OCHRANA CHRÁNĚNÝ OBJEKT

Transkript

1 ELEKTRICKÁ OCHRANA Základní požadavky pro provoz celé elektrizační soustavy jsou spolehlivý a bezporuchový chod. Tyto požadavky zajišťují elektrické ochrany. OCHRANA kontroluje určité části elektroenergetického systému (např. transformátor, generátor, elektrické vedení, tzv. chráněný objekt). informace o jednotlivých veličinách chráněného objektu získává ochrana pomocí přístrojových transformátorů napětí a proudu. tyto informace ochrana vyhodnotí a na základě tohoto vyhodnocení rozhodne, zda je chráněný objekt v mezích normálního provozu nebo zda jde o poruchu. v případě poruchy dá pokyn pohonu vypínače, který odepne postižený objekt nebo úsek sítě a současně vysílá signál o působení pro obsluhu. Úkolem ochrany je omezit následky vzniklých poruch (poškození zařízení, úraz elektrickým proudem, ohrožení na živote nebo pokud je to možné poruchám předcházet. CHRÁNĚNÝ OBJEKT Je fyzikální zařízení, které přenáší energii v rámci svého okolí. Okamžitý stav chráněného objektu lze určit pomocí stavových veličin, které charakterizují současné chování objektu. Stavová veličina může být napětí, proud, okamžitý výkon, okamžitý kmitočet. Ovládání objektu je soubor zařízení, přes které působí ochrana na objekt. (Jsou to vypínače, odbuzovače, uzávěry páry atd.)

2 UCHOVÉ STAVY V ELEKTRIZAČNÍ SOUSTAVĚ Zkrat způsobuje zvýšené tepelné namáhání elektrického vedení, spotřebičů i ostatních rozvodných zařízení vlivem velkého protékaného proudu, urychluje stárnutí izolace Přepětí způsobuje poškození a stárnutí izolace, přídavné ztráty Podpětí vznik proudového přetížení Snížení kmitočtu zvětšení magnetizačních proudů a tím zvětšení ztrát a následné oteplení Další nepříznivé stavy mohou být zemní spojení, přetížení, nesouměrné zatížení, zpětný tok výkonu,... Dělení ochran a) Podle typu chráněného objektu: generátoru motoru transformátoru přípojnic vedení speciální (troleje, vypínače, lokomotivní) b) Podle druhu poruchy: zkratové při přetížení podpěťové nadpěťové podkmitočtové nadkmitočtové při zemním spojení při zpětném toku výkonu při ztrátě buzení při nesouměrnosti

3 c) Podle funkčního principu: proudové napěťové distanční rozdílové srovnávací wattové jalové kmitočtové při nesouměrnosti d) Podle doby působení: mžikové působí ihned při vzniku poruchy, její rychlost je omezená pouze dobou zpracování informace uvnitř ochrany časově závislé doba působení závisí na velikosti měřené veličiny časově nezávislé má konstantní, předem nastavenou dobu působení e) Podle konstrukce: elektromechanické - jsou sestaveny z klasických elektrických relé analogové (tranzistorové) - z polovodičů a z integrovaných obvodů digitální (číslicové) - z číslicových (digitálních) obvodů Požadavky kladené na ochrany Selektivita ochrany Ochrana musí vypínat pouze tu část soustavy, na které vznikla porucha, nesmí přitom vyloučit možnost působení záložních ochran. Rychlost ochrany Důležitý požadavek hlavně při zkratech. Rychlé vypnutí zkratu znamená omezení tepelných účinků zkratových proudů (tepelné namáhání vodičů a hlavně izolací). Citlivost ochrany Je to velikost měřené veličiny, na kterou je ochrana nařízena a podle níž vyhodnocuje, zda se jedná o poruchu. Přesnost ochrany Je to poměrná chyba citlivosti ochrany. Spolehlivost ochrany Je to schopnost ochrany spolehlivě zapůsobit při vzniku poruchy. Pokud porucha nevznikne, nesmí dojít k vybavení ochrany. Snadná údržba Pro zvetšení spolehlivosti se provádějí periodické revize ochran.

4 Základní y ochran Vstupní Převádí vstupní signály na zpracovatelnou úroveň, zjišťuje stav objektu, zabraňuje vstupu nežádoucích vlivu Popudový Podává informaci u logiky, měřícímu u o poruše, ale nemusí se příliš lišit od měřícího u. Měřící Rozhoduje zda je v obvodu porucha. Nejdůležitější vlastností je citlivost, při jak velkém signálu dojde ke zjištění, že se jedná o poruchu. Člen logiky Vyhodnocuje signály od měřícího u a informaci co se má stát podá koncovému u. Časový Dává ostatním ům informaci o čase. Umožňuje to nedovolení (omylné) zapnutí ochrany například při krátkém signálu - selektivitu. Koncový Nejčastěji se jedná o relé s výkonovými kontakty, musí snést vnější rušení. Napájecí Zajišťuje napájení integrovaných obvodu v ochraně, které se nejčastěji napájí pres stabilizátor. napětí proudy Ostatní vstupy Vstupní Popudový výstup popudu Koncový výstup ochrany pomocné napětí Napájecí Měřící Člen logiky Časový

5 DRUHY OCHRAN NADPROUDOVÁ OCHRANA Nadproudová ochrana chrání objekt při zkratu nebo přetížení, kdy se zvětší hodnota protékaného proudu. Nadproudové ochrany jsou používány hlavně pro svou jednoduchost. Používají se téměř u všech zařízení v elektroenergetice, jako transformátorů, generátorů, motorů, kompenzačních kondenzátorů jako záložní ochrany. U vedení na hladinách VN jsou využívány jako hlavní ochrany, na hladinách VVN jako záložní. Charakteristiky mají časově závislé, časové nezávislé, polozávislé nebo mžikové. t vyp časově závislá I nast časově nezávislá časově polozávislá mžiková Dodržení selektivity chránění (tj. vypíná se pouze poškozený úsek vedení) se dosáhne snadno pomocí odstupňování vypínacích charakteristik, u časově nezávislých ochran např. odstupňováním vypínací doby:

6 Síť napájená z jedné strany: úsek 1 úsek 2 úsek 3 A B C tvyp1 tvyp2 tvyp3 tvyp1 > tvyp2 > tvyp3 při zkratu musí vypnout pouze ochrana B, úsek 1 zůstává v provozu. Směrová nadproudová ochrana se používá v sítích, kde místo zkratu může být napájeno ze dvou stran musí platit, že t vyp1 >t vyp3 >t vyp5 a t vyp6 >t vyp4 >t vyp2 ROZDÍLOVÁ OCHRANA (DIFERENČNÍ) Vyhodnocuje pouze vnitřní zkraty (například transformátoru, umístěného uvnitř chráněného úseku mezi PTP), na ostatní poruchy nereaguje. i.poměrný proud (i 1..vstupní, i 2..výstupní) bezporuchový stav i 1 = i 2, porucha i 1 > i 2 i PTP 1 PTP i 2 RO popud vypínačům Použití: transformátory VVN/VN a VVN/VVN jako hlavní ochrana, dále přípojnice, generátory.

7 DISTANČNÍ OCHRANA (IMPEDANČNÍ) Vyhodnocuje impedanci chráněného zařízení na základě snímání proudu a napětí. Při zkratové poruše dochází ke změně velikosti a fázového natočení U a I (U klesá, I roste). Pomocí zjištěné hodnoty impedance lze lokalizovat vzdálenost poruchy od PTP a PTN. při poruše: Z = [ Ω ; V, A] l = [ km; Ω, Ω / km] U I Dnešní distanční ochrany umožňují lokalizaci místa poruchy pomocí vyhodnocení induktivní reaktance. To eliminuje chybné působení při poruchách s velkým přechodovým odporem poruchy. Z X l =, X NAST X kde X NAST je reaktance vedení na km délky (~ 0,4 Ω/km) Použití: hlavní ochrana na vedeních VVN, dále také u generátorů, transformátorů. Z Z NAST 1.stupeň: 0,8 Za 2.stupeň: 0,8(Za + 0,8 Zb) 3.stupeň: 0,8[Za + 0,8(Zb + 0,8 Zc)] 0,01 0,02 s (mžiková) 0,6 s 1,1-1,2 s

8 SROVNÁVACÍ OCHRANA Srovnávací ochrana porovnává fázi vstupního a výstupního proudu chráněného objektu. Při normálním provozu nebo vnějším zkratu je fázový úhel proudu i a a i b shodný, platí: arg ia = arg ib. Dojde-li ke zkratu, obrátí se směr proudu a potom platí: arg ia = arg ib vnější porucha vnitřní porucha Použití: ochrany krátkých úseků vedení

9 Přístrojové transformátory proudu a napětí V ES dosahují elektrické veličiny velkých rozsahů a proto není možné ani ekonomicky únosné přizpůsobovat těmto rozsahům napěťové a proudové systémy měřících, jistících a regulačních přístrojů. Proto je zapojujeme do elektrických obvodů přes přístrojové transformátory PT. Podle připojovaných přístrojů rozdělujeme přístrojové transformátory na: přístrojové transformátory měřící přístrojové transformátory jistící Podle veličiny, kterou na ně přivádíme je rozdělujeme na: přístrojové transformátory proudu PTP přístrojové transformátory napětí PTN FUNKCE transformují hodnoty U a I na měřitelné a zpracovatelné PTN (110 V, 100 V) PTP (5 A, 1 A). izolují obvody VVN a VN od NN, a tedy oddalují přístroje od silných elektrických a magnetických polí vzdalují přístroje od silových zařízení chrání připojené přístroje před nadproudy umožňují přehledné a účelné součtové či rozdílové měření a jištění JTP, JTN slouží k připojení el. ochran MTP, MTN slouží k připojení měřících přístrojů do sítě. Rozdíl mezi JTP a MTP i 2 ε I =0 ε I = -10% i 1 =I 1 /I 1N PTP JTP i 2 =I 2 /I 2N MTP 1 K MTP K JTP i 1 JTP - velké nadproudové číslo K (musí přesně měřit i velké poruchové proudy) MTP přesně měřit jen provozní proudy, při vysokých I chrání měř. přístroje Nadproudové číslo K násobek jmenovité hodnoty primárního proudu I1n, při kterém chyba proudu dosáhne hodnoty εi= - 10%.