BADANIA ŁUKOODPORNOŚCI STACJI TRANSFORMATOROWYCH I KRYTERIA OCENY W MYŚL NORMY PN-EN 62271-202: 2014 Przemysław Berowski, Michał Babiuch Instytut Elektrotechniki ul. Pożaryskiego 28, 04-703 Warszawa
WSTĘP Według normy prefabrykowana podstacja to urządzenie, które zostało poddane próbom typu i składa się z obudowy zawierającej zazwyczaj transformatory, rozdzielnice wysokiego i niskiego napięcia, połączenia oraz urządzenia pomocnicze i służące do zasilania niskim napięciem z systemu wysokiego napięcia lub odwrotnie. Podstacje znajdują się w miejscach publicznie dostępnych i dlatego powinny zapewniać bezpieczeństwo osób, zarówno obsługujących, jak i postronnych. Poprawność konstrukcji i wykonania prefabrykowanej podstacji jest weryfikowana za pomocą odpowiednich prób typu, w tym próbami wewnętrznego zwarcia łukowego. W nowym wydaniu normy PN-EN 62271-202:2014-12 (IEC 62271-202:2014) wymagania dotyczące próby w warunkach łuku wewnętrznego zostały dostosowane do wymagań normy PN-EN 62271-200:2012 (IEC 62271-200:2011).
CEL PRÓBY I JEJ PARAMETRY Próba łuku wewnętrznego ma na celu sprawdzenie skuteczności konstrukcji i wykonania podstacji w zakresie ochrony osób, w przypadku wystąpienia łuku wewnętrznego podczas normalnych warunków pracy stacji transformatorowej. Badanie nie uwzględnia zachowania się stacji w czasie takich warunków eksploatacyjnych, gdy części obudowy, wraz z przedziałem niskiego napięcia, są otwarte lub zdemontowane. Próba obejmuje zwarcia łukowe występujące w rozdzielnicy WN (zainstalowanej w stacji transformatorowej) oraz na wewnętrznych połączeniach WN. Badanie łuku wewnętrznego jest stosowane dla prefabrykowanych stacji transformatorowych przeznaczonych do klasyfikacji IAC. Klasyfikacja IAC wymaga podania następujących parametrów znamionowych: Sposobu dostępu, Znamionowego łukowego prądu zwarciowego, Znamionowego czasu trwania zwarcia (wartości zalecane to 0,1 s, 0,5 s i 1 s).
SPOSÓB DOSTĘPU Dostęp A: dla podstacji gwarantujących ochronę obsługi podczas czynności obsługowych prowadzonych wewnątrz podstacji (obsługa z wewnątrz) lub przed nią od strony wysokiego napięcia (obsługa z zewnątrz) przy drzwiach otwartych. Otwarte muszą być tylko drzwi od strony rozdzielnicy WN wszystkie inne powinny być zamknięte. Dostęp B: gwarantujący ochronę osób postronnych w pobliżu stacji, ze wszystkich stron i w każdym czasie, przy drzwiach zamkniętych. Dostęp AB: gwarantujący bezpieczeństwo zarówno obsługi jak i osób postronnych. Stacja klasyfikowana jako AB musi spełniać wymagania zarówno dla dostępu A, jak i B, przy tych samych wartościach prądu zwarciowego i czasu trwania zwarcia. Aby stacja transformatorowa była zakwalifikowana do klasy IAC-A lub IAC-B, powinna być obiektem serii prób na rozdzielnicy WN i, jeśli dotyczy, na wewnętrznych połączeniach WN. Należy zdawać sobie sprawę, że badania IAC dotyczą określonej konfiguracji stacji transformatorowej w zależności od rodzaju i umiejscowienia transformatora oraz rozdzielnicy wysokiego i niskiego napięcia. Wyniki badania zależą od typu rozdzielnicy w stacji transformatorowej.
PRZYGOTOWANIE STACJI DO PRÓB Próbę należy przeprowadzić na stacji, która nie podlegała działaniu łuku lub jeśli podlegała nie ma to wpływu na wynik próby. Stacja powinna być w pełni wyposażona. Zamiast wewnętrznych komponentów mogą być zastosowane atrapy, o takiej samej objętości i wykonane z tych samych materiałów zewnętrznych, jak komponenty oryginalne. Podstacja powinna być uziemiona. Wszystkie urządzenia, które mogą automatycznie wyłączyć obwód przed spodziewanym końcem próby, powinny nie działać w czasie badania. Jeśli urządzenia te są integralną częścią stacji transformatorowej, co uniemożliwia ich wyłączenie bez zmian konstrukcji, stacja może być badana z działającymi urządzeniami, ale kwalifikacja stacji odbędzie się na podstawie rzeczywistego czasu trwania łuku. Jeśli próba ma sprawdzić ochronę na zewnątrz podstacji może być konieczna symulacja powierzchni gruntu. Podczas próby w określonych miejscach należy ustawić indykatory dla obserwacji cieplnych skutków gazów.
INDYKATORY Indykatory umieszcza się na stojakach montażowych tak, aby ich obcięte krawędzie nie były skierowane w kierunku badanego obiektu. Indykatory o wymiarach 150 mm x 150 mm wykonuje się z materiału bawełnianego i umieszcza w odpowiednich ramkach. Odległość pionowych indykatorów od podstacji mierzy się od powierzchni obudowy z pominięciem wystających elementów. Ramka indykatora pionowego Ramka indykatora poziomego
INDYKATORY Indykatory na stojakach powinny być rozłożone równomiernie, ułożone w szachownicę. Powinny pokrywać 40% - 50% powierzchni. Indykator pionowy Indykator poziomy
ROZMIESZCZENIE INDYKATORÓW IAC-A OBSŁUGA Z ZEWNĄTRZ Indykatory powinny być umieszczone od strony działania obsługi przy drzwiach otwartych w odległości 300 mm od rozdzielnicy WN. Pozostałe drzwi powinny być prawidłowo zamknięte i pozostać takie po próbie. Indykatory powinny również być umieszczone poziomo na wysokości 2 m i pokrywać obszar w odległości od 300 mm do 800 mm od rozdzielnicy WN. Nie ma potrzeby umieszczania indykatorów wokół innych stron stacji.
ROZMIESZCZENIE INDYKATORÓW IAC-A OBSŁUGA Z WEWNĄTRZ Indykatory powinny być umieszczone pionowo ze wszystkich dostępnych stron rozdzielnicy WN do wysokości 2 m i w odległości 300 mm od rozdzielnicy WN. Pozostałe drzwi powinny być prawidłowo zamknięte i pozostać takie po próbie. Indykatory powinny również być umieszczone poziomo na wysokości 2 m i pokrywać obszar w odległości od 300 mm do 800 mm od rozdzielnicy WN. Jeśli sufit jest umieszczony 2 m nad podłogą indykatory poziome nie są wymagane.
ROZMIESZCZENIE INDYKATORÓW IAC-B WYSOKOŚĆ STACJI <1900 MM Indykatory powinny być rozmieszczone pionowo ze wszystkich dostępnych stron stacji do wysokości 2 m od podłoża i w odległości 100 mm ± 5 mm od stacji. Jeśli stacja jest niższa niż 1,9 m indykatory powinny sięgać na wysokość o 100 mm powyżej obiektu badanego. Jeśli stacja jest niższa niż 1,9 m indykatory powinny być umieszczone na dachu stacji w miejscach prawdopodobnego wyrzutu gazów (np. na połączeniach) w odległości 100 mm od dachu. Ponadto indykatory powinny być umieszczone na dachu w miejscach umieszczenia otworów wentylacyjnych lub układów rozładowujących ciśnienie.
ROZMIESZCZENIE INDYKATORÓW IAC-B WYSOKOŚĆ STACJI 1900 MM Indykatory powinny być rozmieszczone pionowo ze wszystkich dostępnych stron stacji do wysokości 2 m od podłoża i w odległości 100 mm ± 5 mm od stacji. Jeśli stacja ma wysokość 1,9 m lub więcej Indykatory powinny również być umieszczone poziomo na wysokości 2 m i pokrywać obszar w odległości od 100 mm do 800 mm od stacji.
PARAMETRY PRÓBY Próbę należy przeprowadzić przy napięciu znamionowym lub niższym. Jeśli próba jest przeprowadzana przy niższym napięciu nie może dojść do zgaśnięcia łuku w żadnej z faz, w których łuk został zainicjowany. Dopuszcza się chwilowe zgaśnięcie łuku w jednej z faz, pod warunkiem, że łączny czas przerw w przepływie prądu nie przekroczy 2% czasu próby, pojedyncze zgaśnięcie nie będzie trwało dłużej, niż do następnego spodziewanego przejścia prądu przez zero oraz zachowana zostanie wymagana wartość całki składowej okresowej prądu I*t. Prąd podczas próby powinien być ustawiony z tolerancją ±5%. Jeśli przyłożone napięcie jest równe znamionowemu ta wartość tolerancji dotyczy tylko prądu spodziewanego. Jeśli wartość prądu podczas próby spada czas należy wydłużyć tak, aby wartość całki składowej okresowej prądu I*t osiągnęła żądaną wartość z tolerancją 0/+10%. W tym przypadku prąd powinien być równy wymaganej wartości przynajmniej w ciągu trzech pierwszych półokresów i na końcu próby nie powinien być niższy niż 50% wymaganej wartości.
PARAMETRY PRÓBY Wartość przewidywana prądu szczytowego powinna być równa 2,5 krotności (dla częstotliwości do 50 Hz) lub 2,6 krotności (dla 60 Hz) wartości skutecznej składowej okresowej z tolerancją 0/+5%. Jeśli próba przeprowadzana jest przy napięciu niższym od znamionowego rzeczywista wartość prądu szczytowego nie powinna być niższa niż 90% znamionowego prądu szczytowego. Chwila zamknięcia obwodu probierczego powinna być dobrana w taki sposób, aby wartość szczytowa prądu wystąpiła w jednej ze skrajnych faz oraz większa półfala prądu w drugiej skrajnej fazie. Dla częstotliwości znamionowej 50 Hz lub 60 Hz częstotliwość na początku próby powinna być w granicach od 48 Hz do 62 Hz. Dla innych częstotliwości nie powinna odbiegać od wartości znamionowej o więcej niż ±10%.
PRZEPROWADZENIE PRÓBY Sposób przeprowadzenia i ilość prób zależy od kilku czynników: Czy rozdzielnica WN posiada klasyfikację IAC według normy PN-EN 62271-200. Rodzaju zabezpieczeń transformatora. Rodzaju połączeń wewnętrznych WN. Miejsce inicjacji łuku powinno być usytuowane możliwie najdalej od źródła zasilania, a samo zasilanie podłączone tak, aby przepływ energii był taki, jak w eksploatacji. Dla każdego sposobu dostępu przeprowadzenie zwarcia łukowego trójfazowego w przedziale łączeniowym rozdzielnicy WN jest obowiązkowe. Prób zwarcia łukowego nie trzeba przeprowadzać na wewnętrznych połączeniach WN, jeśli: są zabezpieczone bezpiecznikami WN lub są izolowane w izolacji stałej z uziemionym ekranem oraz wyposażone w głowice również izolowane z uziemionym ekranem. W pozostałych przypadkach próbę na wewnętrznych połączeniach WN należy przeprowadzić.
KRYTERIA OCENY IAC-A (rozdzielnica) IAC-A (poł. wewn.) IAC-B Prawidłowo zabezpieczone drzwi i pokrywy nie otworzyły się. Kod IP nie musi zostać zachowany. Żadne elementy obudowy nie rozdzieliły się. Nie nastąpiło odrzucenie części o jednostkowej masie 60 g lub większej. Bariery, przeszkody lub osłony połączeń wewnętrznych )jeśli występują), nie są przemieszczone lub zdeformowane do pozycji wskaźników. Nie nastąpiło odrzucenie części o jednostkowej masie 60 g lub większej. Prawidłowo zabezpieczone drzwi i pokrywy nie otworzyły się. Kod IP nie musi zostać zachowany. Żadne elementy obudowy nie rozdzieliły się w przypisanym czasie próby. Nie nastąpiło odrzucenie części o jednostkowej masie 60 g lub większej.
KRYTERIA OCENY IAC-A (rozdzielnica) IAC-A (poł. wewn.) IAC-B Łuk nie spowodował powstania otworów w dostępnych stronach osłony do wysokości 2 m. Indykatory nie zapaliły się na skutek oddziaływania gorących gazów lub palących się cieczy. Łuk nie spowodował powstania otworów w dostępnych osłonach połączeń wewnętrznych WN (jeśli występują). Indykatory nie zapaliły się na skutek oddziaływania gorących gazów lub płomieni. Łuk nie spowodował powstania otworów w dostępnych stronach osłony od poziomu podłoża do wysokości 2 m. Indykatory nie zapaliły się na skutek oddziaływania gorących gazów lub palących się cieczy. Osłony pozostają połączone z punktem uziemiającym. Jeżeli wewnętrzne połączenie WN jest chronione przez uziemioną osłonę, osłona pozostaje przyłączona do punktu uziemiającego. Osłony pozostają połączone z punktem uziemiającym.
RAPORT Z BADAŃ Dane znamionowe oraz opis stacji transformatorowej wraz z rysunkiem określającym główne wymiary, szczegóły istotne dla wytrzymałości mechanicznej, układ klap rozładowujących ciśnienie oraz sposób mocowania rozdzielnicy do podłogi i/lub ścian. Układ połączeń w czasie próby. Miejsce i metodę inicjacji łuku. Rysunek rozmieszczenia obiektu badanego i ramy z indykatorami podczas próby. Napięcie zasilania i częstotliwość. Dla prądu spodziewanego lub probierczego: Wartość skuteczną składowej okresowej w ciągu trzech pierwszych półokresów, Największą wartość szczytową, Wartość średnią składowej okresowej w ciągu rzeczywistego czasu trwania próby, Czas trwania próby. Oscylogram(y) z przebiegami prądów i napięć. Ocenę wyników próby wraz z rejestracją obserwacji. Fotografie obiektu badanego przed i po próbie. Inne istotne spostrzeżenia. Rozmieszczenie kanałów rozładowujących ciśnienie i przestrzeni poniżej podłogi, jeśli jest wykorzystywana do wydmuchu gazów.
MOŻLIWOŚĆ PRZENOSZENIA WYNIKÓW BADAŃ Ważność wyników próby przeprowadzonej na konkretnej prefabrykowanej stacji lub jej reprezentatywnej części może być przeniesiona na inną stację wyposażoną w rozdzielnicę WN tego samego typu, pod warunkiem, że oryginalna próba była bardziej uciążliwa, a kolejne rozwiązanie jest podobne do badanego w następującym zakresie: Prądu łukowego i czasu trwania zwarcia łukowego, Kierunku wypływu gazów z miejsca zwarcia łukowego, Wymiarów i układu prefabrykowanej stacji, Struktury i wytrzymałości obudowy, podłogi i przegród (jeśli występują), Kratek wentylacyjnych, Wydajności urządzenia rozładowującego ciśnienie, jeśli występuje.
MOŻLIWOŚCI BADAWCZE LABORATORIUM BADAWCZEGO APARATURY ROZDZIELCZEJ Laboratorium Badawcze Aparatury Rozdzielczej jest niezależnym laboratorium badawczym z długoletnią tradycją, przeprowadzającym badania od ponad 50 lat. Laboratorium posiada akredytację od 17 września 1997: początkowo wg PN-EN 45001:1993, obecnie wg PN-EN ISO/IEC 17025:2005. Wielokrotne audyty PCA potwierdziły funkcjonowanie Systemu Zarządzania, duże kompetencje techniczne i kwalifikacje personelu do wykonywania badań, objętych zakresem akredytacji. W 2014 roku w wyniku audytu PCA, uzyskano wznowienie akredytacji na kolejny okres czteroletni, co zostało potwierdzone Certyfikatem Akredytacji Laboratorium Badawczego Nr AB 074, ważnym do dnia 21 listopada 2018 r.
MOŻLIWOŚCI BADAWCZE LABORATORIUM BADAWCZEGO APARATURY ROZDZIELCZEJ Laboratorium oferuje wszechstronne badania dla wytwórców i użytkowników urządzeń nn-wn oraz DC: badania wytrzymałości izolacji, pomiary rezystancji, pomiary przyrostów temperatury, próby prądem wytrzymywanym krótkotrwałym i szczytowym, próby funkcjonalne, weryfikację stopnia ochrony IP, weryfikację odporności mechanicznej IK, próby mechaniczne, próby łukowe oraz próby łączeniowe. Pod koniec bieżącego roku laboratorium zostanie wyposażone w nowy generator napięć udarowych o napięciu do 1 200 kv i energii 120 kj, który zastąpi obecnie eksploatowaną jednostkę. Również w tym roku laboratorium zakupi nowy sprzęt do przeprowadzania prób kompatybilności elektromagnetycznej w pełnym zakresie.
MOŻLIWOŚCI BADAWCZE LABORATORIUM BADAWCZEGO APARATURY ROZDZIELCZEJ Laboratorium dysponuje trzema napędzanymi przez silniki elektryczne generatorami zwarciowymi o parametrach wyjściowych: 6 kv/125 MVA, 11 kv/500 MVA, 11 kv/2500 MVA. Wyposażone jest również w: trzy jednofazowe transformatory zwarciowe (10 kv/ 250V 500 V 1000 V, 10/41 MVA każdy) oraz trzy jednofazowe transformatory zwarciowe WN (10 kv/ 15 kv 30 kv 60 kv 120 kv, 33/750 MVA każdy).
MOŻLIWOŚCI BADAWCZE LABORATORIUM BADAWCZEGO APARATURY ROZDZIELCZEJ W zakresie prób łukoochronności urządzeń elektroenergetycznych laboratorium przeprowadza próby zwarcia łukowego o parametrach: Próba łukoochronności rozdzielnic SN, 3-fazowa, do 50 ka / 1 s lub 63 ka / 0,5 s. Próba łukowa przekładnika, 1-fazowa, do 55 ka / 0,3 s, Próby łukowe rozdzielnic nn: 400 V, do 80 ka / 0,5 s, 690 V, do 63 ka / 0,5 s. Próby łukowe kabli 40 ka / 2 s.
PRÓBY ŁUKOWE Próby łukowe kabli są bardzo widowiskowe. Kabel WN 2XS(FB)2Y-GC-WTC 1x630RM/185 76/132 (145)kV produkcji TELE-FONIKA Kable S.A. Prąd zwarciowy 22 ka / 2s.
KONTAKT E-mail: zwarcia@iel.waw.pl Kierownik laboratorium Przemysław Berowski, 693 590 090, p.berowski@iel.waw.pl Kierownik techniczny sekcji WN (badania urządzeń SN i WN) Michał Babiuch, 604 579 722, m.babiuch@iel.waw.pl Kierownik techniczny sekcji nn (badania urządzeń nn, DC, próby klimatyczne, IP, IK) Janusz Domański, 605 245 586, j.domanski@iel.waw.pl Zakres akredytacji: http://www.pca.gov.pl/zakresy/zakresy.php?d=ab&z=ab%20074