Zaštite u industrijskom sustavu - moja

FAKULTET
ELEKTROTEHNIKE I
RAČUNARSTVA
DINAMIKA INDUSTRIJSKIH SUSTAVA
Zaštite u industrijskom sustavu
DIS.6 - Zaštita generatora, transformatora i motora
Prof. dr. sc. Zlatko Maljković
ZAVOD ZA
ELEKTROSTROJARSTVO
I AUTOMATIZACIJU
Ak. god. 2010/2011
Zagreb,11.3.2011.
Svojstva zaštitnih releja
OSJETLJIVOST
Relej je osjetljiv kad još sigurno djeluje pri očekivanoj najmanjoj
vrijednosti mjerne veličine.
SELEKTIVNOST
Relej selektivno djeluje ako isključi kvar samo na pogođenom
elementu mreže (selektivnost se osigurava izvedbom ili vremenskim
stupnjevanjem).
BRZINA DJELOVANJA
Relej je brz ako mu je vrijeme djelovanja (vrijeme koje protječe od
trenutka nastanka kvara do trenutka kad se na izlaznim kontaktima releja
pojavi signal za isključenje prekidača) kraće od 100 ms.
11.3.2011.
2
Svojstva zaštitnih releja
POUZDANOST
Relej je pouzdan ako mu je pouzdanost veća od pouzdanosti bilo
kojeg uređaja ili dijela postrojenja u štićenom području.
REZERVA
Relej djeluje rezervno kad isključi kvar na susjednom elementu
elektroenergetskog sustava čiji relej nije djelovao.
FLEKSIBILNOST PRIMJENE
Prilagodljivost primjene je mogućnost ugradnje releja na bilo koje
mjesto u elektroenergetskom sustavu za zaštitu istovrsnog uređaja.
EKONOMIČNOST
Ekonomičnost primjene ovisi o objektu koji zaštita štiti. Uobičajena
vrijednost sustava zaštite je 2 - 5% vrijednosti štićenog objekta
11.3.2011.
3
Podjela relejne zaštite
Prema priključku releja:
primarni zaštitni uređaj
sekundarni zaštitni uređaj
Prema izvedbi:
elektromehanička izvedba
statička izvedba
digitalna (numerička) izvedba
Prema vrsti poremećaja:
zaštita od kvarova – (kvar = značajnija odstupanja od normalnih
pogonskih prilika (izazivaju oštećenja) - npr. kratki spojevi)
zaštita od smetnji – (smetnja = odstupanja od normalnih pogonskih
prilika (kratkotrajno ne izazivaju oštećenja, ali dugotrajne smetnje
mogu izazvati oštećenje) - npr. preopterećenja, nesimetrično
opterećenje, ... )
11.3.2011.
4
Podjela relejne zaštite
Prema načinu djelovanja:
Prema elementima elektroenergetskog sustava koje
štiti:
11.3.2011.
osnovna zaštita
rezervna zaštita
zaštita generatora
zaštita transformatora
zaštita sabirnica
zaštita vodova
zaštita motora
zaštita kondenzatorskih baterija
5
Vrste zaštita
NADSTRUJNA ZAŠTITA
Strujna zaštita koja djeluje kad struja na mjestu ugradnje releja pređe
određenu podešenu vrijednost.
DISTANTNA ZAŠTITA
Impedantna zaštita čije je djelovanje zavisno o udaljenosti između mjesta
ugradnje releja i mjesta kvara.
DIFERENCIJALNA ZAŠTITA
Zaštita koja uspoređuje iste električne mjerne veličine po iznosu, smjeru i
fazi na oba kraja štićenog objekta.
USMJERENA ZAŠTITA
11.3.2011.
Zaštita koja djeluje ako se smjer struje kvara podudara s usmjerenjem releja.
6
Vrste zaštita
PODNAPONSKA ZAŠTITA
Naponska zaštita koja djeluje kad napon na mjestu ugradnje releja
padne ispod određene vrijednosti.
NADNAPONASKA ZAŠTITA
Naponska zaštita koja djeluje kad napon na mjestu ugradnje releja
pređe određenu podešenu vrijednost.
PODFREKVENCIJSKA ZAŠTITA
NADFREKVENCIJSKA ZAŠTITA
TERMIČKA ZAŠTITA
11.3.2011.
7
FAKULTET
ELEKTROTEHNIKE I
RAČUNARSTVA
Zaštita generatora
ZAVOD ZA
ELEKTROSTROJARSTVO
I AUTOMATIZACIJU
11.3.2011.
Kratki spoj među fazama
Nastaje zbog uništenja izolacije
Direktni ili preko mase
Mjesto kratkog spoja napaja sam
generator i ostali generatori koji su
priključeni na mrežu
Zaštita je diferencijalna: 87G, 87U
id
Područje djelovanja
iprmin
iB1
11.3.2011.
iB2
is
9
Primjer numeričkog zaštitnog uređaja generatora
MiCOM P341/343/345
Funkcije:
Generator Differential
Non Directional Over Current & Earth Fault
Relay
Negative Phase Sequence
Under Current
Under/Over Voltage Relay
Under/Over Frequency Relay
Sensitive Earth Fault
Rotor Earth Fault
Field Failure
Reverse/forward/over Power
11.3.2011.
10
Kratki spoj među namotima iste faze
Diferencijalna zaštita ne djeluje
Postoji “nulti” napon - razlika
potencijala između stezaljki i
zvjezdišta generatora, mjeri se
taj napon
Djelovanje zaštite:
Razbuda
Isklop prekidača
Zatvaranje predturbinskog
zatvarača ili brzozatvarajućeg
ventila
Signalizacija
11.3.2011.
11
Zemljospoj statora
Generator se uzemljuje preko impedancije kako bi se
ograničili prenaponi i struja zemljospoja, pa struja može
biti mala
Javlja se nulti napon na otporu uzemljenja
Pri kratkom spoju blizu zvjezdišta dolazi do pada napona
trećeg harmonika
11.3.2011.
12
HG 42 MVA, 6,3 kV, 125 min-1
Otpornik u zvjezdištu HG i mjerni strujni
i naponski transformatori
11.3.2011.
13
Naponski i strujni transformatori u HE
11.3.2011.
14
Zemljospoj statora
11.3.2011.
15
Gubitak uzbude
Nestaje elektromagnetski moment i preostaje samo reluktantni moment kod HG, ako
je manji od pogonskog momenta, generator prelazi u asinkroni rad (n > ns)
Zbog klizanja teku struje u prigušnom namotu, klinovima i zubima rotora te može
doći do termičkog oštećenja
Glavna zaštita je regulator uzbude, a rezerva je impedantni relej koji gleda u SG
Ima još funkciju kontrole napona i frekvencije kako ne bi krivo proradio (funkcija 40)
X d' / 2
1 p.u.
Xd
11.3.2011.
16
Prenaponi
Atmosferski prenaponi i prenaponi u mreži
preneseni preko bloktransformatora – odvodnik
prenapona
Na krutoj mreži do prenapona može doći pri
naglom rasterećenju i kvaru uzbude
Glavna zaštita su regulatori uzbude i frekvencije, a
rezerva je nadnaponska zaštita (funkcija 59)
11.3.2011.
17
Naduzbuda (V/Hz)
Kada omjer napona i frekvencije prijeđe 1,05 p.u. može doći do
povećanog zagrijavanja paketa generatora zbog magnetskog zasićenje
Pregrijava se i jezgra bloktransformatora zbog povećane indukcije
Do naduzbude obično dolazi kada generator radi na nižim frekvencijama
ili pri ispadu tereta (funkcija 24)
t (s )
~
24
V / Hz ( p.u.)
11.3.2011.
18
Nesimetrija struja
Javlja se inverzna komponenta struje, koja stvara inverzno magnetsko
polje koje se u odnosu na rotor vrti dvostrukom frekvencijom
Pregrijava se prigušni namot
t (s )
Funkcija 46 vremensko zatezanje
~
46
K = I 22 ⋅ t
I 2 ( p.u.)
11.3.2011.
19
Snižena ili povišena frekvencija
Nadfrekvencijska zaštita
Do
porasta frekvencije dolazi prilikom
rasterećenja, opasnost od pobjega i
velikih centrifugalnih sila na rotor
Turbina ima brze zatvarače pare (TG),
odnosno preusmjerava vodu (HG), ali
generatori moraju izdržati povišenje
brzine (TG do 1,1ns, a HG ovisno o
turbini i do 3ns) pa je funkcija 81O
samo njegova rezerva
Podfrekvencijska zaštita
Zbog
viška tereta - preopterećenja
Isklop tereta je glavna zaštita, a 81U
rezervna zaštita
Pri sniženim brzinama treba
izbjegavati zadržavanje na tzv.
kritičnim brzinama agregata
(rezonantne frekvencije lateralnog i
torzijskog titranja osovinskog voda)
11.3.2011.
20
Povratna snaga
Kad sinkroni stroj pređe u
motorski rad, turbina ne smije
raditi, pa je to zaštita pogonskog
stroja
Funkcija 32
~
32
11.3.2011.
21
Napajanje generatora u mirovanju
Pokazalo se kao veliki problem
Generator se počinje ponašati kao asinkroni motor
Pogreška u upravljanju, preskok na generatorskom prekidaču, kvar u upravljačkom
krugu
Ako generator nema pojačani prigušni namot (nije namjenjen za asinkroni zalet)
povlači veliku struju iz mreže i vrlo brzo može doći do velikih oštećenja prvenstveno
prigušnog namota
Usmjereni distantni i nadstrujni releji koji gledaju u generator
Funkcije (67 i 21)
~
67
11.3.2011.
67
22
Kvar generatorskog prekidača
Zaštita od otkaza prekidača
Poseban sklop koji detektira struju i ima vremensko zatezanje. Ako
detektira kvar prekidača tada daje nalog okolnim prekidačima za
proradu (50BF)
Zaštita od preskoka
Trenutna nadstrujna zaštita koja je spojena u zvjezdištu
bloktransformatora (50N) i šalje signal funkciji 50 BF
50N
11.3.2011.
23
Zaštita rotora od zemljospoja
Zaštita uzbudnog namota od zemljospoja klasičnog sustava
uzbude s istosmjernim uzbudnikom
11.3.2011.
24
Zaštita rotora od zemljospoja
Zaštita uzbudnog namota od zemljospoja statičkog
samouzbudnog sustava uzbude
11.3.2011.
25
Pregled svih zaštita generatora
11.3.2011.
26
FAKULTET
ELEKTROTEHNIKE I
RAČUNARSTVA
Uzemljenja mreže
ZAVOD ZA
ELEKTROSTROJARSTVO
I AUTOMATIZACIJU
11.3.2011.
Jednofazni zemni spoj u mreži s transformatorom
za uzemljenje u cik-cak spoju (ZN)
Tipska snaga
ΓTR - gustoća struje kod trajnog opterećenja
ΓKR - gustoća struje kod kratkotrajnog opterećenja
11.3.2011.
28
Jednofazni zemni spoj u mreži s transformatorom za
uzemljenje u spoju zvijezda – trokut (YNd)
Tipska snaga
SYNd =1,73 SZN , dakle 73% je veća od transformatora u ZN spoja
11.3.2011.
29
Jednofazni zemni spoj u mreži s transformatorom za
uzemljenje u spoju cik-cak i zvijezda ZNyn
Ako se napaja sekundarna mreža
poželjno je da bude s uzemljenjem, pa
se za sekundar transformatora za
uzemljenje koristi spoj zvijezda
Tipska snaga transformatora u spoju
ZNyn jednaka je tipskoj snazi
transformatora u spoju ZN uvećanoj za
nazivnu snagu sekundarnog namota:
11.3.2011.
30
Uzemljenja zvjezdišta
Velik broj korištenih načina uzemljenja zvjezdišta u svijetu
razlog je ustupaka između dva glavna i međusobno
suprotna zahtjeva:
a) smanjivanje amplitude struje zemljospoja, što može uzrokovati
teškoće pri otkrivanju kvarova
b) dopuštanje većih amplituda struja zemljospoja, što olakšava
detekciju zemljospoja, ali može uzrokovati opasne napone dodira,
a u tom slučaju je i povećan broj ispada
Na području Elektroprimorja Rijeka koriste se četiri načina
uzemljenja zvjezdišta 20(10) kV mreža:
a)
b)
c)
d)
11.3.2011.
izolirano zvjezdište
maloohmsko uzemljenje
djelomična kompenzacija
rezonantno uzemljenje
Uzemljenje_zvjezdista_CIRED2008_SO1-18
31
Prednosti i nedostaci mreža s izoliranim
zvjezdištem
Prednosti mreža s izoliranim zvjezdištem:
a) prilikom zemljospoja, koji statistički predstavlja najčešći kvar, u slučaju
relativno male kapacitivne struje dolazi do samogašenja kvara ukoliko je
riječ o prolaznom kvaru, odnosno kvarni vod se u tom slučaju ne isklapa, te
se time pozitivno utječe na kvalitetu opskrbe električnom energijom
b) zbog relativno male struje zemljospoja, uvjeti za izvedbu uzemljivača TS
20(10)/0,4 kV u načelu nisu problematični
c) jednostavnost odnosno ekonomičnost izvedbe
Nedostaci mreža s izoliranim zvjezdištem:
a) u mrežama s izoliranim zvjezdištem moguća je pojava intermitirajućih
prenapona, s relativno visokim faktorom prenapona, koji mogu uzrokovati
dvostruki zemljospoj u drugim dijelovima mreže
b) unutrašnji prenaponi su viši nego u uzemljenim mrežama
c) otežana je detekcija kvarova u odnosu na uzemljene mreže
d) kod većih kapacitivnih struja ne dolazi do samogašenja struja prolaznih
zemljospojeva
11.3.2011.
32
Kapacitivne struje
Prema postojećim propisima u Hrvatskoj srednjenaponske
mreže mogu biti u pogonu s izoliranim zvjezdištem uz uvjet
da kapacitivne struje zemljospoja ne prelaze vrijednosti
navedene u tablici.
Ukoliko kapacitivne struje prelaze navedene veličine,
preporuča se razdvajanje mreža ili uzemljenje zvjezdišta.
11.3.2011.
Nazivni napon
mreže Un [kV]
Kapacitivna
struja Ic [A]
35
10
20
15
10
20
33
Prilike pri kvaru uz izolirano zvjezdište
11.3.2011.
34
Mreža s maloohmskim uzemljenjem
Prednosti mreža s maloohmskim uzemljenjem:
a) jednostavna i pouzdana zaštita (u odnosu na sustav s izoliranim
zvjezdištem)
b) intermitirajući prenaponi se ne mogu pojaviti (smanjena vjerojatnost
nastanka dvostrukog zemljospoja)
c) unutrašnji prenaponi niži (u odnosu na sustav s izoliranim
zvjezdištem)
Nedostaci mreža s maloohmskim uzemljenjem:
a) svaki kvar pa tako i prolazni uzrokuju ispad napajanja, što je
nepoželjno i time se smanjuje kvaliteta opskrbe električnom energijom
b) zbog veće struje kvara (u odnosu na sustav s izoliranim zvjezdištem)
otežani uvjeti za uzemljivače TS 20(10)/0,4 kV sa stajališta napona
dodira, a posebno na područjima s visokim specifičnim otporom tla
11.3.2011.
35
Prilike pri kvaru uz maloohmsko uzemljenje
11.3.2011.
36
Mreža s djelomičnom kompenzacijom
Prednosti mreža s djelomičnom kompenzacijom:
a) ekonomski vrlo povoljno rješenje u slučaju prethodnog uzemljenja
zvjezdišta s maloohmskim otpornikom
b) nisu potrebna dodatna ulaganja u eventualne sanacije uzemljivača TS
20(10)/0,4 kV (naponi dodira)
c) unutrašnji prenaponi malo niži u odnosu na isti sustav s maloohmskim
uzemljenjem (zbog ponovnog zadovoljenja kriterija IR : IC ≥ 1,5 : 1)
d) nije potrebno mijenjati sustav zaštite (u odnosu na isti sustav s
maloohmskim uzemljenjem)
e) obzirom da se zadržavaju značajke maloohmskog uzemljenja, također
je isključena mogućnost nastanka intermitirajućeg prenapona
Nedostaci mreža s djelomičnom kompenzacijom:
a) obzirom da se zadržavaju značajke maloohmskog uzemljenja, vrijede
isti nedostaci kao kod tog sustava uzemljenja
11.3.2011.
37
Prilike pri kvaru uz djelomičnu kompenzaciju
Kapacitivna struja nekih 20 kV mreža premašila je 100 A uz maloohmsko uzemljenje pa se
za kompenzaciju kapacitivne struje, koristi spoj koje se sastoji od paralelnog spajanja
ručno podesive prigušnice k postojećem maloohmskom otporniku
11.3.2011.
38
Rezonantno uzemljenje
Osnovni razlog za ugradnju automatskih
kompenzacijskih prigušnica (Petersenovih
prigušnica) za rezonantno uzemljenje je povećana
pouzdanosti napajanja. Osim toga automatskom
prigušnicom vrši se i kompenzacija kapacitivne
struje mreže.
11.3.2011.
39
Rezonantno uzemljenje
Prednosti mreža s rezonantnim uzemljenjem:
a) zahvaljujući maloj struji kvara omogućeno je samogašenje kvarova, te
stoga svaki kvar ne uzrokuje ispad voda (usporedba s maloohmskim
uzemljenjem), što pridonosi povećanju kvalitete opskrbe električnom
energijom
b) opasnost od previsokih potencijala na uzemljivačima TS 20(10)/0,4 kV
svedena na minimum te stoga nisu potrebni izdaci za eventualno saniranje
uzemljenja
c) prilikom gašenja električnog luka povratni napon sporije raste nego kod
ostalih uzemljenja te je stoga prag samogašenja povećan (eksperimentalno
je utvrđeno da iznosi 60 A); iz istog razloga manji broj jednopolnih kvarova
se razvije u višepolne kvarove, pa je također i s tog aspekta broj kvarova
manji kod rezonantnog uzemljenja nego pri izoliranom zvjezdištu (pri
jednakim uvjetima)
Nedostaci mreža s rezonantnim uzemljenjem:
a) slaba osjetljivost na visokoohmske kvarove (eventualna potreba za
sofisticiranijom zaštitom)
b) kompenzacijska prigušnica s opremom predstavlja znatan investicijski trošak
11.3.2011.
40
Prilike pri kvaru uz rezonantno uzemljenje
Osnovni razlog za ugradnju automatskih kompenzacijskih prigušnica (Petersenovih
prigušnica) za rezonantno uzemljenje je povećana pouzdanosti napajanja. Osim toga
automatskom prigušnicom vrši se i kompenzacija kapacitivne struje mreže.
11.3.2011.
41
Primjer ugradnja automatske kompenzacijske
prigušnice u TS 110/20 kV
DIC - uređaj za utiskivanje struje
SAA - uređaj za automatsku regulaciju prigušnice
CCIC - uređaj za upravljanje položajima prigušnice
cik-cak namot
kompenzacijska
prigušnica
Pomoću uređaja za utiskivanje struje i utisnog transformatora
utiskuje se struja u mrežu i to između jedne faze i zemlje.
Utiskivanje se koristi za izračun kapacitivne struje mreže.
Utiskivanje se vrši u slučaju promjene uklopnih stanja mreže.
11.3.2011.
42
Uzemljenje srednjenaponskih mreža
Kriteriji za uzemljenje zvjezdišta srednjenaponskih
mreža
11.3.2011.
43
FAKULTET
ELEKTROTEHNIKE I
RAČUNARSTVA
Zaštita transformatora
ZAVOD ZA
ELEKTROSTROJARSTVO
I AUTOMATIZACIJU
11.3.2011.
Općenito o kvarovima
Transformatori se relativno rijetko
kvare
U slučaju kvara, provedu duže
vrijeme van pogona od ostalih
elemenata EES-a
Kad se te dvije stvari uzmu u obzir,
transformatori su ponajviše izvan
pogona
Postoje zaštite specifične za
transformator: Buchholzov relej,
zaštita kotla, diferencijalna
zaštita…
11.3.2011.
45
Uzroci kvarova
Električne prirode
Dugotrajnija preopterećenja
Kratki spojevi
Zemljospojevi
Prijelazni prenaponi
11.3.2011.
Neelektrične prirode
Problemi sa strujanjem vode ili
ulja
Problemi sa strujanjem zraka kod
suhih transformatora
46
Nenormalna pogonska stanja transformatora
Zbog kvarova dolazi do nenormalnih pogonskih
stanja. Ako se na vrijeme ne poduzmu mjere
uklanjanja takvih pogonskih stanja, može doći do
težih oštećenja.
Nenormalna pogonska stanja transformatora su:
11.3.2011.
Preveliko strujno opterećenje transformatora
Prevelika struja pri kratkim spojevima u mreži koja teče
kroz transformator
Nedozvoljeno zagrijavanje
47
Kratki spojevi
Transformatori mogu biti pogođeni unutarnjim ili vanjskim
kratkim spojevima, što može rezultirati unutarnjim
elektromagnetskim silama, povišenjem temperature i
pojavom luka.
Transformatori s malom impedancijom kratkog spoja
mogu imati vrlo velike struje kratkog spoja.
Dugotrajnije struje kratkog spoja mogu dovesti do
termičkih oštećenja transformatora.
Postoji više uređaja koji pomažu u otkrivanju i otklanjanju
ove vrste kvara. Prva grupa se temelji na otkrivanju
plinova i koristi se za otkrivanje unutarnjih kvarova. Druga
grupa se temelji na izravnom mjerenju veličine struje
kratkog spoja.
11.3.2011.
48
Uređaji za otkrivanje plinova
Uređaji za otkrivanje plinova najčešće reagiraju na
kratke spojeve manjeg iznosa prije nego se dogodi
ikakva šteta. Tada reagiraju s vrlo malim
vremenskim kašnjenjem.
Kod većih struja kratkih spojeva prije će reagirati
ostali zaštitni uređaji, iako niti uređaji za otkrivanje
plinova neće mnogo kasniti.
11.3.2011.
49
Izravno otkrivanje struje kratkog spoja
Uređaji koji izravno otkrivaju struje kratkog spoja su osigurači, nadstrujni
i diferencijalni releji. Bez obzira o kojoj se od tih vrsta zaštite radi,
potrebno je da reagira prije nego što iznos struje i trajanje kratkog spoja
prijeđu ograničenja koja je zadao proizvođač transformatora.
Šteta na transformatoru, naime, može nastati zbog udarnih ili termičkih
naprezanja. Kod transformatora u pravilu više štete nastane zbog
udarnih (mehaničkih) naprezanja. Povišenje temperature najčešće ostaje
u granicama dozvoljenog. Potrebno je uzeti u obzir kako su štete na
transformatoru kumulativne. To znači da je isti uzrok kvara opasniji za
transformator kojemu se dogodilo više kvarova. Izbor zaštite od struja
kratkog spoja ovisi o karakteristici samog transformatora koja prikazuje
koliko dugo transformator može podnijeti određeni iznos struje.
Ponekad se za transformator može zadati i više od jedne krivulje zaštite.
11.3.2011.
50
Prijelazni prenaponi
Prijelazni prenaponi su najčešći uzročnici kvarova, uz sklapanja i slične
poremećaje. Rezultiraju različitim probojima:
U svakom od navedenih slučajeva potrebno je razlikovati dvije vrste proboja:
Proboj namota prema tijelu transformatora
Proboj između visokonaponskog i niskonaponskog namota
Proboj između faza
Proboj od prenapona, koji obično nemaju snage da podrže luk, već odmah nestanu i
Proboj od udarnih valova većih snaga ili od pogonskih prenapona, koji odmah razvijaju
luk i tope bakar.
Prenaponi koji odmah nestanu naprave rupicu na izolaciji. Tu rupicu zalije ulje
tako da ostane vidljiva samo crna točkica na izolaciji. Izolacija je na tom mjestu
oslabljena, ali ne toliko da bi je pogonski napon mogao probiti. Kod otvaranja
transformatora, koji je bio dulje vrijeme u pogonu, može se pod povećalom naći
više sitnih, crnih točkica. Nakon više takvih prenapona, izolacija sve više slabi,
dok je konačno pogonski napon ne probije. Posljedica toga su visoka i
temperatura i velika toplina prilikom slijedećeg proboja, što uzrokuje topljenje
bakra.
11.3.2011.
51
Ferorezonancija
Ferorezonancija je pojava koja se očituje povišenjem
napona na transformatoru. Nastaje zbog nelinearnog
elementa u nadomjesnom krugu – zasićenja jezgre
transformatora. Do ferorezonancije dolazi
međudjelovanjem sljedećih pojava:
ne postoji opterećenje na transformatoru,
jedan ili dva primarna izvoda transformatora nisu spojena, a
određena električna energija prolazi kroz transformator,
mjesto odspajanja je daleko od transformatora,
postoji razlika potencijala između odspojenog izvoda i zemlje.
Rizik od ferorezonancije se može smanjiti tako da je teret
na sekundaru priključen prilikom jednofaznog preklapanja
na primaru, korištenjem prekidača na primaru.
11.3.2011.
52
Atmosferski prenaponi
Odvodnici prenapona su potrebni u slučajevima
kad su na primar ili sekundar transformatora
spojeni vodiči izloženi udarima groma. Najbolje bi
bilo da se postave što je moguće bliže izvodima
transformatora. Izbor odvodnika prenapona ovisi o
naponu sustava i (ne)postojanju uzemljenja.
11.3.2011.
53
Vrste zaštite
Zaštita od unutarnjih kvarova
•
•
•
•
•
Diferencijalna zaštita
transformatora
Bucholzov relej (plinska zaštita)
Kotlovska zaštita
Zemljospojna zaštita
Nadstrujna zaštita bez
vremenskog usporenja
11.3.2011.
Zaštita od vanjskih kvarova
•
Nadstrujna zaštita bez
vremenskog usporenja
•
Distantna zaštita
Toplinska zaštita
•
54
Bucholzov relej
Detektira plinove u transformatoru
Mogući uzroci:
o
o
o
Preskoci u transformatoru
Zagrijavanje uslijed proboja izolacije vodiča
Protjecanje struje kvara
Princip:
o
o
o
o
o
o
o
o
11.3.2011.
Plinovi se izdižu i prolaze kroz cijev
Što je veći kvar veće je i strujanje
Bucholzov relej se nalazi u samoj spojnoj cijevi
Ovisno o veličini kvara, zatvara se jedan od
kontakata ili oba
Gornji kontakti zatvaraju krug za signalizaciju, a
donji za isklapanje transformatora
Gornji kontakt se zatvara u slučaju manjeg kvara
Donji kontakt se zatvara u slučaju većeg kvara
Oba kontakta se zatvaraju u slučaju propuštanja
ulja u kotlu
55
Bucholzov relej na uzbudnom transformatoru
turbogeneratora u termoelektrani
11.3.2011.
56
Diferencijalna zaštita
Slučaj vanjskog kvara
Diferencijalni relej uspoređuje
struje na primarnoj i
sekundarnoj strani
Razlika struja mora biti veća od
podešenog iznosa (npr.30%
nazivne struje transformatora),
pa će diferencijalni relej
djelovati isključenjem prekidača
transformatora
I dif = i1 − i2
Slučaj unutrašnjeg kvara
11.3.2011.
57
Diferencijalni releji
Problemi i rješenja:
o
o
o
Struja uklapanja prolazi samo kroz primarni namot - Vremenski relej
(odgoda pri uklapanju)
Struja magnetiziranja prolazi samo kroz primarni namot, kod povišenog
napona može biti nezanemariva; Promjena prijenosnog omjera kod
regulacijskog transformatora - Djeluje ako razlika struja dosegne npr. čak
30% nazivne vrijednosti
Odnos primarne i sekundarne struje ovisi o prijenosnom omjeru, postoji
pomak struja u fazi prema satnom broju - Transformacija struje razlike
preko pomoćnog strujnog transformatora
Kako bi se spriječilo neželjeno djelovanje, izvode se stabilizirani
diferencijalni releji, koji imaju dva sustava: kroz jedan protječe razlika struja
Idif, a kroz drugi protječe zbroj struja Is:
I S = k ⋅ i1 + i2
Do zatvaranja kontakata releja dolazi kad vrijedi:
11.3.2011.
I dif > k ⋅ I S
58
Diferencijalni relej s dodatnim funkcijama
Djelovanje releja – iznad podesivih
pravaca m1 i m2, uz podešenje
minimalnog iznosa Idif /In
11.3.2011.
59
Primjer: Podaci diferencijalnog releja
Primjer podešenja djelovanja diferencijalnog releja za
transformator
11.3.2011.
60
Distantni relej
Zbog dugog vremena djelovanja nadstrujnih i usmjerenih releja, i njihove
nemogućnosti selektivnog djelovanja u kompliciranijim mrežama,
upotrebljava se distantna zaštita.
Njeno vrijeme djelovanja raste s udaljenošću kratkog spoja od releja.
Time se postiže selektivnost u mreži bez obzira na konfiguraciju.
Distantni relej se zasniva na činjenici da impedancija raste s udaljenošću
od mjesta kvara. Kod prikazivanja djelovanja distantnog releja koristi se
koordinatni sustav sa središtem u ishodištu.
Kad impedancija padne ispod granične vrijednosti, odnosno polumjera
kružnice, dolazi do djelovanja releja. Vidljivo je kako će relej djelovati bez
obzira na smjer struje, odnosno s koje god strane se nalazi kratki spoj.
11.3.2011.
61
Zaštita transformatora mjerenjem napona kotla
prema zemlji
Kotao transformatora relativno je slabo spojen sa zemljom
preko kotača na njegovu dnu. Dođe li do preskoka između
dijelova pod naponom i kotla, ili dijelova koji su galvanski
povezani s kotlom, kotao će biti na određenom naponu
prema zemlji.
Ako još bolje izoliramo kotače transformatora od zemlje,
bit će moguće ustanoviti i pojavu manjih napona između
kotla i zemlje.
Mjerenjem napona između transformatora i zemlje
moguće je ustvrditi postoji li kvar.
U stvarnosti se koristi nadnaponski relej, podešen na
relativno nizak napon. Relej djeluje na isklapanje prekidača
bez vremenskog zatezanja.
11.3.2011.
62
Kontrola rashladnog sredstva i izolacije
Kontrola temperature ulja
Temperatura ulja - najviša ispod poklopca transformatora – tu se mjeri.
To mjerenje ne može zamijeniti zaštitu od preopterećenja koje utječe na
temperaturu namota. Veza između temperature namota i ulja postoji pri
manjim promjenama opterećenja. Pri većim, temperatura namota će
porasti, a temperatura ulja ostati ista.
Kontrola strujanja ulja i vode
Provjerava se postoji li u transformatorima s prisilnim strujanjem ulja ili
hlađenim vodom strujanje ulja odnosno vode.
Zbog toga se ugrađuje tlačni vod ili zaklopka koja lebdi kad postoji
strujanje, ili kontaktni manometar. Prestankom strujanja spušta se
zaklopka, odnosno pada tlak, što dovodi do zatvaranja kontakata i
nadalje do signala osoblju da hlađenje transformatora ne funkcionira.
11.3.2011.
63
Kontrola temperature namota
Mjerenje temperature termoelementom
Mjerenje temperature termoelementom ili otporničkim termometrom
ugrađenim u sam namot je direktan način mjerenja temperature.
Otpornički termometar povoljniji je u pogledu izolacije. Niti jedno od
rješenja, ipak, nije dovoljno dobro u praksi. Naime, smanjuje se
pogonska sigurnost unošenjem osjetljivog elementa u robusnu
konstrukciju transformatora.
Termička slika
Termička slika je vrlo pogodno rješenje za mjerenje temperature
namota. U kućište releja, van transformatora, stavi se svitak jednake
vremenske konstante kao što je ima namot prema ulju. Unutar svitka
nalazi se termoelement za mjerenje temperature. Kroz svitak se propusti
struja proporcionalna struji opterećenja. Temperatura u svitku vjerno
prati promjene temperature u namotu.
11.3.2011.
64
Kontrola strujanja zraka
Suhi transformatori najčešće spadaju u jednu od sljedeće
četiri skupine:
Otvoreni ventilirani
Filtrirani ventilirani
Neventilirani
Sa zatvorenim zrakom ili punjeni plinom
Kod suhih transformatora potrebno je osigurati dovoljne
količine zraka na prikladnoj temperaturi. Ako dođe do
kontaminacije izolacijskih kanala, smanjuje se količina
zraka što dovodi do pregrijavanja. Zbog toga se ugrađuje
uređaj za mjerenje temperature sa sondama postavljenim
u kanale u namotu i kontakte.
11.3.2011.
65
Kako odabrati zaštitu?
Obavezno nadstrujna zaštita (zaštita od vanjskih
kratkih spojeva)
Mali transformatori: osigurači
Veći transformatori: releji
Bucholzov relej za transformatore iznad 400 kVA
Diferencijalna zaštita za transformatore iznad 3
MVA
Termički relej za transformatore iznad 4 MVA
Diferencijalni releji s uređajem za sprječavanje
pogrešnog djelovanja pri uklapanju iznad 10 MVA
11.3.2011.
66
Zaštita većih transformatora (110/x kV)
Distantna zaštita
Nadstrujna zaštita
za višepolne kvarove
Diferencijalna zaštita
Nadstrujna zaštita za
jednopolne kvarove
Bucholzov relej
Termička zaštita
Termo slika
Zaštita kotla
Protupožarna zaštita
11.3.2011.
67
Zaštita manjih transformatora (x/0,4 kV)
Nestanak napona
napajanja
Nadstrujna zaštita
Zemljospojna
zaštita
Zaštita od zatajenja
prekidača
11.3.2011.
68
Jednostruko i dvostruko napajano postrojenje
Izvor
11.3.2011.
Izvor 1
Izvor 2
69
Zaštita transformatora s dva praga
t
NN zaštita
VN zaštita
th
Iˆu −τ 50%
e
2
Struja uključenja
td
Δt
tNN
tg
In
Ip,NN ITr
11.3.2011.
Idp,VN
0,8IKS,min,NN VN
Iˆ
2
Igp,VN
IKS,max,NN
0,8IKS2,min,VN
IKS,max,VN
I
70
Oznake struja i vremena kašnjenja
In - nominalna struja transformatora
Ip , NN - podešenje praga zaštite prekidača na NN sekundaru (kratko zatezanje)
Idp ,VN – donji prag VN zaštita prekidača
IKS,max, NN - maksimalna NN struja kratkog spoja
Îu - struja uključenja transformatora (prvi maksimum)
Igp ,VN – gornji prag VN zaštita prekidača
IKS2,min,VN - minimalna struja dvopolnog kratkog spoja na VN strani
IKS,max,VN - maksimalna struja kratkog spoja na VN strani
tg VN - vrijeme kašnjenja gornjeg praga zaštite
td VN - vrijeme kašnjenja donjeg praga zaštite
tNN – vrijeme kašnjenja zaštite prekidača na sekundarnoj NN strani
Iˆu = Ie
−
th
τ 50%
- vrijednost maksimalne struje uključenja transformatora pri t = th
IKS,min, NN VN - minimalna struja detektirana VN zaštitom za vrijeme kratkog spoja na NN
strani
ITr – maksimalna prijelazna struja
11.3.2011.
71
FAKULTET
ELEKTROTEHNIKE I
RAČUNARSTVA
Zaštita motora
ZAVOD ZA
ELEKTROSTROJARSTVO
I AUTOMATIZACIJU
11.3.2011.
Zaštita motora
Najčešće zadaće releja za zaštitu visokonaponskih motora:
11.3.2011.
zaštita od preopterećenja
nadzor termičkog stanja motora
kratkospojna zaštita
zaštita od nesimetrije u faznim strujama, zaštita od nestanka faze i
zaštita od krivog redosljeda faza
zemljospojna strujna zaštita
zaštita od predugog zaleta
zaštita od kočenja rotora tijekom rada motora
vanjski nalog za isklop (podnaponska ili podfrekvencijska zaštita)
podstrujna zaštita
ograničenje ukupnog trajanja pokretanja unutar određenog
vremena
mogućnost blokiranja termičke karakteristike za omogućavanje
starta nekih motora
73
Kvarovi na motorima
Podjela opasnih stanja prema uzroku nastanka i uz
odgovarajuću zaštitu prema podacima tvrtke ABB
19%
26%
Dugotrajno pregrijavanje
- zaštita od termičkog preopterećenja
Kvar izolacije
- zaštita od kratkog spoja i zemljospoja
5%
Kvar rotora ili ležajeva
- nadzor starta i termički senzor
Kvar zaštite
- kontinuirano samotestiranje zaštitnog releja
20%
30%
11.3.2011.
Ostali uzroci
- ostale zaštitne funkcije/ kvarovi koje nije
moguće otkriti
74
Preporuka IEEE za zaštitu VN motora
Trajna struja
0 – 3 kA
Nazivni napon
4,16 – 38 kV
Prekidna moć
kod maksimalnog
nazivnog napona
3,5 – 41 kA
11.3.2011.
Broj
ANSI
oznaka
Preopterećenje
Termički prekostrujni relej
Prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem
Termički relej spojen na otpornički osjetnik temperature ili termočlan u statorskom namotu
2 ili 3
2 ili 3
1
49
51
49
Zakočen rotor
Termički relej za prigušni namot
Prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem s dodatkom za trenutno djelovanje
1
1
26
50/51R
Kratki spoj
Prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem s dodatkom za trenutno djelovanje
Prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem s inverznom karakteristikom
Diferencijalni relej
Diferencijalni relej s uravnotežavanjem primarne struje
2 ili 3
3
3
3
50/51
50
87
87
Zemljospoj
Prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem u rezidualnom spoju
Trenutni ili prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem s obuhvatnim transformatorom
1
1
51N
50G ili 51G
Fazna ravnoteža
Relej za faznu ravnotežu struja
Naponski relej za inverznu komponentu
1
1
46
47
Podnapon
Trenutni podnaponski relej
Podnaposnki relej s vremenskim zatezanjem
Podnaponski relej sa simetričnom komponentom
Podnaposnki relej s nadzorom releja simetrične komponente
Podfrekventni relej (prema potrebi)
1
1
1
1
1
27
27
27/47
27/47
81
Tip releja za statorsku zaštitu
75
Preporuka opsega zaštite (prema SIEMENS)
Zaštitna funkcija
ANSI oznaka
Zaštita malih motora snage 100kW – 500kW
Zaštitna funkcija
Zaštita velikih motora snage iznad 2MW
Zaštita od termičkog preopterećenja statora
49
Zaštita od termičkog preopterećenja statora
Nadzor vremena pokretanja
48
Sprečavanje ponovnog pokretanja
Zemljospojna zaštita
50G
Prekostrujna zaštita
50, 51
Zaštita od inverzne komponente struje
46
Nadzor vremena pokretanja
Zemljospojna zaštita
(neusmjerena, usmjerena)
Diferencijalna zaštita
Zaštita srednjih motora snage 500kW – (1-2)MW
Prekostrujna zaštita
Zaštita od termičkog preopterećenja statora
Sprečavanje ponovnog pokretanja
Nadzor vremena pokretanja
Zemljospojna zaštita
(neusmjerena, usmjerena)
Prekostrujna zaštita
49
66, 49R
48
50G
64G, 67G
50, 51
Zaštita od inverzne komponente struje
46
Podnaponska zaštita
27
Podstrujna zaštita
37
Zaštita od kvara prekidača
Zaštita pomoću vanjskog RTD člana
11.3.2011.
ANSI oznaka
49
66, 49R
48
50G
64G, 67G
87M
50, 51
Zaštita od inverzne komponente struje
46
Podnaponska zaštita
27
Podstrujna zaštita
37
Zaštita aktivne snage
Frekventna zaštita
Zaštita od kvara prekidača
Zaštita pomoću vanjskog RTD člana
32U
81
50BF
38
50BF
38
76
Zaštita sabirnica
Tipični uzroci kvarova na sabirnicama su:
11.3.2011.
visoka mehanička naprezanja,
neodgovarajući spojni materijal,
proboji izolacije naponskih mjernih transformatora,
preskoci na izolaciji sabirnica ili aparata priključenih na
njih,
premoštenja izolacije koja izazivaju životinje.
77
Zaštita sabirnica
Zaštita sabirnica
nadstrujnim relejima u
susjednim postrojenjima
Nadstrujna zaštita
SN sabirnica
VN
B
A
C
I>
I>>
I>
I>
T
Blokada
t
t1 (2 - 4 s)
SN
t2
l
11.3.2011.
I>
I>>
I>
I>>
78
Automatski ponovni uklop
Kvarove prema karakteru i njihovom trajanju možemo podijeliti na
prolazne, polutrajne i trajne.
Većina kvarova su prolazni kvarovi (oko 80% ukupnih kvarova) koji se
mogu ukloniti kratkotrajnim isključenjem prekidača, tako da se nakon
ponovnog uključenja prekidača taj kvar više ne ponavlja. U tu svrhu služi
automatsko ponovno uključenje prekidača (APU).
Prednosti automatskog ponovnog uklopa na srednjem naponu su
skraćivanje prekida opskrbe potrošača električnom energijom, ali i
ekonomičnost (eliminiranje troškova koji bi postojali za pogonsko
osoblje).
APU koristimo samo za nadzemne vodove na srednjenaponskim i
visokonaponskim vodovima (na visokom naponu važni su problemi
vezani za stabilnost i sinkronizaciju).
11.3.2011.
79
Automatski ponovni uklop
Prema brzini djelovanja razlikujemo:
vrlo brzi APU ( 0,2 – 0,7 s )
brzi APU ( 0,7 – 1,5 s )
spori APU ( 1,5 – 40 s )
vrlo spori APU (nakon nekoliko minuta)
U praksi se često koristi višekratni APU (do 4 puta) na način da se nakon
prvog uklopa ˝očisti˝ oko 80% prolaznih kvarova.
Drugi uklop se izvodi nakon određene vremenske odgode (15 do 45
sekundi) i njime se ˝očisti˝ oko 10% preostalih prolaznih kvarova.
Trećim uklopom se ˝očisti˝ oko 2% ostalih prolaznih kvarova, a izvodi se
nakon vremenske odgode u trajanju od 60 do 120 sekundi.
U slučaju da kvar ni nakon trećeg uklopa nije otklonjen uređaj za APU se
blokira.
11.3.2011.
80

Download Report