Niektóre problemy koordynacji nastawień zabezpieczeń ziemnozwarciowych w izolowanych sieciach SN

Transkrypt

1 Henryk KLEN Przedsiębiorstwo OP LBOR Sp. z o.o Niektóre problemy koordynacji nastawień zabezpieczeń ziemnozwarciowych w izolowanych sieciach SN Streszczenie: W referacie przedstawiono zasady doboru nastawień zabezpieczeń ziemnozwarciowych opartych na róŝnych kryteriach. Omówiono szczególne warunki pracy zabezpieczeń w pewnych wyodrębnionych punktach sieci elektroenergetycznej i dodatkowe warunki, jakie powinny spełnić ich nastawienia. 1. Wstęp. zolowane sieci rozdzielcze SN w podziemnych zakładach górniczych naleŝą do najbardziej rozbudowanych pod względem rozległości i potencjalnie moŝliwych konfiguracji. W chwili obecnej współpracują w nich jednocześnie zabezpieczenia naleŝące do róŝnych pokoleń technicznych, a takŝe w odniesieniu do zabezpieczeń ziemnozwarciowych realizujących róŝne kryteria identyfikacji zakłócenia. Z powyŝszych względów stworzenie spójnego systemu nastawień zabezpieczeń ziemnozwarciowych, pozwalającego na eksploatację sieci z zadowalającą niezawodnością przy jednoczesnym dotrzymaniu akceptowalnych parametrów bezpieczeństwa (czułość, czas działania) niejednokrotnie wymaga analizy zjawisk ziemnozwarciowych oraz sposobu działania wszystkich współpracujących zabezpieczeń, dość daleko wykraczającej poza podstawowe zaleŝności wyznaczające dopuszczalne przedziały wielkości nastawczych. 2. Parametry wykorzystywane do identyfikacji zakłócenia. Kryteria identyfikacji zakłócenia wynikają z charakterystycznych cech doziemień w sieciach izolowanych. Na Rys. 1 przedstawiono schemat zastępczy sieci elektroenergetycznej, na podstawie których przeprowadzono dalsze rozwaŝania. Przyjęto przy tym następujące oznaczenia: Y n =G n +jb n admitancja uziemienia punktu neutralnego sieci; Y id =G id +jb id admitancja doziemna fazy i uszkodzonego odcinka sieci; Y iz =G iz +jb iz admitancja doziemna fazy i rozpatrywanego nieuszkodzonego odcinka sieci; Y u =G u +jb u admitancja przejścia pomiędzy fazą a ziemią w miejscu uszkodzenia; Y ip =G ip +jb ip sumaryczna admitancja doziemna fazy i pozostałych odcinków sieci. W przyjętym schemacie zastępczym pominięto podłuŝne parametry sieci, co jednak wobec proporcji wartości pomiędzy nimi a parametrami poprzecznymi w sieciach o nieuziemionym skutecznie punkcie neutralnym- powoduje w większości przypadków pomijalne błędy. Biorąc pod uwagę fakt, iŝ rozpatrywana będzie rozległa sieć izolowana, bez ryzyka istotnego pogorszenia dokładności uzyskanych wyników moŝna przyjąć dodatkowe załoŝenia upraszczające: przy izolowanym punkcie neutralnym sieci Y n =0; fazowe admitancje doziemne przedstawionych odcinków sieci są symetryczne (doziemienie reprezentowane jest przez odrębną admitancję Y u, bocznikującą naturalną admitancję fazy doziemionej w uszkodzonym odcinku sieci), czyli Y id =Y d ; Y iz =Y z, Y ip =Y p; admitancja przejścia między fazą i ziemią w miejscu uszkodzenia ma charakter czynny, czyli Y u =G u. 1

2 W warunkach normalnej pracy sieci potencjał punktu neutralnego sieci (na rysunku: punkt gwiazdowy transformatora zasilającego) jest w przybliŝeniu równy potencjałowi ziemi. Zakłócenie symetrii sieci przez admitancję Y u =G u powoduje, iŝ potencjał ten względem ziemi przyjmuje wartość: Ua Ub Uc 0d 0z Yn=Gn-jBn Ycd= (Gcd+jBcd) Ybd= (Gbd+jBbd) Yad= (Gad+jBad) Yu= +jbu Ycz= (Gcz+jBcz) Ybz= (Gbz+jBbz) Yaz= (Gaz+jBaz) Ycp= (Gcp+jBcp) Ybp= (Gbp+jBbp) Yap= (Gap+jBap) V Rys 1 G U u 0 = (1) 3 Y + gdzie U jest wektorem napięcia fazy doziemionej, zaś Y=Y d +Y z +Y p jest fazową admitancją doziemną sieci. Jedną z wielkości wykorzystywaną w automatyce zabezpieczeniowej jest składowa kolejności zerowej napięcia U 0 na wyjściu odpowiednich filtrów (tzw. układów otwartego trójkąta) w polach pomiaru napięcia rozdzielnic. Napięcie to jest wprost proporcjonalnym obrazem potencjału wektora V 0 w obwodach wtórnych zabezpieczeń. Jego wartość i zwrot nie są zaleŝne od miejsca w sieci w której dokonywany jest pomiar, a jedynie od fazy doziemionej i konduktancji przejścia G u.. Drugą z wielkości kryterialnych w zabezpieczeniach ziemnozwarciowych jest składowa kolejności zerowej prądu, mierzona na początku kaŝdego z chronionych odcinków sieci. Wektory prądu kolejności zerowej mierzonego na początku odcinka doziemionego ( od ) i zdrowego ( oz ) będą odpowiednio opisane równaniami: 3G U ( Y Y ) u d 0 d = (2) 3Y + 3G U Y u z 0 z = (3) 3Y + dmitancje fazowe Y i składają się z części czynnej (konduktancji G i ), będącej odwrotnością fazowej rezystancji izolacji rozpatrywanego odcinka sieciowego, oraz biernej (susceptancji B i ), reprezentującej fazową pojemność doziemną kabli i urządzeń tegoŝ odcinka. PoniewaŜ w sieciach SN zachodzi: 2

3 B i >>G i (4) w praktycznych obliczeniach najczęściej pomija się konduktancje doziemne, co pozwala na zredukowanie zaleŝności 1 3 do postaci: U U V 0 = (5) 3 jb + G G + 3 jωc u u G 3 jω( C C + 3 jωc u 0d U 3 j( B Bd ) = U d 3 jb + ) (6) 0 z U 3 jb z = U jωc z 3 jb + G G + 3 jωc 3 (7) u gdzie C oznacza fazową pojemność doziemną całej galwanicznie połączonej sieci, zaś C d i C z fazowe pojemności doziemne odpowiednio: odcinka doziemionego i zdrowego. NaleŜy zwrócić uwagę Ŝe zarówno wartość napięcia V 0 jak i prądów 0 zaleŝna jest od konduktancji przejścia G u, a zaleŝność ta dla obu wielkości ustalona jest takim samym wyraŝeniem f(g u ): f ( ) = (8) + 3 jωc 3. Kryteria działania zabezpieczeń ziemnozwarciowych.. Kryterium zerowoprądowe. dentyfikacja uszkodzonego odcinka sieci odbywa się na podstawie porównania składowej zerowej prądu na początku chronionego odcinka z wartością nastawioną. Według [1] nastawienie zabezpieczenia powinno spełnić zaleŝność: c cx knz cx nast (9) kc gdzie cx jest ziemnozwarciowym prądem chronionego odcinka x, c prądem ziemnozwarciowym całkowitym sieci, k nz współczynnikiem niezawodności (dla tego kryterium przyjmuje się k nz 4) a k c współczynnikiem czułości, którego wartość nie powinna być niŝsza niŝ 2,0. Przekaźniki realizujące kryterium zerowoprądowe naleŝą do przekaźników pomiarowych i bardzo krótkich czasach własnych zadziałania, są przy tym najbardziej niezawodne z pośród zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Do ich wad naleŝy wraŝliwość na przepływ prądów zerowych, których przyczyną nie jest doziemienie oraz fakt, iŝ w rozbudowanych sieciach warunek (9) w wielu miejscach sieci jest trudny lub wręcz niemoŝliwy do zrealizowania, co powoduje ograniczone moŝliwości stosowania tych zabezpieczeń. Współczesne przekaźniki ziemnozwarciowe często pozwalają na uzaleŝnienie działania zabezpieczenia od pojawienia się składowej zerowej napięcia o pewnej minimalnej (nastawialnej) wartości, co pozwala na poprawę działania w polach rozdzielczych, w których w pewnych stanach pracy moŝe pojawić się prąd po stronie wtórnej filtra składowej zerowej prądu, którego przyczyną nie jest doziemienie. Pozwala to na wyeliminowanie jednej z wad kryterium zerowoprądowego.. Kryterium zerowoprądowe kierunkowe. Przy identyfikacji uszkodzonego fragmentu sieci wykorzystuje się własność zjawisk ziemnozwarciowych w sieci izolowanej, polegającą na przeciwnym zwrocie składowych zerowych prądu na początku odcinka uszkodzonego w stosunku do odcinków zdrowych (zaleŝności 6 i 7). Znakomita większość przekaźników wykorzystujących to kryterium ustala zwrot wektora prądu w stosunku do wektora składowej zerowej napięcia. Biorąc pod uwagę 3 u

4 zaleŝność (4) moŝna stwierdzić, Ŝe składowa zerowa prądu w linii zdrowej wyprzedza o 90 wektor składowej zerowej napięcia, zaś w linii uszkodzonej opóźnia się o 90 w stosunku do napięcia zerowego. Przekaźniki pracujące na tej zasadzie popularnie aczkolwiek najczęściej mylnie nazywane są zerowomocowymi. W niektórych typach zabezpieczeń wykorzystuje się odmienny sposób określania kierunku przepływu prądu. Do przekaźnika doprowadza się mianowicie prądy zerowe z co najmniej trzech pól rozdzielczych. W linii, w której nastąpiło doziemienie, kierunek przepływu prądu jest odwrotny w stosunku do linii pozostałych. Wobec tego, Ŝe zabezpieczenia kierunkowe nie pobudzają się pod wpływem przepływu prądu własnego zabezpieczanych linii, mogą być one nastawiane znacznie czulej, a nastawienie powinno spełnić zaleŝność: c cx nast (10) kc Przekaźniki kierunkowe mają na ogół nieco większy czas własny w stosunku do niekierunkowych, co wynika z konieczności określenia wzajemnego połoŝenia dwu przebiegów przemiennych. Z tej teŝ przyczyny - szczególnie starsze aplikacje wykazywały mniejszą pewność działania od zabezpieczeń niekierunkowych przy doziemieniach łukowych.. Kryteria admitancyjne. Kryteria te są stosunkowo najmłodsze w praktycznych aplikacjach, i występują głównie w przekaźnikach produkcji krajowej (CZZ, MultiMUZ, MegaMUZ, MUPSZ). dentyfikacja zakłócenia odbywa się na podstawie pomiaru admitancji zerowej rozumianej jako stosunek składowej zerowej prądu do składowej zerowej napięcia na początku zabezpieczanego odcinka sieci. Na podstawie zaleŝności (1), (2) i (3), admitancja zerowa odcinka doziemionego Y 0d i zdrowego Y 0z wyraŝone będą zaleŝnościami: 0d Y 0d = = 3( Y Y d ) (11) V 0 Y = 3Y (12) 0z 0 z = V 0 gdzie Y jest fazową admitancją doziemną całkowitą sieci. Uwzględniając (4), zaleŝności (11) i (12) moŝna wyrazić w postaci: Y 0d = 3 jω ( C Cd ) (13) Y z = 3 jωc z (14) Charakterystyczne jest, iŝ w odróŝnieniu od napięcia i prądów zerowych, wartość admitancji zerowej nie zaleŝy od konduktancji G z w miejscu doziemienia. Jest to istotna róŝnica w przypadku doziemień rezystancyjnych. Własność ta ma szczególne znaczenie w sieciach z liniami napowietrznymi, w których częste są doziemienia np. w skutek zerwania przewodu lub opadnięcia gałęzi na przewód. Rezystancja przejścia w tych wypadkach znacznie ogranicza czułość zabezpieczeń opartych na pomiarze prądu zerowego. RozróŜnia się zabezpieczenia admitancyjne niekierunkowe i kierunkowe. Norma [1] nie podaje reguł nastawień tych zabezpieczeń, lecz wynikają one wprost z zaleŝności (11) (14). Biorąc pod uwagę to, Ŝe podawane katalogowo jednostkowe prądy ziemnozwarciowe linii kablowych c1 wyznaczane są przy załoŝeniu, Ŝe doziemienie jest metaliczne (G z = ), a napięcie sieci równe jest znamionowemu, admitancja jednostkowa linii określona będzie zaleŝnością: n z c1 Yc1 = (15) 3U 4

5 gdzie U n jest znamionowym napięciem międzyprzewodowym kabla. MoŜna zatem przez analogię do nastawień funkcji zerowoprądowych - przyjąć, iŝ nastawienie zabezpieczenia admitancyjnego niekierunkowego powinno spełniać zaleŝność: c cx cx Ynast knz (16) 3U nkc 3U n natomiast zabezpieczenia admitancyjnego kierunkowego zaleŝność: cx Ynast (17) 3U nkc gdzie oznaczenia k c, k nz, c oraz cx jak w zaleŝności 9. Kąty charakterystyczne admitancji odcinka zdrowego i doziemionego odpowiadają argumentom admitancji zespolonych określonych równaniami (13) i (14). NaleŜy zaznaczyć, iŝ zaleŝności (1) (17) dotyczą pierwotnych wielkości ziemnozwarciowych, i nie uwzględniają przekładni przekładników prądowych i napięciowych filtrów składowych zerowych ani sposobu przyłączenia ich wyjść do przekaźnika zabezpieczeniowego. 4. Koordynacja nastawień zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Koordynacja nastawień zabezpieczeń ziemnozwarciowych powinna zapewnić realizacją podstawowych celów: pewne i niezawodnie zadziałanie zabezpieczenia najbliŝszego miejscu wystąpienia zakłócenia; brak zadziałań zbędnych zabezpieczeń odcinków sieci nie dotkniętych doziemieniem oraz w polach rozdzielczych zasilających co prawda zakłócenie, ale usytuowanych bliŝej źródła zasilania w stosunku do podstawowego zabezpieczenia odcinka uszkodzonego przy sprawnym technicznie zabezpieczeniu podstawowym; brak zadziałań zbędnych jakichkolwiek zabezpieczeń ziemnozwarciowych podczas bezawaryjnej pracy sieci. by uzyskać skuteczną realizację powyŝszych celów, konieczne jest łączne rozpatrywanie nastawień wszystkich zabezpieczeń ziemnozwarciowych pracujących w galwanicznie połączonej sieci we wszystkich potencjalnie moŝliwych jej konfiguracjach. Na Rys. 2 przedstawiono schemat fragmentu sieci rozdzielczej, na którym przyjęto następujące oznaczenia: PPi punkt pomiaru wielkości ziemnozwarciowych w i-tym rozpatrywanym polu rozdzielczym, C rg1, C rg2 pozostałe pojemności doziemne fragmentów sieci zasilanych odpowiednio z rozdzielnic RG1 i RG2 poza pojemnościami lini kablowych i fragmentów sieci zaznaczonych odrębnie (C lk1 C lk3, C ro ), C lk1 C lk3 pojemności doziemne linii kablowych lk1 lk3, C r0 pojemniść doziemna fragmentu sieci zasilanej z rozdzielnicy Ro;, B, C, D miejsca występowania kolejnych rozpatrywanych doziemień Podczas doziemienia w sieci izolowanej prąd ziemnozwarciowy w miejscu doziemienia zaleŝy głównie od rozpiętości galwanicznie połączonej sieci (łącznej długości okablowania i typów zastosowanych kabli), nie zaleŝy natomiast od lokalizacji doziemienia. Natomiast wartość składowej zerowej prądu w poszczególnych polach rozdzielczych (PP1 PP4) w sposób istotny zaleŝy zarówno od wzajemnego połoŝenia źródła zasilania sieci i miejsca doziemienia względem rozpatrywanego pola, jak od rozkładu pojemności doziemnych sieci. W polach końcowych, zasilających bezpośrednio odbiorniki zachodzi na ogół relacja 5

6 RG1 RG2 Crg1 PP1 Clk1 PP2 PP3 PP4 Crg2 C B Cs=Crg1+Crg2+Cro+Clk1+Clk2+Clk3 z=3j CsUfs Clk2 D Clk3 Ro Cro Rys.2 ( c - cx )>> cx (18) (oznaczenia według zaleŝności 9), pozwalająca na zastosowanie kryterium zerowoprądowego lub admitancyjnego niekierunkowego. W polach linii zasilających rozdzielnice warunek (18) nierzadko nie jest spełniony, lub teŝ jego spełnienie zaleŝy od konfiguracji sieci. Wtedy niezbędne jest wykorzystanie funkcji kierunkowych zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Przy kaŝdym doziemieniu na odpływie końcowym, wzajemne połoŝenie wektorów napięcia zerowego uprawniające zadziałanie zabezpieczenia kierunkowego powinno wystąpić we wszystkich polach rozdzielczych na trasie od źródła zasilania do miejsca doziemienia, w których następował będzie przepływ mocy od szyn rozdzielczych do linii. tak zakładając, Ŝe na Rys. 2 zamknięte są wyłączniki PP1, PP2 i PP3, a doziemienie wystąpi w punkcie D, warunki do zadziałania zabezpieczenia kierunkowego wystąpią w punktach PP1 i PP3. Po to aby nie nastąpiło jednoczesne zadziałanie obu zabezpieczeń stosuje się selekcję czasową, polegającą na wprowadzaniu opóźnień czasowych tym większych, im bliŝej znajduje się dane zabezpieczenie w torze zasilania zakłócenia. Zabezpieczenia na odpływach końcowych pracują na ogół bezzwłocznie. MoŜna wymienić co najmniej kilka miejsc w sieci, w których uzyskanie warunków prawidłowej pracy zabezpieczeń moŝe okazać się wysoce problematyczne. Pierwszym z nich są pola linii, które mogą być zasilane z kaŝdej ze stron np. linia pomiędzy punktami PP1 i PP2. Zabezpieczenie kierunkowe w punkcie PP1 będzie pobudzane (przy odpowiedniej proporcji pojemności doziemnych przyłączonych do rozdzielnic RG1 i RG2) w następujących przypadkach: zasilanie z rozdzielni RG1 przy doziemieniach w punktach B,C,D pobudzenia prawidłowe; zasilanie z rozdzielni RG2 przy doziemieniach w punktach B, C, D pobudzenia nieprawidłowe nalogicznie, zabezpieczenie w punkcie PP2 będzie pobudzane w przypadkach: : zasilanie z rozdzielni RG1 przy doziemieniach w punktach, B pobudzenia nieprawidłowe; 6

7 zasilanie z rozdzielni RG2 przy doziemieniach w punktach, B pobudzenia prawidłowe. Przy doziemieniach w pozostałych, nie wymienionych punktach, dla kaŝdego z wymienionych przypadków pobudzenie nie następuje dla części równieŝ nieprawidłowo. Dla tego przypadku jedynym sposobem uniknięcia nieselektywnych wyłączeń jest ustawienie opóźnienia czasowego zabezpieczeń w punktach PP1 i PP2 co najmniej o jeden stopień wyŝej od wszystkich pozostałych pól przyłączonych do rozdzielnic RG1 i RG2. Dodatkowym utrudnieniem w omawianym przypadku jest to, iŝ w rzeczywistych warunkach bardzo często stosunek pojemności doziemnych przyłączonych do obu rozdzielnic w ogóle uniemoŝliwia prawidłową pracę zabezpieczenia na jednym z końców rozpatrywanej linii Drugim, dość kłopotliwym do prawidłowego zabezpieczenia miejscem są odrębnie zabezpieczane linie równoległe zasilające rozdzielnice odbiorcze. lustracją tego przypadku są linie lk2 i lk3 na Rys. 2 wraz z odpowiadającymi im punktami pomiarowymi PP3 i PP4. W ten sposób zasilane bywają główne rozdzielnie poziomowe zakładów górniczych. Trudności w doborze nastawień zapewniających prawidłową pracę i współpracę zabezpieczeń wynikają tu z następujących przyczyn: stosunek pojemności doziemnej sieci zasilanej z rozpatrywanych pól (C lk2 +C lk3 +C Ro ) do pozostałej pojemności doziemnej sieci (C RG1 +C RG2 +C lk1 ) jest często niekorzystny, powodujący Ŝe składowa zerowa prądu mierzona w rozpatrywanych punktach jest większa przy doziemieniach poza strefą chronioną od występującej przy doziemieniach w strefie, składowa zerowa prądu rozpływa się we wszystkich kablach pracujących równolegle w odwrotnej proporcji do ich impedancji wzdłuŝnych, w przypadku doziemienia na jednym z kabli równoległych wartość prądu zerowego w obu kablach oraz zwrot tegoŝ prądu w linii zdrowej zaleŝny jest od miejsca wystąpienia doziemienia, rzeczą naturalną w liniach równoległych jest pewna niesymetria prądów fazowych, wynikająca z niesymetrii wzdłuŝnej impedancji linii, spowodowanej np. połączeniami prądowymi na zaciskach lub w mufach, róŝnym obciąŝeniem wtórnych obwodów przekładników prądowych w torach prądowych itp., powodująca powstanie w obwodzie składowej zerowej przepływu prądu uchybowego, nie związanego z doziemieniem. Szczególnie dwa ostatnie zjawiska zasługują na szersze omówienie. Na Rys. 3 przedstawiono rozpływ składowej zerowej prądu w dwu liniach równoległych podczas doziemienia na jednej z nich, w funkcji względnej odległości miejsca doziemienia od szyn rozdzielnicy zasilającej. Przyjmując oznaczenia z Rys. 2, obliczenia wykonano dla następujących parametrów: całkowity prąd ziemnozwarciowy sieci =f(c RG1 +C RG2 +C lk1 + C lk2 +C lk3 +C Ro) = 38,6, prąd ziemnozwarciowy sieci zasilanej z rozdzielni Ro: Ro =f(c R )=28,4, prąd własny rozpatrywanych linii: clk1 = clk2 =1,34, prąd ziemnozwarciowy pozostałej części sieci ps =f(c RG1 +C RG2 +C lk1 )=7,34, impedancja wzdłuŝna rozpatrywanych linii: Z lk1 =Z lk2 =0,136+j0,085Ω, prąd rozruchowy (nastawienie) zabezpieczeń ziemnozwarciowych zerowoprądowych kierunkowych w punktach PP3 i PP4 r =1,5. Przy lokalizacji doziemienia w odległości 0,88 1,0 długości linii nastąpi pobudzenie zabezpieczeń w obu polach. PoniŜej tej odległości zabezpieczenie w punkcie PP4 nie zostanie pobudzone, najpierw z uwagi na zbyt małą wartość składowej zerowej prądu (k=0,8 0,88), a następnie ze względu na przeciwny zwrot. Przy doziemieniach zlokalizowanych w przedziale odległości 0 0,88 od szyn rozdzielnicy RG1 spodziewana sekwencja działań zabezpieczeń będzie zatem następująca: W chwili wystąpienia doziemienia pobudzone zostaną zabezpieczenia w punktach PP3 i PP1. Oba zabezpieczenia rozpoczynają odliczanie czasu. 7

8 Po odliczeniu opóźnienia nastawionego w PP3 następuje wyłączenie wyłącznika PP4. Doziemienie jest nadal zasilane przez linię lk3 poprzez szyny rozdzielni Ro. Zabezpieczenie w punkcie PP3 uzyskuje warunki do pobudzenia i rozpoczyna odliczanie czasu. Zabezpieczenie w punkcie PP1 kontynuuje odliczanie czasu. JeŜeli opóźnienie zabezpieczenia w punkcie PP1 jest mniejsze od sumy nastawionych opóźnień w punktach PP3 i PP4 następuje nieselektywne wyłączenie pola w punkcie PP1 i utrata zasilania rozdzielni RG1. Podany przykład wskazuje na konieczność rozpatrzenia działania i wzajemnej współpracy zabezpieczeń przy doziemieniach zlokalizowanych w dowolnym punkcie linii równoległych dla ściśle określonego rozkładu pojemności doziemnych w sieci. NaleŜy zaznaczyć, Ŝe niezaleŝnie od rozkładu pojemności, zawsze doziemienia na początku jednej z linii równoległych nie są widziane przez zabezpieczenia ziemnozwarciowe współpracującej linii zdrowej, róŝny jest natomiast obszar tej martwej strefy. ZaleŜność zmienności prądów mierzonych przez filtr składowej zerowej od miejsca doziemienia; pola w rozdzielnicy zasilającej prąd; [] 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2-5 1 []; linia uszkodzona 2 []; linia zdrowa Nastawienie zabezpieczenia k - względna odległość miejsca doziemienia od rozdzielnicy zasilającej Rys. 3 Drugim istotnym zjawiskiem wpływającym na działanie zabezpieczeń ziemnozwarciowych w liniach równoległych jest przepływ prądów wyrównawczych. ch wartość zmienia się dynamicznie ze zmianami prądu obciąŝenia linii, a zwrot jest inny w kaŝdej z nich. W przypadku dwu linii pracujących równolegle zwroty uchybowych prądów wyrównawczych w obu liniach są przeciwne. Jest to bardzo istotne, gdyŝ oznacza, Ŝe jeŝeli chwilowa wartość prądu uchybowego będzie dostatecznie duŝa, to przy doziemieniu w dowolnym punkcie sieci zabezpieczenie w jednej z linii pobudzi się, a przy niekorzystnej relacji zwłok czasowych zabezpieczeń w tym polu i w polu rzeczywiście zasilającym doziemienie, nastąpi zbędne wyłączenie jednej z linii równoległych. W konsekwencji często pozostała w pracy linia zostaje przeciąŝona i wyłączona przez zabezpieczenie przeciąŝeniowe powodując całkowitą utratę zasilania rozdzielnicy. Odwrotnie, jeŝeli prąd uchybowy ma dostatecznie duŝą wartość i zwrot przeciwny do wektora prądu zerowego który pojawi się przy doziemieniu w strefie chronionej, moŝe nastąpić brak prawidłowego zadziałania w konsekwencji czego nastąpi wyłączenie całej rozdzielnicy zasilającej przez zabezpieczenie umieszczone na jej dopływie. Na rys. 4 przedstawiono przebiegi prądu i napięcia zerowego zarejestrowane podczas rzeczywistego doziemienia w jednym z pól linii równoległych. Początek doziemienia 8

9 wyznaczony jest chwilą pojawienia się napięcia zerowego. Składowa zerowa prądu występująca wcześniej jest uchybowym prądem wyrównawczym. Rys. 4 Rys. 5 Na Rys. 5 przestawiono obraz admitancji zerowej na płaszczyźnie zespolonej, odpowiadający przebiegom z Rys. 4.Rejestracje wykonano w sieci kopalnianej przy uŝyciu rejestratorów: zakłóceń i kryterialnego, będących częścią oprogramowania sterownika polowego MegaMUZ LR. Pewną miarą deformacji obrazu doziemienia, spowodowanej obecnością prądu uchybowego jest wartość kąta przesunięcia wektorów harmonicznych podstawowych prądu i napięcia zerowego, widoczna na Rys. 5 i wynosząca 179,2. Teoretycznie wartość ta w sieciach izolowanych wynosi 90 lub -90.Znajduje to pełne potwierdzenie praktyczne w rejestracjach rzeczywistych doziemień w polach z liniami pojedynczymi. Odstrojenie działania zabezpieczeń od wpływu prądów uchybowych wymagałoby stałego monitorowania ich wartości z uwagi na to Ŝe ich poziom zleŝy od zmiennych w czasie czynników, takich jak obciąŝenie linii, stan techniczny połączeń w torach prądowych itp. 9

10 NaleŜałoby przy tym za maksymalną wartość dopuszczalną prądów uchybowych przyjąć taką, dla której spełnione będą nierówności: c ( u max + cx ) knz ( u max cx ) nast (19) kc NaleŜy zaznaczyć, iŝ poruszone zagadnienia nie wyczerpują bynajmniej listy problemów mających wpływ na wzajemną współpracę zabezpieczeń ziemnozwarciowych. MoŜna tu chociaŝby wymienić czas podtrzymania pobudzenia zabezpieczenia po chwilowym zaniku doziemienia łukowego, który przyjmuje róŝne nastawialne lub nie wartości w róŝnych typach zabezpieczeń i który powinien być uwzględniany przy analizie nastawień. Wyczerpujące omówienie wszystkich związanych zagadnień nie jest tu moŝliwe z uwagi na dopuszczalną objętość niniejszego referatu. 5. Podsumowanie Przy ustalaniu nastawień zabezpieczeń ziemnozwarciowych, mających zapewnić niezawodną pracę sieci przy jednoczesnej pewności działania zabezpieczeń wydaje się być zasadnym uwzględnienie w analizie następujących zagadnień: z uwagi na największą niezawodność i szybkość działania, na odpływach końcowych, na których nie stwierdzono zbędnych zadziałań zabezpieczeń ziemnozwarciowych w stanach nieustalonych (np. przy rozruchu zasilanej maszyny) najkorzystniejsze jest stosowanie bezzwłoczych zabezpieczeń zerowoprądowych; na odpływach jw., na których zachodzi moŝliwość wystąpienia zbędnych zadziałań w stanach nieustalonych ze względu na koordynację z zabezpieczeniami bliŝszymi źródła zasilania korzystniejszy jest wybór kryteriów uzaleŝnionych od napięcia zerowego niŝ wprowadzanie zwłoki czasowej; zwłoka czasowa zabezpieczeń w polach linii której zasilanie moŝe być dwustronne powinna być o co najmniej jeden stopień dłuŝsza od opóźnień działania we wszystkich pozostałych polach rozdzielnic połączonych rozpatrywaną linią; zwłoka czasowa zabezpieczenia ziemnozwarciowego w polu zasilającym rozdzielnicę z której z kolei zasilane są odrębnie zabezpieczone linie pracujące równolegle powinna być większa od sumy zwłok czasowych zabezpieczeń w polach linii równoległych; ze względu na warunki pracy zabezpieczeń korzystniejsza jest eksploatacja linii wielokablowych od pracy równoległej linii zabezpieczonych indywidualnie; w polach linii pracujących trwale jako linie równoległe zalecany jest monitoring maksymalnych wartości wyrównawczych prądów uchybowych; w polach linii pracujących chwilowo jako równoległe (np. w czasie przełączeń), w celu uniknięcia zbędnych wyłączeń zalecane jest stosowanie zabezpieczeń kierunkowych zerowoprądowych lub admitancyjnych; przy doborze nastawień naleŝy przeanalizować wpływ wszystkich znanych parametrów zabezpieczeń (np. czasów odwzbudzania, okna czasowego w którym analizowane jest przesunięcie kątowe wielkości mierzonych, itp.) na ich wzajemną współpracę. 6. Literatura. 1. PN-G-42044:2000 Środki ochronne i zabezpieczające w elektroenergetyce kopalnianej. Zabezpieczenia ziemnozwarciowe. Wymagania i zasady doboru. 10