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 Přetížení - způsobuje přehřívání izolace či snížení mechanické pevnosti. Míra poškození závisí na teplotě přehřátí anebo na jejím časovém integrálu Nadpětí - snižuje elektrickou pevnost izolace a zvyšuje pravděpodobnost vzniku zkratu

Poruchové stavy Podpětí - může vést k proudovému přetížení 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

Poruchové stavy Zemní spojení - způsobuje zvýšené napětí. Vzniká v izolovaných sítích, kde uzel zdroje není uzemněn anebo je připojen přes velkou impedanci Asynchronní chod - nastává při ztrátě synchronizmu generátorů. Je nebezpečný zejména pro synchronní stroje a turbíny a má za následek také přetěžování vedení a transformátorů

Poruchové stavy Zpětný tok výkonu – porucha zvlášť nebezpečná pro turbíny…pokud dojde k uzavření přívodu páry, generátor může pracovat jako synchronní motor… Kývání synchronních strojů – projevuje se jako fiktivní zkrat pohybující se po vedeních mezi synchronními stroji Snížení či zvýšení frekvence - je nebezpečné zejména v propojených elektrizačních soustavách

Třídění ochran Podle druhu chráněného objektu: vedení přípojnice transformátor generátor motor kondenzátorová baterie vypínač

Třídění ochran Podle druhu poruchy: zkratová při přetížení nadpěťová podpěťová frekvenční při zemním spojení při zpětném toku výkonu při ztrátě buzení při nesouměrnosti

Třídění ochran Podle funkčního principu: 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 1A, při použití senzorů řádově mV napěťové obvody – 100V

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 100V 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 3P a 6P. 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. 300/5A nebo 300/1 A. Zlomek se nesmí krátit. Jmenovitý sekundární proud bývá 5A nebo 1A

Jistící přístrojové transformátory proudu B) Třída přesnosti 5Pn nebo 10Pn. 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 5P20 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) [kA] E) Jmenovitý ekvivalentní oteplovací (thermický) zkratový proud Ike(obvykle t=1s) F) Jmenovité (sdružené) napětí rozvodné soustavy.

Zkrat v elektrizační soustavě Elektromagnetický přechodový jev Nežádoucí spojení mezi fázemi nebo mezi fázemi a zemí, které vede ke snížení impedance elektrického obvodu a tím ke vzniku toku nežádoucích zkratových proudů V místě zkratu dochází k poklesu napětí (pro kovový zkrat až k nule) Je to nežádoucí jev a je cílem co nejrychleji po jeho vzniku odpojit poruchové místo od zdravé části ES 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 Druh zkratu Relativní pravděpodobnost výskytu [%] vn 110 kV 220 kV 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 Pro dimenzování zařízení je třeba provést výpočet maximálních zkratových proudů Pro korektní nastavení ochran je třeba provést výpočet minimálních proudů při zkratu Pro výpočet se používá metody souměrných složek (Fortescue) Pro výpočet lze použít postupu uvedeného v ČSN EN 60909

Výpočet minimálních zkratových proudů Předpoklady: Volí se minimální napěťový součinitel c 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) Zanedbávají se příspěvky motorů Odpory vedení se uvažují při maximální teplotě

Výpočet minimálních zkratových proudů Jmenovité napětí Un Napěťový součinitel c pro výpočet maximálních zkratových proudů cmax 1) minimálních zkratových proudů cmin Nízké napětí 100 V až 1000 V (IEC 60038, tab.I) 1,05 3) 1,10 4) 0,95 Vysoké napětí > 1 kV až 35 kV (IEC 60038, tab.III) 1,10 1,00 Velmi vysoké napětí 2) > 35 kV (IEC 60038, tab.IV) 1) Součin cmax . Un by neměl překročit nejvyšší napětí Um pro zařízení soustavy 2) Pokud není definované jmenovité napětí, pak cmax. Un = Um nebo cmin . Un = 0,9 . Um 3) Pro nn soustavy s tolerancí +6%, např. pro soustavy 400V 4) Pro nn soustavy s tolerancí +10%.

Výpočet minimálních zkratových proudů Metoda souměrných složek Zkraty kromě trojfázového jsou nesouměrnými stavy soustavy 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 Vzájemným propojením těchto obvodů získáme náhradní schémata pro jednotlivé druhy zkratů Z toho důvodu pak tečou proudy i ve zpětném a netočivém schématu i když tam nejsou zdroje napětí 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 Trojfázový zkrat A-B-C Jednofázový zkrat A-N Dvoufázový zkrat B-C Dvoufázový zemní zkrat B-C-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 n0 n1 n2 B-C 1 A-B a a2 C-A Jednofázové zkraty A-N B-N C-N Dvoufázové zemní zkraty B-C-N A-B-N C-A-N