Ochrona urządzeń stacyjnych przed przepięciami dochodzącymi z linii niskich napięć.pdf

(684 KB) Pobierz
OCHRONA PRZEPIĘCIOWA
Ochrona urządzeń stacyjnych przed przepięciami
dochodzącymi z linii niskich napięć
Andrzej Sowa
1. Wstęp
Zapewnienie pewnego i niezawodnego działania urządzeń w stacjach elektroenergetycznych może
wymagać zastosowania odpowiednio dobranych i rozmieszczonych urządzeń ograniczających prze-
pięcia
SPD
(ang. Surge Protective Device). Takie urządzenia, nazywane
ogranicznikami przepięć,
są stosowane m.in. do ograniczania przepięć w dochodzących do stacji liniach niskich napięć.
2. Przepięcia atmosferyczne w liniach elektroenergetycznych
niskich napięć
Przed przystąpieniem do doboru i rozmieszczania układów ograniczników należy posiadać podsta-
wowe informacje o występującym zagrożeniu przepięciowym.
Uwzględniając ten fakt, poniżej przedstawiono krótką charakterystykę przepięć atmosferycznych i
łączeniowych
występujących w liniach elektroenergetycznych niskich napięć.
2.1. Bezpośrednie wyładowanie piorunowe w przewody linii
Najgroźniejszym przypadkiem jest bezpośrednie wyładowanie piorunowe w przewody napowietrz-
nych linii elektroenergetycznej. Do przybliżonej oceny zagrożenia można przyjąć,
że
impedancja
kanału wyładowania jest duża i piorun uderzający w linię można traktować jak
źródło
prądowe pod-
łączone
do przewodu ułożonego nad powierzchnią ziemi. Zakładając,
że
dla rozpływającego się
prądu udarowego wartość impedancji falowej przewodu Z
0
nad ziemią zawiera się w przedziale od
400
Ω
do 500
Ω,
otrzymujemy wartość napięcia
U
=
Z
0
⋅
I
2
Przykładowo, dla prądu piorunowego o wartości szczytowej I = 50 kA i impedancji falowej Z0 =
400
Ω
otrzymujemy U = 10000 kV.
Ograniczona wytrzymałość udarowa izolatorów powoduje,
że
w rzeczywistych liniach takie warto-
ści
przepięć atmosferycznych nie występują. Poziom ograniczania przepięć uzależniony jest od
spadku napięcia na indukcyjności przewodu i rezystancji uziomu słupa, na którym nastąpił prze-
skok.
Ocenę zagrożenia przepięciowego można również przeprowadzić wykorzystując dostępne progra-
my modelujące zjawiska zachodzące w sieci elektroenergetycznej.
Przykład takiego analizy [7] przedstawiono na rys. 1.
Prąd udarowy o wartości szczytowej 50 kA i kształcie 2/50 wprowadzano do przewodu odcinka li-
nii między transformatorem a przyłączem i wyznaczano napięcia względem ziemi odniesienia w
różnych punktach tej linii.
Przykłady obliczonych przebiegów przepięć atmosferycznych oraz podział prądu piorunowego
przestawiają rys. 2 i 3.
A. Sowa
Ochrona urządzeń stacyjnych przed przepięciami dochodzącymi z linii niskich napięć
Rys. 1.
Analizowana sieć elektroenergetyczna niskiego napięcia [6]
Rys. 2.
Napięcia w różnych punktach względem ziemi odniesienia
Rys. 3.
Prądy płynące w róż-
nych punktach analizowanego
systemu
2.2. Przepięcia indukowane w liniach elektroenergetycznych
W napowietrznych liniach elektroenergetycznych znacznie częściej, w porównaniu z przypadkami
bezpośrednich wyładowań piorunowych, występują przepięcia atmosferyczne indukowane.
W większości rzeczywistych przypadków mają one przebieg aperiodyczny lub oscylacyjny tłumio-
ny. Przykłady przepięć rejestrowanych w liniach elektroenergetycznych niskich napięć [4, 5] przed-
stawiono na rys. 4.
Istnieje również możliwość określenia liczby przepięć
N
i
o danej wartości szczytowej
U
uwzględ-
niając wymiary linii oraz roczną częstość wyładowań piorunowych w analizowanym obszarze.
Zależność określająca
N
i
ma postać:
30
⋅
(1
−
c
)
N
i
=
1,9
⋅
10
−
6
⋅
N
g
⋅
H
⋅
L
⋅ 
3,5
+
2,5
⋅
log
U
gdzie:
3, 75
N
g
- roczna częstość wyładowań piorunowych [wyładowanie/km
2
⋅rok],
L
- długość linii [m],
H
– wysokość linii nad ziemią [m].
A. Sowa
Ochrona urządzeń stacyjnych przed przepięciami dochodzącymi z linii niskich napięć
Rys. 4.
Zarejestrowane przebiegi przepięć atmosferycznych w liniach nn
Współczynnik c określa redukujący czynni wprowadzany przez uziemiony przewód neutralny lub
ochronny (c = 0, jeśli brak wymienionych przewodów, c = 0,7 lub 0,9 w zależności od uziemiania
przewodów).
Przykładowo, wyniki obliczeń uzyskanych przy pomocy powyższej zależności (oznaczenie CC05)
przedstawiono rys. 5. Dodatkowo przedstawiono również krzywe proponowane przez innych auto-
rów [7].
Rys. 5.
Liczba przepięć o różnych amplitudach wyznaczona dla linii L= 1 km, H=10 m, Ng = 1
2.3. Przepięcia wewnętrzne
Stany nieustalone w sieciach elektroenergetycznych powstające podczas nagłych zmian napięcia
zasilającego lub konfiguracji układu połączeń poszczególnych elementów w systemie elektroener-
getycznym są
źródłem
tzw.
przepięć wewnętrznych.
Najczęściej występującymi są przepięcia po-
wstające podczas wyłączania i ponownego załączania nieobciążonych linii lub baterii kondensatorów,
przerywaniu niewielkich prądów indukcyjnych. Część z przedstawionych typów przepięć wewnętrz-
nych występuje a sieciach
średnich
napięć. W takim przypadku zagrożenie urządzeń technicznych
w sieciach niskich napięć wynika z możliwości przenoszenia przepięć na stronę wtórną transforma-
torów energetycznych.
Przykłady różnorodnych przebiegów przepięć wewnętrznych, jakie zarejestrowano w sieci elektroener-
getycznej niskiego napięcia przedstawiono na rys. 6.
A. Sowa
Ochrona urządzeń stacyjnych przed przepięciami dochodzącymi z linii niskich napięć
Rys. 6.
Przykłady przepięć wewnętrznych występujących w instalacji elektrycznej
3. Ochrona przepięciowa urządzeń stacyjnych
Tworząc w sieci elektroenergetycznej kompleksowy system ograniczania przepięć należy popraw-
nie dobrać i rozmieścić układy ograniczników chroniących przed przepięciami linie napowietrzne,
instalacje elektryczne w obiektach budowlanych oraz urządzenia stacyjne.
W przypadku ochrony stacji należy stosować ograniczniki przepięć, jeśli do obiektów dochodzą:
•
•
bezpośrednio linie napowietrzne,
krótkie odcinki ułożonych w ziemi linii kablowych niskich napięć połączonych z liniami
napowietrznymi.
W zaleceniach dotyczących ograniczania przepięć w sieci elektroenergetycznej niskiego napięcia
[2, 3] przyjęto,
że
krótkimi odcinkami są ułożone w ziemi kable, których długości nie przekraczają
150 m.
Podobne wymagania, dotyczące dostatecznej długości ułożonego w ziemi odcinka linii kablowej,
zawierała norma PN-93/E-05009/443. Po wycofaniu tej normy i wprowadzeniu normy PN-IEC
60364-4-443 zalecenia dotyczące ochrony przed przepięciami instalacji elektrycznej w obiektach
budowlanych uległy zmianie. Obecnie brak informacji dotyczących długości ułożonych w ziemi
odcinków linii kablowych, które zapewniają dostateczne tłumienie przepięć atmosferycznych. Na-
leży przypuszczać,
że
podobne zmiany mogą zostać również wprowadzone do zaleceń dotyczących
ochrony przed przepięciami urządzeń w stacjach.
Jeśli do ochrony urządzeń w stacjach wymagane jest zastosowanie układów ograniczników prze-
pięć to należy spełnić przedstawione poniżej wymagania:
1.
Ograniczniki powinny być tak rozmieszczone, aby każdy transformator był chroniony przez
komplet ograniczników.
2.
We wszystkich układach ruchowych izolację urządzeń stacyjnych należy chronić, co najmniej
przez jeden komplet ograniczników przepięć.
3.
Przewody uziemiające ograniczników instalowanych w stacjach powinny być połączone z
uziemieniem stacji, metalowymi elementami i obudowami transformatorów, i urządzeń roz-
dzielczych, metalowymi powłokami kabli.
4.
Jeśli uzwojenia wysokiego napięcia transformator chronione są przed przepięciami to zalecana
[3] jest również ochrona przed przepięciami uzwojeń niskiego napięcia.
5.
Zalecane ograniczanie przepięć w sieciach zasilających:
•
•
szafy sterownicze oświetlenia ulicznego,
szafy z aparaturą sygnalizacyjną, alarmową i ostrzegawczą.
A. Sowa
Ochrona urządzeń stacyjnych przed przepięciami dochodzącymi z linii niskich napięć
Przykładowe typowych połączeń ograniczników przepięć chroniących transformatory przestawiono
na rys. 7 i 8.
Tr
TN-C
L1
L2
L3
PEN
układ
ograniczników
chroniących
transformator
Tr
TN-S
L1
L2
L3
N
PE
układ
ograniczników
chroniących
transformator
R
S
R
S
Tr
TT
L1
L2
L3
N
układ
ograniczników
chroniących
transformator
Rys. 7.Układy
ograniczników chroniące transfor-
mator przed przepięciami występującymi w li-
niach niskich napięć (ograniczniki przy transfor-
matorze)
R
S
Sieć nn
Konstrukcja
rozdzielnicy nn
Wyłącznik WN
Sieć WN
TRANSFORMATOR
Połączenie
kablowe
Ograniczniki
przepięć
U > 1 kV
U
≤
1 kV
Rys. 8.
Ograniczanie przepięć dochodzących do transformatora od strony napowietrznych linii ni-
skich napięć (ograniczniki na słupie) [4]
Typowe układy połączeń ograniczników przepięć w przypadku ich umieszczenia na słupie napo-
wietrznej linii niskiego napięcia przedstawiono na rys. 9.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin