PL226282B1 - Sposób i układ do wykrywania zwarć wysokooporowych w liniach pracujących w kompensowanej sieci średniego napięcia - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do wykrywania zwarć wysokooporowych w liniach pracujących w kompensowanej sieci średniego napięcia, znajdujące zastosowanie w algorytmach zabezpieczeń ziemnozwarciowych gdzie umożliwiają lokalizację linii doziemionej i jej wyłączenie.

Rozwiązania zbliżone tematycznie do zaproponowanego wynalazku dotyczą wykorzystania kryteriów admitancyjnych lub metod związanych z wprowadzaniem dodatkowego źródła w punkcie neutralnym sieci dla potrzeb zabezpieczeń od jednofazowych zwarć z ziemią. Przykładami pierwszego typu rozwiązań są wynalazki opisane w polskich opisach patentowych PL116699 i PL173980, drugiego - w opisie PL21118, który dotyczy wynalazku opartego na wprowadzeniu dodatkowego źródła wybranej harmonicznej w punkcie neutralnym sieci SN w czasie zwarcia jednofazowego z ziemią. W patencie PL116699 opisano wynalazek dotyczący zastosowania kryterium admitancyjno-porównawczego w zabezpieczeniu od jednofazowych zwarć z ziemią. Cechą charakterystyczną tego rozwiązania jest dwukrotny pomiar składowej zerowej admitancji (lub jej składowych). W patencie 173980 przedstawiono wynalazek dotyczący zastosowania rodziny kryteriów admitancyjnych w zabezpieczeniu od zwarć doziemnych. Cechą charakterystyczną tych rozwiązań jest tworzenie sygnałów pomocniczych na podstawie sygnałów pomiarowych składowych zerowych napięcia i prądu. Obecnie w eksploatowanych powszechnie zabezpieczeniach ziemnozwarciowych stosuje się zabezpieczenia admitancyjne, w których wielkością decyzyjną są: admitancja wyznaczana z ilorazu składowej zerowej prądu i napięcia składowej zerowej sieci lub składowe czynne (konduktancja) oraz składowe bierne (susceptancja) tak wyznaczanej admitancji. Takie zabezpieczenia są czułe na zwarcia oporowe, których wartości rezystancji w miejscu zwarcia nie przekraczają 3000 omów. Praktyka eksploatacyjna ostatnich lat pokazuje, że występują zwarcia o rezystancjach znacznie większych niż 3000 omów. Szacuje się, że w polskich sieciach średnich napięć liczba takich zakłóceń może stanowić około 5% wszystkich zwarć doziemnych (a te stanowią około 80% wszystkich zakłóceń w sieciach SN). Zwarcia te mogą utrzymywać się w sieci nawet przez kilka lub kilkanaście godzin generując wokół miejsca uszkodzenia bardzo silne zagrożenie porażeniowe dla ludzi i zwierząt.

Istotą wynalazku jest sposób wykrywania zwarć wysokooporowych w liniach pracujących w kompensowanej sieci średniego napięcia polegający na tym, że w chwili doziemienia i działania urządzeń AWSCz obliczane są wartości napięcia U_0p i prądu I_0pcz. Następnie wartości te są porównywane za pomocą w komparatorów z wartościami I_nast i U_0nast nastawionymi w nastawnikach. Wyniki tych porównań razem z sygnałem S_AWSCz, świadczącym o załączonym urządzeniu AWSCz, kontrolowane są układem iloczynu logicznego, którego wyjście jest traktowane jako sygnał stwierdzający wykrycie wysokooporowego zwarcia doziemnego.

Przedmiotem wynalazku jest również układ do realizacji sposobu zawierający dwa bloki funkcjonalne, w których w czasie doziemienia i działania urządzeń AWSCz obliczane są wartości napięcia U_0p i prądu I_0pcz, połączone z nimi dwa komparatory, gdzie obliczone wartości napięcia i prądu porównywane są z wartościami I_nast i U_0nast nastawionymi w nastawnikach oraz układ iloczynu logicznego, którego wejścia połączone są z wyjściami komparatorów, a do trzeciego wejścia dołączony jest sygnał S_AWs_Cz, świadczący o załączonym urządzeniu AWSCz. Wyjście bloku układu iloczynu logicznego jest traktowane jako sygnał stwierdzający wykrycie wysokooporowego zwarcia doziemnego i połączone z układem wykonawczym, który może sterować wyłącznikiem linii lub włączać odpowiednią sygnalizację. Korzystnie jest pomiędzy wyjściem układu iloczynu logicznego a układem wykonawczym z wyłącznikiem lub sygnalizacją umieścić opóźniacz, który spowoduje, że sterowanie wyłącznikiem linii lub sygnalizacją nastąpi po upływie nastawionego na nim czasu.

Warunki zadziałania sposobu oraz układu według wynalazku opisują zależności:

i >^r ¹0pcz -^QQ¹nast (x) (y)

SAWSCz = 1 (z) gdzie:

I_0p i U_0p - wartości pomiarowe składowej zerowej napięcia sieci i składowej czynnej prądu zerowego linii,

PL 226 282 B1

Inast i U_0nast - wartości nastawcze,

S_AWs_Cz - stan logiczny łącznika AWSCz.

Przedstawiony sposób wykrywania zwarć wysokooporowych zdecydowanie poprawia warunki bezpieczeństwa pracy sieci dystrybucyjnej i likwiduje możliwości utrzymywania się zagrożeń porażeniowych w miejscu zwarcia z ziemią linii elektroenergetycznej.

W rozwiązaniu według wynalazku zaproponowano skuteczniejsze od znanych rozwiązań wykorzystanie efektu działania urządzeń automatyki wymuszania składowej czynnej prądu zwarcia doziemnego (AWSCz), które stosowane są powszechnie w kompensowanych sieciach średniego napięcia. Nowość rozwiązania polega na tym, że układy pomiarowe zabezpieczenia dokonują oceny wielkości decyzyjnych wyłącznie w powiązaniu logicznym z działaniem urządzeń AWSCz. Takie powiązanie umożliwia działanie zabezpieczenia przy znacznie zmniejszonym progu rozruchowym napięcia zerowego sieci.

Sposób w przykładzie realizacji przedstawiono na podstawie na rysunku, na którym fig. 1 prezentuje schemat układu wykrywania zwarć wysokooporowych w liniach kompensowanej sieci średniego napięcia, a fig. 2 schemat blokowy układu zabezpieczenia LSW, gdzie LN to indukcyjność dławika w punkcie neutralnym sieci SN, Rw - rezystancja układu automatyki AWSCz, a RF to rezystancja przejścia (rezystancja w miejscu zwarcia).

Zgodnie ze schematem układu przedstawionym na fig. 1 sygnały składowych zerowych napięcia sieci i prądu linii U0 i I0 podawane są do układów pomiarowych 1 i 2. Wartości wyznaczone w tych układach pomiarowych są porównywane w komparatorach 5 i 6 z wartościami nastawionymi w nastawnikach 3 i 4. Wyjścia logiczne z komparatorów razem z logicznym sygnałem S_AWSCz kontrolowane są układem iloczynu logicznego 7. Jeżeli spełnione są reguły zapisane we wzorach (x, y i z) to pojawi się sygnał wyjściowy uruchamiający zadziałanie zabezpieczenia.

P r z y k ł a d 1

Podczas wysokooporowego zwarcia doziemnego w jednej z linii zasilanych z rozdzielni SN korzystne jest podanie wielkości pomiarowych I₀ 9 i U₀ 10 oraz stanu załączenia urządzeń wymuszających S_AWSCz 11 na zaciski układu zabezpieczenia LSW i po odpowiednim ich przefiltrowaniu na filtrach sygnałów pomiarowych 13 i 14 i uformowaniu na elementach formujących sygnały pośrednie 15, 16, 17 i 18 są przekształcane w odpowiednie sygnały, z których jeden rozruchowy jest sygnałem wyjściowym z bloku 1 i porównywany w komparatorze 5 ze stałą wartością określoną w nastawniku 3, a wynik porównania przemnożony jest logicznie w układzie logicznym 7 przez odpowiedni sygnał wygenerowany w komparatorze 6 w oparciu o uformowany wcześniej sygnał U0 oraz przez sygnał stanu S_AWs_Cz. Aktywny sygnał logiczny wygenerowany w układzie logicznym 7 świadczy o wykryciu w linii zwarcia i po upływie nastawionego czasu na opóźniaczu 8 pojawia się sygnał WY, który jest wykorzystany do wysterowania wyłącznika 12 i odłączenia linii od zasilania.

P r z y k ł a d 2

Gdy w sieciach kompensowanych SN, podczas zwarć oporowych o rezystancjach przejścia przekraczających wartości 2000-3000 omów, tracą warunki do działania powszechnie stosowane zabezpieczenia ziemnozwarciowe korzystnie jest uaktywnić proponowany układ zabezpieczenia LSW, który dokonując kombinacji liniowych i logicznych sygnałów pomiarowych I₀, U₀ i S_AWSCz może wygenerować sygnał wyjściowy sygnał WY i powodować wyłączenie linii 120 uszkodzonej zwarciem doziemnym przez rezystancje osiągające nawet wartości na poziomie 6000 omów.

Dla sieci 15 kV o doziemnym prądzie pojemnościowym równym 100 A, współczynniku tłumienności d0 równym 0,04, współczynniku rozstrojenia kompensacji ziemnozwarciowej s równym 0,3, przy działaniu układów automatyki wymuszania składowej czynnej AWSCz o prądzie równym 20 A, tradycyjne zabezpieczenia ziemnozwarciowe tracą warunki działania przy jednofazowych zwarciach z ziemią o rezystancji przejścia zbliżonej do 3000 Ω, natomiast proponowany układ zabezpieczenia LSW wykrywa doziemienia o rezystancji przejścia powyżej 6000 Ω.

W proponowanym rozwiązaniu według wynalazku, przy odpowiednio dobranych nastawach zgodnie z warunkami selektywności (wybiórczości) działania zabezpieczeń i przy typowych układach stosowanych w Polsce urządzeń AWSCz, można wykrywać w liniach zwarcia doziemne oporowe o rezystancjach przekraczających znacznie wartości 6000 omów.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wykrywania zwarć wysokooporowych w liniach pracujących w kompensowanej sieci średniego napięcia, znamienny tym, że w czasie doziemienia i działania urządzeń AWSCz obliczane są wartości napięcia U0p (2) i prądu I0pcz (1), które porównywane są za pomocą w komparatorów (5) i (6) z wartościami Inast i U0nast nastawionymi w nastawnikach (3) i (4), a wyniki tych porównań razem z sygnałem SAWSCz, świadczącym o załączonym urządzeniu AWSCz, kontrolowane są układem iloczynu logicznego (7), którego wyjście jest traktowane jako sygnał stwierdzający wykrycie wysokooporowego zwarcia doziemnego.
2. 2. Układ wykrywania zwarć wysokooporowych w liniach pracujących w kompensowanej sieci średniego napięcia, znamienny tym, że zawiera dwa bloki funkcjonalne, w których w czasie doziemienia i działania urządzeń AWSCz obliczane są wartości napięcia U0p (2) i prądu I0pcz (1), połączone z nimi dwa komparatory (5) i (6), gdzie obliczone wartości napięcia porównywane są z wartościami Inast i U0nast nastawionymi w nastawnikach (3) i (4), oraz z układu iloczynu logicznego (7), którego wejścia połączone są z wyjściami komparatorów (5) i (6), a do trzeciego wejścia dołączony jest sygnał SAWSCz, a wyjście układu iloczynu logicznego (7) jest połączone z układem wykonawczym.
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że pomiędzy wyjściem z układu iloczynu logicznego (7) a układem wykonawczym zawierającym wyłącznik (12) lub sygnalizację umieszczono opóźniacz (8).