1

AUTOMATYKA

PRZECIWAWARYJNA I POAWARYJNA

AUTOMATYKA

AUTOMATYKA

PRZECIWAWARYJNA I POAWARYJNA

PRZECIWAWARYJNA I POAWARYJNA

SAMOCZYNNE PONOWNE ZAŁĄCZANIE

Znaczna część zwarć w sieciach elektroenergetycznych ma

charakter przemijający

, a najczęstszą przyczyną (ok. 50%) są

wyładowania atmosferyczne, wiatr (ok. 10%), osłabienie izolacji
(ok. 10%) oraz zerwanie przewodów (ok. 6%).

Na ogólną liczbę zwarć w sieciach WN i NN, ok. 75% to

zwarcia przemijające, w sieciach SN – ok. 68%.

Podział urządzeń SPZ

Urządzenia SPZ mogą być klasyfikowane ze względu na
następujące czynniki:

liczbę wykonywanych łączeń (SPZ jedno – lub wielokrotny),

czas trwania przerwy bezprądowej (SPZ szybki i powolny),

liczbę zamykanych i otwieranych faz (SPZ jedno – lub

trójfazowy).

W przypadku SPZ jednokrotnego wyłącznik działa w
następujących cyklach:

W – t

p

– Z (wyłączenie – przerwa – załączenie),

W – t

p

– Z – WD (wyłączenie – przerwa – załączenie –

wyłączenie definitywne).
W przypadku SPZ dwukrotnego:

W – t

p1

– Z,

W – t

p1

– Z – W – t

p2

– Z,

W – t

p1

– Z – W – t

p2

– Z – WD.

Urządzenia szybkiego SPZ powinny posiadać możliwie najkrótszy
czas przerwy wynoszący ok. 0,4

÷

1,2 s, potrzebny na dejonizację

przerwy połukowej.
W urządzeniach powolnego SPZ czas przerwy jest znacznie dłuższy i
waha się w granicach od 2 s do 3 min. Wartość ta jest uzależniona od
stopniowania czasów zabezpieczeń w sieciach promieniowych lub od
czasu trwania procesu synchronizacji współpracujących źródeł
napięcia.

I

t

0

k w

t

p

z w

b)

I

t

0

k w

w

z

t

p1

t

p2

z

c)

I

t

0

k w

w

z

t

p1

t

p2

w

z

d)

t

0

t

p

I

k w

z

a)

a) zwarcie przemijające – SPZ udane; b) zwarcie półtrwałe lub trwałe – SPZ jednokrotne

nieudane; c) zwarcie półtrwałe – SPZ dwukrotne udane; d) zwarcie trwałe – SPZ dwukrotne
nieudane.

k – chwila powstania zwarcia; w – chwila otwarcia wyłącznika; z – chwila zamknięcia

wyłącznika; t

p

, t

p1

,t

p2

, - czasy bezprądowe wyłącznika

(c.d.)

(c.d.)

SAMOCZYNNE ZAŁĄCZANIE REZERWY

AUTOMATYKA

PRZECIWAWARYJNA I POAWARYJNA

AUTOMATYKA

AUTOMATYKA

PRZECIWAWARYJNA I POAWARYJNA

PRZECIWAWARYJNA I POAWARYJNA

Działanie urządzeń SZR polega na samoczynnym przełączeniu

odbiorów ze źródła zasilania podstawowego na rezerwowe w
przypadku stwierdzenia nadmiernego obniżenia się napięcia lub
całkowitego jego zaniku (spowodowanego zwarciem, awarią źródła
zasilającego, pomyłkowym wyłączeniem)

Z zastosowania układów SZR wynikają następujące zalety:

następuje obniżenie wartości prądów zwarciowych, a w konsekwencji

zmniejszenie wymagań dotyczących urządzeń rozdzielczych,

zostaje ograniczony obszar, na którym w wyniku zwarcia nastąpiło

obniżenie napięcia,

istnieje możliwość zastosowania prostszych układów zabezpieczeń.

2

Urządzenia SZR są najczęściej stosowane: w rozdzielniach
elektrownianych w celu uzyskania dużej pewności zasilania układu
potrzeb własnych, w rozdzielniach sieci elektroenergetycznych oraz
w rozdzielniach przemysłowych zasilających ważne odbiory a także
w obiektach użyteczności publicznej, w szpitalach, w zakładach
przemysłowych - do przełączenia na zasilanie rezerwowe (np. z
baterii akumulatorów lub z generatora prądotwórczego) oświetlenia
awaryjnego i innych ważnych odbiorników.

T1

sekcja I

sekcja II

W5

W1

W2

W3

T2

W4

S1

W1

T1

W2

S2

W3

T2

W4

S3

W5

T3

W6

W7

sekcja I

sekcja II

a)

b)

Układy rezerwowania:

a) na transformatorze (rezerwa jawna)

b) na wyłączniku sprzęgłowym (rezerwa ukryta)

Podstawowe wymagania stawiane automatyce SZR

•jednokrotne działanie przy zaniku napięcia zasilania podstawowego,

•zamknięcie wyłącznika zasilania rezerwowego następuje po
stwierdzeniu otwarcia wyłącznika w torze zasilania podstawowego,

•koordynacja działania SZR z układem zabezpieczeń (podstawowych i
rezerwowych),

•działanie dopiero po stwierdzeniu odpowiedniej wartości napięcia na
źródle rezerwowym (np. aby możliwy był samorozruch silników),

•niedziałanie w przypadku zamierzonego wyłączenia źródła lub np. PN

Budowa konwencjonalnego układu automatyki SZR

1) Człon rozruchowy - działający na otwarcie wyłącznika zasilania
podstawowego (przy zaniku lub obniżeniu napięcia) - w jego skład
wchodzą:

•przekaźniki napięciowe kontrolujące napięcie na szynach zasilania
podstawowego i rezerwowego,

•przekaźnik czasowy podający sygnał na wyłączenie zasilania
podstawowego.

2) Człon wykonawczy - realizujący zamknięcie wyłącznika zasilania
rezerwowego, w jego skład wchodzą:

•przekaźnik o opóźnionym powrocie - zapewn. ograniczenie czasu
trwania impulsu zamykającego wyłącznik zasilania rezerwowego,

•przekaźnik czasowy lub pomocniczy - zapobiegający wielokrotnemu
załączaniu źródła rezerwowego na trwałe zwarcie.

Dobór parametrów nastawczych SZR

ad. 1)

gdzie: U

S

- napięcie na szynach po wyłączeniu zwarcia przez

zabezpieczenie

Najczęściej: U

rp

=(0,4 … 0,5)U

N

lub U

rp

=(0,6 … 0,7)U

N

p

b

S

rp

k

k

U

U

⋅

=

t

p

=t

max

+0,5 [s],

t

max

- największy czas działania zabezpieczeń w polu odpływowym

rozdzielnicy

dla przekaźnika kontrolującego napięcie na szynach rezerwowych:

(

)

U

U

k

U

kr

b

rp

∆

+

⋅

=

1

U

kr

- napięcie krytyczne na zaciskach silników (poniżej którego

nie mogą pracować),

∆

U - spadek napięcia na przewodach pomiędzy silnikiem a

rozdzielnią spowodowany prądem samorozruchu,

k

b

=1,05…1,1; najczęściej: U

rp1

=0,8…0,9U

N

ad. 2) dla przekaźnika o opóźnionym powrocie:

t

t

t

wr

o

∆

+

=

t

wr

- czas zamykania wyłącznika źródła rezerwowego,

∆

t=0,3…0,5 s (czas rezerwy)

3

5kV

5kV

5kV

0

0

0

-5kV

-5kV

-5kV

10kV

10kV

10kV

-10kV

-10kV

-10kV

15kV

-15kV

napi

cie w torze rezerwowym

napi

cie na szynach Usz

napi

cie rónicowe dU

0,0s

0,1s

0,2s

0,3s

0,4s

0,5s

0,6s

0,7s

0,8s

0,9s

1,0s

tw

Wektor

napi

cia rezerwowego

Kolejne po

oenia

wektora napi

cia

na szynach

napi

cie w torze rezerwowym

5kV

5kV

5kV

0

0

0

-5kV

-5kV

-5kV

10kV

10kV

10kV

-10kV

-10kV

-10kV

15kV

-15kV

tw

tz

ts1

napi

cie na szynach Usz

napi

cie rónicowe dU

0,0s

0,1s

0,2s

0,3s

0,4s

0,5s

0,6s

0,7s

0,8s

0,9s

1,0s

tw

ts1

Wektor

napi

cia rezerwowego

Kolejne po

oenia

wektora napi

cia

na szynach

Oscylogramy napięć w układzie z SZR oraz trajektoria napięcia na szynach przy
przełączeniu wolnym -

tw moment otwarcia wyłącznika, ts1 – chwila obniżenia napięcia

szczątkowego do dopuszczalnej wartości (ze względu na warunki samorozruchu silników), tz – chwila

wysłania impulsu na zamknięcie wyłącznika zasilania rezerwowego

Współczesnym układom SZR stawia się następujące wymagania:

•adaptacyjność do aktualnej struktury i parametrów układu zasilania,
•możliwość zadawania priorytetów źródeł,
•konfigurowalność układu zasilania poprzez możliwość planowanych
przełączeń (PPZ) pomiędzy źródłami,
•samoczynny powrót układu do stanu przedzakłóceniowego (SPP),
•samoczynne wyszukiwanie napięcia po zaniku zasilania,
•możliwość uaktywniania bądź blokowania określonych przełączeń z
zewnątrz,
•możliwość generowania impulsu na załączenie generatora
prądotwórczego,
•współdziałanie z automatyką odciążania,
•komunikacja z układem sterowania nadrzędnego,
•zdolność do gromadzenia informacji o zaistniałych zakłóceniach i
wykonanych przełączeniach.

Rodzaje przełączeń:

przełączenie synchroniczne bezprzerwowe – może być wykonywane
jeżeli w chwili rozpoczęcia przełączenia istnieją warunki do przełączeń
synchronicznych (kąt rozchyłu napięć d

ϕ

, napięcie różnicowe dU i

różnica częstotliwości df mieszczą się w dopuszczalnych granicach) a
jednocześnie na tej rozdzielni dopuszcza się krótkotrwałą pracę
równoległą zasilaczy,

przełączenie synchroniczne z krótkotrwałą przerwą w zasilaniu –
może być wykonane jeżeli w chwili rozpoczęcia przełączenia istnieją
warunki do przełączeń synchronicznych (j.w.) a przełączenie
synchroniczne bezprzerwowe jest niedopuszczalne,

przełączenie quasi synchroniczne – może być wykonane jeśli
napięcie różnicowe dU_qs i różnica częstotliwości df_qs mieszczą się
w dopuszczalnych granicach i jest niezależne od warunków do
przełączeń synchronicznych. W praktyce przełączenia quasi
synchroniczne są wykonywane jeżeli w chwili rozpoczęcia
przełączenia nie są spełnione warunki do przełączeń synchronicznych
(t.j. d

ϕ

, dU, df przekraczają wartość dopuszczalną),

przełączenie wolne – jest to przełączenie z kontrolą napięcia
szczątkowego, które wykonywane jest np. w sytuacji nieudanego
przełączenia synchronicznego lub quasi-synchronicznego. W cyklu
wolnym przełączenie jest wykonywane na podstawie pomiaru wartości
napięć na szynach rozdzielni – po obniżeniu się napięcia do
nastawionej wartości (zazwyczaj 0,4UN) automat SZR generuje impuls
„odciążania” wyłączający odbiory, które nie powinny brać udziału w
grupowym samorozruchu. Po odliczeniu czasu opóźnienia załączenia
nowego zasilania następuje wysłanie impulsu załączającego wyłącznik
zasilania rezerwowego, a przypadku układu z rezerwą jawną nastepuje
wysłanie impulsu załączającego na wyłącznik sprzęgłowy. Czas
przerwy w zasilaniu zależy od szybkości zaniku napięcia na szynach

4

napi

cie w torze rezerwowym

5kV

5kV

5kV

0

0

0

-5kV

-5kV

-5kV

10kV

10kV

10kV

-10kV

-10kV

-10kV

15kV

-15kV

tz

tw

napi

cie na szynach Usz

napi

cie rónicowe dU

0,0s

tz

tw

Wektor

napi

cia rezerwowego

Kolejne po

oenia

wektora napi

cia

na szynach

Oscylogramy napięć w układzie z SZR oraz trajektoria napięcia na szynach

przy przełączeniu synchronicznym

napi

cie w torze rezerwowym

5kV

5kV

5kV

0

0

0

-5kV

-5kV

-5kV

10kV

10kV

10kV

-10kV

-10kV

-10kV

15kV

-15kV

tr1

tw

t

r2

t

z

napi

cie na szynach u

sz

napi

cie rónicowe dU

0,0s

0,1s

0,2s

0,3s

t

w

t

r2

= t

z

t

r1

U

r

=U

N

ej

90



1,4U

N

U

sz1

U

sz2

U

sz3

u

sz1

u

sz2

u

sz3

Przełączenie quasi-synchroniczne

(automatyka prewencyjna)

(automatyka prewencyjna)

SAMOCZYNNE CZĘSTOTLIWOŚCIOWE ODCIĄŻANIE

AUTOMATYKA

PRZECIWAWARYJNA I POAWARYJNA

AUTOMATYKA

AUTOMATYKA

PRZECIWAWARYJNA I POAWARYJNA

PRZECIWAWARYJNA I POAWARYJNA

Jednym ze sposobów ograniczania skutków deficytu mocy

czynnej w SEE (wzrost zapotrzebowania lub spadek mocy
wytwarzanej) jest wprowadzenie awaryjnych ograniczeń mocy
pobieranej przez odbiorców. W tym celu, w niemal wszystkich
rozdzielniach SN, instaluje się

układy automatyki SCO

.

Kryterium działania

tej automatyki oparte jest na zmniejszeniu się

częstotliwości, a wartość awaryjnej mocy wyłączanej obliczana jest z
charakterystyk częstotliwościowych systemu.

Wartość mocy wyłączanej

powinna wynosić 40 ... 60%

zapotrzebowania na moc, a wyłączanie odbywa się stopniowo – w
miarę obniżania się częstotliwości. Wielkość mocy wyłączanej
powinna być proporcjonalna do lokalnego zapotrzebowania, co ma
szczególne znaczenie przy rozpadzie systemu na układy pracujące
niesynchronicznie (wyspy). Wyłączanie należy rozpoczynać od mniej
ważnych odbiorców w celu zminimalizowania strat gospodarczych.

Skutki zmniejszenia częstotliwości:

•pogorszenie warunków zasilania - zmniejszenie wydajności urządzeń,

•rozległe zakłócenie systemowe wskutek lawinowego załamania się
częstotliwości.

Rodzaje urządzeń SCO:

1) Reagujace na bezwzględną wartość częstotliwości, przy jej
zmniejszeniu do wartości nastawionej na

zabezpieczeniu

podczęstotliwościowym

wyłaczają odpowiednie grupy odbiorów

2) Reagujące na prędkość zmniejszania się częstotliwości













dt

df

3) Kombinacja 1) i 2).
Najczęściej stosowane jest rozwiązanie 1)

Każdemu stopniowi SCO przyporządkowana jest częstotliwość,
poniżej której powinno nastąpić wyłączenie grupy odbiorców
danego stopnia. Zazwyczaj dla pojedynczej sekcji rozdzielni SN
stosuje się dwa stopnie SCO. Dla typowej rozdzielni dwusekcyjnej
można zastosować łącznie cztery stopnie SCO. W krajowym SEE
stosuje się (wg danych za 1995 r.) następujące stopnie SCO:

Stopień

1

2

3

4

5

6

Częstotliwość, Hz 49,0

48,5

48,3

48,1

47,8

47,5

Dla każdego stopnia stosuje się odrębny przekaźnik częstotliwoś-
ciowy zasilany z PN podłączonych do szyn zbiorczych stacji.

5

Moce planowane do wyłączenia aktualizowane są dwa razy w
roku: w marcu na okres letni i we wrześniu na okres zimowy.

Do automatyki SCO przyłącza się:

linie SN zasilające odbiory wiejskie i miejskie,

pojedyncze odbiory w zakładach przemysłowych,

linie SN zasilające drobny przemysł, większe gospodarstwa rolne,

trakcję miejską,

trakcję PKP,

transformatory 110/SN.

W celu uniknięcia zbędnych wyłączeń na skutek stanów nieustalonych,
wprowadza się opóźnienie w działaniu SCO na wyłączenie rzędu 0,3 do
1,5 s.

Dłuższe czasy są stosowane w obiektach z dużymi odbiorami silnikowymi, gdzie
istnieje możliwość zbędnego zadziałania SCO po cyklu SPZ lub SZR.

W praktyce stosowane są układy SPZ po SCO, tj. ponowne załączanie
wyłączonych przez SCO odbiorców po odpowiednim zwiększeniu się
częstotliwości – zazwyczaj powyżej 49,5 Hz.

W zakładach przemysłowych wybór liczby stopni SCO należy
uzgodnić z energetyką zawodową. Ogólna zależność:

1

1

+

∆

−

=

wyb

n

f

f

f

n

f

1

, f

n

- częstotl. zadziałania I-go i ostatniego stopnia,

∆

f

wyb

- różnica nastawień sąsiednich stopni (zapewn. wybiorczość działania przy

znanych uchybach przekaźników częstotliwościowych i szybkości zmniejszania
się częstotliwości podczas działania (w czasie własnym) SCO)

∆

f

uchyb

- uchyb przekaźników częstotliwościowych (Hz),

∆

f

wł

- (=0,15Hz) założone, możliwe zmniejszenie się częstotliwości mogące

wystąpić w czasie własnym zadziałania SCO

wł

uchyb

wyb

f

f

f

∆

+

∆

=

∆

2

Moc odbiorników wyłączanych przez n-ty stopień odciążania:

(

)













−

⋅

−

=

∆

∑

−

=

1

1

100

1

1

2

n

i

i

f

n

p

n

P

k

f

f

P

f

p

- częstotliwość przed zakłóceniem (Hz),

f

n

- częstotliwość n-tego stopnia SCO,

k

f

- współczynnik regulacji obciążenia czynnego (efekt regulacji przy

zmniejszaniu się częstotliwości )

k

f

=1…3 %

odbiory komunalne

odbiory przemysłowe (siłowe)

Automatyka odciążająca (AO)

Automatykę odciążającą stosuje się w następujących przypadkach:

•

po wystąpieniu przeciążenia toru zasilającego (transformatora,

generatora) – wyłączenie obciążenia lub przełączenie
obciążenia, w części lub całości, na inny tor zasilający aktualnie
niedociążony,

•

przed działaniem automatyki SZR, w sytuacji gdy tor zasilania

rezerwowego może zostać znacznie przeciążony po jego
załączeniu przez SZR.

Rozwiązania praktyczne AO różnią się w zależności od lokalnych
warunków pracy stacji lub układu elektroenergetycznego.

AUTOMATYKA WYMUSZANIA SKŁADOWEJ CZYNNEJ

PRĄDU ZWARCIA Z ZIEMIĄ W SIECIACH SKOMPENSOWANYCH

• Bezpośredniego wymuszania składowej czynnej,

• Pośredniego wymuszania składowej czynnej prądu, przy czym
rezystor jest przyłączany:

- do specjalnego uzwojenia urządzenia kompensującego,

- równolegle do urządzenia kompensującego poprzez transformator o
grupie połączeń Yz

Rodzaje układów AWSC:

Wartość wymuszanej składowej czynnej (przy pełnym zwarciu
jednofazowym i przy napięciu znamionowym):

•15-20 A przy stosowaniu wymuszania bezpośredniego,

•15 A przy stosowaniu wymuszania pośredniego.

6

• w sieci pojawi się składowa zerowa napięcia,

• przez urządzenie kompensujące popłynie prąd.

Pobudzenie AWSC nastepuje gdy:

Opóźnienie załączania rezystora przez urządzenie AWSC wynosi: 3 s.

Czas załączenia rezystora: 5 s.

Ponowne załączenie rezystora jest możliwe, jeżeli w poprzednim cyklu
jego załączenia nastąpił zanik składowej zerowej napięcia oraz zanik
prądu kompensującego.

AUTOMATYCZNA REGULACJA NAPIĘCIA

Regulatory o działaniu nieciągłym

do automatycznej regulacji napięcia transformatora

zmiana przekładni po stwierdzeniu różnicy między napięciem

zadanym a napięciem regulowanym

Dla ograniczenia liczby łączeń dobiera się odpowiedni stopień nieczułości (

ε

)

oraz opóźnienie działania regulatora.

U

U

∆

≤

ε

≤

∆

2

∆

U - skok napięcia spowodowany przełączeniem o jeden zaczep

zazwyczaj przyjmuje się:

ε

=(1,2...1,4)

∆

U, czas opóźnienia: t

op

=1...10 min

W układach ARN uwzględnia się:

•uzależnienie wartości napięcia regulowanego od obciążenia czynnego i
biernego,

•możliwość nastawienia tzw. napięcia dziennego i nocnego,

•blokady napięciowe, zabezpieczające przed nadmiernym podwyższeniem
napięcia (np. w przyp. uszkodzenia modułu pomiarowego).

blokada podnapięciowa: 0,8...0,9U

N

,

blokada nadnapięciowa:1,1...1,25U

N

•selsynowy lub potencjometryczny wskaźnik położenia przełącznika
zaczepów, sygnalizacja zadziałania oraz sygnalizacja ostrzegawcza przy
zaniku zasilania silnika przełącznika zaczepów.

Typowe opcje regulacji:

•regulacja ręczna napięcia,

•regul. automatyczna z wewnętrznym nastawianiem wielkości zadanej,

•regul. automatyczna z zewnętrznym nastawianiem wielkości zadanej,

•regul. automatyczna ze zdalnym (cyfrowym) nastawianiem wielkości
zadanej.