ZAŁĄCZNIK 1. Instrukcja do ćwiczenia. Badanie charakterystyk czasowo prądowych wyłączników

Transkrypt

1 ZAŁĄCZNIK 1 Instrukcja do ćwiczenia Badanie charakterystyk czasowo prądowych wyłączników

2 1. WIADOMOŚCI TEORETYCZNE Rola wyłączników w stacjach elektroenergetycznych polega głównie na przewodzeniu, wyłączaniu i załączaniu prądów określonych przez wytwórcę. Jednak ich najważniejszą funkcją jest samoczynne wyłączanie prądu zwarciowego, jednocześnie wytrzymując zwarciowy prąd udarowy przepływający przez styki podczas ich zamykania. Samoczynne otwarcie się wyłącznika działa także, w przypadku przeciążenia, przekroczenia minimalnych lub maksymalnych dozwolonych wartości napięcia, bądź też zmiany kierunku przepływu energii [1, 2]. Każdy wyłącznik, niezależnie od rodzaju, zbudowany jest z podzespołów pełniących określone funkcje. Jednak zależnie od rodzaju wyłącznika mogą one różnić się budową. Przykładowa budowa wyłącznika została przedstawiona na rysunku 1.1. Tor prądowy, który służy do przewodzenia prądu elektrycznego, tworzą elementy oznaczone numerami 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Najważniejszymi elementami toru prądowego są zestyk ruchomy oznaczony numerem 6 oraz zestyk nieruchomy oznaczony numerem 7. Ważne jest, aby poprzez odpowiednie ukształtowanie toru prądowego umożliwić wytworzenie odpowiednio dużego pola magnetycznego pomiędzy stykami, które wraz z prądem łuku zapalającego się w momencie otwarcia toru generuje siłę elektrodynamiczną, za pomocą której łuk przechodzi do komory gaszeniowej (element 9). Nieprawidłowe zaprojektowanie kształtu toru prądowego skutkowałoby tym, że łuk byłby kierowany przez siłę elektrodynamiczną do wnętrza wyłącznika uszkadzając go, bądź doprowadzając do znoszenia się pola magnetycznego poszczególnych odcinków toru prądowego, na wskutek czego łuk paliłby się stabilnie pomiędzy stykami nie doprowadzając do wyłączenia prądu [2]. Wspomniany wyżej układ gaszeniowy służy do gaszenia łuku elektrycznego, powstającego wskutek otwierania się styków wyłącznika podczas wyłączania dużych prądów, zwłaszcza prądów zwarciowych. Jego budowa i zasada działania różni się w zależności od napięcia na jakie dany wyłącznik jest zbudowany oraz czynnika gaszącego [2]. Zespół wyzwalaczy (element 10 i 11) umożliwia wykrycie zakłóceń, a następnie podanie sygnału powodującego wyłączenie wyłącznika. Zależnie od typu zakłócenia stosuje się wyzwalacze zwarciowe, napięciowe lub przetężeniowe [2].

3 Rys Podstawowe podzespoły wyłącznika; 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8 tor prądowy, 6 zestyk ruchomy, 7 zestyk nieruchomy, 9 układ gaszeniowy, 10,11 zespół wyzwalaczy, 12,13,14,15,16,17 układ napędowy [2] Układ napędowy wyłącznika (elementy 12 17) służy do załączania i wyłączania planowanego, jak również awaryjnego. Najważniejszymi wymaganiami dotyczącymi napędu wyłącznika są [1]: 1. Zamykanie i otwieranie się styków z dużą prędkością, niezależnie od rodzaju napędu i sygnału na wyłączenie wyłącznika. 2. Natychmiastowe otwarcie się wyłącznika, zaraz po zetknięciu styków, podczas załączenia wyłącznika w trakcie zwarcia niezależnie od decyzji obsługi. Powyższe działania są możliwe poprzez działanie dwóch sprężyn. W trakcie zamykania wyłącznika napinana jest sprężyna załączająca, która po zgromadzeniu krytycznej ilości energii potencjalnej zostaje zwolniona i zamyka łącznik jednocześnie napinając sprężynę wyłączającą. W przypadku zwolnienia zapadki zamka sprężyna wyłączająca otwiera wyłącznik. W każdym wyłączniku samoczynnym występują różnego rodzaju wyzwalacze, które mają zbliżoną zasadę budowy przedstawioną na rysunku 1.2. Cewka wykonana z przewodu o dużym przekroju, zbudowana z małej ilości zwojów połączona jest szeregowo ze stykami głównymi wyłącznika [2].

4 Rys. 1.2 Zasad działania wyzwalacza elektromagnesowego; 1 rdzeń elektromagnesu, 2 sprężyna,3 zamek [3] Każda faza ma zainstalowany osobny wyzwalacz. W momencie przepływu zbyt dużego prądu siła elektromagnesu wywołuje natychmiastowe zadziałanie wyłącznika poprzez wyłączenie wszystkich trzech faz. Wyzwalacze termiczne (rys. 1.3) mają za zadanie reagować na przyrost temperatury spowodowany przepływającym prądem o zwiększonej wartości. Ich najważniejszym elementem jest termobimetal, który składa się z dwóch pasków metali o różnej rozszerzalności cieplnej. Bimetal wygina się na wskutek przyrostu temperatury zwalniając mechanizm zamka wyłącznika [7]. W przypadku wyzwalaczy napięciowych wzrostowych cewka ma dużą ilość zwojów i jest wykonana z materiału o niewielkim przekroju. Uniemożliwiają one prace urządzeń przy nadmiernym spadku napięcia. Wymagania jakie stawia się przed wyzwalaczami napięciowymi zanikowymi to [2]: zadziałanie wyłącznika w przypadku obniżenia napięcia poniżej 70% wartości Un, uniemożliwić załączanie w przypadku braku napięcia, umożliwić załączenie w przypadku, gdy napięcie jest większe od 85% wartości napięcia znamionowego.

5 Rys Zasada działania wyzwalacza termicznego; 1 bimetal, 2 zapadka zamka, 3 cewka zanikowa wyłącznika, 4 część toru prądowego głównego wyłącznika [2] Różne zasady działania wyzwalaczy, z których zbudowany jest wyłącznik skutkują powstaniem charakterystyki czasowo prądowej działania wyłącznika. Charakterystyka czasowo - prądowa wyłącznika została umieszczona na rysunku 1.5. Rys Charakterystyka czasowo-prądowa dwóch wyłączników o różnym prądzie I n [5]

6 2. SCHEMAT POMIAROWY Na rysunku 2.1 przedstawiono schemat układu pomiarowego do badania charakterystyk czasowo-prądowych wyłączników. Rys Schemat układu pomiarowego; 1 dławik, 2 transformator, 3 wyłączniki,

7 2.2. Elementy składowe stanowiska pomiarowego Przedstawione w podrozdziale 2.1 stanowisko laboratoryjne składa się z: dwóch wyłączników NS 400 N firmy MERLIN GERIN (rys. 2.2) jeden z wyłączników służy do nastawy prądu, drugi jest wyłącznikiem badanym, Rys 2.2. Wyłączniki firmy MERLIN GERIN; 1 wyłącznik służący do nastawy prądu, 2 badany wyłącznik zespołu prądotwórczego składającego się z dławika oraz transformatora typu TW1a o napięciu znamionowym 220 kv oraz mocy 1 kva (rys. 2.3), Rys 2.3. Zespół prądowy: 1 dławik, 2 transformator

8 zespołu styczników (rys. 2.4) firmy ABB z wbudowanym własnym zabezpieczeniem nadprądowym znajdujących się w obudowie ukazanej na rysunku 2.5, Rys Zespół styczników Rys Widok rozdzielnicy ze stycznikami

9 sekundomierza SM2 dokładności pomiaru zastosowanego sekundomierza (rys 2.6) wynosi ±( %+10 µs). Rys Sekundomierz firmy Energopomiar Elektryka amperomierz cęgowy umożliwiający pomiar nastawionej wartości prądu. Rys Amperomierz cęgowy Dane znamionowe badanego wyłącznika zostały przedstawione w tabeli 2.1.

10 Tab Parametry znamionowe badanego wyłącznika Parametr Symbol Wartość Jednostka Prąd znamionowy I n 250 A Napięcie znamionowe izolacji U i 750 V Napięcie znamionowe udarowe wytrzymywane U imp 8 kv Prąd wyłączalny graniczny dla U e=220kv I cu 85 kv Przedstawiony wyłącznik, za pomocą dynamicznego wyłączania umożliwia zminimalizowanie energii wydzielanej przez prąd zwarciowy, dzięki czemu występują mniejsze naprężenia wywierane na instalacje. Wykres przedstawiający schemat zadziałania wyłącznika przy ograniczonym prądzie szczytowym przedstawiono na rysunku 2.8. Rys Wykres przedstawiający schemat zadziałania wyłącznika 3. PRZEBIEG ĆWICZENIA przy ograniczonym prądzie szczytowym W celu przeprowadzenia pomiaru należy zachować następującą kolejność działań: a) nastawa wartości progowych zabezpieczenia przeciążeniowego i zwarciowego badanego wyłącznika, b) załączenie wyłącznika nastawczego, c) załączenie stycznika w celu nastawy zadanej wartości prądu na wyłączniku nastawczym, d) nastawa zadanej wartości prądu poprzez regulację kierownicą dławika, e) wyłączenie stycznika, f) wyłączenie wyłącznika nastawczego i załączenia badanego wyłącznika, g) ponowne załączenie układu stycznikiem, h) pomiar i odczyt zmierzonych wielkości (odczytanie czasu zadziałania z sekundomierza). Wyniki pomiarów należy zestawić w tabeli 3.1.

11 Minimalne wartości prądów przy zadanych progach nastawy należy obliczyć według wzorów : I 0 = 0.5 I n I r = 0.8 I 0 I sd = 2 I r Tabela 3.1. Wyniki pomiarów dla nastaw; I r=100 A, I 0=125 A, I sd=200 A Inast.[A] t1[s] t2[s] t3[s] tśr[s] OPRACOWANIE WYNIKÓW W sprawozdaniu należy zamieścić otrzymane wyniki pomiarów, wykreślić charakterystyki czasowo-prądowe badanego wyłącznika. Na podstawie otrzymanych wyników i charakterystyk przedstawić wnioski dotyczące badanego wyłącznika. 5. LITERATURA 1. Musiał E., Instalacje i urządzenia elektroenergetyczne, Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne sp. z o.o., Warszawa, Kamińska A., Urządzenia i stacje elektroenergetyczne, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, Markiewicz H., Aparat Elektryczne, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, (dostęp r.)

12