Doświadczenia eksploatacyjne selektywnego wyłączania zwarć doziemnych w sieciach SN

Doziemienie jednej fazy w sieciach z izolowanym punktem neutralnym z reguły nie stanowi jeszcze poważnej awarii. Wzrasta jednak ryzyko porażenia prądem lub powstania groźnego zwarcia wielofazowego. Selektywnie działające zabezpieczenia ziemnozwarciowe pozwalają ograniczyć to ryzyko.

W artykule zostaną omówione wybrane zagadnienia dotyczące specyfiki pracy zabezpieczeń ziemnozwarciowych w sieciach średniego napięcia z izolowanym punktem neutralnym (p.n.). Przedstawione zagadnienia i spostrzeżenia są efektem analiz teoretycznych, doświadczeń ruchowych oraz prób zwarciowych.

Specyfika pracy sieci elektroenergetycznych średnich napięć w zakładach przemysłowych

Sieci SN w zakładach przemysłowych, w odróżnieniu od sieci rozdzielczych, są znacznie mniej rozległe [1, 2]. Z tego powodu poziomy ziemnozwarciowych prądów pojemnościowych w tych sieciach są odpowiednio niższe. Stosunkowo niska wartość prądu ziemnozwarciowego pozwala na zrezygnowanie z kompensacji. W sieciach rozdzielczych poprawę warunków działania zabezpieczeń ziemnozwarciowych zwykle uzyskuje się poprzez uziemianie punktu gwiazdowego transformatora przez rezystor (stałe lub chwilowe). Natomiast w Polsce, w sieciach przemysłowych, zazwyczaj nie stosuje się rezystora uziemiającego. Wynika to z różnych uwarunkowań technicznych, ekonomicznych (wyższe koszty inwestycyjne), prawnych (np. sieci górnicze) czy historycznych (zwyczajowych), Zajmując się tylko aspektami technicznymi takiego podejścia do sposobu pracy sieci można wymienić najważniejsze zalety izolowania p.n. w sieciach przemysłowych:

• wymuszanie dodatkowego prądu ziemnozwarciowego powoduje poważniejsze uszkodzenia silników zasilanych bezpośrednio z tej sieci w przypadku doziemienia w ich wnętrzu, stąd dołączanie dodatkowej impedancji do p.n. jest niewskazane,
• sieci przemysłowe są najczęściej sieciami kablowymi, co zmniejsza ryzyko bezpośredniego dotknięcia części czynnej, a małe prądy ziemnozwarciowe powodują niewielkie zagrożenie występowania niebezpiecznych napięć dotykowych w czasie doziemienia, w porównaniu z nimi sieci rozdzielcze, zwłaszcza napowietrzne, są pod tym względem znacznie bardziej niebezpieczne,
• w przypadku dużej sieci przemysłowej zmieniająca się i złożona topologia z wieloma transformatorami zasilającymi komplikuje prowadzenie ruchu przy pracy p.n. innego niż izolowany,
• w uzasadnionych przypadkach niewielki prąd ziemnozwarciowy pozwala na pracę z pojedynczym doziemieniem.

Często wymieniane są również wady izolowania p.n., do których można zaliczyć:

• utrudnione warunki działania automatyki zabezpieczeniowej dla zwarć doziemnych,
• częściej występujące zwarcia łukowe, przerywane, związane z małym naturalnym prądem ziemnozwarciowym sieci,
• wyższy współczynnik przepięć, występujący w stanach nieustalonych.

Aby wyeliminować lub przynajmniej zminimalizować niekorzystne efekty izolowania p.n. sieci, istnieje potrzeba stosowania odpowiednich przekaźników zabezpieczeniowych oraz ograniczników przepięć. Dlatego w dalszej części artykułu uwaga zostanie skupiona głównie na doborze i warunkach pracy zabezpieczeń ziemnozwarciowych.

Głównym celem szybkiego wyłączania zwarć doziemnych w sieciach przemysłowych jest ochrona urządzeń i maszyn, ponieważ utrzymujące się doziemienie może przerodzić się w zwarcie wielofazowe. Skutki takiej awarii są często kosztowne ze względu na powstałe uszkodzenia i przerwy w pracy. Niekiedy, jak np. w przemyśle wydobywczym, szybkie wyłączanie pojedynczego doziemienia jest wymogiem prawnym ze względów bezpieczeństwa. Zwykle jednak w czasie zwarcia doziemnego nie występują niebezpieczne napięcia na elementach dostępnych. Natomiast w sieciach rozdzielczych straty spowodowane ewentualnymi zwarciami wielofazowymi są stosunkowo niższe. Ważniejsze jest więc szybkie wyłączanie doziemień z powodu niebezpieczeństwa porażenia prądem elektrycznym.

Przytoczone wcześniej niektóre różnice sieci przemysłowych w stosunku do sieci rozdzielczych wymuszają też inne podejście do specyfiki działania zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Ze względu na niewielkie prądy ziemnozwarciowe, czasem nawet poniżej 1 A, zabezpieczenia w sieciach przemysłowych muszą charakteryzować się dużą czułością oraz powinny działać selektywnie przy zmieniającej się konfiguracji sieci, a więc zmieniającym się rozpływie prądów ziemnozwarciowych. Powinny one również prawidłowo wykrywać często występujące zwarcia doziemne łukowe, nie zmniejszając przy tym znacząco swojej czułości działania.

W praktyce można spotkać różne odmiany opisywanych wcześniej trzech zasadniczych sposobów pracy punktu neutralnego. Możliwe jest np. krótkotrwałe uziemienie przez rezystor sieci pracujących ze skompensowanym lub izolowanym punktem neutralnym. Chwilowe włączenie rezystancji pomiędzy punkt neutralny a ziemię wymusza przepływ składowej czynnej prądu ziemnozwarciowego. Osiąga ona wtedy wartość, która zapewnia odpowiednie „warunki” pracy zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Jeżeli we wcześniej wymienionych sieciach wystąpi zwarcie jednofazowe, prąd ziemnozwarciowy będzie miał znacznie niższe wartości od prądów, które popłyną podczas wystąpienia zwarć międzyfazowych. Wartości te często będą mniejsze od wartości prądów obciążeniowych. Dodatkowo można mieć do czynienia ze zwarciami pośrednimi (rezystancyjnymi), które jeszcze bardziej ograniczą wartość prądu zwarciowego. Dlatego zabezpieczenia stosowane w tego typu sieciach opierają swoje działanie na pomiarze czy wyznaczaniu takich wielkości jak napięcie zerowe, prąd zerowy czy też moc zerowa.

Dobór zabezpieczeń ziemnozwarciowych w sieciach SN z izolowanym p.n.

W sieciach izolowanych średniego napięcia są stosowane z reguły zabezpieczenia, których działanie oparte jest na kryterium nadprądowym lub kierunkowym [1, 2]. Najprostszym kryterium stosowanym do lokalizacji doziemienia jest kryterium nadprądowe. Kryterium to posiada wiele zalet, jak np. relatywnie prosta konstrukcja przekaźników zabezpieczeniowych. Dla tego kryterium nie ma konieczności ustalenia „kierunku działania”. Jest też ono „niewrażliwe” na uszkodzenia w obwodzie pomiaru składowej zerowej napięcia 3U0. Jednakże zakres stosowania tego kryterium jest w przypadku małych sieci izolowanych bardzo ograniczony. Wynika to głównie ze zmieniającej się wartości prądu zwarciowego w funkcji liczby załączonych pól. Zabezpieczenia nadprądowe nie mogą być nastawiane zbyt czule, ponieważ brak korelacji z napięciem 3U0 może powodować zbędne działanie zabezpieczeń od pojawiających się prądów uchybowych. Kryterium to zdaje egzamin tylko w przypadku bardzo krótkich linii, zazwyczaj zasilających transformator lub silnik. 

Bardziej złożone jest kryterium kierunkowe. Może ono mieć charakter kryterium biernomocowego, prądowego kierunkowego oraz admitancyjnego. Stosowanie kryteriów kierunkowych daje najlepsze rezultaty w aspekcie możliwości lokalizacji miejsca doziemienia. Dla takich przypadków nie ma potrzeby „dokładnego” określania wartości rozruchowych zabezpieczeń. Stosunkowo czule nastawione zabezpieczenia będą działały selektywnie w szerokim zakresie zmian konfiguracji sieci. Stosując zabezpieczenia kierunkowe większą uwagę należy zwrócić na wzajemne koordynacje tych zabezpieczeń, wartości nastawionych opóźnień czasowych, wzajemne blokady, itp. Jest to szczególnie istotne w polach zasilających poszczególne rozdzielnie przy skomplikowanym układzie sieci. Wskazane jest wtedy dokładne przeprowadzenie analizy teoretycznej, aby zagwarantować selektywność działania zabezpieczeń zarówno w warunkach pracy normalnej sieci, jak i w stanach awaryjnych. Jak wynika z doświadczeń eksploatacyjnych, analizy przeprowadzane dla istniejących obiektów często wykazują niespójność nastaw zabezpieczeń ziemnozwarciowych pracujących w jednej sieci. Efektem tego było najczęściej nieselektywne działanie tych zabezpieczeń.

Jednym z istotnych wymagań, jakie stawia się zabezpieczeniom ziemnozwarciowym, jest ich właściwe działanie przy zwarciach łukowych. Według danych literaturowych i eksploatacyjnych stanowią one 70...90% zwarć jednofazowych z ziemią. W czasie zwarć łukowych dochodzi do cyklicznego impulsowego przeładowania pojemności sieci. Przykładowe przebiegi występujące podczas takich zwarć przedstawiono na rysunku 1. W takich warunkach praktycznie nie występuje składowa 50 Hz w mierzonym prądzie ziemnozwarciowym, co znacznie utrudnia realizację kryteriów kierunkowych w zabezpieczeniach. Można się spodziewać, że nie wszystkie stosowane algorytmy właściwie reagują na wielkości wejściowe występujące podczas zwarć łukowych. Może to być powodem niektórych nieselektywnych zadziałań.

Przekładniki prądowe stosowane w sieciach o małym prądzie zwarcia doziemnego

Ważnym czynnikiem wpływającym na poprawność funkcjonowania każdego typu zabezpieczeń jest właściwy dobór i montaż przekładników prądowych. Ma to szczególne znaczenie w sieciach izolowanych. Dobrej klasy przekładniki ziemnozwarciowe, np. Ferrantiego, pozwalają poprawnie zmierzyć prądy już od wartości 100 mA. Należy mieć jednak świadomość, że w przypadku stosowania przekładników ziemnozwarciowych, o dokładności pomiaru decyduje nie tylko ich klasa, ale właśnie poprawność montażu w miejscu zainstalowania oraz stopień obciążenia przekładnika. Przy zachowaniu odpowiedniej „jakości” montażu, można uchyb prądowy zminimalizować do poziomu niewpływającego w istotny sposób na wynik pomiaru. Błąd systematyczny transformacji (polegający na zmniejszeniu wartości prądu płynącego po stronie wtórnej przekładnika) w funkcji wielkości obciążenia można wtedy uwzględnić przy parametryzacji wartości wielkości rozruchowej przekaźników.

Z dostępnych doświadczeń eksploatacyjnych wynika, że jednym z najczęstszych błędów montażowych jest niewłaściwe uziemienie pancerza kabla. Poprawny sposób uziemienia pancerza kabla został przedstawiony na rysunku 2. Inny sposób uziemienia pancerza kabla niż pokazany na rysunku 2. spowoduje przepływ przez okno przekładnika dodatkowego prądu będącego prądem wyrównującym potencjały siatek uziemiających powiązanych z końcami kabla. Prąd ten może zostać wygenerowany dopiero w czasie zwarcia doziemnego, co z kolei może być przyczyną nieselektywnego działania zabezpieczeń.

Występują również przypadki uziemienia pancerza kabla na odcinku pomiędzy przekładnikiem ziemnozwarciowym a końcówką kabla (np. poprzez pozostawienie uziemionych metalowych obejm mocujących kable). W takim przypadku występuje efekt „zwartego zwoju”. Bocznikuje on prąd doziemny mierzony przez przekładnik ziemnozwarciowy. Przypadek taki ma często miejsce na modernizowanych obiektach, gdy – ze względów konstrukcyjnych – założenie przekładnika bezpośrednio na końcu kabla (w polu rozdzielnicy) jest utrudnione. W takim przypadku przekładnik montowany jest od strony kablowni – przed przejściem przez strop rozdzielni. Zapomina się wtedy o istniejących uchwytach kablowych.

Zbyt bliskie usytuowania przekładnika ziemnozwarciowego względem końca kabla również może być przyczyną powstania dodatkowych prądów uchybowych indukowanych po stronie wtórnej przekładnika przy przepływie prądów zwarciowych, łączeniowych, a nawet roboczych. Zalecany sposób montażu wynikający z przeprowadzonych prób zwarciowych i doświadczeń eksploatacyjnych przedstawiony został na rysunku 3.

Łączenie równoległe kilku przekładników w przypadku zabezpieczania wiązki kabli równoległych prowadzi do powstawania poważnych uchybów w transformacji prądów doziemnych. Jest to spowodowane wzajemnym obciążaniem się przekładników. W takim przypadku należy zastosować wyselekcjonowane przekładniki o zbliżonych charakterystykach. Dobre efekty daje też zastosowanie jednego przekładnika obejmującego swym obwodem magnetycznym wszystkie kable równoległe.

Niedokładne skręcenie lub zabrudzenie w czasie montażu powierzchni styku połówek rdzenia przekładników o dzielonym rdzeniu w sposób zdecydowany pogarszają parametry przekładnika, a w szczególności wpływają na wzrost uchybu transformacji prądów. Omyłkowe zwarcie końcówek uzwojenia pomocniczego służącego do przeprowadzania okresowych sprawdzeń zabezpieczeń powoduje również nieprawidłową pracę przekładnika.

Wychwycenie większości błędów montażowych jest możliwe przez dokonanie pomiaru przekładni prądowej przekładnika. Do pomiaru prądu po stronie wtórnej należy zastosować miliamperomierz o oporności wewnętrznej nieprzekraczającej 1 W, aby w jak najmniejszym stopniu obciążyć przekładnik. Pomiaru należy dokonywać przy wyłączonym polu i nieuziemionym kablu. Pojawienie się prądu po stronie wtórnej, mimo wyłączenia pola i braku uziemień kabla, świadczy o niewłaściwym dodatkowym uziemieniu pancerza kabla za przekładnikiem. W praktyce można było napotkać również przypadki, kiedy przekładnik ziemnozwarciowy był zamocowany w pobliżu (ok. 10 cm) stalowej konstrukcji budynku. Prąd płynący w tej konstrukcji powodował indukowanie się prądu w uzwojeniu wtórnym przekładnika o wartości kilku mA.

Duża impedancja obwodów wejściowych zabezpieczenia lub duża rezystancja przewodów łączeniowych w obwodach wtórnych przekładników prowadzą do znacznych uchybów. Przykładowe charakterystyki błędu amplitudy w funkcji prądu pierwotnego dla różnych wartości obciążenia przekładnika pokazane zostały na rysunku 4. Do badań zostały wybrane przekładniki specjalnie dostosowane do pracy w sieciach o bardzo małych prądach zwarcia z ziemią.

Pewne problemy mogą wiązać się również z pomiarem napięcia 3U0, generowanego w obwodzie tzw. „otwartego trójkąta” przekładników napięciowych. Zdarza się, że w obwodzie tym pojawia się napięcie o znacznej wartości w czasie, gdy rozdzielnia jest nieobciążona. Znane są przypadki, gdy wartość tego napięcia osiągała 30 V. Napięcie to było efektem asymetrii obciążenia przekładników napięciowych. W tym konkretnym przypadku przekładniki napięciowe były niesymetrycznie obciążone licznikami umieszczonymi w prawie każdym polu rozdzielni. W tej sytuacji należy rozłożyć obciążenia przekładników napięciowych równomiernie pomiędzy poszczególne fazy lub dodatkowo dołożyć obciążenie korygujące asymetrię, tak aby nie dochodziło do zbędnych działań zabezpieczeń.

W obwodzie „otwartego trójkąta” w czasie normalnej pracy sieci wartość napięcia jest bliska zeru. Z tego powodu w razie wystąpienia jakiejkolwiek usterki w tym obwodzie, nie ma możliwości zaalarmowania obsługi o fakcie jej wystąpienia. Usterka ta ujawnia się dopiero w czasie zwarcia doziemnego i prowadzi do braku działania automatyki zabezpieczeniowej. Najczęstsze usterki to przerwy i zwarcia w obwodzie 3U0, rozprowadzonym jako szyny okrężne po wszystkich polach rozdzielni. Dlatego należy okresowo dokonywać przeglądów stanu obwodów otwartego trójkąta.

Osobnym problemem jest zapewnienie prawidłowej „kierunkowości” obwodów prądowych i napięciowych. Częstą sytuacją jest brak w dokumentacji projektowej oznaczenia „początku i końca” uzwojenia pierwotnego przekładników Ferrantiego, a analityczne ustalenie „kierunkowości” jest często utrudnione. Prowadzi to więc do ich niewłaściwego montażu, a w konsekwencji do nieselektywnego działania zabezpieczeń. 

Zjawisko ferrorezonansu

W sieciach izolowanych o niewielkich prądach zwarcia z ziemią może powstać zjawisko ferrorezonansu. Zjawisko to najczęściej objawia się występowaniem drgań elektrycznych o częstotliwości zbliżonej do 25 Hz. Powstanie drgań o wyższej częstotliwości (50 Hz i 150 Hz) jest znacznie mniej prawdopodobne lub są one samoistnie wygaszane. Czynnikiem inicjującym drgania są najczęściej stany nieustalone. Najczęściej są one wynikiem manipulacji łączeniowych lub wyłączenia zwarcia doziemnego. Doświadczenia obiektowe [3] potwierdzają, że podczas przeprowadzania prób ziemnozwarciowych wielokrotnie obserwowano to zjawisko. Na jednych obiektach obserwowane drgania ustawały samoistnie lub po dociążeniu przekładników. Zdarzały się również przypadki, kiedy „wygaszenie” ferrorezonansu było możliwe tylko poprzez odłączenie przekładników napięciowych. Przykład rejestracji zjawiska ferrorezonasu przedstawiono na rysunku 5.

Drgania ferrorezonansowe stanowią zagrożenie szczególnie dla przekładników napięciowych. Przekładniki te nadmierne nagrzewają się i w efekcie dochodzi do ich uszkodzenia. Z tego powodu powinno się ograniczać możliwość powstania tego zjawiska. Można tego dokonać poprzez obciążenie dodatkową rezystancją obwodu otwartego trójkąta oraz obwodów wtórnych przekładników poszczególnych faz. Dodatkowa rezystancja wprowadza odpowiednio większe tłumienie do obwodu rezonansowego, co zwykle pomaga w samoistnym wygaszeniu drgań ferrorezonansowych. Innym sposobem może być obniżanie napięcia nieobciążonej rozdzielni. Zmniejsza się przez to prawdopodobieństwo wejścia w obszar pracy nieliniowej przekładników napięciowych. W rozległych sieciach wskazane jest również ograniczenie liczby przekładników napięciowych. Środkiem niezapobiegającym powstawaniu ferrorezonansu, ale umożliwiającym obsłudze podjęcie stosownych działań, jest zainstalowanie urządzeń wykrywających ferrorezonans. Przykładem mogą być tu zabezpieczenia rodziny ZI₀ posiadające człon wykrywający składową 25 Hz w napięciu 3U₀ w obwodzie otwartego trójkąta.

Doświadczenie eksploatacyjne

Mikroprocesorowe zabezpieczenie ziemnozwarciowe typu ZI₀ jest zabezpieczeniem wykorzystywanym do lokalizacji i selektywnego wyłączania zwarć doziemnych. Przeznaczone jest dla sieci średnich napięć izolowanych, uziemionych przez rezystor i kompensowanych z wymuszeniem składowej czynnej. Jednak ze względu na wysoką czułość jest przeznaczone przede wszystkim dla sieci o małym prądzie zwarcia z ziemią. Przyjęta koncepcja działania zabezpieczenia pozwala na właściwe lokalizowanie doziemień niezależnie od rodzaju zwarcia (metaliczne, łukowe, oporowe). Duża czułość zabezpieczenia (która praktycznie nie maleje przy zwarciach łukowych) umożliwia jego stosowanie w sieciach o bardzo małych prądach zwarcia z ziemią. Zabezpieczenie typu ZI₀-1 składa się z trzech członów pomiarowych: napięciowego, prądowego i kierunkowego. Każdy z członów może wygenerować impuls wyłączający z niezależnym czasem opóźnienia. Wykorzystując człony kierunkowe i wejścia blokujące dwóch zabezpieczeń ZI₀-1, można zrealizować zabezpieczenie ziemnozwarciowe odcinkowe. Dzięki zastosowaniu trzech członów pomiarowych i bogatym funkcjom logicznym można w większości przypadków tak dobrać nastawy, aby zabezpieczenie poprawnie działało przy zmieniającej się konfiguracji sieci. Zabezpieczenie ZI₀-1 jest opcjonalnie wyposażane w rejestratory zdarzeń i zakłóceń oraz interfejs RS-485 do komunikacji z systemem nadrzędnym.

Zabezpieczenia ziemnozwarciowe z rodziny ZI₀ stosowane są od roku 1997 [3, 4]. Obecnie zainstalowane są na około tysiącu pól średniego napięcia. Są to zabezpieczenia szczególnie przystosowane do pracy w sieciach izolowanych o bardzo małych prądach zwarcia z ziemią (np. układy potrzeb własnych bloków energetycznych). Standardowo wartość rozruchowa ich członów prądowych kierunkowych jest nastawiona bardzo czule, tj. 4 mA (przy przekładni przekładnika 100:1 daje to 0,4 A po stronie pierwotnej). Sporadycznie stosowano również nastawę 2 mA. Tak czułe zabezpieczenia pozwalają na prawidłowe wykrywanie zwarć doziemnych w większości istniejących sieci, nawet przy znacznie zmieniającej się ich konfiguracji. Jedynym warunkiem jest to, aby sumaryczny prąd pojemnościowy „zdrowych” linii przekraczał 0,6 A (przy założonym współczynniku czułości 1,5). Odpowiada to długości około 600 metrów typowego kabla 6 kV. Człony czasowe zabezpieczeń ZI₀ w polach zasilających transformatory i silniki są z reguły nastawiane na 0,2 s. Mimo tak dużej czułości nastaw prądowych i krótkich opóźnieniach czasowych doświadczenia eksploatacyjne są bardzo pozytywne dla tego typu zabezpieczeń. Miały one okazję zadziałać już kilkadziesiąt razy, wykazując przy tym 100% selektywności działania. Na chwilę obecną brak jest danych o jakimkolwiek nieselektywnym zadziałaniu tych zabezpieczeń, a dane poawaryjne od użytkowników tych zabezpieczeń potwierdzają wysoką pewność podejmowanych przez nie decyzji. Z kilku obiektów otrzymano informacje, że zabezpieczenie ZI₀ charakteryzuje się wyjątkową czułością. Przykładowo, po wyłączeniu pola przez zabezpieczenie, pracownicy dokonywali sprawdzenia izolacji induktorem, nie znajdując powodu wyłączenia. Pole zostało załączone, a zabezpieczenie ponownie wyłączyło to pole. Sytuacja ta powtórzyła się kilkakrotnie, a obsługa podejrzewała uszkodzenie zabezpieczenia. Dopiero przeprowadzona próba napięciowa tego pola wykazała uszkodzenie izolacji. Można zatem pokusić się o stwierdzenie, że każde wyłączenie lub sygnalizacja doziemienia przez zabezpieczenie ZI₀ powinno być analizowane przy założeniu wysokiej pewności podjętej przez nie decyzji. Przykład doziemienia zarejestrowanego przez wewnętrzny rejestrator zabezpieczenia ZI₀ został przedstawiony na rysunku 6.

Przeprowadzone próby zwarciowe rodziny zabezpieczeń ziemnozwarciowych typu ZI₀ w kilku elektrowniach i zakładach przemysłowych (m.in. Elektrownia Turów, KWB Bełchatów, Cementownia Strzelce Opolskie, Elektrownia Opole, kopalnia bazaltu w Wilkowie, Elektrownia Bełchatów) potwierdziły poprawność działania tych układów zarówno przy zwarciach metalicznych, łukowych, jak też prawidłowe zachowanie się w czasie występowania ferrorezonansu.

Kolejnym etapem testów było sprawdzenie możliwości „sygnalizowania” przez zabezpieczenie wyładowań niezupełnych występujących w sieci. W 1998 roku w Elektrowni Bełchatów przeprowadzono próby zwarciowe w sieci SN, która w zależności od konfiguracji może pracować z punktem neutralnym izolowanym lub uziemionym przez rezystor. Próby miały na celu wykazanie, które z zabezpieczeń ziemnozwarciowych wytypowanych do prób działa poprawnie, przy obydwu konfiguracjach sieci. Dodatkowo wykonano próby mające na celu stwierdzenie możliwości lokalizowania uszkodzonego pola przez zabezpieczenia ziemnozwarciowe przy zwarciach łukowych o bardzo krótkim czasie trwania. Próbom poddano kilka typów dostępnych na rynku polskim zabezpieczeń ziemnozwarciowych, wśród nich było również opisywane wcześniej zabezpieczenie typu ZI₀.

Wyniki prób wykazały, że zastosowane w zabezpieczeniu typu ZI₀ kryterium działania jest poprawne zarówno dla sieci z punktem zerowym izolowanym, jak i uziemionym przez rezystor. Również w przypadku pojawienia się pojedynczych impulsów prądu ziemnozwarciowego, dzięki dużej czułości obwodów wejściowych układu, zabezpieczenie potrafiło poprawnie wskazać kierunek przepływu prądu.

Podsumowanie

W artykule omówiono wybrane zagadnienia dotyczące specyfiki pracy zabezpieczeń ziemnozwarciowych w izolowanych sieciach średniego napięcia. Na podstawie analiz teoretycznych, doświadczeń ruchowych oraz prób zwarciowych można stwierdzić, że właściwy dobór i parametryzacja zabezpieczeń ziemnozwarciowych, stosowanych w takich sieciach [4, 5], może w sposób znaczący poprawić selektywność i szybkość podejmowanych przez nie decyzji. Jednocześnie z doświadczeń eksploatacyjnych wynika, że jednym z kluczowych zagadnień, umożliwiających uzyskanie dużej poprawności, selektywności i szybkości podejmowanych decyzji jest nie tylko właściwy wybór kryterium decyzyjnego i typu terminalu zabezpieczeniowego, ale również dobór i odpowiedni montaż przekładników prądowych.

Literatura

1. A. Pawłowski, A. Trybus, Zabezpieczenia ziemnozwarciowe, OWPT, Bielsko-Biała 1983.
2. Prace naukowe Instytutu Energoelektryki Politechniki Wrocławskiej. Seria: konferencje – „Zjawiska i zabezpieczenia ziemnozwarciowe w sieciach rozdzielczych średniego napięcia”, II Krajowa konferencja naukowo-techniczna, Szklarska Poręba, maj 1997 r.
3. W. Graczykowski, M. Trojanowski, G. Konopiński, Badania reakcji zabezpieczeń ziemnozwarciowych podczas prób zwarciowych w Elektrowni Bełchatów – wyniki prób zwarciowych.
4. M. Talaga, F. Rodoń, Dokumentacja techniczno-ruchowa mikroprocesorowego zabezpieczenia ziemnozwarciowego typu ZI0, Energotest-Energopomiar 1999 r.
5. W. Hoppel, J. Lorenc, Podstawy doboru zabezpieczeń w polach SN, „Automatyka Elektroenergetyczna” 2003, nr 1, s. 45–50.
6. J. Lorenc, W. Hoppel, Techniczne środki wspomagające działanie zabezpieczeń ziemnozwarciowych w sieciach SN, „Przegląd Elektrotechniczny”, R.85 9/2009, s. 241–248.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!