background image

 

 

1

 

 
 
dr inż. Witold Hoppel 
dr hab.inż. Józef Lorenc 
 

ZASADY DOBORU NASTAW ZABEZPIECZEŃ 

W POLACH ROZDZIELNI SN 

 

 

1. Wstęp 

 

Dobór  nastaw  jest  ciągle  bardzo  ważnym  elementem  prawidłowości  działania 

elektroenergetycznej  automatyki  zabezpieczeniowej  (EAZ).  Można  spotkać  się  z  opinią,  że 
znacząca  większość  jej  błędnych  zadziałań,  szczególnie  dotycząca  eliminacji  elementów 
systemu  elektroenergetycznego  dotkniętych  zakłóceniem,  jest  związana  z  błędami 
dokonanymi podczas obliczania lub wprowadzania  nastaw. Zjawisko to wydaje się narastać 
w  miarę  rozwoju  cyfrowych  konstrukcji  urządzeń  EAZ  –  ponieważ  praktycznie 
nieograniczone  możliwości  powstawania  różnych  opcji  zabezpieczeń,  własnej  konfiguracji 
kryteriów,  wejść  i  wyjść,  powodują  znaczne  zwiększenie  liczby  nastaw.  W  niektórych 
urządzeniach  dochodzi  ona  już  do  kilkuset.  Zagadnienie  doboru  nastaw  dla  klasycznych 
zabezpieczeń  elektromechanicznych  lub  statycznych  analogowych  w  polach  rozdzielni 
średniego  napięcia  (SN)  wydaję  się  od  dawna  opracowane  –  w  literaturze  znajdują  się 
odpowiednie  zależności  [1,2,3],  które  jednak,  gdy  dobrze  przyjrzeć  się  obliczeniom 
wykonywanym w różnych zakładach energetycznych, są interpretowane w różny lub bardzo 
uproszczony sposób. Szczególne rozbieżności pojawiają się w doborze nastaw zabezpieczeń 
od skutków zwarć doziemnych. 
 
 

2. Definicje 

 

Dla  potrzeb  niniejszego  artykułu  zostaną  użyte  następujące  definicje  (wg  normy 

PN/86-E88601): 
 

Wielkość  pomiarowa  –  wielkość  fizyczna  lub  wielkość  charakterystyczna  dla  tej 

wielkości,  której  nazwa  charakteryzuje  przekaźnik  i  w  odniesieniu  do  której  określano 
wymagania związane z dokładnością działania przekaźnika (np. prąd, admitancja). 
 

Wartość  nastawcza  –  wartość  na  mechaniźmie  nastawczym  lub  w  programie 

przekaźnika,  na  którą  można  nastawić  wartość  zadziałania  wielkości  pomiarowej,  czas 
zadziałania  wielkości  pomiarowej,  czas  zadziałania  lub  charakterystykę  przekaźnika. 
Wielkość ta będzie oznaczana przez dodanie do symbolu wielkości pomiarowej przekaźnika 
indeksu nast (np. I

nast

).  

 

Wartość  rozruchowa  –  wartość  wielkości  zasilającej  wejściowej  lub  wielkości 

pomiarowej, przy której następuje w określonych warunkach początek rozruchu przekaźnika. 
Oznaczana  będzie  dalej  indeksem  r  (np.I

r) 

.  Różni  się  od  wielkości  nastawczej  wartością 

uchybu. 
 

Wartość  zadziałania  –  wartość  wielkości  zasilającej  wejściowej  lub  wielkości 

pomiarowej, przy której następuje oczekiwana skokowa zmiana w obwodzie wyjściowym (na 
wyjściu)  przekaźnika.  W  przeciętnych  warunkach  dla  przekaźników  pomiarowych,  wartość 
zadziałania jest równa wartości rozruchowej. 
 

Wartość  zakończenia  powrotu  –  wartość  wielkości  zasilającej  lub  wielkości 

pomiarowej,  przy  której  następuje  w  określonych  warunkach  zakończenie  powrotu 
przekaźnika  –  osiągnięcie  stanu  spoczynku  lub  stanu  początkowego.  Oznaczana  będzie 
indeksem p

background image

 

 

2

 

 

Współczynnik  powrotu  k

p

  –  stosunek  wartości  zakończenia  powrotu  do  wartości 

rozruchowej. Wartość współczynnika powrotu występuje w wielu zależnościach dotyczących 
nastaw i jest jednym z najważniejszych parametrów przekaźnika. 
 

Uchyb  (błąd)  bezwzględny  –  algebraiczna  różnica  między  wartością  zadziałania 

wielkości  pomiarowej  lub  czasu  zadziałania  a  wartością  nastawienia  przekaźnika 
pomiarowego lub czasowego. 
 

Powyższe  definicje  wyraźnie  są  opracowane  dla  zabezpieczeń  klasycznych,  ale  są 

zupełnie zrozumiałe dla współczesnych rozwiązań mikroprocesorowych. 
 
 

3. Podstawowe zabezpieczenia 

 

W  polach  rozdzielni  SN  stosowane  są  następujące  zabezpieczenia,  których 

wielkościami pomiarowymi są prądy fazowe: 
-  od  skutków  przeciążeń  (pola  transformatora  zasilającego  i  potrzeb  własnych,  pole  baterii 
kondensatorów równoległych - BKR) 
-  nadprądowe  zwłoczne  od  skutków  zwarć  międzyfazowych  (wszystkie  pola  z  wyjątkiem 
pomiaru napięcia), 
-  zwarciowe  –  kiedyś  nazywane  bezzwłocznymi,  a  w  żargonie  technicznym  „odsieczką” 
(wszystkie  pola  z  wyjątkiem  pola  pomiaru  napięcia,  ale  w  niektórych  z  możliwością 
odstawienia lub uruchomienia na krótki czas po zamknięciu wyłącznika). 
 

W wielu polach są stosowane zabezpieczenia od skutków zwarć doziemnych, bardzo 

mocno  uzależnione  od  sposobu  pracy  punktu  neutralnego,  korzystające  ze  składowych 
zerowych prądu i napięcia: 
- w polach liniowych nadprądowe, kierunkowe i admitancyjne,  
- w polu pomiaru napięcia – zerowonapięciowe, 
- w polu łącznika szyn – zerowoprądowe i admitancyjne, 
- w polu transformatora – zerowoprądowe, 
-  w polu  potrzeb własnych  –  nadprądowe, którego wielkością wejściową  jest  prąd mierzony 
bezpośrednio w obwodzie łączącym urządzenie uziemiające (dławik lub rezystor) z ziemią,  
- w polu BKR – zerowoprądowe. 
 

Szczegóły  możliwości  doboru  zabezpieczeń  od  skutków  zwarć  doziemnych  dla  linii 

zawarto w tablicy 1. 
 

Zabezpieczenie zerowonapięciowe oznaczone U0> w zasadzie w polach liniowych nie 

występuje  samodzielnie,  w  tablicy  zostało  oznaczone  jako  powszechne  w  zastosowaniu  ze 
względów na to, że: 
-  umieszczone  w  polu  pomiaru  napięcia  rezerwuje  zabezpieczenia  w  polach  liniowych,  a  w 
wyjątkowych  przypadkach  nawet  stanowi  zabezpieczenie  podstawowe  działające  na 
sygnalizację, 
- stanowi element rozruchowy wielu innych zabezpieczeń w polach liniowych. 
 

Zabezpieczenia  kierunkowe  czynno-  i  biernomocowe,  których  charakterystyka  jest 

funkcją  prądu  rozruchowego  i  kąta  fazowego  pomiędzy  składowymi  zerowymi  prądu  oraz 
napięcia  mają  jednoznacznie  określone  zakresy  zastosowania,  a  żadne  z  nich  nie  może  być 
użyte w sieci kompensowanej bez AWSCz. 
 

Zabezpieczenie  I0>  może  być  stosowane  w  polach  liniowych  sieci  pracującej  z 

izolowanym  punktem  neutralnym,  jeśli  jej  udział  w  pojemnościowym  prądzie  zwarcia  sieci 
nie przekracza wartości 0,3-0,4. W sieci kompensowanej bez lub z AWSCz zabezpieczenie to 
może  być  stosowane,  jeśli  spełniony  będzie  warunek  czułości  –  w  przeciętnych  warunkach 
jest to możliwe tylko w bardzo krótkich liniach i przy przekompensowaniu sieci przynajmniej 
o 10 %.  

background image

 

 

3

 

 

Podobne  warunki  dotyczą  kryterium  Y0>,  ale  niezależność  mierzonej  admitancji  od 

rezystancji przejścia w miejscu zwarcia umożliwia jego zastosowanie w wielu szczególnych 
przypadkach  np.  w  liniach  sieci  o  bardzo  małym  prądzie  pojemnościowym  rzędu  kilku 
amperów  i  czynnym  AWSCz.  Nastawa  admitancji  jest  silnie  uzależniona  od 
pojemnościowego prądu zwarcia zabezpieczanej  linii  – stąd możliwe są zadziałania zbędne, 
jeśli  nastąpią  silne  zmiany  w  konfiguracji  sieci  polegające  na  zwiększeniu  długości  linii 
zasilanych z danego pola lub błędnie określone wartości prądu pojemnościowego. 
 

Zabezpieczenie  G0>  bezkierunkowe  ma  bardzo  wyraźnie  określony  zakres 

zastosowania.  Jego  nastawa  jest  zależna  praktycznie  tylko  od  rodzaju  zastosowanego  filtru 
składowej  zerowej  prądu,  nie  zależy  od  parametrów  linii  Nie  reaguje  również  na  zamianę 
zacisków w obwodach składowych zerowych. Zabezpieczenie to można zalecić m.in. do sieci 
o słabo rozpoznanych prądach pojemnościowych. 
 

Zastosowanie  kryterium  G0>  kierunkowego  jest  bardzo  ograniczone  –  tylko  w 

sieciach, gdzie są dwa pola potrzeb własnych w miejscach ich zasilania, w praktyce dotyczy 
to przypadku współpracy dwóch rozdzielni zasilanych z sieci 110 kV lub elektrowni poprzez 
linię  SN.  W  Polsce  sytuacja  taka  występuje  wyjątkowo  –  w  zasadzie  tylko  podczas 
przełączeń. 
 

Kryterium  B0>  może  być  typowo  stosowane  tylko  w  sieci  z  izolowanym  punktem 

neutralnym. Jego wprowadzenie do innych sieci mających w punkcie neutralnym pierwotny 
rezystor  uziemiający  wiąże  się  z  dopuszczeniem  pracy  takiej  sieci  do  pracy  z  wyłączonym 
polem potrzeb własnych. 
 

Kryterium  RYY0  może  być  stosowane  tylko  w  sieciach,  gdzie  podczas  zwarcia 

doziemnego do pól liniowych doprowadzona jest informacja o położeniu stycznika AWSCz, 
ponieważ  kryterium  to  jest  oparte  na  dwóch  pomiarach  admitancji  doziemnej.  Należy 
podkreślić dwa fakty dotyczące działania tego kryterium: 
1.  Zakres  wykrywanych  rezystancji  przejścia  w  konkretnej  sieci  jest  większy  niż  przy 
pozostałych kryteriach, 
2.  Do  spowodowania  jego  działania  w  polu  potrzeb  własnych  może  być  zastosowany  nie 
tylko  rezystor,  ale  element  bierny  –  np.  dławik.  W  tej  sytuacji  można  uzyskać  bardzo 
pozytywne  zjawisko  braku  zmniejszania  się  wartości  składowej  zerowej  napięcia  przy 
załączaniu AWSCz. Stąd kryterium to w szczególny sposób nadaje się do terenów o dużych 
rezystywnościach gruntów. 
 

W  tablicy  1  wyszczególniono  również  dobór  zabezpieczeń  dla  sieci  z  punktem 

neutralnym  uziemionym  układem  równoległym  dławika  i  rezystora  oraz  kompensowanej  z 
dorywczym  uziemieniem  przez  rezystor.  Pierwszy  z  tych  sposobów  jest  stosowany  w  kilku 
sieciach głównie ze względu na łatwiejsze do spełnienia warunki ochrony od porażeń. Drugi 
sposób  pozwala  na  zachowanie  pewnych  właściwości  uziemienia  przez  rezystor  przy 
ograniczonej intensywności automatyki SPZ.  
 

W  polu  BKR  powinno  być  zainstalowane  zabezpieczenie  od  skutków  zwarć 

wewnętrznych  w  baterii  zasilane  wielkością  pomiarową  z  przekładnika  w  połączeniu 
pomiędzy gwiazdami podzielonej baterii. 
 

Wymienione  zabezpieczenia  reagują  na  wielkości  elektryczne  -  oprócz  nich  są 

zabezpieczenia nieelektryczne (gazowo-przepływowe) - w transformatorach i dławikach. 
 

Przy  omawianiu  nastaw  przyjęto,  że  w  energetyce  zawodowej  stosowane  są  przede 

wszystkim  zabezpieczenia  o  charakterystyce  niezależnej,  ewentualnie  dwustopniowe  -  jeśli 
zabezpieczenie  zwłoczne  i  zwarciowe  opisywać  jednym  wykresem  czasu  zadziałania  w 
funkcji mierzonego prądu 
 
 

background image

 

 

4

 

Tablica 1 

Dobór zabezpieczeń od skutków zwarć doziemnych w polach liniowych rozdzielni średniego 

napięcia w zależności od sposobu pracy punktu neutralnego 

 

Rodzaj 

zabezpiecze

nia 

Sposób pracy punktu neutralnego 

izolo-

wany 

uziemiony 

przez dławik 

bez AWSCz 

uziemiony 

przez 

dławik z 

AWSCz 

uziemiony 

przez 

rezystor 

równoległy 

układ 

dławika 

i rezystora 

uziemiony 

przez dławik 

dorywczym 

uziemieniem 

przez 

rezystor 

U0> 

kierunkowe 

czynnomoc

owe 

kierunkowe 

biernomoco

we 

I0> 

Y0> 

G0> 

bezkierunko

we 

G0> 

kierunkowe 

B0> 

kierunkowe 

RYY0> 

„+” - zastosowanie możliwe,  „-” - zastosowanie niemożliwe, „*” - zastosowanie możliwe z 

zastrzeżeniami, „#” – zastosowanie możliwe tylko w wyjątkowych sytuacjach. 

 
 
 

4. Układ sieci 

 

Układ  sieci,  który  jest  przedstawiony  na  rys.1,  ma  istotne  znaczenie  przy  doborze 

nastaw.  W  Polsce  w  zasadzie  sieci  SN  pracują  promieniowo,  jeśli  jako  element  zasilający 
przyjąć  transformator  przyłączony  do  sieci  o  napięciu  110  kV,  a  rzadko  o  innej  wartości. 
Tylko wyjątkowych przypadkach lub podczas przełączeń pojawiają się w tym znaczeniu sieci 
dwustronnie  zasilane.  Pewne  odstępstwo  od  tego  stwierdzenia  powodują  coraz  częściej 
spotykane  tzw.  elektrownie  lokalne  o  niewielkiej  mocy  –  wodne,  wiatrowe  lub  opalane 
biogazem.  Powodują  one  konieczność  stosowania  zabezpieczeń  od  skutków  zwarć 
międzyfazowych z blokadą kierunkową.  
 

background image

 

 

5

 

Rys.1. Układ sieci średniego napięcia 

 
 

 

Z  punktu  widzenia  zabezpieczeń  ziemnozwarciowych  układy  takie  powodują  pewne 

komplikacje. W sieciach kompensowanych z AWSCz lub uziemionych przez rezystor należy 
pamiętać o tym, że większość zabezpieczeń może zadziałać tylko wówczas, jeśli znajdują się 
między miejscem zwarcia, a punktem uziemienia sieci.  
  

W  Polsce  nie  są  rzadkie  przypadki,  kiedy  linie  odchodzące  z  szyn  zasilanych 

transformatorem 110 kV/SN są prowadzone do rozdzielni sieciowych (w skrócie RS), co na 
rys.1  przedstawia  stacja  C.  Takie  rozgałęzienia  wpływają  na  dobór  nastaw  zabezpieczeń, 
szczególnie z punktu widzenia uzyskania selektywności działania. 
 
 

5. Podstawowe zależności dotyczące parametrów zwarciowych sieci 

 

5.1.Wielkości charakterystyczne dla zwarć międzyfazowych 

 

Będą  one  podane  dla  sieci  jednostronnie  zasilanych,  bez  uwzględnienia  wpływu 

ewentualnych elektrowni lokalnych. 
 

Do  obliczeń  nastaw  zabezpieczeń  nadprądowych  od  skutków  zwać  międzyfazowych 

używa się dwóch prądów zwarciowych: 
- minimalny prąd zwarcia I

kmin

- maksymalny prąd zwarcia I

kmax

 

Dla  potrzeb  sprawdzania  czułości  zabezpieczeń  minimalny  prąd  zwarcia,  który 

występuje przy zwarciu dwufazowym, można obliczać wg uproszczonej zależności: 

max

min

*

Z

U

I

n

k

   

(1) 

w której:  
U

n

 – znamionowe napięcie przewodowe sieci, 

Z

max

 – maksymalna impedancja pętli zwarciowej, którą oblicza się dla miejsca największego 

wymaganego  zasięgu  zabezpieczenia  nadprądowego  oraz  przy  uwzględnieniu  największej 
impedancji  od  strony  systemu  elektroenergetycznego.  Jeśli  przez  punkt  zabezpieczeniowy 
zasilana  jest  linia  promieniowa  o  wielu  odgałęzieniach,    to  należy  prąd  obliczać  dla 
odgałęzienia  o  największej  impedancji.  Maksymalną  zastępczą  impedancję  systemu 
elektroenergetycznego należy obliczać wg wzoru:  

k

n

s

S

U

Z

2

max

1

,

1

 

(2) 

w którym: 
S

k

 – moc zwarciowa dla wariantu zasilania o najmniejszej mocy zwarciowej.   

A

B

C

110 kV

SN

T1

T2

- wyłącznik z zabezpieczeniem

Z1

Z6

Z2

Z3

Z5

Z4

background image

 

 

6

 

 

Podczas obliczania Z

max

 należy wziąć pod uwagę to, że szyny SN mogą być zasilane 

tylko poprzez jeden transformator. 
 

Maksymalny  prąd  zwarcia,  który  występuje  przy  zwarciu  trójfazowym,  można 

obliczać wg zależności: 
 

min

3

*

1

,

1

max

Z

n

U

k

I

 (3) 

w której: 
Z

min

 – minimalna impedancja pętli zwarciowej,  obliczana przy odpowiednim wariancie mocy 

zwarciowej  i  układu  zasilania,  w  tym  również  liczby  pracujących  równolegle 
transformatorów. 
 
 

5.2.Wielkości charakterystyczne dla zwarć doziemnych 

 

Najczęściej  spotykane  zależności  opisujące  wielkości  ziemnozwarciowe  w  sieciach 

SN  pracujących  z  nieskutecznie  uziemionym  punktem  neutralnym  nie  uwzględniają 
impedancji  wzdłużnych  elementów  systemu  elektroenergetycznego.  Zapewniają  jednak 
wystarczającą  dokładność  dla  potrzeb  obliczania  nastaw  zabezpieczeń  od  skutków  zwarć 
doziemnych  w  większości  sieci  –  problematyczna  może  być  dokładność  dla  sieci 
uziemionych przez rezystory o wartościach mniejszych od  50  , co w sieci 15 kV odpowiada 
prądom  znamionowym  większym  od  około  150  A.  Podane  wartości  mają  tylko  charakter 
orientacyjny  –  wpływ  impedancji  wzdłużnych  w  sieci  uziemionej  rezystorem  zależy  od 
bardzo  wielu  czynników  i  nie  można  tego  wpływu  ocenić  w  ogólny  sposób.  Dokładności 
obliczeń  prądów  ziemnozwarciowych  nie  wpływają  wprost  na  dobór  nastawy,  ale  mają 
znaczenie przy sprawdzaniu czułości zabezpieczeń. 
 

Zależności, które nie uwzględniają impedancji wzdłużnych, są następujące: 

 

U

o

 =   U

ph  

 

 

 

(4) 

 

I

k1

 =   U

ph 

   C

(d

o

 - js) 

 

(5). 

 

 

Poszczególne symbole oznaczają: 

U

0

  –  składowa  zerowa  napięcia  w  sieci  (przy  pominięciu  impedancji  wzdłużnych  jest 

jednakowa w całej galwanicznie połączonej sieci), 

 - współczynnik ziemnozwarciowy, który podczas zwarć metalicznych przyjmuje wartość 1 

i zmniejsza się ze wzrostem rezystancji przejścia do ziemi w miejscu zwarcia, 
U

ph

 – napięcie fazowe – wartość znamionowa,  

 - pulsacja robocza sieci, 

I

k1

 – prąd w miejscu zwarcia, 

C

s

 – zastępcza pojemność doziemna sieci, 

d

0

 – współczynnik tłumienia sieci, 

s – współczynnik rozstrojenia kompensacji ziemnozwarciowej. 
 

Współczynnik ziemnozwarciowy sieci  określany jest zależnością: 

js)

(d

C

ω

R

1

1

β

o

s

F

 

 

(6) 

w której: 
R

F

 – rezystancja przejścia w miejscu zwarcia. 

 

Współczynnik s wyrażany jest zależnościami:  

background image

 

 

7

 

1

L

C

1

s

d

s

2

 

 

(7) 

lub 

CS

CS

L

I

I

I

s

   

 

(8) 

w których: 
L

d

 – indukcyjność dławika kompensującego, 

I

L

  –  składowa  bierna  prądu  dławika  kompensującego,  w  przybliżeniu  równa  prądowi 

wybranego zaczepu, 
I

CS

 – pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego sieci. 

 

Współczynnik  s  zdefiniowany  zależnością  (8)  posiada  wartości  dodatnie  dla  sieci 

przekompensowanych, a ujemne dla niedokompensowanych. Jeśli w sieci  brak jest  dławika 
(sieć z izolowanym punktem neutralnym lub uziemiona tylko przez rezystor, to s=-1). Można 
spotkać się w literaturze z innym definiowaniem tej wielkości. 
 

Ponieważ  różne  znaczenie  przywiązuje  się  do  pojemności  sieci  C

S

,  w  rozumieniu 

niniejszego  tekstu  jest  to  pojemność  zastępcza  będąca  sumą  doziemnych  pojemności 
fazowych. W związku z tym doziemny prąd pojemnościowy sieci wyznacza się ze wzoru: 
 

ph

s

CS

U

C

I

 

 

(9). 

 

 

Współczynnik tłumienia sieci d

0

 obliczany jest ze wzoru:  

s

N

d

S

C

R

G

G

d

1

0

0

 ` 

(10) 

gdzie: 
G

0S

  –  konduktancja  doziemna  sieci,  można  ją  przyjmować  w  granicach  (0,02-0,04) 

susceptancji sieci B

s

 ,obliczanej na podstawie zależności: 

s

s

C

B

 

 

(11), 

G

d

 – konduktancja doziemna dławika, 

R

N

 – rezystancja uziemiająca w punkcie neutralnym sieci. 

 

Dla większości sieci z wystarczającą dokładnością można korzystać z uproszczonych 

wzorów: 

s

N

C

R

d

1

0

   

(12a) 

lub 

CS

R

I

I

d

0

 

 

(12b) 

w których: 
I

R

 – prąd czynny w punkcie neutralnym sieci podczas zwarcia bezrezystancyjnego. 

 

Dla  sieci  kompensowanych  jako  I

R

  należy  przyjmować  wartość  prądu  po  stronie 

pierwotnej  podczas działania AWSCz (przeciętnie od 15 do 25 A), a dla sieci  uziemionych 
przez rezystor – jego znamionowy prąd ziemnozwarciowy. 
 

Wyrażenie (5) można przedstawić w postaci  

2

2

0

1

s

d

I

I

CS

k

   

(13 ). 

background image

 

 

8

 

 

Natomiast  w punkcie zabezpieczeniowym na początku linii doziemionej płynie prąd 

określony zależnością: 

2

2

0

1

)

(

a

s

d

I

I

CS

L

k

   

(14) 

w której: 
a  –  udział  linii  w  pojemnościowym  zwarcia  sieci  (iloraz  prądów  pojemnościowych  linii 
i sieci). 
 

Jeśli sieć jest uziemiona w ten sposób, że wpływ elementów wzdłużnych jest znaczący 

lub  występuje  potrzeba  przeprowadzenia  dokładniejszych  obliczeń,  to  można  skorzystać  z 
metody podanej poniżej. 
 

Prąd  zwarcia  doziemnego  w  sieci  uziemionej  przez  rezystor  obliczać  można  z 

zależności: 
 

p

d

d

ph

k1

Z

*

Y

1

Y

U

I

  

(15) 

w której: 
Y

0S

 – admitancja doziemna sieci, 

Z

p

 – wzdłużna impedancja zastępcza. 

 

Wielkości te oblicza się w następujący sposób: 

 

)

(

0

0

s

j

d

C

Y

s

S

   

(16) 

w której 

N

s

N

s

R

C

R

G

d

1

0

 

 

(17) 

 

Natomiast wzdłużną impedancję zastępczą określa wzór: 

)

3

2

(

3

1

0

1

F

p

R

Z

Z

Z

 

(18) 

gdzie: 
Z

1

 – impedancja zastępcza linii dla składowej zgodnej, 

Z

0

 – impedancja zastępcza linii dla składowej zerowej. 

 

Zaproponowana metoda jest uproszczona, nie uwzględnia impedancji transformatora 

uziemiającego oraz transformatora zasilającego i systemu elektroenergetycznego. 
 

6.Uchyby filtrów składowych zerowych 

 

Problem  ten  dotyczy  zjawiska  pojawiania  się  prądu  uchybowego  po  stronie  wtórnej 

przekładnika Ferrantiego lub  układu Holmgreena  - jest on na tyle poważny, że mógłby być 
podmiotem  szczegółowych  badań  –  dla  potrzeb  niniejszego  artykułu  zostaną  przedstawione 
tylko najważniejsze aspekty. W poprzednich latach zajmował się nim Instytut Energoelektryki 
Politechniki Wrocławskiej i BSiPE”Energoprojekt” w Poznaniu, szczególnie K.Kabaciński.  
 

W  układzie  Holmgreena  źródłem  tych  uchybów  są  niejednolite  charakterystyki 

magnesowania poszczególnych przekładników prądowych go tworzących oraz wchodzenie w 
stan nasycenia.  
 

W przekładniku Ferrantiego uchyb ten może pochodzić od sposobu sumowania się pól 

elektromagnetycznych  wytwarzanych  przez  prądy  poszczególnych  faz  i  niesymetrycznego 
umieszczenia faz w oknie przekładnika. 
 

Wartość prądu uchybowego zależy od wielu czynników, m.in.: 

- jakości i jednolitości materiału użytego na rdzenie przekładników, 

background image

 

 

9

 

- wartości prądu pierwotnego i jego kształtu – tak zawartości wyższych harmonicznych, jak i 
składowej nieokresowej, 
- obciążenia strony wtórnej filtru i jego relacji do obciążenia znamionowego, 
-  dla  przekładników  pomiarowych  -  współczynnika  bezpieczeństwa  przyrządu,  a  dla 
zabezpieczeniowych  -  znamionowego  i  rzeczywistego  współczynnika  granicznego 
dokładności (obydwa pojęcia bardziej znane pod dawną nazwą „liczba przetężeniowa”). 
 

Liczba czynników wpływających na prąd uchybowy układu Holmgreena jest tak duża, 

że w pewnym sensie można zjawisko to traktować jako losowe.  
 

Rozróżnić można jednak dwa stany: 

-  prąd  uchybowy  pojawiający  się  podczas  przepływu  prądów  roboczych  zbliżonych  do 
prądów znamionowych przekładników prądowych tworzących filtr składowej zerowej, czyli 
podczas normalnej pracy linii, jak również podczas zwarć doziemnych, 
-  prąd  uchybowy  pojawiający  się  podczas  zwarć  międzyfazowych,  kiedy  prądy  fazowe  są 
wielokrotnie większe od prądu znamionowego. 
 

Pierwszy  stan  wpływa  na  jakość  pracy  zabezpieczeń  ziemnozwarciowych  i  wartość 

uchybu  musi  być  uwzględniana  w  nastawach  tak  zabezpieczeń  zerowoprądowych,  jak  i  z 
grupy  admitancyjnych.  Można  przyjmować,  że  dla  przekładnika  Ferrantiego  wynosi  on  20 
mA,  a  dla  Holmgreena  –  50  mA,  a  w  admitancjach  odpowiednio  0,6-0,8  mS  i  2,5-3,0  mS. 
Chociaż  nie  ma  pewnych  dowodów  na  takie  wartości,  dotychczasowa  praca  zdecydowanej 
większości zabezpieczeń ziemnozwarciowych z nastawami o nie opartymi jest również formą 
dowodu. Autorzy spotkali się dotychczas z jednym, nie do końca wyjaśnionym przypadkiem, 
kiedy  to  nastawy  zabezpieczenia  admitancyjnego  Yo>  trzeba  było  w  celu  zapobieżenia 
nieselektywnym  wyłączeniom  podczas  zwarć  doziemnych  zwiększyć  o  2  –  3  mS.  Nie  ma 
całkowitej  pewności,  że  przyczyną  był  prąd  uchybowy,  ale  przekładniki  tworzące  układy 
Holmgreena w polach liniowych miały bardzo małą moc – 5 VA. 
 

Drugi  stan  –  pojawianie  się  prądu  uchybowego  podczas  zwarć  międzyfazowych  jest 

groźny  i  powinien  być  brany  pod  uwagę  wyłącznie  w  polach,  gdzie  opóźnienie  czasowe 
zabezpieczeń  od  skutków  zwarć  doziemnych  jest  mniejsze  od  opóźnień  zabezpieczeń  od 
skutków  zwarć  międzyfazowych.  W  zasadzie  dotyczy  to  większości  sieci  o  punkcie 
neutralnym  uziemionym  przez  rezystor,  ale  również  niektórych  sieci  pracujących  z 
izolowanym  punktem  neutralnym,  szczególnie  o  dużych  pojemnościowych  prądach  zwarcia 
doziemnego.  W  takich  sytuacjach  podczas  zwarcia  międzyfazowego  może  pojawić  się 
składowa  zerowa  prądu  o  takiej  wartości,  że  spowoduje  rozruch,  a  dalej  zadziałanie 
zabezpieczenia  zerowoprądowego.  Trochę  inaczej  sytuacja  wygląda  w  polach  liniowych, 
inaczej  w  polu  zasilających  (strony  SN  transformatora  110  kV/SN)  i  łącznika  szyn,  gdzie 
zawsze  grozi  to  wyłączeniem  przynajmniej  całej  sekcji.  W  polach  liniowych  szkody 
spowodowane zadziałaniem niewłaściwego zabezpieczenia zależą od układu sieci SN. Należy 
tutaj wyraźnie podkreślić, że zabezpieczenia posiadające rozruch zerowonapięciowy, czyli z 
grupy admitancyjnych i kierunkowych są praktycznie nieczułe na to zjawisko. 
 

Można się spotkać np. w [4] z zależnością dotyczącą układu Holmgreena, że: 

100

2

2

kl

I

I

n

o

 

(19) 

gdzie: 
I

0

 – prąd uchybowy,  

I

n2

– znamionowy prąd wtórny przekładników, 

kl – klasa przekładników. 
 

Dla  przekładników  o  znamionowym  prądzie  wtórnym  5  A  i  klasie  5  otrzymuje  się 

wartość 0,5 A, a przekładników klasy 10 – 1 A. Dla rdzeni pomiarowych o klasie 1 będzie to 
wartość  100  mA.  Wzór  ten  jednak  nie  uwzględnia  faktu,  że  rdzenie  pomiarowe  i 

background image

 

 

10

 

zabezpieczeniowe 

inaczej  zachowują  się  przy  transformacji  prądów  znacznie 

przekraczających  wartości  znamionowe.  Może  być  również  wątpliwość,  czy  do  zależności 
należy  używać  ściśle  klasy,  czy  błędu  prądowego.  W  projektach  i  wykonaniach  nie  ma 
jednolitego podejścia  – układ Holmgreena składany jest tak z przekładników pomiarowych, 
jak i zabezpieczeniowych, zależy to od lokalnych warunków i wyposażenia danego pola. 
 

Można  się  spotkać  z  poglądem,  że  zjawisko  to  jest  niegroźne,  jeśli  nastawa  

zabezpieczenia  zerowoprądowego  jest  większa  niż  25  %  znamionowego  prądu  wtórnego 
przekładników  tworzących  układ  Holmgreena  –  odpowiada  to  wartości  aż  1,25  A,  czy 
również  12  %  -  odpowiada  to  wartości  600  mA.  Zwiększanie  nastawy  powoduje,  że 
zmniejsza  się  czułość  zabezpieczenia,  wykrywany  jest  coraz  mniejszy  zakres  rezystancji 
przejścia, co nie jest bez znaczenia.  
 

Nie wzięto tutaj pod uwagę faktu, że jakość współczesnych przekładników prądowych 

jest lepsza, niż wyprodukowanych 20 czy 30 lat temu. 
 

Wobec  takiej  niejednolitości  poglądów  na  ten  temat  autorzy  niniejszego  artykułu 

proponują,  aby  w  polach,  gdzie  nie  jest  wskazane  zadziałanie  zabezpieczenia 
zerowoprądowego przed zabezpieczeniem nadprądowym zwłocznym przyjąć warunek: 
- z układem Holmgreena 

mA

I

nast

500

300

0

 (20a), 

- z przekładnikiem Ferrantiego: 

mA

I

nast

150

100

0

 (20b),  

z ukierunkowaniem na wartości mniejsze.  
 

Jeśli  w  polu  jest  zainstalowane  zabezpieczenie  cyfrowe,  to  wskazana  jest  w 

początkowym  okresie  eksploatacji  analiza  rejestratorów  zdarzeń  i  zakłóceń,  które 
umożliwiają ocenę prawidłowości rozruchów zabezpieczeń podczas zwarć międzyfazowych, 
a także wartości składowej zerowej. 
 

Przyjęto  przy  tym  typowy,  promieniowy  układ  zasilania  ze  stacji  transformatorowo-

rozdzielczej  o  górnym  napięciu  110  kV  lub  ewentualnie  innym,  jak  to  pokazano  na  rys.1. 
Zabezpieczenia w polach liniowych to te oznaczone symbolami Z1, Z2 i Z6. 

 

7. Nastawy dla pola liniowego  

 

7.1.Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne od skutków zwarć międzyfazowych 

 

Korzystając  z  podstawowych  pozycji  z  dziedziny  elektroenergetycznej  automatyki 

zabezpieczeniowej, jakimi są pozycje [1-3], formułuje się wzór: 

i

p

max

s

r

b

nast

k

I

k

k

k

I

   

(21a) 

a dla k

s

 =1: 

i

p

m ax

r

b

nast

k

I

k

k

I

 

 

(21b) 

gdzie: 
I

nast

 – nastawa prądowa zabezpieczenia, 

k

b

 – współczynnik bezpieczeństwa, który można przyjmować równy 1,1-1,2,  

k

s

 - współczynnik schematowy, 

k

r

  –  współczynnik  samorozruchu  silników  zasilanych  z  zabezpieczanego  odcinka  sieci,  za-

leżnie od udziału obciążenia silnikowego w ogólnym obciążeniu, zakres jego wartości to 1-4, 
I

max

 – prąd największego obciążenia zabezpieczanego odcinka linii. 

 

We  wzorze  dotyczącym  nastawy  zabezpieczenia  zwłocznego  od  skutków  zwarć 

międzyfazowych pochodzącym sprzed kilkudziesięciu lat po jego lewej stronie występowało 

background image

 

 

11

 

pojęcie  prądu  rozruchowego  oznaczane  I

r

,  ale  autorzy  rozumieli  pod  tym  pojęciem  wartość 

nastawczą  zabezpieczenia.  Różnica  pomiędzy  wartością  rozruchową  i  nastawczą  jest  w 
zasadzie  uchybem  bezwzględnym  uwzględnianym  we  współczynniku  bezpieczeństwa.  Dla 
zabezpieczeń  cyfrowych  uchyb  ten  jest  niewielki  rzędu  1,5  –  3  %..  Zabezpieczenia 
elektromechaniczne  i  statyczne  analogowe  miały  klasę  o  wiele  gorszą  niż  współczesne 
cyfrowe. W niniejszym opracowaniu wszystkie zależności dotyczące nastaw oznaczane będą 
indeksem „nast”. 
 

Współczynnik  schematowy  był  wprowadzany  we  wzorach  dotyczących  nastaw  ze 

względu na spotykany jeszcze wówczas tzw. krzyżowy układ przekładników prądowych (w 
[1] pisze się o przypadku zasilania przekaźników różnicą prądów dwóch faz). Współcześnie 
stosuje się w rozdzielniach we wszystkich polach układ pełnej lub ,coraz rzadziej, niepełnej 
gwiazdy, gdzie współczynnik schematowy ma wartość 1. Można go w tej sytuacji usunąć z 
zależności (21a). 
 

Współczynnik  bezpieczeństwa  uwzględnia  oprócz  wspomnianych  uchybów 

zabezpieczenia  również  uchyby  przekładników  prądowych.  Wobec  poprawy  klasy 
zabezpieczeń cyfrowych wobec analogowych proponuje się przyjmować go na poziomie 1,1 
– 1,15, a nie 1,2. 
 

Prąd  największego  obciążenia  linii  w  założeniach  do  wzorów  (21)  nie  uwzględnia 

dwóch stanów nieustalonych nie związanych ze zwarciami: 
- rozruchu silników, 
- udaru prądu magnesującego transformatorów SN/nn zasilanych z zabezpieczanej linii. 
 

W  praktyce  w  wielu  przypadkach  podczas  doboru  omawianej  nastawy  wcale  nie 

analizuje  obciążenia,  ponieważ  jest  ono  słabo  rozpoznane,  ale  nastawę  przyjmuje  wg 
znamionowego prądu wtórnego przekładników prądowych, co jest znaczącym uproszczeniem 
i  może,  szczególnie  w  liniach  o  dużej  długości,  obniżać  czułość  nawet  poniżej  wymaganej 
wartości.  Jeśli  jednak  nieznane  są  parametry  odbioru,  np.  tuż  po  oddaniu  linii  do  użytku, 
wygodnie jest przyjąć nastawę wg uproszczonej zależności: 

2

*

)

2

,

1

1

,

1

(

n

nast

I

I

   

(22) 

w której: 
I

n2

  –  znamionowy  prąd  wtórny  przekładników  prądowych  współpracujących  z  zabez-

pieczeniem. 
 

W  ocenie  dopuszczalnego  obciążenia  pola  można  wziąć  pod  uwagę  inne  elementy  – 

np. przekrój przewodów linii lub prąd znamionowy wyłącznika przeliczone na stronę wtórną 
przekładników prądowych. 
 

Większość zabezpieczeń cyfrowych posiada wbudowane różnego rodzaju rejestratory 

lub  pamięta  ekstremalne  wartości  mocy  czy  prądów.  Wskazane  byłoby  skorzystanie  z  ich 
usług dla oceny maksymalnego obciążenia.  
 

W  systemie  CZIP  jest  do  dyspozycji  prąd  podczas  załączania  linii,  prąd  podczas 

wyłączania  linii  spowodowanego  zadziałaniem  któregoś  z  zabezpieczeń  (praktycznie  prąd 
zwarciowy),  maksymalna  moc  średnia  czynna  i  bierna  15-minutowa.  Tylko  ten  ostatni 
parametr  jest  związany  z  rzeczywistym  obciążeniem,  ale  zależność  pomiędzy  nim  a 
chwilowym prądem obciążenia jest zależna od charakteru odbiorów i słabo znana. W zasadzie 
do  analizy  nastaw  trzeba  byłoby  przyjąć  wartość  prądu  mogącą  spowodować  zadziałanie 
zabezpieczenia  czyli  pojawiającą  się  w  przedziale  kilku  sekund,  a  takiej  analizy  prądów 
fazowych nie prowadzi się.  
 

Można przyjąć jako wyjściową moc pozorną 15-minutową i obliczyć na tej podstawie 

wartość  maksymalnego  prądu  obciążenia  –  we  wzorach  (21)  przyjąć  współczynnik 
bezpieczeństwa około 2. Tak obliczona wartość nie powinna być większa od wynikającej ze 

background image

 

 

12

 

wzoru (2). Jeśli jest większa, należy w szczególny sposób przeanalizować poprawność nastaw 
i mieć świadomość, że może nastąpić przeciążenie przekładników prądowych. 
 

Drugi  warunek,  jaki  musi  spełniać  to  zabezpieczenie,  to  odpowiednia  czułość,  którą 

należy sprawdzić wg zależności: 
 

i

c

k

nast

k

I

I

min

   (23) 

w której:  
I

kmin

  –  minimalny  prąd  zwarcia  na  końcu  linii  (w  praktyce  należy  przyjmować  prąd  zwarcia 

dwufazowego na końcu odgałęzienia linii o największej impedancji od szyn zbiorczych przy 
uwzględnieniu zasilania tylko jednym transformatorem), 
k

c

 – współczynnik czułości, który należy przyjmować 1,5 dla zabezpieczeń podstawowych, a 

1,2 dla zabezpieczeń rezerwowych. 
 

Dla fragmentu systemu przedstawionego na rys.1 zabezpieczenie Z1 jest podstawowe 

dla linii BC i rezerwowe dla wszystkich linii zasilanych z szyn C. 
 

Nastawa  opóźnienia  czasowego  tego  zabezpieczenia  powinna  być  o  0,5  sek  większa 

niż takiego samego zabezpieczenia w zasilanym tą linią RS-ie (szyny C) i przynajmniej o taką 
samą wartość większa od nastawy czasowej zabezpieczenia zwarciowego. Wskazane jest, aby 
jednak tą nastawę przyjmować nie mniejszą niż 1 sek. 
 
 

7.2. Zabezpieczenie nadprądowe zwarciowe 

 

Jest  to  zabezpieczenie  nastawiane  na  krótki  czas  rzędu  0,05-0,3  sek  dla  ochrony 

urządzeń rozdzielni przed skutkami zwarć bliskich, ponieważ właśnie podczas nich następuje 
przepływ największych prądów zwarciowych. Drugą funkcją tego zabezpieczenia może być 
niedopuszczenie  do  zadziałania  zabezpieczeń  podnapięciowych  silników  zasilanych  z  szyn 
zbiorczych stacji. 
 

Wg [1] zabezpieczenie powinno się nastawiać na wartość prądu: 

 

i

k

b

nast

I

k

I

max

 

 

(24) 

gdzie: 
k

c

  –  współczynnik  bezpieczeństwa  przyjmowany  w  granicach  od  1,2  do  1,6,  mniejsze 

wartości należy stosować przy zabezpieczeniach z opóźnieniami czasowymi w granicach 0,2-
0,3 sek, większe – dla zabezpieczeń szybkich – z nastawami 0,05-0,1 sek. 
I

kmax

  –  maksymalny  prąd  zwarcia  na  szynach  zbiorczych  przed  następnym  zabezpieczeniem 

nadprądowym. 
 

Uważa  się  również,  że  długość  linii  objęta  zabezpieczeniem  powinna  stanowić 

przynajmniej 20 % jej całkowitej długości. 
 

Zależność  (24)  jest  dobrze  czytelna  tylko  wówczas,  jeśli  zabezpieczana  linia  zasila 

inną rozdzielnię, w której jest również zainstalowane zabezpieczenie nadprądowe. 
 

W innej sytuacji trudniej określić jego parametry.  

 

Sprawdzenie zasięgu dla zwarcia trójfazowego wykonać można analizując zależność: 

 

L

T

s

b

L

T

s

Z

Z

Z

k

Z

Z

Z

 

(25) 

w której:  
Z

–  zastępcza  impedancja  systemu  elektroenergetycznego  (w  praktyce  –  reaktancja) 

obliczona na podstawie mocy zwarciowej na szynach 110 kV, 

background image

 

 

13

 

Z

T

 – impedancja transformatora 110 kV/SN (jeśli analizowany jest zasięg minimalny, a stacja 

jest dwutransformatorowa – jednego), 
Z

L

 – impedancja analizowanej linii. 

 

W  praktyce  najlepiej  można  uzyskać  wynik  tego  równania  wykonując  odpowiedni 

wykres  w  programie  EXCEL  jako  zmienną  przyjmując 

stawiając  pytanie:  przy  jakiej 

wartości  równanie jest spełnione? 
 

Jako  Z

L

  należy  wstawić  impedancję  wynikającą  z  długości  linii  do  RS-u  lub  tzw. 

trzonu linii. 
 

Lepsza  jest  analiza  z  punktu  widzenia  unikania  nadmiernych  obniżeń  napięcia  na 

szynach zbiorczych stacji, ponieważ jest w miarę obiektywna.  
 

Za [1] podać można następujące zależności do obliczeń: 

-  najpierw  należy  wyznaczyć  impedancję  Z

Lmin 

stanowiącą  część  impedancji  linii,  za  którą 

zwarcie nie spowoduje nadmiernego obniżenie napięcia, 

m in

L

T

s

m in

L

Z

Z

Z

Z

 

(26) 

w której przyjmuje się współczynnik określający dopuszczalne względne obniżenie napięcia 
na szynach zbiorczych, przy czym wartość ten może być w granicach 0,5-0,7. 
-  na  podstawie  tej  impedancji  można  obliczyć  minimalną  wartość  prądu  rozruchowego,  dla 
której zabezpieczenie nadprądowe zwarciowe spełni swoją funkcję wg wzoru: 
 

m in

L

T

s

L

r

Z

Z

Z

U

I

 

 

(27) 

 

Powyższą  analizę  prowadzi  się  tylko  dla  zwarć  trójfazowych,  ponieważ 

zabezpieczenia podnapięciowe działają przy obniżeniu się wszystkich napięć przewodowych. 
 
 

7.3. Zmiana nastaw zabezpieczeń od skutków zwarć międzyfazowych po operacyjnym 

zamknięciu wyłącznika 
 

Jeśli po nastawieniu zabezpieczeń od skutków zwarć międzyfazowych po zamknięciu 

wyłącznika linii następuje zadziałanie jednego z zabezpieczeń pomimo pewności, że na linii 
nie  ma  zwarcia,  należy  uważać,  że  specyfika  obciążenia  powoduje  udar  prądu  o  czasie 
trwania i wartości wystarczającej do zadziałania. 
 

Zjawisko  to  może  być  spowodowane  udarem  prądu  magnesującego  jednocześnie 

załączanej  dużej  liczby  transformatorów  SN/nn  lub  rozruchem  dużej  liczby  silników. 
Podejrzewa  się,  że  w  odbiorach  bytowo-komunalnych  po  dłuższym  braku  napięcia  w  linii, 
przyczyną  takiego  udaru  może  być  natychmiastowe  i  jednoczesne  załączenie  dużej  liczby 
agregatów  w  lodówkach.  W  zależności  od  producenta  mogą  być  stosowane  różne  środki 
zapobiegające zbędnemu działaniu zabezpieczeń nadprądowych w takiej sytuacji. W systemie 
CZIP zastosowano tymczasową zmianę nastaw po operacyjnym zamknięciu wyłącznika.  
 

Jeśli  w  linii  wystąpi  to  zjawisko  należy  przeanalizować  raporty  z  zadziałania 

zabezpieczeń  i  przede  wszystkich  sprawdzić,  czy  zadziałało  zabezpieczenie  zwarciowe,  czy 
zwłoczne.  Z  rejestratora  zdarzeń  należy  odczytać  wartość  prądu,  który  płynął  przez  punkt 
zabezpieczeniowy w momencie otwierania wyłącznika. Dla zabezpieczenia, które zadziałało, 
należy  zwiększyć  nastawę  prądową  powyżej  wartości  odczytanej  z  raportów  (rejestratora 
zdarzeń lub zakłóceń). Można zwiększać nastawę czasową, ale należy mieć świadomość, że w 
przypadku  załączenia  linii  na  zwarcie  może  być  utracona  selektywność  działania 
zabezpieczeń – może zadziałać zabezpieczenie w polu łącznika szyn (Z3 na rys.1) lub w polu 
transformatora  (Z4  lu  Z5  na  rys.1).  Bezpieczniejsze  w  tej  sytuacji  jest  zwiększanie  nastawy 

background image

 

 

14

 

prądowej, przy czym wskazane jest ponowne sprawdzenie czułości działania na końcu strefy 
objętej jego działaniem.  
 
 

7.4. Zabezpieczenia od skutków zwarć doziemnych 

 

Zabezpieczenia nadprądowe zerowe 

 

We  wszelkich  obliczeniach  nastaw  zabezpieczeń,  jeśli  nie  podano  inaczej,  w 

rozdzielni  dwusekcyjnej  jako  prąd  pojemnościowy  sieci  należy  przyjmować  prąd  sekcji,  do 
której przyłączona jest zabezpieczana linia i w stosunku do niego obliczać udziały a. Wynika 
to z faktu, że zabezpieczenia ziemnozwarciowe przy sekcjach połączonych, gdy jest większy 
prąd pojemnościowy sieci, mają lepsze warunki do działania i również większą czułość. 
 

Zabezpieczenia te mogą być stosowane w sieciach pracujących z punktem neutralnym 

izolowanym,  uziemionym  przez  rezystor  trwale  lub  dorywczo  oraz  uziemionym  układem 
równoległym. 
 

W każdym z tych przypadków nastawa prądu I

onast

 powinna spełniać zależność: 

o

i

p

CL

b

onast

I

k

I

k

I

0

   (28) 

w której: 
k

b

 - współczynnik bezpieczeństwa (1,1-1,2), 

k

p

  –  współczynnik  powrotu  (zależny  od  typu  zastosowanego  zabezpieczenia,  przeważnie 

około 0,85 dla elektromechanicznych, 0,95- 0,99 dla statycznych analogowych i cyfrowych), 

i0

 - przekładnia filtru składowej zerowej prądu,

 

I

CL

  –  prąd  pojemnościowy  zabezpieczanej  linii  –  tutaj  dość  istotna  uwaga:  w  przypadku 

spodziewanych zmian w konfiguracji sieci w przypadkach awaryjnych, jako wartość tą należy 
wstawiać maksymalny spodziewany prąd pojemnościowy, 
I

o

 - prąd uchybowy w obwodach filtru składowej zerowej prądu; zaleca się przyjmować 50 

mA  dla  układu  Holmgreena,  a  20  mA  dla  przekładnika  Ferrantiego,  chociaż  w  literaturze 
znaleźć można zupełnie inne wartości. 
 

Jeśli  przewiduje  się,  że opóźnienie  czasowe  tego  zabezpieczenia  może  być  mniejsze 

od  zabezpieczenia  od  skutków  zwarć  międzyfazowych,  należy  wziąć  pod  uwagę  zalecenia 
podane w punkcie 6, a szczególnie zależności (20a i b). Wymaga się w nich, aby nastawa I

0nast

 

nie była wówczas mniejsza niż: 
-  przy zasilaniu z układu Holmgreena: 300-500 mA, 
-  przy zasilaniu  w przekładnika Ferrantiego: 100-150 mA. 
 

Natomiast sprawdzenie czułości w sieci z izolowanym punktem neutralnym dokonuje 

się wg wzoru: 

c

i

CS

onast

k

I

a

I

I

0

0

)

1

(

*

5

,

0

  

(29.a) 

lub 

c

i

CL

CS

onast

k

I

I

I

I

0

0

)

(

*

5

,

0

 

 

(29.b) 

gdzie: 
I

CS

 – prąd pojemnościowy sieci, w której pracuje zabezpieczana linia, 

a – udział zabezpieczanej linii w pojemnościowym prądzie sieci, 
k

c

 – współczynnik czułości, który należy przyjmować równy 1,2. 

 

Można również obliczyć współczynnik czułości wg zależności: 

background image

 

 

15

 

nast

i

CL

CS

c

I

I

I

I

k

0

0

0

   

(30) 

i ocenić zakres działania zabezpieczenia. Przy k

c

 <1, zabezpieczenie nie ma szans na działanie 

podczas żadnych zwarć doziemnych w linii, przy współczynniku w granicach od 1 do 2 może 
zadziałać  podczas  zwarć  metalicznych  i  o  bardzo  małej  rezystancji  przejścia,  natomiast 
dopiero  powyżej  dwóch  może  działać  podczas  dużej  części  zwarć  doziemnych  (o 
współczynniku   mniejszym od 0,5). 
 

Sprawdzenie czułości w sieci uziemionej przez rezystor dokonuje się wg zależności: 

c

i

CS

nast

k

I

a

d

I

I

0

0

2

2

0

0

)

1

(

*

5

,

0

  

 

(31) 

w której należy przyjąć k

c

 =1,2 

lub zależności 

nast

i

CS

c

I

I

a

d

I

k

0

0

0

2

2

0

)

1

(

  

(32). 

 

Wartość  k

c

  uzyskana  z  (32)  podlega  podobnej  ocenie,  jak  w  sieci  z  izolowanym 

punktem neutralnym. 
 
 

Zabezpieczenia konduktancyjne 

 

Zabezpieczenie  konduktanyjne  G

0

>  może  być  stosowane  w  sieci  kompensowanej  z 

AWSCz lub z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor. Może być stosowane również 
przy uziemieniu układem równoległym lub dorywczym uziemieniem przez rezystor. Nastawa 
wynika z uchybów filtrów składowych zerowych prądu i powinna spełniać zależność: 

0

0

Y

k

G

b

nast

 

(33) 

w której:  
Y

0

 - admitancja uchybowa, którą można przyjąć 2 mS dla układu Holmgreena i 0,75 mS dla 

Ferrantiego, 
k

b

 – współczynnik bezpieczeństwa (1,2-1,5). 

 

Stąd nastawa powinna wynosić dla układu Holmgreena w granicach 2,5-3,0 mS, a dla 

Ferrantiego 0,9-1,15 mS. 
 

Druga zależność dotyczy sprawdzenia czułości i ma następującą postać: 

c

i

CS

nast

k

U

d

I

G

0

max

0

0

0

1000

   

 [mS]   

(34.a) 

lub 

c

i

m ax

cz

nast

k

U

I

G

0

0

0

1000

 

 

[mS]    

(34.b) 

a w nich: 
d

0

  –  współczynnik  tłumienia  sieci  obliczony  przy  uwzględnieniu  w  sieci  kompensowanej 

prądu AWSCz, a w sieci uziemionej przez rezystor - jego parametrów znamionowych, 
I

cz

 – znamionowy prąd czynny rezystora (lub AWSCz) w punkcie neutralnym sieci (po stronie 

pierwotnej), 
U

0max

  –  maksymalna  wartość  składowej  zerowej  napięcia  po  stronie  wtórnej  jego  filtru  (w 

większości  przypadków 100 V), 

background image

 

 

16

 

i0

- przekładnia filtru składowej zerowej prądu, 

k

C

 – wymagany współczynnik czułości, wskazane jest przyjmować minimum 2. 

 

Z doświadczeń wynika, że w sieciach nie ma problemu ze spełnieniem tego warunku. 

 
 

Zabezpieczenia admitancyjne 

 

Niezależnie od sposobu pracy punktu neutralnego nastawę dobiera się wg zależności: 

0

max

Y

U

a

I

k

Y

io

o

CS

b

onast

 

(35.a) 

lub 

0

0

max

Y

U

I

k

Y

i

o

CL

b

onast

  

(35.b) 

w której: 
k

b

 – współczynnik bezpieczeństwa (1,2), 

I

CL

 – prąd pojemnościowy zabezpieczanej linii, 

U

0max

  –  maksymalna  wartość  napięcia  po  stronie  wtórnej  filtru  jego  składowej  zerowej  (w 

przeważającej liczbie przypadków – 100 V). 
 

Czułość zabezpieczenia można sprawdzać wg zależności: 

c

io

o

CS

onast

k

U

a

s

d

I

Y

max

0

2

2

)

(

  (36) 

w której należy przyjmować k

c

=2. 

 

W przeciętnych warunkach zabezpieczenie to może działać w sieciach z izolowanym 

punktem  neutralnym  lub  uziemionym  przez  rezystor  (także  w  układzie  równoległym  z 
dławikiem),  natomiast  w  sieciach  kompensowanych  tylko  w  pewnych  przypadkach,  jeśli 
wyniki  uzyskane  z  zależności  (35)  i  (36)  nie  będą  sprzeczne.  W  praktyce  szanse  działania 
zabezpieczenie uzyska przy przekompensowaniu sieci przynajmniej o 20-30 %. 
 
 

Zabezpieczenie susceptancyjne 

 

Może być stosowane w sieci z izolowanym punktem neutralnym. Jego nastawę B

0nast 

dobiera się następująco: 

0

0

Y

k

B

b

nast

   

(37) 

z zasadami doboru Y

0

 jak dla zabezpieczenia konduktancyjnego. 

Czułość obliczona wg zależności: 

nast

o

io

CL

CS

c

B

U

I

I

I

k

0

max

0

   

(38) 

powinna spełniać warunek k

c

>2. 

 

Zabezpieczenie to ma cechy zabezpieczenia kierunkowego i w związku z tym należy 

zadbać  o  właściwe  wyfazowanie  zacisków  wejściowych  z  filtrów  składowych  zerowych 
prądu i napięcia. 
 
 

Zabezpieczenia kierunkowe 

 

Zabezpieczenia  oparte  na  tym  kryterium  są  jeszcze  stosowane  w  starszych 

konstrukcjach  krajowych  i  niektórych  współczesnych  zagranicznych.  Nastawę  prądową  w 
takich sytuacjach należy dobierać wg zależności  

o

b

onast

I

k

I

   

(39) 

przy czym: 

background image

 

 

17

 

k

b

 – współczynnik bezpieczeństwa na poziomie 1,5 – 2,5. 

 
 

Napięciowy próg rozruchowy zabezpieczeń ziemnozwarciowych 

 

Zabezpieczenia admitancyjne, konduktancyjne, susceptancyjne i kierunkowe posiadają 

napięciowy próg rozruchowy. Należy go tak dobrać, aby nie następowały zbędne rozruchy w 
stanach  asymetrii  naturalnej  sieci.  Asymetria  napięciowa  zależy  od  wielu  czynników,  ale 
najsilniej jest widoczna w sieciach kompensowanych i zależy od współczynnika rozstrojenia 
kompensacji.  Proponuje  się  przyjmować  następujące  wartości,  przy  czym  większe  zawsze 
dotyczą sieci napowietrznych albo z dużym udziałem takich linii: 
1. W sieciach z izolowanym punktem neutralnym – 10 – 20 V,. 
2.  W  sieciach  z  punktem  neutralnym  uziemionym  przez  rezystor  –  5  -  10  V,  a  w 
indywidualnych  przypadkach  dla  symetrycznych  sieci  napowietrznych  przebiegających  po 
gruntach o dużej rezystywności – nawet tylko 3 V. 
3. W sieciach kompensowanych – 15 – 25 V. 
 

Z  punktu  widzenia  czułości  zabezpieczeń  korzystne  są  mniejsze  wartości.  Mniejsze 

wartości należy stosować również wtedy, jeśli linia napowietrzna biegnie przez tereny o dużej 
rezystywności  gruntu.  Należy  pamiętać,  aby  w  sieciach  kompensowanych  nastawę  tą 
skorelować z nastawą rozruchową AWSCz. 
 
 

Nastawy czasowe zabezpieczeń ziemnozwarciowych w polach liniowych 

 

Dobierając  nastawy  czasowe  zabezpieczeń  od  skutków  zwarć  doziemnych  należy 

kierować się kilkoma względami – najbardziej wpływającymi są jednak przepisy ochrony od 
porażeń  [5,  6]  oraz  wynikające  z  nich  wartości  dopuszczalnych  napięć  zakłóceniowych  i 
dotykowych pojawiających się w stacjach SN/nn oraz sieci niskiego napięcia podczas zwarć 
doziemnych  po  stronie  SN  stacji.  Jest  bardzo  silny  związek  pomiędzy  wartością  prądu 
zwarcia doziemnego a nastawą czasową zabezpieczeń od skutków zwarć doziemnych. 
 

Stąd w sieciach kablowych uziemionych przez rezystor nie ma specjalnych ograniczeń 

czasowych  –  można  zalecić  nastawy  z  zakresu  0,3  –  1,0  sek.  Dla  sieci  napowietrzno-
kablowych i napowietrznych zaleca się jak najmniejsze nastawy, dla uniknięcia wyłączeń od 
stanów  przejściowych  można  nie  stosować  nastaw  z  zakresu  0,05-0,2  sek,  ale  nastawy  na 
poziomie 0,2-0,3 sek są jak najbardziej wskazane. 
 

W  sieciach  z  izolowanym  punktem  neutralnym  nastawy  czasowe  podlegają  regułom 

sieci  uziemionych  przez  rezystor  –  dodatkowo  nakłada  się  tutaj  zjawisko  znacznego 
prawdopodobieństwa zwarć wielokrotnych. 
 

W  sieciach  kompensowanych  zagrożenie  porażeniowe  jest  najmniejsze,  opóźnienia 

czasowe mogą być większe - tym bardziej, że występuje współpraca z AWSCz. Automatyka 
ta  posiada  zwłokę  czasową  dającą  szansę  samoczynnego  zgaszenia  zwarcia  przez  dławik. 
Zwłoka ta powinna być w zakresie 1 – 3 sek. W związku ze specyfiką działania AWSCz dla 
zabezpieczeń konduktancyjnych i kierunkowych powinna być spełniona zależność: 

5

,

0

2

pSPZ

E

wym

t

t

t

 

w sekundach     

(40) 

w której: 
t

wym

 – czas trwania wymuszania w cyklu AWSCz, 

t

pSPZ 

– czas przerwy beznapięciowej w cyklu SPZ w polu liniowym (czas przerwy rozumiany 

jako nastawa w cyklu SPZ, a nie czas rzeczywisty), 
t

E

 – opóźnienie czasowe zabezpieczenia od skutków zwarć doziemnych z polu liniowym. 

 

Wartość  0,5  uwzględnia  sumę  przeciętnych  czasów  własnych  wyłączników  oraz 

uchybów czasowych zabezpieczeń i automatyki SPZ. 
 

Pewne  problemy  mogą  się  pojawić  w  liniach  zasilających  rozdzielnie  sieciowe. 

Należy tam zachować stopniowanie nastaw. Opóźnienie czasowe powinno wzrastać w stronę 

background image

 

 

18

 

źródła  składowej  zerowej  prądu  –  w  sieciach  z  punktem  neutralnym  uziemionym  przez 
rezystor lub  kompensowanych z AWSCz źródłem tym jest transformator uziemiający, a nie 
transformator zasilający. 
 
 

8. Nastawy zabezpieczeń w polu łącznika szyn 

 

Zabezpieczenie  zwłoczne  od  skutków  zwarć  międzyfazowych  w  tym  polu  jest 

rezerwowym  dla  zabezpieczeń  tego  samego  rodzaju  w  polach  liniowych.  Ponieważ 
największe  obciążenie  robocze  pola  łącznika  szyn  wiąże  się  z  największym  obciążeniem 
sekcji, nastawę zabezpieczenia zwłocznego od skutków zwarć międzyfazowych należy liczyć 
ze wzoru: 

i

p

b

nast

k

I

k

I

m ax

   

(41) 

gdzie: 
I

max

  –  największe  obciążenie  robocze  sekcji,  w  praktyce  można  przyjmować  prąd 

znamionowy transformatora ze współczynnikiem przeciążalności rzędu 1,2 – 1,5. 
 

Opóźnienie tego zabezpieczenia powinno być o 0,5 sekundy większe od największej 

nastawy  czasowej  zabezpieczeń  zwłocznych  od  skutków  zwarć  międzyfazowych  w  polach 
odpływowych. 
 

Zabezpieczenie  zwarciowe  w  polu  łącznika  służy  jako  ochrona  przed  załączeniem 

sekcji  na  zwarcie  na  szynach  zbiorczych.  Jest  aktywne  tylko  przez  określony  czas  po 
operacyjnym zamknięciu wyłącznika. Stąd jego nastawa powinna spełniać zależność: 
 

i

c

S

k

nast

k

I

I

min

   

 (42) 

w której: 
I

S

kmin

 – minimalny prąd zwarciowy na szynach zbiorczych, 

k

c

 – współczynnik czułości, który należy przyjmować przynajmniej równy 2. 

 

Tak obliczona wartość oczywiście musi być większa od obliczonej ze wzoru (41), ale 

w praktyce jest to zawsze spełnione. 
 

Opóźnienie  czasowe  tego  zabezpieczenia  powinno  być  w  granicach  od  0,05  do  0,3 

sek, ale zalecane są  wartości 0,1 – 0,2 sek. 
 

 Zabezpieczenia  od  skutków  zwarć  doziemnych  w  tym  polu  stanowią  rezerwę 

zabezpieczeń  w  polach  liniowych.  Dobór  kryteriów  ich  działania  należy  wykonać  w 
zależności od sposobu pracy punktu neutralnego. 
 

W  zasadzie  bezwzględna  potrzeba  ich  stosowania  jest  tylko  w  sieciach  z  punktem 

neutralnym  uziemionym  przez  rezystor  lub  układ  równoległy  i  tego  przypadku  dotyczą 
poniższe zasady. 
 

Jeśli przewiduje się, że rozdzielnia może pracować przy połączonych systemach szyn 

zbiorczych  z  załączonymi  obydwoma  polami  potrzeb  własnych,  a  rezystory  mają  podobne 
parametry,  to  nie  możliwości  uzyskania  wybiórczości  poprzez  nastawę  prądową  lub 
admitancyjną. 
 

 Nastawa  zabezpieczenia  zerowoprądowego  może  być  dobierana  wówczas  wg 

zależności: 

o

b

onast

I

k

I

 

(43) 

w której: 
I

0

 - prąd uchybowy filtru składowej zerowej prądu. 

 

Przy doborze nastawy zabezpieczenia zerowoprądowego w tym polu nie analizuje się 

wartości  prądów  ziemnozwarciowych  wnoszonych  przez  poszczególne  sekcje  –  stąd  może 

background image

 

 

19

 

ono  się  pobudzać  podczas  zwarć  doziemnych  w  różnych  liniach  zasilanych  z  danej  stacji 
(niezależnie  od  przynależności  do  sekcji),  ale  zwłoka  czasowa  powinna  pozwolić  na 
selektywne działanie. W takiej sytuacji może się również zdarzyć, że łącznik szyn otworzy się 
niepotrzebnie  w  sytuacji,  jeśli  nie  zadziała  zabezpieczenie  linii  w  sekcji  zasilanej 
bezpośrednio  z  transformatora.  Będzie  to  zadziałanie  nieselektywne,  które  jednak  nie 
spowoduje wielkich szkód, ponieważ z racji braku działania zabezpieczenia podstawowego w 
linii  nastąpi  wyłączenie  zasilania  od  strony  transformatora  110  kV/SN  od  zabezpieczenia 
nadprądowego w polu potrzeb własnych. 
 

Jeśli  przewiduje  się,  że opóźnienie  czasowe  tego  zabezpieczenia  może  być  mniejsze 

od    zabezpieczenia  od  skutków  zwarć  międzyfazowych,  należy  wziąć  pod  uwagę  zalecenia 
podane w punkcie 6 dotyczące prądów uchybowych filtrów składowych zerowych prądu.  
 

W  praktyce  dla  pól,  gdzie  nie  jest  wskazane  zadziałanie  zabezpieczenia 

zerowoprądowego przed zabezpieczeniem od skutków zwarć międzyfazowych można przyjąć 
następujące nastawy przy współpracy  z: 
- układem Holmgreena 

mA

I

onast

500

300

  

(44a) 

- przekładnikiem Ferrantiego: 

mA

I

onast

150

100

 

(44b) 

ale raczej z ukierunkowaniem na wartości większe. 
 

Nastawa zabezpieczenia admitancyjnego może być dobierana ze wzoru  

o

b

onast

Y

k

Y

 

 

(45) 

w którym: 
k

b

 – współczynnik bezpieczeństwa (2,5-3), 

Y

o

 - admitancja uchybowa filtru składowej zerowej. 

 

W  sieci  kompensowanej  z  układem  AWSCz  w  polu  łącznika  szyn  można  stosować 

tylko zabezpieczenie konduktancyjne nastawiane wg wzoru (33). 
 

Opóźnienia  czasowe  wszystkich  zabezpieczeń  ziemnozwarciowych  w  polu  łącznika 

szyn powinny być przynajmniej o 0,5 sek większe od nastawy w polach liniowych. 
 

W przypadku, jeśli nie przewiduje się pracy równoległej dwóch pól potrzeb własnych 

na  połączone  sekcje  rozdzielni,  to  zaleca  się,  aby  załączone  było  pole  w  sekcji  zasilanej  z 
transformatora 110 kV/SN. W tej sytuacji można uzyskać wybiórczość przy pomocy nastaw 
admitancji  lub  prądu  zerowego.  We  wzorach  (28)  i  (35b)  należy  jako  prąd  pojemnościowy 
wstawić  prąd  sekcji  bez  pracującego  pola  potrzeb  własnych.  Trzeba  wówczas  sprawdzić 
czułość zabezpieczenia przyjmując prąd pojemnościowy sieci przy połączonych sekcjach. 
 
 

9. Nastawy zabezpieczeń i  AWSCz w polu potrzeb własnych 

 

Zabezpieczenie  zwłoczne  od  skutków  zwarć  międzyfazowych  powinno  być 

nastawiane wg zależności: 

i

p

n

b

nast

k

I

k

I

 

 

(46) 

w której: 
I

n

 – prąd znamionowy transformatora potrzeb własnych, 

k

b

 – należy przyjąć 1,2. 

 

W  sieci  z  izolowanym  punktem  neutralnym  transformator  jest  obciążony  wyłącznie 

potrzebami własnymi – czyli do obliczeń należy przyjmować prąd znamionowy obliczony na 
podstawie mocy znamionowej potrzeb własnych. 

background image

 

 

20

 

 

W sieci uziemionej przez rezystor zwarcia doziemne są utrzymywane bardzo krótko – 

nie  ma  potrzeby  uwzględniania  obciążenia  prądem  ziemnozwarciowym  w  obliczaniu  prądu 
znamionowego.  
 

W  sieci  kompensowanej  do  obliczania  prądu  znamionowego  transformatora  potrzeb 

własnych, jeśli nie ma możliwości wprowadzenia blokady tego zabezpieczenia od składowej 
zerowej  prądu  (blokada  I>/Io),  należy  wziąć  pod  uwagę  moc  znamionową  uzwojenia 
pierwotnego lub sumę mocy potrzeb własnych i mocy kompensacji ze względu na możliwość 
kilkugodzinnej  pracy  dławika.  W  warunkach  polskich  jest  to  możliwość  hipotetyczna, 
ponieważ dąży się do wyłączania zwarć doziemnych – jednakże zabezpieczenia od skutków 
zwarć doziemnych w sieciach kompensowanych nie są rezerwowane i nie pobudzają LRW, 
stąd  zwarcie  może  być  przez  jakiś  czas  utrzymywane,  np.  w  przypadku  uszkodzenia 
zabezpieczenia w polu liniowym. 
 

Jeśli jest  możliwość wprowadzenia blokady I>/Io, to we wzorze (46) należy przyjąć  

prąd wynikający z mocy potrzeb własnych (najczęściej 100 kVA, ewentualnie 315 kVA). 
 

Druga zależność, jaką powinna spełniać ta nastawa jest następująca: 

i

c

pw

k

nast

k

I

I

min

 

(47) 

a w niej: 
I

kminpw

 – minimalny prąd zwarcia za transformatorem, 

k

c

 – współczynnik czułości, który należy przyjmować przynajmniej równy 2. 

 

Obliczając  minimalny  prąd  zwarcia  za  transformatorem  I

zminpw

  należy  we  worze  na 

jego reaktancję przyjąć moc znamionową potrzeb własnych. Jeśli nastawę obliczono dla sumy 
mocy  kompensacji  i  potrzeb  własnych,  to  mogą  być  problemy  ze  spełnieniem  warunku 
czułości. 
 

W sieci kompensowanej i uziemionej przez rezystor należy pamiętać o uruchamianiu 

blokady tego zabezpieczenia od rozruchu zabezpieczenia zerowoprądowego. Brak tej blokady 
w  sieci  kompensowanej  prowadzić  może  do  wyłączania  pola  potrzeb  własnych  podczas 
zwarcia doziemnego i  doprowadzenia do pracy  sieci  z izolowanym  punktem neutralnym.  W 
sieciach uziemionych przez rezystor brak blokady  może nie być tak  groźny, ze względu na 
przeważnie szybkie działanie zabezpieczeń od skutków zwarć doziemnych w liniach (0,2 –0,4 
sek),  ale  również  należy  zadbać  o  niewyłączanie  pola  potrzeb  własnych  podczas  zwarć 
doziemnych. 
 

Opóźnienie czasowe zabezpieczenia zwłocznego od skutków zwarć międzyfazowych 

należy  dobierać  w  granicach  od  0,5  do  1,5  sekundy,  ale  w  rozdzielniach  dwusekcyjnych 
przynajmniej o 0,5 sekundy mniejsze niż tego samego zabezpieczenia w polu łącznika szyn. 
 

Zabezpieczenie  zwarciowe  transformatora  pola  potrzeb  własnych  zabezpiecza 

transformator  przed  skutkami  zwarć  wewnętrznych  i  na  wyprowadzeniach.  Nastawę  należy 
dobierać jako największą wartość uzyskaną z poniższych zależności: 

i

p

k

npw

'

b

nast

k

I

k

I

 

 

(48) 

i

p

k

b

nast

k

I

k

I

max

''

 

 

(49) 

a dodatkowo w sieci uziemionej przez rezystor:  

i

p

npw

R

'

b

nast

k

)

I

I

(

k

I

3

1

 

(50) 

background image

 

 

21

 

w których: 
I

npw+k

  –prąd  znamionowy  transformatora  wynikający  z  sumy  mocy  kompensacji  i  potrzeb 

własnych, 
I

R

 – prąd znamionowy rezystora, 

I

npw

 –prąd znamionowy transformatora wynikający z mocy potrzeb własnych, 

I

kmax

 – maksymalny prąd zwarciowy na szynach za transformatorem przy uwzględnieniu tylko 

mocy potrzeb własnych, 
k

b

  –  współczynnik  bezpieczeństwa  uwzględniający  udar  prądu  magnesującego  przy 

załączaniu transformatora na bieg jałowy (k

b

 = 4-8), 

k’’

b

  –  współczynnik  bezpieczeństwa  dla  odstrojenia  tego  zabezpieczenia  od  zabezpieczeń 

bezzwłocznych  znajdujących  się  za  transformatorem  (przeważnie  są  to  bezpieczniki  lub 
łączniki instalacyjne niskiego napięcia), przyjmować 1,3 –1,6, 
k

b

 – współczynnik bezpieczeństwa (1,1-1,2). 

 

Współczynnik  k

b

  może  przyjmować  bardzo  różne  wartości  –  jeśli  w  tym  polu  jest 

zabezpieczenie cyfrowe i posiada rejestrator zakłóceń uruchamiany również przy zamykaniu 
wyłącznika  (tak  jest  w  systemie  CZIP),  to  można  wykonać  kilka  załączeń  transformatora 
potrzeb własnych i określić parametry udaru prądu magnesującego. 
 

Opóźnienie  czasowe  tego  zabezpieczenia  powinno  być  krótsze  od  0,7  sekundy,  ale 

zalecane wartości to zakres 0,1 – 0,3 sek. 
 

Zabezpieczenia  zerowoprądowe  nie  występują  oczywiście  w  polu  sieci  pracującej  z 

izolowanym punktem neutralnym, ale są w innych rodzajach sieci. 
 

W  sieci  kompensowanej  zabezpieczenie  to  służy  tylko  do  sygnalizacji,  ewentualnie 

uruchomienia AWSCz – nie działa na wyłączenie. Jego nastawa może być następująca: 

io

dl

m ax

o

onast

nast

I

*

U

U

I

  

(51) 

gdzie: 
U

onast

 – nastawa zabezpieczenia zerowonapięciowego w polu pomiaru napięcia,  

U

omax

 – maksymalna wartość składowej zerowej napięcia po stronie wtórnej filtru składowej 

zerowej przy zwarciu bezrezystancyjnym (najczęściej jest to 100 V), 
I

dl

 – nastawiony prąd dławika kompensującego, 

io

- przekładnia przekładnika zasilającego zabezpieczenie. 

 

W przypadku dławików  o samoczynnej  regulacji prądu indukcyjnego do  wzoru (51) 

zamiast prądu dławika można wstawić prąd pojemnościowy sieci.  
 

W  sieciach  uziemionych  przez  rezystor  zabezpieczenie  to  ma  dwa  człony:  pierwszy 

działa na sygnalizację, blokadę zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego od skutków zwarć 
międzyfazowych, ewentualnie uruchomienie tzw. automatyki SPZ rezystora, natomiast drugi 
człon spełnia role bardzo ważną  z głębokimi konsekwencjami dla rozdzielni. Otóż stanowi 
on: 
-  zabezpieczenie  rezystora  uziemiającego  od  skutków  długotrwałego  przepływu  prądu 
ziemnozwarciowego, 
-  zabezpieczenie  rezerwowe  dla  zabezpieczeń  ziemnozwarciowych  w  polach  odpływowych, 
szczególnie liniowych,  
- zabezpieczenie podstawowe od skutków zwarć doziemnych na szynach zbiorczych, 
- może stanowić zabezpieczenie podstawowe lub rezerwowe od skutków zwarć doziemnych 
dla pola strony SN transformatora zasilającego. 
 

Drugi  człon  zabezpieczenia  działa  na  wyłączniki  najczęściej  po  obu  stronach 

transformatora  zasilającego  sekcję  rozdzielni  współpracującą  z  polem  potrzeb  własnych,  w 
którym  znajduje  się  to  zabezpieczenie.  Z  doświadczeń  eksploatacyjnych  wynika,  że 

background image

 

 

22

 

konieczność wyłączania zasilania całej sekcji jest jedną z wad sieci uziemionej przez rezystor. 
Stąd dobór prawidłowej nastawy dla omawianego zabezpieczenia jest bardzo ważny. 
 

Obydwa  człony  należy  odstroić  od  prądów  płynących  przez  rezystor  w  warunkach 

maksymalnej naturalnej asymetrii napięciowej, stąd: 

0

i

R

ns

b

nast

I

k

I

 

 

 

(52) 

gdzie: 
k

b

 – współczynnik bezpieczeństwa (można przyjmować równy 2), 

ns

  –  maksymalny  współczynnik  ziemnozwarciowy  wynikający  z  asymetrii  naturalnej  sieci 

(dla sieci kablowej można przyjmować 0,01, dla napowietrzno-kablowych w granicach 0,02-
0,05), 
I

R

 – prąd znamionowy rezystora uziemiającego. 

 

Opóźnienia czasowe tych dwóch zabezpieczeń należy przyjmować:  

1. Jeśli została uruchomiona automatyka tzw. SPZ pola potrzeb własnych, to pierwszy człon 
należy nastawić na czas rzędu 0,1 sek, jeśli nie – może to być czas rzędu 0,5 sek. 
2.  Drugi  człon  powinien  być  ustawiony  na  czas  o  0,5  sek  dłuższy  od  najdłuższej  zwłoki 
czasowej  zabezpieczeń  ziemnozwarciowych  w  polach  odpływowych,  strony  SN 
transformatora  zasilającego  i  łącznika  szyn,  ale  jednocześnie  dostatecznie  krótki,  aby 
ochronić rezystor przez skutkami cieplnymi przepływu prądu zwarciowego. Dla prawidłowo 
zbudowanych rezystorów, czas ten może być rzędu 3 – 5 sekund, natomiast dla rezystorów o 
małej wytrzymałości cieplnej wskazane jest dobierać czasy możliwie krótkie. 
 

Nie ma potrzeby analizowania tego czasu ze względu na ochronę przeciwporażeniową 

w stacjach SN/nn, ponieważ m.in. ze względu na zapis w normie [5], dla tego celu bierze się 
pod  uwagę  czasy  zabezpieczeń  podstawowych,  a  w  tej  sytuacji  są  nimi  zabezpieczenia  od 
skutków zwarć doziemnych w polach liniowych. 
 

Załączenie  AWSCz  w  sieci  kompensowanej  powinno  być  opóźnione  w  stosunku  do 

momentu  powstania  zwarcia  o  czas  w  granicach  od  1  do  3  sek,  a  przeciętny  czas  trwania 
wymuszania nie powinien być dłuższy niż 5 sekund  – może to być czas krótszy, ale należy 
ściśle  stosować  zasadę  ujętą  wzorem  (40).  AWSCz    może  być  załączane  od  pojawienia  się 
prądu w dławiku lub składowej zerowej napięcia w sieci. Zasada doboru wartości nastawczej 
AWSCz U

nastAWSCz

 jest taka sama, jak nastawy składowej zerowej napięcia dla zabezpieczeń 

admitancyjnych U

nastY

 w polach liniowych, ale wskazane jest zachowanie relacji, że: 

nastY

nastAWSCz

U

,

U

2

1

 

(53). 

 

Wynika to  z faktu,  że załączenie AWSCz podczas zwarć przez rezystancję przejścia 

powoduje zmniejszenie wartości składowej zerowej napięcia w sieci – może to spowodować 
kilkakrotne zadziałanie automatyki  bez wyłączenia zwarcia doziemnego, a w końcu  cieplne 
uszkodzenie elementu oporowego. 

Zasada dotyczy również innych zabezpieczeń posiadających zerowonapięciowy człon 

rozruchowy, w tym również kierunkowych. 

Nie  otwarcie  się  stycznika  w  obwodzie  rezystora  wymuszającego  powoduje 

wyłączenie pola potrzeb własnych – nastawę tą należy przyjmować w granicach 2-4 sekund, 
przy czym krótszy czas jest wskazany dla dłuższych czasów trwania wymuszania. 
 
10. Nastawy zabezpieczeń w polu BKR 
 

Sposób doboru nastaw tych zabezpieczeń silnie zależy od sposobu określania wartości 

kryterialnej.  W  [8]  określono  wpływ  wyższych  harmonicznych  na  działanie  zabezpieczeń 
nadprądowych  opartych  na  pomiarze  wartości  maksymalnych  –  może  tutaj  występować 
zjawisko  zadziałań  zbędnych.  Przy  wyborze  jako  kryterium  harmonicznej  podstawowej  w 

background image

 

 

23

 

przypadku silnych odkształceń napięcia można spodziewać się przeciążenia baterii wyższymi 
harmonicznymi. Najlepszym kryterium jest pomiar wartości skutecznej prądu, która najlepiej 
charakteryzuje energię prądu przemiennego. 
 

Zasady doboru nastaw podane poniżej oparte zostały na pozycjach [1,9]. 

 

Dla zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego nastawę można dobierać ze wzoru: 

i

p

n

b

nast

k

I

k

I

   

(54) 

a czułość sprawdzać wg zależności: 

i

nast

k

c

I

I

k

min

   

(55) 

w której: 
I

kmin

  –  najmniejszy  prąd  zwarcia  dwufazowego  na  zaciskach  baterii.  Opóźnienie  czasowe 

wynika z zachowania selektywności zabezpieczeń w rozdzielni SN i powinno być o 0,5 sek 
mniejsze  od  nastaw  zabezpieczeń  nadprądowych  zwłocznych  w  polu  łącznika  i  polu 
transformatora zasilającego.   
 

Wartości  nastaw  zabezpieczeń  od  skutków  przeciążeń  wynikają  z    tego,  że 

dopuszczalna przeciążalność napięciowa baterii wynosi 10 %,  a prądowa – 30 %. 
 

Zabezpieczenie nadprądowe od skutków przeciążeń nastawia się wg zależności  

i

n

nast

I

,

I

3

1

  

(56) 

z opóźnieniem czasowym kilku sekund. 
 

Zabezpieczenie nadnapięciowe nastawić należy wg zależności:  

u

n

nast

U

,

U

1

1

 

(57) 

również z opóźnieniem czasowym kilku sekund. 
 

Zabezpieczenie  od  skutków  zwarć  wewnętrznych  baterii    działające  na  zasadzie 

pomiaru asymetrii prądów można nastawiać na wartość: 

i

m ax

u

b

nast

I

k

I

 

(58) 

gdzie: 
k

b

 – współczynnik bezpieczeństwa, zalecana wartość – 2. 

I

umax

  –  największa  wartość  prądu  uchybowego  nieuszkodzonej  baterii  kondensatorów  w  A 

określana z zależności: 
 

3

10

45

1

*

U

Q

,

I

n

n

m ax

u

 

(59.a) 

lub lepiej 

3

10

9

2

*

U

Q

,

I

n

n

m ax

u

 

(59.b) 

w której: 
Q

n

 – moc znamionowa baterii. 

 

Prąd  w  połączeniu  punktów  gwiazdowych  baterii  kondensatorów  spowodowany 

zwarciem b zwijek w jednej z jednostek oblicza się wg wzoru: 
 

background image

 

 

24

 

5

6

6

3

N

b

b

n

MN

M

I

I

n

z

 

(60) 

gdzie: 
M – liczba jednostek kondensatorowych łączonych w grupy, 
N – liczba grup jednostek łączonych szeregowo w baterii, 
n – liczba grup zwijek łączonych szeregowo w jednostce, 
b – liczba zwartych zwijek w jednostce, przyjmuje się b=n/2. 
 

Najmniejszy prąd w połączeniu punktów gwiazdowych baterii kondensatorów wynosi: 

u

z

min

g

I

I

I

 

(61) 

 

Czułość zabezpieczenie sprawdza się wg wzoru: 

nast

i

m in

g

c

I

I

k

  

 

(62) 

i  powinna być ona większa od 1,5. Opóźnienie czasowe należy przyjmować w granicach 0,1 
– 0,2 sek. 
 

W  sieciach  uziemionych  przez  rezystor  w  baterii  kondensatorów  należy  zastosować 

zabezpieczenie zerowoprądowe od skutków zwarć doziemnych nastawiane wg zależności: 

o

b

nast

I

k

I

 

 

(63) 

w której: 
k

b

 – przyjmować o wartości 2, 

I

o

 – objaśniono przy wzorach (3) i (4), 

 

a jego opóźnienie czasowe przyjmować w granicach 0,1 – 0,5 sek. 

 

Odstrojenie tego zabezpieczenia tylko od prądu uchybowego filtru składowej zerowej 

prądu  wynika  z  pomijalnego  w  zasadzie  doziemnego  prądu  pojemnościowego  baterii  i  jej 
połączenia z szynami zbiorczymi rozdzielni. 
 
11. Nastawy zabezpieczeń w polu strony SN transformatora zasilającego 
 

Zabezpieczenie  nadprądowe  od  skutków  przeciążeń  transformatora  należy  nastawiać 

wg zależności: 

i

p

n

b

nast

k

I

k

I

  

(64) 

gdzie: 
k

b

 – współczynnik bezpieczeństwa (możliwie mały – w granicach 1,05-1,1), 

k

p

  –  współczynnik  powrotu,  jeśli  zabezpieczenie  ma  możliwość  jego  nastawiania,  należy 

dobierać wartość możliwie dużą, 
I

n

 – prąd znamionowy zabezpieczanego transformatora. 

 

Zabezpieczenie  nadprądowe  zwłoczne  od  skutków  zwarć  zewnętrznych    należy 

nastawiać wg zależności:  

i

p

r

b

nast

k

ax

Im

k

k

I

  (65) 

w której: 
I

max

  –  prąd  największego  spodziewanego  obciążenia  transformatora,  przy  dwóch 

transformatorach  pracujących  równolegle  zaleca  się  przyjmować  sumę  ich  mocy 
znamionowych lub sumę obciążeń obu sekcji, 
k

r

 – współczynnik samorozruchu silników – w transformatorach zasilających obiekty bytowo-

komunalne  można  go  przyjmować  równy  1,  większy  od  1  wskazane  jest  stosować  tylko  w 

background image

 

 

25

 

wyjątkowych  przypadkach  zasilania  obiektów  przemysłowych,  gdzie  może  wystąpić  udar 
prądu spowodowany tym zjawiskiem. 
 

Czułość  należy  sprawdzać  wg  wzoru  (23)  przyjmując  jako  I

kmin

  prąd  zwarcia 

dwufazowego  na  końcu  linii  o  największej  impedancji,  dla  której  zabezpieczenie  ma  być 
zabezpieczeniem  rezerwowym.  Zalecany  współczynnik  czułości  wynosi  1,5,  ale  w  żadnym 
przypadku nie powinien być mniejszy od 1,2. 
 

Opóźnienie czasowe tego zabezpieczenia powinno być o 0,5 sek dłuższe niż nastawa 

tych samych zabezpieczeń w polach odpływowych i łącznika szyn zbiorczych. 
 

Zabezpieczenie zwarciowe w tym polu należy stosować z najwyższą ostrożnością i w 

zasadzie  nie  jest  bezwzględnie  wymagane.  Zalecić  je  można  w  rzadkim  przypadku  braku 
zabezpieczenia  szyn  zbiorczych  –  wówczas  jego  nastawę  należy  dobierać  wg  następnego 
punktu.  W  innych  przypadkach  może  stanowić  rezerwę  dla  zabezpieczenia  zwarciowego  w 
polu łącznika szyn (pamiętając, że w tym polu zabezpieczenie uruchamiane jest tylko na kilka 
sekund  po  operacyjnym  zamknięciu  wyłącznika)  lub  zabezpieczeń  zwarciowych  w  polach 
liniowych.  Zasięg  tego  zabezpieczenia  wynikający  z  nastawy  prądowej  z  odpowiednim 
współczynnikiem  bezpieczeństwa  nie  może  być  większy  od  zasięgu  dowolnego 
zabezpieczenia  zwarciowego  w  polach  odpływowych,  ponieważ  prowadziłoby  to  do 
nieselektywnych wyłączeń. Opóźnienie tego zabezpieczenia musi być o  0,5 sek większe od 
nastawy  w  polu  łącznika  szyn  i  polach  odpływowych  oraz  nastawy  zabezpieczenia  szyn 
zbiorczych. 
 

Zabezpieczenie  zerowoprądowe  w  tym  polu  powinno  być  stosowane  w  sieci  z 

punktem  neutralnym  uziemionym  przez  rezystor.  Jego  wprowadzenie  jest  jak  najbardziej 
wskazane,  ponieważ  zabezpieczenie  różnicowe  transformatora  również  w  takiej  sieci 
powinno  reagować  podczas  zwarć  doziemnych,  ale  podczas  zwarć  oporowych  może  mieć 
zbyt  małą  czułość.  Jego  nastawy  dobiera  się  tak  samo  jak  dla  pola  baterii  kondensatorów, 
czyli  ze  względu  na  bardzo  mały  prąd  pojemnościowy,  powinno  być  odstrojone  tylko  od 
prądu  lub  admitancji  uchybowej  zastosowanych  filtrów  składowych  zerowych.  Jeśli  jego 
opóźnienie  czasowe  jest  mniejsze  od  zabezpieczeń  od  skutków  zwarć  międzyfazowych,  to 
należy  wziąć  pod  uwagę  zalecenia  podane  przy  doborze  nastaw  w  polu  łącznika  szyn. 
Ponieważ w polu tym najczęściej jest układ Holmgreena, to  obowiązuje zależność (20a) – z 
ukierunkowaniem raczej na wartości większe z podanego zakresu. 
 
12.Zabezpieczenie szyn zbiorczych 
 

Elementy zabezpieczenia szyn zbiorczych znajdują się: 

- w polach strony SN transfomatorów  110 kV/SN – elementy rozruchowe,  
- w polu łącznika szyn – element detekcji prądu zwarciowego w tej części rozdzielni, 
- w polach odpływowych, skąd wysyłany jest sygnał blokady. 
 

Nastawy prądowe I

T

nast

 w polu strony SN transformatora oraz I

S

nast

 polu łącznika szyn 

zbiorczych należy dobierać z zależności, aby z dostateczną czułością reagowały na wszystkie 
zwarcia na szynach zbiorczych, czyli: 

i

c

k

S

nast

T

nast

k

I

I

I

min

  (66) 

gdzie: 
I

kmin

 – minimalny prąd zwarcia dwufazowego na szynach zbiorczych, 

k

c

 – współczynnik czułości, który należy przyjmować nie mniejszy niż 2, 

i

  -  przekładnia  przekładników  prądowych  odpowiednio  w  polu  transformatora  lub  polu 

łącznika szyn. 
 

Nastawę  czasową  tego  zabezpieczenia  należy  dobierać  możliwie  małą  –  na  ile 

pozwalają  jego  parametry.  Ponieważ  zwykle  zabezpieczenie  posiada  dwa  stopnie  – 

background image

 

 

26

 

podstawowy  i  rezerwowy,  to  stopień  rezerwowy  należy  nastawiać  o  0,5  sekundy  więcej  niż 
podstawowy, przy czym jeśli wyłączniki w polach SN transformatorów i łącznika szyn mają 
czasy własne nie większe niż 0,1 sek, to odstęp czasowy pomiędzy stopniem podstawowym i 
rezerwowym zaleca się zmniejszyć do 0,3 sek. 
 

Nastawy  prądowe  elementów  blokady  zabezpieczenia  szyn  zbiorczych  w  polach 

odpływowych należy dobierać przede wszystkim w ten sposób, aby blokada nie występowała 
przy przepływie prądów obciążenia i była pewna, jeśli zwarcie jest poza szynami zbiorczymi. 
 

Stąd należy zachować dwie zasady: 

I

I

zs

 

 

(67) 

L

i

b

T

T

nast

zs

k

I

I

i

 

(68)  

w których: 
I

zs

 – nastawa elementu blokady zabezpieczenia szyn zbiorczych w polach odpływowych, 

I

>

 -  nastawa zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego w danym polu odpływowym, 

I

T

nast

 – przyjęta nastawa prądowa zabezpieczenia szyn zbiorczych w polu transformatora, 

T

i

- przekładnia przekładników prądowych w polu transformatora, 

L

i

- przekładnia przekładników prądowych w polu odpływowym, 

k

b

 – współczynnik bezpieczeństwa, proponuje się wartość 1,2 – 1,4. 

 

Zachowując  zasadę  wynikającą  ze  wzoru  (68)  otrzymuje  się  warunek  większej 

czułości  elementów  blokujących  rozruch  zabezpieczenia  szyn  zbiorczych  od  elementów 
powodujących sam rozruch. Ma to uchronić to zabezpieczenie przed zadziałaniami zbędnymi, 
które powodują pozbawienie napięcia całej sekcji rozdzielni. 
 
 
 

Literatura 
 
[1] Żydanowicz J.: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa, t.I-III, WNT, Warszawa, 1979, 1985, 
1987 
[2] Żydanowicz  J., Namiotkiewicz M.: Automatyka zabezpieczeniowa w elektroenergetyce. WNT, Warszawa, 
1983. 
[3] Winkler W., Wiszniewski A.: Automatyka zabezpieczeniowa w systemach elektroenergetycznych. WNT, 
Warszawa, 1999. 
[4] Pawłowski A., Trybus A.: Zabezpieczenia ziemnozwarciowe. Ośrodek Wdrażania Postępu Technicznego w 
Energetyce. Bielsko-Biała, 1983. 
[5] PN-E-05115: Instalacje elektroenergetyczne prądu przemiennego o napięciu wyższym od 1 kV. 
[6]  PN-IEC  60364-4-442:  Instalacje  elektryczne  w  obiektach  budowlanych.  Ochrona  dla  zapewnienia 
bezpieczeństwa.  Ochrona  przed  przepięciami.  Ochrona  instalacji  niskiego  napięcia  przez  przejściowymi 
przepięciami i uszkodzeniami przy doziemieniach w sieciach wysokiego napięcia 
[7]  Kłusek  J.:  Nastawienia  zabezpieczeń  ziemnozwarciowych  nadmiarowoprądowych  pól  funkcyjnych  w 
rozdzielniach  SN  zasilających  sieci  terenowe  uziemione  przez  rezystor.  Automatyka  Elektroenergetyczna  nr 
4/1998, ss.10-13. 
[8]  Lorenc  J.,  Marszałkiewicz  K.,  Andruszkiewicz  J.:  Nowe  spojrzenie  na  zagadnienie  zabezpieczania  baterii 
kondensatorów SN. Automatyka Elektroenergetyczna nr 3/1995, ss.17-19. 
[9] Wyrzykowska S.: Pomiary i automatyka w elektroenergetycznych sieciach przemysłowych. Projektowanie. 
WNT, Warszawa, 1988.