Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Metody ograniczania prądów zwarciowych w sieciach SN - stan obecny i tendencje rozwojowe

Methods for limiting the short-circuit current in mv nets current state and development trends
W pracy przedstawiono przykłady wykorzystania środków biernych i czynnych do ograniczania prądów zwarciowych w sieciach SN.
W pracy przedstawiono przykłady wykorzystania środków biernych i czynnych do ograniczania prądów zwarciowych w sieciach SN.
Rys. redakcja EI

Rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną przez odbiorców wymaga ciągłego rozbudowywania lub modernizowania sieci rozdzielczych okręgowych SN. Wartości natężenia prądów zwarciowych przepływających w takich obwodach, zwłaszcza zasilanych z sieci elektroenergetycznych o dużej mocy zwarciowej, są często znacznie wyższe (niekiedy kilkudziesięciokrotnie) od wartości prądów znamionowych cieplnych długotrwałych urządzeń rozdzielczych tam stosowanych. Nadmierne nagrzewanie się torów prądowych urządzeń w czasie trwania zwarcia powoduje także szybsze starzenie się ich izolacji. Wymusza to instalowanie w stacjach/rozdzielnicach drogiej aparatury rozdzielczej, o wysokich parametrach technicznych [2, 6].

Ograniczanie tak znacznych wartości prądów zwarciowych służy zmniejszaniu ich negatywnych skutków cieplnych i elektrodynamicznych [5, 7, 8], które w wielu przypadkach są trudne do opanowania, a likwidacja powstałych zakłóceń – kosztowna. Podejmowane w tym celu odpowiednie działania wiążą się nie tylko z potrzebą ograniczania wartości maksymalnych prądów zwarciowych, ale również ich stromości narastania i czasu trwania zwarcia. Zabiegi te mają istotny wpływ na obniżenie kosztów budowy (modernizacji) urządzeń rozdzielczych.

Celem nadrzędnym ograniczania prądów zwarciowych jest ogólna poprawa jakości energii w danej sieci, poprzez skuteczne ograniczenie w niej liczby i głębokości zapadów napięcia oraz czasu ich trwania [11, 14].

Ograniczanie prądów zwarciowych

Poziom prądów zwarciowych w sieciach SN można skutecznie ograniczać zarówno środkami biernymi, jak i czynnymi [7, 8, 11].

A. Do środków biernych ograniczania prądów zwarciowych można zaliczyć między innymi:

• sekcjonowanie szyn zbiorczych (rys. 1.),
• instalowanie transformatorów z podwyższonymi wartościami napięcia zwarcia,
• stosowanie transformatorów z dzielonymi uzwojeniami strony wtórnej (rys. 2.),
• wykorzystanie bezrdzeniowych dławików ograniczających (zwanych przeciwzwarciowymi),
• instalowanie w danym układzie wyłączników, zdolnych do realizowania łączeń synchronizowanych.

Rys. 1. Ograniczanie prądów zwarciowych przez sekcjonowanie szyn zbiorczych; rys. R. Berczyński, S. Kulas, H. Supronowicz
Rys. 2. Układ połączeń stacji SN umożliwiający obniżenie mocy zwarciowej na szynach SN; rys. R. Berczyński, S. Kulas, H. Supronowicz

a) Sekcjonowanie szyn zbiorczych (rys. 1.) prowadzi do zmniejszenia wartości mocy zwarciowej i ograniczenia prądu zwarciowego w danym obwodzie oraz do zwiększenia niezawodności zasilania odbiorców. Dzięki zmianie konfiguracji układu elektroenergetycznego, w przypadku uszkodzenia jednej sekcji szyn, druga sekcja umożliwia zasilanie, jeśli nie wszystkich, to najważniejszych odbiorników energii elektrycznej.

b) Instalowanie transformatorów z podwyższonymi wartościami napięcia zwarcia – transformatory o większych napięciach zwarcia skuteczniej ograniczają wartości prądów zwarciowych (reaktancja dla składowej symetrycznej zgodnej transformatora XT1 wzrasta wraz ze wzrostem jego wartości napięcia zwarcia DUk%); transformatory takie są jednak źródłem zwiększonych strat obciążeniowych mocy i energii biernej:

(1)

gdzie:

ΔUk% – napięcie zwarcia transformatora, w [%],
SNT – moc transformatora, w [MVA],
U – napięcie znamionowe, w [kV], po stronie uzwojeń transformatora, do której ma być odniesiona reaktancja XT1.

c) Stosowanie transformatorów z dzielonymi uzwojeniami strony wtórnej na dwie części; rozwiązanie takie jest zalecane zwłaszcza w stacjach elektrownianych i dużych stacjach elektroenergetycznych (rys. 2.).

Rys. 3. Trójbiegunowy dławik bezrdzeniowy do ograniczania prądów zwarciowych [7]
Rys. 3. Trójbiegunowy dławik bezrdzeniowy do ograniczania prądów zwarciowych [7]

Każda część uzwojenia strony wtórnej ma moc równą połowie mocy uzwojenia pierwotnego górnego napięcia, co istotnie wpływa na zmniejszenie mocy zwarciowej na szynach rozdzielni średniego napięcia.

d) Dławiki ograniczające (bezrdzeniowe) o stałej wartości indukcyjności (reaktancji), niezależnej od wartości przepływającego prądu, są stosowane do ograniczania prądów zwarciowych w stacjach elektroenergetycznych SN, w celu zwiększenia impedancji (reaktancji) obwodów zwarciowych (rys. 3.).

Dławiki do ograniczania prądów zwarciowych, poza parametrami właściwymi dla aparatów elektrycznych, charakteryzują się przede wszystkim:
• znamionowym procentowym napięciem zwarcia ΔU% lub
• reaktancją procentową względną dławika X*d.

Przy tym w praktycznych ich wykonaniach rezystancja dławika Rd jest znacznie mniejsza od reaktancji dławika Xd (Xd >> Rd), stąd ΔU% ≅ X*d [8, 11].

Wartość znamionowego procentowego napięcia zwarcia dławika ΔUd% wyznaczamy z zależności:

(2)

gdzie:

INd – prąd znamionowy ciągły dławika, w [kA],
UNd – napięcie znamionowe dławika, w [kV],
Xd – reaktancja dławika przy częstotliwości znamionowej, w [W],
X*d – reaktancja względna dławika, w [%].

W zależności od stopnia obniżenia prądu zwarciowego, dławiki budowane są na różne znamionowe procentowe napięcia zwarcia, od kilku do kilkunastu %. Są instalowane: na dopływach linii (rys. 4a), odpływach (głównie linii kablowych) (rys. 4b) oraz jako dławiki szynowe (sekcyjne) dzielące szyny zbiorcze (rys. 4c).

Rys. 4. Sposoby ograniczania prądów zwarciowych za pomocą dławików ograniczających zwarcie: a) układ z dławikiem dla kilku linii, b) układ z dławikiem liniowym, c) układ z dławikiem sekcyjnym (szynowym); rys. R. Berczyński, S. Kulas, H. Supronowicz

Na skutek zwiększenia impedancji (reaktancji) obwodów zwarciowych, uzyskuje się zarówno ograniczenie prądu zwarciowego w danym obwodzie, jak również podtrzymywanie napięcia na szynach zbiorczych na ustalonym poziomie, przy zwarciach w liniach za dławikiem (rys. 4b).

e) Łączenie synchronizowane oznacza wyłączenie prądu zwarciowego łącznikiem zestykowym, w którym chwila utraty styczności styków występuje z wyprzedzeniem o 1–3 ms względem chwili przechodzenia prądu przez zero (rys. 5.). Umożliwia to zgaszenie łuku elektrycznego przy pierwszym przejściu prądu przez zero [7, 10].

Rys. 5. Przebieg wyłączania prądu przemiennego wyłącznikiem synchronizowanym, gdzie: ia, ua – prąd i napięcie łuku, ipa – prąd połukowy, uc – napięcie powrotne; rys. R. Berczyński, S. Kulas, H. Supronowicz

Wyłączniki przeznaczone do łączeń synchronizowanych powinny w zasadzie dysponować osobnymi napędami dla poszczególnych biegunów. Stosowane wówczas napędy elektromagnesowe są zasilane najczęściej z baterii kondensatorowych o dużych pojemnościach, co zapewnia mały rozrzut czasów otwierania w poszczególnych biegunach łącznika [7]. Sumaryczny rozrzut wartości czasów własnych przy otwieraniu styków nie powinien przekraczać ±1 ms.

Przedstawione środki bierne ograniczania prądów zwarciowych nie wpływają w sposób zasadniczy na jakość energii, gdyż nie ograniczają w sposób istotny czasu trwania zwarcia, a zwłaszcza występowania zapadu napięcia w sieci [14].

B. Spośród stosowanych w sieciach SN czynnych środków ograniczania prądów zwarciowych należy w szczególności wyróżnić:

Rys. 6. Trójfazowy zespół bezpiecznikowy (ABB)
Rys. 6. Trójfazowy zespół bezpiecznikowy (ABB)

1. bezpieczniki topikowe;
2. ograniczniki prądu typu Is Limiter,
3. nadprzewodnikowe ograniczniki prądu.

1. Bezpieczniki SN są łącznikami bezstykowymi przeznaczonymi do zabezpieczenia przed skutkami zwarć transformatorów, silników, baterii kondensatorów, przekładników i linii elektroenergetycznych o niewielkich obciążeniach (rys. 6.).

Rys. 7. Wnętrze bezpiecznika SN (ABB); widoczny element topikowy w postaci cienkiej taśmy, z licznymi przewężeniami
Rys. 7. Wnętrze bezpiecznika SN (ABB); widoczny element topikowy w postaci cienkiej taśmy, z licznymi przewężeniami

Wewnątrz szczelnej obudowy wkładki bezpiecznikowej umieszczony jest w otoczeniu piasku kwarcowego element topikowy w postaci odpowiednio ukształtowanego drutu srebrnego lub miedzianego (rys. 7.), którego zadaniem jest przerwanie obwodu w wyniku stopienia się pod wpływem prądu zwarciowego o określonej wartości [7, 8]. Wkładki bezpiecznikowe są elementami jednorazowego działania.

Bezpieczniki charakteryzują się zdolnością wyłączania prądu zwarciowego o znacznych wartościach, przed osiągnięciem amplitudy pierwszej półfali tego prądu (skracając tym samym czas trwania zwarcia), a także względnie niskimi przepięciami łączeniowymi przy przerywaniu prądu zwarciowego. Prądy znamionowe ciągłe bezpieczników SN na ogół nie przekraczają 315 A, stąd nie mogą być stosowane w torach prądowych o znacznych prądach roboczych.

streszczenie

W pracy przedstawiono przykłady wykorzystania środków biernych i czynnych do ograniczania prądów zwarciowych w sieciach SN. Skuteczne ograniczenie wartości prądu zwarciowego oraz czasu jego trwania pozwala na poprawę jakości energii elektrycznej, a także na zmniejszenie przekrojów torów prądowych, stosowanie tańszych, o nieco niższych parametrach technicznych aparatów elektrycznych, jak również ograniczenie skutków zwarć łukowych w rozdzielnicach.



abstract

Methods for limiting the short-circuit current in mv nets current state and development trends

The paper presents examples of the use of passive and active means to limit short-circuit currents in MV grids. Effective limitation of short-circuit current and its duration, allows to improve the quality of electricity, as well as to reduce the cross-sections of current paths, use cheaper, with slightly lower technical parameters of electrical apparatus, as well as reduce the effects of arc faults in switchgears.

2. Ograniczniki prądu zwarciowego typu IS limiter są łącznikami ograniczającymi wartości szczytowe i czas trwania prądu zwarciowego w sieciach SN (rys. 8.). Aparat taki składa się z dwóch torów prądowych:

Rys. 8. Ogranicznik prądów zwarciowych Is limiter SN (ABB), gdzie: 1 – rura izolacyjna, 2 – ładunek wybuchowy, 3 – przewód główny rozrywany eksplozją ładunku pirotechnicznego, 4 – wkładka bezpiecznikowa, 5 – transformator impulsowy (pomiar prądu zwarciowego); rys. R. Berczyński, S. Kulas, H. Supronowicz
Rys. 8. Ogranicznik prądów zwarciowych Is limiter SN (ABB), gdzie: 1 – rura izolacyjna, 2 – ładunek wybuchowy, 3 – przewód główny rozrywany eksplozją ładunku pirotechnicznego, 4 – wkładka bezpiecznikowa, 5 – transformator impulsowy (pomiar prądu zwarciowego); rys. R. Berczyński, S. Kulas, H. Supronowicz

głównego, przewodzącego prądy robocze oraz
równoległego do niego toru, wyposażonego w bezpiecznik z piaskiem kwarcowym.

Tor główny wyposażony jest w ładunek wybuchowy, który eksploduje po podaniu sygnału z układu sterującego mierzącego szybkość narastania prądu. W wyniku tego działania następuje przerwanie toru głównego.
Prąd zwarciowy płynąc z kolei przez bezpiecznik bocznikujący tor główny jest ograniczany i ostatecznie wyłączany.
Całkowite przerwanie obwodu zwarciowego, od chwili wystąpienia zwarcia do chwili wyłączenia prądu, trwa poniżej 5 ms, tj. przed osiągnięciem przez prąd zwarciowy wartości szczytowej.

Łączniki tego typu są aparatami jednokrotnego działania, stąd istnieje konieczność wymiany wkładek bezpiecznikowych po każdorazowym zadziałaniu łącznika [6, 7].

(...)

Literatura

1. Behrens P., Cieleit A., Ginzburg M., Stachorra E.K: Fault current limiters for distribution networks –state of the art and development projects. Electrical Power Quality and Utilisation, Tom 8, Zeszyt 1/2, 2002r.
2. Ciok Z., Maksymiuk J., Kulas S., Zgliński K.: Problemy analizy, badania oraz eksploatacji urządzeń rozdzielczych, Sympozjum Krajowe pt. „ Elektryczna Aparatura Rozdzielcza”, EAR’2004, Poznań 2004, str. 9-18.
3. Janowski T. i inni: Nadprzewodnikowe ograniczniki prądu zwarciowego, Wyd. Drukarnia Liber, Lublin 2002.
4. Kozak S. i inni: Experimental and Numerical Analysis of Energy Losses in Resistive SFCL, IEEE Trans. Appl. Supercond., vol.15, no. 2, June 2005.
5. Kulas S.: Tory prądowe i układy zestykowe, OWPW, Warszawa 2008.
6. Leśniewski P.: Metody ograniczania prądów zwarciowych w sieciach niskiego napięcia, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej Nr 27, 2010, str. 73-78.
7. Maksymiuk J., Nowicki J.: Aparaty elektryczne i rozdzielnice, OWPW, Warszawa 2014.
8. Markiewicz H.: Urządzenia elektroenergetyczne, WNT, Warszawa 2008.
9. Neumann C.: Strombegrenzer. Erfahrungen aus dem Pilotprojekt und Moglischkeiten der Weiterentwicklung, Worshop “Supraleiter-Technologien und deren Anwendungen in der Energietechnik”, Hannower, 22 03.2006.
10. Shoffa V.N., Miedzinski B.: Sinchronnaja komutacja gerkonami elektriczeskich cepiej pieremiennovo toka, Proc. 3rd Int. Conf. on „REED Switches and Products” Ryazan, Russia, 2011, pp 48-60.
11. Strojny J., StrzałkaJ.: Projektowanie urządzeń elektroenergetycznych, AGH, UWND, Kraków 2008.
12. Wolny A. Partyka R, Leśniewski P., Semenowicz B.,Skamarski A.: Ograniczniki bezpiecznikowe prądów zwarciowych na duże prądy robocze, Sympozjum “Elektryczna aparatura rozdzielcza 2004”, czerwiec 2004 Poznań.
13. Wolny A., Semenowicz B.: Hybrid contactless short-circuit current limitation, 10-th International Symposium on “Short Circuit in Power Systems”, Łódź, 28-29 October 2002.
14. Norma PN -EN 50160:1998: Parametry napięcia zasilającego w publicznych w sieciach rozdzielczych. PKN 1998.

Czytaj też: Selektywna praca wyłączników instalacyjnych podczas zwarć >>>


[instalacje elektroenergetyczne,prądy zwarciowe,sieci SN,rozdzielnice SN,bezpieczniki SN,ograniczanie prądów zwarciowych,zwarcia]

Ten artykuł jest PŁATNY. Aby go przeczytać, wykup dostęp.
DOSTĘP ABONAMENTOWY
DOSTĘP SMS
Dostęp za pomocą SMS czasowo zawieszony







Reklamacje usługi prosimy zgłaszać przez formularz reklamacyjny
Masz już abonament - zaloguj się:
:
:
zapomniałem hasła
Nie posiadasz konta - kliknij i załóż »
Nie masz abonamentu - wykup dostęp:
Abonament umożliwia zalogowanym użytkownikom dostęp do wszystkich płatnych treści na naszym portalu.
Dostępne opcje abonamentowe:
Pakiet: dwuletnia prenumerata papierowa (20 numerów) + dwuletni dostęp do wszystkich treści portalu (730 dni) - 185,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Pakiet: roczna prenumerata papierowa (10 numerów) + roczny dostęp do wszystkich treści portalu (365 dni) - 105,00 zł
Prenumerata + on-line w promocyjnej cenie. Zamów już dziś!
Prenumerata elektroniczna (365 dni) - 79,00 zł
Roczny dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Prenumerata elektroniczna (30 dni) - 15,00 zł
30 dniowy dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Roczny dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Dwuletni dostęp dla prenumeratorów w specjalnej cenie! - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś dwuletnią prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
30 dniowy dla prenumeratorów w specjalnej cenie - 0,00 zł
Jeśli zakupiłeś roczną prenumeratę papierową, masz możliwość skorzystania z bezpłatnego dostępu do wszystkich treści elektronicznych. Po weryfikacji danych skontaktujemy się z Tobą). Dostęp na czas trwania prenumeraty papierowej!
Prenumerata elektroniczna (730 dni) - 138,00 zł
Dwuletni dostęp do wszystkich płatnych treści naszego portalu.
Regulamin korzystania z portalu elektro.info.pl - zobacz regulamin
Uwagi prosimy zgłaszać na adres:

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Konkurs z nagrodami! Zobacz które miejsce zdobędziesz »

Kable i przewody - pobierz bezpłatny Ebook »

Konkurs dla elektryków Ebook
Jesteś specjalistą z branży elektrycznej lub teletechnicznej?
Weź udział w pierszej edycji Ligi Specjalistów i poczuj emocje związane z rywalizacją w konkursie! Zaglądaj na stronę ligaspecjalistow.pl i odpowiadaj na pytania ze swojej branży.  
zobacz konkurs »
Przedstawiamy nowy poradnik „Kable i przewody”! Znajdziecie w nim m.in. metody ochrony kabli przed pożarem, jak prowadzić i oznaczać trasy kablowe (...) czytam dalej »


Akumulatory do każdego typu pojazdu »

Rozwój odnawialnych źródeł energii w Polsce »

Akumulatory do każdego typu pojazdu Magazyny energi w polsce
Niezależnie od tego czy jeździsz samochodem osobowym, SUV-em, terenówką czy autem dostawczym, znajdziesz(...) czytam dalej » Aparatura łączeniową i sterownicza dla automatyki przemysłowej, techniki medycznej oraz automatyki budynków(...) czytam dalej »

Jak zdalnie monitorować pracę silnika?

UPS zasilacze Jak przekształcić silni elektryczny w inteligentne, połączone bezprzewodowo urządzenia. Czujnik montowany jest na kadłubie silnika indukcyjnego niskiego napięcia bez potrzeby okablowania czy wprowadzania zmian mechanicznych (...) czytam dalej »


Switche niezarządzalne - które wybrać?

Systemy fotowoltaiczne. Jak zwiększyć efektywność energetyczną?

Switche niezarządzalne Rola miedzi w energetyce słonecznej
Switche niezarządzalne są to urządzenia, które mają za zadanie przekazywanie danych między urządzeniami w wymagającym środowisku przemysłowym. Ich zadaniem jest zapewnienie przede wszystkim stabilnej, jak również wydajnej komunikacji.(...) czytam dalej » Sektor energii słonecznej umacnia się coraz bardziej. Według Solar Power Europe, w roku 2017 została zainstalowana globalnie większa moc energii fotowoltaicznej niż (...) czytam dalej »

Stacje ładowania elektryków przed własnym domem »

Co się stało z tymi kablami?

miejska stacja ładowania Co sie stało z kablami
Samochody elektryczne stają się coraz bardziej popularne. Jednak ich żywot jest uzależniony od stacji ładowania. Stacja ładowania to urządzenie elektryczne, które(...) czytam dalej » Wszelkie błędy popełnione na etapie projektowania, wykonawstwa i eksploatacji nawarstwiają się latami, stopniowo pro­wadząc do wydłużenia czasu poświęcanego na administrację systemu, zmniejszając pewność jego działania i tym samym (...) czytam dalej »

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
12/2018

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 12/2018
W miesięczniku m.in.:
  • - Aspekty techniczne i ekonomiczne kompensacji mocy biernej w obiektach użyteczności publicznej
  • - Optymalizacja elektroenergetycznych sieci SN
Zobacz szczegóły

Innowacyjna stacja ładowania autobusów EV w Ostrawie

Holenderska firma Heliox dostarczyła pierwsze rozwiązanie do szybkiego ładowania autobusów elektrycznych z odwróconym pantografem w Czechach. Urządzenie o mocy 450 kW zainstalowano w...

Torba i walizka na narzędzia Knipex 1

Każdy posiadacz dużej liczby narzędzi zdaje sobie z tego sprawę, że utrzymanie ich w porządku ułatwia i przyspiesza pracę. Dlatego torby czy też walizki na narzędzia są świetnym...
ZPAS ZPAS
ZPAS z siedzibą w Przygórzu to lider produkcji szaf i obudów teleinformatycznych, energetycznych i automatyki oraz kompleksowych rozwiązań...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl