Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe o opóźnieniach inwersyjnych.

Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe o opóźnieniach inwersyjnych. 1. ZASADA DZIAŁANIA...1 2. SCHEMAT FUNKCJONALNY...4 3. PARAMETRY ZABEZPIECZENIA ZIEMNOZWARCIOWEGO...5 Zabezpieczenia : ZCS 4E od v 3.7 ZCR 4E od v 5.1 ZZN 4E od v 4.3 ZRL 4E od v 4.5 Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 1

1. Zasada działania. Zabezpieczenie ziemnozwarciowe działa w oparciu o pomiar dwóch wielkości analogowych: - 3Io i 3Uo. Jeżeli wartości: napięcia 3Uo oraz prądu 3Io są wystarczco 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 - 3Io. 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 ). Układ pracy zabezpieczenia ziemnozwarciowego. Przykładowe wskazy napięć i prądów w czasie: normalnej pracy linii oraz w przypadku wystąpienia doziemienia fazy R, przedstawia poniższy rysunek. W warunkach normalnej pracy linii, wskazy przyjmują postać zgodną z rys. A. W przypadku doziemienia w kierunku do przodu, zależności wektorowe napięcia i prądu są takie jak przedstawia to rysunek C, a dla zwarcia w kierunku do tyłu, takie jak na rysunku B. Podczas doziemienia w kierunku linii, kąt wektora prądu -3Io ( względem napięcia 3Uo ) może przyjmować wartości od: 0 do 90[ ], przy czym w praktyce prawie nigdy nie wychodzi on poza zakres: 0 do 45 [ ]. W tym przypadku wektor -3Io wyprzedza wektor 3Uo. Podczas doziemienia w kierunku szyn ( do tyłu ), kąt pomiędzy wektorami: 3Uo i -3Io zawiera się w granicach od: 90[ ] do: 180[ ], ale w praktyce nie wychodzi poza zakres: 135[ ] do 175[ ]. Jest to przypadek, gdy wektor 3Uo wyprzedza wektor -3Io conajmniej o kąt 90[ ]. Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 2

Wskazy: napięć i prądów przed i podczas pojedynczego doziemienia fazy R. Najważniejszym elementem poprawnego przyłączenia zabezpieczenia jest prawidłowe podanie mu: napięcia 3Uo oraz prądu 3Io, a dokładniej zachowanie odpowiedniej biegunowości. Należy zwrócić uwagę na fakt iż, zabezpieczeniu podajemy prąd: -3Io, czyli wektor odwrócony o 180 [ ] w stosunku do wektora otrzymywanego z prostego sumowania prądów fazowych. Na poniższym rysunku przedstawiono przyłączenie wejść prądowych zabezpieczenia oraz zależności wektorowe widziane przez zabezpieczenie. Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 3

Uwaga! Zaciski złączy PA, odpowiadają numeracji wersji ZCS 4E/3U oraz ZCR 4E/3U ( do zabudowy w szafie). Dla obudów OP3U oraz zabezpieczenia ZZN 4E patrz rozdział Schematy przyłączeniowe zabezpieczeń. Przyłączenie zabezpieczenia do obwodów wtórnych. 2. Schemat funkcjonalny. Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe jest elementem funkcjonalnym, którego działanie warunkują: 1. funkcje wejściowe zał/wył pierwszy ( IoK1 ) oraz drugi stopień ( IoK2) zabezpieczenia, 2. sygnały pomiarowe: 3Uo i 3Io oraz te, określające poprawność ich pomiarów, 3. parametry robocze, nastawianyme przez użytkownika. 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. Schemat funkcjonalny modułu przedstawia poniższy rysunek. Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 4

3. Parametry zabezpieczenia ziemnozwarciowego. Poniżej przedstawiono parametry zabezpieczenia ziemnozwarciowego, wyposażonego w dwa niezależne stopnie oraz w charakterystyki kątowe dwóch typów: prostokątnego i cosinusoidalnego. 1. Aktywność I stopnia kierunkowego: [ Tak, Nie ], 2. Wejście sterujące: [RZKi, ZCSi, SWEi, FXLi], 3. Poziom załączający: [ 0, 1 ], 4. Nastawa prgu prądowego: Iok1> [ 0.10-25.00 ] [Ie/Ien], 5. Nastawa zwłoki czasowej Iok1 > T: [ 0.00-32.00] [s], 6. Typ charakterystyki czasowej dla I stopnia: [ L, I1, I2, I3], 7. Aktywność II stopnia kierunkowego: [ Tak, Nie ], 8. Wejście sterujące: [RZKi, ZCSi, SWEi, FXLi], 9. Poziom załączający; [ 0, 1 ], 10. Nastawa progu prądowego: Iok2> [ 0.10-25.00 ] [Ie/Ien], 11. Nastawa zwłoki czasowej Iok2 > T: [ 0.00-32.00] [s], Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 5

12. Typ charakterystyki działania dla II stopnia [ L, I1, I2, I3], 13. Minimalne napięcie dla określenia kier. Ue [ 0.05-0.20 ] [Ue/Un], 14. Minimalny czas opóźnienia działania: [ 0-2.5 ] [s], 15. Kąt kierunku Φ: [ 0-90 [ ] ], 16. Zakres kąta ( char. prostokątna ) β [ 0-180 [ ] ], 17. Typ charakterystyki kątowej [ cosinusoidalna, prostokątna], 18. Współczynnik zwielokrotnienia czasu [ 10-100 ] [%], 19. Numer programu automatyki SPZ: [ 0-6 ], Prąd -3Io jest opóźniony w stosunku do napięcia 3Uo o kąt równy kątowi składowej zgodnej impedancji linii. Dla sieci z uziemionym punktem neutraln,ym kąt ten zawiera się, praktycznie, w granicach: 40 [ ] 80 [ ]. W zależności od wybranego typu charakterystyki kątowej, zabezpieczenie ( parametr 17) pracuje wg. następujących zależności : dla charakterystyki cosinusoidalnej; Iok 3Io * cos ( ϕ - α ) ; dla charakterystyki prostokątnej: Io Iok i (α-β) ϕ (α+β) gdzie : Iok - ustawiany próg zadziałania prądu doziemnego (parametr 4 i 10 ), Φ - nastawiany kąt środkowy kierunku charakterystyki ( parametr 15 ), β - nastawiany zakres kątowy działania charakterystyki ( parametr 16 ), Io zmierzony przez zabezpieczenie prąd doziemny, ϕ - kąt pomiędzy wektorami: -3Io oraz 3Uo. Jeżeli moduł Uo jest mniejszy niż zadeklarowany próg ( parametr 13 ), wtedy zabezpieczenie kierunkowe jest blokowane z powodu braku możliwości określenia kierunku. Istnieje możliwość powiązania tego zabezpieczenia z automatyką SPZ ( parametr 19 ). Każdy ze stopni może być także indywidualnie sterowany wybranym wejściem dwustanowym. Opóźnienia czasowe nastawiać można w trzech trybach odliczania, niezależnie dla poszczególnych stopni: L (liniowy) - opóźnienie naliczane jest liniowo ( naturalnie, niezależnie od wartości prądu ), I1 (inwersyjny) - "normal invers" wg. IEC 255-3, I2 (inwersyjny) - "very invers" wg. IEC 255-3, 0.14 k/100 t = Top ( (Ip/Ie) ^0.02-1 ) 13.5 k/100 t = Top ( (Ip/Ie) - 1 ) I3 (inwersyjny) - "extremely inverse" wg. IEC 255-3. 80 k/100 Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 6

t = Top ( (Ip/Ie) ^2-1 ) gdzie : k - współczynnik zwielokrotnienia czasu w procentach ( 10 [%] to wartość domyślna ), Ip/Ie - wielokrotność prądu zmierzonego Io w stosunku do ustawionej wartości: Iok1> lub Iok2>, Top ustawiony czas opóźnienia. Wykresy zamieszczone na następnych stronach przedstawiają zależności pomiędzy ustawionym czasem opóźnienia stopni kierunkowych ( Top ), a czasem opóźnień reakcji zabezpieczenia ( oś Y ) wynikającym z wielokrotności prądu zmierzonego Io w stosunku do wartości nastawianej ( oś X ). Kolejne wykresy odpowiadają poszczególnym typom charakterystyk : normal invers, very invers i extremely invers. Dla wszystkich wykresów przyjęto współczynnik zwielokrotnienia czasu równy: 10 [%], stąd wzory opisujące wykresy posiadają postać jak na rysunkach. Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 7

Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11 8