CZ2007648A3 - Zpusob a zapojení pro provozování elektrických sítí s kompenzací zemních kapacitních proudu, sítí svysokoohmovým uzemnením uzlu nebo sítí s izolovaným uzlem pri výskytu zemní poruchy - Google Patents

Abstract

Úkolem vynálezu je vyrešení takového zpusobu a zapojení pro provozování elektrických sítí (1) pri výskytu zemní poruchy (11), který by zabránil rychlému vypínání síte (1) a umožnil její další provozování s poruchou (11) pri dodržení bezpecnostních parametru. Podstata vynálezu spocívá v tom, že fázese zemní poruchou (11) se pripojí k zemi (3) presinduktivní reaktanci (8), která je dimenzována tak, aby snížila úroven napetí ve fázi s poruchou (11) a omezila tok zatežujícího proudu zemí (3) do míst poruchy (11). Ve výhodném provedení vynálezu se pro spolehlivé zjištení vadného vývodu (12) neboúseku vedení se zemní poruchou (11) mezi nulový bod (4) síte (1) a zem (3) krátkodobe pripojí odporník (6), jehož hodnota odporu vyvolá poruchový proud vetší než je nastavená hodnota nadproudových ochran (13) a menší než nastavená hodnota rozbehu zkratových ochran (13). Odporník (6) se pripojí na dobu kratší než je nastavené casové zpoždení nejcitlivejší nadproudové ochrany (13) síte (1).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zapojení pro provozování elektrických sítí s kompenzací zemních kapacitních proudů, sítí s vysokoohmovým uzemněním uzlu nebo sítí s izolovaným uzlem při výskytu zemní poruchy, tj. při výrazném snížení izolačního stavu jedné fáze proti zemi, spočívající v diagnostice vadné fáze a vývodu se zemní poruchou, v náhradním uzemnění vadné fáze, a ve snížení napěťového a proudového namáhání v místě poruchy.

Dosavadní stav techniky

K řešení těchto poruch v sítích vysokého napětí je důležité nejprve spolehlivě zjistit, v jaké fázi a zejména v jakém vývodu sítě se nachází porucha, a následně je nutno zajistit, aby při výskytu poruchy neprocházel místem poruchy příliš velký poruchový proud, a také aby se zde snížila hodnota dotykového napětí pod .bezpečnou hodnotu. V některých případech se hledá také místo poruchy, tzn. v jaké vzdálenosti se nachází porucha, měřeno od transformátoru, sběrnice nebo spínacího zařízení.

Pokud se týká zjišťování vadné fáze resp. vadného vývodu, tak např. z německé patentové přihlášky DE 102 15 025 A1 je známý způsob a zařízení pro diagnostiku a zjištění polohy zemního zkratu nebo jiného zkratu v sítích třífázového střídavého proudu s alespoň částečně induktivně uzemněným nulovým bodem, kdy se časově mění impedance zemnící cívky podle sledu impulsů. Jednopólový zemní zkrat se pozná tak, že sled impulsů s příslušnými časovými prodlevami vytváří signál, který je měřen na měřícím přístroji připojeném ke všem vývodům.

-2a ·····* · · · · · · · · • a ·· · · · · iíi a · · ·· ·* ·

V jiné německé zveřejněné patentové přihlášce DE 198 37 933 A1-je popsán způsob rychlého zjištění fáze se zemním zkratem všitích třífázového střídavého proudu s vysokoohmově uzemněným nulovým bodem, při kterém se při překročení hraniční hodnoty proudu nebo napětí na nulovém bodu transformátoru porovnává fázová poloha proudu nebo napětí na nulovém bodu transformátoru s fázovou polohou jednotlivých fází sítě.

Z jiné německé zveřejněné patentové přihlášky DE 101 51 160 A1 je známý způsob a zařízení k lokalizaci zemních zkratů v sítích třífázového střídavého proudu pomocí měření proudů v jednotlivých fázových vodičích, při kterém se v podstatě mění nulová impedance, která je mezi zemí a nulovým bodem transformátoru, a to přiřazením odporu (rezistoru). Potom může následovat zjištění polohy zemního zkratu měřením proudu jednotlivých vodičů a vyhodnocení podle známé pulsní metody.

Pokud se týká dalšího provozování sítě vysokého napětí při výskytu zemní poruchy v jedné fázi, pak další německý patent DE 10 2004 008 994 B4 uvádí, že k řešení tohoto problému je již dlouho známa tzv. zemnící cívka neboli Petersenova cívka, zapojená mezi uzel sítě a zem, kterou lze při výskytu jednopólové zemní poruchy v izolované síti vysokého napětí omezit popř. kompenzovat kapacitní poruchový proud, pokud cívka má indukčnost ekvivalentní kapacitě sítě vysokého napětí. Tím se také zabrání tomu, aby poruchový proud zapříčinil v místě poruchy vznik elektrického oblouku, takže síť může být dále provozována i s poruchou, a to i po delší dobu.

Patent DE 10 2004 008 994 B4 dále popisuje, že přestože lze uvedenou Petersonovou cívkou kompenzovat kapacitní poruchový proud, zůstává přesto určitý účinný zbytkový proud, který může mít významnou velikost, závislou na velikosti sítě. Tento účinný zbytkový proud může ztěžovat lokalizaci vodiče s poruchou, pokud se diagnostikuje klasickými statickými metodami.

* 4 t · · · » t ♦ 4 · 4 4 « * • * 4 4 · 4 4 4 *«4 4 4» 44 ·· ·

Patent DE 10 2004 008 994 B4 řeší problém diagnostiky poruchy tak, že nejprve se zjisti vadná fáze v síti na základě mezifázové napěťové asymetrie, která překročí určitou předem nastavenou mezní hodnotu. Následně se uzemní fáze bez zemní poruchy přes odpor, který vyvolá odezvu výstupního ochranného relé na vadném vývodu. Pro snížení zatížení místa poruchy se následné provede uzemnění vadné fáze přes činný odpor. Zapojení popsané vDE 10 2004 008 994 obsahuje ochranný a řídicí přístroj, výkonový spínač a činný odpor, které jsou zapojeny v síti tak aby plnily shora uvedené funkce.

Nevýhody řešení podle DE 102 004 994 B4 spočívají zejména vtom, že při diagnostice poruchy pomocí připnutí činného odporu do fáze bez zemní poruchy vzniká velký poruchový proud, jehož hodnota je tak vysoká, že zkratové ochrany odpojí příslušnou část sítě, což je nežádoucí pro udržení sítě v kontinuálním provozu. V podmínkách stávajících zkratových ochran v sítích vysokého napětí by k odpojení sítě došlo i v případě připojení činného odporu na dobu 50 + 100 ms, jak je uvedeno v DE 102 004 994 B4. Pro snížení nebezpečných účinků zkratového proudu je snaha omezit dobu působení zkratu, proto jsou v sítích často provozovány zkratové ochrany bez časového zpoždění. Nežádoucímu vypínání vývodů se zemní poruchou lze předejít zavedením časového zpoždění působení u všech zkratových ochran v dané síti. Pro zajištění selektivity systému chránění sítí se musí časové zpoždění od nejvzdálenějšího místa chránění směrem k napájecí rozvodně zvyšovat. Uvedené řešení prodlužuje dobu působení všech zkratových proudů v blízkosti napájecích rozvoden se všemi negativními vlivy působení velkých zkratových proudů.

Další nevýhoda tohoto řešení spočívá vtom, že kdiagnostice i komezení proudu vmiste poruchy se používá činný (ohmický) odpor, který po připojení produkuje značné množství tepelné energie kvadraticky závislé na velikosti protékaného proudu. Odpor a celá jeho konstrukce tak musí být dimenzovány na vysoké tepelné namáhání spojené s rychlými změnami teploty. To může představovat problém s odvodem tepla při instalaci příslušných zapojení zejména ve vnitřních prostorách, neboť odpor je připojen po celou dobu trvání zemní poruchy v síti, resp. po celou dobu provozování sítě s touto poruchou.

-49 r r » 1 » » w-r»

91» « * * · · ·· • t M9 1 · · 9 9991 *·

9 999111 «99 * 9 1 9*· · *

Jednofázová porucha je nejčastější poruchou v elektrických sítích. Při jednofázových zemních poruchách jsou vlastnosti sítě ovlivněny především uzemněním uzlu sítě. Rozvoj sítí ssebou přinesl zvyšování hodnot zemních kapacitních proudů při jednofázových poruchách v sítích. Ke zvýšení bezpečnosti provozu sítí při zemním spojení přispěla kompenzace zemních kapacitních proudů pomocí zemnící cívky (Petersenovy cívky), která byla jako kompenzační tlumivka připojena k nulovému bodu transformátoru. Tím se dosáhlo snížení hodnoty poruchového proudiFpri jednofázových poruchách a možnosti časově omezeného provozu sítě se zemní poruchou. S rozvojem kabelových sítí a výrazným navýšením kapacitního proudu sítě se v některých oblastech využívá i nízkoohmových odporů zapojených mezi uzel sítě a zem s rychlým vypínáním poruchy. V současné době rostou požadavky na spolehlivost v zásobování elektrickou energií, a na bezpečný provoz distribučních kabelových sítí i se zemní poruchou, bez nutnosti rychlého vypínání. Tento požadavek splňují sítě s malou hodnotou poruchového proudu zemního spojení a s nízkou hodnotou dotykového napětí v době zemního spojení. Účinné zhášení oblouku zemního spojení přispívá zároveň ke zvýšení požární bezpečnosti.

Úkolem vynálezu je vyřešení takového způsobu a zapojení pro provozování, případně diagnostiku, sítí s kompenzaci zemních kapacitních proudů nebo sítí uzemněných přes vysokoohmový odpor, nebo sítí s izolovaným uzlem, při výskytu zemní poruchy, který by odstraňoval výše uvedené nedostatky.

Podstata vynálezu

Podstata vynálezu spočívá vtom, že při diagnostice zemní poruchy i při následných opatřeních směřujících ke zvýšení bezpečnosti provozované sítě se postupuje tak, aby se nevytvářely nadměrně vysoké poruchové proudy vyvolávající reakci zkratových ochran sítě, tzn. aby še poruchové proudy pohybovaly pouze v oblasti nadproudů, a to pouze po omezenou dobu, během které bude identifikován vadný vývod nebo úsek sítě na základě signalizace (popudu) nadproudových ochran a vlivem zajištění selektivního působení nadproudových ochran nedojde k jejich působení (v důsledku časového zpoždění, navolené časově závislé charakteristiky

-5*» ψ · ' » ’ » »» ·*» · » · t «·· « Htt I t « ·· · t ·· • ♦ 9 t ♦ · řt

4·· · 9 9 9 99 9 t atd.). Základní ideou je také zajistit ve fázi se zemní poruchou dostatečně nízké napětí proti zemi, aby nemohlo dojít k opětovnému zapálení oblouku zemní poruchy,s omezením možnosti vzniku vysokého dotykového napětí neživých částí v okolí zemní poruchy, a aby nebylo nutné ani rychlé vypínání vývodu s poruchou.

Síť s kompenzací zemních kapacitních proudů, síť s vysokoohmovým uzemněním uzlu nebo síť s izolovaným uzlem sestává z jednotlivých fázových (izolovaných) vodičů, které jsou připojeny na výstup transformátoru. Nulový bod uzlu sítě je uzemněn běžným způsobem přes pevnou nebo proměnlivou induktivní reaktanci, která umožňuje eliminaci přechodných zemních spojení, nebo přes vysokoohmový odpor případně může být uzel sítě izolovaný. U sítí s uzemněným uzlem přes proměnlivou induktivní reaktanci dochází při zemním spojení k eliminaci zemního kapacitního proudu, a tím se snižuje hodnota poruchového proudu v místě zemního spojení na jednotky až desítky ampér podle aktuálního rozsahu napájené sítě a přesnosti naladění tlumivky (induktivní reaktance).

Při výskytu zemní poruchy v této síti, se nejprve zjistí fáze se zemní poruchou. Toto zjištění je možné v zásadě provádět kteroukoliv ze známých metod. Zajištění vyšší spolehlivosti identifikace vývodu se zemní poruchou je s výhodou dosaženo tím, že mezi nulový bod sítě a zem se krátkodobě připojí odpomík, jehož hodnota odporu je taková, že po připojení vyvolá nárůst poruchového proudu nad nastavenou hodnotu nadproudových ochran (fázových nebo nulových nadproudových článků) instalovaných vsítí, a zároveň bude velikost poruchového proudu nižší než je nastavená hodnota rozběhu zkratových ochran, a to na dobu kratší, než je nastavené časové zpoždění nejcitlivější nadproudové ochrany sítě. Zpravidla se volí doba připojení ležící v rozmezí od 100 ms do 300 ms.

Některé rozsáhlé kabelové sítě bývají provozovány s odporově uzemněným uzlem a se systémem ochran s nutností rychlého vypínání při výskytu zemní poruchy. Tyto ochrany bývají tvořeny nadproudovým nezávislým článkem s nastaveným časovým zpožděním případně závislým nadproudovým článkem. Aby bylo možné využívat stávající systém ochran, je nutné aby dočasné zvýšení poruchového proudu bylo vyšší než nastavená rozběhová hodnota těchto ochran. Při překročení nastavené proudové hodnoty dochází nejprve k signalizaci náběhu • ·««·**

-6• * · · ···« ··« » >· Η ·· * (popudu) ochrany, a po definovaném časovém zpoždění až k jejímu působení. Zvýšení hodnoty poruchového proudu se dosahuje právě připojením primárního nízkoohmového uzlového odporníku s odpovídající velikostí odporu. Aby po připojeni odporníku nedocházelo k odpojení fáze se zemní poruchou, musí být doba připojení odporníku kratší než je nejkratší nastavená úroveň časového zpoždění nulových nadproudových článků. Doba připojení nesmí být ani příliš krátká, jinak by nedošlo k náběhu nulových nadproudových článků ochran, a tím by se nezískala informace o místě poruchy. ~ — —

Při běžném provozním stavu bude odporník trvale odpojen, a v případě vzniku trvalé zemní poruchy dojde k jeho krátkodobému připojení. Proto není nutné teplotně dimenzovat odporník na dlouhodobou hodnotu proudového zatížení, a také uvolněná tepelná energie nepředstavuje zásadní problém, při krátkodobém připojení řádově ve stovkách ms.

Podstata způsobu provozování sítě při výskytu zemní poruchy spočívá v následném řízeném uzemnění fáze se zemní poruchou kdy se postižená fáze připojí k zemi přes induktivní reaktanci, která je dimenzována tak, aby snížila úroveň napětí ve fázi s poruchou, a omezila tok zatěžujícího proudu zemí do místa poruchy. Přizemnění vodiče v napájecí rozvodně tak vytvoří paralelní proudovou cestu zatěžujícímu proudu mezi napájecí rozvodnou a místem zemní poruchy.

Tímto způsobem se zajistí řízené provozování sítě se zemní poruchou, kdy vznikne druhá paralelní cesta pro tok proudu odebíraného vzdálenými odběry. Výsledný odebíraný proud se rozloží v poměru podélné impedance fázového vodiče a paralelní cesty tvořené odporem uzemnění v místě přizemnění fázového vodiče, odporem poruchy a impedancí omezující reaktance. Dimenzováním induktivní reaktance lze ovlivnit nejen velikost podílu tekoucího do místa poruchy, ale také velikost zbytkového napětí ve fázi se zemní poruchou. To je velmi důležité, poněvadž lze zamezit vzniku hoření oblouku zemního spojení, případně po zhasnutí tohoto oblouku snížit riziko jeho opětného zapálení. Ve fázi s poruchou nevzniká v důsledku zapalování oblouku zbytkové napětí s pilovitým průběhem, které může vyvolávat nepříznivé přepěťové jevy všiti. To umožní mj. i dodržení bezpečné hodnoty dotykových a krokových napětí, ale zejména výhoda tohoto řešení spočívá v tom, že • ···*·· «'«··«» · · • · · ··* _ y _ ···· · > · · «·· umožní další provozování sítě se zemní poruchou s výrazně nižším rizikem rozšíření poruchy na vícefázový zkrat, bez nutnosti jejího rychlého odpojení. V místě poruchy tak dochází k výrazné eliminaci účinků poruchového proudu a to zejména tepelných účinků elektrického oblouku.

Předmětem vynálezu je také zapojeni pro provozování sítě s jednofázovou zemní poruchou. Podstata zapojení podle vynálezu pak spočívá v tom, že obsahuje induktivní reaktanci (s výhodou impedanci), která je spojena se zemí, a přes jednopólové spínače je připojitelná k jednotlivým fázovým vodičům, takže ji lze připojit k fázovému vodiči, na kterém došlo k výskytu zemní poruchy. Induktivní reaktance je dimenzována tak, aby dostatečně snížila úroveň napětí ve fázi s poruchou a omezila tok zatěžujícího proudu zemí {přizemnění vodiče v napájecí rozvodně vytvoří paralelní proudovou cestu zatěžujícímu proudu mezi napájecí rozvodnou a místem zemní poruchy).

Velikost části proudu zátěže tekoucí přes reaktanci je ovlivněna zejména poměrem podélné impedance fázového vodiče od napájecího místa sítě (pří uzemňování fázového vodiče v napájecí rozvodně) k místu zemní poruchy ku celkové impedanci tvořené uzemňovací reaktanci (reaktor), zemního odporu uzemnění reaktance a odporu poruchy. Čím vyšší bude impedance fázového vodiče, tím vyšší podíl proudové zátěže může protékat přes induktivní reaktanci a to zejména při nízkém odporu poruchy. Odpor poruchy se může přitom pohybovat od ideálně kovového zemního spojení až po řádově tisíce ohmů.

Uzemňování vadného fázového vodiče není vystaveno výraznému proudovému namáhání, proto pro připojení uzemnění přes induktivní reaktanci mohou vyhovovat jednopólové odpínače, které musí být dimenzovány na vypínání zbytkového proudu zemního spojení a přídavného proudu tvořeného určitým podílem zatěžujícího proudu vývodu. V některých případech je však nutné využívat i výkonových vypínačů. Při spínání může nastat stav, kdy může dojít k vypínání omezeného vícefázového zemního zkratového proudu.

Ve výhodném provedení zapojení pro provozování sítě podle vynálezu je dále obsaženo zařízení pro zjištění vadného vývodu se zemní poruchou nebo vadného • *····« • I · · · « •

-8úseku se zemní poruchou na základě signalizace nadproudových ochran, které je tvořeno odporníkem, který je přes jednopólový spínač krátkodobě připojitelný mezi nulový bod sítě a zem, a jeho hodnota odporu je taková, že po připojení vyvolá nárůst poruchového proudu nad nastavenou hodnotu nadproudových ochran (fázových nebo nulových nadproudových článků) instalovaných v síti, a zároveň bude nižší než je nastavená hodnota rozběhu zkratových ochran, přičemž doba připojení odporníku je kratší než je nastavené časové zpoždění nejcitlivější nadproudové ochrany sítě.

Použití odporníku bylo blíže popsáno výše. Pokud se týká jednopólového spínače, je výhodné s ohledem na požadovanou rychlost spínání volit jednopólový vypínač se střádačem umožňujícím alespoň jeden standardní cyklus ZAPNUTO VYPNUTO. S ohledem na činný charakter a velikost spínaného a vypínaného proudu není nutné mít speciální nároky na zhášecí komoru vypínače. Vypínač nebude za běžného provozu nikdy vypínat zkratové proudy ani nadproudy.

Systém připojování odporníku do sítě v nastaveném čase, zjišťování vadného fázového vodiče a připojování induktivní reaktance a uzemňování vadné fáze musí s ohledem na požadovanou rychlost spínání pracovat v automatickém režimu. Pro řízení a kontrolu lze využít některou z univerzálních řídicích automatik.

Výhody způsobu a zapojení pro provozováni sítě při zemním spojení podle vynálezu, spočívají především vtom, že umožňuje bezpečnou a spolehlivou identifikaci vadného fázového vodiče prostou nadproudovou ochranou obdobně jako v síti s uzlem uzemněným přes nízkoohmový odpor, a jeho následné řízené uzemnění při kterém se realizuje zapojení umožňující bezpečný provoz sítě i se zemní poruchou, aniž by docházelo k odpínání sítě. Navržené řešení minimalizuje riziko znovuzapálení elektrického oblouku v místě zemní poruchy a lze jej snadno realizovat při rekonstrukci rozvoden stávajících sítí.

Přehled obrázků na výkresech

-9• ««**·· • » * * · · • · · a ·· m «* *

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na němž znázorňuje obr. 1 schéma zapojení pro provozování sítě se zemní poruchou, podle vynálezu, bez zobrazení řídící a kontrolní automatiky.

Příklady provedení vynálezu

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení vynálezu na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících patentových nárocích.

Příklad provedení, jehož schéma zapojení je na obr. 1, představuje výsledek rekonstrukce rozvodny rozvodné sítě 1 vysokého napětí, která napájí jak kabelovou městskou síť, tak částečně okolní smíšenou síť. Původně byla rozvodna vybavena nízkoohmovým uzlovým rezistorem pro uzemnění uzlu městských kabelových sítí a zhášecí tlumivkou pro uzemnění uzlu příměstských smíšených sítí.

Síť 1 s nominálním napětím 22 kV je tvořena kabelovými zemními fázovými vodiči 10 připojenými k transformátoru 2, jehož nulový bod 4 je uzemněn k zemi 3 přes laditelnou zhášecí tlumivku 5. Ta zajišťuje snížení hodnoty poruchového proudu sítě 1 na jednotky až desítky ampér podle aktuálního rozsahu napájené sítě 2 a přesnosti naladění tlumivky 5. Principem ladění zhášecí tlumivky 5 je dosažení paralelní rezonance zhášecí tlumivky 5 a zemní kapacity sítě L

Místo zobrazené sítě 1 s uzemněním přes tlumivku 5 může být řešení podle vynálezu použito obdobným způsobem u sítí s vysokoohmovým uzemněním uzlu nebo sítí s izolovaným uzlem.

Vedle zhášecí tlumivky 5 je do uzlového bodu 4 sítě 1 paralelně připojen odporník 6 přes jednopólový vypínač 7. Odporník 6 má hodnotu odporu 26,6 Ω

-10* · · * • ·····« • · ♦ * « · «·· · É» l * « t « (500 Aj. Při výskytu zemní poruchy 11 v místě poruchy 11 na fázovém vodiči 10 zaznamená nezobrazená řídící automatika mezifázovou napěťovou asymetrii. Následně pomocí jednopólového spínače £ tvořeného jednopólovým vypínačem připojí na dobu 200 ms odporník 6. Připojení odporníku 6 vyvolá krátkodobé zvýšení hodnoty poruchového proudu nad 240 A. Při této hodnotě dojde k náběhu nulových nadproudových článků ochran 13 sítě 1, ale vzhledem k tomu, že doba připojení odporníku 6 do sítě 1 je kratší než nejkratší nastavená úroveň časového zpoždění nulových nadproudových článků ochran 13, nedojde k odpojení vývodu 12 ale pouze k signalizaci náběhu ochran 13, a to od místa připojení odporníku 6 až do místa zemní poruchy 11 . Na základě signalizace náběhu ochran 13 i z podružných rozvoden lze určit vývod 12 nebo nejmenší úsek vedení se zemní poruchou 11. K určení úseku se zemní poruchou 11 lze s výhodou využívat i jednoduchých indikátorů zemního spojení pracujících na detekci průtoku nulové složky proudu.

Poté, co je identifikován vadný vývod 12, nebo úsek vedení se zemní poruchou 11, uzemní nezobrazená řídicí automatika fázový vodič 10 postižený zemní poruchou 11 přes induktivní reaktanci 8, která je spojena se zemí 3 a je připojitelná k jednotlivým fázovým vodičům 10 pomocí jednopólových spínačů 9, tvořených v příkladu provedeními jednopólovými odpínači. Induktivní reaktance 8 je reaktor, vdaném příkladu provedení indukční vzduchová cívka, se správně zvolenou impedancí, která odpovídá poměrům vsítí sohledem na podélné impedance nejdelších vývodů a jejich zatížení.

Pokud se týká dimenzování induktivní reaktance 8, tedy reaktoru, je ovlivněno zejména poměrem impedance fázového vodiče 10 a celkové impedance reaktoru 8, zemního odporu a odporu poruchy 11. Čím vyšší bude impedance fázového vodiče 10, tím vyšší podíl proudové zátěže může protékat přes reaktor 8.

V níže popsaných příkladech dimenzování induktivní reaktance 8 jsou uvažovány následující parametry sítě 1:

-11• «····· • · · · · · •·· 4 ·I ·· i* f • Elektricky nejvzdálenějším místem na vývodu 12 je stanice vzdálená cca 13 km od napájecí stanice. Vývod 12 má celkovou délku kabelového vedení cca 33 km a je tvořen kabely různých typů, a s rostoucí vzdáleností od napájecí rozvodny dochází i ke změnám průřezu použitých kabelů. Vývod 12 je tvořen několika odbočkami z hlavního vedení.

• Pro nejvzdálenější stanici na vývodu 12 lze uvažovat činný odpor vedení cca

3,4 Ω a reaktanci 8,5 Ω, celková impedance byla uvažovaná cca 9,1 Ω.

• Celkový vývod 12 odebírá 2,7 MVA, to odpovídá hodnotě odebíraného fázového proudu cca 70 A. Vzhledem k proudovému rozložení bude odběr na konci vývodu 12 výrazně nižší, ale pro výpočet budeme uvažovat s plnou hodnotou proudu pro zajištění určité bezpečnosti vypočtených parametrů.

Následující příklady vlivu dimenzování reaktoru 8 na poměry vsítí 1 při výskytu zemní poruchy 11 jsou realizovány za zjednodušujícího předpokladu, že odebíraný výkon vývodu 12 je soustředěn do okolí elektricky nejvzdálenějšího místa odběru. Ve skutečnosti se v této oblasti soustřeďuje jen určitá část odběru.

Dimenzování induktivní reaktance 8 (reaktoru) s impedancí 2 Ω

Volba nízké impedance reaktoru 8 ovlivňuje napětí ve fázovém vodiči 10 se zemní poruchou. Toto napětí se pohybuje pod 60 V pro kovové zemní spojení. Proud reaktorem 8 pro kovové zemní spojení dosahuje hodnoty 80 A a pro vysokoohmová zemní spojení klesá až na 27 A. Napětí v místě poruchy 11 je pro kovové zemní spojení nulové při proudu poruchou cca 62 A. Se vzrůstajícím odporem, poruchy napětí ve fázovém vodiči 10 s poruchou vzrůstá až na hodnotu 700 V.

Dimenzování induktivní reaktance 8 (reaktoru) s impedancí 3 Ω

-12• ««*··· * · · · · · * · · · ·· ·· ·· *

Při zvýšení impedance reaktoru 8 na 3 Ω dochází ke zvýšení napětí na reaktoru 8 na hodnotu 220 V. Při kovovém zemním spojeni klesá napětí na reaktoru 8 na hodnotu 82 V a proudu 27,3 A. V místě poruchy 11 je pro vysoké odpory zemní poruchy maximální napětí ve fázi s poruchou 717 V. Maximální proud místem zemní poruchy 11 je při kovovém zemním spojení 60 A.

Dimenzování induktivní reaktance 8 (reaktoru) s impedancí 6 Ω

Pro impedanci reaktoru 8 6 Ω se napětí na reaktoru 8 s rostoucím odporem poruchy snižuje a to z hodnoty cca 360 V na hodnotu cca 160 V. Hodnota proudu reaktorem 8 rovněž klesá z hodnoty 60 A pro kovové zemní spojení až na hodnotu cca 27 A. Napětí ve fázi se zemní poruchou s rostoucím odporem vzrůstá z nulové hodnoty až na maximální hodnotu cca 800 V. Proud místem poruchy 11 naopak klesá z hodnoty cca 54 A pro kovové zemní spojení až na téměř nulovou hodnotu pro vysokoohmová zemní spojení. V místě zemního spojení dosahuje napětí ve fázi cca 800 V.

Dimenzování induktivní reaktance 8 (reaktoru) s impedancí 10 Ω

Napětí na reaktoru 8 dosahuje maximální hodnoty 470 V při proudu cca 47 A. Pro vysokoohmové zemní spojení je napětí na reaktoru 8 272 V při proudu 27 A. V místě zemního spojení se napětí ve fázi s poruchou rostoucím odporem poruchy opět zvyšuje až na hodnotu 272 V. Proud poruchou dosahuje maximální hodnoty

48,2 A.

Při požadavku na dodržení minimální hodnoty zbytkového proudu místem zemní poruchy 11 např. na úrovni 60 A pak pro toto omezení vyhovuje volba impedance reaktoru 8 3 Ω a vyšší. Při přizemnění fázového vodiče 10 se zemní poruchou přes impedanci vyšší jak 3 Ω bude ve fázi s poruchou 11 v místě poruchy 11 proti zemi napětí vyšší než 700 V při uvažovaném plném zatížení na konci nejdelšího vývodu (70 A). Napětí na reaktoru 8 bude vyšší něž 220 V. S rostoucí impedancí reaktoru 8 klesá proud poruchou 11 ale zároveň se zvyšuje napětí ve fázi

-13s poruchou 11. Základní snahou je snížit hodnotu napětí v místě poruchy 11 na takovou úroveň, při které se nedokáže udržet oblouk zemního spojení. Zvyšování napětí ve fázi v místě poruchy 11 může způsobovat znovuzápaly oblouku. Zvyšování impedance reaktoru 8 zároveň způsobuje snížení velikosti proudového zatížení reaktoru 8 při zemním spojení. Zároveň dochází ke snížení případného zkratového proudu reaktorem 8 a snížení dynamických sil a tepelného namáhání reaktoru 8. Budeme-li se dívat na reaktor 8 jako na místo se zemním spojením, je na základě požadavku na omezení maximální hodnoty zbytkového proudu zemního spojení vhodné rovněž dodržet podmínku maximálního zbytkového proudu zemní poruchy H- U kompenzovaných sítí £ bývá tato hodnota přibližně 60 A. Této podmínce vyhovuje reaktor s impedancí 6 Ω a vyšší.

Volba hodnoty impedance reaktoru 8 je závislá na mnoha parametrech sítě 1. Významným parametrem je impedance elektricky nejvzdálenějšího vývodu a jeho zatížení. Dalším nepříznivým vlivem je změna uvedených parametrů během provozu. Během provozu sítě £ se nejvíce mění zatížení. Další důležitý parametr, kterým je impedance nejvzdálenějšího vývodu, se rovněž mění v důsledku různých změn konfigurace sítě 1. Během provozu je nutné počítat i s rozvojem sítě £ a výměnou některých dožívajících prvků sítě £ za nové, a tím opět dochází ke změnám parametrů sítě £. S ohledem na předchozí výsledky výpočtů, porovnání a zvolení dostatečné rezervy v dimenzování reaktoru byla v tomto případě zvolena induktivní reaktance 8 s impedancí 6 Ω.

Pro řízení celého procesu je určena automatika ADS. ADS je univerzální platforma automatik určená do prostředí s vysokými nároky na odolnost EMC. Testy odolnosti automatiky na zvýšené úrovně EMC a testy na bezpečnost byly provedeny v nezávislé akreditované zkušebně. Modulární konstrukce obsahující vstupní a výstupní karty umožňuje přizpůsobit konfiguraci automatiky konkrétní aplikaci.

Řízení a kontrola bude zahrnovat krátkodobé připínání odporníku 6 na dobu cca 200 ms, včetně kontroly funkčnosti odporníku 6, jeho tepelného namáhání a nepřerušení proudové cesty odporníku 6 . To vyžaduje snímání stavů jednopólového vypínače 7, měření nulové složky napětí a měření proudu odporem. Vzhledem ke krátké době připojení není možné využívat k měření převodníky napětí a proudu, ale

-14měření se musí realizovat přímo automatikou. Automatika ADS disponuje potřebnými měřicími vstupy, kde se analogový signál měří se vzorkovací frekvencí 5 kHz na měřicí kanál. Vlastní řízení a kontrolu odporu bude zajišťovat SW vybavení.

Dalším důležitým prvkem řízení je ovládání jednopólových odpínačů 9 k uzemnění fázového vodiče 10 s poruchou přes induktivní reaktanci 8. Z každého odpínače 9 bude snímán stav a to vždy dvoustavově zvlášť pro zapnutý a vypnutý stav. Zároveň bude prováděno jeho ovládáni. Pro řízení budou měřena fázová napětí, nulová složka napětí v síti a proud induktivní reaktanci 8.

Průmyslová využitelnost

Způsob a zapojení pro provozování elektrických sítí s kompenzací zemních kapacitních proudů, sítí s vysokoohmovým uzemněním uzlu nebo sítí s izolovaným uzlem při výskytu zemní poruchy podle vynálezu, lze využít při zvýšení bezpečnosti provozu sítě a zvýšení spolehlivosti dodávky elektrické energie v rozvodné síti vysokého napětí, a to bud v síti zemní nebo smíšené.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob provozování elektrických sítí (1) s kompenzací zemních kapacitních proudů, sítí s vysokoohmovým uzemněním uzlu nebo sítí s izolovaným uzlem, napájených transformátorem (2) nebo opatřených zařízením uměle vytvářejícím nulový bod (4) sítě (1), při výskytu zemní poruchy (11), spočívající ve zjištění fáze sítě (1) se zemní poruchou (11), zjištění vývodu (12) nebo úseku vedení se zemni poruchou (11), a v následném snížení zátěže v místě poruchy (11) uzemněním fáze se zemní poruchou (11), v y z n a č u j í c í se t í m, že fáze se zemní poruchou (11) se připojí k zemi (3) přes induktivní reaktanci (8), která je dimenzována tak, aby snížila úroveň napětí ve fázi s poruchou (11) a omezila tok zatěžujícího proudu zemí (3) do místa poruchy (11).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vy z n a č u j i c i se t í m, že pro zjištění vadného vývodu (12) nebo úseku vedení se zemní poruchou (11) se mezi nulový bod (4) sítě (1) a zem (3) připojí odporník (6), jehož hodnota odporu je taková, že po připojení vyvolá nárůst poruchového proudu nad nastavenou hodnotu nadproudových ochran (13) ^fázovýeh-nelMMiulovýcMradpFeHdovýG^ instalovaných vsítí (1), a f zároveň bude velikost poruchove^roudu nižší než je nastavená hodnota rozběhu . zkratových ochran (13), a to na dobu kratší, než je nastavené časové zpoždění nejcitlivější nadproudové ochrany (13) sítě (1).
3. 3. Zapojení pro provozování elektrických sítí (1) s kompenzací zemních kapacitních proudů, sítí s vysokoohmovým uzemněním uzlu nebo sítí s izolovaným uzlem, napájených transformátorem (2) nebo opatřených zařízením uměle vytvářejícím nulový bod (4) sítě (1), při výskytu zemní poruchy (11), se zařízením pro zjištění vývodu (12) nebo úseku vedení se zemní poruchou (11) a zařízením pro snížení zátěže v místě poruchy (11) uzemněním fáze se zemní poruchou (11), vyznačující se t í m, že zařízení pro snížení zátěže v místě poruchy (11) je tvořeno induktivní reaktanci (8), která je spojena se zemí (3), a která je přes jednopólové spínače (9) připojitelná k jednotlivým fázovým vodičům (10) přičemž induktivní reaktance (8) je dimenzována tak, aby snížila úroveň napětí ve fázi s poruchou (11) a omezila tok zatěžujícího proudu zemí (3) do místa poruchy (11).
4. 4. Zapojení podle nároku 3, vyznačující se tím, že zařízeni pro zjištění vývodu (12) nebo úseku vedení se zemní poruchou (11) je tvořeno odporníkem (6), který je přes jednopólový spínač (7) krátkodobě připojitelný mezi nulový bod (4) sítě (1) a zem (3), a jeho hodnota odporu je taková, že po připojení vyvolá nárůst poruchového proudu nad nastavenou hodnotu nadproudových ochran (13) (fázových nebo nulových nadproudových článků) instalovaných vsítí (1), a zároveň je nižší než je nastavená hodnota rozběhu zkratových ochran (13), přičemž doba připojení odporníku (6) je kratší než je nastavené časové zpoždění nejcitlivější nadproudové ochrany (13) sítě (1).