Relejna zastita elektroenergetskog sustava_zbornik

Str. 38534-09 Saznanja o karakteristikama otpornika, prilikama u mreži kod jednopolnih kvarova te pojavaprilikom uspostavljanja pogonskih stanja energetskih transformatora navode na drugačiji pristup odabiruzaštite otpornika s ciljem potpune zaštite otpornika a samim time smanjenju prekida u napajanjupotrošača.2. TEHNIČKE KARAKTERISTIKE MALOOHMSKOG OTPORA Otpornik za uzemljenje SN mreže je projektiran za kratkotrajno preopterećenje. Definiran jeslijedećim vrijednostima struje: • nazivnom strujom s dozvoljenim trajanjem od 5 sekundi, • trajnom dozvoljenom strujom i • deset minutnom dozvoljenom strujom. To su parametri koji uvjetuju izbor i podešavanje zaštite otpornika. Uz poznati materijal od kojeg je izrađen otporni element te uz nazivnu struju otpornikadozvoljenog trajanja 5 sekundi moguće je izračunati maksimalno vrijeme dopuštenog preopterećenjaotpornog elementa za razne veličine struja iznad nazivne. Za primjer je analiziran maloohmski otpornik proizvođača \"Končar\". Iz prospekta proizvođačadobiva se podatak da je otpornik izgrađen iz elemenata od nehrđajućeg materijala CrNi. Struja jednopolnog kvara u 35 kV mreži ograničena je strujom nazivne vrijednosti 300 A. Strujajednopolnog kvara u 10(20) kV mreži ograničena je strujom 150 A u mješovitoj i 300 A u kabelskoj mreži.Proračun vremena dozvoljenog preopterećenja izvršit će se za navedene nazivne struje otpornika premaizrazu 1. Tablica I. Maksimalna dozvoljena vremena preopterećenja otpornih elemenata I ( A) t(I=32A) t(I=50A) t(I=65A) t(I=100A) 33 338,2353 - - - 51 60,0446 389,8237 - - 66 32,15778 102,3757 420,4935 - 101 12,69425 33,73627 64,16812 471,2323 150 5,589513 14,13396 24,95776 70,5344 200 3,112006 7,744623 13,39562 34,52185 300 1,37316 3,380505 5,76985 14,13396 350 1,007318 2,474314 4,211833 10,21894 400 0,770468 1,889803 3,211339 7,744623 500 0,492529 1,20604 2,045332 4,898639 600 0,34182 0,83624 1,416663 3,380505 700 0,251038 0,613812 1,03918 2,474314 800 0,192154 0,469668 0,794814 1,889803 900 0,1518 0,370943 0,627564 1,490702 1000 0,122943 0,300376 0,508074 1,20604 1100 0,101597 0,24819 0,419742 0,995856 1200 0,085364 0,208514 0,352601 0,8362466

Str. 386 34-09 t B max = Tϑ ⋅ ln  I a  2 (1) I n 2 −  Ia  In 1gdje je: Tϑ – vremenska konstanta zagrijavanja otpornog elementa Ia – struja kroz otpornik In – nazivna struja otpornog elementa tBmax – maksimalno vrijeme preopterećenja Uz poznato vrijeme tB max = 5s , Tϑ = 120s i poznatu nazivnu struju može se izračunati trajnodozvoljena struja otpornog elementa iz kojeg je izgrađen otpornik. Za struju od 300 A otporni element seizrađuje s dozvoljenom trajnom strujom jednakom ili većom od 65 A, dok za struju od 150 s dozvoljenomtrajnom strujom jednakom ili većom od 32 A. Izračunate vrijednosti struje su dobivene na osnovuproizvođačevih karakteristika međutim u pravilu su veće od deklariranih. U tablici I. dana su maksimalnavremena dopuštenog preopterećenja za otpornike izrađenih od otpornih elemenata trajne dozvoljenestruje 32 A, 65 A, 100 A i 150 A. Izračunati rezultati prikazani su dijagramom na slici 1. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 12001000100 10t [s] 1 I = 100 A I = 65 A I = 50 A 0,1 I = 32 A0,01 I [A] Slika 1. Maksimalno dozvoljeno vrijeme preopterećenja otpornih elemenata 67

Str. 38734-093. PRIMJENA INVERZNIH I-t KARAKTERISTIKA ZA ZAŠTITU MALOOHMSKOG OTPORNIKA Postoje četiri internacionalne standardne strujno-vremenske grupe krivulja. Odnos između struje ivremena u skladu je sa standardima BS 142 i IEC 255-4 i definiran je izrazom 2. t(s) = k ⋅β (2) I α  />  − 1 gdje je: t - vrijeme prorade k - vremenski multiplikator I - vrijednost struje kvara I > - podešena vrijednost struje Konstante α i β poprimaju vrijednosti prema tablici: Grupa strujno-vremenskih krivulja α β Normal inverse 0,02 0,14 Very inverse 1,0 13,5 Extremely inverse 2,0 80,0 Long-time inverse 1,0 120,0 Slikom 2 i tablicom II. je prikazan primjer izbora inverznih strujno-vremenski zavisnihkarakteristika za zaštitu maloohmskog otpornika nazivne struje 300 A. 1000 I=65 A (zagrijavanje otpornika) k=1; I=15 A (long time inverse) k=0,05; I=250 A (very inverse) 100 k=0,05; I=200 A (extremely inverse) t [s] 10 1 0,1 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 0 I [A] Slika 2. Izbor inverznih strujno-vremenskih karakteristika za zaštitu maloohmskog otpornika68

Str. 388 34-09 Zaštita maloohmskog otpornika u području vrijednosti struja do 300 A, područje termičke zaštiteotpornika, izvedena je long time inverse karakteristikom definiranom parametrima k=1 i I=15 A. Vidljivo jeda izabrana karakteristika cijelim područjem prati termičku karakteristiku maloohmskog otpornika nedopustivši nedozvoljena preopterećenja istog. Zaštita maloohmskog otpornika u području vrijednosti struja iznad 300 A, zaštita od premoštenjaotpornika, izvedena je extremely inverse karakteristikom definiranom parametrima k=0,05 i I=200 A.Vidljivo je da porastom struja kroz otpornik iznad 300 A dolazi do prorada relejne zaštite tim brže što sustruje veće. Prilikom izbora karakteristike za zaštitu otpornika od preopterećenja potrebno je obratitipozornost na selektivnost zaštite u odnosu na zaštitu jednopolnog kratkog spoja u vodnim poljima.Tablica II.: Izbor inverznih strujno-vremenskih karakteristika za zaštitu maloohmskog otpornika VRIJEME (S) I[A] ZAGRIJAVANJE LONG TIME INVERSE VERY INVERSE EXTREMELY INVERSE OTPORNIKA 16 1800 168,75 399,0025 21 420,4935 300 3,308824 6,956219 25 64,16812 180 3,161993 30 24,59208 120 1,125 1,333333 35 13,25503 90 0,675 0,761905 40 8,330039 72 0,306818 0,266667 51 5,730647 50 0,259615 0,207792 66 3,211339 0,225 0,166667 101 2,045332 35,29412 0,198529 0,136752 151 0,794814 20,93023 0,177632 0,114286 201 0,627564 13,23529 251 0,508074 9,677419 301 0,419742 7,627119 400 0,352601 6,293706 500 800 9001000110012004. PRIMJER UPOTREBE DIGITALNIH RELEJA ZA ZAŠTITU MALOOHMSKOG OTPORNIKA U DP “ELEKTROISTRA” PULA Problematiku uključenja energetskog transformatora u paralelan rad, prelaznih pojava kojenastaju prilikom jednopolnih kvarova u mreži te visokoomskih kvarova moguće je riješiti primjenom višeelektromehaničkih ili statičkih releja različitih strujnih karakteristika te različitih strujnih i vremenskihpodešenja. Takvo rješenje je prilično skupo. 69

Str. 38934-09 Upotrebom digitalnih releja u kojima je u jednom uređaju objedinjeno više funkcija moguće jepojednostaviti a samim time i pojeftiniti rješenje spomenute problematike uz istovremeno smanjenjenepotrebnih prorada zaštite. Digitalne releje moguće je konfigurirati i podesiti tako da se istovremeno koriste inverzno zavisneI-t karakteristike i vremenski nezavisne I-t karakteristike uz istovremeni nadzor uklopnog stanjaelemenata elektroenergetskog postrojenja važnih za logiku djelovanja relejne zaštite. Spomenuta problematika u TS 35/10(20) kV Pula zapad riješena je primjenom digitalnih releja,terminala polja, ugrađenih na niženaponskoj strani energetskih transformatora prikazano slikom 3. 35 kV TR1 TR2 8 MVA 8 MVA Dyn5 Dyn5 LK Rz 20(10 )kV Slika 3. Shema spoja digitalnih releja u TS 35/10(20) kV Pula zapad Digitalni releji su istovremeno priključeni na strujne mjerne transformatore niženaponske straneenergetskih transformatora i u seriju na obuhvatni strujni mjerni transformator u postrojenju maloohmskogotpornika. Releji su konfigurirani tako da isključe pripadajući prekidač energetskog transformatora uovisnosti o položaju sekcijskog 10(20) kV rastavljača i položaju rastavljača u polju maloohmskogotpornika. Izborom zaštitnih blokova unutar digitalnih releja ostvarene su slijedeće zaštite: • zaštita od visokoomskog kvara upotrebom I-t vremenski nezavisne (definit time) karakteristike sa strujnim podešenjem 5 A i vremenima: − VK1 - 10 sekundi - signalizacija, − VK2 - 5 minuta - isključenje pripadnih energetskih transformatora, • termička zaštita maloohmskog otpornika upotrebom inverzne I-t karakteristike: − long time inverse, k=1 I=15 A (vidi sliku 2), • zaštita od premoštenja maloohmskog otpornika: − extremly inverse, k=0.05 I=200 A (vidi sliku 2), • rezervna zaštita voda od jednopolnog kvara upotrebom I-t vremenski nezavisne (definit time) karakteristike sa strujnim podešenjem 100 A i vremenom 5 sekundi,70

Str. 390 34-09• zaštita 10(20) kV sabirnica od kratkog spoja upotrebom I-t vremenski nezavisne (definit time) karakteristike sa strujnim podešenjem 900 A i vremenom 0.2 sekunde,• zaštita od preopterećenja niženaponske strane energetskih transformatora upotrebom I-t vremenski nezavisne (definit time) karakteristike sa strujnim podešenjem 492 A i vremenom 1.8 sekundi.5. ZAKLJUČAK Kvalitetnu zaštitu maloohmskog otpornika može se postići uz poznavanje svojstva i vrstematerijala od kojih je otpornik izrađen. Spomenute podatke potrebno je zatražiti od proizvođača. Naosnovu dobivenih podataka potrebno je odrediti termičku sliku otpornika na osnovu koje se primjenomdigitalnih releja i korištenjem odgovarajućih I-t karakteristika bira zaštita istoga. Upotrebom digitalnihreleja moguće je objediniti više zaštitnih funkcija u jednom uređaju čime se postiže potpuna zaštitaotpornika u skladu s njegovom termičkom karakteristikom. LITERATURA[1] Nahman J.: Uzemljenje neutralne točke distributivnih mreža, Naučna knjiga, Beograd, 1980.[2] Žutobradić S. - Ravlić V.: Suvremene tendencije u razvoju otpornika za uzemljenje zvjezdišta elektroenergetskih mreža, Energija, 1994.[3] ABB: Protective Relaying Theory and Applications,1994.[4] ABB: User`s Manual and Tehnical Description REF 54_, 1999.[5] Končar: - Otpornik za uzemljenje nultočke transformatora - prospekt 71

Str. 391HRVATSKI KOMITET MEĐUNARODNOG VIJEĆA B5 – 10ZA VELIKE ELEKTRIČNE SISTEME, ZAGREB, Berislavićeva 6ŠESTO SAVJETOVANJECAVTAT, 09. - 13. studenoga 2003.Ivan Goran Kuliš, dipl. ing.Energetski institut “Hrvoje Požar”, Zagrebprof. dr. sc. Ante Marušić, dipl. ing.FER, Zagreb VATMETARSKA ZAŠTITA U REZONANTNO UZEMLJENIM SREDNJENAPONSKIM MREŽAMA SAŽETAK U rezonantno uzemljenim srednjenaponskim mrežama zemljospojna zaštita zasnovana nanadstrujnom i vatmetarskom, odnosno varmetričkom kriteriju nije dovoljna kao u maloomski uzemljenimmrežama i mrežama s izoliranim zvjezdištem. Dodatna otežavajuća okolnost je da se u rezonantnouzemljenim mrežama, osim karakterističnih kvarova s dominantnom 50 Hz komponentom, javljaju iponavljajući kvarovi (eng. restriking faults) koje zaštita također treba selektivno otkrivati. Bitno je da zemljospojna zaštita u rezonantno uzemljenim srednjenaponskim mrežama zadržiosjetljivost otkrivanja zemljospojeva kakva je u maloomski uzemljenim i izoliranim mrežama. U ovimmrežama osjetljivost digitalnih zemljospojnih zaštita s vremenski određenim ili inverznim karakteristikamaje do vrijednosti otpora na mjestu kvara do 15 kΩ. Vatmetarska zemljospojna zaštita u rezonantnouzemljenim mrežama može selektivno otkrivati kvarove s vrijednostima otpora na mjestu kvara do 3 kΩ.Stoga se u ove mreže osim “standardne” vatmetarske zemljospojne zaštite treba ugrađivati i dodatnezaštite od ponavljajućih kvarova i visokoomskih kvarova. Ključne riječi: zemljospoj, kompenzacijska zavojnica, rezonantno uzemljenje, zemljospojna zaštita WATTMETRIC PROTECTION IN RESONANT GROUNDED MEDIUM VOLTAGE DISTRIBUTION POWER SYSTEMS SUMMARY In resonant grounded medium voltage networks overcurrent and wattmetric or warmetricearthfault protection are not sufficient as in low ohmic grounded or isolated networks. Additional problemin resonant grounded networks, except characteristic faults with dominant 50 Hz component, arerestriking earthfaults which also should be selectively detected. It is important that the earthfault protection in resonant grounded networks keep same level ofsensitivity of selective detection as in low ohmic grounded or isolated networks. In this networkssensitivity of digital protection with inverse time characteristics is upon 15 kΩ fault resistance. Wattmetricearthfault protection in resonant grounded networks can selectively detect faults with resistances upon3 kΩ. So, in these networks, beside “standard” wattmetric earthfault protection, additional protectiondevices able to selectively detect high ohmic and restriking earthfaults should be implemented. Key words: earth fault, compensation coil, resonant grounding, earth fault protection 83