Przedsiębiorstwo Produkcyjne „BEZPOL” S.J. Ul. Partyzantów...

1

Przedsiębiorstwo Produkcyjne „BEZPOL” S.J.Ul. Partyzantów 2142-300 Myszkówtel. 034/ 313 07 77 do 80 ; tel. 034/ 313 05 88fax. 034/ 313 06 76 www.bezpol.pl e-mail: [email protected]

2

Ochrona przepięciowa

w sieciach SN

Zagadnienia wybrane

Michał Torbus listopad 2003

3

Zjawiska przepi ęciowe.

Napi ęcie sieciowe Przepi ęcie dorywcze Przepi ęcie przemijająceo łagodnym czole (łączeniowe)

Przepi ęcie przemijająceo stromym czole (atmosferyczne)

fsieciowe = 50 Hz f = (nx0,1 – nx100) Hzniet łumione lub słabo tłumione

20 s < Tp < 5 000 s / T2 =20 000 s

0,1 s < Tp < 20 s / T2 < 300 s

UN(sk) = 15 kV Czas trwania: sek, min,godz. Mog ą występować poprzepi ęciach przemijających

Czas trwania t < n [ms]oscylacyjne lub nieoscylacyjne, silniet łumione

1.7 p.u. 3 – 3,5 p.u., < 3 000 kV

20 kV

40 kV

60 kV

Ograniczanie przepięć

4

Sposoby ograniczania

5

Rozładowanie fali przepięciowej w układzie: odgromnik wydmuchowy (OWS) i iskiernik na transformatorze - stan prawidłowy.

wytrzymałość izolacji transformatora

75 / 95 kV

Poziom ochrony odgromnika OWS 18/10

zaworowego (ZnO)

Poziom ochrony iskiernika na izolatorze przepust. transformatora

2-gi stopień ochrony

1-szy stopień ochrony

Fala przepięciowa

< 150 kV


wymagane poziomy ochrony

6

Drugi stopień ochrony przepięciowej jest wymagany przy zastosowaniu odgromników gazowydmuchowych.

Przy braku odgromnika (w przypadku jego zniszczenia) rolę ochronną przejmowały iskierniki na izolatorach przepustowych transformatora SN/nn.

(!?)

Wyładowania atmosferyczne

7

II

II - montaż ogranicznika przepięć zalecany.Na urządzeniu chronionym występuje praktycznie wartość napięcia obniżonego ogranicznika bez spadku napięcia na zbędnych połączeniach.

IA

B

C

D

wariant I - niepoprawny

wariant II - zalecany

A=B~0

Uop

Utr

C=D

UABUop

UCDUtr

I - montaż ogranicznika przepięć niepoprawny.Do wartości napięcia obniżonego ogranicznika należy dodać spadeknapięcia na połączeniach AB i CD


Wg danych naukowych na 1 m połączenia może wypadać do 15 kV spadku napięcia przy udarach

8

Wysoka wytrzymałość mechaniczna ograniczników SBK umożliwia prawidłowy montaż głowic kablowych zapewniając optymalną ochronę przeciwprzepięciową .Uchwyt do prowadzenia kabli typu 3 ukb(prod.Bezpol) zapewnia pewne i estetyczne zamocowanie kabli na slupie.

9

II

III - montaż ogranicznika przepięć zalecany.Na urządzeniu chronionym występuje tylko wartości napięcia obniżonego ogranicznika bez spadku napięcia na zbędnych połączeniach.Ten sposób montażu dotyczy również takich stacji jak: STSa..., ŻH..., itp.

IA

B

C

D

wariant I - niepoprawny

wariant III - zalecany

E

A=B~0

Uop

Utr

C=D=E

UABUop

UCEUtr

I - montaż ogranicznika przepięć niepoprawny.Do wartości napięcia obniżonego ogranicznika należy dodać spadeknapięcia na połączeniach AB i CE

Wg danych naukowych na 1 m połączenia może wypadać do 15 kV spadku napięcia przy udarach

II - montaż ogranicznika przepięć poprawnyDo wartości napięcia obniżonego ogranicznika należy dodać spadeknapięcia na połączeniach DE

Wyładowania atmosferyczne

10

OGRANICZNIK SBK - BUDOWA

11

Napięcie znamionowe Ur od 3 kV do 51 kV,Znamionowy prąd wyładowczy 10 kA,Graniczny prąd wyładowczy 100 kA,Prostokątny udar prądowy (2000 s) 250 A,Wytrzymałość zwarciowa 20 kA,Klasa rozładowania linii 1, Zdolność pochłaniania energii 3,4 kJ/kVUc

Graniczna wytrzymałość mechanicznaWytrzymałość na skręcanie 195 Nm,Wytrzymałość na zginanie 575 Nm,Wytrzymałość na rozciąganie 3500 N

Parametry techniczne, zbiorcze

ograniczniki przepięć SN serii SBK

12

Dla sieci 15 KV z izolowanym lub skompensowanym punktem zerowym transformatora zaleca się stosowanie ogranicznika

SBK 21 M o napięciu trwalej pracy 17.5 KV.

13

Kryteria doboru ograniczników przepięć.

14

Wskazówki wykonawcze Część I w zakresie OCHRONY SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH OD PRZEPIĘĆ

„Sieci o napięciu znamionowym od 1 do 110 kV ” Polskiego Towarzystwa Przesyłu i Rozdziału Energii elektrycznej

Określają w rozdziale 8.1.

3,4 (kJ/kVUc)1,53,4 (kJ/kVUc)1,5Zdolność pochłaniania energii nie mniejsza niż kJ/kVUr

1071306265Napięcie obniżone przy znamionowym prądzie wyładowczym nie większe niż kV

1010

510

1010

510

Znamionowy prąd wyładowczy nie mniejszy niż kA- w sieciach rozdzielczych- w stacjach zasilających

45452122Napięcie znamionowe – nie mniejsze niż kV

720900

36

30

36

(SBK-I) 393(SBK-II) 468

17,5

SBK

(SBK-I) 768(SBK-II) 993

36,0

SBK

350438

Droga upływu osłony izolacyjnej – nie mniejsza niż mm - II strefa

- III strefa

17,5Napięcie trwałej pracy Uc – nie mniejsze niż kV

Wymagane parametry ograniczników

15Napięcie znamionowe sieci, kV

17,5Napięcie sieci, kV

Dane dotyczące warunków eksploatacji

15

Um = 17,5 kVNapięcie maksymalne sieci

Uc < 20 kV

Uwaga: wartość odczytywana każdorazowo z danych katalogowych dla Uop

Maksymalna wielkość napięcia, przy którym spełniony jest ww. warunek

Wymagany poziom ochrony ogranicznika przepięć Uop

1,3Współczynnik bezpieczeństwa kbp

Uip = 95 kVZnamionowe napięcie udarowe, piorunowe izolacji:

kV 731,395

kUU

bp

ipop

Dobór ograniczników przepięć maksymalne napięcie trwałej pracy

16

Dobór ograniczników przepięć minimalne napięcie trwałej pracy

1,4 1,7Współczynnik zwarcia doziemnego kZ

Dopuszczalny poziom napięcia ustalonego przy zwarciach doziemnych

nastawy automatyki ziemnozwarciowej 0,5 sek (przykładowe)automatyka SPZ niezwarcia przemijające nieczęstość łączeń próbnych mała (nawet 1)zawodność automatyki pomijalna

Warunki pracy sieci

Uziemiony przez rezystor

Z kompensacją prądu ziemnozwarciowego

IzolowanyPunkt neutralny transformatora SN/nn

??????

Wymagane napięcie trwałej pracy Uc Um/T

kablowa - wydzielona UN = 17,5 kVRodzaj sieci

T17,0

3 T17,5 1,7

3 TUk Nz

TUm

T14,0

TUm

kV 13,6 1,2517,0 c U kV 11,2

1,2514,0 c U

17

1,4 1,7Współczynnik zwarcia doziemnego kZ

Dopuszczalny poziom napięcia ustalonego przy zwarciach doziemnych

nastawy automatyki ziemnozwarciowej 0,5 sek (przykładowe)automatyka SPZ takzwarcia przemijające tak - częsteczęstość łączeń próbnych duża (nawet powyżej 5/h)zawodność automatyki niewykluczona

Warunki pracy sieci

Uziemiony przez rezystorZ kompensacją prądu ziemnozwarciowego

IzolowanyPunkt neutralny transformatora SN/nn

Uc > 14,0 kVUc 17,0 kVWymagane napięcie trwałej pracy Uc Um/T

Napowietrzno-kablowa UN = 17,5 kVRodzaj sieci

Dobór ograniczników przepięć minimalne napięcie trwałej pracy

kV 17,0 317,5 1,7

3Uk Nz

m

U kV 14,0 317,5 1,4 m

U

18

Zalecenia w zakresie ochrony transformatorów SN/nn

19

Dla ograniczenia zagrożeń:

1. Od przepięć atmosferycznych- ochrona za pomocą ograniczników przepięć przy transformatorze,

2. Od przepięć dorywczych- osłony na izolatory przepustowe SN transformatora,wraz z likwidacją iskierników,

3. Od zwarć strony nn- osłony na izolatory przepustowe nn transformatora,- poprawny montaż ograniczników nn,

4. Od braku ciągłości połączeń- nowoczesne zaciski transformatorowe.

20

Przepięcia dorywcze

22

Charakterystyka przypadków zadziałań bezpieczników SN (rok 1996/1997).

4311.

14410.

8146.

5327.

2368.

13149.

9185.

214.

4-3.

1112.

--2.

131.

ptaki i zwierzętażywiołymiesiąc

przyczyna

23

Norma HD 637 S1 Urządzenia elektroenergetyczne o napięciu nominalnym powyżej 1 KV prądu przemiennego.

Jeżeli życie biologiczne (ptaki i inne małe zwierzęta lub mikroorganizmy) stanowi zagrożenie to należy podjąć środki zaradcze.

Mogą one obejmować odpowiedni dobór materiałów,uniemożliwienie dostępu i odpowiednie ogrzewanie i wętylację.

Więcej szczegółów podano w WE 60721.

3.4.2 Skutki małych zwierząt i mikroorganizmów

29

Prawidłowy montaż ograniczników BOP niskiego napięcia z wykorzystaniem zacisków transformatorowych typy TOGA.W razie uszkodzenia ogranicznika przewód uziomowy odpada w kierunku słupa.

30

Sposób montażu osprzętu po stronie nn.transformatora

1-transformator 2-przepust nn. 3-zacisk transformatorowy TOGA 4-oslona zacisku TOGA typu OZT 5-ogranicznik przepięć nn.typu BOP 6-linka podłączenia zacisku

uziomowego ogranicznika 7-przewody przyłączeniowe po

stronie nn.transformatora 8-uziemienie stacji

transformatorowej

31

W komplecie zacisków,zacisk montowany na przepust neutralny posiada możliwość bezpośredniego przykręcenia bednarki uziemiającej.

32

Części składowe osprzętu transformatora po stronie średniego napięcia: Transformator Przewód uziemienia Wspornik ogranicznika średniego napięcia Przepust transformatorowy Ogranicznik SBK Nakładka przyłączeniowa typu V Zacisk ZGV Osłona ogranicznika SBK typu OSOP Osłona przeciw ptakom typu OIP

Sposób montażu osprzętu po stronie ŚN.transformatora

33

Osłony izolatorów przepustowych elektroenergetycznych transformatorów rozdzielczych.

34

Ciągłość połączeń

35

Zaciski transformatorowe TOGA 1, 2,3,4

36

Zacisk transformatorowy TOGA przeznaczony do podłączeń po stronie niskiego napięcia stacji transformatorowych. Konstrukcja zacisku umożliwiająca podłączenie przewodów głównych 2 x 50 do 240 mm² RE, RM, SM ,2 x 50 do300 mm² RMC oraz kabli i przewodów pomocniczych 2 x 2,5-50 mm² dających możliwość podłączenia np. ograniczników przepięć, kondensatorów, oświetlenia stacji itp. W wersji dla przewodu N istnieje możliwość podłączenia bednarki lub przewodu uziemiającego. Do kompletu podłączeń transformatora po stronie Nn potrzebne są trzy sztuki zacisków w wersji standardowej oraz jeden zacisk w wersji z możliwością podłączenia bednarki lub przewodu uziemiającego. W naszej ofercie znajduje się również osłona zacisku

37

Zacisk typu TOGA 1 2x240 mm² obciążono prądem I=500A w czasie 3h przy temperaturze otoczenia T=20° C W wyniku pomiarów:maksymalny spadek napięcia wyniósł ΔU=5mV, temperatura maksymalna zacisku wynosiła 33°C, rezystancja 0,000014Ω,moc rozproszona wynosiła 2,5W

39

Szanowni PaństwoPołączenie elektryczne z transformatorem jest jednym z newralgicznych punktów wymagającym szczególnej troski tak pod względem dokładności montażu jak i jakości stosowanych elementów jednocześnie połączenia te powinny zapewniać:niski poziom strat na połączeniachmożliwość podłączania kabli o żyłach okrągłych, sektorowych jedno i wielodrutowych w szerokim zakresie przekrojówprosty montażCzęstymi przyczynami awarii transformatora są uszkodzenia wywołane nadmiernym wzrostem temperatury złącza (końcówka transformatora – śruba przepustu lub uszkodzenia w postaci upalenia zacisków przyłączeniowych). Bezpośrednią przyczyną powyższych zjawisk jest zazwyczaj niska jakość zastosowanych zacisków transformatorowych.Przyłącza elektryczne z transformatorem realizowane są za pomocą wszelkiego rodzaju zacisków. Wysoka niezawodność i opłacalność eksploatacji sieci są możliwe do osiągnięcia tylko wtedy, gdy łączenia kabli i przewodów nie będą jej słabymi punktami a ich niezawodność będzie taka sama jak pozostałych elementów sieci. W technice spotyka się wiele metod wykonywania zacisków. Do najbardziej istotnych możemy zaliczyć:odlewaniekucie

ZACISKI TRANSFORMATORÓW ODLEW CZY ODKUWKA ?

40

Odlew

Odkuwka

Zdjęcia struktury mosiądzu w powiększeniu

41

Metodą odlewania wykonuje się zaciski z typowego mosiądzu odlewniczego,Rozdrobnienie struktury i własności mechaniczne odlewów zależą od szybkości krystalizacji. Nawet jednak odlewy grawitacyjne wykonywane w kokilach posiadają wiele wad, takich jak: sitowatość, pęcherze, zażużlenie, jamy skurczowe, rzadzizny, chropowatość, wżery, pęcherze zewnętrzne. Powyższe wady w znacznym stopniu wpływają na obniżenie własności elektrycznych i mechanicznych wykonywanych zacisków.W celu ograniczenia wad odlewniczych podjęto produkcję zacisków metodą odlewania ciśnieniowego. W porównaniu do odlewów grawitacyjnych ich jakość jest nie porównywalnie wyższa. Nawet jednak odlewanie ciśnieniowe nie wyklucza powstania pęcherzy gazowych lub wtrąceń żużla.Doświadczenia użytkowników wskazują również na niską wytrzymałość zacisków odlewanych na zginanie. Gruboziarnista struktura krystaliczna ogranicza do minimum możliwość odkształceń plastycznych pod wpływem obciążeń zewnętrznych. Jest to bardzo istotne w przypadku połączenia szyna – zacisk charakteryzującego się systematyką zmiennych obciążeń wywołanych naprężeniami termicznymi. Częstym powodem pękania zacisków odlewanych, nawet podczas montażu, są naprężenia odlewnicze.Mając na uwadze powyższe spostrzeżenia i wychodząc naprzeciw oczekiwaniom naszych klientów rozpoczęliśmy prace mające na celu poprawienie jakości produkowanych przez nas zacisków transformatorowych. Znaczącą poprawę jakości osiągnąć można tylko przez zmianę technologii wykonania. Tradycyjną technologię odlewania zastąpiliśmy kuciem matrycowym zacisków.Dzięki temu nasze zaciski charakteryzują się:korzystnym pod względem mechanicznym i elektrycznym układem włókien,umocnieniem warstwy powierzchniowej,brakiem, pęcherzy gazowychbrakiem rzadzizn i jam skurczowych,dobrą plastycznością,wysoką odpornością udarowąznakomitą odpornością korozyjną

42

Lokalizacja ochrony przepięciowej w sieciach SN.

43

PN-E-05100-1:1998Elektroenergetyczne linie napowietrzneProjektowanie i budowaLinie prądu przemiennego z przewodami roboczymi gołymi 10.2. Ochrona od przepięć elektroenergetycznych linii o napięciu znamionowym wyższym niż 1 kV, a niższym niż 110 kV.

10.2.1. Elektroenergetyczne linie o napięciu wyższym niż 1 kV, a niższym niż 110 kV należy chronić przed przepięciami, stosując ograniczniki przepięć lub iskierniki.W liniach o napięciu znamionowym niższym niż 110 kV nie zaleca się stosowania przewodów odgromowych do ochrony linii na całej długości.

10.2.2. Zastosowanie ograniczników przepięć lub iskierników powinno następować w miejscach określonych poniżej:

1) przy połączeniu linii mającej słupy lub poprzeczniki z materiałów nieprzewodzących z linią na słupach stalowych lub żelbetowych,

2) w miejscach pomiaru energii elektrycznej, znajdujących się na słupach linii napowietrznych,3) przy połączeniach linii napowietrznej z linią kablową.

10.2.3. Przy przęsłach specjalnych w liniach bez przewodów odgromowych należy na słupach ograniczających przęsło specjalne, o rozpiętości wyższej niż 250 m, zainstalować ograniczniki przepięć lub iskierniki. Ograniczniki przepięć lub iskierniki powinny być zainstalowane na oddzielnych izolatorach w celu odsunięcia łuku elektrycznego i zjonizowanych gazów od izolatorów utrzymujących przewody robocze.

44

Standardy techniczne

szko

ła

przęsło specjalne – w liniach bez przewodu odgromowego w przęśle specjalnym

słupy betonowe pojedyncze

przejście z linii drewnianej na

betonową

A.4.A.3.

> 250 m

A.1.

A.4.

A.3.

GPZ

A.6.

45

Podsumowanie.

46

Kryteria doboru ograniczników przepięćUwagi praktyczne

Zawodność automatyki a praktyczne wykorzystanie współczynnika T – zbyt duże ryzyko szkód w przypadku zawodności automatyki w odniesieniu do potencjalnych zysków z zabudowy ograniczników w sieciach kablowych,

Dostępność na rynku „nietypowych” parametrów - warunki handlowe (koszty i terminy dostaw),

Kable elektroenergetyczne SN w wieloletniej eksploatacji - konieczność optymalizacji kosztów; zabudowa drogich ograniczników czy wymiana odcinków (całych) kabli.

47

• Przy praktycznym poziomie zagrożenia izolacji chronionych urządzeń (przepięcia udarowe, piorunowe) dobór ogranicznika przepięć o wyższym napięciu trwałej pracy nie pogarsza warunków ochrony przepięciowej w stopniu zagrażającym bezpieczeństwu pracy urządzeń - może natomiast wpłynąć na wzrost trwałości i przedłużyć okres eksploatacji ogranicznika przepięć,

• Omówione zasady doboru napięcia trwałej pracy mają jeszcze jeden ważny aspekt - koordynację izolacji. Odgrywa ona znaczącą rolę gdyż producenci urządzeń elektroenergetycznych zaczynają w pełni korzystać z charakterystyk ochronnych ograniczników warystorowych. Dążenie do budowy urządzeń przy zmniejszonych kosztach (głównie poprzez osłabienie izolacji), a tym samym bardziej wrażliwych na przepięcia nie tylko atmosferyczne ale również łączeniowe i ziemnozwarciowe już dzisiaj wymusza stosowanie właściwych kryteriów doboru ograniczników przepięć.

Kryteria doboru ograniczników przepięćUwagi praktyczne

48

1. Dobór ogranicznika jednego typu i napięcia to błąd – w sieci występują odmienne warunki pracy urządzeń i wymagania w zakresie ich ochrony od przepięć,2. Dobór parametrów ograniczników do pracy w sieciach skompensowanych powinien być analogiczny jak dla sieci z izolowanym punktem zerowym transformatora ze względu na porównywalność zjawisk przepięciowych – dla sieci z punktem zerowym uziemionym przez rezystor można dobrać ograniczniki przepięć o napięciach pracy ciągłej mniejszych o około 20 % ze względu na niższy poziom przepięć wewnętrznych,3. W większości przypadków wystarczy dobór ograniczników tańszych “lekkich” lecz dla obszarów burzowych i warunków szczególnych należy dobierać ograniczniki “ciężkie”,

Wnioski końcowe.

49

5. Wybór typu ogranicznika pod względem parametrów elektrycznych to tylko połowa zadania – wcześniej należy uwzględnić przy doborze warunki montażowe ograniczników pod względem zabudowy w miejscu ich pracy oraz czynności montażowe (praca elektromonterów),6. Nie wszędzie konieczne jest stosowanie ograniczników w sieciach napowietrznych (np. Finlandia). Lecz uwarunkowane jest to znajomością poziomu zagrożenia w odniesieniu do lokalnych uwarunkowań,

Wnioski końcowe.

50

Wnioski końcowe.

Tylko kompleksowe zabezpieczenia transformatora może być gwarancją bezawaryjnej pracy (wyłączając jednakże np. stany niekontrolowanych przeciążeń),

Ekologia zaczyna być istotnym elementem w działalności firm – liczba ptaków zagrożonych wyginięciem stale się powiększa,

Poprawność połączeń strony SN i nn to nie tylko niezakłócona ciągłość dostawy – to również brak roszczeń ze strony odbiorców z tytułu uszkodzeń odbiorników energii elektrycznej,Można ponieść takie same koszty inwestycji w ochronę transformatora – lecz skuteczność działań zależy od poprawności lokalizacji i montażu urządzeń. Niektóre rozwiązania proponowane w katalogach i projektach są wręcz szkodliwe dla zabezpieczanych urządzeń.

51

Ogranicznik przepięć wysokiego napięcia na bazie tlenku metalu w

izolacji z kauczuku silikonowego

Szereg typów SBK 6/10.3-I to SBK 360/10.3-I

52

Ogranicznik przepięć na bazie tlenku metalu w izolacji z kauczuku silikonowegoSzereg typów SBK 6/10.3-I to SBK 360/10.3-I

53

Ogranicznik przepięć na bazie tlenku metalu w izolacji z kauczuku silikonowego

Szereg typów SBK 6/10.3-I to SBK 360/10.3-I

Napięcie znamionowego Ur: 6 kV do 360 kV Znamionowy prąd wyładowczy: 10 kA Graniczny prąd wyładowczy (4/10): 100 kA Klasa rozładowań: 2- 3 Udar prostokątny: 1000A / 2000µs Wytrzymałość zwarciowa : 50...63 kA/0.2s Zdolność pochłaniania energii Wg IEC 99-4 6 kJ/KVUr Udar podwójny 3000 µs 12 kJ/kVUr

TRIDELTA

54




40

10

96

77

SBK.../10.2

1,4Współczynnik zwarcia doziemnego

110Napięcie znamionowe sieci, kV

50 - 6340Wytrzymałość zwarciowa – nie mniejsza niż, kA

1010Znamionowy prąd wyładowczy nie mniejszy niż kA

9696Napięcie znamionowe – nie mniejsze niż kV

77

SBK.../10.3

77Napięcie trwałej pracy Uc – nie mniejsze niż kV

Wymagane parametry ograniczników przyłączonych do przewodów roboczych sieci

40Prąd zwarciowy, kA

123Napięcie sieci, kV

Dane dotyczące warunków eksploatacji

55




500

27313082

4

SBK.../10.2

255

206

32683268

24603075

Droga upływu w zależności od strefy zabrudzeniowej nie mniej niż, mm- II strefa- III strefa

62

Zdolność pochłaniania energii w odniesieniu do napięcia znamionowego ogranicznika – nie mniej niż, kJ/kV

800

SBK.../10.3

230

190

10000Wytrzymywany moment gnący nie mniejszy niż, NmDopuszcza się mniejsze wartości momentu gnącego, jeśli ogranicznik na stanowisku pracy nie będzie naprężany większym momentem gnącym

300

250

Napięcie obniżone kVm- przy znamionowym prądzie wyładowczym 8/20 s (10 kA) nie większe niż- przy udarze łączeniowym 30/60 s 0,5 kA – nie większe niż

56

Dziękuję za uwagę

Michał Torbus

Przedsiębiorstwo Produkcyjne „BEZPOL” S.J. Ul. Partyzantów...

Documents

Transcript of Przedsiębiorstwo Produkcyjne „BEZPOL” S.J. Ul. Partyzantów...