Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe

Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe Spis treści 1. ZASADA DZIAŁANIA...2 2. SCHEMAT FUNKCJONALNY...7 3. PARAMETRY...8 4. WSKAZÓWKI EKSPLOATACYJNE...18 4.1. WERYFIKACJA POŁĄCZENIA...18 Zabezpieczenia : UTXvZRP UTXvZ UTXvRP UTXvD UTXvS Computers & Control Sp. j. 12-1

1. Zasada działania Zabezpieczenie ziemnozwarciowe działa w oparciu o pomiar dwóch wielkości analogowych: IE i UE (-3Io, 3Uo). Jeżeli wartości: napięcia UE oraz prądu IE są wystarczająco duże do prawidłowego określenia kąta pomiędzy nimi, to następuje określenie kierunku miejsca wystąpienia doziemienia. Dwa niezależnie nastawiane człony dokonują porównania nastawionych wartości z modułem prądu IE. Równocześnie następuje porównanie wartości przesunięcia kąta pomiędzy prądem i napięciem (z wartością zadaną) i stosownie do ustawionego typu charakterystyki kątowej określany zostaje kierunek miejsca wystąpienia doziemienia. Możliwe są dwa kierunki przepływu prądu doziemnego. Na poniższym rysunku przedstawiono symbolicznie układ pracy zabezpieczenia oraz kierunki przepływu możliwych prądów doziemnych: Iz-t (tył) i Iz-p (przód). Rys.1. Układ pracy zabezpieczenia ziemnozwarciowego. Computers & Control Sp. j. 12-2

Przykładowe wskazy napięć i prądów w czasie: normalnej pracy linii oraz w przypadku wystąpienia doziemienia fazy IL1, przedstawiają poniższe rysunki. W warunkach normalnej pracy linii, wskazy przyjmują postać zgodną z rys. 2. W przypadku doziemienia w kierunku do przodu, zależności wektorowe napięcia i prądu są takie jak przedstawia to rysunek 3, a dla zwarcia w kierunku do tyłu, takie jak na rysunku 4. Podczas doziemienia w kierunku linii, kąt wektora prądu IE ( względem napięcia UE ) może przyjmować wartości od: 0 do 90[ ], przy czym w praktyce prawie nigdy nie wychodzi on poza zakres: 0 do 45 [ ]. Podczas doziemienia w kierunku szyn ( do tyłu ), kąt pomiędzy wektorami: UE i IE zawiera się w granicach od: 90[ ] do: 180[ ], ale w praktyce nie wychodzi poza zakres: 135[ ] do 175[ ]. Jest to przypadek, gdy wektor UE wyprzedza wektor -IE conajmniej o kąt 90[ ]. UL1 IL1 IL3 UL3 IL2 Rys.2. Normalna praca linii. UL2 Computers & Control Sp. j. 12-3

UL1 IL2+IL3 IE IL1z IL3 UL3 IE UE IL2 UL2 Rys.3. Doziemienie fazy IL1 w przód. UL1 IE IL3 IL2 IE UE UL3 IL1z UL2 IL2+IL3 Rys.4. Doziemienie fazy IL1 w tył. Computers & Control Sp. j. 12-4

Najważniejszym elementem poprawnego przyłączenia zabezpieczenia jest prawidłowe podanie mu: napięcia UE oraz prądu IE, a dokładniej zachowanie odpowiedniej biegunowości. Należy zwrócić uwagę na fakt iż, zabezpieczeniu podajemy prąd: IE, czyli wektor odwrócony o 180 [ ] w stosunku do wektora otrzymywanego z prostego sumowania prądów fazowych. Na poniższych rysunkach przedstawiono przyłączenie wejść prądowych zabezpieczenia oraz zależności wektorowe widziane przez zabezpieczenie. Rys.5. Przyłączenie zabezpieczenia do obwodów wtórnych. Jeżeli urządzenie, nie posiada fizycznego wejścia prądu IE, to zabezpieczenie wylicza prąd IE z prądów fazowych IL1, IL2, IL3. Computers & Control Sp. j. 12-5

IL3' IL1 IL2' IE -IE IL3 IL2 IL2 Rys.6. Zależności wektorowe prądu widziane przez zabezpieczenie. UL1 UL3 UE UL1' UL2 UL2' UL3' Rys.7. Zależności wektorowe napięcia widziane przez zabezpieczenie. Computers & Control Sp. j. 12-6

2. Schemat funkcjonalny Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe jest elementem funkcjonalnym, którego działanie warunkują: 1. funkcje wejściowe: zał/wył pierwszy (IEk1) oraz drugi stopień (IEk2) zabezpieczenia, 2. sygnały pomiarowe: IE oraz określające poprawność tego pomiaru, 3. parametry robocze, nastawiane przez użytkownika. Schemat funkcjonalny zabezpieczenia ziemnozwarciowego kierunkowego przedstawia poniższy rysunek: Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe Stopień 1 (2) IEk> załączony Blokada opóźnienia stopnia 1 (2) IEk> Blokada wyłączenia od stopnia 1 (2) IEk> Pomiar IE Pomiar IE OK Funkcje wejściowe Sygnały wejściowe PARAMETRY: poziom wyzwalania IE poziom wyzwalania UE kąt kierunku typ ch-ki (napięciowo - prądowej) zakres działania opóźnienie zadziałania minimalne opóźnienie współczynnik zwielokrotnienia czasu nr programu SPZ typ ch-ki czasowej Funkcje wyjściowe Sygnały wyjściowe Gotowość stopnia 1 (2) IEk> Pobudzenie stopnia 1 (2) IEk> Start stopnia 1 (2) IEk> Numer programu SPZ Żądanie wyłączenia W wyniku działania zabezpieczenia generowane są : 1. funkcje wyjściowe: pobudzenia, startu i gotowości poszczególnych stopni zabezpieczenia, 2. sygnały żądające wyłączenia oraz sygnał wewnętrznego pobudzenia automatyki SPZ, z podaniem numeru żądanego programu do wykonania. Computers & Control Sp. j. 12-7

3. Parametry Zabezpieczenie posiada dwa niezależne stopnie ziemnozwarciowe kierunkowe. Parametry stopnia 1 zabezpieczenia IEk>: 1. Stopień 1. IEk> załączony [Wybór - TAK, Brak wyboru - NIE ] 2. Wejście sterujące zał. stopnia 1. IEk> [IA,IB,IC,ID,IE,fxl,swe] 3. Poziom aktywujący zał. stopnia 1. IEk> [ _ - wysoki, - niski ] 4. Poziom wyzwalania stopnia 1. IEk> [0.1 25 In] 5. Opóźnienie zadziałania stopnia 1. IEk> [0 32000 ms] 6. Typ ch-ki czasowej stopnia 1. IEk> [L,I1,I2,I3] 7. Blokada opóźnienia modułu nadprądowego stopnia 1. IEk> [Wybór - TAK, Brak wyboru - NIE ] 8. Wejście sterujące blokady opóźnienia stopnia 1. IEk> [IA,IB,IC,ID,IE,fxl,swe] 9. Poziom aktywujący blokady opóźnienia stopnia 1. IEk> [ _ - wysoki, - niski ] 10. Blokada wyłączenia modułu nadprądowego stopnia 1. IEk> [Wybór - TAK, Brak wyboru - NIE ] 11. Wejście sterujące blokadą wyłączenia stopnia 1. IEk> [IA,IB,IC,ID,IE,fxl,swe] 12. Poziom aktywujący blokadę wyłączenia stopnia 1. IEk> [ _ - wysoki, - niski ] Parametry stopnia 2 zabezpieczenia IEk>: 13. Stopień 2. IEk> załączony [Wybór - TAK, Brak wyboru - NIE ] 14. Wejście sterujące zał. stopnia 2. IEk> [IA,IB,IC,ID,IE,fxl,swe] 15. Poziom aktywujący zał. stopnia 2. IEk> [ _ - wysoki, - niski ] 16. Poziom wyzwalania stopnia 2. IEk> [0.1 25 In] 17. Opóźnienie zadziałania stopnia 2. IEk> [0 32000 ms] 18. Typ ch-ki czasowej stopnia 2. IEk> [L,I1,I2,I3] 19. Blokada opóźnienia modułu nadprądowego stopnia 2. IEk> [Wybór - TAK, Brak wyboru - NIE ] 20. Wejście sterujące blokady opóźnienia stopnia 2. IEk> [IA,IB,IC,ID,IE,fxl,swe] 21. Poziom aktywujący blokady opóźnienia stopnia 2. IEk> [ _ - wysoki, - niski ] 22. Blokada wyłączenia modułu nadprądowego stopnia 2. IEk> [Wybór - TAK, Brak wyboru - NIE ] 23. Wejście sterujące blokadą wyłączenia stopnia 2. IEk> [IA,IB,IC,ID,IE,fxl,swe] 24. Poziom aktywujący blokadę wyłączenia stopnia 2. IEk> [ _ - wysoki, - niski ] Parametry wspólne dla stopnia 1 i stopnia 2 zabezpieczenia IEk>: 25. Poziom wyzwalania stopni IEk> (napięcie UE) [0.02 0.2] [Un] 26. Kąt kierunku [0 90] [ o ] 27. Zakres działania (+/-) [5 90] [ o ] 28. Typ charakterystyki (napięciowo prądowej) [prostokątny, cosinusoidalny] 29. Minimalne opóźnienie działania stopni IEk> [0 100] [ms] 30. Współczynnik zwielokrotnienia czasu [10 100] [%] 31. Numer programu SPZ [0,1,2,3,4,5,6] Computers & Control Sp. j. 12-8

Rys.8. Parametry dwóch stopni ziemnozwarciowych kierunkowych Ad 1,2,3, 13,14,15 Stopień IEk> załączony (stopnień 1 i 2) [f.wej.] Parametr określający czy dany stopień ziemnozwarciowy kierunkowy jest aktywny i ewentualnie jakie jest użyte wejście sterujące aktywnością danego stopnia oraz poziom aktywny użytego wejścia sterującego do aktywacji danego stopnia. Ad 4, 16, Poziom wyzwalania stopnia (1 i 2) [In] Poziom wyzwalania, określa przy jakim prądzie nominalnym IE (IEm), dany stopnień może zostać pobudzony. Ad 5, 17, Opóźnienie zadziałania stopnia IEk> (1 i 2) [ms] Parametr określa czas opóźnienia zadziałania stopnia od jego pobudzenia. UWAGA: Ustawienie opóźnienia na czas równy 32000 [ms], jest równoznaczny z czasem nieskończoność tzn. nigdy nie dojdzie do zadziałania stopnia. Computers & Control Sp. j. 12-9

Ad 6, 18 Typ charakterystyki czasowej stopnia IEk> (1 i 2) [L,I1,I2,I3] Parametr ten pozwala wybrać typ charakterystyki czasowej dla danego stopnia. UWAGA! Maksymalny czas opóźnienia dla dowolnego typu ch-ki nigdy nie przekroczy 32[s]. L (liniowo) opóźnienie naliczane jest liniowo (naturalnie, niezależnie od wartości prądu ), t lin = T op 100.00 10.00 T=10s t [s] 1.00 T=1s 0.10 T=0,1s 0.01 2 3 4 5 6 7 8 9 2 1 10 Ip/Ie Rys.9. Charakterystyka opóźnienia liniowego Computers & Control Sp. j. 12-10

I1 (inwersyjny) "normal inverse" wg. IEC 255 3, t inv1 k 0,14 = 100% T 0,02 I p I 1 e op 1000.00 100.00 T=10s t [s] 10.00 T=1s 1.00 T=0,1s 0.10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 Ip/Ie Rys.10. Charakterystyka opóźnienia inwersyjnego I1 (normal inverse) Computers & Control Sp. j. 12-11

I2 (inwersyjny) "very inverse" wg. IEC 255-3, t inv2 k 13,5 = 100% T 1 I p I 1 e op 1000.00 100.00 10.00 T=10s t [s] 1.00 T=1s 0.10 T=0,1s 0.01 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 Ip/Ie Rys.11. Charakterystyka opóźnienia inwersyjnego I2 (very inverse) Computers & Control Sp. j. 12-12

I3 (inwersyjny) "extremely inverse" wg. IEC 255-3. t inv3 k 80 = 100% T 2 I p I 1 e op 1000.00 100.00 10.00 t [s] 1.00 T=10s 0.10 T=1s 0.01 T=0,1s 1.00 2 3 4 5 6 7 8 9 10.00 2 Ip/Ie Rys.12. Charakterystyka opóźnienia inwersyjnego I3 (extremely inverse) gdzie: k współczynnik zwielokrotnienia czasu w procentach (10 % wartość domyślna), Ip/IE wielokrotność prądu zmierzonego IE w stosunku do ustawionej wartości: IEk1>, IEk2>, Top ustawiony czas opóźnienia danego stopnia. Zamieszczone wykresy przedstawiają zależności pomiędzy ustawionym czasem opóźnienia stopni kierunkowych (Top), a czasem opóźnień reakcji zabezpieczenia (oś Y), wynikających z wielokrotności prądu zmierzonego, w stosunku do wartości nastawianej (oś X). Dla wszystkich wykresów przyjęto współczynnik zwielokrotnienia czasu równy: 10 [%], stąd wzory opisujące wykresy posiadają postać jak na rysunkach. Computers & Control Sp. j. 12-13

Ad 7,8,9, 19,20,21, Blokada opóźnienia (stopnia IEk> 1 i 2) [f.wej.] Parametr określający czy dana blokada opóźnienia modułu ziemnozwarciowego kierunkowego jest załączona. W przypadku aktywnej blokady opóźnienia danego modułu, czas od pobudzenia do zadziałania stopnia, jest równy minimalnemu opóźnieniu stopnia nadprądowego (parametr 29). Funkcja blokowania opóźnienia może być przydatna np. jeżeli chcemy uzależnić opóźnienie czasowe zadziałania danego stopnia od kroku SPZ. Blokada opóźnienia danego modułu nadprądowego może być zależna od zdefiniowanego wejścia sterującego. Ad 10,11,12, 22,23,24, Blokada opóźnienia (stopnia IEk> 1 i 2) [f.wej.] Parametr określający czy dana blokada wyłączenia modułu ziemnozwarciowego kierunkowego jest załączona. Jeżeli stopień wygeneruje sygnał startu wówczas jest sprawdzana nastawa blokady wyłączenia. Jeżeli jest aktywna wówczas nie następuje do wygenerowania sygnału WYŁĄCZENIE oraz nie jest pobudzany SPZ (nawet jeżeli jest zadeklarowany). Jeżeli blokada wyłączenia danego stopnia jest wyłączona to następuje WYŁĄCZENIE i jest sprawdzana nastawa numeru programu SPZ. Blokada wyłączenia danego modułu ziemnozwarciowego kierunkowego może być zależna od zdefiniowanego wejścia sterującego. Ad 25, Poziom wyzwalania stopni IEk> [Un] Parametr wspólny dla obu stopni ziemnozwarciowych kierunkowych. Poziom wyzwalania stopni IEk> (napięcie UEm) określa od jakiego poziomu napięcia UE, będą sprawdzane nastawione zależności progowe i fazowe (IE, UE). Ad 26 Kąt kierunku [ o ] Parametr wspólny dla obu stopni ziemnozwarciowych kierunkowych. W celu określenia kierunkowości stopnia ziemnozwarciowego należy wprowadzić kąt kierunku (ϕ k ), który określa kierunek działania zabezpieczenia. Ad 27 Zakres działania (+/-) [ o ] Parametr wspólny dla obu stopni ziemnozwarciowych kierunkowych. Zakres działania określa zakres obszaru działania zabezpieczenia względem kierunku działania zabezpieczenia. Zakres działania wprowadza się jako kąt (ϕ Z ) wyznaczający dwie półproste obszaru działania. Parametr ten można ustawić dla charakterystyki prostokątnej, natomiast dla typu charakterystyki cosinusoidalnej zawsze ten kąt (zakres działania) wynosi 90 [ O ]. Computers & Control Sp. j. 12-14

Ad 28 Typ charakterystyki (UE/IE) [prostokątny, cosinusoidalny] Parametr wspólny dla obu stopni ziemnozwarciowych kierunkowych. Typ charakterystyki określa sposób wyznaczania obszaru działania zabezpieczenia. Typ charakterystyki: prostokątna Rys.13. Wektorowe zależności (IE, UE) obszaru działania dla ch-ki prostokątnej gdzie: Rys.14. Obszar działania dla ch-ki prostokątnej ϕ k kąt kierunku (parametr 26) ϕ z zakres działania (parametr 27) IEm poziom prądu IE wyzwalania (pobudzenia zabezpieczenia), (parametr 4 i 16) UEm poziom napięcia UE detekcji zależności kątowych (parametr 25) Computers & Control Sp. j. 12-15

Typ charakterystyki: cosinusoidalna Rys.15. Wektorowe zależności (IE, UE) obszaru działania dla ch-ki cosinusoidalnej gdzie: Rys.16. Obszar działania dla ch-ki cosinusoidalnej ϕ k kąt kierunku (parametr 26) ϕ z zakres działania (parametr 27) IEm poziom prądu IE wyzwalania (pobudzenia zabezpieczenia), (parametr 4 i 16) UEm poziom napięcia UE detekcji zależności kątowych (parametr 25) Computers & Control Sp. j. 12-16

Ad 29, Minimalne opóźnienie stopni IEk> [ms] Parametr wspólny dla obu stopni ziemnozwarciowych kierunkowych. Minimalne opóźnienie stopnia, jest minimalnym czasem od momentu pobudzenia do startu stopnia. Działanie stopni ziemnozwarciowych z tym czasem nastąpi w przypadku gdy: czasy poszczególnych opóźnień zadziałania danego stopnia są mniejsze od minimalnego opóźnienia funkcja wejściowa Blokada opóźnień jest aktywna typ zadeklarowanej charakterystyki jest inwersyjny przy odpowiednio dużym prądzie Parametr ten uniemożliwia zadziałanie stopnia w czasie krótszym niż zadeklarowany minimalny czas opóźnień. Ad 30, Współczynnik zwielokrotnienia czasu (k) [%] Parametr wspólny dla obu stopni ziemnozwarciowych kierunkowych. Współczynnik zwielokrotnienia czasu (k) wykorzystywany w przypadku wybrania działania stopnia z czasową charakterystyką inwersyjną (patrz parametr 6, 18 - typ charakterystyki). Im współczynnik ten jest większy, tym czas zadziałania od momentu pobudzenia rośnie. Ad 31, Numer programu SPZ [nr prg.] Parametr wspólny dla obu stopni ziemnozwarciowych kierunkowych. Parametr określa, który numer programu SPZ może być pobudzony po wyłączeniu od danego stopnia. Wpisanie numeru programu SPZ równego zero oznacza brak pobudzenia automatyki SPZ od stopnia. Computers & Control Sp. j. 12-17

4. Wskazówki eksploatacyjne 4.1. Weryfikacja połączenia Zabezpieczenia serii: UTX wyposażone są w szereg funkcji ułatwiających sprawdzenie poprawności podłączenia ich do przekładników pomiarowych. Każde z zabezpieczeń posiada funkcję wyświetlania na lokalnym pulpicie aktualnych wielkości napięć, prądów i faz, zwaną POMIARY. Wskazania te przedstawiają moduły: napięć i prądów poszczególnych faz i kąty pomiędzy nimi, wyświetlane w zakresie: +/- 180[ ]. Znak plus oznacza przepływ mocy od zabezpieczenia, a znak minus do zabezpieczenia (UWAGA: możliwe jest wyświetlanie mocy w sposób inwersyjny, wtedy pojawia się dodatkowa literka i ). Wyświetlane wielkości pozwalają na równoczesną weryfikację poprawności pomiarów wykonywanych przez urządzenie. Używając komputer wyposażony w program SAZ 2000, podłączony przez port: RS232 z zabezpieczeniem, możemy dodatkowo sprawdzić poprawność wykonanego podłączenia, używając funkcji STAN WEJŚĆ ANALOGOWYCH. Wyniki pomiarów urządzenia są wyświetlane w wielkościach pierwotnych a funkcja WYKRES umożliwi obserwację napięć i prądów w postaci wektorowej. Program SAZ wyświetlając zależności fazowe odnosi je zawsze do napięcia UL1. Zaleca się wykonanie następujących czynności, weryfikujących poprawność podłączenia urządzenia w polu linii na obiekcie : Identyfikacja faz. 1. Uruchomić funkcję pt. POMIARY. 2. Przez chwilowe odłączanie i przyłączania sygnałów napięciowych sprawdzić czy odłączenie powoduje wskazanie zera na właściwej pozycji, a przyłączenie powrót do wartości poprzedniej. 3. Przez zwieranie obwodów prądowych sprawdzić czy zanik wielkości pomiarowej następuje na właściwej pozycji. Poprawność pomiaru. Porównać wskazania zabezpieczenia ze wskazaniami przyrządu o klasie min. 0.5. Kierunkowość. 1. Porównać wskazania zabezpieczenia z innymi przyrządami na okoliczność kierunku przepływu mocy. 2. Wywołać sztuczną asymetrię napięć i prądów sprawdzić kąt pomiędzy: UE i IE. Computers & Control Sp. j. 12-18