Rozdílové ochrany kabelových vedení Ochrany a zabezpečovací systémy KEE/OZS Lukáš Fait Tomáš Frank

Rozdílové ochrany kabelových vedení Požadavky kladené na ochrany Chránění kabelových vedení Digitální diferenciální ochrany Ukázka diferenciální ochrany ABB

Požadavky kladené na ochrany Rychlost vybavení ochrany Selektivita ochrany Citlivost ochrany Spolehlivost ochrany Snadná údržba Rychlost vybavení ochrany Je dána dobou od vzniku poruchy do vypnutí vypínače. Volba ochrany je dána druhem poruchy (chceme-li působení mžikové i zpožděné). Doba vypnutí je dána vlastní dobou vybavení ochrany a Dobou,za kterou provede vypínač vypnutí. Dostatečná rychlost vybavení zmenšuje nároky na dimenzování chráněného objektu. Rychlé vypnutí poruchy zvětšuje stabilitu soustavy a omezuje chod spotřebičů při sníženém napětí. Selektivita ochrany Ochrana musí vypínat pouze tu část soustavy, na které vznikla porucha, nesmí přitom vyloučit možnost působení záložních ochran. Selektivity se dosahuje: - časovým odstupňováním (nadproudové a distanční ochrany) - porovnáním vybraných veličin na začátku a na konci chráněného úseku (rozdílová a srovnávací ochrana) - odstupňováním úrovní nastavené veličiny - směrovým nastavením ochran Citlivost ochrany Je to velikost měřené veličiny, na kterou je ochrana nařízena a podle níž vyhodnocuje zda se jedná o poruchu. V provozu je nutná určitá bezpečnost chránění, proto je funkce ochrany nastavena na méně nebezpečnou hodnotu stavové veličiny než odpovídá poruše. Přesnost ochrany Je to poměrná chyba citlivosti ochrany. Spolehlivost ochrany Je to schopnost ochrany spolehlivě zapůsobit při vzniku poruchy. Pokud porucha nevznikne nesmí dojít k vybavení ochrany. Spolehlivost ochrany je dána její jednoduchostí, kvalitou, správnou montáží, pravidelnou kontrolou funkce ochrany. Snadná údržba Pro zvětšení spolehlivosti se provádějí periodické revize ochran. Proto je nutná snadná údržba. Tím, že jsou ochrany pravidelně zkoušeny, zmenšuje se pravděpodobnost jejich poruchy. Další požadavky kladené na moderní ochrany jsou miniaturizace ochran, odolnost ochran, dlouhá životnost, kompatibilita s ostatní automatizační technikou. Při posuzování prioritních požadavků kladených na ochrany se postupuje individuálně podle konkrétní situace.

Chránění kabelových vedení Zásady pro volbu chránění Norma ČSN 33 200-4-43 Norma ČSN 33 3051 Ochrany vedení vn Stupňové Srovnávací Norma ČSN 33 200-4-43 udává parametry kabelů a mezní hodnoty (průřez jádra, teploty při poruchách) Norma ČSN 33 3051 udává předepsané ochrany pro vedení. Stupňové ochrany – poruchy, které mohou vzniknout na příslušném vedení, závisí na způsobu uzemnění uzlu soustavy. V soustavách přímo uzemněným uzlem mohou vniknout tyto poruchy: přetížení, zkraty, přerušení vodiče a přepětí. V soustavách s izolovaným nebo kompenzovaným uzlem může vzniknout, kromě výše zmiňovaných poruch, také zemní spojení. Srovnávací ochrany – ochrany, které pracují na principu porovnání stavové veličiny na vstupu a výstupu chráněného objektu a pokud jsou tyto hodnoty různé, vypínají okamžitě bez časového zpoždění.

Digitální diferenciální ochrany Ochrana s proudovým porovnáním Ochrana s napěťovým porovnáním Fázová rozdílová ochrana Vlnový princip ochrany vedení

Ochrana s proudovým porovnáním I Kontrola rozdílu proudů je jedna z nejefektivnějších metod chránění vedení a přípojnic elektrických stanic. Rozdílová ochrana porovnává vstupní proudy IA na začátku vedení s výstupními proudy na konci vedení IB. Na základně nich se zjišťuje diference proudů na sekundární straně Δi=iA-iB . V normálním provoze tečou stejné proudy na obou koncích vedení, tedy rozdíl proudů ochrany je Δi=iA-iB =0. V případně vzniku zkratu na vedení se rovnováha proudů mezi PTP poruší IAIB, tedy rozdíl proudů ochrany je Δi=iA-iB  0.V tomto případě ochrany umístěné na obou koncích vedení dají povel na vypnutí vedení, každá ochrana na MA, MB má svůj výkonový vypínač.

Ochrana s proudovým porovnáním II Příčná rozdílová ochrana Pokud zabezpečíme aby ochrana na paralelních vedení, podle obrázku, vyhodnocovala rozdíl proudů Δi=iA-iB, potom dostaneme tzv. příčnou rozdílovou ochranu. Příčná rozdílová ochrana chrání vždy dva shodné objekty, anebo dvě shodné části objektu, které pracují paralelně za stejných podmínek.

Ochrana s napěťovým porovnáním Jde o chránění vedení pomocí podélných porovnávacích ochran. Je zde použit rozdílový princip chránění – ochrany stačí napájet z proudových transformátor. Proudy měřené v obvodech na konci vedení klasickými porovnávacími ochranami se převedou ve speciálních transformátorech na napětí UA=kiA, UB=kiB. Směr proudů určuje polaritu napětí na spojovacím vedení IV=(UA-UB)/ZV, který zabezpečí působení ochran na obou koncích vedení, ZV – impedance smyčky spojovacího vedení. V normálním provoze jsou napětí UA a UB stejně velké co do velikosti a fáze, a tedy spojovací vedením prakticky neteče žádný vyrovnávací proud. U klasických ochran je spojovací vedení galvanické, které používá dva vodiče. U digitálních porovnávacích ochran se zabezpečuje vzájemná komunikace ochran umístěných na obou koncích vedení pomocí přenosu velikosti napětí v číslicové formě. Přenos se uskutečňuje pomocí optického kabelu. Vzájemné porovnání velikosti napětí z obou konců vedení v každé ochraně se zabezpečí obslužným programem. V případě poruchy vznikne diference napětí. Zjištění, že byla překročena povolená hranice diference napětí je znakem poruchy na chráněném vedení. Ochrany zabezpečí vypnutí vedení na obou koncích vedení.

Fázová rozdílová ochrana S – vysílač E – přijímač Při chránění dlouhých vedení dochází k útlumu amplitudy přenášeného analogového signálu ve spojovacích (komunikačních) vedení. Z tohoto důvodu byli vyvinuté porovnávací ochrany, které pracují na principu porovnání velikosti fáze proudů. Takto do trasy přenosu spojovacího signálu je možné zařadit zesilovač amplitudy. Hlavním požadavkem na takto definované přenosové vedení je, aby spojovací kanál věrně přenášel fázi. Princip fázové ochrany je na obrázku. Porovnávací ochrany A a B umístěné na obou koncích vedení vzájemně komunikují pomocí vysílačů signálů S, obousměrného spojovacího kanálu a přijímačů E. Logické signály se vytvářejí při snímání příchozích proudů IA a IB. Předpokládejme stejné zapojení ochran na obou koncíh vedení. Pokud uvažujeme případ, že přes vedení bude téct příchozí proud ve směru od stanice SA do stanice SB, potom proudy v ochraně iA a iB budou v obrácené polaritě. Vytvořené logické signály SA a SB se porovnají v každém porovnávací ochraně samostatně v logickém členu AND. Na výstupu logického členu AND se objeví signál s úrovní log. 1. Při příchozích proudech nebo vnějším zkratu F1 porovnávací ochrany nepůsobí. Výstupní signál z časového členu mí úroveň log. 0. V případě vnitřního zkratu F2, logické signály SA a SB jsou ve fázi. Na výstupu logického členu AND se objeví úroveň log. 1, která na náběžné hraně odstartuje časový člen. Po odpočítávání časového intervalu T se na výstupu objeví logický signál s úrovní 1, který zabezpečí vydání povelu na vypnutí výkonových vypínačů na obou koncích vedení. Takto konstruované porovnávací ochrany zabezpečí identifikaci vnitřní poruchy s minimálním časovým zpožděním jedné půl-periody. - Digitalnej ochrany.pdf - str.100

Vlnový princip ochrany vedení Vlnový měřící člen zpracovává první přechodnou složku napětí a proudu, která se začne šířit po vedení vznikem poruchy. NA odražené vlny nereaguje. Přechodnou služku ochrana získá tak, že z naměřených poruchových veličin proudu a napětí se odečtou ustálené složky. Tímto je možno identifikovat poruchu v průběhu první čtvrt-periody (do 5ms při frekvenci sítě 50Hz). Vlnový princip je základem pro identifikaci poruchy. Přechodný stav vyvolaný poruchou po určitém čase dozní. Z důvodu spolehlivosti se vlnová ochrana kombinuje (zálohuje) s jiným měřícím principem, nejčastěji impedančním. Vlnový člen umí identifikovat jen směr poruchy. Není schopny zjistit místo s poruchou na vedení. Tyto nedostatky vlnového členu odstraňuje použití impedanční ochrany a vzájemné komunikace ochran na obou koncích vedení. Umístění ochran s vlnovým principem chránění a vzájemnou komunikací je zobrazené na obrázku. Doporučuje se, aby vzájemná komunikace ochran proběhla ve zkruhované soustavě, protože takto se zabezpečí vyšší stupeň selektivity.

Ukázka diferenciální ochrany ABB I Diferenciální ochrana ABB RED615 Vybavena fázově selektivní diferenciální ochranou a je určeno pro chránění a ovládání vedení s dvěma konci v rozvodnách a v sítích energetických společností, v energetických systémech průmyslových podniků i v zkruhovaných a zauzlených distribučních sítích jak s decentralizovanými výrobními jednotkami elektrické energie, tak i v sítích bez těchto jednotek. RED615 disponuje typovou jednotkou s hlavní ochranou venkovního vedení a kabelových vývodů v distribučních sítích. Toto zařízení je současně vybaveno i jinými proudovými ochrannými funkcemi.

Ukázka diferenciální ochrany ABB II Konfigurace sítě v uzavřené smyčce s IED RED615, která jsou použita pro diferenciální chránění a ovládání vedení

Použitá literatura [1] www.abb.cz [2] Janíček, Chladný, Beláň, Elechová: Digitálne ochrany v elektrizačnej sústavě, TYPOSET, 2004 [3] Grym, Hochman, Berman, Machoň, Cichoň: Chránění II, IRIS 2004

Děkujeme za pozornost… Lukáš Fait, Tomáš Frank FEL ZČU 2010