Analiza narażeń przepięciowych transformatorów energetycznych

Wielkość: px
Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Analiza narażeń przepięciowych transformatorów energetycznych"

Transkrypt

1 Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Katedra Elektrotechniki i Elektroenergetyki Analiza narażeń przepięciowych transformatorów energetycznych Analysis of overvoltage risks of power transformers mgr inż. Piotr Pająk Rozprawa doktorska promotor: dr hab. inż. Jakub Furgał, prof. n. Kraków, 204

2 2 Podziękowania Mojemu Promotorowi Panu Profesorowi Jakubowi Furgałowi składam podziękowanie za wskazanie kierunku mojej pracy naukowej w dziedzinie przepięć i transformatorów, przekazanie swoich doświadczeń, kierowanie pracą doktorską oraz wszelką pomoc w jej realizacji Pragnę podziękować również Pani Profesor Barbarze Florkowskiej za cenne wskazówki i poświęcony czas Podziękowania składam także dr hab. inż. Pawłowi Zydroniowi oraz kolegom z zespołu dr inż. Maciejowi Kuniewskiemu i dr inż. Józefowi Roehrichowi, za wsparcie i pomoc przy realizowaniu badań Bardzo dziękuję Mojej Żonie Justynie za wszelką pomoc i wsparcie przy pisaniu rozprawy

3 3 Spis treści WSTĘP...7. WPROWADZENIE, CEL I ZAKRES PRACY OCHRONA TRANSFORMATORÓW ENERGETYCZNYCH OD PRZEPIĘĆ Charakterystyka przepięć powstających w układach elektroenergetycznych Metody ochrony przepięciowej transformatorów Modele ograniczników przepięć z tlenków metali Koordynacja izolacji w sieciach wysokich napięć NARAŻENIA TRANSFORMATORÓW OD PRZEPIĘĆ PIORUNOWYCH Mechanizm powstawania przepięć piorunowych w układach elektroenergetycznych Symulacje przepięć powstających podczas wyładowań piorunowych Modele cyfrowe urządzeń elektroenergetycznych i zjawisk w warunkach wyładowań piorunowych Symulacje przepięć piorunowych na zaciskach transformatora ANALIZA NARAŻEŃ TRANSFORMATORÓW OD PRZEPIĘĆ ŁĄCZENIOWYCH Charakterystyka wyłączników Zjawiska w komorach wyłączników próżniowych Mechanizm powstawania przepięć łączeniowych w układach z wyłącznikami próżniowymi BADANIA EKSPERYMENTALNE I MODELOWANIE ZJAWISK PRZEPIĘCIOWYCH PODCZAS WYŁĄCZANIA TRANSFORMATORÓW JEDNOFAZOWYCH WYŁĄCZNIKAMI PRÓŻNIOWYMI Badania przepięć łączeniowych w układzie jednofazowym Podstawowe parametry elementów układu jednofazowego Pomiary laboratoryjne przebiegów przepięciowych Badania przepięć podczas wyłączania transformatorów trójfazowych Program badań i stanowisko pomiarowe Pomiary laboratoryjne przebiegów przepięciowych Badania przepięć podczas załączania transformatorów Symulacje przebiegów przepięć podczas wyłączania transformatorów wyłącznikami próżniowymi Model cyfrowy wyłączników próżniowych Symulacje przepięć podczas wyłączania transformatorów...77

4 4 6. BADANIA ROZKŁADÓW PRZEPIĘĆ NARAŻAJĄCYCH UKŁADY IZOLACYJNE WEWNĘTRZNE UZWOJEŃ TRANSFORMATORÓW Badania rozkładów przepięć w uzwojeniach podczas działania napięć o zróżnicowanych przebiegach Program badań i charakterystyka stanowisk laboratoryjnych Wyniki badań przepięć wewnątrz uzwojeń transformatorów Badania rozkładów przepięć w uzwojeniach transformatora wyłączanego wyłącznikiem próżniowym Symulacje przepięć wewnętrznych w uzwojeniach transformatorów Model z parametrami rozłożonymi uzwojeń transformatora Wyniki symulacji przepięć wewnętrznych w uzwojeniach ANALIZA PORÓWNAWCZA NARAŻEŃ PRZEPIĘCIOWYCH TRANSFORMATORÓW PODCZAS PRÓB NAPIĘCIOWYCH I W WARUNKACH EKSPLOATACJI Badania przepięć w transformatorze podczas prób napięciem udarowym piorunowym Badania przepięć w transformatorze podczas działania udarów modelujących przepięcia w układach elektroenergetycznych Analiza porównawcza wartości maksymalnych przepięć w transformatorze podczas prób napięciem udarowym piorunowym i w warunkach eksploatacji...2 PODSUMOWANIE...25 LITERATURA...28

5 5 Wykaz ważniejszych oznaczeń a grubość cewki, m, bk bateria kondensatorów,, C pojemność doziemna uzwojenia transformatora, F, C 0 suma pojemności linii kablowej i odbiornika, F, C S pojemność między stykami otwartego wyłącznika, F, d,d 2 średnica wewnętrzna i zewnętrzna uzwojenia, m, E g natężenie pola elektrycznego jonizacji gruntu, kvm, E kr wytrzymywane natężenie pola elektrycznego między stykami, kvcm, ε p przenikalność elektryczna izolacji papierowej nasycanej, Fm -, ε z przenikalność elektryczna układu izolacyjnego między uzwojeniem, a rdzeniem, Fm -, f częstotliwość źródła zasilania, Hz, h wysokość uzwojenia, m, i natężenie prądu obciążenia, A, i hf składowa wysokoczęstotliwościowa prądu, A, i p prąd wyładowania piorunowego, ka, I max wartość maksymalna wyładowania piorunowego, A, I min minimalny prąd stabilnego palenia się łuku, A, I n znamionowy prąd wyładowczy, ka, I u wartość prądu ucięcia, A, k margines koordynacyjny ochrony,, k h współczynnik uwzględniający wpływ wyższych harmonicznych na trwałość ogranicznika,, k p współczynnik przepięcia,, k z współczynnik zwarcia doziemnego w sieci,, K c współczynnik koordynacyjny, uwzględniający niepewności oceny napięcia U cw,, K cd współczynnik koordynacyjny metody deterministycznej,, K u współczynnik poprawkowy atmosferyczny dla izolacji zewnętrznej,, l f odcinek linii napowietrznej, w której liczba wyłączeń jest równa dopuszczalnemu wskaźnikowi uszkodzeń,, l i długość izolatora, m, l p długość przęsła linii, m, l w wysokość kolumny warystorów, m,

6 6 L indukcyjność uzwojenia, H, L k indukcyjność linii kablowej między wyłącznikiem a odbiornikiem, H, L 0 indukcyjność odbiornika, H, L s indukcyjność wyłącznika, H, M AB indukcyjność wzajemna między cewkami A i B, H, n k liczba równoległych kolumn warystora,, op ograniczniki przepięć,, R st rezystancja statyczna uziomu pionowego, Ω, R u rezystancja udarowa uziemienia słupa, Ω, t z czas trwania przepięcia dorywczego, s, T o transformatory jednofazowe obciążające,, Tr transformator wyłączany,, Tr z transformator zasilający,, u c napięcie powrotne pomiędzy stykami wyłącznika, kv, u pi napięcie przeskoku na izolatorze, kv, u wp napięcie przeskoku pomiędzy stykami wyłącznika, kv, U c napięcie pracy ciągłej ogranicznika, kv, U cw wymagane napięcie koordynacyjne, kv, U eq równoważna wartość przepięcia dorywczego, kv, U e2 wartość 2 % rozkładu statystycznego przepięć w układzie faza ziemia, U o napięcie obniżone piorunowe ogranicznika, kv, U r napięcie znamionowe ogranicznika, kv, U rp napięcie lub przepięcie reprezentatywne, kv, U rw wymagana wartość napięć wytrzymywanych, kv, U pl poziom ochrony (napięcie obniżone ogranicznika) przy znamionowym prądzie wyładowczym I n o kształcie 8/20 µs/µs, kv, U ps łączeniowy poziom ochrony ograniczników, kv, U s wartość skuteczna najwyższego napięcia sieci, kv, U T wartość przepięcia dorywczego, kv, U wp napięcie wytrzymywane piorunowe transformatora, kv, v prędkość rozłączania styków, ms -, W wyłącznik próżniowy,, Z l impedancja falowa linii napowietrznej, Ω, Z S impedancja falowa słupa, Ω.

7 7 Wstęp Transformatory są obiektami o szczególnym znaczeniu, spełniającymi ważną rolę w układach elektroenergetycznych w realizowaniu niezawodnego zasilania energią elektryczną. Wzrost produkcji transformatorów i modernizacja ich konstrukcji o coraz wyższych parametrach znamionowych, a także ich znaczenia w systemach przesyłu i rozdziału energii elektrycznej, są nieodłącznym elementem rozwoju elektroenergetyki. Intensywnie rozwijane prace badawcze, dotyczące transformatorów, obejmują sfery ich projektowania, technologii i badań diagnostycznych oraz odporności na narażenia eksploatacyjne. Spośród narażeń eksploatacyjnych transformatorów zasadniczy wpływ na niezawodność ich pracy mają narażenia od przepięć powstających w układach elektroenergetycznych, zależnych od skuteczności ochrony przepięciowej. Problematyka przepięć i ochrony przed przepięciami jest dziedziną Techniki Wysokich Napięć ujmującą kompleksowo zagadnienia narażeń napięciowych układów izolacyjnych urządzeń elektrycznych w warunkach eksploatacji. Analiza narażeń przepięciowych jest podstawą koordynacji izolacji obejmującej zespół przedsięwzięć technicznych, realizujących stopniowanie wytrzymałości elektrycznej układów izolacyjnych w celu ograniczenia skutków zjawisk przepięciowych. Analizy teoretyczne i badania eksperymentalne w dziedzinie narażeń przepięciowych transformatorów i maszyn elektrycznych są jednym z kierunków prac naukowych prowadzonych w Laboratorium Wysokich Napięć Katedry Elektrotechniki i Elektroenergetyki Akademii Górniczo Hutniczej im. Stanisława Staszica, realizowanych od przeszło 5 lat we współpracy z Centrum Badawczym ABB w Krakowie. Obejmowały one swym zakresem badania zjawisk przepięciowych, metody diagnostyki eksploatacyjnej, a także modelowanie stanów przejściowych w transformatorach i innych obiektach elektroenergetyki. Prace dotyczyły w szczególności aspektów narażeń przepięciowych układów izolacyjnych transformatorów i urządzeń współpracujących z transformatorami, obejmujących badania eksperymentalne i symulacje komputerowe. Problematyka rozprawy doktorskiej pt. Analiza narażeń przepięciowych transformatorów energetycznych jest kontynuacją badań w omawianej dziedzinie. W rozprawie doktorskiej zamieszczono obszerne badania i symulacje przepięć narażających układy izolacyjne zewnętrzne i wewnętrzne transformatorów w warunkach eksploatacji oraz podczas prób napięciowych. Analizowano skuteczność ochrony transformatorów z zastosowaniem beziskiernikowych ograniczników przepięć z tlenków metali.

8 8. Wprowadzenie, cel i zakres pracy Ciągłe dążenie do zwiększania niezawodności dostaw energii elektrycznej powoduje, iż szczególna uwaga zwracana jest na takie rozwiązania układów elektroenergetycznych, które do minimum ograniczają prawdopodobieństwo wystąpienia awarii. Dlatego jednym z podstawowych zadań realizowanych w elektroenergetyce jest zapewnienie niezawodności pracy układów przesyłu i rozdziału energii elektrycznej. Duży wpływ na ciągłość pracy układów elektroenergetycznych ma niezawodność transformatorów. Zastosowanie rozwiązań konstrukcyjnych, zapewniających utrzymanie odpowiedniej wytrzymałości elektrycznej ich układów izolacyjnych, wynikającej ze spodziewanych narażeń, ma podstawowe znaczenie dla spełnienia tych wymagań. Występujące równocześnie czynniki ekonomiczne i techniczne powodują konieczność obniżania zapasu wytrzymałości elektrycznej urządzeń. Wynika stąd konieczność optymalizacji rozwiązań technicznych transformatorów. Wymaga to szczegółowej analizy narażeń eksploatacyjnych transformatorów, występujących podczas prób napięciowych. Do zespołu narażeń eksploatacyjnych, determinujących wymagania wytrzymałości elektrycznej wysokonapięciowych układów izolacyjnych, należą narażenia przepięciowe. Problematyka narażeń przepięciowych jest szeroko analizowanym zagadnieniem badawczym. W warunkach eksploatacji można w niej wyróżnić trzy grupy związane z rodzajem czynnika zewnętrznego, powodującego przepięcie w układach elektroenergetycznych: przepięcia będące efektem wyładowań piorunowych, przepięcia powodowane zjawiskami towarzyszącymi operacjom łączeniowym, przepięcia podczas stanów awaryjnych w eksploatacji urządzeń elektrycznych. Podczas prób napięciowych źródłem przepięć narażających wysokonapięciowe układy izolacyjne zewnętrzne i wewnętrzne są: napięcia udarowe piorunowe, napięcia udarowe łączeniowe, stosowane zależnie od napięcia znamionowego urządzenia. W warunkach eksploatacji transformatory są poddawane działaniu przepięć o zróżnicowanych przebiegach i wartościach maksymalnych. Obecnie, z powodu stosowania w układach elektroenergetycznych nowych urządzeń o parametrach odmiennych od parametrów urządzeń stosowanych dotychczas, takich jak na przykład wyłączniki próżniowe lub zasilacze impulsowe maszyn elektrycznych, układy izolacyjne urządzeń elektroenergetycznych są narażone na oddziaływanie przepięć nie występujących wcześniej. Przepięcia narażają układy izolacyjne zewnętrzne transformatorów oraz są źródłem przepięć wewnątrz uzwojeń.

9 9 Transformatory energetyczne chronione są od przepięć głównie przez zastosowanie beziskiernikowych ograniczników z tlenków metali. Zastosowanie tej metody nie rozwiązało jednak całkowicie problemów związanych z ochroną przepięciową. Z analizy literatury wynika, że ochrona przepięciowa transformatorów energetycznych może być nieskuteczna. Wiele transformatorów uległo bowiem uszkodzeniom w wyniku oddziaływania przepięć w warunkach eksploatacji pomimo, że transformatory przeszły znormalizowane próby napięciowe z wynikiem pozytywnym i były chronione z zastosowaniem ograniczników przepięć [8, 44, 50, 52, 73, 85, 90, 05, ]. W wyniku oddziaływania przepięć powstających w układach elektroenergetycznych, wewnątrz uzwojeń powstają przepięcia narażające układ izolacyjny transformatorów, pomimo stosowanej ochrony przepięciowej [50, 07]. Przepięcia wewnętrzne w transformatorach zależą od przebiegu napięć przejściowych zewnętrznych oraz zjawisk przejściowych wewnątrz uzwojeń. Przebiegi napięć na zaciskach wejściowych transformatorów wynikają z reakcji ograniczników na przepięcia powstające w sieciach elektrycznych. Wartości maksymalne napięć obniżonych ograniczników są około trzykrotnie większe od napięć znamionowych ograniczników tlenkowych [6, 7, 97, 98, 99]. Przepięcia o wartościach maksymalnych mniejszych od poziomu ochrony ograniczników, powstające głównie podczas czynności łączeniowych oraz zwarć doziemnych, docierają do transformatorów bez zmiany wartości maksymalnych i kształtów. Przepięcia o dużych wartościach szczytowych, pojawiających się na przykład podczas wyładowań piorunowych, zmniejszane są w wyniku działania ograniczników, a przebiegi napięć przejściowych na ogranicznikach zbliżone są do przebiegu prostokątnego. Przepięcia o nietypowych przebiegach, zawierające składowe przejściowe tłumione o różnych częstotliwościach, narażające układy izolacyjne, powstają w układach elektroenergetycznych między innymi podczas łączenia transformatorów. Obecnie szerokie zastosowanie, głównie w sieciach średnich napięć, znajdują wyłączniki próżniowe [27 29]. Charakteryzuje je duża trwałość łączeniowa. Wyróżniają je jednak także specyficzne właściwości, wpływające na narażenia przepięciowe układów izolacyjnych. Najważniejsze z nich to zdolność ucinania prądu przed naturalnym przejściem przez zero, wyłączanie prądów wielkiej częstotliwości, a także szybki wzrost wytrzymałości elektrycznej powrotnej. Konsekwencją zjawisk występujących w komorach próżniowych są duże przepięcia narażające układy izolacyjne urządzeń współpracujących z wyłącznikami próżniowymi. Kształty i wartości maksymalne przepięć powstających podczas wyłączania urządzeń elektrycznych wyłącznikami próżniowymi zawierają składowe oscylacyjne, powstające w wyniku przeskoków powtórnych pomiędzy stykami [20, 2, 24, 33, 52]. Duży wpływ na przepięcia wewnątrz transformatorów mają zjawiska przejściowe w uzwojeniach, stanowiących złożone układy elektromagnetyczne RLC o parametrach zależnych od rozwiązań konstrukcyjnych, właściwości materiałów torów prądowych, układów izolacyjnych i obwodów magnetycznych transformatorów. Podczas pracy transformatorów parametry uzwojeń ulegają zmianie w wyniku zmiany warunków eksploatacyjnych. Jednym z nich jest temperatura, zależna od obciążenia transformatora oraz wydajności układów chłodzenia. W wyniku zachodzących procesów starzeniowych,

10 0 zmieniają się właściwości oleju izolacyjnego i materiałów izolacyjnych stałych. Skutkiem tego jest zmiana reakcji transformatorów na przepięcia w warunkach eksploatacji oraz zmiana narażeń układów izolacyjnych uzwojeń [8, 23]. Podczas oddziaływania napięć przejściowych o charakterze aperiodycznym, rozkłady początkowe napięcia oraz rozkłady wartości maksymalnych napięć wewnątrz uzwojeń transformatorów mają charakter nieliniowy. Konsekwencją nieliniowych rozkładów początkowych napięcia są duże wartości maksymalne napięć przejściowych wewnętrznych. Nieliniowe początkowe rozkłady napięcia są skutkiem sprzężeń pojemnościowych między uzwojeniem a rdzeniem i kadzią oraz pojemności wzdłużnych uzwojenia [47, 48, 57, 59]. Transformatory poddane działaniu napięć przejściowych, zawierających składowe oscylacyjne, mogą być narażone na działanie przepięć wewnętrznych, wzmacnianych wewnątrz uzwojeń w wyniku zjawiska rezonansu, gdy częstotliwość składowej cyklicznej napięcia przejściowego na zaciskach wejściowych transformatora będzie równa częstotliwości własnej uzwojeń [0, 44, 47, 48, 52, 9]. Ciągły wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną oraz ograniczenia techniczne rozwiązań konstrukcyjnych układów izolacyjnych transformatorów powodują, iż problematyka przepięć narażających układy izolacyjne transformatorów posiada duże znaczenie praktyczne. Niezbędne są szczegółowe analizy narażeń układów izolacyjnych transformatorów energetycznych od przepięć oraz analizy skuteczności stosowanej ochrony przepięciowej transformatorów i koordynacji izolacji. Podstawą analizy narażeń przepięciowych układów izolacyjnych transformatorów energetycznych mogą być wyniki badań eksperymentalnych oraz wyniki symulacji komputerowych. Prace badawcze, dotyczące narażeń przepięciowych transformatorów energetycznych są prowadzone w wielu ośrodkach naukowo-badawczych [4, 5, 75, 00, 03, 8, 32, 33]. Zagadnienia narażeń przepięciowych transformatorów są także treścią prac prowadzonych w ramach Grupy Roboczej A2/C4.39 CIGRE, powołanej w 2008 roku, obejmującej swym zakresem problemy interakcji transformatorów energetycznych z systemami elektroenergetycznymi [60]. W celu oceny skutków narażeń układów izolacyjnych transformatorów niezbędna jest analiza rozkładów napięć przejściowych wewnątrz uzwojeń przy oddziaływaniu przepięć o zróżnicowanych przebiegach w warunkach eksploatacji oraz podczas prób napięciowych. Do tej grupy problemów wpisuje się niniejsza rozprawa doktorska, stanowiąca rozszerzenie wiedzy w zakresie przepięć narażających układy izolacyjne transformatorów energetycznych i ochrony przepięciowej. Celem rozprawy doktorskiej jest analiza narażeń układów izolacyjnych zewnętrznych i wewnętrznych od przepięć.

11 Teza rozprawy doktorskiej jest następująca: ocena skutków narażeń przepięciowych transformatorów energetycznych w eksploatacji wymaga szczegółowej analizy reakcji transformatorów na przepięcia w układach elektroenergetycznych, prowadzonej na podstawie badań i obliczeń, z uwzględnieniem warunków pracy transformatorów, wymagane jest rozszerzenie badań oddziaływania narażeń przepięciowych na układy izolacyjne transformatorów w celu rozpoznania możliwości zwiększenia skuteczności ochrony w warunkach eksploatacji. W celu potwierdzenia tezy wykonano: badania eksperymentalne, symulacje komputerowe narażeń przepięciowych układów izolacyjnych zewnętrznych i wewnętrznych (tj. uzwojeń) transformatorów energetycznych występujących: podczas prób napięciowych, w warunkach eksploatacji. Transformatory o zróżnicowanych rozwiązaniach konstrukcyjnych i parametrach elektrycznych poddano badaniom w stanowiskach pomiarowych w Laboratorium Wysokich Napięć Katedry Elektrotechniki i Elektroenergetyki AGH. Narażenia przepięciowe stanowiły napięcia reprezentujące przepięcia powstające w układach elektroenergetycznych i podczas prób układów izolacyjnych transformatorów. Symulacje komputerowe wykonano z wykorzystaniem modeli transformatorów i innych urządzeń elektroenergetycznych zaimplementowanych w programie komputerowym Electromagnetic Transients Program- Alternative Transients Program (EMTP-ATP). Uzyskane wyniki symulacji porównano z badaniami eksperymentalnymi. Zakres rozprawy doktorskiej obejmuje: charakterystykę przepięć powstających w układach elektroenergetycznych i układów ochrony przepięciowej transformatorów energetycznych, realizowanych z zastosowaniem beziskiernikowych ograniczników przepięć (rozdział 2), analizę narażeń przepięciowych transformatorów energetycznych od przepięć piorunowych, opracowaną na podstawie symulacji komputerowych przepięć wykonanych z zastosowaniem programu Electromagnetic Transients Program- Alternative Transients Program (EMTP-ATP). Zastosowano w tym celu model fragmentu sieci średniego napięcia, opracowany z wykorzystaniem modeli urządzeń elektroenergetycznych (rozdział 3), analizę specyficznych właściwości i parametrów wyłączników próżniowych, powodujących powstawanie przepięć łączeniowych o nietypowych przebiegach i dużych wartościach maksymalnych (rozdział 4), badania przepięć narażających układy izolacyjne transformatorów od przepięć łączeniowych w układach z wyłącznikami próżniowymi. Badania wykonano

12 2 w stanowisku doświadczalnym modelującym typowy fragment sieci elektrycznej średniego napięcia (rozdział 5), symulacje przepięć powstających podczas wyłączania transformatorów średniego napięcia wyłącznikami próżniowymi. Zastosowano w tym celu model fragmentu sieci średniego napięcia, opracowany w programie EMTP/ATP. Wyłącznik próżniowy zamodelowano w środowisku MODELS (rozdział 5), badania przepięć narażających układy izolacyjne wewnętrzne uzwojeń transformatorów o zróżnicowanych rozwiązaniach konstrukcyjnych i parametrach elektrycznych, występujących podczas oddziaływania udarów napięciowych o przebiegach aperiodycznych i cyklicznych, odzwierciedlających przebiegi przepięć powstających w układach elektroenergetycznych (rozdział 6), symulacje przepięć wewnętrznych w uzwojeniach transformatora rozdzielczego, wykonane z wykorzystaniem opracowanego modelu z parametrami rozłożonymi uzwojeń, zaimplementowanego w programie EMTP-ATP. Wyniki symulacji porównano z badaniami eksperymentalnymi (rozdział 6), badania przepięć wewnętrznych narażających układ izolacyjny uzwojeń transformatora podczas prób napięciowych, wykonywanych z zastosowaniem udarów piorunowych pełnych, oraz badania przepięć powstających w transformatorze podczas oddziaływania napięć o przebiegach modelujących przepięcia powstające w warunkach eksploatacji na zaciskach wejściowych transformatorów chronionych beziskiernikowymi ogranicznikami przepięć z tlenków metali (rozdział 7). Przedstawione w niniejszej pracy analizy przepięć w transformatorach, ich oddziaływania na układy izolacyjne oraz wynikające z nich wskazówki w zakresie ochrony przepięciowej mają bezpośrednie odniesienie do zasad i wymagań koordynacji izolacji układów elektroenergetycznych.

13 3 2. Ochrona transformatorów energetycznych od przepięć 2.. Charakterystyka przepięć powstających w układach elektroenergetycznych W czasie pracy układów elektroenergetycznych powstają przepięcia spowodowane różnymi zjawiskami. Wartości maksymalne i przebiegi przepięć są zróżnicowane, zależne głównie od źródła przepięć, parametrów urządzeń elektrycznych oraz konfiguracji układu elektrycznego. Przepięcia narażają układy izolacyjne urządzeń pracujących w układach elektroenergetycznych, wśród których są transformatory. W zależności od rodzaju oddziaływania na izolację wyróżnia się [96, 97]: przepięcia dorywcze, przepięcia udarowe o łagodnym czole, przepięcia udarowe o stromym czole, przepięcia udarowe o bardzo stromym czole. Przepięcia dorywcze pojawiają się podczas zwarć doziemnych trwałych oraz łukowych i ich eliminacji oraz podczas załączania nieobciążonych linii długich. Wartości maksymalne przepięć towarzyszących zwarciom doziemnym zależą od sposobu połączenia punktu neutralnego sieci z ziemią. Przepięcia dorywcze powstają często przy nagłej zmianie obciążenia. Częstotliwość przepięć dorywczych jest zwykle zbliżona do częstotliwości sieciowej. Przepięcia udarowe o łagodnym czole towarzyszą najczęściej stanom nieustalonym, powstającym podczas trwałych i łukowych zwarć doziemnych i ich wyłączania, nagłej zmiany obciążenia, łączenia prądów pojemnościowych i indukcyjnych oraz odległych wyładowań atmosferycznych w napowietrzne linie przesyłowe. Przepięcia powstające przy załączaniu i wyłączaniu linii przesyłowych zależą od rodzaju wyłącznika (oraz od tego czy wyłącznik jest wyposażony w rezystory), mocy zwarciowej stacji, z której linia jest zasilana, rodzaju stosowanej kompensacji prądów ziemnozwarciowych, długości linii oraz rodzaju obciążenia. Zwarciom doziemnym i ich wyłączaniu mogą towarzyszyć przepięcia zarówno w sieciach z punktem neutralnym izolowanym, jak i uziemionym przez cewkę gaszącą lub rezystor. Znaczne przepięcia udarowe o łagodnym czole mogą powstawać przy wyłączaniu prądów rozruchu silników elektrycznych, wyłączaniu prądów nieobciążonych

14 4 transformatorów i dławików, podczas łączenia i pracy pieców łukowych i ich transformatorów, łączenia nieobciążonych linii, kabli lub baterii kondensatorów oraz przerywania prądu przez bezpieczniki wysokiego napięcia. Wyładowania piorunowe do przewodu linii napowietrznej w dużej odległości od stacji są źródłem przepięć udarowych o łagodnym czole. Tego typu przepięcia mają zwykle przebieg oscylacyjny, o czasach trwania do kilku milisekund, lub aperiodyczny o czasach do wartości szczytowej wynoszącej od kilkunastu mikrosekund do kilku tysięcy mikrosekund i o czasach do półszczytu dochodzących do kilkunastu milisekund. Przepięcia udarowe o stromym czole powstają najczęściej podczas bezpośrednich i bliskich wyładowań atmosferycznych w linie napowietrzne, podczas czynności łączeniowych w rozdzielniach lub na skutek przeskoków w izolacji zewnętrznej. Przepięcia o stromym czole są zwykle udarami aperiodycznymi o czasach do wartości maksymalnej od 0, µs do 20 µs oraz czasach do półszczytu nie przekraczających 300 µs (Tabela 2.). Tabela 2.. Znormalizowane napięcia i przepięcia narażające izolację urządzeń w sieciach elektrycznych [96, 97] napięcia pracy ciągłej o małej częstotliwości przepięcia dorywcze niskiej częstotliwości przepięcia udarowe o łagodnym czole przepięcia udarowe o stromym czole przepięcia udarowe o bardzo stromym czole,0,0 0,9 /f /f 0,5 0,5 0,3 /f /f2 Tl T Tp T T T2 T2 T2 f = 50 Hz lub 60 Hz T l 3600 s f = 50 Hz lub 60 Hz T l * ) * 0 Hz < f < 500 Hz 3600 s T l 0,03 s f 48 Hz f. 62 Hz T l = 60 s próba krótkotrwała częstotliwości sieciowej T p > 20µs T p 5000 µs T 2 20 ms T p = 250 µs T 2 = 2500 µs próba udarowa łączeniowa 20 µs T l > 0, µs T µs * do oddzielnego ustalenia przez komitety aparatowe dla potrzeb wytwórcy 00 ns T f > 3 ns f l > 0,3 MHz f l < 00 MHz f 2 > 30 khz f 2 < 300 khz T l 3 ms T l =,2 µs T 2 = 50µs * próba udarowa piorunowa * Przepięcia udarowe o bardzo stromym czole powstają podczas wykonywania operacji łączeniowych lub na skutek przeskoków w urządzeniach szczelnie osłoniętych z izolacją gazową z sześciofluorku siarki SF 6. Są to zwykle bardzo strome udary o czasie narastania czoła krótszym niż 0, µs, z oscylacjami o częstotliwościach wynoszących około jeden megaherc, zawierającymi dodatkowo składową oscylacyjną o wielkiej częstotliwości [97].

15 Metody ochrony przepięciowej transformatorów Do ochrony od przepięć urządzeń rozdzielni połączonych z liniami napowietrznymi bezpośrednio lub za pośrednictwem linii kablowych o długości mniejszej niż 2 km stosowane są ograniczniki przepięć. Są to przede wszystkim beziskiernikowe ograniczniki przepięć z warystorami z tlenków metali [3, 5, 7, 32, 68, 99]. Każde urządzenie jest chronione przez co najmniej jeden komplet ograniczników we wszystkich układach połączeń rozdzielni. Zaleca się stosowanie ograniczników na wejściu każdego pola linii napowietrznej. Każdy transformator chroniony jest od przepięć przy zastosowaniu ograniczników beziskiernikowych. Jeżeli jedno uzwojenie transformatora wymaga ochrony ogranicznikami, to chronione są również pozostałe uzwojenia. Ogranicznikami chronione są punkty neutralne uzwojeń transformatorów wyprowadzone na zewnątrz kadzi, również te, do których przyłączone są dławiki gaszące [3, 7, 98]. Ograniczniki mogą nie być instalowane w rozdzielniach połączonych z linią napowietrzną kablem krótszym od 2 km, gdy rozdzielnia nie jest rozdzielnią końcową, bądź gdy długość kabla między linią napowietrzną a rozdzielnią jest nie mniejsza od 0,5 km. Podstawowymi elementami beziskiernikowych ograniczników przepięć są warystory wykonane z materiału o silnie nieliniowej charakterystyce napięciowo prądowej. Zasadniczą część objętości tego materiału stanowi tlenek cynku z niewielką domieszką tlenków innych metali, głównie bizmutu, kobaltu, manganu, baru, chromu i aluminium. Materiał ten opracowano w skali laboratoryjnej w firmie Matsushita Electric Industrial w roku 968 i zastosowano praktycznie w wyniku dalszych prac, prowadzonych w firmie General Electric w Stanach Zjednoczonych na początku lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku. Wysokonapięciowe ograniczniki przepięć z tlenków metali zaczęto stosować w połowie lat siedemdziesiątych dwudziestego wieku [09, 5]. Stos warystorowy ograniczników tlenkowych złożony jest z warystorów w kształcie cylindrycznych płytek lub walców. Osłony warystorów są najczęściej wykonane z elastomerów silikonowych oraz elastomerów etylenowo propylenowych, nasyconych silikonem. Ważną zaletą osłon z tworzyw sztucznych jest ich odporność na rozpadanie się w przypadku przegrzania warystorów lub zwarć wewnątrz ograniczników [, 85]. Wysokość stosu warystorów ograniczników zależy od napięcia pracy ciągłej, natomiast jego średnica od znamionowego prądu wyładowczego. Ograniczniki przepięć z tlenków metali nie zawierają szeregowego iskiernika. Włączenie warystorów bezpośrednio na napięcie robocze jest możliwe dzięki ich silnie nieliniowej charakterystyce napięciowo prądowej. Przy napięciu roboczym przez warystory płynie niewielki prąd, nie powodujący ich uszkodzenia [4, 2]. Warystory z tlenków metali wyróżniają małe prądy upływu, małe wartości napięć obniżonych, stabilność przy dużych prądach udarowych, zdolność do pochłaniania dużych energii oraz powtarzalność charakterystyk napięciowo prądowych. Materiał warystora składa się z ziaren o średnicy około 20 µm, zawierających głównie tlenek cynku [4, 23]. Wnętrza ziaren z tlenków metali są półprzewodnikami typu n, zawierającymi około 0 8 elektronów w cm 3. Rezystywność wnętrz ziaren jest znacznie

16 6 mniejsza (ρ w < l0-2 Ωm) od rezystywności warstw powierzchniowych. Przez dodanie domieszek, takich jak: Bi, Sb, Co i Mn można wpływać zarówno na rezystywność wnętrza ziaren, jak i na właściwości ich warstw granicznych. Właściwości granic między ziarnami są podobne do właściwości styku metal-półprzewodnik. Powstająca wówczas bariera potencjału, decyduje o przepływie prądu między ziarnami. Przy niewielkim napięciu między ziarnami przepływ prądu jest ograniczony, ponieważ energia elektronów jest zbyt mała do pokonania bariery potencjału. Jeśli napięcie na granicy między ziarnami wynosi co najmniej 3,5 V, wówczas elektron w paśmie przewodnictwa, który przekroczył barierę potencjału, może przyjąć taką energię, która będzie wystarczającą do wyjścia innego elektronu z pasma walencyjnego wskutek jonizacji zderzeniowej. Powstające w ten sposób dziury przemieszczają się w kierunku ujemnie naładowanego obszaru granicznego ziarna i powodują zmniejszenie ładunku całkowitego. W wyniku tego obniża się wysokość bariery i gwałtownie wzrasta prąd [4]. W warunkach szybkich zmian napięć na zależności napięciowo-prądowe wpływa bezwładność elektronów przemieszczających się w obszarach przy granicach ziaren. Bezwładność tego ładunku, w wyniku której może on podążać za zmianami napięcia tylko z pewnym opóźnieniem, jest przyczyną istnienia zwłoki czasowej między wzrostem napięcia, a przepływem prądu. Na skutek tego, przy impulsach o dużych szybkościach zmian, prąd osiąga wartość maksymalną później niż napięcie. Również wartości maksymalne napięć wzrastają przy skracaniu czasów trwania impulsów prądowych [4, 63]. Obszary przy granicach sąsiednich ziaren tworzą miniwarystor. W całym warystorze istnieje sieć takich miniwarystorów, decydujących o jego charakterystyce napięciowoprądowej [26]. Ograniczniki beziskiernikowe z tlenków metali, stosowane w sieciach wysokich napięć, dobiera się w zależności od przewidywanych warunków pracy. Zależą one głównie od najwyższego napięcia sieci U s, sposobu połączenia punktu neutralnego sieci z ziemią, czasu trwania zwarcia doziemnego jednej fazy, rozległości sieci, miejsca zainstalowania ogranicznika oraz właściwości stosowanej aparatury łączeniowej. Przy doborze ograniczników wyznacza się przede wszystkim: napięcie pracy ciągłej U c, napięcie znamionowe U r, znamionowy prąd wyładowczy I n, wymagany poziom ochrony od przepięć piorunowych i od przepięć łączeniowych, wytrzymałość na zabrudzenia powierzchniowe [32, 68, 98]. Napięcie pracy ciągłej U c nie może być mniejsze od długotrwałego napięcia między zaciskami ogranicznika beziskiernikowego. Gdy w sieci stosowane jest automatyczne wyłączanie zwarcia doziemnego, wówczas:

17 7 k hu s U c = (2.) 3 gdzie: k h współczynnik uwzględniający wpływ wyższych harmonicznych na trwałość ogranicznika, U s wartość skuteczna najwyższego napięcia sieci. W sieciach bez automatycznego wyłączania jednofazowego zwarcia doziemnego i gdy możliwa jest długotrwała praca sieci z doziemieniem jednej fazy np. w sieciach z izolowanym punktem neutralnym lub w niektórych sieciach z kompensacją prądu zwarcia doziemnego, napięcie pracy ciągłej ogranicznika powinno spełniać warunek: U c > U s (2.2) Dodatkowe wymaganie, które powinno być spełnione przy wyznaczaniu napięć U c beziskiernikowych ograniczników przepięć, wynika z następującej zależności między wartością U c, a wartością napięcia znamionowego U r [68]: U 0, 8 (2.3) c U r gdzie: U r napięcie znamionowe ogranicznika. Napięcie znamionowe beziskiernikowego ogranicznika przepięć jest napięciem o częstotliwości sieciowej, stosowanym w próbie laboratoryjnej trwającej 0 s [99]. Z napięciem tym związane są następujące parametry ogranicznika: charakterystyka napięciowo czasowa jego wytrzymałości na przepięcia dorywcze, zdolność pochłaniania energii, wymagana droga prądu upływu, wytrzymałość osłony ogranicznika przy zabrudzeniach powierzchniowych z uwzględnieniem wymagań dotyczących ich zmywania pod napięciem. Napięcie znamionowe beziskiernikowych ograniczników przepięć jest zależne od spodziewanych przepięć dorywczych U T, występujących w sieci podczas: jednofazowych zwarć doziemnych, załączania nieobciążonej linii długiej, otwarcia wyłącznika na końcu obciążonej linii długiej (efekt Ferrantiego), nagłego odciążenia generatora w elektrowni. W sieciach o napięciu znamionowym U n 30 kv przyjmuje się: U T = U s (2.4)

18 8 Czas trwania przepięć dorywczych w sieciach z automatycznym wyłączaniem zwarć doziemnych wynosi od około s do 0 s, a w sieciach bez automatycznego wyłączania zwarć doziemnych nawet do kilku godzin. W sieciach o napięciu znamionowym 0 kv, 220 kv i 400 kv, pracujących ze skutecznie uziemionym punktem neutralnym, wartości maksymalne przepięć dorywczych są zależne od wartości współczynnika zwarcia doziemnego k z, efektu Ferrantiego oraz wzrostu napięcia spowodowanego nagłymi zmianami obciążenia generatora [68]. Przepięcia dorywcze przy trwałym zwarciu fazy z ziemią w tych sieciach oblicza się ze wzoru [68]: gdzie: U s U T = k z (2.5) 3 k z wartości współczynnika zwarcia doziemnego w sieci,. W celu wyznaczenia napięcia U r ogranicznika beziskiernikowego w sieciach o napięciu znamionowym od 3 kv do 30 kv wykorzystuje się zależności (2.) (2.4) z uwzględnieniem czasu trwania zwarć doziemnych i danych eksploatacyjnych. Wynika z nich, że: gdy stosuje się automatyczną eliminację jednofazowego zwarcia doziemnego, napięcie znamionowe ogranicznika powinno spełniać warunek: U r =,25U,25 k U / 3 (2.6) c h s gdy doziemienie jednej fazy może utrzymywać się długotrwale, napięcie znamionowe beziskiernikowego ogranicznika przepięć powinno wynosić: U r =, 25 U U (2.7) c s W sieciach o napięciu znamionowym 0 kv, 220 kv i 400 kv, pracujących ze skutecznie uziemionym punktem neutralnym, napięcie znamionowe ogranicznika powinno być tak dobrane, aby charakterystyka napięciowo czasowa U=f(t z ) wytrzymałości ogranicznika na przepięcia dorywcze, przebiegała w całym zakresie czasu nad charakterystyką napięciowo czasową spodziewanych przepięć dorywczych. Gdy znane jest przepięcie U T oraz czas jego trwania t z, zawarty w granicach od 0,l s do 00 s, wówczas oblicza się równoważną wartość przepięcia U eq trwającego 0 s korzystając ze wzoru [70, 98]: 0,02 U eq = UT ( 0, tz) (2.8) gdzie: t z czas trwania przepięcia dorywczego, s.

19 9 Napięcie znamionowe ogranicznika beziskiernikowego U r powinno wówczas spełniać warunek: U r U eq (2.9) Wartości przepięć U T spodziewane w sieciach o napięciu 0 kv, 220 kv i 400 kv, niezbędne do wyznaczenia znamionowego napięcia ogranicznika U r, wyraża wzór (2.9). W sieciach o napięciu znamionowym 5 kv (powszechnie stosowanym) napięcie pracy ciągłej ograniczników beziskiernikowych U c, wyznaczone z zależności (2.) gdy zwarcie w sieci eliminowane jest automatycznie (k z,2) wynosi 2 kv. Gdy zwarcie jest eliminowane po czasie nieograniczonym (k z,73) wynosi 7,6 kv [68]. Oprócz napięcia pracy ciągłej i napięcia znamionowego wyznacza się także wartość znamionowego prądu wyładowczego I n, która określa zdolność pochłaniania energii przez ogranicznik. Zalecane wartości znamionowego prądu wyładowczego (8/20 µs/µs) wynoszą 0 ka lub 5 ka, zdolność pochłaniania energii 2 kj/kv. Ograniczniki powinny wytrzymywać udary prostokątne 2000 µs o wartości maksymalnej nie mniejszej niż 250 A [3, 68]. Wytrzymałość zwarciowa ograniczników powinna być dostosowana do spodziewanego prądu zwarciowego w miejscu zainstalowania. Droga upływu izolacji jest dobierana zależnie od warunków zabrudzeniowych. Minimalne wartości parametrów beziskiernikowych ograniczników przepięć pracujących w sieciach 0 kv, 220 kv i 400 kv zamieszczone są w publikacjach [3, 68]. Napięcia znamionowe ograniczników beziskiernikowych, stosowanych do ochrony izolacji punktów neutralnych transformatorów o izolacji pełnej, nie przekraczają 60 % wartości napięcia znamionowego ograniczników włączonych między przewodami fazowymi a uziemieniem. Znamionowy łączeniowy poziom ochrony tych ograniczników wynosi około 45 % poziomu ograniczników włączonych między przewodami fazowymi, a uziemieniem. Transformatory z izolacją stopniowaną są stosowane w sieciach z uziemionym punktem neutralnym. Jeżeli w sieci punkt neutralny transformatora nie jest bezpośrednio uziemiony, to jest on chroniony ogranicznikami, których charakterystyki są takie jak charakterystyki ograniczników włączonych między przewodami fazowymi, a uziemieniem. Dodatkowe informacje, dotyczące parametrów ograniczników beziskiernikowych stosowanych do ochrony punktów neutralnych transformatorów o napięciu U n < 0 kv, zamieszczone są w publikacji [3]. Beziskiernikowe ograniczniki przepięć, podobnie jak ograniczniki iskiernikowe, są włączane jak najbliżej chronionych transformatorów. Przy zwiększaniu długości linii zasilającej wzrasta bowiem przepięcie na transformatorze przy tym samym poziomie ochrony ograniczników. Wzrost ten jest efektem wielokrotnych odbić fal napięciowych na odcinku linii między ogranicznikiem a transformatorem. W celu dokładnego wyznaczenia odległości pomiędzy transformatorem a ogranicznikami beziskiernikowymi, przy której spełnione są wymagania koordynacji izolacji, powinna być wykorzystywana metoda zamieszczona w normie [98]. Uwzględnia ona

20 20 parametry zastosowanych ograniczników przepięć, spodziewanych przepięć, wytrzymałości elektrycznej chronionego transformatora oraz parametry linii zasilającej. Skuteczność ochrony przepięciowej transformatora zależy od: poziomu ochrony ograniczników, marginesu ochrony, który stanowi różnica między napięciem wytrzymywanym piorunowym a poziomem ochrony ograniczników, długości linii zasilającej między ogranicznikami a chronionym transformatorem. U v d d U o d o Rys. 2.. Schemat połączeń ograniczników z transformatorem: U wartość maksymalna udaru napięciowego, U o napięcie na ograniczniku, d długość odcinka linii między transformatorem a ogranicznikami, d o wysokość ogranicznika, d, d 2 długości połączeń ogranicznika d 2 Długość odcinka linii zasilającej między ogranicznikami a transformatorem d może być obliczona ze wzoru [98]: N Uwp l = [ Uo]( l p + l f ) (2.0) A,5 gdzie: l = d + d + d 2 + d o (2.) A wartość napięcia piorunowego wytrzymywanego izolacji doziemnej linii dołączonej do stacji, kv, U wp wartość napięcia wytrzymywanego piorunowego transformatora, kv, U o napięcie obniżone piorunowe ogranicznika, kv, N liczba linii dołączonych do stacji,, l p długość przęsła linii, m, l f odcinek linii napowietrznej, w której liczba wyłączeń jest równa dopuszczalnemu wskaźnikowi uszkodzeń,, Ra l f = (2.2) r gdzie: R a dopuszczalny wskaźnik uszkodzeń (liczba uszkodzeń) transformatora w jednostce czasu,, r roczny wskaźnik wyłączeń linii napowietrznej (liczba wyłączeń na jednostkę czasu i jednostkę długości),.

21 2 Do obliczania przepięć na transformatorze chronionym ogranicznikami może zostać wykorzystany program EMTP ATP, stosowany powszechnie do modelowania stanów nieustalonych w sieciach elektrycznych [08] Modele ograniczników przepięć z tlenków metali Modele ograniczników przepięć mają postać układów elektrycznych o różnej strukturze, zawierających elementy liniowe oraz nieliniowe o takich parametrach, przy których zależności napięciowo prądowe na zaciskach modelu są takie same jak zależności napięciowo prądowe na modelowanych ogranicznikach. Podczas wykonywania obliczeń przepięć w sieciach i urządzeniach elektrycznych ograniczniki przepięć są zastępowane modelami. Zależności napięciowo prądowe beziskiernikowych ograniczników z tlenków metali wynikają głównie z mechanizmu przewodzenia prądu elektrycznego w warystorach tlenkowych. Model powinien dokładnie odzwierciedlać charakterystyki napięciowo prądowe modelowanego ogranicznika przepięć, przy przepływie dowolnego prądu wyładowczego. Najprostszym modelem beziskiernikowych ograniczników przepięć z tlenków metali jest układ elektryczny złożony z rezystora nieliniowego połączonego szeregowo z cewką. Rezystor nieliniowy reprezentuje zjawiska na granicach międzyziarnowych warystorów z tlenków metali, a indukcyjność jest związana z polem magnetycznym ogranicznika. Inny model rezystancyjno indukcyjny zawiera nieliniowy rezystor, połączony szeregowo z nieliniową indukcyjnością [3, 63]. Wykorzystanie tych modeli wymaga jednak wykonania badań zależności napięciowo prądowych modelowanego ogranicznika. Stanowi to znaczne ograniczenie w ich stosowaniu. Praktyczne zastosowanie do obliczeń przepięć, wykonywanych do celów koordynacji izolacji w sieciach i urządzeniach, mogą mieć modele łatwe do zastosowania, dające wyniki obarczone małym błędem, a jednocześnie takie, których parametry można wyznaczyć przy wykorzystaniu podstawowych danych zawartych w katalogach firmowych bez konieczności wykonywania dodatkowych badań. Uniwersalny model, zalecany do modelowania ograniczników beziskiernikowych z tlenków metali we wszystkich stanach pracy, zaprezentowany jest w literaturze [5, 6]. Uwzględnia on wpływ temperatury na charakterystyki warystorów z tlenków metali oraz charakterystykę częstotliwościową pojemności warystorów. Parametry modelu można wyznaczyć przy wykorzystaniu wyników badań ogranicznika beziskiernikowego, zamieszczonych w literaturze [32]. Model o strukturze podobnej do struktury modelu przedstawionego w literaturze [5, 6, 32] opisany jest w publikacjach [5, 2]. Obliczenia zależności napięciowo prądowych wymagają jednak rozwiązywania równań różniczkowych liniowych w każdym kroku obliczeniowym.

22 22 Model ograniczników, którego parametry mogą być wyznaczone z wykorzystaniem danych zawartych w katalogach firmowych ograniczników, opracowany przez Grupę Roboczą 3.4. IEEE (The Institute of Electrical and Electronic Engineering), przedstawiono na rysunku 2.2 [55]. Indukcyjność L 0 reprezentuje pole magnetyczne, a kondensator C pojemność ogranicznika. Rezystor R 0 jest włączany w celu zwiększenia zbieżności obliczeń. Model zawiera również warystory A 0 i A o różnych charakterystykach napięciowo prądowych, rozdzielone filtrem L R, o impedancji zależnej od częstotliwości. i L 0 L R 0 i Ao R i A u(t) u C A 0 A Rys Model Grupy Roboczej 3.4. IEEE beziskiernikowych ograniczników przepięć [55] Charakterystykę napięciowo prądową ogranicznika reprezentuje przede wszystkim część modelu zawierająca warystory A 0 i A oraz filtr L R. Rozpływ prądów w gałęziach z warystorami A 0 i A jest zależny od szybkości zmian prądu, tak więc i napięcie na modelu jest funkcją zarówno wartości maksymalnych jak i pochodnej prądu wyładowczego. Napięcie u(t) na zaciskach modelu wynika więc przede wszystkim z napięć na warystorach A 0 i A zależnych od ich prądów i uwarunkowanych różnymi charakterystykami napięciowoprądowymi tych warystorów oraz impedancją filtra L R [36, 82, 87, 88]. Parametry modelu ograniczników przepięć są wyznaczane w dwóch etapach: etap I: wyznaczenie początkowych charakterystyk warystorów A 0, A i wartości początkowych elementów liniowych przy wykorzystaniu wyników badań napięć obniżonych zamieszczonych w katalogach, oraz podstawowych wymiarów stosu warystorów, etap II: korygowanie metodą iteracyjną: charakterystyk warystorów A 0 i A w celu uzyskania zgodności modelowanego łączeniowego napięcia obniżonego z doświadczalnym, wartości indukcyjności L do osiągnięcia zgodności wartości teoretycznej piorunowego napięcia obniżonego z wartością doświadczalną.

23 23 Charakterystyki rezystorów nieliniowych A 0 i A modelu wyrażają wzory: gdzie: U8/ 20;0 U A ( i ) ( ) 0 A = A i 0 w0 A (2.3) 0,6 U ( i U / 20;0 ) = A ( i ) 8 w A (2.4),6 A A U 8 / 20;0 napięcie obniżone ogranicznika przy prądzie wyładowczym 8/20µs/µs;0 ka, A ( i ), A ( i ) zależności zapisane w postaci [34, 35, 36, 37, 38]: w0 A0 w A gdzie: A A α 0 w ( 0 w ) c i 0 o A 0 i = (2.5) α w ( i w ) c ia = (2.6) c 0, c stałe, ; c 0 =,8; c = 0,92; α 0, α współczynniki nieliniowości; α 0 = 0,05; α = 0,058, i, i natężenia prądu w warystorach A 0 i A. A0 A Wartości elementów liniowych L o, R o, L, R oraz C oblicza się przy wykorzystaniu wzorów [55]: L lw = 0,2 [ µ ] (2.7) n 0 H k lw R 0 = 00 [ Ω] (2.8) n L k lw = 5 [ µ ] (2.9) n H k lw R = 65 [ Ω] (2.20) n k lw C = 00 [ pf ] (2.2) nk gdzie: l w wysokość kolumny warystorów, m, n k liczba równoległych kolumn,. Model ograniczników, zamieszczony na rysunku 2.2, stosowano w symulacjach przepięć piorunowych narażających transformator, wykonanych w programie Electromagnetic Transients Program Alternative Transients Program (EMTP ATP) zamieszczonych w rozdziale 3.

24 Koordynacja izolacji w sieciach wysokich napięć Zasadniczy wpływ na koordynację izolacji i ochronę przeciwprzepięciową urządzeń elektroenergetycznych, w tym transformatorów, ma powszechne stosowanie ograniczników przepięć z tlenków metali. Podstawą koordynacji izolacji jest ocena spodziewanych wartości napięć i przepięć, na które izolacja urządzeń może być narażona podczas wieloletniej eksploatacji. Przy ocenie narażeń izolacji uwzględnia się zastosowane sposoby, metody i środki ograniczania przepięć oraz możliwe połączenia i układy pracy analizowanego fragmentu sieci. Na tej podstawie wyznacza się parametry napięć i przepięć reprezentatywnych, charakteryzujących narażenia elektryczne układu izolacyjnego [70, 97]. Procedura koordynacji izolacji obejmuje następujące etapy postępowania, których celem jest ocena lub wyznaczenie: napięć i przepięć reprezentatywnych U rp, które charakteryzują typowe narażenia elektryczne układu izolacyjnego, napięć i przepięć koordynacyjnych U cw, które izolacja powinna wytrzymywać podczas całego okresu eksploatacji, przy uwzględnieniu narażeń powodowanych napięciami i przepięciami U rp, wymaganych wartości napięć wytrzymywanych U rw, które izolacja powinna wytrzymać w próbach laboratoryjnych, aby wykazać, że nie zostanie uszkodzona napięciami U cw podczas eksploatacji, znormalizowanych wartości napięć probierczych, które należy stosować w próbach laboratoryjnych układów izolacyjnych, znormalizowanych poziomów izolacji, kojarzących napięcia U w, charakteryzujących wytrzymałość elektryczną układu izolacyjnego z najwyższym napięciem urządzeń U m. W koordynacji izolacji decydujące znaczenie ma ocena i wybór wytrzymywanych napięć koordynacyjnych U cw [6, 7]. Napięcia koordynacyjne U cw mogą być wyznaczone metodą deterministyczną lub metodą statystyczną oraz uproszczoną metodą statystyczną [6]. W sieciach o napięciu do 400 kv stosuje się metodę deterministyczną koordynacji izolacji natomiast w sieciach o napięciach wyższych podejmuje się próby wprowadzenia metody statystycznej uproszczonej [7]. Metody statystyczne koordynacji izolacji polegają na wyznaczaniu parametrów napięć koordynacyjnych U cw według zasad i reguł rachunku prawdopodobieństwa i statystyki matematycznej. W metodzie deterministycznej napięcie koordynacyjne U cw wyraża zależność: U cw = K cu rp (2.22) gdzie: K c współczynnik koordynacyjny, uwzględniający niepewności oceny napięcia U cw, U rp napięcie lub przepięcie reprezentatywne.

25 25 Typowymi napięciami i przepięciami reprezentatywnymi U rp, są: dla napięć pracy ciągłej: napięcie przemienne o częstotliwości sieciowej i wartości skutecznej równej największej spodziewanej wartości szczytowej przepięcia dorywczego, podzielonej przez 2, dla przepięć o łagodnym czole: znormalizowany udar łączeniowy 250/2500 µs/µs o wartości maksymalnej równej wartości maksymalnej spodziewanego największego przepięcia o łagodnym czole, dla przepięć o stromym czole: znormalizowany udar piorunowy l,2/50 µs/µs o wartości maksymalnej równej wartości maksymalnej spodziewanego najwyższego przepięcia o stromym czole. W przypadku izolacji nie regenerującej się (gdy izolacja jest charakteryzowana konwencjonalnym napięciem wytrzymywanym, przy którym prawdopodobieństwo braku wyładowania zupełnego p = 00 %) współczynnik K c uwzględnia niepewność oceny jej wytrzymałości i napięcia reprezentatywnego U rp. Dla izolacji regenerującej się (gdy izolacja jest charakteryzowana statystycznym napięciem wytrzymywanym U 90 ) współczynnik K c uwzględnia dodatkowo różnicę pomiędzy napięciem U 90, a spodziewanym napięciem wytrzymywanym. Podczas normalnej pracy sieci koordynacja izolacji jest realizowana przez przyjęcie, że wymagane napięcie koordynacyjne U cw jest równe: najwyższemu napięciu U s sieci dla izolacji międzyfazowej oraz wartości U s / 3 dla izolacji doziemnej w przypadku napięcia pracy ciągłej, napięciu reprezentatywnemu U rp w przypadku przepięć dorywczych. Tak więc w normalnej pracy sieci współczynnik K c =. W odniesieniu do przepięć o łagodnym czole koordynacja izolacji polega na: oszacowaniu maksymalnych wartości przepięć łączeniowych w sieci, wyznaczeniu wartości napięć, które układ izolacyjny powinien wytrzymać podczas całego okresu eksploatacji. Wartość napięcia koordynacyjnego U cw w odniesieniu do przepięć o łagodnym czole wyznacza się z zależności: U cw = K cd U rp (2.23) gdzie: K cd współczynnik koordynacyjny metody deterministycznej. Gdy urządzenia są chronione przed przepięciami łączeniowymi za pomocą ograniczników przepięć z tlenków metali, wówczas spodziewane przepięcie określa poziom ochrony ograniczników: U rp = U ps (2.24)

26 26 gdzie: U ps łączeniowy poziom ochrony ograniczników. Wówczas przy ocenie wartości napięcia U rp należy uwzględnić fakt ucięcia rozkładu przepięć. Z tego powodu wartości współczynnika K c uzależnia się od ilorazu U ps /U e2, gdzie: U e2 wartość 2 % (kwantyl) rozkładu statystycznego przepięć w układzie faza ziemia. Wartość K cd maleje liniowo od, do, gdy iloraz U ps /U e2 wzrasta od 0,7 do,8 [6]. Gdy urządzenia nie są chronione ogranicznikami przepięć współczynnik K cd = l, gdyż spodziewane przepięcie jest równe wartości U e2, zależnej od parametrów sieci i sposobu jej pracy. Koordynacja izolacji w odniesieniu do przepięć o stromym czole polega na wyznaczeniu przepięć, które są spodziewane w układach wyposażonych w ograniczniki przepięć. Wartości tych przepięć są równe wartościom napięć koordynacyjnych i wynikają z zależności: U cw = ku pl (2.25) gdzie: k margines koordynacyjny ochrony, U pl poziom ochrony (napięcie obniżone ogranicznika) przy znamionowym prądzie wyładowczym I n o kształcie 8/20 µs/µs. W koordynacji izolacji rozdzielni o napięciu znamionowym od 3 kv do 30 kv przyjęto k = l,5, a w koordynacji izolacji rozdzielni wyższych napięć k = l,25 [68,97]. W pozycjach od 3 do 7 tabeli 2.2 zamieszczono na podstawie literatury i normy wyniki obliczeń napięć i przepięć reprezentatywnych U rp [68, 96]. Napięcia koordynacyjne U cw są napięciami, które izolacja powinna wytrzymywać podczas całego okresu eksploatacji w sieci, tzn. gdy będzie narażona na oddziaływanie różnych przepięć, w tym również przepięć reprezentatywnych U rp. Przy wyznaczaniu napięć koordynacyjnych U cw konieczne jest uwzględnienie dopuszczalnej zawodności izolacji, określanej akceptowanym wskaźnikiem uszkodzeń izolacji (utraty właściwości dielektrycznych). Dopuszczalny wskaźnik uszkodzeń izolacji nie regenerującej się przyjmuje się równy zeru. Dlatego wytrzymałość tej izolacji charakteryzuje konwencjonalne napięcie wytrzymywane, co oznacza, że spodziewane prawdopodobieństwo wytrzymania tego napięcia wynosi 00 %. Izolacja regenerująca się jest natomiast charakteryzowana statystycznym napięciem wytrzymywanym, które odpowiada 90 % prawdopodobieństwu wystąpienia wyładowania.

27 27 Gdy znane są wartości napięć koordynacyjnych U cw, można wyznaczyć wymagane napięcia probiercze U rw. Przy wyznaczaniu napięcia U rw wprowadza się dwa współczynniki poprawkowe: współczynnik poprawkowy atmosferyczny K u dla izolacji zewnętrznej, uwzględniający wpływ zmiany wytrzymałości elektrycznej izolacji zewnętrznej przy zmianie ciśnienia powietrza, wynikającej ze zmiany wysokości miejsca, w którym urządzenie pracuje (jednocześnie przyjmuje się, że wpływ zmian temperatury i wilgotności powietrza wzajemnie się kompensują), współczynnik bezpieczeństwa, uwzględniający różnice między warunkami pracy izolacji w eksploatacji, a warunkami, w których wykonywane są laboratoryjne próby wytrzymałości elektrycznej. Wartość tego współczynnika wynosi,5 dla izolacji wewnętrznej oraz,05 dla izolacji zewnętrznej. Wymagana wartość napięć wytrzymywanych dla izolacji zewnętrznej jest obliczana ze wzoru [68, 97]: U =, 05 K U (2.26) rw u cw a dla izolacji wewnętrznej przy wykorzystaniu zależności: U =, 5 (2.27) rw U cw Urządzenia stosowane w sieciach o napięciu znamionowym od 3 kv do 220 kv są poddawane w laboratoriach próbom wytrzymałości elektrycznej wykonywanym napięciem przemiennym oraz napięciami udarowymi piorunowymi. W rzeczywistości izolacja tych urządzeń narażona jest również na przepięcia o łagodnym czole, które w koordynacji izolacji reprezentowane są udarem łączeniowym znormalizowanym 250/2500 µs/µs. W związku z tym, napięcia koordynacyjne wyznaczane dla przepięć o łagodnym czole, należy przeliczyć na równoważne (pod względem oddziaływania na izolację) napięcia udarowe piorunowe. Przeliczeń dokonuje się mnożąc wymagane wartości udarowego napięcia łączeniowego przez współczynniki przeliczeniowe K t. Wyznaczone wartości napięć przeliczonych uwzględnia się w analizie koordynacji izolacji. Izolacja urządzeń o napięciu 400 kv i wyższym jest natomiast sprawdzana udarami łączeniowymi i udarami piorunowymi. Napięcia koordynacyjne, wyznaczane dla przepięć dorywczych, są przeliczane na równoważne napięcia udarowe łączeniowe i piorunowe według zasad podanych w [70, 97].

28 28 Tabela 2.2. Obliczenia koordynacji izolacji urządzeń instalowanych w stacjach i rozdzielniach 5 kv, 0 kv, 220 kv i 400 kv [68, 96]. napięcie lub przepięcie Lp. rodzaj symbol jednostka wartość napięcie znamionowe U n najwyższe napięcie sieci U s kv(sk) 7, dorywcze faza ziemia 7,5 99, napięcie między fazami kv(sk) i przepięcie o łagodnym czole faza ziemia U rp 43 0,82 U pl reprezentatywne pl b),28u pl 6 między fazami kv(m) 63 a) l,64u 7 o stromym czole U pl 8 o częstotliwości faza ziemia 7,5 99, sieciowej kv(sk) 9 napięcie między fazami koordynacyjne o łagodnym czole faza ziemia U cw 43 a) 0,90 U pl b) 0,85U pl między fazami kv(m) 63 a),64 U pl b),28u pl 2 o stromym czole,5 U pl l,25 U pl 3 faza ziemia Z 20, o częstotliwości W kv(sk) sieciowej 4 między Z wymagane fazami W napięcie 5 wytrzymywane o łagodnym czole W 49,5 U faza ziemia Z U rw 5,9 U cw cw 6 między fazami Z W 7 o stromym czole Z W kv(m) 75 72,36 U pl,24 U pl 8 znormalizowane krótkotrwałe o częstotliwości znamionowy napięcie sieciowej 9 poziom wytrzymywane udarowe izolacji łączeniowe U w 20 udarowe piorunowe kv(m) 75 95,9 U cw,5 U cw,45 U pl l,32 U pl kv(sk) c) 950 d) U pl poziom ochrony (napięcie obniżone) ogranicznika przy przewodzeniu znamionowego prądu wyładowczego I n o kształcie 8/20 µs/µs, Z izolacja zewnętrzna, W izolacja wewnętrzna, a izolacja w polu liniowym stacji, b w stacji poza polem liniowym faza ziemia i wzdłużna, d izolacja międzyfazowa W tabeli 2.2 zamieszczono wartości wymaganych napięć koordynacyjnych U cw oraz wymaganych napięć wytrzymywanych U rw. Zamieszczono także wartości znamionowego poziomu izolacji urządzeń sieci elektrycznych. Zapewnienie koordynacji izolacji transformatorów wymaga odpowiedniego doboru parametrów ograniczników przepięć i ich lokalizacji. Analiza narażeń przepięciowych transformatorów pracujących w układach elektroenergetycznych, będąca treścią niniejszej pracy, jest prowadzona z uwzględnieniem przedstawionych zasad koordynacji izolacji.

29 29 3. Narażenia transformatorów od przepięć piorunowych 3.. Mechanizm powstawania przepięć piorunowych w układach elektroenergetycznych Przepięcia piorunowe są skutkiem wyładowań atmosferycznych do przewodów odgromowych, przewodów fazowych linii napowietrznych lub podczas wyładowań doziemnych w otoczeniu linii przesyłowych. Przebiegi przepięć piorunowych i ich wartości szczytowe są zróżnicowane, zależne od ładunku elektrycznego zgromadzonego w chmurach, prądu wyładowania, ochrony odgromowej linii napowietrznych oraz od warunków propagacji fal napięciowych w sieciach elektrycznych. Ładunek elektryczny wewnątrz chmur może być zawarty w przedziale 00 C, a potencjał elektryczny może osiągać wartości V. Natężenie pola elektrycznego może zawierać się w zakresie od 0 kvm wewnątrz chmury do MVm w punkcie, w którym rozpoczyna się wyładowanie piorunowe [2, 39, 40, 79, 80, 06]. Wartości maksymalne przepięć piorunowych w miejscu wyładowania atmosferycznego przekraczają wielokrotnie wartości maksymalne największego napięcia roboczego sieci. Linie przesyłowe wysokich i najwyższych napięć są chronione od bezpośrednich wyładowań piorunowych do przewodów fazowych przy zastosowaniu przewodów odgromowych. Przewody odgromowe przejmują wyładowania atmosferyczne o dużych prądach kanału wyładowczego. Wyładowania o prądach rzędu kilkunastu kiloamperów mogą docierać jednak do przewodów fazowych [57, 0]. Linie napowietrzne średnich napięć nie są chronione od bezpośrednich wyładowań piorunowych. Z powodu niedużych wysokości konstrukcji wsporczych prądy wyładowań piorunowych docierających do przewodów fazowych są niewielkie. Podczas wyładowań piorunowych do przewodów odgromowych oraz przewodów fazowych pojawiają się przepięcia w liniach napowietrznych zależne od prądów wyładowań atmosferycznych, rozwiązań konstrukcyjnych linii i urządzeń oraz konfiguracji układu elektroenergetycznego (Rys. 3.). Przepięcia docierają do rozdzielni elektroenergetycznych i stanowią narażenia urządzeń elektrycznych [8], między innymi transformatorów.

30 30 wyładowanie piorunowe parametry pierwszego wyładowania wyładowanie piorunowe do słupa lub przewodu odgromowego wyładowanie piorunowe do przewodu fazowego wyładowanie piorunowe do ziemi przeskok odwrotny tak przeskok tak/nie punkt wyładowania piorunowego propagacja przepięć wzdłuż linii przepięcia w rozdzielni elektroenergetycznej op rozdzielnia elektroenergetyczna Rys. 3.. Schemat ogólny powstawania przepięć piorunowych w liniach napowietrznych: op ograniczniki przepięć u u Rys Fale napięciowe powstające w przewodach fazowych podczas wyładowań piorunowych do przewodów odgromowych linii napowietrznych [57] u s Z s Z l i s Z l i p R u Rys Schemat zastępczy linii napowietrznych podczas wyładowań piorunowych do przewodu odgromowego: Z l impedancja falowa linii napowietrznej, Z S impedancja falowa słupa linii, R u rezystancja uziemienia słupa, i s prąd w słupie podczas wyładowania piorunowego, i p prąd wyładowania piorunowego, u s przepięcie na słupie [57]

31 3 Podczas wyładowania piorunowego bezpośrednio do przewodu fazowego, przepięcia pojawiają się w wyniku przepływu prądu piorunowego w przewodach fazowych. Podczas wyładowania atmosferycznego do przewodu odgromowego przepięcia są natomiast indukowane w przewodach fazowych linii w wyniku sprzężeń elektromagnetycznych między przewodami odgromowymi, w których płynie część prądu piorunowego, a przewodami fazowymi (Rys. 3.2, Rys. 3.3) Symulacje przepięć powstających podczas wyładowań piorunowych Modele cyfrowe urządzeń elektroenergetycznych i zjawisk w warunkach wyładowań piorunowych Symulacje przepięć piorunowych wykonano przy wykorzystaniu modeli: prądu wyładowania piorunowego, słupów linii napowietrznych, uziomów, izolatorów liniowych, przewodów fazowych linii napowietrznych, ograniczników przepięć, transformatora. Model prądu wyładowania piorunowego Model prądu kanału wyładowania atmosferycznego uwzględnia wartość maksymalną prądu i jego przebieg. Zgodnie z zaleceniami CIGRE prąd wyładowania piorunowego jest modelowany przebiegiem w kształcie trójkąta o stałej stromości narastania wynoszącej 24,3 kaµs - i czasie opadania do połowy wartości szczytowej równym 77,5 µs [, 24]. Czas do wartości maksymalnej udaru jest obliczany na podstawie znanej wartości maksymalnej prądu udarowego i stromości narastania udaru. Model słupów linii napowietrznych Konstrukcje słupów linii napowietrznych są zróżnicowane. Modele słupów linii są opracowywane po zastąpieniu słupa odpowiednią figurą geometryczną. Wybór właściwego modelu słupów do obliczeń przepięć piorunowych w liniach napowietrznych ma duży wpływ na wyniki symulacji. Elementy słupów mogą być zamodelowane jako linia długa o stałej impedancji falowej. Słupy mogą być zastąpione

32 32 prostymi figurami geometrycznymi takimi jak cylinder, stożek lub podwójny stożek [45, 83, 86, 7, 22, 30]. a) b) c) θ h r h T h T r 2 h 2 r T r T r 3 Rys Wybrane uproszczone kształty słupów: a słup cylindryczny, b słup stożkowy, c słup o kształcie podwójnego stożka Impedancję falową słupów dla fali prądowej prostokątnej można obliczyć ze wzorów [,45]: Z T = 60 ln 2 2 h r T T - dla słupa cylindrycznego (Rys. 3.4a) (3.) Z T = 60 Z T = 60 ln ln 2 sin Θ arc [ctg ( tg 2 Ψ )] - dla słupa w kształcie stożka (Rys. 3.4b) - dla słupa zastąpionego układem dwóch stożków (Rys. 3.4c) (3.2) (3.3) gdzie: Ψ r = h 2 + r ( h + h ) + r h ( h + h ) 2 3 (3.4) Na przykład do modelowania słupów linii napowietrznych rozdzielczych można stosować model w postaci walca (Rys. 3.4a) [45]. Model uziomów Rezystancja uziomu podczas przepływu prądu udarowego różni się od wartości rezystancji statycznej. Wynika to z faktu pozornego zwiększenia wymiarów poprzecznych uziomu podczas przepływu prądu udarowego, przy czym wielkość obszaru, w którym następuje rozpływ prądu, ściśle zależy od wartości szczytowej udaru prądowego. Rezystancja statyczna R st pionowego uziomu o długości l e i promieniu r e, umieszczonego w gruncie o rezystywności ρ e, może być wyrażona wzorem [, 24]: R ρ 2l e e st = ln (3.5) 2π le rz

33 33 Promień zastępczy r z uziomu może być obliczony ze wzoru: Imax rz = ρe (3.6) 2 π E l g e gdzie: E g natężenie pola elektrycznego, przy którym następuje jonizacja gruntu, V m, I max wartość maksymalna wyładowania piorunowego, A. Na podstawie zależności (3.5) i (3.6) wyznacza się następujący wzór, z którego oblicza się rezystancję statyczną uziemienia: R st ρ 2 E e = ln 4π le 2π le ρe I g max (3.7) Rezystancja udarowa uziemienia słupa, zgodnie z podejściem stosowanym przez CIGRE, jak również przez IEEE, może być aproksymowana wzorem [, 54, 24]: gdzie: E R u ( i) = R st i + I g (3.8) g I g = ρe, (3.9) 2 st 2π R E g kv m, ρ e Ω m. Model izolatorów liniowych Model izolatorów stosowany w obliczeniach uwzględnia pojemność izolatorów oraz ich wytrzymałość elektryczną. Pojemności symulują sprzężenia pojemnościowe między przewodami fazowymi a słupem. Typowa wartość pojemności izolatorów wiszących wynosi około 80 pf, a izolatorów stojących około 00 pf. Wartości pojemności izolatorów kompozytowych są mniejsze o jeden rząd wartości od pojemności porównywalnych izolatorów ceramicznych [56].

34 34 Wartość napięcia przeskoku na izolatorach może być obliczana ze wzoru [56]: K u = K + (3.0) pi te gdzie: K = 400 l i, K 2 = 70 l i, l i długość izolatora, m, u pi napięcie przeskoku na izolatorze, kv, t e czas, jaki upłynął od początku przeskoku, µs. Wartość napięcia przeskoku na izolatorze, wyznaczana podczas symulacji, jest porównywana z aktualną wartością napięcia na izolatorze. Jeżeli wartość napięcia jest większa od napięcia przeskoku, wówczas pomiędzy okuciami następuje zwarcie. Model przewodów fazowych linii Model przewodów fazowych linii napowietrznej zawiera parametry elektryczne linii rozłożone i zależne od częstotliwości. Model jest generowany przy użyciu procedury JMarti w programie Electromagnetic Transients Program Alternative Transients Program (EMTP ATP). Model ograniczników przepięć Do modelowania ograniczników przepięć z tlenków metali zastosowano model przedstawiony na rysunku 2.2 [55, 95]. Model transformatora Model transformatora, zastosowany do obliczeń przepięć piorunowych, wygenerowano z zastosowaniem procedury BCTRAN programu EMTP ATP, na podstawie danych znamionowych transformatora Symulacje przepięć piorunowych na zaciskach transformatora Wykonano symulacje przepięć powstających podczas wyładowań piorunowych narażających transformator pracujący w układzie, którego schemat przedstawiono na rysunku 3.5, stanowiącym fragment sieci elektrycznej rozdzielczej. Układ zawiera: transformator rozdzielczy Tr z o mocy 250 kva i napięciu znamionowym 5/0,4 kv, linię napowietrzną l n zasilającą transformator Tr z, trzy ograniczniki przepięć op, chroniące transformator Tr z [27].

35 35 układ elektroenergetyczny l n op d Tr z Rys Schemat fragmentu sieci rozdzielczej: l n linia napowietrzna, op ograniczniki przepięć z tlenków metali, Tr z transformator rozdzielczy, d odległość między punktem zainstalowania ograniczników przepięć a transformatorem Scharakteryzowano wyżej wymienione elementy fragmentu sieci elektrycznej: Linia napowietrzna l n zasilająca transformator Tr z Parametry linii napowietrznej l n, zasilającej transformator rozdzielczy Tr z, zamieszczono w tabeli 3.. Tabela 3.. Podstawowe parametry linii napowietrznej l n (Rys. 3.5) parametr jednostka wartość typ przewodów AFL6 70 mm 2 przekrój części aluminiowej mm 2 70 średnica części stalowej mm 3,75 rezystancja przewodu (20 o C) Ω 0,44 łączna długość linii km 4 liczba przęseł - 40 Transformator Tr z Podstawowe parametry elektryczne transformatora rozdzielczego Tr z (Rys. 3.5) o mocy 250 kva 5/0,4 kv, zamieszczono w tabeli 3.2. Tabela 3.2. Podstawowe parametry elektryczne transformatora rozdzielczego Tr z (Rys. 3.5) [2] parametr S n U n U z P Fe P Cu I 0 jednostka kva kv % kw kw % wartość 250 5/0,4 4,5 0,486 3,509,0 Ograniczniki przepięć op Dane znamionowe ograniczników przepięć z tlenków metali, zastosowanych do ochrony transformatora 5 kv (Rys. 3.5), zamieszczono w tabeli 3.3. Tabela 3.3. Napięcia obniżone ograniczników przepięć typu POLIM-D 2N i POLIM-D 8N, stosowanych w sieciach elektrycznych 5 kv [89] typ ogranicznika napięcie obniżone przy prądzie wyładowczym U r U c /2,5µs 8/20µs 30/60µs 5 ka 0 ka ka 2,5 ka 5 ka 0 ka 20 ka 25 A 500 A 000 A kv POLIM D2N ,3 47,9 34,9 37,0 39, 42 47,7 3, 32,2 33,2 POLIM D8N 22,5 8 64,9 74,9 52,3 55,5 58,6 63 7,6 46,7 48,2 49,8

36 36 Do modelowania urządzeń elektrycznych pracujących w sieci elektrycznej z transformatorem rozdzielczym, przedstawionym na rysunku 3.5, zastosowano następujące modele w programie Electromagnetic Transients Program Alternative Transients Program (EMTP ATP): prąd kanału wyładowania atmosferycznego model CIGRE), transformator Tr z model BCTRAN, linia napowietrzna l n model JMARTI, ograniczniki przepięć op model przedstawiony na rysunku 2.2, uziomy model zapisany wzorem (3.8), słupy model słupa cylindrycznego (Rys. 3.4a, wzór (3.)), przeskok na izolatorach zależność analityczna do obliczania napięcia przeskoku (wzór (3.0)). Model cyfrowy fragmentu sieci, opracowany w programie EMTP-ATP zamieszczono na rysunku 3.6. Rys Model fragmentu sieci elektrycznej przedstawionej na rysunku 3.5, opracowany w programie Electromagnetic Transients Program Alternative Transients Program (EMTP ATP) Symulacje obejmowały przebiegi przepięć doziemnych na zaciskach transformatora Tr z. Symulacje wykonano przy następujących założeniach: wartość szczytowa udaru prądowego piorunowego wynosi 20 ka, linia zasilająca l n jest linią napowietrzną, wyładowanie atmosferyczne następuje do przewodu fazy A linii zasilającej l n w odległości 00 m od transformatora,

37 37 obliczenia wykonano dla sieci, w której nie jest stosowane automatyczne wyłączanie zawarcia doziemnego (ograniczniki przepięć: U c =8 kv) i sieci, w której zwarcie doziemne jest wyłączane automatycznie (ograniczniki przepięć: U c = 2 kv), odległości d między transformatorem Tr a ogranicznikami op: 2 m, 2 m, 0 m. Wyniki obliczeń przepięć narażających transformator pracujący w sieci bez automatycznego wyłączania zwarcia doziemnego przedstawiono na rysunku 3.7, a przepięcia powstające na zaciskach transformatora w sieci z automatycznym wyłączaniem zwarcia doziemnego na rysunku 3.8. a) u,kv b) u,kv t,µs 0 c) u,kv t,µs Rys Przebiegi napięć doziemnych na zaciskach transformatora w sieci 5 kv bez automatycznego wyłączania zwarć doziemnych, podczas oddziaływania przepięcia piorunowego dla różnych odległości d między ogranicznikami, a transformatorem: a) d = 2 m, b) d = 2 m, c) d = 0 m; faza A, 2 faza B, 3 faza C (Rys. 3.5) t,µs

38 38 a) u,kv b) c) u,kv u,kv t,µs t,µs t,µs Rys Przebiegi napięć fazowych na zaciskach jednej fazy transformatora w sieci 5 kv z automatycznym wyłączaniem zwarć doziemnych, podczas oddziaływania przepięcia piorunowego dla różnych odległości d między ogranicznikami a transformatorem: a) d = 2 m, b) d = 2 m, c) d = 0 m; faza A, 2 faza B, 3 faza C (Rys. 3.5) Na podstawie wyników symulacji przebiegów przepięć doziemnych na zaciskach transformatora (Rys. 3.7, 3.8), wyznaczono zależności wartości maksymalnych napięć doziemnych w jednej fazie, od odległości d między ogranicznikami a chronionym transformatorem i przedstawiono na rysunku U max, kv d,m Rys Zależności wartości maksymalnych napięć doziemnych na zaciskach transformatora rozdzielczego 5 kv od odległości między ogranicznikami przepięć a transformatorem U max =f(d): sieć bez automatycznego wyłączania zwarć doziemnych, 2 sieć z automatycznym wyłączaniem zwarć doziemnych

39 39 Wyniki symulacji przepięć piorunowych, zamieszczone na rysunkach 3.7, 3.8 i 3.9, potwierdzają że: wartości maksymalne napięć przejściowych na transformatorach chronionych ogranicznikami przepięć, pracujących w sieciach elektrycznych bez automatycznego wyłączania zwarć doziemnych, są większe od wartości maksymalnych napięć przejściowych na transformatorach pracujących w sieciach, w których zwarcia doziemne są wyłączane, zwiększenie odległości między punktem zainstalowania ograniczników przepięć a zaciskami transformatora powoduje zwiększenie wartości maksymalnych napięć narażających transformator podczas wyładowań piorunowych. Większe wartości przepięć piorunowych narażających transformatory pracujące w sieciach rozdzielczych, w których zwarcia doziemne nie są wyłączanie są efektem stosowania w takich sieciach ograniczników przepięć, dla których wartości napięcia pracy ciągłej U c są większe od wartości napięcia pracy ciągłej ograniczników stosowanych w sieciach, w których zwarcia doziemne są wyłączane automatycznie. Ograniczniki o większych wartościach napięcia U c charakteryzują większe wartości napięcia obniżonego. Dodatkowo, z przeprowadzonych symulacji wynika, że zjawiska przejściowe, zależne od długości odcinka linii łączącej transformator z ogranicznikami przepięć, wpływają na przepięcia na transformatorze. Ze wzrostem długości linii między transformatorem a ogranicznikami ulegają zwiększeniu wartości maksymalne napięć na transformatorze podczas wyładowań atmosferycznych. Na przykład w przypadku zainstalowania ograniczników beziskiernikowych w odległości 2 metrów od zacisków wejściowych transformatora przepięcia są większe o około 5 % od przepięć powstających wówczas, gdy ograniczniki są połączone bezpośrednio z zaciskami wejściowymi transformatora - zarówno w sieci, w której jednofazowe zwarcia nie są wyłączane, jak i w sieci, gdzie zwarcia doziemne są wyłączane automatycznie.

40 40 4. Analiza narażeń transformatorów od przepięć łączeniowych 4.. Charakterystyka wyłączników Przebiegi procesów wyłączania urządzeń elektrycznych zależą od parametrów urządzeń, konfiguracji układów elektrycznych, warunków pracy urządzeń, momentu wyłączenia oraz właściwości wyłączników [77]. W procesie wyłączania obwodu elektrycznego (Rys. 4.) wyróżnia się kilka etapów zjawisk, powstających w wyłącznikach i wpływających na przepięcia. Są to: zapalenie się łuku elektrycznego w momencie rozchodzenia się styków wyłącznika, procesy zachodzące podczas palenia się łuku, zależne od rodzaju medium gaszącego, zjawiska występujące po przejściu prądu przez zero, związane z powtórnym zapłonem łuku oraz odbudową wytrzymałości elektrycznej przerwy międzystykowej. Rys. 4.. Przebieg wyłączania prądu przemiennego: i a, u a prąd i napięcie łuku, i pa prąd połukowy, u c napięcie powrotne [77] Palenie się łuku elektrycznego powoduje, że obwód elektryczny nie jest przerwany i odbiornik nie jest wyłączony, dlatego czas palenia się łuku powinien być jak najkrótszy. W celu zgaszenia łuku elektrycznego prądu przemiennego kanał łukowy jest chłodzony zanim prąd łuku przejdzie przez zero. Po przejściu prądu przez zero kanał połukowy powinien być szybko dejonizowany w celu szybkiego wzrostu wytrzymałości powrotnej. Chłodzenie łuku elektrycznego jest realizowane przez zastosowanie różnych technik, wymuszających odmienne konstrukcje komór gaszeniowych, w których stosowane są materiały izolacyjne gazowe, ciekłe lub stałe [2, 7, 77]. Sposób gaszenia łuku

41 4 elektrycznego w wyłącznikach ma wpływ na przepięcia powstające podczas czynności łączeniowych w układach elektroenergetycznych. Ze względu na rodzaj medium gaszącego wyróżnia się: wyłączniki gazowe tj.: wyłączniki pneumatyczne, wyłączniki izolowane SF 6, wyłączniki próżniowe, wyłączniki z izolacją cieczową tj. wyłączniki małoolejowe, wyłączniki z materiałem izolacyjnym stałym gazującym tj. wyłączniki gazowowydmuchowe. W elektroenergetyce stosowane są także łączniki półprzewodnikowe. W wyłącznikach pneumatycznych łuk elektryczny gaszony jest w wyniku intensywnego wydmuchu zjonizowanego gazu przy zastosowaniu strumienia powietrza pod wysokim ciśnieniem. Wyłączniki pneumatyczne wymagają stosowania systemów sprężonego powietrza o ciśnieniu co najmniej kilku megapaskali. Coraz szersze zastosowanie w elektroenergetyce znajdują wyłączniki izolowane sześciofluorkiem siarki (SF 6 ). Proces gaszenia łuku w strumieniu SF 6 przebiega podobnie jak w przypadku sprężonego powietrza. Sześciofluorek siarki jest gazem o wytrzymałości elektrycznej około trzykrotnie większej od wytrzymałości powietrza i dużej przewodności cieplnej [2, 77]. W wyłącznikach małoolejowych łuk elektryczny pali się w przestrzeni wypełnionej produktami rozkładu oleju i jego parami. Wysoka temperatura łuku powoduje najpierw odparowanie oleju, a następnie jego odgazowanie. Wokół kanału łukowego powstaje przestrzeń wypełniona gazem, który stanowi głównie wodór. Wysokie przewodnictwo cieplne wodoru sprzyja intensywnemu procesowi chłodzenia i dejonizacji kolumny połukowej, zapewniając intensywne odprowadzanie ciepła z zewnętrznych powierzchni. W wyłącznikach magnetowydmuchowych gaszenie łuku zachodzi w powietrzu o ciśnieniu atmosferycznym, poprzez przemieszczanie kanału łukowego z jego równoczesnym wydłużaniem. Celem łatwiejszego zgaszeniu łuku wykorzystywany jest efekt unoszenia cieplnego oraz oddziaływanie elektrodynamiczne, które pochodzi od magnetycznego pola wydmuchowego, wytwarzanego przez prąd wyłączeniowy. Wyłączniki magnetowydmuchowe są budowane na napięcia znamionowe do 24 kv. Łączniki półprzewodnikowe budowane są zarówno na prąd przemienny jak i prąd stały, na napięcia do kilku kilowoltów. Procesy komutacyjne odbywają się z dużą szybkością bez udziału elementów ruchomych. Łączniki półprzewodnikowe posiadają możliwość budowania układów wielofunkcyjnych. Są one wrażliwe na przepięcia i przetężenia oraz na wzrost temperatury [04]. Szerokie zastosowanie w elektroenergetyce znajdują wyłączniki próżniowe. Wyróżnia je duża zdolność łączeniowa, niezawodność pracy, odporność na narażenia środowiskowe oraz praktycznie bezobsługowa eksploatacja. Stosowane są głównie w zakresie napięć znamionowych do 36 kv. Wyłączniki próżniowe charakteryzują nietypowe właściwości, mające wpływ na przebiegi procesu wyłączania urządzeń elektrycznych i wartości przepięć łączeniowych, spowodowane zjawiskami występującymi podczas gaszenia łuku elektrycznego w próżni. W układach elektrycznych z wyłącznikami próżniowymi powstają

42 42 przepięcia o dużych wartościach maksymalnych, szczególnie podczas wyłączania odbiorników o charakterze indukcyjnym, takich jak nieobciążone transformatory lub maszyn elektrycznych na biegu jałowym. Badania narażeń transformatorów od przepięć łączeniowych, przedstawione w niniejszej rozprawie, koncentrowały się na narażeniach przepięciowych powstających podczas łączenia transformatorów wyłącznikami próżniowymi Zjawiska w komorach wyłączników próżniowych Mechanizm palenia się łuku elektrycznego w próżni i sposoby gaszenia łuku w wyłącznikach próżniowych Łuk próżniowy jest wyładowaniem elektrycznym w powietrzu przy ciśnieniu w zakresie od 0 2 Pa do 0 5 Pa, przy czym średnia droga swobodna cząsteczki wynosi przeciętnie kilka metrów. W takich warunkach, przy odległościach między stykami wyłączników próżniowych wynoszących kilka milimetrów, prawdopodobieństwo inicjowania i podtrzymywania wyładowania łukowego w drodze jonizacji zderzeniowej jest bardzo małe. W łuku próżniowym, elektrony przewodnictwa pojawiają się głównie w wyniku: zjawiska termoemisji elektrod, jonizacji par metalu w strefie przykatodowej. Rozwój wyładowania w próżni zależy od właściwości materiału elektrod. Podczas palenia się łuku stan próżni jest zaburzony przepływem cząstek, jednakże po jego zgaszeniu właściwości środowiska bardzo szybko wracają do stanu początkowego. Łuk jest zjawiskiem niepożądanym w eksploatacji, gdyż niekorzystnie wpływa na pracę łączników próżniowych - głównie na ich trwałość łączeniową - i jest trudny do zgaszenia. W celu eliminacji łuku stosowane są komory próżniowe z: poprzecznym polem magnetycznym (Rys. 4.2a), podłużnym polem magnetycznym (Rys. 4.2b). a) b) Rys Schematy konstrukcji zestyków w komorach wyłączników próżniowych: a) komora z polem magnetycznym podłużnym, b) komora z polem magnetycznym poprzecznym (promieniowym): kierunek linii pola magnetycznego, 2 powierzchnia styczności, 3 elektroda pierścieniowa, 4 cewka, 5 trzpień [77, 29]

43 43 Komory próżniowe z polem magnetycznym poprzecznym są stosowane między innymi w wyłącznikach typu VD4 produkcji ABB [29]. Konsekwencją zjawisk, występujących podczas przerywania łuku w próżni jest: szybsza niż w innych mediach dyfuzja zjonizowanych cząstek plazmy z przestrzeni międzystykowej otwierającego się łącznika, po przejściu prądu łuku przez zero trwająca kilka mikrosekund, duża prędkość narastania wytrzymałości elektrycznej przerwy połukowej w próżni, przewyższająca wielokrotnie prędkości narastania wytrzymałości w innych mediach stosowanych w wyłącznikach do gaszenia łuku elektrycznego, ucinanie prądu przed naturalnym przejściem przez zero. Wytrzymałość połukowa przerwy międzystykowej w próżni Wytrzymałość elektryczna przerwy izolacyjnej w próżni w wyłącznikach, w warunkach dynamicznych zbliżonych do warunków łączeniowych, osiąga wartości dziesiątków kilowoltów. Jest zależna od materiału, z którego wykonane są elektrody, ich wymiarów oraz kształtu i jest znacznie większa od wytrzymałości elektrycznej innych mediów izolacyjnych stosowanych w łącznikach (Rys. 4.3). 00 u wp, kv 80 Be Ag Zn d, mm Rys Zależności u wp =f(d) wyznaczone w próżni dla wybranych materiałów stykowych: u wp napięcie przeskoku, d odległość między stykami łącznika [2] 60 u wp, kv próżnia 40 SF 6 20 O t,µs 0000 Rys Zależności u wp = f(t) dla przerwy połukowej w próżni przy ciśnieniu p = 0 4 Pa oraz dla wybranych gazów przy ciśnieniu p = 0, MPa: u wp napięcie przeskoku, t czas od momentu zgaszenia łuku [28] H 2

44 44 Czas odzyskania pełnej wytrzymałości elektrycznej przerwy międzystykowej wyłączników próżniowych jest znacznie krótszy od czasu odzyskania wytrzymałości powrotnej dla innych wyłączników (Rys. 4.4). Wytrzymałość elektryczna przestrzeni połukowej międzystykowej w próżni zależy od właściwości fizycznych plazmy łuku próżniowego. Najważniejsze z tych czynników to: zanik prądu połukowego, który jest związany z obecnością elektronów i jonów. Zjawisko wpływa na wytrzymałość przerwy między stykami bezpośrednio po przejściu prądu łuku przez zero, trwającej zwykle od kilkunastu do kilkudziesięciu mikrosekund (faza wczesna wytrzymałości elektrycznej przerwy między stykami), zanik cząsteczek neutralnych oraz mikrokropli metalu. Proces ten powoduje zmniejszenie wytrzymałości elektrycznej przerwy międzystykowej (faza późna wytrzymałości elektrycznej przerwy międzystykowej) wskutek zjawisk termicznych, występujących na powierzchni styków oraz zaniku cząstek neutralnych i mikrokropli metalu po minięciu fazy wczesnej wytrzymałości elektrycznej przerwy między stykami wyłącznika próżniowego. Mechanizm ucinania prądu w wyłącznikach próżniowych W wyłącznikach próżniowych wyróżnia się zjawiska: naturalnego ucinania prądu, wirtualnego ucinania prądu. Zjawisko naturalnego (rzeczywistego) ucinania prądu, zwykle o wartościach nie przekraczających kilku amperów powoduje powstawanie przepięć w przypadku wyłączania elementów układu o dużej indukcyjności, na przykład transformatorów i maszyn elektrycznych pracujących na biegu jałowym lub dławików. W układach gaszeniowych próżniowych ucinanie prądu jest spowodowane procesem przykatodowym, wynikającym z obniżenia się wydajności emisyjnej katody przy małych natężeniach prądu. W miarę zmniejszania się wartości chwilowych prądu łuku próżniowego podczas zbliżania się przebiegu sinusoidalnego wyłączanego prądu przemiennego do zera, zmniejsza się średnia wartość prądu pomiędzy stykami. Graniczna wartość prądu, przy której łuk w komorze próżniowej nie pali się stabilnie, nazywa się minimalnym prądem stabilnego palenia się łuku (prądem zapoczątkowania niestabilności) I min. (Rys. 4.5) Dla prądów mniejszych od I min następuje chwilowe przygasanie i regeneracja łuku. W obwodzie pojawia się prąd dużej częstotliwości i hf, zamykający się przez pojemności strony zasilającej i odbiorczej oraz wyłącznik, który nakłada się na składową podstawową prądu. W wyniku nałożenia się tych prądów wartości chwilowe prądu łuku okresowo osiągają wartości zbliżone do zera. Podczas kolejnego zbliżenia łuk gaśnie przy wartości chwilowej prądu łuku I u, dla której oscylacja prądu i hf osiąga wartość minimalną, przy której łuk nie jest podtrzymany. Następuje wówczas przerwanie obwodu przy niezerowej wartości chwilowej prądu składowej podstawowej I u, zwanej prądem ucięcia.

45 45 i I min i hf I u i uh 0 Rys Stylizowany przebieg wyłączania prądu przemiennego w komorze wyłącznika próżniowego: I min minimalny prąd stabilnego palenia się łuku, I u prąd ucięcia, i uh prąd przy którym gaśnie łuk elektryczny w wyłączniku próżniowym, i hf składowa wysokoczęstotliwościowa prądu [28] t Wartość minimalnego prądu stabilnego palenia się łuku I min zależy przede wszystkim od materiału styków wyłącznika próżniowego (Tabela 4.), natomiast przebieg prądu dużej częstotliwości i hf od parametrów łączonego obwodu elektrycznego. Tabela 4.. Wartości średnie prądów ucięcia I u oraz minimalny prąd stabilnego palenia się łuku I min niektórych jednorodnych materiałów stykowych łączników próżniowych (granice zakresów prądowych odpowiadają wartościom minimalnym i maksymalnym z różnych pozycji literaturowych) [28] materiał stykowy W Cu Ag A Bi Sb I u A 5,6 2 5,4 8 3,4 7,5 2,7 3,0,7 0,3 0,6 I min A ,2 0,8 Wartość prądu ucięcia I u (Rys. 4.5) zależy zatem od cech konstrukcyjnych, materiałowych (Tabela 4.) i technologicznych łącznika oraz od warunków eksploatacji, w tym zwłaszcza od parametrów i konfiguracji wyłączanego obwodu. Naturalne ucięcie prądu występuje w obwodach jedno- oraz trójfazowych symetrycznych z uziemionym punktem neutralnym Wymuszonym (wirtualnym) ucięciem prądu (virtual chopping current) nazywa się zjawisko polegające na nagłym przerwaniu prądu o częstotliwości sieciowej przed jego naturalnym przejściem przez zero. Zjawisko to jest spowodowane zgaśnięciem łuku w następstwie osiągnięcia przez prąd wartości zerowej w wyniku nałożenia się prądów wysokiej częstotliwości na składową prądu o częstotliwości sieciowej. Prądy o wysokiej częstotliwości są spowodowane zjawiskami podczas ponownych zapłonów łuku w sąsiednich biegunach łącznika lub innymi zakłóceniami zewnętrznymi. Zjawisko wymuszonego ucinania prądu występuje w trójfazowych obwodach elektrycznych (średnich napięć) z izolowanym punktem neutralnym.

46 Mechanizm powstawania przepięć łączeniowych w układach z wyłącznikami próżniowymi Przepięcia w następstwie naturalnego ucięcia prądu Specyfika zjawisk występujących podczas palenia łuku w próżni powoduje, że przebieg procesu wyłączania urządzeń przy zastosowaniu wyłączników próżniowych jest odmienny od przebiegów procesów wyłączania za pomocą innych wyłączników. W wyłącznikach próżniowych, ze względu na bardzo szybkie odzyskiwanie wytrzymałości elektrycznej przerwy międzystykowej, ponowne przeskoki między stykami wyłącznika zwykle nie występują. Jeżeli jednak wystąpią, to powodują one zwiększenie przepięć łączeniowych. Wartości przepięć w takich przypadkach mogą znacznie przekraczać wartości napięć wynikających z energii zgromadzonej w transformatorze w chwili ucięcia prądu, odpowiadające energii zgromadzonej w elementach obwodu odbiorczego w chwili ucięcia prądu [03, 27, 28]. L S C S R S L z W L k R k ~ u(t) C z u z (t) u 0 (t) C 0 L 0 R 0 Rys Schemat zastępczy obwodu z transformatorem jednofazowym (L 0 C 0 R 0 ) do analizy przebiegów przepięć podczas wyłączania transformatora wyłącznikiem próżniowym: u z (t) napięcie zasilania, u 0 (t) napięcie na odbiorniku, L z, C z indukcyjność i pojemność sieci zasilającej, W wyłącznik próżniowy, L k, R k indukcyjność i rezystancja linii kablowej, C 0 suma pojemności linii kablowej i odbiornika, L 0, R 0 indukcyjność i rezystancja odbiornika, L S, R S, C S indukcyjność, rezystancja i pojemność zastępcza przerwy między stykami wyłącznika próżniowego [00] Układ jednofazowy z transformatorem wyłączanym wyłącznikiem próżniowym przedstawiono na rysunku 4.6. Na rysunku 4.7 zaprezentowano przebiegi prądów i napięć w wyłączanym obwodzie, które powstają podczas występowania ponownych zapłonów łuku w wyłączniku [03, 27, 28]. Po ucięciu prądu w wyłączniku (t = 0) napięcie od strony zasilania u z wzrasta z częstotliwością: f z = (4.) 2π L C z z do chwilowej wartości napięcia źródła zasilania. Prąd płynący w indukcyjności L 0 płynie nadal przez pojemność C 0, powodując na jej zaciskach szybką zmianę napięcia u 0.

47 47 Jednocześnie wzrasta napięcie powrotne pomiędzy stykami wyłącznika, będące różnicą napięcia zasilania u z i napięcia wyłączanego obwodu u 0. Przy powolnym wzroście napięcia wytrzymywanego przerwy między stykami u wp i szybkim narastaniu napięcia powrotnego u 0, może wystąpić ponowny przeskok miedzy stykami wyłącznika. Następuje wówczas przepływ prądu wysokiej częstotliwości w obwodzie C z W L k R k C 0 (Rys. 4.6) i bardzo szybkie przeładowanie pojemności C 0 do wyższego napięcia u 0(j), jeśli prąd wysokiej częstotliwości zostaje wyłączony przy pierwszym przejściu przez zero. W krótkim czasie palenia się łuku (T/2) prąd w indukcyjności L 0 nie zdąży zmienić swej wartości. Jeśli w takiej sytuacji napięcie u 0(j) na pojemności C 0 po zgaśnięciu łuku jest większe od napięcia u 0(i) w chwili przeskoku, to energia zgromadzona w elementach L 0 i C 0 ulega zwiększeniu. W konsekwencji tego zwiększać się będą również wartości maksymalne napięcia na zaciskach wyłączanego obwodu. u u o2 u o3 u ok u wp u o f 0 u 0 f 2 u 0(i) t u z f z u 0(j) f i T/2 f 4 f 3 t Rys Typowy przebieg napięcia powrotnego podczas wyłączania urządzenia o charakterze indukcyjnym za pomocą wyłącznika próżniowego: u ok napięcie na wyłączonym odbiorniku bez przeskoków powtórnych na wyłączniku, u 0 napięcie na odbiorniku (na pojemności C 0 Rys. 4.6) wyłączonym wyłącznikiem próżniowym z przeskokami powtórnymi, u z napięcie zasilania, i prąd łącznika próżniowego, T czas palenia się łuku w komorze wyłącznika, f 0, f, f 2 częstotliwości składowych przejściowych napięcia na odbiorniku po wyłączeniu, f 3, f 4 częstotliwości składowych przejściowych prądu wyłącznika, t czas [49] Przebieg napięcia powrotnego, pojawiający się między stykami wyłącznika bezpośrednio po ucięciu prądu, zależy od parametrów układu. Zawiera on dwie typowe składowe przejściowe o różnych częstotliwościach f i f 2 (Rys. 4.7) [49]. W momencie, gdy pojawiają się ponowne zapłony na wyłączniku, indukcyjność obciążenia nieznacznie wpływa na składową wysokiej częstotliwości f. Składowa ta jest wymuszona przez pojemność kabla

48 48 i obciążenia, pojemność źródła zasilania, pojemność przerwy między stykami wyłącznika, oraz indukcyjność szyn i kabla od strony zasilania. Jeżeli uwzględni się następujące zależności: C z >>C 0 oraz L S <<L K, wówczas wzór na częstotliwość f ma następującą postać [49, 03, 27]: f = 2π L k C C S S C 0 + C 0 (4.2) gdzie: L k indukcyjność linii kablowej między wyłącznikiem a transformatorem, H, C S pojemność między stykami otwartego wyłącznika, F, C 0 suma pojemności linii kablowej i transformatora, F. Częstotliwość ta osiąga wartości rzędu megaherców. Druga częstotliwość f 2 jest znacznie niższa i zależy od parametrów obciążenia. Jest to naturalna częstotliwość drgań własnych transformatora, której wartość wynosi kilka kiloherców i można ją wyznaczyć na podstawie zależności [49, 03, 27]: f 2 = (4.3) 2π L C 0 0 gdzie: L 0 indukcyjność transformatora, H, C 0 suma pojemności linii kablowej i transformatora, F. Od momentu, w którym nastąpi rozchodzenie się styków wyłącznika, wzrasta wytrzymałość elektryczna przerwy międzystykowej. W chwili, gdy napięcie powrotne pojawiające się na zaciskach wyłącznika jest większe od wytrzymałości chwilowej przerwy między stykami wyłącznika, następuje ponowne zapalenie się łuku między stykami i płynie prąd. Prąd zawiera dwie składowe wysokiej częstotliwości oraz składową częstotliwości zasilania. Pierwszą częstotliwość prądu wyraża wzór [49, 03, 27]: f 3 = (4.4) 2π L C k 0 gdzie: L k indukcyjność linii kablowej łączącej wyłącznik z transformatorem, H, C 0 suma pojemności linii kablowej i transformatora, F. Druga składowa zależy od pojemności C S wyłącznika (Rys. 4.7), która zostaje rozładowana z częstotliwością [49, 03, 27]:

49 49 f 4 = 2π L C (4.5) s s gdzie: L s indukcyjność wyłącznika, H, C s pojemność wyłącznika, F. Ze względu na bardzo dużą częstotliwość tego przebiegu, sięgającą kilkadziesiąt megaherców, jest on szybko tłumiony, ale nie gaśnie w naturalny sposób przy przejściu przez zero [03, 6, 27]. Przepięcia podczas wirtualnego ucięcia prądu Przebiegi prądów i napięć przejściowych podczas wirtualnego ucięcia prądu występującego w obwodach trójfazowych z punktem neutralnym izolowanym od ziemi zależą od wielu parametrów. Ze względu na przesunięcie prądów w poszczególnych fazach, zgaszenie łuku i przerwanie prądu następuje najpierw w jednej fazie, w której prąd jako pierwszy osiąga wartość bliską zeru. Wywołuje to zmiany napięć tej fazy oraz pozostałych faz względem ziemi oraz względem siebie, spowodowane wystąpieniem: składowych przejściowych wynikających z energii pola magnetycznego indukcyjności transformatora, składowych przejściowych, spowodowanych zamianą energii pola elektrycznego w pojemnościach strony zasilającej na energię pola magnetycznego transformatora, składowych ustalonych o częstotliwości sieciowej spowodowanych połączeniami strony zasilającej i transformatora w wyniku istniejących pojemności doziemnych.

50 50 5. Badania eksperymentalne i modelowanie zjawisk przepięciowych podczas wyłączania transformatorów jednofazowych wyłącznikami próżniowymi 5.. Badania przepięć łączeniowych w układzie jednofazowym 5... Podstawowe parametry elementów układu jednofazowego Przeprowadzono badania eksperymentalne dla oceny wpływu konfiguracji układu elektrycznego na: przebiegi przepięć na zaciskach wyłączanego transformatora, częstotliwości f 0, f i f 2 (Rys. 4.7) składowych przebiegów przepięć, wartości maksymalne przepięć narażających układ izolacyjny transformatora średniego napięcia podczas wyłączania wyłącznikiem próżniowym. Program badań obejmował: rejestracje przebiegów napięć przejściowych fazowych na zaciskach wyłączanego transformatora Tr, rejestracje charakterystyk częstotliwościowych impedancji układu z transformatorem, przy czym, w celu eliminacji wpływu napięć i prądów w sąsiednich fazach transformatora wyłączanego, badania wykonano w układzie jednofazowym. Badania przebiegów napięć przejściowych powstających podczas wyłączania transformatora w układzie jednofazowym wykonano w stanowisku pomiarowym, którego schemat przedstawiono na rysunku 5..

51 5 Wstępny etap badań obejmował wyznaczenie parametrów: transformatora zasilającego Tr z i wyłączanego Tr, wyłącznika próżniowego W typu VD4, kabla l k, łączącego wyłącznik z transformatorem (Rys. 5.) Tr z u z u w u tr oscyloskop Tektronix komputer W l k Tr bk Rys. 5.. Schemat stanowiska do badań przepięć podczas wyłączania transformatora w układzie jednofazowym: Tr z transformator zasilający typu TNOSCT 250/5,75PNS 250 kva, 5/0,4 kv (Tabela 3.2), l k kabel typu RG 23U MIL.C 7/D, W wyłącznik próżniowy typu VD4, Tr transformator wyłączany typu TOC 20/0, bk bateria kondensatorów 60 nf; u z napięcie zasilające, u w napięcie doziemne na zaciskach wyłącznika, u tr napięcie doziemne na transformatorze, Transformatory Tr z i Tr Transformator zasilający Tr z stanowiło uzwojenie jednej fazy transformatora typu TNOSCT 250/5,75PNS (Tabela 3.2). Jako transformator wyłączany Tr zastosowano uzwojenie jednej fazy transformatora typu TOC 20/0 (Tabela 5.). W badaniach stosowano wyłącznik próżniowy W typu VD4 (Tabela 5.3), połączony z transformatorem Tr kablem l k typu RG 23U MIL.C 7/D o długości 90 m (Tabela 5.5). Tabela 5.. Podstawowe parametry elektryczne transformatora Tr typu TOC 20/0 [2] parametr/typ S n U n U z P Fe P Cu I 0 jednostka kva kv % kw kw % wartość 20 6/0,4 4,29 0,02 0,22 0,54 W celu wyznaczenia parametrów schematu zastępczego uzwojeń transformatora Tr z 250 kva (Tabela 3.2, Rys. 5.) wykonano pomiary charakterystyk częstotliwościowych impedancji Z = g(f) transformatora (Rys. 5.2a krzywa ). Zastosowano w tym celu stanowisko pomiarowe, umożliwiające rejestrację napięcia i prądu w zakresie częstotliwości 0 Hz - MHz i wyznaczenie na tej podstawie modułu impedancji [72]. W dalszej kolejności wykonano symulacje charakterystyki częstotliwościowej impedancji Z = g(f) dla schematu zastępczego transformatora. Symulacje przeprowadzono za pomocą programu opracowanego w środowisku MATLAB. Wyniki symulacji przedstawiono na rysunku 5.2a (krzywa 2). Na podstawie wyników symulacji wyznaczono wartości parametrów R, L i C schematu zastępczego transformatora (Tabela 5.2). Charakterystykę magnesowania transformatora Tr 20 kva (Tabela 5.) przedstawiono na rysunku. 5.3 Parametry schematu zastępczego uzwojeń transformatora wyznaczono,

52 52 analogicznie jak dla transformatora Tr 250 kva, na podstawie wyników rejestracji zależności Z=g(f) (Rys. 5.2b) i zamieszczono w tabeli 5.2. Tabela 5.2. Parametry transformatorów Tr z 250 kva (Tabela 3.2) i Tr z 20 kva (Tabela 5.) schemat zastępczy transformatorów C L R parametry elementów schematu R L C Ω H nf transformatora Tr z 250 kva,25* ,2 transformatora Tr z 20 kva 46* ,6 a) Z, Ω b) Z, Ω f, Ηz f, Ηz Rys Charakterystyki częstotliwościowe Z = g(f) transformatorów a) Tr z, b) Tr : wynik rejestracji, 2 wynik obliczeń dla schematu zastępczego transformatorów przedstawionego w tabeli u, kv i, A 0 Rys Charakterystyka magnesowania transformatora Tr 20 kva (Tabela 5.)

53 53 Wyłącznik próżniowy W Parametry wyłącznika próżniowego W (Rys. 5.) typu VD4 zamieszczono w tabeli 5.3. W celu wyznaczenia szybkości odzyskiwania wytrzymałości elektrycznej powrotnej wyłącznika próżniowego wykonano rejestracje przebiegu napięcia między stykami jednej fazy wyłącznika podczas wyłączania transformatora Tr (Rys. 5.). Wyniki rejestracji zamieszczono na rysunku 5.4. Dodatkowo wykreślono prostą łączącą punkty wyznaczające wartości maksymalne napięcia podczas kolejnych przeskoków między stykami otwierającego się wyłącznika próżniowego. Z obliczeń nachylenia tej prostej względem osi czasu wynika, iż szybkość odzyskiwania wytrzymałości elektrycznej powrotnej du p /dt wyłącznika próżniowego typu VD4 wynosi,428*0 6 Vs - (Tabela 5.3). a) u p, kv b) u p, kv du p V =,43 dt µ s Rys Przebieg napięcia między stykami jednej fazy wyłącznika próżniowego W typu VD4 podczas wyłączania transformatora Tr (Rys. 5.) a) przebieg zarejestrowany w czasie 0ms, b) wybrany fragment przebiegu dla czasu od 2.6 do 3 ms parametr/typ Tabela 5.3. Parametry wyłącznika próżniowego typu VD4 U n szybkość rozchodzenia się styków odstęp maksymalny pomiędzy stykami jednostka kv m s - mm Vµs - wartość 2 5,43 du p dt Parametry R s, L s oraz C s schematu zastępczego wyłącznika próżniowego W przyjęto na podstawie literatury [49, 00, 27]. Wartości w/w wielkości zamieszczono w tabeli 5.4.

54 54 Tabela 5.4. Parametry schematu zastępczego wyłącznika próżniowego W typu VD4 [49, 00, 27] schemat zastępczy wyłączników próżniowych parametry elementów schematu zastępczego L S W C S R S R s L s C s Ω nh pf Kabel l k Parametry schematu zastępczego kabla l k (Rys. 5.) typu RG 23U MIL.C 7/D wyznaczono przy wykorzystaniu danych dla kabla o długości m zawartych w katalogu firmowym [7] i zamieszczono w tabeli 5.5. Schemat zastępczy kabla l k o długości 90 m i jego parametry zamieszczono w tabeli 5.6. Charakterystykę częstotliwościową zarejestrowaną dla kabla przedstawiono na rysunku 5.5. Tabela 5.5. Parametry katalogowe kabla l k typu RG 23U MIL.C 7/D [7] parametr długość Z C L R żyły wewn. R żyły zewn. średnica żyły Cu grubość izolacji PE grubość ekranu grubość powłoki jednostka m Ω pf m µh m Ω km Ω km mm mm mm mm wartość ,05 0, ,6 3,9 2,26 2,49 0,38,5 5 Tabela 5.6. Parametry schematu zastępczego kabla l k wyznaczone na podstawie danych katalogowych (Tabela 5.5) schemat zastępczy kabla parametry elementów schematu zastępczego L k R k R k L k C k C k Ω µh nf 0,5 22,7 9, Z, Ω f, Hz Rys Charakterystyka częstotliwościowa impedancji Z=g(f) kabla l k typu RG 23U MIL.C 7/D o długości 90 m

55 Pomiary laboratoryjne przebiegów przepięciowych Badania wykonano w dwóch etapach: Etap I: rejestracje przebiegów przepięć podczas wyłączania transformatora wyłącznikiem próżniowym, Etap II: rejestracje charakterystyk częstotliwościowych impedancji układu z transformatorem współpracującym z wyłącznikiem próżniowym [20, 25]. Etap I obejmował: rejestracje przebiegów przepięć doziemnych na zaciskach transformatora wyłączanego wyłącznikiem próżniowym, rejestracje przebiegów przepięć na zaciskach wyłącznika próżniowego, wyznaczenie przebiegów przepięć między stykami wyłącznika próżniowego podczas wyłączania transformatora jednofazowego. Do rejestracji przebiegów napięć zastosowano sondy wysokonapięciowe typu TESTEC HVP 5HF, połączone z oscyloskopem Tektronix typu TDS 784D. Oscyloskop cyfrowy współpracował z komputerem za pomocą karty pomiarowej typu NI GPIB USB HS. Badania wykonano przy założeniu, że transformator pracuje bez obciążenia w układzie jednofazowym, w dwóch układach różniących się sposobem połączenia transformatora wyłączanego Tr z wyłącznikiem próżniowym W (Rys. 5.), a mianowicie w układzie I lub II. W układzie I połączenie między wyłącznikiem W a transformatorem Tr jest wykonane opisanym wcześniej kablem l k, natomiast w układzie II jest to połączenie bezpośrednie odcinkiem przewodu. układ I Wyniki rejestracji napięcia na zaciskach transformatora u tr oraz napięcia powrotnego na wyłączniku próżniowym u = u z u w podczas wyłączania transformatora w układzie I, w którym transformator Tr jest połączony z wyłącznikiem próżniowym W za pomocą kabla l k o długości 90 m, zamieszczono na rysunku 5.6a. Kolejne rysunki 5.6c oraz 5.6d, stanowią fragmenty przebiegów napięć, pokazanych na rysunku 5.6b, w różnych przedziałach czasowych. układ II Wyniki rejestracji napięcia na zaciskach transformatora u tr oraz napięcia powrotnego na wyłączniku próżniowym u = u z u w podczas wyłączania transformatora w układzie II, w którym transformator Tr jest połączony z wyłącznikiem próżniowym W bezpośrednio, przedstawiono na rysunku 5.7a. Kolejne rysunki, oznaczone symbolami 5.7c i 5.7d zawierają fragmenty przebiegów napięć, zamieszczonych na rysunku 5.7b, w różnych przedziałach czasowych.

56 56 a) Tr z W l k Tr bk b) u, kv f 2 2 c) u, kv f 0 2 d) u, kv f Rys Przebiegi napięcia przejściowego fazowego u tr na zaciskach transformatora Tr i napięcia u=u z u w między stykami wyłącznika W w układzie I, przedstawionym na rysunku 5.: a) schemat układu (połączenie kablem l k ), b) przebiegi napięć w czasie 0 ms, c) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.6b w przedziale 2 ms 3 ms, d) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.6b w przedziale 2,63 ms 2,66 ms: napięcie fazowe u tr na transformatorze Tr, 2 napięcie u=u z u w między stykami wyłącznika próżniowego W

57 57 a) Tr z W Tr bk b) u, kv f 2 2 c) u, kv f 0 2 d) u, kv f Rys Przebiegi napięcia przejściowego fazowego u tr na zaciskach transformatora Tr i napięcia u=u z u w między stykami wyłącznika W w układzie II, przedstawionym na rysunku 5.: a) schemat układu (połączenie bezpośrednie), b) przebiegi napięć w czasie 0ms, c) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.7b w przedziale 2 ms 2,04 ms, d) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.7b w przedziale 2,032 ms 2,04 ms: napięcie fazowe u tr na transformatorze Tr, 2 napięcie u=u z u w między stykami wyłącznika próżniowego W

58 58 Z badań przeprowadzonych w etapie I wynika, że długość kabla łączącego transformator z wyłącznikiem próżniowym ma wpływ na: przebiegi przepięć, wartości maksymalne przepięć, częstotliwości składowych przejściowych przepięć narażających układy izolacyjne transformatorów wyłączanych wyłącznikami próżniowymi. Przebiegi przepięć na transformatorze wyłączanym, w układzie I (Rys. 5.6a), w którym transformator jest połączony z wyłącznikiem kablem o długości 90 m są odmienne od przebiegów przepięć w układzie II (Rys. 5.7a), w którym transformator jest połączony bezpośrednio z wyłącznikiem, z powodu zjawiska propagacji fal napięciowych w kablu i wielokrotnych odbić fal na końcach kabla występujących w układzie I. Czas trwania przepięcia w układzie I jest znacznie dłuższy od czasu trwania przepięcia w układzie II. Wartość maksymalna napięcia na zaciskach transformatora wyłączanego w układzie I jest mniejsza od wartości napięcia w układzie II. Wartości maksymalne napięć w tych układach są następujące: układ I: 2 kv układ II: 4,5 kv. Kabel l k, o dużej pojemności, włączony między transformatorem a wyłącznikiem, powoduje więc zmniejszenie narażenia układu izolacyjnego transformatora od przepięć powstających podczas wyłączania. Na podstawie zarejestrowanych przebiegów przepięć łączeniowych, przedstawionych na rysunkach 5.6 i 5.7, wyznaczono częstotliwości f 0, f, f 2 (Rys. 4.7) składowych przejściowych przepięć narażających transformator w układach: I i II (Tabela 5.7). Z analizy porównawczej wynika, że częstotliwości składowych przepięć powstających na zaciskach wyłączanego transformatora w układzie I i II są różne. Częstotliwość składowych przejściowych przepięć ma duży wpływ na narażenia układów izolacyjnych transformatorów. Składowe przejściowe o częstotliwości równej lub zbliżonej do częstotliwości własnej transformatora mogą być przyczyną powstawania przepięć wewnętrznych o dużych wartościach w wyniku zjawiska rezonansu. Etap II badań Badania przeprowadzone w etapie II obejmowały rejestracje charakterystyk częstotliwościowych impedancji Z=g(f) układu zawierającego transformator współpracujący z wyłącznikiem próżniowym. Wyniki rejestracji zamieszczono na rysunku 5.8. Na podstawie wyników badań wyznaczono częstotliwości własne układu, w którym transformator Tr jest połączony z wyłącznikiem próżniowym W za pomocą kabla l k (układ I Rys. 5.6a), oraz układu gdzie transformator jest połączony bezpośrednio z wyłącznikiem (układ II Rys. 5.7a). Wyznaczone częstotliwości zamieszczono w tabeli 5.7.

59 59 a) Z, Ω f z f f b) Z, Ω f z f 2 f, Hz Rys Zależności Z = g(f) układu jednofazowego z transformatorem i wyłącznikiem próżniowym: a) układ I: transformator Tr jest połączony z wyłącznikiem próżniowym W za pomocą kabla l k o długości 90 m (Rys. 5.6a), b) układ II: transformator Tr jest połączony bezpośrednio z wyłącznikiem próżniowym W (Rys. 5.7a) Wykonano także obliczenia częstotliwości składowych przejściowych przepięć powstających na zaciskach transformatora wyłączanego wyłącznikiem próżniowym w układach zamieszczonych na rysunkach 5.6a i 5.7a. Wykorzystano w tym celu wzory (4.), (4.2) i (4.3) oraz parametry schematów zastępczych transformatorów, kabla i wyłącznika próżniowego zamieszczone w tabelach 5.2, 5.4 i 5.6, wyznaczone we wstępnym etapie badań. Wyniki obliczeń zamieszczono w tabeli 5.7. Tabela 5.7: Częstotliwości składowych przejściowych przebiegów przepięć na zaciskach transformatora wyłączanego wyłącznikiem próżniowym w układach z rysunków 5.6a i 5.7a częstotliwość częstotliwości wyznaczone z przebiegów u=f(t) (Rys. 5.6, Rys. 5.7) częstotliwości wyznaczone z zależności Z=g(f) (Rys. 5.8) Częstotliwości obliczone (wzory, (4.), (4.2) i (4.3)) układ I: transformator Tr połączony z wyłącznikiem W kablem l k (Rys. 5.6a) f 0 5 khz - 60 khz f 0,99 MHz MHz 2,38 MHz f 2 00 Hz 28 Hz 330 Hz f z 2 Hz 50 Hz układ II: transformator Tr połączony bezpośrednio z wyłącznikiem W (Rys. 5.7a) f khz khz f > 2 MHz > 2 MHz 9,9 MHz f 2 0,69 khz, khz,3 khz f z 20 Hz 50 Hz f, Hz

60 60 Z przeprowadzonych badań i obliczeń wynika, że częstotliwości składowych przejściowych przebiegów przepięć podczas wyłączania transformatora wyłącznikiem próżniowym w układzie I (Rys. 5.6a) i w układzie II (Rys. 5.7a) są różne i zależą głównie od przebiegu zjawisk przejściowych w liniach łączących transformator z wyłącznikiem próżniowym. Na podstawie analizy porównawczej można stwierdzić, że częstotliwości składowych przejściowych przepięć wyznaczone różnymi metodami, tj. na podstawie zarejestrowanych przebiegów u = f(t), z zależności Z = g(f) oraz w wyniku obliczeń, są zbliżone. Różnice między częstotliwościami f wyznaczonymi różnymi metodami wynikają głównie z różnych wartości napięcia, wpływającego na stan namagnesowania rdzenia transformatora, przy którym rejestrowano przebiegi przepięć i przy którym wyznaczano charakterystyki częstotliwościowe impedancji układu doświadczalnego z transformatorem. Przebiegi przepięć podczas wyłączania transformatora rejestrowano przy napięciu międzyfazowym 6 kv, a charakterystyki częstotliwościowe wyznaczono przy napięciu 20 Vpp. Wpływ napięcia zasilania transformatora na częstotliwość f uwidaczniają wyniki dodatkowych badań obejmujących rejestracje przebiegów przepięć na zaciskach transformatora 20 kva (Tabela 5.), wyłączanego wyłącznikiem próżniowym przy dwóch różnych wybranych napięciach zasilania, o wartościach maksymalnych wynoszących 50 V i 5,5 kv (Rys. 5.9). Z badań wynika, że częstotliwość przepięć po wyłączeniu transformatora przy napięciu zasilania 50 V wynosi 200 Hz, a w przypadku wyłączania transformatora przy napięciu 5,5 kv częstotliwość przepięć wynosi 25 Hz. Różnice między częstotliwościami są spowodowane wpływem napięcia na strumień w rdzeniu, a przez to na indukcyjność uzwojeń. a) u,v b) u, kv Rys Przebiegi napięć doziemnych w wybranej fazie transformatora Tr 20 kva (Tabela 5.) podczas wyłączania transformatora przy różnych napięciach: a) wyłączenie przy napięciu o wartości maksymalnej 50 V, b) wyłączenie przy napięciu o wartości maksymalnej 5,5 kv

61 6 Z badań przepięć narażających układ izolacyjny transformatora przeprowadzonych w układzie jednofazowym wynika, że podczas wyłączania transformatorów wyłącznikami próżniowymi powstają przepięcia o różnych przebiegach i wartościach maksymalnych, zależnych od przebiegu zjawisk przejściowych: w komorach wyłączników, w układach elektrycznych z transformatorami współpracującymi z wyłącznikami. Wartości maksymalne przepięć podczas wyłączania transformatorów maleją ze wzrostem długości kabla łączącego transformator z wyłącznikiem próżniowym. Częstotliwości składowych przejściowych przepięć podczas wyłączania transformatorów są różne, zależne od propagacji fal napięciowych w kablach łączących transformatory z wyłącznikami próżniowymi. Częstotliwości składowych przepięć przejściowych na zaciskach transformatorów mają wpływ na przepięcia narażające układy wewnętrzne uzwojeń. Reakcje transformatorów na przepięcia zewnętrzne są zależne nie tylko od wartości maksymalnej przepięć, ale również od ich przebiegów czasowych. Szczególnie przebiegi zawierające składowe o częstotliwościach zgodnych z częstotliwościami własnymi transformatora mogą stanowić duże narażenie układów izolacyjnych uzwojeń, spowodowanych silnym wzmocnieniem przepięć wewnętrznych w wyniku zjawiska rezonansu Badania przepięć podczas wyłączania transformatorów trójfazowych Program badań i stanowisko pomiarowe Przeprowadzono badania przepięć podczas wyłączania transformatorów trójfazowych wyłącznikami próżniowymi. Stanowisko doświadczalne przedstawione na rysunku 5.0 odwzorowuje typowy fragment sieci elektrycznych średniego napięcia. Stanowisko doświadczalne zawiera: transformator zasilający Tr z typu TNOSCT 250/5/0,4 PNS (Tabela 3.2), transformator doświadczalny Tr typu TOC 20/0 (Tabela 5.), kabel l k typu RG 23U MIL.C 7/D o długości 90 m (Tabela 5.5), wyłącznik próżniowy W typu VD4 (Tabela 5.3), beziskiernikowe ograniczniki przepięć typu POLIM D 8 (Tabela 5.8) stanowiące ochronę przepięciową transformatora Tr [96, 98], baterię kondensatorów bk o pojemności 0,5 µf w celu zwiększenia mocy chwilowej układu zasilania, transformatory jednofazowe typu TrCA (Tabela 5.9), stanowiące obciążenie transformatora doświadczalnego Tr.

62 62 a) b) Tr z W l k k Tr To To bk op T o oscyloskop Tektronix komputer Rys Stanowisko do badań przepięć podczas łączenia transformatora wyłącznikiem próżniowym: a) widok stanowiska, b) schemat stanowiska; Tr z transformator zasilający, Tr transformator wyłączany, l k kabel, W wyłącznik próżniowy, op ograniczniki przepięć, bk bateria kondensatorów, T o transformatory jednofazowe obciążające Tabela 5.8. Napięcia obniżone ograniczników przepięć typu POLIM D 8 z tlenków metali [89] typ ogranicznika U r U c napięcie obniżone przy udarach prądowych /5 µs 8/20 µs 30/60 µs 5 ka 0 ka ka 2,5 ka 5 ka 0 ka 20 ka 25 A 250 A 500 A POLIM D , ,3 24,7 26, 28,0 3,8 20,8 2,5 22,2 kv Tabela 5.9. Podstawowe parametry transformatorów jednofazowych typu TrCA parametr typ S n U n U z jednostka kva V V wartość TrCA

63 63 Badania przepięć wykonano: w stanie pracy jałowej transformatora doświadczalnego Tr, dla transformatora Tr obciążonego (obciążenie stanowiły trzy transformatory jednofazowe typu TrCA, pracujące w stanie jałowym (Tabela 5.9)). Program badań obejmował rejestracje przepięć doziemnych, powstających na zaciskach transformatora Tr podczas wyłączania transformatora. Badania przepięć łączeniowych wykonano w układach o następujących konfiguracjach: transformator Tr chroniony ogranicznikami przepięć, transformator bez ochrony przepięciowej, transformator bez obciążenia, transformator obciążony transformatorami jednofazowymi T o, transformator połączony z wyłącznikiem kablem l k, transformator połączony bezpośrednio z wyłącznikiem, Przebiegi przepięć rejestrowano za pomocą oscyloskopu cyfrowego Tektronix, wyposażonego w sondy wysokonapięciowe typu TESTEC HVP 5HF, współpracującego z komputerem. Czas rejestracji wynosił: 0 ms dla układu, w którym transformator połączono z wyłącznikiem próżniowym kablem l k, 5 ms dla układu, w którym transformator połączono z wyłącznikiem próżniowym bezpośrednio Pomiary laboratoryjne przebiegów przepięciowych Celem badań było: wyznaczenie wpływu ograniczników z tlenków metali, stosowanych do ochrony przepięciowej transformatora na przebiegi i wartości maksymalne przepięć podczas wyłączania transformatora wyłącznikami próżniowymi, określenie wpływu kabla łączącego transformator z wyłącznikiem na przepięcia łączeniowe, określenie wpływu obciążenia na przepięcia podczas wyłączania transformatora. Wyniki rejestracji przepięć fazowych na zaciskach transformatora Tr (Rys. 5.0) podczas wyłączania transformatora wyłącznikiem próżniowym zamieszczono na rysunkach Na rysunkach przedstawiono wyniki rejestracji przepięć w układzie z transformatorem chronionym ogranicznikami, a na rysunkach pokazano wyniki rejestracji przepięć w układzie bez ograniczników przepięć.

64 64 a) Tr z W l k p Tr bk op b) u, kv c) u, kv d) u, kv t, µs Rys. 5.. Przebiegi napięć przejściowych fazowych na zaciskach transformatora Tr wyłączanego wyłącznikiem próżniowym: a) schemat układu (p punkt rejestracji napięć), b) przebiegi napięć w czasie 0 ms, c fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.b w przedziale,7 ms 2.2 ms, d) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.b w przedziale 2040 µs 280 µs (transformator Tr chroniony ogranicznikami, połączony z wyłącznikiem kablem, bez obciążenia)

65 65 a) Tr z l k W p Tr bk op b) u, kv c) u, kv d) u, kv t, µs Rys Przebiegi napięć przejściowych fazowych na zaciskach transformatora Tr wyłączanego wyłącznikiem próżniowym: a) schemat układu (p punkt rejestracji napięć), b) przebiegi napięć w czasie 5 ms, c) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.2b w przedziale 0,6 ms,2 ms, d) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.2b w przedziale 870 µs 950 µs (transformator Tr chroniony ogranicznikami, połączony z wyłącznikiem bezpośrednio, bez obciążenia)

66 66 a) Tr z W l k p Tr Tr o bk op b) u, kv c) u, kv d) u, kv t, µs Rys Przebiegi napięć przejściowych fazowych na zaciskach transformatora Tr wyłączanego wyłącznikiem próżniowym: a) schemat układu (p punkt rejestracji napięć), b) przebiegi napięć w czasie 0 ms, c) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.3b w przedziale,3 ms,8 ms, d) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.3b w przedziale 540 µs 700 µs (transformator Tr chroniony ogranicznikami, połączony z wyłącznikiem kablem, z obciążeniem)

67 67 a) Tr z l k W p Tr Tr o bk op b) u, kv c) u, kv d) u, kv Rys Przebiegi napięć przejściowych fazowych na zaciskach transformatora Tr wyłączanego wyłącznikiem próżniowym: a) schemat układu (p punkt rejestracji napięć), b) przebiegi napięć w czasie 5 ms, c) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.4b w przedziale 0,4 ms,0 ms, d) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.4b w przedziale 756 µs 828 µs (transformator Tr chroniony ogranicznikami, połączony z wyłącznikiem bezpośrednio, z obciążeniem) t, µs

68 68 a) Tr z W l k p Tr bk b) u, kv c) u, kv d) u, kv Rys Przebiegi napięć przejściowych fazowych na zaciskach transformatora Tr wyłączanego wyłącznikiem próżniowym: a) schemat układu (p punkt rejestracji napięć), b) przebiegi napięć w czasie 0 ms, c) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.5b w przedziale,7 ms 2,2 ms, d) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.5b w przedziale 940 µs 220 µs t, µs (transformator Tr bez ochrony, połączony z wyłącznikiem kablem, bez obciążenia)

69 69 a) Tr z l k W p Tr bk b) u, kv c) u, kv d) u, kv Rys Przebiegi napięć przejściowych fazowych na zaciskach transformatora Tr wyłączanego wyłącznikiem próżniowym: a) schemat układu (p punkt rejestracji napięć), b) przebiegi napięć w czasie 5 ms, c) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.6b w przedziale 0,5 ms,0 ms, d) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.6b w przedziale 800 µs 870 µs (transformator Tr bez ochrony, połączony z wyłącznikiem bezpośrednio, bez obciążenia) t, µs

70 70 a) Tr z W l k p Tr Tr o bk b) u, kv c) u, kv d) u, kv Rys Przebiegi napięć przejściowych fazowych na zaciskach transformatora Tr wyłączanego wyłącznikiem próżniowym: a) schemat układu (p punkt rejestracji napięć), b) przebiegi napięć w czasie 0 ms, c) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.7b w przedziale,4 ms,9 ms, d) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.7b w przedziale 670 µs 830 µs t, µs (transformator Tr bez ochrony, połączony z wyłącznikiem kablem, obciążony)

71 7 a) Tr z l k W p Tr Tr o bk b) u, kv c) u, kv d) u, kv Rys Przebiegi napięć przejściowych fazowych na zaciskach transformatora Tr wyłączanego wyłącznikiem próżniowym: a) schemat układu (p punkt rejestracji napięć), b) przebiegi napięć w czasie 5 ms, c) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.8b w przedziale 0,2 ms 0,8 ms, d) fragmenty przebiegów napięć z rysunku 5.8b w przedziale 520 µs 560 µs t, µs (transformator Tr bez ochrony, połączony z wyłącznikiem bezpośrednio, obciążony)

72 72 Wartości maksymalne napięć doziemnych na zaciskach transformatora Tr 20 kva (Rys. 5.0) podczas wyłączania wyłącznikiem próżniowym zamieszczono w tabeli 5.0. Tabela 5.0. Wartości maksymalne napięć doziemnych na zaciskach transformatora Tr 20 kva podczas wyłączania wyłącznikiem próżniowym układ połączeń transformator chroniony ogranicznikami transformator transformator bez obciążenia obciążony transformator bez ochrony transformator bez obciążenia połączenie transformatora z wyłącznikiem transformator obciążony kabel bezpośrednie kabel bezpośrednie kabel bezpośrednie kabel bezpośrednie U max kv 8 9,5 7,4 0, 8, 9,3 8 0, Umax k p = 2 Us 3 -,36,62,26,72,38,58,36,72 W tabeli zastosowano następujące oznaczenia: k p współczynnik przepięcia, U max wartość maksymalna napięcia przejściowego, U s największe napięcie sieci Z analizy przebiegów przepięć łączeniowych przedstawionych na rysunkach i wartości maksymalnych napięć oraz współczynnika przepięć k p zamieszczonych w tabeli 5.0 wynika, że: największe przepięcia występują przy wyłączaniu transformatora w układzie, w którym transformator jest połączony bezpośrednio z wyłącznikiem próżniowym (Rys. 5.2, 5.4, 5.6, 5.8). Wartości współczynnika przepięć k p dla tych układów osiągają,72. Zastosowanie ograniczników przepięć nie powoduje ograniczenia przepięć. połączenie transformatora z wyłącznikiem kablem o długości 90 m powoduje zmniejszenie przepięć łączeniowych (Rys. 5., 5.3, 5.5, 5.7). Maksymalna wartość współczynnika przepięć dla tych układów wynosi,38, niezależnie od zastosowanej ochrony przepięciowej. obciążenie transformatora wyłączanego innym transformatorem w stanie pracy jałowej wpłynęło nieznacznie na wartości przepięć. Współczynnik przepięć w układach z transformatorem bez obciążenia zmienia się w przedziale od,36 do,62 (Rys. 5., 5.2, 5.5, 5.6), a w układach, w których transformator wyłączany był obciążony (Rys. 5.3, 5.4, 5.7, 5.8) jest zawarty w zakresie od,26 do,72, częstotliwości f 0 i f 2 (Rys. 4.7) składowych przebiegów przepięć zależą głównie od długości kabla łączącego transformator z wyłącznikiem. Częstotliwość f 0 jest zawarta w zakresach: od khz do 5-0 khz, dla układów, w których transformator jest połączony z wyłącznikiem próżniowym kablem o długości 90 m (Rys. 5., 5.3, 5.5, 5.7), od khz do khz dla układów, w których transformator jest połączony z wyłącznikiem bezpośrednio (Rys. 5.2, 5.4, 5.6, 5.8) częstotliwość f 2 wynosi koło MHz, dla układów, w których transformator jest połączony z wyłącznikiem próżniowym kablem o długości 90 m (Rys. 5., 5.3, 5.5, 5.7), a dla układów, w których transformator jest połączony

73 73 z wyłącznikiem bezpośrednio, składowa o częstotliwości f praktycznie nie występuje (Rys. 5.2, 5.4, 5.6, 5.8). Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że podczas wyłączania transformatorów trójfazowych wyłącznikami próżniowymi następuje wzrost narażeń układów izolacyjnych od przepięć generowanych na zaciskach wejściowych uzwojeń. Wartości maksymalne przepięć, powstających podczas wyłączania transformatorów, zależą od przebiegów zjawisk zachodzących wewnątrz komór wyłączników oraz zjawisk przejściowych w układzie elektrycznym. Przebiegi przepięć, powstających podczas wyłączania transformatorów wyłącznikami próżniowymi, zawierają składowe oscylacyjne wynikające głównie z wielokrotnych przeskoków między otwierającymi się stykami wyłącznika i zjawiska wielokrotnych odbić fal napięciowych od końców kabla łączącego transformator z wyłącznikiem próżniowym. Beziskiernikowe ograniczniki przepięć z tlenków metali, stosowane do ochrony przepięciowej transformatorów energetycznych, nie zmniejszają przepięć łączeniowych o wartościach maksymalnych mniejszych od poziomu ochrony ograniczników i nie mają zasadniczego wpływu na przebiegi składowych oscylacyjnych takich przepięć. Częstotliwości składowych przebiegów przepięć zmieniają się w szerokich granicach od kilku do kilkuset kiloherców i są zależne głównie od zjawisk przejściowych w układzie wyłącznik-kabel-transformator wyłączany Badania przepięć podczas załączania transformatorów Wykonano badania przepięć narażających układ izolacyjny podczas załączania transformatorów. Badania przeprowadzono w stanowisku doświadczalnym, którego widok ogólny i schemat przedstawiono na rysunku 5.0, stosowanym do badań przepięć powstających podczas wyłączania transformatora Tr 20 kva wyłącznikiem próżniowym. Urządzenia i aparaturę pomiarową stanowiska przedstawiono szczegółowo w punkcie Badania obejmowały rejestracje przepięć fazowych na zaciskach wejściowych transformatora (punkt p) podczas załączania transformatora przy napięciu 6 kv. Pomiary wykonano w dwóch układach, w których: transformator połączony jest z wyłącznikiem kablem l k, transformator połączony jest bezpośrednio z wyłącznikiem. Podczas badań transformator załączany nie był obciążony i był chroniony od przepięć ogranicznikami tlenkowymi. Wyniki badań przedstawiono na rysunkach 5.9 i 5.20.

74 74 a) Tr z W l k p Tr bk op b) u, u, kv kv c) u, kv Rys Przebiegi doświadczalne przejściowych napięć fazowych na zaciskach transformatora Tr 20 kva (Rys. 5.0) załączanego wyłącznikiem próżniowym: a) schemat układu doświadczalnego (układ I) (p punkt rejestracji napięć), b) przebiegi napięć zarejestrowane w czasie 0 ms, c) fragmenty przebiegów napięć przedstawionych na rysunku 5.9b w przedziale 0,8 ms 2,2 ms (transformator Tr z ogranicznikami, połączony z wyłącznikiem kablem, bez obciążenia)

75 75 a) Tr z l k W p Tr bk op b) u, kv c) u, kv Rys Przebiegi doświadczalne przejściowych napięć fazowych na zaciskach transformatora Tr 20 kva (Rys. 5.0) załączanego wyłącznikiem próżniowym: a) schemat układu doświadczalnego (układ II) (p punkt rejestracji napięć), b) przebiegi napięć zarejestrowane w czasie 0 ms, c) fragmenty przebiegów napięć przedstawionych na rysunku 5.20b w przedziale 0,8 ms 2,6 ms (transformator Tr z ogranicznikami, połączony z wyłącznikiem bezpośrednio, bez obciążenia) Z analizy wyników rejestracji przepięć podczas załączania transformatora wyłącznikiem próżniowym, przedstawionych na rysunkach 5.9 i 5.20 wynika, że wartość maksymalna przepięcia doziemnego podczas załączania transformatora w układzie, w którym wyłącznik jest połączony z transformatorem za pomocą kabla 90 m wynosi 2 kv, a w przypadku gdy transformator jest połączony z wyłącznikiem bezpośrednio, wartość ta wynosi 6,8 kv. Układ izolacyjny transformatora załączanego jest więc narażony na oddziaływanie przepięć o wartościach przekraczających amplitudę napięcia zasilającego, zależnych od rodzaju połączenia transformatora z wyłącznikiem. Z badań wynika, że wartości przepięć wzrastają gdy połączenie to jest wykonane kablem o znacznej długości. Jest to efektem propagacji fal napięciowych w kablu i wielokrotnych odbić fali napięciowej w układzie zawierającym transformator załączany, kabel i wyłącznik próżniowy.

76 Symulacje przebiegów przepięć podczas wyłączania transformatorów wyłącznikami próżniowymi Model cyfrowy wyłączników próżniowych Do symulacji przepięć powstających podczas wyłączania transformatorów wyłącznikami próżniowymi zastosowano model wyłączników próżniowych uwzględniający napięcie przeskoku między otwierającymi się stykami wyłącznika. Model przedstawiono schematycznie na rysunku 5.2 [49, 00, 03, 27]. zasilanie I w odbiór U U 2 I w MODELS Rys Model cyfrowy wyłączników próżniowych Model ma postać idealnego wyłącznika, zamykającego się w momencie, gdy napięcie między stykami jest większe od napięcia przeskoku w komorach próżniowych, a otwierającego się w momencie, gdy płynący prąd jest mniejszy od prądu ucięcia. Model został opracowany przy użyciu języka programowania MODELS, będącego wewnętrznym środowiskiem programowania programu Electromagnetics Transients Program - Alternative Transients Program (EMTP ATP) [3, 84]. Model uwzględnia prąd ucięcia wyłącznika, napięcie wytrzymywane przerwy próżniowej oraz zdolność gaszenia łuku przy wysokiej częstotliwości. Wartość prądu ucięcia wyłączników próżniowych ze stykami miedziowo chromowymi wyraża wzór [00, 27]: I β) q ch = (2 π f i α (5.) gdzie: f częstotliwość źródła zasilania, Hz, i natężenie prądu obciążenia, A, α,β,q współczynniki (α = 6,2 0 6 ; β = 4,3; q = 0,0752). Istotny wpływ na przepięcia ma szybkość przemieszczania się styków wyłącznika oraz zdolność gaszenia łuku. W modelu napięcie wytrzymywane przerwy międzystykowej wyłącznika uzależniono od odległości pomiędzy stykami i zapisano wzorem [02]: U = E v t (5.2) d kr gdzie: E kr wytrzymywane natężenie pola elektrycznego między stykami, kvm -, v prędkość rozłączania styków, ms -, t czas symulacji, s.

77 77 W modelu kontrolowane jest napięcie na wyłączniku, zmieniające się w czasie wyłączania. Napięcie w każdym kroku obliczeniowym porównywane jest z aktualnym napięciem na wyłączniku. Jeżeli wartość napięcia na wyłączniku przekracza wartość napięcia przeskoku między stykami wyłącznika, wówczas następuje powtórny przeskok i wyłącznik jest zamykany. Otwierany jest ponownie w chwili, kiedy prąd przepływający jest mniejszy od prądu ucięcia wysokiej częstotliwości wyłącznika Symulacje przepięć podczas wyłączania transformatorów Wykonano symulacje przepięć powstających podczas wyłączania transformatora w układzie doświadczalnym przedstawionym na rysunku 5.0. Do symulacji zastosowano program Electromagnetic Transients Program Alternative Transients Program (EMTP ATP). Transformator zasilający Tr z zamodelowano przy wykorzystaniu procedury BCTRAN, a transformator wyłączany Tr o mocy 20 kva przy użyciu procedury SATURABLE [3, 26]. W modelu uwzględniono pojemności doziemne uzwojeń i pojemności między uzwojeniami górnego i dolnego napięcia. Uwzględniono charakterystykę magnesowania rdzenia transformatora 20 kva, przedstawioną na rysunku 5.3 [3]. Do modelowania ograniczników przepięć typu POLIM D 8 (Tabela 5.8) zastosowano schemat zastępczy ograniczników pokazany na rysunku 2.2. Wyłącznik próżniowy typu VD4 zamodelowano przy zastosowaniu modelu przedstawionego schematycznie na rysunku 5.2. Model wyłącznika opracowano w środowisku MODELS programu EMTP ATP [84]. Model linii kablowej o długości 90 m, włączonej między transformatorem, a wyłącznikiem, wygenerowano za pomocą procedury JMARTI. Opracowany model układu doświadczalnego (Rys. 5.0) przedstawiono na rysunku LCC LCC U X002 X0005 Y V LCC LCC I Y Z BCT LCC LCC SAT Rys Model układu doświadczalnego przedstawionego na rysunku 5.0 opracowany w programie EMTP ATP w środowisku programowania MODELS do symulacji przepięć i podczas wyłączania transformatora wyłącznikami próżniowymi

78 78 5 U, kv] u, kv Rys Wyniki symulacji napięć przejściowych doziemnych na zaciskach wejściowych transformatora Tr 20 kva, pracującego w stanie jałowym, wyłączonego wyłącznikiem próżniowym, w układzie doświadczalnym pokazanym na rysunku 5.0 Wyniki symulacji zamieszczono na rysunku Symulacje komputerowe napięć doziemnych, powstających na zaciskach transformatora Tr 20 kva podczas wyłączania transformatora na biegu jałowym potwierdzają, że model wyłączników próżniowych zastosowany do symulacji uwzględnia zjawiska zachodzące w komorach próżniowych. Charakter przebiegów napięć doziemnych powstających podczas wyłączania transformatorów i ich wartości maksymalne zbliżone są do wyników doświadczalnych (Rys. 5.). Napięcia zawierają składowe oscylacyjne przejściowe, wynikające z przeskoków między stykami otwieranego wyłącznika próżniowego podczas zjawisk przejściowych zachodzących w układzie elektrycznym. Obliczenia potwierdzają również możliwość zastosowania programu EMTP ATP, łącznie ze środowiskiem programowania wewnętrznego MODELS, do symulacji napięć przejściowych podczas łączenia urządzeń w układach z wyłącznikami próżniowymi dla celów koordynacji izolacji.

79 79 6. Badania rozkładów przepięć narażających układy izolacyjne wewnętrzne uzwojeń transformatorów 6.. Badania rozkładów przepięć w uzwojeniach podczas działania napięć o zróżnicowanych przebiegach 6... Program badań i charakterystyka stanowisk laboratoryjnych Transformatory pracujące w układach elektroenergetycznych, są narażone na oddziaływanie przepięć o zróżnicowanych przebiegach i wartościach maksymalnych. Szczegółową analizę przepięć powstających na zaciskach wejściowych transformatorów podczas wyładowań piorunowych oraz czynności łączeniowych przedstawiono w rozdziałach 4 i 5. Układy izolacyjne uzwojeń są narażone na oddziaływanie przepięć także podczas prób napięciowych z zastosowaniem udarów napięciowych. Przepięcia pojawiające się na zaciskach wejściowych transformatorów są wówczas źródłem przepięć wewnętrznych, narażających układy izolacyjne uzwojeń [3, 4]. Przebiegi przepięciowe w uzwojeniach zależą od reakcji transformatorów na przepięcia zewnętrzne [9, 00, 03, 27]. Celem badań było wyznaczenie narażeń przepięciowych układów izolacyjnych uzwojeń transformatorów o różnych: rozwiązaniach konstrukcyjnych, parametrach elektrycznych, powstających: w warunkach eksploatacji w układach elektroenergetycznych, podczas prób napięciowych. Program badań obejmował rejestracje: przebiegów przepięć doziemnych w wybranych punktach uzwojeń, transformatorów, charakterystyk częstotliwościowych przepięć w uzwojeniach.

80 80 Badania wykonano z zastosowaniem: napięć o przebiegach odzwierciedlających przebiegi przepięć powstających w układach elektroenergetycznych, udaru napięciowego stosowanego podczas prób napięciowych transformatorów. Rodzaje napięć modelujących przebiegi przepięciowe Przebiegi przepięć powstających w układach elektroenergetycznych modelowano przez zastosowanie następujących napięć (Rys. 6.): a) udar napięciowy prostokątny, b) napięcie sinusoidalne, c) napięcie o przebiegu sweep sinus, d) napięcie o przebiegu sweep ramp. Do badań przepięć w uzwojeniach podczas działania napięć udarowych probierczych, stosowanych do prób transformatorów, zastosowano: e) napięcie udarowe piorunowe,2/50 µs/µs. a) b) c) d) e) Rys. 6.. Wybrane przebiegi napięć, modelujące przebiegi składowych oscylacyjnych przepięć powstających w układach elektroenergetycznych: a) udar napięciowy prostokątny, b) napięcie sinusoidalne, c) napięcie o przebiegu sweep sinus, d) napięcie o przebiegu sweep ramp, e) udar napięciowy piorunowy Udar napięciowy prostokątny odzwierciedla przebiegi napięć przejściowych na zaciskach wejściowych transformatorów podczas działania beziskiernikowych ograniczników przepięć z tlenków metali (rozdział 2). Napięcie sinusoidalne o zmieniającej się częstotliwości, umożliwia wyznaczenie charakterystyk częstotliwościowych napięć przedstawiających reakcje uzwojeń na składowe oscylacyjne przepięć o zróżnicowanych częstotliwościach, powstających w układach elektroenergetycznych. W badaniach stosowano napięcie sinusoidalne o częstotliwości zmieniającej się w zakresie 20 Hz 2,5 MHz. Napięcie o przebiegu sweep sinus odzwierciedla składowe oscylacyjne przepięć łączeniowych w sieciach elektrycznych. Badania wykonano dla częstotliwości w przedziale od khz do 00 khz i przebiegu napięcia trwającym 00 ms. Napięcie o przebiegu sweep ramp modeluje składowe oscylacyjne powstające na zaciskach transformatora wyłączanego wyłącznikiem próżniowym. Jak wynika z badań przedstawionych w rozdziale 5, oscylacje mają charakter powtarzających się przebiegów udarowych, o czasach narastania znacznie dłuższych od czasów opadania. Do symulacji takich przebiegów zastosowano funkcję sweep ramp o przebiegu trwającym 00 ms i częstotliwości w zakresie 00 khz.

81 8 Obiektami doświadczalnymi były uzwojenia transformatorów o następujących parametrach znamionowych (Rys. 6.2, Tabela 6.): 25 MVA, 0 kv (produkcja ABB), 25 MVA, 5 kv (produkcja ABB), 250 kva, 5 kv (produkcja ABB), 20 kva, 5 kv (produkcja Fabryka Mefta w Mikołowie). a) b) c) d) Rys Widok uzwojeń transformatorów doświadczalnych: a) uzwojenie o napięciu znamionowym 0 kv transformatora 25 MVA, b) uzwojenie o napięciu znamionowym 5 kv transformatora 25 MVA, c) uzwojenia 5 kv transformatora 250 kva, d) widok transformatora 20 kva 5/0,4 kv Tabela 6.. Parametry znamionowe transformatorów doświadczalnych [20, 2] S n, kva U n, kv 0/5 5/0,4 5/0,4 U z, % 4,5 4,2 P Fe, kw 7,2 0,486 0,4 P Cu, kw 55 3,509 0,525 I 0, % 0,5,0 2,8 Uzwojenie o napięciu znamionowym 0 kv transformatora 25 MVA (Tabela 6.) jest uzwojeniem cewkowym, a uzwojenie o napięciu znamionowym 5 kv jest wykonane jako warstwowe. Uzwojenia górnego napięcia transformatora 250 kva wykonane są również jako warstwowe. Uzwojenie górnego napięcia transformatora 20 kva ma natomiast konstrukcję cewkową. Uproszczone przekroje uzwojenia cewkowego i warstwowego przedstawiono na rysunku 6.3, a wymiary uzwojeń transformatorów doświadczalnych zamieszczono w tabeli 6.2.

82 82 a ) d 0 d i d b ) d 0 c ) d i d h x / l =, 0 h l l U, 0 U x/l x / l = 0 Rys Uproszczone przekroje uzwojenia cewkowego i warstwowego: a) uzwojenie cewkowe, b) uzwojenie warstwowe, c) oznaczenia zacisków uzwojeń (x/l współrzędna punktu uzwojenia mierzona wzdłuż uzwojenia, l wysokość uzwojenia) Tabela 6.2. Podstawowe parametry mechaniczne uzwojeń doświadczalnych (Rys. 6.2, Tabela 6.) S n, kva U n, kv typ uzwojenia (cewek) c * w * w * c(cz) * c(cw) * liczba zwojów w cewce (warstwie), liczba cewek (warstw), wysokość uzwojenia l, mm średnica zewnętrzna d o, mm / średnica zewnętrzna d i, mm / szerokość cewki (warstwy) h, mm 0, szerokość szczeliny między cewkami (warstwami) d, mm 3, * c uzwojenie cewkowe, w uzwojenie warstwowe, c(cz) cewkowe (cewki zwykłe), c(cw) cewkowe (cewki wzmocnione) Schematy blokowe stanowisk pomiarowych, stosowanych do rejestracji przepięć wewnątrz uzwojeń transformatorów przy działaniu wymienionych napięć modelowych zamieszczono na rysunku 6.4 i 6.5. a) b) generator generator napięcia funkcji x/l= sinusoidalnego 20Vpp 20Vpp 20Hz 3MHz : oscyloskop x/l=0 : oscyloskop cyfrowy cyfrowy GPIB < > USB GPIB < > USB x/l= x/l=0 Rys.6.4. Schematy stanowisk do rejestracji przebiegów przepięć wewnątrz uzwojeń: a) stanowisko do rejestracji przebiegów przepięć podczas oddziaływania udarów napięciowych o przebiegu prostokątnym, napięcia sweep sinus i sweep ramp, b) stanowisko do wyznaczania charakterystyk częstotliwościowych przepięć wewnątrz uzwojeń

83 83 Rejestracje przepięć wewnątrz uzwojeń przy działaniu następujących napięć modelowych: udaru napięciowego prostokątnego, napięcia sinusoidalnego, napięcia o przebiegu sweep sinus, napięcia o przebiegu sweep ramp, prowadzono przy napięciu 20 Vpp, a badania podczas działania: napięcia udarowego piorunowego,2/50 µs/µs, wykonano przy napięciu 300 V. Badania przepięć przy działaniu napięć o przebiegach: sweep sinus i sweep ramp wykonano tylko dla uzwojeń transformatorów 250 kva i 20 kva (Rys. 6.2c,d, Tabela 6.). Stanowisko do rejestracji przebiegów przepięć podczas oddziaływania udarów napięciowych o przebiegu prostokątnym, napięcia sweep sinus i sweep ramp (Rys.6.4a) zawiera: generator funkcji firmy Tektronix typu AFG30, oscyloskop cyfrowy typu 784D firmy Tektronix, komputer. Do pomiarów charakterystyk częstotliwościowych przepięć w uzwojeniach przy napięciu sinusoidalnym wykorzystano analizator FRA (Frequency Response Analyzer) zawierający: generator funkcji typu AFG30 firmy Tektronix, oscyloskop cyfrowy typu 2020 firmy Tektronix, komputer (Rys.6.4b). Generator funkcji oraz oscyloskop połączone są z komputerem nadzorczym za pomocą interfejsu GPIB PCMCIA. Dedykowane oprogramowanie do pomiarów charakterystyk częstotliwościowych przepięć jest zaimplementowane w pakiecie LabView firmy National Instruments [22]. generator jednostopniowy udarów napięciowych,2/50µs, 300V x/l= komputer oscyloskop cyfrowy x/l=0 Rys Schemat stanowiska do rejestracji przebiegów napięć przejściowych wewnątrz uzwojeń transformatorów powstających podczas oddziaływania udaru napięciowego piorunowego,2/50 µs/µs (Rys. 6.e) Do wytwarzania przebiegu modelowego w postaci udaru napięciowego piorunowego,2/50 µs/µs zastosowano generator jednostopniowy udarów napięciowych piorunowych,2/50 µs/µs o wartości szczytowej 300 V, a do rejestracji oscyloskop cyfrowy typu 784D firmy Tektronix, współpracujący z komputerem (Rys. 6.5).

84 84 Rejestracje przebiegów napięć w uzwojeniach wykonano przy zastosowaniu generatorów o napięciu wyjściowym 20 Vpp i 300 V. Wartość napięcia, przy którym badano przepięcia w uzwojeniach nie ma praktycznie wpływu na wyniki badań przepięć wewnętrznych w uzwojeniach. W warunkach oddziaływania napięcia o dużej stromości oraz dużej częstotliwości transformator jest obiektem o charakterze liniowym. Dla częstotliwości napięcia zasilającego większych od kilkudziesięciu kiloherców rdzeń ferromagnetyczny nie ma praktycznie wpływu na indukcyjności uzwojeń. Dlatego dla dużych stromości napięcia wymuszenia oraz dużej częstotliwości, wpływ rdzenia na zjawiska przejściowe w uzwojeniach może być pominięty [50, 25] Wyniki badań przepięć wewnątrz uzwojeń transformatorów Przepięcia podczas działania udaru napięciowego prostokątnego (Rys. 6.a) Wyniki badań przepięć narażających układy izolacyjne uzwojeń transformatorów doświadczalnych mają postać przebiegów napięć przejściowych oraz zależności częstotliwościowych napięć doziemnych w wybranych punktach uzwojeń o współrzędnych x/l = 0,25; 0,5 i 0,75 (Rys. 6.3c). Wyniki badań przedstawiono w jednostkach względnych w odniesieniu do wartości maksymalnej udaru napięciowego U max. Zarejestrowane przebiegi napięć przejściowych doziemnych w uzwojeniach transformatorów, generowanych podczas pojawienia się udarów napięciowych prostokątnych między zaciskami o współrzędnych x/l =,0 i x/l = 0 (Rys. 6.3c) przedstawiono na rysunku Rys. 6.6.

85 85 a) u x/l /U,0, b) t, µs u x/l /U,0, c) t, µs u x/l /U,0, d) u x/l /U,0, - t, µs t, µs Rys Przebiegi przepięć doziemnych w punktach x/l (Rys. 6.3c) uzwojeń: a) 0 kv Tr 25 MVA (rys. 6.2a): -x/l=,0; 2-x/l =0,75; 3-x/l=0,5; 4-x/l=0,25 b) 5 kv Tr 25 MVA (rys. 6.2b): -x/l=,0; 2-x/l=0,75; 3-x/l=0,5; 4-x/l=0,25 c) 5 kv Tr 250 kva (rys. 6.2c): -x/l=,0; 2-x/l=0,75; 3-x/l=0,46; 4-x/l=0,6 d) 5 kv Tr 20 kva (rys. 6.2d): -x/l=,0; 2-x/l=0,82; 3-x/l=0,67; 4-x/l=0,38 Napięcie modelowe: udar napięciowy prostokątny

86 86 Przebiegi przepięć doziemnych powstających wewnątrz uzwojeń podczas działania udaru napięciowego prostokątnego między zaciskami wejściowymi transformatora są odmienne od przebiegu udaru wymuszającego. Przepięcia wewnątrz uzwojeń zawierają składowe oscylacyjne o różnych częstotliwościach, które zależą od przebiegu zjawisk przejściowych wynikających z konstrukcji uzwojenia i jego parametrów. Ze szczegółowej analizy przebiegów przepięć wynika, że częstotliwości własne uzwojenia 0 kv i 5 kv transformatora 25 MVA wynoszą odpowiednio około 2 MHz i, MHz. Częstotliwość składowej oscylacyjnej wewnątrz uzwojenia transformatora 250 kva wynosi około 25 khz, a częstotliwość drgań przepięć wewnątrz transformatora 20 kva wynosi około 0 khz. Wartości maksymalne przepięć w transformatorach doświadczalnych są zróżnicowane. Na przykład w punkcie x/l=0,67 uzwojenia 5 kv transformatora 20 kva osiągają około,25 j.w. wartości maksymalnej udaru napięciowego prostokątnego pojawiającego się na zaciskach transformatora [29]. Przepięcia podczas działania napięcia sinusoidalnego (Rys. 6.b) - charakterystyki częstotliwościowe przepięć W celu wyznaczenia reakcji uzwojeń transformatorów o różnych konstrukcjach na składowe oscylacyjne przepięć generowanych w układach elektroenergetycznych wyznaczono zależności częstotliwościowe napięć u x/l /U,0 = g(f) wewnątrz uzwojeń doświadczalnych. Od charakteru tej reakcji uzależnione są wartości przepięć narażających układy izolacyjne wewnętrzne uzwojeń [30]. Zarejestrowane przebiegi napięć przedstawiono na rysunku 6.7. Z analizy eksperymentalnych zależności u x/l /U,0 = g(f) (Rys. 6.7), wyznaczonych dla uzwojeń transformatorów o zróżnicowanych rozwiązaniach konstrukcyjnych wynika, że napięcia sinusoidalne o niektórych częstotliwościach są silnie wzmacniane wewnątrz uzwojeń. Częstotliwości te są zgodne z częstotliwościami własnymi transformatorów (Rys. 6.6). Z badań wynika, że wartości maksymalne przepięć wewnętrznych, generowanych przez składowe oscylacyjne przepięć, których częstotliwości są równe częstotliwości własnej transformatora, mogą być przyczyną powstawania przepięć o dużych wartościach maksymalnych wewnątrz transformatorów. Na przykład współczynnik przepięć powstających w uzwojeniu 0 kv transformatora 25 MVA przy częstotliwości 2 MHz wynosi około 3,8 j.w. (Rys. 6.7a), a dla transformatora 20 kva dla częstotliwości około 0 khz wynosi 3,7 j.w. (Rys. 6.7d).

87 87 a) 5 u x/l/u,0, f, khz b) 5 u x/l/u,0, c) f, khz. 25 u x/l/u,0, f, khz d) 5 u x/l /U,0, f, khz 000 Rys Zależności częstotliwościowe przepięć w punktach x/l (Rys. 6.3c) uzwojeń: a) 0 kv Tr 25 MVA (rys. 6.2a): -x/l=,0; 2-x/l =0,75; 3-x/l=0,5; 4-x/l=0,25 b) 5 kv Tr 25 MVA (rys. 6.2b): -x/l=,0; 2-x/l=0,75; 3-x/l=0,5; 4-x/l=0,25 c) 5 kv Tr 250 kva (rys. 6.2c): -x/l=,0; 2-x/l=0,75; 3-x/l=0,46; 4-x/l=0,6 d) 5 kv Tr 20 kva (rys. 6.2d): -x/l=,0; 2-x/l=0,82; 3-x/l=0,67; 4-x/l=0,38 Napięcie modelowe: napięcie sinusoidalne

88 88 Badania napięć przejściowych wewnątrz uzwojeń transformatorów o różnych konstrukcjach i parametrach, wykonane przy oddziaływaniu udarów napięciowych o przebiegu prostokątnym i sinusoidalnym o różnych częstotliwościach wykazały, że reakcja transformatorów na przepięcia powstające w układach elektroenergetycznych jest zależna od konstrukcji i parametrów uzwojeń. Na podstawie badań można stwierdzić, że w uzwojeniach o różnych konstrukcjach udary napięciowe o tych samych przebiegach generują przepięcia wewnętrzne o odmiennych przebiegach i wartościach maksymalnych. Przepięcia zawierające składowe przejściowe o charakterze oscylacyjnym mogą być silnie wzmacniane transformatorach w wyniku zjawisk rezonansowych, jeśli częstotliwości tych przebiegów są równe częstotliwościom własnym transformatorów. Przepięcia podczas działania napięć sweep sinus (Rys. 6.c) i sweep ramp (Rys. 6.d) Wyniki badań mają postać przebiegów napięć przejściowych doziemnych powstających podczas działania napięć o przebiegach sweep sinus i sweep ramp w zakresie częstotliwości 00 khz w wybranych punktach uzwojeń transformatorów doświadczalnych. Wyniki badań wykonanych przy zastosowaniu funkcji sweep sinus (Rys. 6.c) przedstawiono na rysunkach 6.8 i 6.9, natomiast dla funkcji sweep ramp (Rys. 6.d) na rysunkach 6.0 i 6. [28]. Z analizy przebiegów przepięć wewnątrz uzwojeń wynika, że rozkłady napięć w transformatorach podczas oddziaływania funkcji sweep sinus nie są liniowe. Dla wybranych częstotliwości, napięcia przejściowe wewnątrz uzwojeń są silnie wzmacniane. Efekty tych zjawisk ujawniają się szczególnie w uzwojeniu górnego napięcia transformatora 20 kva i mają postać przepięć o dużych wartościach szczytowych. Na przykład podczas oddziaływania przepięcia o przebiegu sweep sinus, wartości przepięć w punkcie x/l = 0,67 osiągają 4 krotną wartość napięcia na zaciskach transformatora (Rys. 6.9c). Podczas oddziaływania przepięcia o przebiegu sweep ramp, przepięcia w tym punkcie uzwojenia transformatora 20 kva osiągają około 3-krotną wartość napięcia wejściowego (np. Rys. 6.c).

89 89 a) u x/l /U,0, - b) u x/l /U,0, - c) u x/l /U,0, - d) u x/l /U,0, - Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w punktach o współrzędnych x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 250 kva powstających podczas działania napięcia sweep sinus w zakresie częstotliwości 00 khz: a) x/l =,0; b) x/l = 0,75; c) x/l = 0,46; d) x/l = 0,6

90 90 a) u x/l /U,0, - b) u x/l /U,0, - c) u x/l /U,0, - d) u x/l /U,0, - Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w punktach o współrzędnych x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 20 kva powstających podczas działania napięcia sweep sinus w zakresie częstotliwości 00 khz: a) x/l =,0; b) x/l = 0,82; c) x/l = 0,67; d) x/l = 0,38

91 9 a) u x/l /U,0, - b) u x/l /U,0, - c) u x/l /U,0, - d) u x/l /U,0, - Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w punktach o współrzędnych x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 250 kva, powstających podczas działania napięcia sweep ramp w zakresie częstotliwości 00 khz: a) x/l =,0; b) x/l = 0,75; c) x/l = 0,46; d) x/l = 0,6

92 92 a) u x/l /U,0, - b) u x/l /U,0, - c) u x/l /U,0, - d) u x/l /U,0, - Rys. 6.. Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w punktach o współrzędnych x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 20 kva, powstających podczas działania napięcia sweep ramp w zakresie częstotliwości 00 khz: a) x/l =,0; b) x/l = 0,82; c) x/l = 0,67; d) x/l = 0,38

93 93 Przepięcia podczas działania napięć udarowych (Rys. 6.e) Badania obejmowały rejestracje przepięć wewnętrznych powstających w uzwojeniach, podczas działania napięć udarowych piorunowych pełnych o kształcie,2/50 µs/µs i wartości maksymalnej 300 V. Wyniki badań mają postać przebiegów napięć doziemnych w punktach uzwojeń doświadczalnych (Rys. 6.2) o współrzędnych x/l (Rys. 6.3c). Przebiegi napięć przedstawiono na rysunku 6.2 w jednostkach względnych, w odniesieniu do wartości maksymalnej U max udaru napięciowego. Napięcia przejściowe wewnątrz uzwojeń transformatorów 250 kva i 20 kva oraz w uzwojeniu 0 kv transformatora 25 MVA zawierają składowe oscylacyjne [29]. Rozkłady przepięć wewnątrz uzwojeń nie są liniowe. Wartości maksymalne przepięć w punkcie o tej samej współrzędnej uzwojenia są różne. W celu porównania przepięć wewnętrznych w uzwojeniach transformatorów o różnych rozwiązaniach konstrukcyjnych oraz o różnych parametrach elektrycznych, wyznaczono na podstawie wyników badań przedstawionych na rysunkach , wartości maksymalne przepięć, powstających wewnątrz uzwojeń podczas oddziaływania napięć modelowych o różnych przebiegach (Rys. 6.). Wartości maksymalne przepięć zamieszczono oddzielnie (w tabelach 6.3 i 6.4): dla uzwojeń jednego transformatora (20 kva, Rys. 6.2d), wyznaczone przy oddziaływaniu napięć modelowych o następujących przebiegach: prostokątny, sinusoidalny o różnych częstotliwościach, sweep sinus, sweep ramp, udar,2/50 µs/µs dla uzwojeń różnych transformatorów (Rys. 6.2a,b,c,d), wyznaczone przy oddziaływaniu napięć modelowych o następujących przebiegach: prostokątny, sinusoidalny o różnych częstotliwościach, udar,2/50 µs/µs.

94 94 a) u x/l /U,0, b) t, µs u x/l /U,0, c) t, µs u x/l /U,0, d) t, µs u x/l /U,0, Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w punktach x/l (Rys. 6.3c) uzwojeń: a) 0 kv Tr 25 MVA (rys. 6.2a): -x/l=,0; 2-x/l =0,75; 3-x/l=0,5; 4-x/l=0,25 b) 5 kv Tr 25 MVA (rys. 6.2b): -x/l=,0; 2-x/l=0,75; 3-x/l=0,5; 4-x/l=0,25 c) 5 kv Tr 250 kva (rys. 6.2c): -x/l=,0; 2-x/l=0,75; 3-x/l=0,46; 4-x/l=0,6 d) 5 kv Tr 20 kva (rys. 6.2d): -x/l=,0; 2-x/l=0,82; 3-x/l=0,67; 4-x/l=0,38 t, µs Napięcie modelowe: udar napięciowy piorunowy

95 95 Na podstawie wyznaczonych wartości maksymalnych przepięć w uzwojeniach możliwa jest analiza wpływu: przebiegów przepięć na zaciskach uzwojenia, rozwiązań konstrukcyjnych uzwojeń na wartości szczytowe przepięć narażających układy izolacyjne uzwojeń transformatorów. Tabela 6.3. Wartości maksymalne przepięć w wybranych punktach x/l uzwojenia 5 kv transformatora 20 kva podczas działania napięć modelowych, wyrażone w odniesieniu do wartości maksymalnej U max napięcia na zaciskach uzwojenia x/l u U x / l max j.w. udar prostokątny napięcie sinusoidalne sweep sinus sweep ramp udar,2/50 µs/µs,00 0,82,23 2,3 2,5,98 0,97 0,67,28 3,85 3,95 2,98 0,99 0,38 0,92 2,6 2,8 2,0 0,76 Tabela 6.4. Wartości maksymalne napięć doziemnych w wybranych punktach x/l uzwojeń o zróżnicowanych rozwiązaniach konstrukcyjnych transformatorów (Rys. 6.2) o różnych parametrach elektrycznych (tabele 6., 6.2) podczas działania napięć przejściowych o różnych przebiegach (Rys. 6.), wyznaczone na podstawie wyników pomiarów przedstawionych na rysunkach , wyrażone w stosunku do wartości maksymalnych napięć oddziaływujących U max uzwojenie doświadczalne transformator 25 MVA uzwojenie 0 kv transformator 25 MVA uzwojenie 5 kv transformator 250 kva uzwojenie 5 kv transformator 20 kva uzwojenie 5 kv x/l - jw. udar prostokątny napięcie sinusoidalne udar piorunowy,2/50 µs/µs,00 0,75 0,9 3,9 0,74 0,5 0,6 2 0,55 0,25 0,4 0,9 0,37,00 0,75 0,93 4,75 0,75 0,5 0,53 3,3 0,68 0,25 0,33,75 0,56,00 0,75 0,76 0,76 0,87 0,46 0,48 0,57 0,67 0,6 0,4 0,28 0,58,00 0,82,23 2,3 0,97 0,67,28 3,85 0,99 0,38 0,92 2,6 0,76 u U x / l max

96 96 Na podstawie analizy wyników obliczeń zamieszczonych w tabeli 6.3 można stwierdzić, że wartości maksymalne napięć przejściowych doziemnych w uzwojeniu są zależne od przebiegu udaru napięciowego oddziałującego na uzwojenie. Największe przepięcia występują w uzwojeniu podczas oddziaływania napięcia sinusoidalnego o częstotliwości równej częstotliwości własnej uzwojenia oraz napięcia o przebiegu sinus sweep i osiągają w punkcie x/l=0,67 wartości około czterokrotnie większe od wartości maksymalnej napięcia oddziaływującego na uzwojenie. Z analizy wyników obliczeń zamieszczonych w tabeli 6.4 wynika, że skutki działania napięcia przejściowego zewnętrznego na uzwojenia o różnych rozwiązaniach konstrukcyjnych i parametrach elektrycznych, mają postać napięć przejściowych wewnątrz uzwojeń o odmiennych przebiegach. Badania wykazały, że narażenia przepięciowe uzwojeń są zróżnicowane i zależne od konstrukcji uzwojenia. Wartości maksymalne napięć doziemnych powstające w badanych uzwojeniach, na przykład w punkcie x/l=0,5, podczas działania udaru prostokątnego, zawarte są w przedziale od około 0,5 j.w. do około,25 j.w.. Różnice między wartościami maksymalnymi napięć narażających układy izolacyjne przekraczają 00%. Dodatkowo wartości maksymalne napięć doziemnych wewnątrz uzwojeń przekraczają wartości maksymalne napięć przejściowych zewnętrznych. Przeprowadzone badania wykazały, że narażenia przepięciowe wewnętrznych układów izolacyjnych nie mogą być wyznaczone na podstawie znanej wartości napięcia udarowego docierającego do zacisków uzwojenia. Reakcja uzwojenia, od której zależą wartości maksymalne napięć przejściowych wewnętrznych jest zróżnicowana zależnie od charakteru zmian napięcia przejściowego zewnętrznego. Narażenia przepięciowe układów izolacyjnych wewnętrznych muszą być analizowane indywidualnie dla każdego rozwiązania konstrukcyjnego uzwojenia. Dodatkowe badania, przedstawione w publikacji [9], wykazały że stromość przepięć powstających w układach elektroenergetycznych du/dt wpływa na rozkłady początkowe oraz rozkłady wartości maksymalnych przepięć w uzwojeniach. Rozkłady początkowe napięcia są odzwierciedleniem sprzężeń pojemnościowych między uzwojeniem a rdzeniem i kadzią oraz pojemności wzdłużnych uzwojenia [48, 0, 07]. Na podstawie wyników badań można stwierdzić, że skrócenie czasu narastania napięcia powoduje wzrost nieliniowości rozkładu początkowego napięcia wewnątrz uzwojeń transformatora. Skutkuje to większą stromością napięcia oraz większą wartością maksymalną przepięć wewnątrz transformatora. Sprzężenia elektryczne między fragmentami uzwojeń ulegają zmianie podczas pracy transformatorów. Jednym z parametrów zmieniających się w warunkach eksploatacji jest temperatura. Podczas eksploatacji, na skutek procesów starzeniowych, ulegają zmianie właściwości oleju izolacyjnego. Pojemności uzwojeń są funkcją temperatury. Ponadto, wartości współczynnika strat dielektrycznych zależą od częstotliwości i temperatury [38, 43, 6, 76]. Zależności te są analizowane od wielu lat w dziedzinie częstotliwości oraz czasu [38, 42, 58, 74, 3].

97 97 Skutkiem tych zmian jest odmienna reakcja transformatora na przepięcia zewnętrze powstające w układach elektroenergetycznych w warunkach eksploatacji, powodująca zmiany narażeń układów izolacyjnych uzwojeń. Badania potwierdzają wpływ temperatury na rozkłady początkowe napięcia udarowego oraz rozkłady wartości maksymalnych w uzwojeniach. Badania wykonane na dwóch modelowych uzwojeniach warstwowych, wykonanych w izolacji papierowo olejowej [8] wykazały, że wzrost temperatury z 25 C do 70 C nie wpłynął znacząco na częstotliwość rezonansową, ale spowodował zmianę wartości współczynnika przepięć rezonansowych o 4 %. Efekt ten może być wyjaśniony przez zmianę przewodnictwa, która to dla papieru i oleju rośnie wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury [6, 76]. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że właściwości dielektryczne układu izolacyjnego wpływają na warunki propagacji przepięć. Zanurzenie uzwojenia w oleju izolacyjnym spowodowało zmniejszenie szybkości propagacji czoła udaru napięciowego. Dodatkowo efekt jest obserwowany ze wzrostem temperatury oleju, szczególnie dla dłuższych czasów narastania czoła udaru (000 ns). Wzrost temperatury oleju powoduje zmniejszenie wartości maksymalnych zależności częstotliwościowych napięć w uzwojeniach o różnych rozwiązaniach konstrukcyjnych. Przeprowadzone badania wykazały, że ocena narażeń przepięciowych układów izolacyjnych transformatorów energetycznych w eksploatacji, wymaga szczegółowej analizy wpływu warunków pracy transformatorów na propagację przepięć. Podstawę oceny mogą stanowić badania i symulacje przepięć wykonane z uwzględnieniem warunków eksploatacji oraz rozwiązań konstrukcyjnych uzwojeń Badania rozkładów przepięć w uzwojeniach transformatora wyłączanego wyłącznikiem próżniowym Badania rozkładów przepięć powstających wewnątrz uzwojenia transformatora podczas wyłączania transformatora wyłącznikiem próżniowym wykonano w stanowisku doświadczanym, którego schemat przedstawiono na rysunku 6.3. Do badań zastosowano stanowisko doświadczalne scharakteryzowane szczegółowo w rozdziale 5 (Rys. 5.0).

98 98 a) Tr z W l k p Tr bk op p 2 uz b) Tr z l k W p Tr bk op p 2 uz Rys Schematy układów do badań przepięć wewnątrz uzwojeń podczas wyłączania przepięć wyłącznikiem próżniowym transformatora chronionego ogranicznikami: a) transformator Tr połączony z wyłącznikiem za pomocą kabla l k (Tabela 5.5), b) transformator Tr połączony bezpośrednio z wyłącznikiem; uz uzwojenia jednej fazy transformatora 60 kva (Tabela 6.5 i 6.6), bk bateria kondensatorów 0,5 µf, op ograniczniki przepięć (Tabela 5.8) Badania polegały na rejestracji przebiegów przepięć doziemnych na zaciskach wejściowych uzwojenia uz (punkt p - Rys. 6.3) oraz w połowie uzwojenia (punkt p 2 o współrzędnej x/l=0,5 - Rys. 6.3). Uzwojenie uz było włączone równolegle z transformatorem Tr wyłączanym wyłącznikiem próżniowym W. Transformator wyłączany był chroniony przy zastosowaniu ograniczników przepięć op typu POLIM D8N (Tabela 5.8) [89] o napięciu pracy ciągłej 8 kv. Do badań zastosowano uzwojenie jednej fazy transformatora rozdzielczego 60 kva, 5/0,4 kv (Rys. 6.4, Tabela 6.5 i 6.6). Rys Widok uzwojeń transformatora doświadczalnego 60 kva; 5/0,4 kv, stosowanego do badań przepięć narażających układy izolacyjne wewnętrzne uzwojeń transformatorów podczas wyłączania wyłącznikiem próżniowym Tabela 6.5. Parametry znamionowe transformatora 60 kva, 5/0,4 kv [62] S n, kva 60 U n, kv 5/0,4 U z, % 4,5 P Fe, W 560 P Cu, kw 3,05 I 0, % 2,8

99 99 Tabela 6.6. Podstawowe parametry mechaniczne uzwojeń doświadczalnych uz (Rys. 6.4, Tabela 6.5) S n, kva 60 U n, kv 5 typ uzwojenia (cewek) w * liczba cewek (warstw), 3 wysokość uzwojenia l, mm 370 średnica zewnętrzna d o, mm 25 średnica zewnętrzna d i, mm 260 szerokość cewki (warstwy) h, mm,7 szerokość szczeliny między cewkami (warstwami) d, mm * w uzwojenie warstwowe 3 Wyniki badań mają postać przebiegów przepięć doziemnych na zacisku wejściowym uzwojenia uz (x/l=,0) i w połowie uzwojenia (x/l=0,5). Wyniki rejestracji przepięć wewnątrz uzwojeń podczas wyłączania wyłącznikiem próżniowym transformatora chronionego ogranicznikami przepięć w układzie przedstawionym na rysunku 6.3a zamieszczono na rysunku 6.5, a wyniki badań wykonanych w układzie przedstawionym na rysunku 6.3b pokazano na rysunku 6.6. a) u, kv 2 b) u, kv 2 Rys Wyniki rejestracji przepięć wewnątrz uzwojeń podczas wyłączania wyłącznikiem próżniowym transformatora chronionego ogranicznikami przepięć w układzie przedstawionym na rysunku 6.3a: a) przebiegi napięć zarejestrowane w czasie 0ms, b) fragmenty przebiegów napięć w przedziale.3 ms 2 ms: przebieg napięcia w doziemnego w punkcie p (x/l=,0), 2 przebieg napięcia doziemnego w punkcie p2 (x/l=0,5)

100 00 a) u, kv 2 b) u, kv 2 Rys Wyniki rejestracji przepięć wewnątrz uzwojeń podczas wyłączania wyłącznikiem próżniowym transformatora chronionego ogranicznikami przepięć w układzie przedstawionym na rysunku 6.3b: a) przebiegi napięć zarejestrowane w czasie 5ms, b) fragmenty przebiegów napięć w przedziale 0.5 ms 0.9 ms: przebieg napięcia w doziemnego w punkcie p (x/l=,0), 2 przebieg napięcia doziemnego w punkcie p2 (x/l=0,5) Rejestracje przebiegów przepięć powstających w uzwojeniu transformatora wyłączanego za pomocą wyłącznika próżniowego potwierdzają, że ograniczniki przepięć z tlenków metali nie mają wpływu na przebiegi składowych oscylacyjnych przepięć łączeniowych. Przebiegi przepięć na zaciskach wejściowych transformatorów nie są zmieniane przez ograniczniki przepięć, jeżeli wartości maksymalne przepięć są mniejsze od napięcia obniżonego ograniczników. Napięcia przejściowe na zaciskach wejściowych uzwojenia transformatora wyłącznego wyłącznikiem próżniowym, mają postać przebiegów wynikających z przeskoków powtórnych w komorach wyłącznika próżniowego oraz z konfiguracji układu elektrycznego i parametrów urządzeń elektrycznych (Rys. 6.3). Przepięcia, pojawiające się na zaciskach wejściowych transformatora współpracującego z wyłącznikiem próżniowym, propagują do wnętrza uzwojenia. Przebiegi przepięć doziemnych w połowie uzwojenia x/l=0,5 mają charakter oscylacyjny. Składowe oscylacyjne przepięć mogą stanowić źródła przepięć o dużych wartościach maksymalnych wewnątrz uzwojeń, jeżeli częstotliwość przepięć jest zgodna z częstotliwością własną transformatora. Konsekwencją tego jest nieliniowość rozkładów napięć łączeniowych wewnątrz uzwojeń. Badania wykazały, że układ izolacyjny transformatora współpracującego z wyłącznikiem próżniowym, może być narażony na przepięcia łączeniowe o dużych wartościach.

101 Symulacje przepięć wewnętrznych w uzwojeniach transformatorów Model z parametrami rozłożonymi uzwojeń transformatora Zależności podstawowe Symulacje przepięć wewnętrznych w uzwojeniach wymagają stosowania modeli uzwojeń odzwierciedlających zjawiska przejściowe w transformatorach w warunkach oddziaływania przepięć o zróżnicowanych przebiegach i wartościach szczytowych. Prace badawcze w zakresie modelowania transformatorów są prowadzone w różnych ośrodkach badawczych od wielu lat [46, 47, 48, 78]. Efektem prac badawczych w tej dziedzinie są modele z parametrami skupionymi i modele z parametrami rozłożonymi uzwojeń, umożliwiające wyznaczanie rozkładów przepięć wewnętrznych w transformatorach. Do obliczeń przepięć w uzwojeniach przedstawionych w niniejszej pracy zastosowano model z parametrami rozłożonymi uzwojeń, scharakteryzowany szczegółowo przez Hastermana, Hellera, Veverkę i Jakubowskiego [47, 48, 57]. Schemat zastępczy uzwojeń, stanowiący podstawę modelu z parametrami rozłożonymi uzwojeń, przedstawiono na rysunku 6.7. W pracach [46, 47, 48] dla schematu z rysunku 6.7 zamieszczono złożone zależności, umożliwiające wyznaczenie przebiegów przepięć doziemnych w wybranym punkcie x uzwojenia, uzyskane w wyniku rozwiązania równania różniczkowego cząstkowego, opisującego zależności napięciowo-prądowe w uzwojeniu podczas oddziaływania między zaciskami uzwojenia udaru napięciowego prostokątnego. Zastosowanie tych zależności do wyznaczania przebiegów przepięć w uzwojeniach, występujących podczas oddziaływania na uzwojenia udarów napięciowych o przebiegach innych niż prostokątny wymaga dodatkowo zastosowania całki Duhamela [47, 48]. Z tego względu symulacje przepięć w uzwojeniu transformatora, wykonane w ramach niniejszej pracy, przeprowadzono po zaimplementowaniu schematu zastępczego uzwojeń przedstawionego na rysunku 6.7 w programie Electromagnetic Transients Program Alternative Transienst Program (EMTP ATP). U m L dx l M C dx l K l dx u(x,t) x=l x=0 Rys Model z parametrami rozłożonymi uzwojeń transformatorów [47, 48, 57]

102 02 Parametry schematu zastępczego uzwojeń Indukcyjności własne L cewek uzwojeń transformatorów i indukcyjności wzajemne M pomiędzy cewkami obliczane są przy założeniu, że przenikalność magnetyczna względna rdzenia transformatora jest równa jedności. Założenie to jest prawdziwe dla przebiegów napięcia o częstotliwości zawartej w zakresie od 0 khz do 200 khz. Wówczas indukcyjność uzwojeń oblicza się ze wzoru [64, 78]: µ o 2 L = N dψ (6.) 4π gdzie: N liczba zwojów, d = 0,5 (d +d 2 ), d, d 2 średnica wewnętrzna i zewnętrzna uzwojenia, m, h wysokość uzwojenia, m (Rys. 6.8). a) A B b) A C B d 2 d d 2 d Rys Ułożenie wzajemne cewek w uzwojeniu transformatora: a) cewki A i B uzwojenia ułożone bezpośrednio obok siebie, b) cewki A i B oddalone od siebie W przypadku, gdy wymiary cewki spełniają warunek: wtedy: h 3 α c = (6.2) d 4 h wysokość uzwojenia, m π 8 β β 5 7 Ψ = + β (6.3) 2α c β 3π π 2 d 3 N 2 N 4 23 β β 5 3 = µ on α ln ) c ρ αcρ β 8 αc 4 3 3π ρ (6.4) 4 4 β ρ ln ) + β π ρ w innym przypadku: h α c αc 4 αc αc Ψ = 2π ( +...)ln (6.5) 8 64 αc µ o 2 π 25 2 ρ ρ γ ρ γ = N d γ γ +... ( αc ρ + ρ +... ) ln ( +...)ln +... (6.6) αc 6 20 γ h

103 03 gdzie: d2 d ρ = (6.7) 2d β = 2 (6.8) + (2α c ) ρ γ = (6.9) α c Indukcyjność wzajemna M między cewkami A i B (Rys. 6.8) jest wyrażona wzorem: M AB =,5 ( L L L ) (6.0) 0 AB A B gdzie: L A, L B, L AB indukcyjności własne cewek A i B oraz grupy cewek A-B, H. Jeżeli cewki A i B są rozdzielone (Rys. 6.8), to pomiędzy nimi jest umieszczana cewka urojona C i wówczas indukcyjność wzajemna między cewkami A i B jest obliczana ze wzoru: M AB =,5 ( L + L L L ) (6.) 0 ABC C AC CB Indukcyjności własne L są obliczane przy wykorzystaniu wzoru (6.), a wartości indukcyjności wzajemnych - przy użyciu wzorów (6.0) i (6.). Pojemność doziemna C i wzdłużna K uzwojeń może być wyznaczona na podstawie: obliczeń, pomiarów. Metoda obliczeń pojemności doziemnej C uzwojeń przedstawiona jest w książce [46]. Do obliczeń pojemności doziemnej autorzy zaproponowali następujący wzór: d + d ' cπ h z ' d d (6.2) C = k ε gdzie: h wysokość uzwojenia, m, k c współczynnik (dla transformatorów wysokonapięciowych k =), d średnica zastępcza kolumny rdzenia, m, ' d = 0,5d r + 0, 65 s r (6.3) d r średnica kolumny rdzenia, m, s r pole przekroju poprzecznego kolumny, m 2, ε z przenikalność elektryczna układu izolacyjnego między uzwojeniem a rdzeniem, Fm -.

104 04 W celu obliczenia pojemności wzdłużnej K uzwojenia (Rys. 6.9) definiowana jest pojemność zastępcza dwucewki K z i obliczana ze wzoru [46]: gdzie: K ' z, K " z K = K + K (6.4) z ' z " z pojemności reprezentujące energie zgromadzone w elementach układu izolacyjnego między uzwojeniami i między cewkami, F. Pojemność K z jest wyrażona wzorem [46]: gdzie: ' K = 0, 5C ( N ) (6.5) z z πε pd śra Cz = (6.6) δ s grubość izolacji między uzwojeniami, m, d śr średnia średnica cewki, m, ε p przenikalność elektryczna izolacji papierowej nasycanej, F m -, a grubość cewki, m. Pojemność K jest obliczana z zastosowaniem wzoru [46]: [ K +,25( K K )] " K z = gw gz + gz (6.7) 2 6 gdzie: K gw, K gz, K gw2 pojemności między sąsiednimi cewkami w uzwojeniu, zaznaczone na rysunku 6.9. K z K gz rdzeń K gw dwucewka K z K gz2 K z Rys Pojemności między cewkami uzwojenia Pojemność wzdłużna uzwojenia jest obliczona przez podzielenie wartości pojemności K z przez liczbę cewek. Pojemność doziemna cewki C uzwojenia może być także wyznaczona na podstawie wyniku pomiaru pojemności doziemnej całego uzwojenia C i podzieleniu wartości przez liczbę cewek.

105 05 Do wyznaczenia pojemności wzdłużnej K cewek uzwojenia na podstawie pomiarów korzysta się z doświadczalnego rozkładu początkowego napięcia udarowego wzdłuż uzwojenia, tj. rozkładu wyznaczonego dla czasu t=0 przy oddziaływaniu udaru napięciowego prostokątnego. Krzywa doświadczalna jest aproksymowana wzorem [47, 48]: gdzie: u( x, αx 0 ) U max e (6.8), C α = (6.9), K U max wartość maksymalna udaru napięciowego, V, C, K pojemności odpowiednio doziemne C i wzdłużne K całego uzwojenia, F Wyniki symulacji przepięć wewnętrznych w uzwojeniach Wykonano symulacje przepięć występujących w uzwojeniu górnego napięcia transformatora 20 kva, 5/0,4 kv. Uzwojenie zawiera osiem cewek połączonych szeregowo. Wysokość uzwojenia wynosi 280 mm, średnica zewnętrzna jest równa 205 mm, a wewnętrzna 57 mm. Podstawowe parametry transformatora zamieszczono w tabelach 5. i 5.2, a widok transformatora pokazano na rysunku 6.2d. Symulowano przepięcia wewnętrzne podczas oddziaływania udaru napięciowego prostokątnego między zaciskami uzwojenia. Symulacje wykonano przy założeniu, że fragment dx uzwojenia (Rys. 6.7) stanowi jedna cewka. Celem symulacji była: ocena możliwości wyznaczania przepięć wewnętrznych w uzwojeniach transformatorów przy zastosowaniu wybranego schematu zastępczego uzwojeń z wykorzystaniem programu EMTP/ATP, porównanie wyników symulacji przepięć z wynikami badań w celu oceny przydatności modelu z parametrami rozłożonymi w pracach badawczych w zakresie narażeń przepięciowych układów izolacyjnych wewnętrznych transformatorów bez wykonywania kosztownych badań na rzeczywistych obiektach, które mogą prowadzić do uszkodzenia układów izolacyjnych. Przed symulacjami wyznaczono następujące parametry schematu zastępczego uzwojenia: indukcyjności własne L cewek i wzajemne M między cewkami, pojemność doziemną C cewek, pojemność wzdłużną K między cewkami uzwojenia.

106 06 Indukcyjności własne L cewek i wzajemne M między cewkami W celu obliczenia indukcyjności własnych i wzajemnych między cewkami uzwojenia wykorzystano zależność (6.), (6.0) i (6.). Wyniki obliczeń zamieszczono w tabeli 6.7. Tabela 6.7. Indukcyjności własne L i wzajemne M cewek uzwojenia górnego napięcia transformatora doświadczalnego *nc , , , , , ,0036 0, , , , , ,0667 0, , , , , , ,0274 0, , , , , ,0667 0, , , , , , , , , , ,05672 *nc numer cewki uzwojenia górnego napięcia transformatora doświadczalnego Pojemność doziemna C Pojemność doziemną C cewek uzwojenia wyznaczono na podstawie pomiarów. Pojemność doziemna uzwojenia C, wynosi 404 pf. Pojemność doziemna C jednej cewki uzwojenia wynosi 50,5 pf. Pojemność wzdłużna K W celu obliczenia pojemności wzdłużnej K uzwojenia wyznaczono rozkład początkowy napięcia udarowego wzdłuż uzwojenia. Wykorzystano do tego przebiegi przepięć zarejestrowane w uzwojeniu transformatora przedstawione na rysunkach 6.6d i Wyznaczony rozkład początkowy napięcia wzdłuż uzwojenia przedstawiono na rysunku 6.2 (krzywa ).

107 07 a) u x/l /U,0, b) t, µs u x/l /U,0, t, µs Rys Przebiegi eksperymentalne przepięć doziemnych w wybranych punktach x/l (Rys. 6.3) uzwojeń transformatora doświadczalnego podczas działania udaru napięciowego prostokątnego: a) przebiegi napięć w uzwojeniu zamieszczone na rysunku 6.6d, b) fragment początkowy wykresów - x/l =,0; 2 - x/l = 0,82; 3 - x/l = 0,67; 4 - x/l = 0,38 u x/l /U,0, - 2 x/l, - Rys Rozkład początkowy napięcia wzdłuż uzwojenia, podczas działania udaru napięciowego prostokątnego: rozkład początkowy napięcia wyznaczony na podstawie pomiarów, 2 rozkład początkowy napięcia wyznaczony przy zastosowaniu wzoru (6.8) Teoretyczny rozkład początkowy napięcia w uzwojeniu wyznaczony dla α = 4,5 zamieszczono na rysunku 6.2 (krzywa 2). Ze wzoru (6.9) wynika, że dla α = 4,5 pojemność wzdłużna całego uzwojenia K = 9,95 pf. Na tej podstawie obliczono, że pojemność wzdłużna jednej cewki uzwojenia K = K * 8 = 59,6 pf. Wykonano symulacje przepięć doziemnych w uzwojeniu transformatora doświadczalnego 20 kva podczas działania udaru napięciowego prostokątnego, po zaimplementowaniu schematu zastępczego uzwojeń zamieszczonego na rysunku 6.7 w programie EMPT-ATP. Wyniki symulacji zamieszczono na rysunku Symulacje wykonano dla trzech wersji schematu zastępczego, różniących się sposobem uwzględnienia

108 08 indukcyjności między cewkami uzwojenia. Na rysunku 6.22a pokazano przebiegi przepięć symulowane z uwzględnieniem tylko indukcyjności własnych cewek uzwojenia, natomiast na rysunkach 6.22b,c przedstawiono przebiegi napięć symulowane z uwzględnieniem indukcyjności własnych cewek oraz indukcyjności wzajemnych między dwoma cewkami i trzema cewkami. Celem symulacji była ocena wpływu sprzężeń magnetycznych między cewkami uzwojenia uwzględnionych w programie EMTP-ATP na wyniki symulacji przepięć w uzwojeniach transformatorów. a) V V V V V V V V V.5 u x/l/u,0, b) V V V V V V V V V.5 u x/l/u,0, c) V V V V V V V V V u x/l/u,0, Rys Wyniki symulacji przebiegów przepięć doziemnych w wybranych punktach x/l (Rys. 6.3) uzwojeń transformatora doświadczalnego podczas działania udaru napięciowego prostokątnego wykonane w programie EMTP-ATP: a) przebiegi przepięć symulowane z uwzględnieniem indukcyjności własnych cewek uzwojenia, b,c) przebiegi napięć w uzwojeniu symulowane z uwzględnieniem indukcyjności własnych i wzajemnych cewek: - x/l =,0; 2 - x/l = 0,8; 3 - x/l = 0,6; 4 - x/l = 0,35

109 09 Z wyników symulacji przepięć doziemnych w uzwojeniu transformatora 20 kva pokazanych na rysunku 6.22 widać, że przebiegi przepięć uzyskane po zaimplementowaniu schematu zastępczego uzwojeń w programie EMTP-ATP są zbliżone do przebiegów przepięć uzyskanych w wyniku badań, zamieszczonych na rysunkach 6.6d i 6.20a. Wyniki symulacji zależą od sposobu uwzględnienia sprzężeń indukcyjnych między cewkami. Przebiegi przepięć uzyskane po zastosowaniu schematu, w którym uwzględniono tylko indukcyjności własne cewek (Rys. 6.22a) są najbardziej zbliżone z przebiegami uzyskanymi w wyniku badań (Rys.6.6d). Wartości maksymalne przepięć uzyskanych w wyniku symulacji wykonanych z zastosowaniem schematu, w którym uwzględniono tylko indukcyjności własne cewek są zbliżone do wartości maksymalnych przepięć zarejestrowanych. Uwzględnienie w schemacie zastępczym uzwojeń sprzężeń magnetycznych między cewkami powoduje zwiększenie częstotliwości przebiegów przepięć oraz wzrost wartości maksymalnych przepięć w uzwojeniu. Jest to spowodowane brakiem możliwości uwzględnienia w programie EMTP-ATP charakteru polowego sprzężeń magnetycznych między cewkami i wynikającą z tego koniecznością włączenia cewek modelujących sprzężenia indukcyjne wzajemne między fragmentami uzwojenia.

110 0 7. Analiza porównawcza narażeń przepięciowych transformatorów podczas prób napięciowych i w warunkach eksploatacji 7.. Badania przepięć w transformatorze podczas prób napięciem udarowym piorunowym Zagadnienia dotyczące metodyki i zakresu wykonywania prób napięciowych transformatorów energetycznych, zawarte w normie IEC [53] obejmują między innymi próby napięciem probierczym udarowym piorunowym. Jego znormalizowany przebieg o czasie narastania i do półszczytu,2/50 µs/µs stosowany jest w przemysłowych i laboratoryjnych badaniach transformatorów. Napięcie probiercze udarowe na zaciskach uzwojeń transformatorów powoduje przepięcia wewnętrzne w uzwojeniach, stanowiące narażenia ich układu izolacyjnego. W badaniach eksperymentalnych podjęto ten problem w celu rozpoznania przebiegów czasowych i wartości maksymalnych przepięć powstających w różnych punktach uzwojenia górnego napięcia podczas działania napięcia probierczego udarowego na jego zaciskach. Rejestracja przebiegów przepięć wewnątrz uzwojeń transformatorów może pozwolić na wnioskowanie co do przyczyn uszkodzeń transformatorów podczas prób napięciem udarowym piorunowym. Obiektem doświadczalnym był transformator 20 kva (Rys. 6.2d). Podstawowe parametry transformatora zamieszczono w tabelach 6. i 6.2. Schemat stanowiska doświadczalnego do rejestracji przepięć wewnątrz transformatora podczas oddziaływania udarów probierczych piorunowych przedstawiono na rysunku 7. [53]. Uzwojenia niskiego napięcia transformatora były zwarte. Rezystory Z 2 reprezentują impedancje falowe przewodów linii połączonej z transformatorem. Badania przepięć wykonano dla dwóch wartości impedancji Z 2, a mianowicie Z 2 = 0 Ω i Z 2 = 400 Ω. Punkty uzwojeń górnego napięcia transformatora, oznaczone symbolami: x/l=0,82; 0,67; 0,38 wyprowadzono na tablicę zaciskową umieszczoną na zewnątrz kadzi. Umożliwiło to wykonanie rejestracji przepięć wewnątrz uzwojeń transformatora.

111 a) b) generator udarów napięciowych x/l=,0 Z 2 Z 2 x/l=,0 x/l=0,82 komputer oscyloskop cyfrowy Tektronix x/l=0 x/l=0,67 x/l=0,38 Rys. 7.. Schemat stanowiska do rejestracji przebiegów napięć przejściowych doziemnych wewnątrz transformatora 20 kva: a) schemat ogólny stanowiska, b) oznaczenie punktów wewnątrz transformatora, w których wykonano rejestracje przepięć doziemnych Przebiegi przepięć doziemnych w punktach o współrzędnych x/l=0,82; 0,67; 0,38 uzwojenia górnego napięcia transformatora, zarejestrowane podczas działania udaru piorunowego u.0 o wartości maksymalnej 300 V na zacisku o współrzędnej x/l=,0 (Rys. 7.), zamieszczono na rysunku 7.2. Wyniki badań przedstawiono w jednostkach względnych w odniesieniu do wartości maksymalnej napięcia udarowego piorunowego. a) u x/l /U,0, b) t, µs u x/l /U,0, t, µs Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w punktach x/l uzwojeń transformatora 20 kva podczas działania napięcia udarowego piorunowego: a) Z 2 = 0 Ω, b) Z 2 = 400 Ω; x/l=,0; 2 x/l=0,82; 3 x/l=0,67; 4 x/l=0,38

112 2 Przebiegi przepięć wewnątrz uzwojenia są odmienne od przebiegu napięcia udarowego piorunowego na zaciskach transformatora. Przepięcia zawierają oscylacje i częstotliwości 8,9 khz i 5,5 khz. Wartości impedancji Z 2 praktycznie nie wpływają na przebiegi przepięć. Z badań wynika, że wartość maksymalna przepięcia w punkcie x/l=0,67 uzwojenia, odniesiona do wartości maksymalnej napięcia udarowego piorunowego wynosi.08 j.w., jest większa od wartości szczytowej udaru napięciowego piorunowego Badania przepięć w transformatorze podczas działania udarów modelujących przepięcia w układach elektroenergetycznych W celu porównania narażeń przepięciowych układu izolacyjnego transformatora podczas prób napięciowych z narażeniami przepięciowymi w warunkach eksploatacji, wykonano rejestracje przepięć w uzwojeniu transformatora 20 kva, poddanego działaniu napięć modelujących w przybliżeniu przebiegi przepięć powstających w układach elektroenergetycznych. Badania wykonano w układzie, którego schemat zamieszczono na rysunku 7.. Program obejmował rejestracje przepięć w transformatorze podczas działania: udaru napięciowego prostokątnego, napięcia sinusoidalnego o częstotliwości w zakresie od khz do MHz, napięcia o przebiegu sweep sinus, napięcia o przebiegu sweep ramp, napięcia sinusoidalnego nietłumionego i tłumionego o częstotliwości równej częstotliwości własnej transformatora. Wyniki badań wykonanych dla udaru napięciowego prostokątnego przedstawiono na rysunku 7.3, dla napięcia sinusoidalnego o częstotliwości w zakresie od khz do MHz na rysunku 7.4, dla napięcia o przebiegu sweep sinus na rysunkach 7.5 i 7.6, a dla sweep ramp na rysunkach 7.7 i 7.8.

113 3 a) u x/l /U,0, b) u x/l /U,0, t, µs t, µs Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w punktach x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 20 kva podczas działania udaru napięciowego prostokątnego: a) Z 2 = 0 Ω, b) Z 2 = 400 Ω; x/l=,0; 2 x/l=0,82; 3 x/l=0,67; 4 x/l=0,38 a) u x/l /U,0, b) f rez =8,9 khz f rez2 =5,5 khz f, khz u x/l /U,0, f rez =8,9 khz f rez2 =5,5 khz f, khz Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w wybranych punktach x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 20 kva podczas działania napięcia o przebiegu sinusoidalnym: a) Z 2 = 0 Ω, b) Z 2 = 400 Ω; x/l=,0; 2 x/l=0,82; 3 x/l=0,67; 4 x/l=0,38

114 4 a) u x/l /U,0, - b) u x/l /U,0, - c) u x/l /U,0, - d) u x/l /U,0, - Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w wybranych punktach x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 20 kva podczas działania napięcia o przebiegu sweep sinus dla Z 2 = 0 Ω: a) x/l=,0; b) x/l=0,82; c) x/l=0,67; d) x/l=0,38

115 5 a) u x/l /U,0, - b) u x/l /U,0, - c) u x/l /U,0, - d) u x/l /U,0, - Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w wybranych punktach x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 20 kva podczas działania napięcia o przebiegu sweep sinus dla Z 2 =400 Ω: a) x/l=,0; b) x/l=0,82; c) x/l=0,67; d) x/l=0,38

116 6 a) u x/l /U,0, - b) u x/l /U,0, - c) u x/l /U,0, - d) u x/l /U,0, - Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w wybranych punktach x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 20 kva podczas działania napięcia o przebiegu sweep ramp dla Z 2 = 0 Ω: a) x/l=,0; b) x/l=0,82; c) x/l=0,67; d) x/l=0,38

117 7 a) u x/l /U,0, - b) u x/l /U,0, - c) u x/l /U,0, - d) u x/l /U,0, - Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w wybranych punktach x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 20 kva podczas działania napięcia o przebiegu sweep ramp dla Z 2 =400 Ω: a) x/l=,0; b) x/l=0,82; c) x/l=0,67; d) x/l=0,38

118 8 Przebiegi przepięć doziemnych w transformatorze podczas działania udaru napięciowego prostokątnego, modelującego napięcie przejściowe na działającym ograniczniku przepięć z tlenków metali, są zbliżone do przebiegów przepięć powstających w wyniku działania udaru napięciowego piorunowego. Częstotliwości składowych przejściowych przepięć wynoszą około 9 khz i 6 khz. W przebiegu przepięcia doziemnego w punkcie x/l=0,82 uzwojenia widoczna jest także składowa oscylacyjna tłumiona o częstotliwości około 60 khz. Wartości maksymalne przepięć wewnętrznych przekraczają wartość udaru napięciowego prostokątnego na zaciskach uzwojenia. Wartość rezystorów Z 2, reprezentujących impedancję falową przewodów linii połączonej z transformatorem, nie ma praktycznie wpływu na przebiegi przepięć, gdyż impedancja uzwojeń w warunkach oddziaływania przepięć jest znacznie większa od impedancji Z 2. Z charakterystyk częstotliwościowych przepięć wynika, że przepięcia w transformatorze są wzmacniane gdy częstotliwość składowych przejściowych przepięć na zaciskach transformatora wynosi 8,9 khz lub 5,5 khz, a w punkcie x/l=0,82 również, gdy częstotliwość wynosi 56 khz. Częstotliwości te są praktycznie równe częstotliwościom drgań składowych przebiegów przepięć, wyznaczonych na podstawie wyników rejestracji przepięć zamieszczonych na rysunku 7.3. Przepięcia osiągają największe wartości dla częstotliwości 8,9 khz. Na przykład przepięcie doziemne w punkcie x/l=0,38, wyrażone w jednostkach względnych w odniesieniu do maksimum przepięcia na zaciskach transformatora, osiąga wartość 3,25 jw. Wartość rezystora Z 2 reprezentującego impedancję i nie ma praktycznie wpływu na charakterystyki częstotliwościowe przepięć, podobnie jak w przypadku przepięć podczas oddziaływania udaru napięciowego prostokątnego. Przepięcia doziemne wewnątrz transformatora, powstające podczas działania napięcia sweep sinus i sweep ramp, osiągają największe wartości, gdy częstotliwość wynosi 8,9 khz. Przepięcie jest wzmacniane także dla częstotliwości 5,5 khz, a przepięcia w punkcie x/l=0,82 wzrasta również, gdy częstotliwość wynosi 56 khz. Na przykład wartość maksymalna przepięcia doziemnego w punkcie x/l=0,38, powstającego podczas działania napięcia sweep sinus, wynosi około 3 jw, a podczas oddziaływania napięcia sweep ramp osiąga 2 jw. Przepięcia są praktycznie niezależnie od wartości rezystorów Z 2. reprezentujących impedancję przewodów linii napowietrznej połączonej z transformatorem. Różnice między wartościami przepięć spowodowane są odmienną reakcją transformatora na napięcia sweep sinus i sweep ramp o różnych przebiegach.

119 9 a) u x/l /U,0, b) u x/l /U,0, Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w punktach x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 20 kva podczas działania napięcia sinusoidalnego o częstotliwości: a) f rez =8,9 khz, b) f rez2 =5,5 khz (Rys. 7.4): x/l=,0; 2 x/l=0,82; 3 x/l=0,67; 4 x/l=0,38 (Z 2 = 0 Ω) a) u x/l /U,0, b) u x/l /U,0, Rys Przebiegi napięć przejściowych doziemnych w punktach x/l uzwojenia górnego napięcia transformatora 20 kva podczas działania napięcia sinusoidalnego o częstotliwości: a) f rez =8,9 khz, b) f rez2 =5,5 khz (Rys. 7.4): x/l=,0; 2 x/l=0,82; 3 x/l=0,67; 4 x/l=0,38 (Z 2 = 400 Ω)

2. Zwarcia w układach elektroenergetycznych... 35

2. Zwarcia w układach elektroenergetycznych... 35 Spis treści SPIS TREŚCI Przedmowa... 11 1. Wiadomości ogólne... 13 1.1. Klasyfikacja urządzeń elektroenergetycznych i niektóre definicje... 13 1.2. Narażenia klimatyczne i środowiskowe... 16 1.3. Narażenia

Bardziej szczegółowo

ETISURGE OGRANICZNIKI PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA W OSŁONIE POLIMEROWEJ OGRANICZNIKI PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA INZP W OSŁONIE POLIMEROWEJ ETISURGE

ETISURGE OGRANICZNIKI PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA W OSŁONIE POLIMEROWEJ OGRANICZNIKI PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA INZP W OSŁONIE POLIMEROWEJ ETISURGE OGRANICZNIKI PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA INZP W OSŁONIE POLIMEROWEJ 444 OGRANICZNIKI PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA W OSŁONIE POLIMEROWEJ Energia pod kontrolą Ograniczniki przepięć INZP typu rozdzielczego,

Bardziej szczegółowo

KIERUNEK STUDIÓW: ELEKTROTECHNIKA NAZWA PRZEDMIOTU: TECHNIKA WYSOKICH NAPIĘĆ. (dzienne: 30h wykład, 30h laboratorium) Semestr: W Ć L P S V 2E 2

KIERUNEK STUDIÓW: ELEKTROTECHNIKA NAZWA PRZEDMIOTU: TECHNIKA WYSOKICH NAPIĘĆ. (dzienne: 30h wykład, 30h laboratorium) Semestr: W Ć L P S V 2E 2 KIERUNEK STUDIÓW: ELEKTROTECHNIKA NAZWA PRZEDMIOTU: TECHNIKA WYSOKICH NAPIĘĆ (dzienne: 30h wykład, 30h laboratorium) Semestr: W Ć L P S V 2E 2 Cel zajęć: Celem zajęć jest podanie celowości i specyfiki

Bardziej szczegółowo

MWD i MWK Beziskiernikowe ograniczniki przepięć z tlenków metali

MWD i MWK Beziskiernikowe ograniczniki przepięć z tlenków metali Karta katalogowa MWD i MWK Beziskiernikowe ograniczniki przepięć z tlenków metali MWD i MWK są jednymi z pierwszych konstrukcji ograniczników w osłonie silikonowej do zastosowań wnętrzowych (MWD) i napowietrznych

Bardziej szczegółowo

Analiza przepięć przenoszonych przez uzwojenia transformatorów energetycznych

Analiza przepięć przenoszonych przez uzwojenia transformatorów energetycznych Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Katedra Elektrotechniki i Elektroenergetyki Analiza przepięć przenoszonych

Bardziej szczegółowo

KARTA KATALOGOWA. Nazwa: Beziskiernikowy ogranicznik przepięć POLIM-D. Typ: EG-POLIM-D. Infolinia:

KARTA KATALOGOWA. Nazwa: Beziskiernikowy ogranicznik przepięć POLIM-D. Typ: EG-POLIM-D. Infolinia: KARTA KATALOGOWA Nazwa: Beziskiernikowy ogranicznik przepięć POLIM-D Typ: EG-POLIM-D Wstęp Ograniczniki z serii POLIM spełniają zarówno normy IEC (europejska), jak i ANSI (amerykańska). Wszystkie dane

Bardziej szczegółowo

WNĘTRZOWY OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ TYPU PROXAR IIW AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

WNĘTRZOWY OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ TYPU PROXAR IIW AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA WNĘTRZOWY OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ TYPU PROXAR IIW AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu PROXAR-IIW AC w osłonie silikonowej są przeznaczone do ochrony przepięciowej

Bardziej szczegółowo

BADANIE IZOLACJI ODŁĄCZNIKA ŚREDNIEGO NAPIĘCIA

BADANIE IZOLACJI ODŁĄCZNIKA ŚREDNIEGO NAPIĘCIA LABORATORIUM APARATÓW I URZĄDZEŃ WYSOKONAPIĘCIOWYCH POLITECHNIKA WARSZAWSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ I SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH ZAKŁAD WYSOKICH NAPIĘĆ I KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ

Bardziej szczegółowo

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH KARTA KATALOGOWA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu PROXAR-IVN AC w osłonie

Bardziej szczegółowo

Wykonanie prototypów filtrów i opracowanie ich dokumentacji technicznej

Wykonanie prototypów filtrów i opracowanie ich dokumentacji technicznej Wykonanie prototypów filtrów i opracowanie ich dokumentacji technicznej Skład dokumentacji technicznej Dokumentacja techniczna prototypów filtrów przeciwprzepięciowych typ FP obejmuje: informacje wstępne

Bardziej szczegółowo

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH KARTA KATALOGOWA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH KARTA KATALOGOWA OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH KARTA KATALOGOWA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu PROXAR-IVN AC w osłonie

Bardziej szczegółowo

Rok akademicki: 2016/2017 Kod: EEL EE-s Punkty ECTS: 4. Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Rok akademicki: 2016/2017 Kod: EEL EE-s Punkty ECTS: 4. Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Nazwa modułu: Ochrona odgromowa i przepięciowa Rok akademicki: 2016/2017 Kod: EEL-2-102-EE-s Punkty ECTS: 4 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Elektrotechnika

Bardziej szczegółowo

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA INFORMACYJNA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA INFORMACYJNA OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA INFORMACYJNA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu PROXAR-IIIN AC w osłonie silikonowej są przeznaczone do ochrony

Bardziej szczegółowo

POLIM -D. Ograniczniki przepięć z tlenków metali. Karta katalogowa ABB

POLIM -D. Ograniczniki przepięć z tlenków metali. Karta katalogowa ABB POLIM -D Ograniczniki przepięć z tlenków metali Karta katalogowa Beziskiernikowe ograniczniki przepięć z warystorami z tlenków metali produkcji Nazwa POLIM jest znakiem firmowym najnowszej rodziny ograniczników

Bardziej szczegółowo

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu PROXAR-IIIN AC w osłonie silikonowej są przeznaczone do ochrony

Bardziej szczegółowo

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu PROXAR-IIIN AC w osłonie silikonowej są przeznaczone do ochrony

Bardziej szczegółowo

Technika wysokich napięć : podstawy teoretyczne i laboratorium / Barbara Florkowska, Jakub Furgał. Kraków, Spis treści.

Technika wysokich napięć : podstawy teoretyczne i laboratorium / Barbara Florkowska, Jakub Furgał. Kraków, Spis treści. Technika wysokich napięć : podstawy teoretyczne i laboratorium / Barbara Florkowska, Jakub Furgał. Kraków, 2017 Spis treści Wstęp 13 ROZDZIAŁ 1 Laboratorium Wysokich Napięć. Organizacja i zasady bezpiecznej

Bardziej szczegółowo

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu PROXAR-IIN AC w osłonie silikonowej są przeznaczone do ochrony

Bardziej szczegółowo

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu PROXAR-IIN AC w osłonie silikonowej są przeznaczone do ochrony

Bardziej szczegółowo

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ WYSOKIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IIN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu PROXAR-IIN AC w osłonie silikonowej są przeznaczone do ochrony

Bardziej szczegółowo

Ochrona instalacji elektrycznych niskiego napięcia przed skutkami doziemień w sieciach wysokiego napięcia

Ochrona instalacji elektrycznych niskiego napięcia przed skutkami doziemień w sieciach wysokiego napięcia mgr inż. Andrzej Boczkowski Stowarzyszenie Elektryków Polskich Sekcja Instalacji i Urządzeń Elektrycznych Warszawa 10.01.2012 r. Ochrona instalacji elektrycznych niskiego napięcia przed skutkami doziemień

Bardziej szczegółowo

PROBLEMY ŁĄCZENIA KONDENSATORÓW ENERGETYCZNYCH

PROBLEMY ŁĄCZENIA KONDENSATORÓW ENERGETYCZNYCH mgr inŝ. Grzegorz Wasilewski ELMA energia, Olsztyn PROBLEMY ŁĄCZENIA KONDENSATORÓW ENERGETYCZNYCH Załączaniu i wyłączaniu baterii kondensatorów towarzyszą stany przejściowe charakteryzujące się występowaniem

Bardziej szczegółowo

Pomiar pojemności i rezystancji izolacji międzyzwojowej uzwojeń transformatorów determinujące niezawodność

Pomiar pojemności i rezystancji izolacji międzyzwojowej uzwojeń transformatorów determinujące niezawodność Pomiar pojemności i rezystancji izolacji międzyzwojowej uzwojeń transformatorów determinujące niezawodność Tadeusz Glinka Jakub Bernatt Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL TRANSFORMER 17 6 11

Bardziej szczegółowo

6.1. Ograniczniki przepięć niskiego napięcia napowietrzne ZAWARTOŚĆ KATALOGU

6.1. Ograniczniki przepięć niskiego napięcia napowietrzne ZAWARTOŚĆ KATALOGU 6.1. Ograniczniki przepięć niskiego napięcia napowietrzne ZAWARTOŚĆ KATALOGU 6.1.1. KARTA KATALOGOWA ISKIERNIKOWEGO ZAWOROWEGO OGRANICZNIKA PRZEPIĘĆ TYPU Ozi 0,66/2, 6.1.2. KARTA KATALOGOWA IZOLOWANEGO

Bardziej szczegółowo

Specyfikacja techniczna aparatury SN dla miejskich stacji transformatorowych.

Specyfikacja techniczna aparatury SN dla miejskich stacji transformatorowych. SM/ST/2007/1 Specyfikacja techniczna aparatury SN dla miejskich stacji transformatorowych. 1. Wymagania ogólne. Zamawiane urządzenia elektroenergetyczne muszą podlegać Ustawie z dnia 30 sierpnia 2002 r.

Bardziej szczegółowo

POLIM I Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali

POLIM I Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali Karta katalogowa POLIM I Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali Beziskiernikowe ograniczniki przepięć z warystorami z tlenków metali produkcji ABB. POLIM jest nazwą firmową najnowszej rodziny

Bardziej szczegółowo

NORMY I PRZEPISY PRAWNE Ochrona przeciwprzepięciowa

NORMY I PRZEPISY PRAWNE Ochrona przeciwprzepięciowa NORMY I PRZEPISY PRAWNE Ochrona przeciwprzepięciowa Opracował: Andrzej Nowak Bibliografia: http://www.ciop.pl/ 1. Kategorie ochrony Wymagania ogólne dotyczące ochrony instalacji elektrycznych przed przepięciami

Bardziej szczegółowo

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU STAŁEGO TYPU PROXAR-IVN DC W OSŁONIE SILIKONOWEJ

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU STAŁEGO TYPU PROXAR-IVN DC W OSŁONIE SILIKONOWEJ OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU STAŁEGO TYPU DC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu DC w osłonie silikonowej są przeznaczone do ochrony przepięciowej trakcji elektrycznej

Bardziej szczegółowo

15. UKŁADY POŁĄCZEŃ PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH I NAPIĘCIOWYCH

15. UKŁADY POŁĄCZEŃ PRZEKŁADNIKÓW PRĄDOWYCH I NAPIĘCIOWYCH 15. UKŁDY POŁĄCZEŃ PRZEKŁDNIKÓW PRĄDOWYCH I NPIĘCIOWYCH 15.1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z najczęściej spotykanymi układami połączeń przekładników prądowych i napięciowych

Bardziej szczegółowo

ODLEGŁOŚCI POMIĘDZY URZĄDZENIAMI DO OGRANICZANIA PRZEPIĘĆ A CHRONIONYM URZĄDZENIEM

ODLEGŁOŚCI POMIĘDZY URZĄDZENIAMI DO OGRANICZANIA PRZEPIĘĆ A CHRONIONYM URZĄDZENIEM ODLEGŁOŚCI POMIĘDZY URZĄDZENIAMI DO OGRANICZANIA PRZEPIĘĆ A CHRONIONYM URZĄDZENIEM Andrzej Sowa Politechnika Białostocka 1. Wstęp Tworząc niezawodny system ograniczania przepięć w instalacji elektrycznej

Bardziej szczegółowo

POLIM S Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali

POLIM S Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali Karta katalogowa POLIM S Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali POLIM jest zastrzeżonym znakiem towarowym najnowszej rodziny ograniczników przepięć produkcji ABB. Beziskiernikowe ograniczniki

Bardziej szczegółowo

Spis treści. Oznaczenia Wiadomości ogólne Przebiegi zwarciowe i charakteryzujące je wielkości

Spis treści. Oznaczenia Wiadomości ogólne Przebiegi zwarciowe i charakteryzujące je wielkości Spis treści Spis treści Oznaczenia... 11 1. Wiadomości ogólne... 15 1.1. Wprowadzenie... 15 1.2. Przyczyny i skutki zwarć... 15 1.3. Cele obliczeń zwarciowych... 20 1.4. Zagadnienia zwarciowe w statystyce...

Bardziej szczegółowo

SPIS TREŚCI 1. WSTĘP.......................................................................... 9 1.1. Podstawowy zakres wiedzy wymagany przy projektowaniu urządzeń piorunochronnych................................................

Bardziej szczegółowo

1. Jako ochrona przed skutkami przepięć łączeniowych, powodowanych głównie załączeniami i wyłączeniami określonych odbiorników, mogą być stosowane:

1. Jako ochrona przed skutkami przepięć łączeniowych, powodowanych głównie załączeniami i wyłączeniami określonych odbiorników, mogą być stosowane: Temat: Środki i sposoby ochrony przed skutkami przepięć. Stosowane środki ochrony przeciwprzepięciowej mogą być przeznaczone do ochrony przed skutkami przepięć tylko określonego pochodzenia lub mogą mieć

Bardziej szczegółowo

ĆWICZENIE 1 JEDNOFAZOWE OBWODY RLC. Informatyka w elektrotechnice ZADANIA DO WYKONANIA

ĆWICZENIE 1 JEDNOFAZOWE OBWODY RLC. Informatyka w elektrotechnice ZADANIA DO WYKONANIA ĆWICZENIE 1 JEDNOFAZOWE OBWODY RLC Celem ćwiczenia jest poznanie zasad symulacji prostych obwodów jednofazowych składających się z elementów RLC. I. Zamodelować jednofazowy szeregowy układ RLC (rys.1a)

Bardziej szczegółowo

Dane techniczne Ex9UE2

Dane techniczne Ex9UE2 2 Ograniczniki przepięć typ 2 Parametry ogólne Przeznaczone do ochrony instalacji elektrycznych przed przepięciami atmosferycznymi i łączeniowymi Wymienne wkładki warystorowe Optyczny wskaźnik stanu wkładki

Bardziej szczegółowo

BADANIA WYSOKOCZĘSTOTLIWOŚCIOWE TRANSFORMATORÓW

BADANIA WYSOKOCZĘSTOTLIWOŚCIOWE TRANSFORMATORÓW Międzynarodowa Konferencja Transformatorowa Transformator 19 Toruń, 7-9 maja 2019 r. BADANIA WYSOKOCZĘSTOTLIWOŚCIOWE TRANSFORMATORÓW Marek Florkowski, Koproracyjne Centrum Badawcze ABB Jakub Furgał, Akademia

Bardziej szczegółowo

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 10/16. JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL PATRYK STRANKOWSKI, Kościerzyna, PL

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 10/16. JAROSŁAW GUZIŃSKI, Gdańsk, PL PATRYK STRANKOWSKI, Kościerzyna, PL PL 226485 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 226485 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 409952 (51) Int.Cl. H02J 3/01 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia:

Bardziej szczegółowo

PRACE MAGISTERSKIE STUDIA STACJONARNE Rok akademicki 2011/2012

PRACE MAGISTERSKIE STUDIA STACJONARNE Rok akademicki 2011/2012 PRACE MAGISTERSKIE STUDIA STACJONARNE Rok akademicki 2011/2012 dr inŝ. Wojciech Bąchorek Obliczanie strat mocy i energii w sieciach rozdzielczych średniego napięcia (The calculations of power and energy

Bardziej szczegółowo

Tematy prac inżynierskich Kierunek Elektrotechnika 1. Promotor

Tematy prac inżynierskich Kierunek Elektrotechnika 1. Promotor Kraków, 30 marzec 2005 r. Tematy prac inżynierskich Kierunek Elektrotechnika 1. Elektrotechnika elektroenergetyka, Termowizyjna diagnostyka urządzeń elektrycznych w elektroenergetyce 1 lub 2 Podstawy teoretyczne

Bardziej szczegółowo

Warystor musi zapewniać odpowiedni poziom ochrony przeciwprzepięciowej.

Warystor musi zapewniać odpowiedni poziom ochrony przeciwprzepięciowej. Wskazówki doboru warystorów Wymagania jakim musi odpowiadać warystor Warystor może skutecznie spełniać stawiane mu zadania tylko wtedy, gdy został właściwie dobrany. Właściwe dobranie warystora polega

Bardziej szczegółowo

POLIM H Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali

POLIM H Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali Karta katalogowa POLIM Beziskiernikowy ogranicznik przepięć z tlenków metali POLIM jest zastrzeżonym znakiem towarowym najnowszej rodziny ograniczników przepięć produkcji ABB ochspannungstechnik AG ze

Bardziej szczegółowo

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ ŚREDNIEGO NAPIĘCIA TYPU PROXAR-IN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ KARTA KATALOGOWA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu PROXAR-IN AC w osłonie silikonowej są przeznaczone do ochrony przepięciowej

Bardziej szczegółowo

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH

OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH OGRANICZNIK PRZEPIĘĆ PRĄDU PRZEMIENNEGO TYPU PROXAR-IVN AC W OSŁONIE SILIKONOWEJ DO OCHRONY INSTALACJI ELEKTROENERGETYCZNYCH KARTA KATALOGOWA ZASTOSOWANIE Ograniczniki przepięć typu PROXAR-IVN AC w osłonie

Bardziej szczegółowo

Rezystancja izolacji przeliczona na 1 km linii większa od MΩ

Rezystancja izolacji przeliczona na 1 km linii większa od MΩ Załącznik nr 4 do Instrukcji ruchu i eksploatacji sieci rozdzielczej ZAKRES POMIARÓW I PRÓB EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH ORAZ TERMINY ICH WYKONANIA 1 Linie napowietrzne o napięciu

Bardziej szczegółowo

OCHRONA PRZEPIĘCIOWA. Ochrona przed przepięciami systemów bezawaryjnego zasilania. Odporność udarowa systemów bezawaryjnego zasilania.

OCHRONA PRZEPIĘCIOWA. Ochrona przed przepięciami systemów bezawaryjnego zasilania. Odporność udarowa systemów bezawaryjnego zasilania. OCHRONA PRZEPIĘCIOWA Ochrona przed przepięciami systemów bezawaryjnego zasilania Andrzej Sowa Układy ochrony przepięciowej w instalacji elektrycznej w obiektach budowlanych, w których pracują urządzenia

Bardziej szczegółowo

Ograniczniki przepięć SN i 110 kv

Ograniczniki przepięć SN i 110 kv Specyfikacja techniczna Załącznik nr 10 do Standardów technicznych w ENERGA-OPERATOR SA Strona 1 z 8 Opracowanie: Departament Rozwoju Majątku Akceptacja: Grzegorz Widelski Menadżer procesu Opracowanie

Bardziej szczegółowo

MODELOWANIE I ANALIZA NARAŻEŃ PRZEPIĘCIOWYCH W SIECIACH ŚREDNICH NAPIĘĆ

MODELOWANIE I ANALIZA NARAŻEŃ PRZEPIĘCIOWYCH W SIECIACH ŚREDNICH NAPIĘĆ Szczepan MOSKWA Bartłomiej KERCEL MODELOWANIE I ANALIZA NARAŻEŃ PRZEPIĘCIOWYCH W SIECIACH ŚREDNICH NAPIĘĆ STRESZCZENIE Najczęstszą przyczynę uszkodzeń urządzeń w sieciach średnich napięć (SN) stanowią

Bardziej szczegółowo

Laboratorium Elektroenergetyki

Laboratorium Elektroenergetyki 1 STUDIA PODYPLOMOWE: ENERGETYKA JĄDROWA WE WSPÓŁCZESNEJ ELEKTROENERGETYCE Laboratorium Elektroenergetyki mgr inż. Mariusz Benesz Co to jest TWN? Technika Wysokich Napięć (TWN) jest dziedziną Elektrotechniki,

Bardziej szczegółowo

ZAKRES BADAŃ I PRÓB EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ SIECI ELEKTROENERGETYCZNEJ ORAZ

ZAKRES BADAŃ I PRÓB EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ SIECI ELEKTROENERGETYCZNEJ ORAZ Załącznik nr 4 do Instrukcji nr I-1-RE j ZAKRES BADAŃ I PRÓB EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ SIECI ELEKTROENERGETYCZNEJ ORAZ WYMAGANE TERMINY ICH WYKONANIA 1. Linie napowietrzne o znamionowym wyższym niż 1kV

Bardziej szczegółowo

Pomiar pojemności i rezystancji izolacji zwojowej. transformatora. Measurements of a transformer turn-to-turn insulation capacitance and resistance

Pomiar pojemności i rezystancji izolacji zwojowej. transformatora. Measurements of a transformer turn-to-turn insulation capacitance and resistance Tadeusz Glinka Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych, Katowice Andrzej Sikora Politechnika Śląska w Gliwicach Pomiar pojemności w transformatorach Measurements of a transformer turn-to-turn insulation

Bardziej szczegółowo

Pr¹dy zwarciowe i skutki zwaræ Przepiêcia

Pr¹dy zwarciowe i skutki zwaræ Przepiêcia Pr¹dy zwarciowe i skutki zwaræ Przepiêcia Istnieją znane z praktyki i literatury następujące specjalne środki techniczne do ograniczenia prądów zwarciowych w sieciach elektroenergetycznych: a) dławiki

Bardziej szczegółowo

Ograniczniki ETITEC A ETI Polam do napowietrznych sieci nn

Ograniczniki ETITEC A ETI Polam do napowietrznych sieci nn Ograniczniki ETI Polam do napowietrznych sieci nn Celem artykułu jest przybliżenie czytelnikom zagadnień ochrony przeciwprzepięciowej realizowanej w warunkach napowietrznych sieci nn przez ograniczniki

Bardziej szczegółowo

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 323

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 323 ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 323 wydany przez POLSKIE CENTRUM AKREDYTACJI 01-382 Warszawa ul. Szczotkarska 42 Wydanie nr 16 Data wydania: 10 marca 2017 r. Nazwa i adres: INSTYTUT ENERGETYKI

Bardziej szczegółowo

ODLEGŁOŚCI POMIĘDZY URZĄDZENIAMI DO OGRANICZANIA PRZEPIĘĆ A CHRONIONYM URZĄDZENIEM

ODLEGŁOŚCI POMIĘDZY URZĄDZENIAMI DO OGRANICZANIA PRZEPIĘĆ A CHRONIONYM URZĄDZENIEM dr hab. inż. Andrzej SOWA Politechnika Białostocka ODLEGŁOŚCI POMIĘDZY RZĄDZENIAMI DO OGRANICZANIA PRZEPIĘĆ A CHRONIONYM RZĄDZENIEM 1. Wstęp Tworząc niezawodny system ograniczania przepięć w instalacji

Bardziej szczegółowo

STUDIA I STOPNIA STACJONARNE ELEKTROTECHNIKA

STUDIA I STOPNIA STACJONARNE ELEKTROTECHNIKA STUDIA I STOPNIA STACJONARNE ELEKTROTECHNIKA PRZEDMIOT: ROK: 3 SEMESTR: 5 (zimowy) RODZAJ ZAJĘĆ I LICZBA GODZIN: LICZBA PUNKTÓW ECTS: RODZAJ PRZEDMIOTU: URZĄDZENIA ELEKTRYCZNE 5 Wykład 30 Ćwiczenia Laboratorium

Bardziej szczegółowo

Ograniczniki przepięć Ex9UE

Ograniczniki przepięć Ex9UE Ograniczniki przepięć Ex9UE Ograniczniki przepięć Typ 1+2 (Klasa I+II, T1+T2, B+C) Typ 2 (Klasa II, T2, C) Wykonanie zgodne z E 61643-11 apięcie trwałej pracy od 275 V do 440 V AC Wersje podłączenia 1+0,

Bardziej szczegółowo

Przesył Energii Elektrycznej i Technika Zabezpieczeniowa

Przesył Energii Elektrycznej i Technika Zabezpieczeniowa Wykład dla studentów II roku MSE Kraków, rok ak. 2006/2007 Przesył Energii Elektrycznej i Technika Zabezpieczeniowa Źródła wysokich napięć przemiennych Marcin Ibragimow Typy laboratoriów WN Źródła wysokich

Bardziej szczegółowo

Andrzej W. Sowa Politechnika Białostocka

Andrzej W. Sowa Politechnika Białostocka Andrzej W. Sowa Politechnika Białostocka Ochrona przed przepięciami systemów pomiarowych w energetyce Abstrakt: Stworzenie warunków zapewniających pewne i bezawaryjne działanie urządzeń elektronicznych

Bardziej szczegółowo

XXXIII OOWEE 2010 Grupa Elektryczna

XXXIII OOWEE 2010 Grupa Elektryczna 1. W jakich jednostkach mierzymy natężenie pola magnetycznego: a) w amperach na metr b) w woltach na metr c) w henrach d) w teslach 2. W przedstawionym na rysunku układzie trzech rezystorów R 1 = 8 Ω,

Bardziej szczegółowo

PRACE INśYNIERSKIE STUDIA NIESTACJONARNE Rok akademicki 2011/2012

PRACE INśYNIERSKIE STUDIA NIESTACJONARNE Rok akademicki 2011/2012 PRACE INśYNIERSKIE STUDIA NIESTACJONARNE Rok akademicki 2011/2012 Projekt instalacji elektrycznej w budynku uŝytkowym (Project of electric installation in usable building) Praca zawierać będzie wymagania

Bardziej szczegółowo

EXLIM -R. Ogranicznik przepiêæ Zinc Oxide

EXLIM -R. Ogranicznik przepiêæ Zinc Oxide EXLIM R Ogranicznik przepiêæ Zinc Oxide Ogranicznik przepięć EXLIM R Ochrona aparatury rozdzielczej, transformatorów i innego wyposażenia w sieciach wysokiego napięcia przed przepięciami atmosferycznymi

Bardziej szczegółowo

Aparatura niskich, średnich i wysokich napięć

Aparatura niskich, średnich i wysokich napięć Tematyka badawcza: Aparatura niskich, średnich i wysokich napięć W tematyce "Aparatury niskich, średnich i wysokich napięć" Instytut Elektrotechniki proponuje następującą współpracę: L.p. Nazwa Laboratorium,

Bardziej szczegółowo

Napowietrzne ograniczniki przepięć średniego napięcia ASM

Napowietrzne ograniczniki przepięć średniego napięcia ASM Napowietrzne ograniczniki przepięć średniego napięcia ASM Wizja Grupy Apator Lider Europy Środkowo-Wschodniej w zakresie systemów i aparatury pomiarowej oraz aparatury łącznikowej www.apator.eu ZASTOSOWANIE

Bardziej szczegółowo

ZAKŁÓCENIA IMPULSOWE W TORACH SYGNAŁOWYCH UŁOŻONYCH NA TERENIE STACJI ELEKTROENERGETYCZNEJ 110/15KV

ZAKŁÓCENIA IMPULSOWE W TORACH SYGNAŁOWYCH UŁOŻONYCH NA TERENIE STACJI ELEKTROENERGETYCZNEJ 110/15KV Andrzej SOWA Politechnika Białostocka, 15-353 Białystok, ul. Wiejska 45D, e-mail: andrzejsowa@ochrona.net.pl Jarosław WIATER Politechnika Białostocka, 15-353 Białystok, ul. Wiejska 45D, e-mail: jaroslawwiater@vela.pb.bialystok.pl

Bardziej szczegółowo

Ograniczniki przepięć nn

Ograniczniki przepięć nn Specyfikacja techniczna Załącznik nr 11 do Standardów technicznych w ENERGA-OPERATOR SA Strona 1 z 8 Opracowanie: Departament Rozwoju Majątku Akceptacja: Menadżer procesu Grzegorz Widelski Dyrektor Departamentu

Bardziej szczegółowo

USZKODZENIA ELEKTRONICZNYCH LICZNIKÓW ENERGII ELEKTRYCZNEJ W WYNIKU NIEWŁAŚCIWEGO DOBORU OGRANICZNIKÓW PRZEPIĘĆ

USZKODZENIA ELEKTRONICZNYCH LICZNIKÓW ENERGII ELEKTRYCZNEJ W WYNIKU NIEWŁAŚCIWEGO DOBORU OGRANICZNIKÓW PRZEPIĘĆ Jarosław WIATER Politechnika Białostocka e-mail: jaroslawwiater@we.pb.edu.pl USZKODZENIA ELEKTRONICZNYCH LICZNIKÓW ENERGII ELEKTRYCZNEJ W WYNIKU NIEWŁAŚCIWEGO DOBORU OGRANICZNIKÓW PRZEPIĘĆ Streszczenie:

Bardziej szczegółowo

Wpływ impedancji transformatora uziemiającego na wielkości ziemnozwarciowe w sieci z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor

Wpływ impedancji transformatora uziemiającego na wielkości ziemnozwarciowe w sieci z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor Artykuł ukazał się w Wiadomościach Elektrotechnicznych, nr 7/008 dr inż. Witold Hoppel, docent PP dr hab. inż. Józef Lorenc. profesor PP Politechnika Poznańska Instytut Elektroenergetyki Wpływ impedancji

Bardziej szczegółowo

DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA

DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA 71 DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA dr hab. inż. Roman Partyka / Politechnika Gdańska mgr inż. Daniel Kowalak / Politechnika Gdańska 1. WSTĘP

Bardziej szczegółowo

Spis treści. Przedmowa...113

Spis treści. Przedmowa...113 Przedmowa...113 1. WYMAGANIA STAWIANE APARATOM ELEKTRYCZNYM I ROZDZIEL- NICOM I ICH FUNKCJE...115 1.1. Aparaty elektryczne i rozdzielnice w układach wytwarzania, przesyłu i rozdziału energii elektrycznej...115

Bardziej szczegółowo

Podobciążeniowy przełącznik zaczepów VACUTAP VV Parametry techniczne PT 203/05

Podobciążeniowy przełącznik zaczepów VACUTAP VV Parametry techniczne PT 203/05 www.reinhausen.com Podobciążeniowy przełącznik zaczepów VACUTAP VV Parametry techniczne PT 203/05 WSKAZÓWKA! Po zamknięciu wydania niniejszej dokumentacji konieczne może okazać się wprowadzenie zmian w

Bardziej szczegółowo

TRANSFORMATORY. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

TRANSFORMATORY. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego TRANSFORMATORY Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Maszyny elektryczne Przemiana energii za pośrednictwem pola magnetycznego i prądu elektrycznego

Bardziej szczegółowo

Ćwiczenie 1 Badanie układów przekładników prądowych stosowanych w sieciach trójfazowych

Ćwiczenie 1 Badanie układów przekładników prądowych stosowanych w sieciach trójfazowych Ćwiczenie 1 Badanie układów przekładników prądowych stosowanych w sieciach trójfazowych 1. Wiadomości podstawowe Przekładniki, czyli transformator mierniczy, jest to urządzenie elektryczne przekształcające

Bardziej szczegółowo

WERSJA SKRÓCONA ZABEZPIECZENIA W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH

WERSJA SKRÓCONA ZABEZPIECZENIA W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH ZABEZPIECZENIA W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH Przy korzystaniu z instalacji elektrycznych jesteśmy narażeni między innymi na niżej wymienione zagrożenia pochodzące od zakłóceń: przepływ prądu przeciążeniowego,

Bardziej szczegółowo

Bezpieczne i niezawodne złącza kablowe średniego napięcia

Bezpieczne i niezawodne złącza kablowe średniego napięcia Instytut Energetyki ul. Mory 8, 01-330 Warszawa Bezpieczne i niezawodne złącza kablowe średniego napięcia ******** Wisła, 2016 Lidia Gruza, Stanisław aw Maziarz Niezawodność pracy złączy kablowych średniego

Bardziej szczegółowo

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Ćwiczenie: Silnik indukcyjny Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny" Opracowane w ramach projektu: "Wirtualne Laboratoria Fizyczne nowoczesną metodą nauczania realizowanego przez Warszawską Wyższą Szkołę Informatyki. Zakres ćwiczenia: Zasada

Bardziej szczegółowo

Specyfikacja techniczna Ograniczniki przepięć SN i 110 kv wydanie czwarte z dnia 29 listopada 2017 roku

Specyfikacja techniczna Ograniczniki przepięć SN i 110 kv wydanie czwarte z dnia 29 listopada 2017 roku Załącznik Nr 10 do Procedury Standardy techniczne w ENERGA-OPERATOR SA w ramach procesu Standaryzacja i prekwalifikacja materiałów i urządzeń elektroenergetycznych w megaprocesie Zarzadzanie pracami na

Bardziej szczegółowo

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu ELEKTROTECHNIKA (Nazwa kierunku studiów)

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu ELEKTROTECHNIKA (Nazwa kierunku studiów) Przedmiot: Ochrona przeciwprzepięciowa Karta (sylabus) modułu/przedmiotu ELEKTROTECHNIKA (Nazwa kierunku studiów) Kod przedmiotu: E40/2_D Typ przedmiotu/modułu: obowiązkowy obieralny X Rok: czwarty Semestr:

Bardziej szczegółowo

Kompleksowa i skuteczna ochrona przeciwprzepięciowa. Dariusz Szymkiewicz Kierownik Projektu

Kompleksowa i skuteczna ochrona przeciwprzepięciowa. Dariusz Szymkiewicz Kierownik Projektu Kompleksowa i skuteczna ochrona przeciwprzepięciowa Dariusz Szymkiewicz Kierownik Projektu 1 Ograniczniki iskiernikowe typu T1 i T1 kombinowane 2 OCHRONA PRZED SKUTKAMI WYŁADOWAŃ ATMOSFERYCZNYCH Ochrona

Bardziej szczegółowo

Temat: Analiza pracy transformatora: stan jałowy, obciążenia i zwarcia.

Temat: Analiza pracy transformatora: stan jałowy, obciążenia i zwarcia. Temat: Analiza pracy transformatora: stan jałowy, obciążenia i zwarcia. Transformator może się znajdować w jednym z trzech charakterystycznych stanów pracy: a) stanie jałowym b) stanie obciążenia c) stanie

Bardziej szczegółowo

(54) Filtr aperiodyczny

(54) Filtr aperiodyczny RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (21 ) Numer zgłoszenia. 327022 (22) Data zgłoszenia: 25.06.1998 (19) PL (11) 186399 (13) B1 (51 ) IntCl7 B60M 1/06 G07F

Bardziej szczegółowo

Temat: Dobór przekroju przewodów ze względu na wytrzymałość mechaniczną, obciążalność prądową i dopuszczalny spadek napięcia.

Temat: Dobór przekroju przewodów ze względu na wytrzymałość mechaniczną, obciążalność prądową i dopuszczalny spadek napięcia. Temat: Dobór przekroju przewodów ze względu na wytrzymałość mechaniczną, obciążalność prądową i dopuszczalny spadek napięcia. Dobór przekroju przewodów ze względu na obciążalność prądową długotrwałą wykonuje

Bardziej szczegółowo

FERROREZONANS JAKO ŹRÓDŁO ZAKŁÓCEŃ I AWARII W SIECIACH DYSTRYBUCYJNYCH ŚREDNICH NAPIĘĆ

FERROREZONANS JAKO ŹRÓDŁO ZAKŁÓCEŃ I AWARII W SIECIACH DYSTRYBUCYJNYCH ŚREDNICH NAPIĘĆ Ferrorezonans jako źródło zakłóceń i awarii w sieciach dystrybucyjnych średnich napięć FERROREZONANS JAKO ŹRÓDŁO ZAKŁÓCEŃ I AWARII W SIECIACH DYSTRYBUCYJNYCH ŚREDNICH NAPIĘĆ dr inż. Rafał Tarko / Akademia

Bardziej szczegółowo

PN-EN : Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterownicza.

PN-EN : Wysokonapięciowa aparatura rozdzielcza i sterownicza. Normy i dokumenty związane Normy: [N1] [N2] [N3] PN-EN-61936-1:2011 - Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1kV. Część 1: Postanowienia ogólne. PN-E-05115:2002 - Instalacje

Bardziej szczegółowo

Prototypowy system ochrony sieci trakcyjnej przed przepięciami. Seminarium IK- Warszawa 12.11.2013r.

Prototypowy system ochrony sieci trakcyjnej przed przepięciami. Seminarium IK- Warszawa 12.11.2013r. Prototypowy system ochrony sieci trakcyjnej przed przepięciami mgr inż.. Adamski Dominik, dr inż.. Białoń Andrzej, mgr inż.. Furman Juliusz, inż.. Kazimierczak Andrzej, dr inż.. Laskowski Mieczysław, mgr

Bardziej szczegółowo

POLSKIE SIECI ELEKTROENERGETYCZNE Spółka Akcyjna. SPECYFIKACJA TECHNICZNA dla ograniczników przepięć 110 kv. Nr kodowy: IS/TS-SA-110.1.

POLSKIE SIECI ELEKTROENERGETYCZNE Spółka Akcyjna. SPECYFIKACJA TECHNICZNA dla ograniczników przepięć 110 kv. Nr kodowy: IS/TS-SA-110.1. POLSKIE SIECI ELEKTROENERGETYCZNE Spółka Akcyjna SPECYFIKACJA TECHNICZNA dla ograniczników przepięć 110 kv Nr kodowy: IS/TS-SA-110.1.PL/2004_v3 Warszawa, grudzień 2004 IS/TS-SA-110.1.PL/2004_v3 Strona

Bardziej szczegółowo

ĆWICZENIE 1 JEDNOFAZOWE OBWODY RLC U L U R U C. Informatyka w elektrotechnice

ĆWICZENIE 1 JEDNOFAZOWE OBWODY RLC U L U R U C. Informatyka w elektrotechnice ĆWICZENIE JEDNOFAZOWE OBWODY RLC Celem ćwiczenia jest poznanie zasad symulacji prostych obwodów jednofazowych składających się z elementów RLC, szeregowych i równoległych zjawisko rezonansu prądowego i

Bardziej szczegółowo

ZASTOSOWANIE NOWOCZESNYCH BEZISKIERNIKOWYCH OGRANICZNIKÓW DO OCHRONY OD PRZEPIĘĆ W SIECIACH SN

ZASTOSOWANIE NOWOCZESNYCH BEZISKIERNIKOWYCH OGRANICZNIKÓW DO OCHRONY OD PRZEPIĘĆ W SIECIACH SN VI Lubuska Konferencja Naukowo-Techniczna i-mitel 2010 Krzysztof ZIELSKI ENERGA OPERATOR S.A. we współpracy z APATOR S.A., Toruń ZASTOSOWANIE NOWOCZESNYCH BEZISKIERNIKOWYCH OGRANICZNIKÓW DO OCHRONY OD

Bardziej szczegółowo

2.3. Bierne elementy regulacyjne rezystory, Rezystancja znamionowa Moc znamionowa, Napięcie graniczne Zależność rezystancji od napięcia

2.3. Bierne elementy regulacyjne rezystory, Rezystancja znamionowa Moc znamionowa, Napięcie graniczne Zależność rezystancji od napięcia 2.3. Bierne elementy regulacyjne 2.3.1. rezystory, Rezystory spełniają w laboratorium funkcje regulacyjne oraz dysypacyjne (rozpraszają energię obciążenia) Parametry rezystorów. Rezystancja znamionowa

Bardziej szczegółowo

Tematy prac dyplomowych dla studentów studiów I. stopnia stacjonarnych kierunku. Elektrotechnika. Dr inż. Marek Wancerz elektrycznej

Tematy prac dyplomowych dla studentów studiów I. stopnia stacjonarnych kierunku. Elektrotechnika. Dr inż. Marek Wancerz elektrycznej Tematy prac dyplomowych dla studentów studiów I. stopnia stacjonarnych kierunku. Elektrotechnika Lp. Temat pracy dyplomowej Promotor (tytuły, imię i nazwisko) 1. Analiza pracy silnika asynchronicznego

Bardziej szczegółowo

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI 1 ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI 15.1. CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych właściwości wzmacniaczy mocy małej częstotliwości oraz przyswojenie umiejętności

Bardziej szczegółowo

Ochrona układów zasilania, sterowania, pomiarowych i telekomunikacyjnych

Ochrona układów zasilania, sterowania, pomiarowych i telekomunikacyjnych Ochrona układów zasilania, sterowania, pomiarowych i telekomunikacyjnych Prof.. nzw. dr hab. inż. Lesław Karpiński, Zakład Podstaw Elektrotechniki i Informatyki lekarp@prz.edu.pl, Warsztaty pod nazwą:

Bardziej szczegółowo

Ograniczniki przepięć średniego napięcia. typu ASM

Ograniczniki przepięć średniego napięcia. typu ASM Ograniczniki przepięć średniego napięcia typu ASM WIZJA GRUPY APATOR Chcemy by systemy pomiarowe, które produkujemy pomagały naszym klientom w ekonomicznym zarządzaniu zużyciem energii elektrycznej, ciepła,

Bardziej szczegółowo

Układy przekładników napięciowych

Układy przekładników napięciowych Politechnika Lubelska Wydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra Urządzeń Elektrycznych i TWN 20-618 Lublin, ul. Nadbystrzycka 38A www.kueitwn.pollub.pl LABORATORIUM URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH Instrukcja

Bardziej szczegółowo

Oddziaływania elektromagnetyczne w napowietrznych liniach elektroenergetycznych

Oddziaływania elektromagnetyczne w napowietrznych liniach elektroenergetycznych Oddziaływania elektromagnetyczne w napowietrznych liniach elektroenergetycznych Autorzy: Rafał Tarko, Wiesław Nowak, Waldemar Szpyra Hutnicza w Krakowie - Akademia Górniczo- ("Energia Elektryczna" - 2/2016)

Bardziej szczegółowo

Rezystancja izolacji przeliczona na 1 km linii większa od

Rezystancja izolacji przeliczona na 1 km linii większa od Załącznik nr 2 do Instrukcji Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej ZAKRES POMIARÓW I PRÓB EKSPLOATACYJNYCH URZĄDZEŃ SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH ORAZ TERMINY ICH WYKONANIA 1 Linie napowietrzne o wyższym

Bardziej szczegółowo

IO.UZ-2.02 APLISENS PRODUKCJA PRZEMYSŁOWEJ APARATURY POMIAROWEJ I ELEMENTÓW AUTOMATYKI. Edycja B WARSZAWA MARZEC 2010.

IO.UZ-2.02 APLISENS PRODUKCJA PRZEMYSŁOWEJ APARATURY POMIAROWEJ I ELEMENTÓW AUTOMATYKI. Edycja B WARSZAWA MARZEC 2010. IO.UZ-2.02 APLISENS PRODUKCJA PRZEMYSŁOWEJ APARATURY POMIAROWEJ I ELEMENTÓW AUTOMATYKI INSTRUKCJA UśYTKOWANIA UKŁAD ZABEZPIECZAJĄCY UZ-2/N UKŁAD ZABEZPIECZAJĄCY UZ-2/L Edycja B WARSZAWA MARZEC 2010. APLISENS

Bardziej szczegółowo

Bezpieczeństwo w każdym momencie

Bezpieczeństwo w każdym momencie Bezpieczeństwo w każdym momencie Ograniczniki przepięć niskiego napięcia R10 Rozwiązanie nieizolowane Rozwiązanie izolowane Funkcja zabezpieczenia odrzucanej linki MM: Bild angeben Treść Ograniczniki przepięć

Bardziej szczegółowo

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu ELEKTROTECHNIKA (Nazwa kierunku studiów)

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu ELEKTROTECHNIKA (Nazwa kierunku studiów) Przedmiot: Technika wysokich napięć Karta (sylabus) modułu/przedmiotu ELEKTROTECHNIKA (Nazwa kierunku studiów) Kod przedmiotu: E7_D Typ przedmiotu/modułu: obowiązkowy X obieralny Rok: trzeci Semestr: piąty

Bardziej szczegółowo

Ochrona przeciwprzepięciowa

Ochrona przeciwprzepięciowa Ochrona przeciwprzepięciowa Przepięcia w instalacji elektrycznej niskiego napięcia Burze mogą być zarówno piękne i ekscytujące, jak i niebezpieczne dla ludzi i budowli. Instalacje elektryczne i teletechniczne

Bardziej szczegółowo