Wisła, 16 października 2019 r.

Transkrypt

1 dr hab. inż. Jacek Klucznik, prof. PG Wydział Elektrotechniki i utomatyki Politechniki Gdańskiej mgr inż. Grzegorz Mańkowski Elfeko S Gdynia Wisła, 16 października 2019 r.

2 2 Całka Joule a J jest miarą ciepła wydzielonego na skutek przepływu prądu zwarciowego: T k czas przepływu prądu zwarciowego, Czas ten zależy od szybkości działania układów elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej

3 3 Dla linii 400 i 220 kv wymagane są urządzenia zabezpieczeniowe o następujących głównych funkcjach: zabezpieczenie podstawowe 1 (główna funkcja różnicowa 87L), zabezpieczenie podstawowe 2 (główna funkcja odległościowa 21), zabezpieczenie podstawowe 3 (główna funkcja odległościowa 21), zabezpieczenie rezerwowe (główna funkcja zerowo-prądowa kierunkowa, dwustopniowa 67N). Dla linii 110 kv wymaga się stosowania układów EZ o następujących funkcjach głównych: zabezpieczenie podstawowe (główna funkcja odległościowa - 21 lub główna funkcja różnicowa - 87L obligatoryjna dla linii krótkich), zabezpieczenie rezerwowe (główna funkcja ziemnozwarciowa kierunkowa - 67N lub główna funkcja odległościowa - 21, jeśli zabezpieczeniem podstawowym jest zabezpieczenie różnicowe 87L).

4 4 Dla wszystkich linii 110, 220 i 400 kv zarządzanych przez OSP wymagane są również urządzenia komunikacyjne do realizacji funkcji telezabezpieczeń (główna funkcja współpracy z zabezpieczeniami po drugiej stronie linii). Dla wszystkich linii 110 kv zarządzanych przez OSD wymagania co komunikacji zabezpieczeń odległościowych dotyczą układów, w których do stacji na jednym z krańców linii jest przyłączony GPO (główny punkt odbioru energii). Dla linii napowietrznych są wymagane układy SPZ.

5 5 Linia czas Strefa działania Czas własny zabezpieczenia T z < 30 ms Czas własny wyłącznika T w < 40 ms T Z +T W Razem < 70 ms miejsce zwarcia

6 6 Z I Z II Linia Z I Z II Czas strefy I (czas własny zabezpieczenia) T zi < 30 ms Czas własny wyłącznika T w < 40 ms czas wyłączenia stacja czas wyłączenia stacja T ZII +T W T ZI +T W T ZII +T W T ZI +T W miejsce zwarcia Razem < 70 ms Czas strefy II T zii = 300 ms 500 ms Czas własny wyłącznika T w < 40 ms Razem 340 ms 540 ms miejsce zwarcia

7 7 Z I Z II Linia Z I Z II Czas strefy I (czas własny zabezpieczenia) T zi < 30 ms Czas własny wyłącznika T w < 40 ms czas wyłączenia stacja T ZI +T k +T W T ZI +T W czas wyłączenia stacja T ZI +T k +T W T ZI +T W miejsce zwarcia T k T k Razem <70 ms Czas strefy II T zi < 30 ms Czas komunikacji T k = 10 ms - 20 ms Czas własny wyłącznika T w < 40 ms Razem < 90 ms miejsce zwarcia

8 8 Linia Czas stopnia I (I0>>) T zi < 30 ms (z SPZ) lub ms I0>> I0> I0>> I0> Czas własny wyłącznika T w < 40 ms czas wyłączenia stacja T I0> +T W T I0>> +T W bez SPZ z SPZ Razem: < 70 ms (z SPZ) lub ms (bez SPZ) T I0>> +T W miejsce zwarcia Czas stopnia II (I0>) T zii > 1 s czas wyłączenia stacja T I0> +T W T I0>> +T W T I0>> +T W bez SPZ z SPZ miejsce zwarcia

9 9 Maksymalne czasy otwarcia wyłączników w liniach NN i WN w zależności od rodzaju stosowanych zabezpieczeń przy uwzględnieniu awarii jednego z zabezpieczeń podstawowych Napięcie znamionowe linii, Rodzaj stosowanych zabezpieczeń Miejsce zwarcia 0-30% Czas wyłączenia stacja Czas wyłączenia stacja Czas wyłączenia stacja Miejsce zwarcia 30-70% 400 i 220 kv 2 x 120 ms 110 kv zab. różnicowe i zab. odległościowe 2 x 120 ms z komunikacją 110 kv zab. odległościowe z komunikacją, szybkie zab. ziemnozwarciowe Czas wyłączenia stacja Czas wyłączenia stacja Miejsce zwarcia 70% - 100% Czas wyłączenia stacja 2 x 120 ms > 1 s 2 x 120 ms 2 x 120 ms > 1 s 2 x 120 ms 110 kv zab. odległościowe z komunikacją lub bez, wolne zab. ziemnozwarciowe 600 ms > 1 s 600 ms 600 ms > 1 s 600 ms

10 10 Całka Joule a J jako miara ciepła wydzielonego z powodu przepływu prądu zwarciowego: Przy założeniu, że wartość prądu pozostaje niezmienna przez cały czas trwania zwarcia: Przyjmując, że zwarcie jest zwarciem odległym n=1 Przyjmując, że nie wystąpi składowa nieokresowa m=0

11 I [k] m [-] T k [s] kappa = 1,8 kappa = 1,7 kappa = 1,6 kappa = 1,5 25 i p = 22,1 k t [s]

12 12 Zatem przy krótkich czasach trwania zwarć pomijanie składowej nieokresowej jest nieuzasadnione i prowadzi do niedoszacowania skutku cieplnego. Celowe jest wykorzystanie niezerowego współczynnika m gdzie: T k czas trwania zwarcia [s] I th prąd zwarciowy zastępczy cieplny, czyli wartość skuteczna prądu zwarciowego w czasie trwania zwarcia T k [k] dla k = 1,8 T k [s] m [-] 0,05 0,80 0,1 0,44 0,15 0,30 0,2 0,22 0,3 0,15 0,4 0,11 0,5 0,09 0,6 0,07 1,0 0,04

13 13 przewód FL-1,7 50 mm 2 zadeklarowana maksymalna wartość I th : 6,81 k czas trwania zwarcia T k 1 : 1 s temperatura początkowa przewodu t p : 40 C temperatura końcowa przewodu t k : 200 C

14 14 przewód FL-1,7 50 mm 2 maksymalna całka Joule a dla przewodu przy jednosekundowym czasie zwarcia: wartość prądu zwarciowego dla przykładowego czasu zwarcia wynoszącego T k 0,4 = 0,4 s i współczynnika udaru κ=1,8:

15 15 FL-1,7 50 mm 2 FL-1,7 70 mm 2 FL-1,7 95 mm 2 J [k 2 s] 46,38 76,56 146,41 T k [s] I k, m=0 [k] I k, m>0 [k] Δ [k] I k, m=0 [k] I k, m>0 [k] Δ [k] I k, m=0 [k] I k, m>0 [k] Δ [k] 1 6,81 6,66 0,15 8,75 8,56 0,19 12,10 11,84 0,26 0,9 7,18 7,01 0,17 9,22 9,00 0,22 12,75 12,45 0,31 0,8 7,61 7,41 0,20 9,78 9,52 0,26 13,53 13,16 0,36 0,7 8,14 7,89 0,25 10,46 10,14 0,32 14,46 14,02 0,44 0,6 8,79 8,48 0,31 11,30 10,90 0,40 15,62 15,07 0,55 0,5 9,63 9,23 0,40 12,37 11,85 0,52 17,11 16,39 0,72 0,4 10,77 10,21 0,56 13,83 13,12 0,72 19,13 18,14 0,99 0,3 12,43 11,60 0,84 15,98 14,90 1,07 22,09 20,61 1,49 0,25 13,62 12,54 1,08 17,50 16,12 1,38 24,20 22,28 1,92 0,2 15,23 13,76 1,46 19,57 17,68 1,88 27,06 24,46 2,60 0,15 17,58 15,43 2,15 22,59 19,83 2,77 31,24 27,42 3,82 0,1 21,54 17,93 3,61 27,67 23,03 4,64 38,26 31,85 6,41 0,05 30,46 22,70 7,76 39,13 29,17 9,96 54,11 40,33 13,78

16 Maksymalny prąd zwarcia I k " [k] 16 60,00 50,00 40,00 30,00 FL-1,7 50 mm, m=0 LF-1,7 70 mm, m=0 LF-1,7 95 mm, m=0 FL-1,7 50 mm, m>0 FL-1,7 70 mm, m>0 FL-1,7 95 mm, m> ,00 10,00 0,00 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Czas trwania zwarcia [s]

17 I [] 17 Stacja Stacja '' S K Linia '' S K Nr przęsła Imax Wył. Wył.

18 I 2 t [k 2 s] 18 Uwzględnienie działania zabezpieczeń rezerwowych zerowoprądowych i SPZ Etap 1 wyłączenie przez stopień I0>> T k = 120 ms Etap 2 wyłączenie przez stopień I0> T k = 1 s Etap 3 SPZ wyłączenie przez stopień I0>> T k = 120 ms Nr przęsła [-] Etap 3 Etap 2 Etap 1 Tz=0,6 s

19 19 Powyższe analizy wskazują na możliwość zróżnicowania czasów likwidacji zwarć na całej długości linii zależnie od zastosowanych zabezpieczeń. W celu dostosowania istniejących linii do większych mocy zwarciowych, w pierwszej kolejności, należy dążyć do ograniczenia czasu trwania zwarcia T k poprzez modernizację lub wymianę zabezpieczeń. Przyjmowanie długich czasów trwania zwarć T k powoduje niepotrzebne przewymiarowanie przewodów, jest to zatem ekonomicznie nie uzasadnione z uwagi na konieczność np. wzmocnień słupów. Należy uwzględniać składową nieokresową prądu zwarciowego mającą istotny wpływ na proces nagrzewania przewodu, zwłaszcza przy krótszych czasach trwania zwarć.

20 20