Relejna zastita elektroenergetskog sustava_zbornik

Str. 83sklopnog udarnog napona opreme, odnosno njezinu izolacionu razinu. Prekidači koji se koriste za sklapanje prigušnice, u VN postrojenjima (izoliranim zrakom ili plinomSF6) redovito s plinom SF6 kao medijem za gašenje električnog luka, moraju zadovoljiti ne samoispitivanja (tipska i rutinska) koje propisuje norma IEC 62271-100 (preuzeta kao HRN), nego i ispitivanjapropisana normom za sklapanje induktivnih tereta IEC 62271-110 (preuzetom kao HRN), te ispitivanjapropisana normom IEC 62271-302 (preuzetom kao HRN) za prekidače s vremenskim pomakomsklapanja polova korištenjem uređaja za nadzirano sklapanje. S obzirom na često sklapanje prigušnicetreba obratiti pozornost na mehaničku izdržljivost prekidača, te odabrati klasu M2 prema IEC 62271-100. Struje visokonaponskih prigušnica, s obzirom na njihovu namjenu, imaju izrazito induktivnikarakter i znatno su manje (red veličine 3 … 20 puta) od nazivnih struja danas korištenih SF6 prekidača, apogotovo (red veličine do 200 puta) od očekivanih struja kratkog spoja. Zbog toga govorimo o malojinduktivnoj struji, isklopom koje medij za gašenje luka dovodi do brzog porasta otpora rezidualnog stupcai njezinog naglog prekida prije prirodnog prolaza kroz nulu. Energija pohranjene u induktivitetu prigušniceprilikom rezanja struje prije njezinog prirodnog prolaska kroz nulu mora se utrošiti u titrajnom kruguinduktivitet – kapacitet, čime nastaju elektromagnetske prijelazne pojave koje uzrokuju sklopneprenapone. Faktor prenapona induktivnog tereta u jednofaznom krugu uglavnom je određen odrezanomstrujom (engl.: chopping current) ich, induktivitetom Lt i kapacitetom Ct prigušnice. Napon na prigušnicipovećava se do tjemene vrijednosti napona potiskivanja um i titra s frekvencijom određenomkarakteristikama strujnog kruga (0,5 … 10 kHz), slika 2. Napon um postiže najveću vrijednost, uzzanemarenje gubitaka, u trenutku pretvaranja ukupne pohranjene energije u prigušnici u kapacitivnuenergiju.Mreža Prigušnica a) Pojednostavljena nadomjesna shema kruga i + b) Rezanje struje prije Ct Lt u prirodnog prolaza kroz nulu - a) b) Slika 2. Prikaz rezanja struje prigušnice Veličinu struje ich nije moguće predvidjeti, te je interesantno prikazati ovisnost faktora prenapona(ka) o poznatim veličinama. Ispitivanja su pokazala da je struja rezanja ich približno proporcionalnadrugom korjenu iz kapaciteta priključenog paralelno prekidaču, tj. ich = λ√Cb, Cb ≈ Ct. Karakterističnavrijednost λ, ovisna o naravi električnog luka, odnosno konstrukciji prekidača, određuje veličinu struje utrenutku rezanja u funkciji kapaciteta na strani prigušnice i za SF6 prekidače se kreće se u granicama (3... 10)×104 A/√F. Nakon prekida struje, između kontakata prekidača se uspostavlja prijelazni povratni napon kojiodgovara razlici napona mreže pogonske frekvencije u0 i napona titrajnog kruga prigušnice ut frekvencijereda kHz. Najveċa očekivana vrijednost prijelaznog povratnog napona jednaka je, uz zanemarenjeprigušenja, zbroju tjemenih vrijednosti napona mreže i sklopnog prenapona uslijed rezanja struje. Ako dotog trenutka ne dođe do ponovnog paljenja električnog luka, prekidanje struje prilikom prvog prolaskakroz nulu je uspješno. Ako je brzina porasta dielektrične čvrstoċe kontaktnog razmaka odnosnoprobojnog napona rezidualnog stupca manja od brzine porasta povratnog napona, doċi ċe do ponovnogpaljenja električnog luka (slika 3.), koje se može ponoviti nekoliko puta uzastopce. a) b)Slika 3. Napon na prigušnici kod isklopa: a) bez i b) s ponovnim paljenjem električnog luka 3

Str. 84 Ponovno paljenje električnog luka nastupit će najvjerojatnije blizu tjemene vrijednosti povratnognapona. U tom trenutku, trenutni prijelazni napon na prigušnici može biti oko 1 p.u. određenog polaritetauz pretpostavku da nije došlo do rezanja struje, dok trenutačna vrijednost napona mreže može biti 1 p.u.suprotnog polariteta. Napon između polova prekidača je dakle oko 2 p.u. Ako u tom trenutku dođe doponovnog paljenja električnog luka, napon na stezaljkama prigušnice promijenit će se vrlo brzo u smjerutrenutnog napona mreže. Prijelazni napon na prigušnici će premašiti vrijednost 1 p.u. i zbog titrajnogkaraktera kruga može poprimiti napon suprotnog polariteta veći od 2 p.u., ali manji od 3 p.u., slika 4. a). Slika 4. Tjemene vrijednosti napona uslijed ponovnog paljenja električnog luka: a) praktički bez i b) s rezanjem struje Za vrijeme ove prijelazne pojave, promjena napona na stezaljkama prigušnice može biti većaod 3 p.u. unutar vrlo kratkog vremena reda mikrosekundi i zavisi o konfiguraciji sabirnica s obje straneprekidača, uključujući mnogostruke točke refleksije, tipične za visokonaponsko postrojenje. Brzinapromjene napona na stezaljkama može dostići veličinu reda 1000 kV/μs. Rezanje struje može povećatinapone uslijed ponovnog paljenja električnog luka. Ukoliko do ponovnog paljenja dođe pri vršnojvrijednosti povratnog napona, faktor prenapona može, uz pretpostavku da je kapacitet mreže mnogo većiod kapaciteta na strani tereta (Cs>>Ct), dostići vrijednost k=(ka+2) p.u., slika 4. b). Uz uvažavanje utjecajapriključenih dalekovoda, konzervativna vrijednost faktora prenapona usljed ponovnog paljenja električnogluka može dostići 2,5 p.u. Veliki utjecaj na naprezanja izolacije prigušnice ima i razlika između prvih susjednih vršnihvrijednosti napona suprotnog polariteta kod ponovnog paljenja električnog luka. Faktor ove razlikenapona može imati vrijednost > 3 p.u. Strmina promjene napona ponovnog paljenja je određena frekvencijom oscilacija i amplitudomuzastopnih tjemenih vrijednosti napona suprotnih polariteta, koji se javljaju nakon ponovnog paljenja ipoprimaju maksimum u toku prve oscilacije. Prije konačnog gašenja električnog luka može doći donekoliko ponovnih paljenja pri čemu se mogu razviti vrlo visoki prenaponi. Svako sljedeće ponovnopaljenje električnog luka usljed povećanja pohranjene energije, povećava tjemenu vrijednost prijelaznogpovratnog prenapona na strani prigušnice, odnosno eskalaciju napona. Uklapanje prigušnice popraćeno je prenaponima po karakteristikama sličnim prenaponima kakvise pojavljuju prilikom ponovnog paljenja električnog luka kod isklapanja prigušnice. Pretpaljenjeelektričnog luka izaziva visokofrekvencijsku prijelaznu pojavu, a prenaponi će biti to viši što je razlikanapona između kontakata prekidača pri kojoj nastupa pretpaljenje veća. Najviši prenaponi će nastupiti uslučaju uklopa kod maksimalnog napona izvora. S druge strane, to je najpovoljniji trenutak uklapanja sobzirom na malu uklopnu struju i strujnu nesimetriju. Uklopna i isklopna struja i prenaponi koji se pojavljuju prilikom sklapanja prigušnice ne smijuugroziti izolaciju i mehanička svojstva elemenata postrojenja, te izazvati eventualnu lažnu proradu zaštite. U slučaju postojanja opasnosti za izolaciju prigušnice uzrokovanu sklopnim prenaponima, možese ili povećati izolaciona razina, što je obično ekonomski neprihvatljivo ili poduzeti mjere za ograničenjeprenapona. U visokonaponskim postrojenjima se redovito koriste prigušnice s uzemljenom neutralnomtočkom. Prenaponi usljed rezanja struje obično su manji od 2,0 p.u., te redovito ne ugrožavaju izolacijuprigušnice. Zaštita prigušnice od ovih prenapona postiže se MO odvodnicima prenapona odgovarajućezaštitne razine montiranima u njezinoj neposrednoj blizini.4

Str. 85 Ponovno paljenje električnog luka može uzrokovati prijelazni povratni napon s razlikom izmeđuuzastopnih tjemenih vrijednosti suprotnog polariteta vrlo velikih strmina. Ovi prenaponi mogu ozbiljnougroziti izolaciju prigušnice, osobito njezinih prvih zavoja, te je, bez obzira na kvalitetnu izvedbu izolacijemodernih prigušnica dimenzioniranih tako da izdrže ovakva naprezanja, poželjno primijeniti mjere zanjihovo ograničenje. Uz odvodnike prenapona, danas se u pravilu koriste numerički uređaji za nadziranosklapanja prekidača. Ponovno paljenje električnog luka može, nakon većeg broja sklapanja, dovesti i do ošteċenja naprekidaču koja se očituju kao perforacija izolacionih mlaznica, znakovi luka izvan lučnih kontakata itragovi metalnih čestica na unutarnjoj strani porculana. Bez obzira što se svi prekidači ne ponašajuistovjetno, pojavu ponovnih paljenja električnog luka svakako je poželjno eliminirati.2.2 Nadzirano sklapanje prigušnice Cilj nadziranog sklapanja prigušnice je osigurati sklapanje polova prekidača u optimalnomtrenutku. Korištenjem kvalitetnih numeričkih uređaja za nadzor sklapanja s odgovarajućim prekidačima,postiže se smanjenje mehaničkih i dielektrična naprezanja tijekom uklopa smanjenjem uklopnih struja, teizbjegavanje prenaponskih naprezanja izolacije sprječavanjem rezanja struje i time ponovnog paljenjaelektričnog luka prilikom isklopa. Uređaj za nadzirano sklapanje sinkronizira sklopnu radnju s faznim kutevima struja i napona. Pritome uređaj nadzire i vanjske čimbenike koji utječu na brzinu sklapanja kao što je temperature iupravljački napon, uz provedbu potrebne kompenzacije utjecaja ovih veličina na trajanje sklapanja i timepreciznog prilagođenja optimalnom trenutku sklapanja. Uređaj ujedno memorira podatke o vremenimasklapanja, te nadzire i prati mehaničko stanje prekidača. Uvažavajući strujnu i naponsku karakteristikuprigušnice, uređaj omogućuje sklapanje pojedinih polova prekidača u optimalnom trenutku. Radmodernog numeričkog uređaja za hadzirano sklapanje zasniva se na mjerenju struja i napona upojedinim fazama priključkom na mjerne transformatore (slika 5.), te poznavanju karakteristika prekidača.Osim napona i struja, uređaj nadzire i dojavljuje slijedeće događaje: ispad pomoćnog napona, kvaruređaja, sinkronizaciju kod uklopa i isklopa, prekoračenje praga uklopne struje, prekoračenje pragaponovnog paljenja, uklopno stanje prekidača. Prekidač i uređaj za nadzirano sklapanje predstavljaju jedinstveni sklop koji kao takav mora bitiispitan i atestiran. Slika 5. Shema spoja uređaja za nadzirano sklapanje prekidača Rad uređaja za nadzirano sklapanje zasniva se na praćenju prolaza sinusoidalnog signala kroznulu. Naponski signal koristi se kao referentni za određivanje trenutka uklopa, a strujni ili naponski signalza određivanje trenutka isklopa. Princip nadziranog isklapanja prigušnice prikazan je na slici 6. Nalog za isklop prekidača daje se u slučajnom trenutku tnaredba. Prolaz struje kroz nulu nakonvremena Tw predstavlja trenutak početka nadzora isklapanja. Zavisno o poznatom (zadanom) pogonskomvremenu pripadnog pola prekidača, uređaj računa kašnjenje Tnadzor tako da do razdvajanja kontakatadođe u željenom trenutku trazdvajanja. U vremenu između trenutka razdvajanja kontakata i prvog sljedećegprolaza struje kroz nulu (Tluk) razmak kontakata se povećava, te bi u trenutku prekida struje trebao biti 5

Str. 86dovoljno velik da njegova dielektrična čvrstoća podnosi prijelazni povratni napon i sprječava ponovnopaljenje električnog luka. Slika 6 Prikaz nadziranog isklopa Zatezanje isklopa Tnadzor pojedine faze određeno je mehaničkim trajanjem isklopa i ciljanimtrenutkom razdvajanja kontakata trazdvajanja u odnosu na prolaz struje kroz nulu, pri čemu dolazi do gašenjaelektričnog luka bez ponovnog paljenja. Ukupno isklopno vrijeme Tu potrebno da Tnadzor ima pozitivnu vrijednost, sastoji od cijelog brojapoluperioda izmjerenog trajanja, Tu = N ⋅Tzero . Slična razmatranja vrijede za uklapanje prigušnice, pri čemu uređaj za nadzirano sklapanje trebabiti podešen tako da se izbjegne velika uklopna struja, a prenapon usljed pretpaljenja električnog lukasvede na prihvatljivu vrijednost. Zatezanje naloga za uklop ovisi o uklopnom vremenu prekidača, trajanjuelektričnog luka nakon pretpaljenja i ciljanom trenutku proboja izolacionog razmaka prije dodirakontakata. Optimalni trenutak pretpaljenja električnog luka je kod tjemene vrijednosti napona, pri čemutrajanje električnog luka prije dodira kontakata iznosi četvrt periode. Princip nadziranog uklapanja prigušnice prikazan je na slici 7. Slika 7. Prikaz nadziranog uklopa Upravljački impuls proslijeđuje se u slučajnom trenutku tnaredba. Prolaz napona kroz nulu nakonvremena Tw predstavlja trenutak početka nadzora uklapanja. Zavisno o zadanom pogonskom vremenupripadnog pola prekidača, uređaj računa kašnjenje Tnadzor tako da do prethodnog paljenja električnog lukai time zatvaranja strujnog kruga prije dodira kontakata dođe u željenom trenutku tuklop nakon naponskogmaksimuma, što je ujedno optimalni trenutak naredbe za uklop prekidača.6