Ochrany a jitn zazen Elektrick ochrany zazen slouc
- Slides: 60
Ochrany a jištění zařízení
Elektrické ochrany - zařízení sloužící pro zvyšování spolehlivosti dodávky el. energie - zařízení pro zvyšování využitelnosti elektroenergetických zařízení
Úkol elektrických ochran na základě vstupních informací o jednotlivých veličinách chráněného objektu (oblasti): - rozlišit, zda jde o poruchu nebo přípustný stav objektu - v případě poruchy uvnitř chráněného objektu vydat signál pro její odstranění - v případě akčního zásahu vypnout pouze postižený prvek soustavy
Požadavky na systém chránění A) Selektivita - ochrana musí vypínat pouze ten prvek (objekt) soustavy na němž vznikla porucha – pro tento případ jde o tzv. ochranu základní. Při jejím selhání, anebo při selhání vypínače který ovládá, musí vypínat ochrana záložní a to zpravidla s časovým zpožděním.
Požadavky na systém chránění B) Rychlost působení - je důležitá zejména při zkratech, aby se omezily nepříznivé tepelné a silové účinky zkratových proudů na energetická zařízení. …na druhé straně, např. při proudovém přetížení vyvolaném záběrným proudem asynchronních motorů, je rychlé působení ochrany nežádoucí.
Požadavky na systém chránění C) Citlivost a přesnost ochrany - musí zabezpečit spolehlivé rozlišení poruchy uvnitř chráněného objektu od poruch mimo něj
Požadavky na systém chránění D) Spolehlivost ochrany - musí být vysoká, neboť často působí pouze jednou za několik let. S tím souvisí odolnost ochrany proti vibracím, agresivním prostředím, vnějším elektromagnetickým rušivým polím, přetížením při velkých nadproudech a také i značným změnám teplot.
Poruchové stavy Zkrat - může mít za následek tepelné a mechanické poškození prvků 2. Přetížení - způsobuje přehřívání izolace či snížení mechanické pevnosti. Míra poškození závisí na teplotě přehřátí anebo na jejím časovém integrálu 3. Nadpětí - snižuje elektrickou pevnost izolace a zvyšuje pravděpodobnost vzniku zkratu 1.
Poruchové stavy Podpětí - může vést k proudovému přetížení 5. Nesouměrnost proudů a napětí - snižuje kvalitu dodávky el. energie a je nebezpečná zejména pro elektrické točivé stroje, kdy může zpětná složka proudu způsobit přehřívání rotorového vinutí 4.
Poruchové stavy Zemní spojení - způsobuje zvýšené napětí. Vzniká v izolovaných sítích, kde uzel zdroje není uzemněn anebo je připojen přes velkou impedanci 7. Asynchronní chod - nastává při ztrátě synchronizmu generátorů. Je nebezpečný zejména pro synchronní stroje a turbíny a má za následek také přetěžování vedení a transformátorů 6.
Poruchové stavy Zpětný tok výkonu – porucha zvlášť nebezpečná pro turbíny…pokud dojde k uzavření přívodu páry, generátor může pracovat jako synchronní motor… 9. Kývání synchronních strojů – projevuje se jako fiktivní zkrat pohybující se po vedeních mezi synchronními stroji 10. Snížení či zvýšení frekvence - je nebezpečné zejména v propojených elektrizačních soustavách 8.
Třídění ochran 1. Podle druhu chráněného objektu: a) b) c) d) e) f) g) vedení přípojnice transformátor generátor motor kondenzátorová baterie vypínač
Třídění ochran Podle druhu poruchy: 2. a) b) c) d) e) f) g) h) i) zkratová při přetížení nadpěťová podpěťová frekvenční při zemním spojení při zpětném toku výkonu při ztrátě buzení při nesouměrnosti
Třídění ochran 3. Podle funkčního principu: a) b) c) d) e) f) g) h) proudová ( i ) distanční ( z ) napěťová ( u ) srovnávací (rozdíl amplitud a fází) watová (p) jalová (q) frekvenční (f) při nesouměrnosti (zpětná složka proudu nebo napětí)
Vstupní veličiny pro ochrany - - proudové obvody – pro použití klasických přístrojových transformátorů 5 nebo 1 A, při použití senzorů řádově m. V napěťové obvody – 100 V
Přístrojové transformátory Použití přístrojových transformátorů umožňuje: transformaci jmenovitých napětí a proudů na jednotné normalizované hodnoty izolaci obvodů měřicích a jistících přístrojů od obvodů vvn a vn soustředit měřicí přístroje a ochrany v dozornách na jednom místě z dosahu silných elektrických a magnetických polí
Rozdělení PT - měřicí - určené pro měřící přístroje. Tyto musí být přesné především v okolí jmenovitých hodnot. V přechodných stavech (zkrat, přepětí apod. ) není naopak vysoká přesnost vyžadována - jistící - určené pro ochrany. Musí zajišťovat žádanou přesnost při velkých nadproudech a nízkých napětích
Jistící přístrojové transformátory napětí zadávají se tyto hodnoty: A) Jmenovité primární napětí U dvoupólově izolovaných transformátorů odpovídá jmenovitému sdruženému napětí rozvodné soustavy. U jednopólově izolovaných transformátorů je to jmenovité fázové napětí.
Jistící přístrojové transformátory napětí B) Jmenovité sekundární napětí U dvoupólově izolovaných transformátorů je to napětí 100 V a u jednopólově izolovaných transformátorů 100/ 3 V. Je-li použito další sekundární vinutí pro měření nulové složky napětí ve spojení do otevřeného trojúhelníka, má pak udáno jmenovité napětí 100/3 V.
Jistící přístrojové transformátory napětí C) Třídy přesnosti JTN – vyrábí se v třídách 3 P a 6 P. Při zatížení v rozsahu 25 až 100% jmenovité zátěže, při jmenovitém účiníku 0, 8 a při napětí o jmenovitém kmitočtu v rozsahu od 5% do nejvyššího dovoleného napětí nesmí chyby sekundárního napětí a jeho úhlu překročit definované hodnoty.
Jistící přístrojové transformátory napětí
Jistící přístrojové transformátory napětí D) Jmenovitý výkon Sn - Určuje nejmenší celkovou admitanci Y , kterou můžeme JTN zatížit na sekundární straně aniž se překročí dovolené chyby. Řada standardně vyráběných jmenovitých výkonů: 5, 10, 25, 50, 100, 200, 500 VA
Jistící přístrojové transformátory napětí
Jistící přístrojové transformátory napětí Kapacitní přístrojové transformátory - primární napětí se na výslednou sekundární hodnotu transformuje zpravidla ve dvou stupních. V prvním stupni se provede transformace napětí prostřednictvím kapacitního děliče napětí a v druhém stupni je měřící příslušenství, které zahrnuje klasický transformátor (indukční) a další pomocné zařízení
Jistící přístrojové transformátory napětí Kapacitní přístrojové transformátory
Jistící přístrojové transformátory proudu zadávají se tyto hodnoty: A) Jmenovitý převod …např. 300/5 A nebo 300/1 A. Zlomek se nesmí krátit. Jmenovitý sekundární proud bývá 5 A nebo 1 A
Jistící přístrojové transformátory proudu B) Třída přesnosti 5 Pn nebo 10 Pn. Písmeno P značí, že jde o jistící transformátory (protection). Chyby proudu a úhlu JTP nesmí překročit v rozsahu 50 až 100% jmenovité zátěže a při jmenovitém primárním proudu dovolené hodnoty. Např. označení 5 P 20 udává, že JTP při dvacetinásobku jmenovitého proudu nepřesáhne dovolené hodnoty chyb. „n“ je tzv. nadproudový činitel a bývá obvykle 5, 10, 15, 20, 30.
Jistící přístrojové transformátory proudu
Jistící přístrojové transformátory proudu C) Jmenovité zatížení sekundárního obvodu - bývá 2, 5 -5 -10 -15 -60 -120 VA. Pak musí pro zátěž o impedanci Z být splněna rovnice
Jistící přístrojové transformátory proudu D) Jmenovitý nárazový (dynamický proud) zkratový proud Ikm (ip) [k. A] E) Jmenovitý ekvivalentní oteplovací (thermický) zkratový proud Ike(obvykle t=1 s) F) Jmenovité (sdružené) napětí rozvodné soustavy.
Zkrat v elektrizační soustavě n Elektromagnetický přechodový jev n Nežádoucí spojení mezi fázemi nebo mezi fázemi a zemí, které vede ke snížení impedance elektrického obvodu a tím ke vzniku toku nežádoucích zkratových proudů n V místě zkratu dochází k poklesu napětí (pro kovový zkrat až k nule) n Je to nežádoucí jev a je cílem co nejrychleji po jeho vzniku odpojit poruchové místo od zdravé části ES n Vypnutí provádí v nn sítích jističe a pojistky, ve vn sítích pojistky a ochrany a ve vvn a zvn sítích pouze ochrany
Zkrat v elektrizační soustavě Relativní pravděpodobnost výskytu [%] Druh zkratu vn 110 k. V 220 k. V Trojfázový 5 0, 4 0, 9 Dvoufázový 10 4, 8 0, 6 Dvoufázový zemní 20 3, 8 5, 4 Jednofázový 65 91 93, 1
Výpočty zkratových proudů n Pro dimenzování zařízení je třeba provést výpočet maximálních zkratových proudů n Pro korektní nastavení ochran je třeba provést výpočet minimálních proudů při zkratu n Pro výpočet se používá metody souměrných složek (Fortescue) n Pro výpočet lze použít postupu uvedeného v ČSN EN 60909
Výpočet minimálních zkratových proudů n Předpoklady: n Volí se minimální napěťový součinitel c n Vybírá se konfigurace soustavy a minimální příspěvky od elektráren a síťových napáječů tak, aby vedli k minimální hodnotě zkratového proudu v místě zkratu (v případě paralelních vedení či transformátorů se uvažuje vždy pouze jeden prvek) n Zanedbávají se příspěvky motorů n Odpory vedení se uvažují při maximální teplotě
Výpočet minimálních zkratových proudů Napěťový součinitel c pro výpočet Jmenovité napětí Un Nízké napětí 100 V až 1000 V (IEC 60038, tab. I) maximálních zkratových proudů cmax 1) minimálních zkratových proudů cmin 1, 05 3) 1, 10 4) 0, 95 1, 10 1, 00 Vysoké napětí > 1 k. V až 35 k. V (IEC 60038, tab. III) Velmi vysoké napětí 2) > 35 k. V (IEC 60038, tab. IV) 1) Součin c max. Un by neměl překročit nejvyšší napětí Um pro zařízení soustavy 2) Pokud není definované jmenovité napětí, pak c max. Un = Um nebo cmin.
Výpočet minimálních zkratových proudů Metoda souměrných složek n Zkraty kromě trojfázového jsou nesouměrnými stavy soustavy n Každou nesouměrnou soustavu lze nahradit souměrnými složkami fázorů soustavy sousledné, zpětné a netočivé
Metoda souměrných složek
Metoda souměrných složek
Metoda souměrných složek !!!Souměrné složky fázorů mají shodnou frekvenci s frekvencí fázorů původní nesouměrné soustavy Velikost zkratových proudů v soustavě vypočítáme na základě vhodného matematického modelu, který provede náhradu trojfázové soustavy soustavou jednofázovou. To se provede rozkladem nesouměrné soustavy na tři soustavy souměrné.
Metoda souměrných složek
Metoda souměrných složek n Vzájemným propojením těchto obvodů získáme náhradní schémata pro jednotlivé druhy zkratů n Z toho důvodu pak tečou proudy i ve zpětném a netočivém schématu i když tam nejsou zdroje napětí n Pro sestavení korektních náhradních schémat je nutné znát náhradní schémata všech prvků ve všech složkových soustavách
Metoda souměrných složek
Trojfázový zkrat - kovový
Trojfázový zkrat - kovový
Trojfázový zkrat - kovový
Dvoufázový zkrat - kovový
Dvoufázový zkrat - kovový
Dvoufázový zkrat - kovový
Dvoufázový zkrat - kovový
Dvoufázový zemní zkrat - kovový
Dvoufázový zemní zkrat - kovový
Dvoufázový zemní zkrat - kovový
Dvoufázový zemní zkrat - kovový
Jednofázový zkrat - kovový
Jednofázový zkrat - kovový
Jednofázový zkrat - kovový
Jednofázový zkrat - kovový
Výpočty kovových zkratů n Trojfázový zkrat A-B-C n Jednofázový zkrat A-N n Dvoufázový zkrat B-C n Dvoufázový zemní zkrat B-C-N n Pro ostatní druhy zkratů je třeba provést přepočet natočení fází souměrných složek, amplitudy se nemění
Výpočty kovových zkratů Vektorové natočení souměrných složek Dvoufázové zkraty Typ zkratu n 0 n 1 n 2 B-C 0 1 1 A-B 0 a a 2 C-A 0 a 2 a Typ zkratu n 0 n 1 n 2 A-N 1 1 1 B-N 1 a 2 a C-N 1 a a 2 Typ zkratu n 0 n 1 n 2 B-C-N 1 1 1 A-B-N 1 a a 2 C-A-N 1 a 2 a Jednofázové zkraty Dvoufázové zemní zkraty