji z kauczuku silikonowego Szereg typów SBK 6/10.3-I to SBK 360/10.3-I 51

52 Ogranicznik przepięć na bazie tlenku metalu w izolacji z kauczuku silikonowego Szereg typów SBK 6/10.3-I to SBK 360/10.3-I 52

53 TRIDELTA Ogranicznik przepięć na bazie tlenku metalu w izolacji z kauczuku silikonowego Szereg typów SBK 6/10.3-I to SBK 360/10.3-I Napięcie znamionowego Ur: Znamionowy prąd wyładowczy: Graniczny prąd wyładowczy (4/10): Klasa rozładowań: Udar prostokątny: Wytrzymałość zwarciowa : Zdolność pochłaniania energii Wg IEC 99-4 Udar podwójny 3000 µs 6 kv do 360 kv 10 ka 100 ka A / 2000µs ka/0.2s 6 kj/kvur 12 kj/kvur 53

54 Wskazówki wykonawcze Część I w zakresie OCHRONY SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH OD PRZEPIĘĆ Sieci o napięciu znamionowym od 1 do 110 kv Polskiego Towarzystwa Przesyłu i Rozdziału Energii elektrycznej Określają w rozdziale 8.1. Dane dotyczące warunków eksploatacji Napięcie sieci, kv 123 Napięcie znamionowe sieci, kv 110 Współczynnik zwarcia doziemnego 1,4 Prąd zwarciowy, ka 40 SBK.../10.2 SBK.../10.3 Wymagane parametry ograniczników przyłączonych do przewodów roboczych sieci Napięcie trwałej pracy Uc nie mniejsze niż kv Napięcie znamionowe nie mniejsze niż kv Znamionowy prąd wyładowczy nie mniejszy niż ka Wytrzymałość zwarciowa nie mniejsza niż, ka

55 Wskazówki wykonawcze Część I w zakresie OCHRONY SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH OD PRZEPIĘĆ Sieci o napięciu znamionowym od 1 do 110 kv Polskiego Towarzystwa Przesyłu i Rozdziału Energii elektrycznej Określają w rozdziale 8.1. Napięcie obniżone kvm - przy znamionowym prądzie wyładowczym 8/20 s (10 ka) nie większe niż - przy udarze łączeniowym 30/60 s 0,5 ka nie większe niż SBK.../10.2 SBK.../ Droga upływu w zależności od strefy zabrudzeniowej nie mniej niż, mm - II strefa - III strefa Wytrzymywany moment gnący nie mniejszy niż, Nm Zdolność pochłaniania energii w odniesieniu do napięcia znamionowego ogranicznika nie mniej niż, kj/kv Dopuszcza się mniejsze wartości momentu gnącego, jeśli ogranicznik na stanowisku pracy nie będzie naprężany większym momentem gnącym 55

56 Dziękuję za uwagę Michał Torbus 56