Zabezpieczenia sieciowe Przygotował: Bartłomiej Rak kl 4Ec

Spis treści Ogólna zasada działania „różnicówki” Zabezpieczenie różnicowe wzdłużne Zabezpieczenie nadprądowe

Wyłącznik różnicowoprądowy (potocznie wyłącznik przeciwporażeniowy, różnicówka, bezpiecznik różnicowo-prądowy) — zabezpieczenie elektryczne służące do ochrony ludzi przed skutkami porażenia prądem elektrycznym przy dotyku pośrednim jak i bezpośrednim oraz przed pożarem. Zastosowanie Wyłącznik różnicowoprądowy jest stosowany jako ochrona dodatkowa, obok "samoczynnego wyłączenia zasilania" działającego przy bezpośrednim zwarciu faza-obudowa. Wykrywa on znacznie mniejsze prądy upływu, które mogłyby nie spowodować zadziałania zabezpieczeń nadprądowych ze względu na dużą rezystancję (np. ciała ludzkiego)

Budowa Wyłącznik można podzielić na 4 zasadnicze elementy: Styki torów prądowych wraz z zamkiem i dźwignią załączającą Wyzwalacz różnicowoprądowy, najczęściej jest to przekaźnik spolaryzowany Przekładnik Ferrantiego - w postaci pierścienia ferromagnetycznego, przez który przechodzą przewody fazowe i przewód neutralny Obwód testowania wyłącznika - umożliwia jego sprawdzenie w trakcie eksploatacji.

Zasada działania Podczas normalnej pracy, wektorowa suma prądów płynących przez przekładnik jest równa zero stąd w uzwojeniu wtórnym (nawiniętym na rdzeniu przekładnika) nie indukuje się SEM, przekaźnik spolaryzowany jest zamknięty (zwora przyciągana przez magnes stały) a styki główne zamknięte. Jeżeli w chronionym obwodzie pojawi się prąd upływowy (np. przez ciało człowieka do ziemi), to wtedy suma prądów w oknie przekładnika będzie różna od zera . W uzwojeniu wtórnym indukuje się SEM, która powoduje przepływ prądu przez cewkę przekaźnika spolaryzowanego. Pole magnetyczne wytworzone przez cewkę kompensuje pole magnetyczne magnesu stałego przekaźnika. Jeśli prąd upływu przekroczy próg zadziałania wyłącznika, przekaźnik spolaryzowany zostaje otwarty, zwalniając zamek i otwierając styki główne, a przez to odłączając zasilanie obwodu.

Podział i oznaczenia Ze względu na czułość (prąd zadziałania IΔn): * Wysokoczułe - IΔn nie większy od 30mA * Średnioczułe - IΔn pomiędzy 30 a 500mA * Niskoczułe - IΔn powyżej 500mA Ze względu na wykrywane rodzaje prądów upływu: * AC - prąd przemienny sinusoidalny * A - prąd przemienny sinusoidalny, prąd sinusoidalny wyprostowany jednopołówkowo i impulsowy * B - prąd przemienny sinusoidalny, prąd sinusoidalny wyprostowany jednopołówkowo i impulsowy, prąd stały Ze względu na wbudowane zabezpieczenie nadprądowe: * RCCB – wyłącznik różnicowoprądowy bez wbudowanego zabezpieczenia nadmiarowo-prądowego * RCBO – wyłącznik różnicowoprądowy z wbudowanym zabezpieczeniem nadmiarowo-prądowym Spis treści

Zabezpieczenie różnicowe wzdłużne Zabezpieczenie różnicowe jest podstawowym zabezpieczeniem średnich i dużych transformatorów oraz autotransformatorów. Według krajowych przepisów należy je stosować dla wszystkich jednostek o mocach znamionowych większych niż 5 MVA. Jego podstawową zaletą jest to, że przy odpowiedniej czułości reaguje na wszystkie zwarcia w obszarze ograniczonym miejscem zainstalowania przekładników prądowych po obydwu stronach. Tak więc zabezpiecza ono nie tylko przy zwarciach międzyfazowych czy doziemnych, ale także przy zwarciach zwojowych. W związku z tym, że prądy po obydwu stronach transformatora są przesunięte w fazie, odpowiednie połączenie przekładników prądowych musi to przesunięcie wyrównać. Dlatego po stronie uzwojeń transformatora łączonych w gwiazdę przekładniki łączy się w trójkąt, po stronie zaś uzwojeń łączonych w trójkąt przekładniki łączy się w gwiazdę. Ponadto przekładnie przekładników należy tak dobrać, aby przy normalnym obciążeniu transformatora i przy zwarciach zewnętrznych prądy wzdłużne po obydwu stronach członów różnicowych były sobie równe, więc …

-iL1w=iL1n  ;   -iL2w=iL2n  ;   -iL3w=iL3n Dzięki temu prądy różnicowe iL1d , iL2d , iL3d są bliskie zeru. Taki dobór głównych przekładników prądowych rzadko bywa możliwy, gdyż na ogół nie odpowiada typowym przekładniom. Wówczas stosuje się przekładniki pomocnicze wyrównawcze (lub autotransformatory). Przekładniki te stosuje się w celu nie tylko dokładnego wyrównania przekładni, lecz także kompensacji przesunięcia fazowego prądów po obydwu stronach zabezpieczanego transformatora. W takim przypadku przekładniki prądowe po obydwu stronach łączy się w gwiazdę, przekładnik wyrównawczy zaś - w układzie gwiazda/trójkąt i jeśli ma właściwie dobraną przekładnię, to wyrównuje zarówno przesunięcia fazowe prądów, jak i ich moduły.

Schemat zabezpieczenia różnicowego

Nawet idealne wyrównanie przekładni nie może spowodować tego, aby prądy różnicowe były równe zeru. Źródłami uchybowych prądów różnicowych są: - zmiana przekładni transformatora, dokonywana podczas regulacji napięcia przez zmianę położenia zaczepów, - udarowe prądy magnesowania rdzenia, - wzrost prądów magnesowania w warunkach stacjonarnych na skutek nadmiernego strumienia w rdzeniu, - błędy przekładników prądowych, szczególnie z powodu nasycenia rdzenia przy zwarciach zewnętrznych.

Odstrojenie przekaźnika różnicowego od prądów uchybowych polegające na wysokim nastawieniu progu pobudzenia i/lub stosowaniu opóźnienia jest niekorzystne. Jeśli bowiem zabezpieczenie powinno reagować na zwarcie zwojowe już pojedynczego zwoju, to należy próg pobudzenia prądowego nastawiać bardzo nisko, w miarę możliwości na poziomie 0,1 prądu znamionowego transformatora (przeliczonego na stronę wtórną), a w każdym przypadku poniżej 0,5 wartości tego prądu. Jeśli ma ono skutecznie zabezpieczać przed znacznymi uszkodzeniami wewnętrznymi i zaburzeniem stabilności systemu, to opóźnienie powinno być minimalne. Z tych względów w zabezpieczeniach różnicowych stosuje się specjalne środki zapobiegające zbędnemu działaniu pod wpływem prądów uchybowych. Realizuje się je na kilka sposobów.

Niedostateczne wyrównanie przekładni (spowodowane niedokładnym doborem przekładników prądowych głównych i/lub zmianą przekładni transformatora podczas regulacji napięcia) kompensuje się wprowadzając stabilizację procentową przekaźnika różnicowego. Dzięki temu charakterystyka zadziałania przekaźnika różnicowego w każdej fazie ma kształt przedstawiony rysunku obok. Pokazano na nim zależność prądu różnicowego, powodującego zadziałanie przekaźnika, od prądu wzdłużnego, określonego jako średnia wartość prądu po obydwu stronach członu różnicowego. Najczęściej można nastawiać minimalną wartość prądu pobudzenia Iro (przyjmowaną zwykle w granicach 0,1-0,5 prądu znamionowego transformatora) oraz nachylenie charakterystyki (przyjmowane przeważnie w granicach 20 - 70%). Przebieg charakterystyki jest nieliniowy celem zapewnienia wysokiej czułości zabezpieczenia bez powiększania stopnia stabilizacji.

Udarowe prądy magnesowania wywołują prądy różnicowe o bardzo znacznych wartościach. Obecnie dla odstrojenia od nich w zabezpieczeniach stosuje się powszechnie zasadę stabilizacji drugą harmoniczną tzn. jeśli druga harmoniczna w prądzie różnicowym przekroczy wartość przyjmowaną przeważnie na poziomie 0,2 harmonicznej podstawowej, działanie zabezpieczenia nie następuje. Metoda ta skutecznie odstrajająca od prądów udarowych ma jednak pewną wadę, gdyż w stanie przejściowym przy zwarciu wewnętrznym wywołującym nasycenie rdzeni przekładników, w prądzie różnicowym, który powinien spowodować niezwłoczne zadziałanie zabezpieczenia, pojawia się także druga harmoniczna. Może to być przyczyną opóźnienia zadziałania zabezpieczenia o kilkadziesiąt, a niekiedy nawet kilkaset milisekund.

Jeśli przekładniki prądowe są właściwie dobrane, to prądy różnicowe spowodowane przez ich błędy w stanie ustalonym przy zwarciach zewnętrznych są na tyle niewielkie, że stabilizacja procentowa skutecznie od nich odstraja. Natomiast w stanie nieustalonym może dojść do przejściowego nasycenia rdzeni przekładników, a w konsekwencji do znacznych uchybowych prądów różnicowych. Wówczas stabilizacja procentowa może się okazać niedostateczna. Bardziej skuteczna bywa stabilizacja drugą harmoniczną, która w przejściowym prądzie różnicowym przy zwarciach zewnętrznych jest znaczna, szczególnie podczas silnego nasycenia rdzeni przekładników. Stosowanie zarówno stabilizacji procentowej, jak i stabilizacji drugą harmoniczną na ogól skutecznie zapobiega zbędnemu działaniu podczas zwarć zewnętrznych, nasycających przekładniki. Spis treści

Zabezpieczenie nadprądowe Zwarciowe zabezpieczenia nadprądowe mogą być następujące: - bezzwłoczne odcinające - zwłoczne - ziemnozwarciowe

Zabezpieczenia nadprądowe bezzwłoczne odcinające Zabezpieczenia to instaluje się po każdej stronie zasilania transformatora lub tylko po stronie o większej mocy. Zadaniem tych zabezpieczeń jest ochrona transformatorów przy zwarciach na wyprowadzeniach uzwojeń po tej stronie po której je zainstalowano. Natomiast nie powinny one działać przy zwarciach na zaciskach transformatora po stronie przeciwnej. Nastawienie takie skutecznie odstraja również od udarowych prądów magnesowania, przeto zabezpieczenie może działać bezzwłocznie, powodując otwarcie wyłączników instalowanych po stronie wszystkich uzwojeń. Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne stosuje się jako zabezpieczenie rezerwujące zabezpieczenie różnicowe w transformatorach dużych mocy, a według krajowych przepisów może być uważane za podstawowe zabezpieczenie zwarciowe transformatorów o mocach mniejszych niż 5 MVA.

Schemat zabezpieczenia nadprądowego odcinającego. Cofnij

Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne Stanowi ono rezerwę zabezpieczeń zarówno podstawowych transformatora, jak i urządzeń zasilanych ze stacji, do której jest przyłączony transformator. Opóźnienie jest tak dobierane, aby zachować selektywność nie tylko względem zabezpieczeń innych urządzeń zasilanych ze stacji, lecz także selektywność otwierania wyłączników poszczególnych stron transformatora. Na przykład w układzie z rysunku 2 opóźnienia powinny spełniać warunek t1>t2>t3

Schemat zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego Cofnij

Zabezpieczenie ziemnozwarciowe zerowoprądowe Stosowane po stronie uzwojenia przyłączonego do sieci z dużym prądem zwarć doziemnych jest zabezpieczeniem rezerwowym zarówno przy nie wyłączonych doziemnych zwarciach wewnętrznych po stronie uzwojenia połączonego w gwiazdę, jak i przy nie wyłączonych prawidłowo zwarciach w sieci. Natomiast zabezpieczenie nie powinno działać przy niepełnofazowej pracy sieci. Zabezpieczenie działa zwłocznie, przyjmując opóźnienie zależnie od nastawień zabezpieczeń ziemnozwarciowych w sieci. Najczęściej wprowadza się opóźnienie o jeden stopień wyższe od opóźnienia drugiej strefy zabezpieczeń odległościowych instalowanych w sieci.

Zabezpieczenie ziemnozwarciowe instalowane po stronie trójkąta zabezpiecza to uzwojenie wraz z wyprowadzeniami przy zwarciach doziemnych, które najczęściej są zwarciami małoprądowymi. Nastawienie zależy od pojemności doziemnej połączonego w trójkąt uzwojenia transformatora i wyprowadzeń. Pojemność ta wyznacza wartość prądu płynącego przez przekaźnik przy zewnętrznym zwarciu doziemnym. Zabezpieczenie powinno być skutecznie odstrojone od tego prądu, aby nie działało przy zwarciach zewnętrznych. Zabezpieczenie ma opóźnienie ok.1 s.

Schemat zabezpieczenia ziemnozwarciowego zerowoprądowego.