6. Vliv způsobu provozu uzlu transformátoru na zemní poruchy

Tesařová M. – Průmyslová elektroenergetika, ZČU v Plzni 2000

6. Vliv způsobu provozu uzlu transformátoru na zemní poruchy Zemní poruchou se rozumí spojení jedné nebo více fází se zemí. Zemní porucha může být způsobena přeskokem na izolátoru, průrazem pevné izolace, pádem přetrženého vodiče na zem apod. Charakter zemních poruch závisí zejména na způsobu propojení uzlu transformátoru se zemí. Jedná-li se o izolovaný uzel nebo o uzel transformátoru propojený se zemí přes zhášecí tlumivku a vzniklo-li spojení se zemí pouze v jedné fázi, nazývá se porucha zemní spojení (ZS). Ve všech ostatních případech (účinně uzemněný uzel, uzel spojený se zemí přes odpor, nebo při spojení více fází se zemí) se jedná o zemní zkrat. V elektrizační soustavě ČR se s účinně uzemněným uzlem provozuje soustava vvn a nn. V distribučních sítích vn je převážně používáno zemnění uzlu přes zhášecí tlumivku - sítě kompenzované. Výjimkou jsou malé sítě, např. sítě některých průmyslových závodů, vlastních spotřeb elektráren a tepláren, které jsou provozovány s izolovaným uzlem. Kabelové sítě vn, např. ve městech, mohou být provozovány s uzlem uzemněným přes činný odpor. Druhy zemních spojení:  podle velikosti přechodového odporu v místě poruchy (Rp) - kovová (0  - oblouková (několik ) - odporová (několik set )  podle doby trvání - mžiková (do 0,5 s) přechodná ZS - krátkodobá (do 5 min) - přerušovaná (opakovaná mžiková nebo krátkodobá porucha, mnohdy nelze vyhledat) - trvalá (až několik hodin, do doby odstranění poruchy). Při vzniku zemního spojení (tedy u sítí s izolovaným uzlem nebo kompenzovaných) je možné síť provozovat určitou dobu bez přerušení dodávky elektrické energie, aniž by bylo ovlivněno napětí v síti nn u spotřebitelů. Je to na dobu nezbytnou k vyhledání ZS. Zemní spojení nastává častěji v sítích s venkovním vedením než s vedením kabelovým. Při přechodném zemním spojení příčina poruchy po určité době mizí. Pro venkovní vedení je tedy výhodný provoz se zhášecí tlumivkou, protože zhášecí tlumivka snižuje proud v místě poruchy, což umožňuje po dobu trvání zemního spojení příznivější podmínky pro provozované zařízení a oblouk snadněji při přechodném ZS zhasíná.

- 102 -


6.1 Charakteristika jednotlivých typů sítí U zdravých symetrických sítí se způsob spojení uzlu sítě se zemí neprojeví, napěťové a proudové poměry jsou stejné pro všechny typy sítí. Odlišnost jednotlivých způsobů provozu uzlu sítě se projeví zejména při nesymetrických stavech. Nejvýznamnějším případem nesymetrie je jednofázová zemní porucha. Zemní poruchy pro různé způsoby uzemnění uzlu jsou charakterizovány rozdílnými proudovými a napěťovými poměry v síti při poruše (velikost a charakter poruchového proudu, napětí fázových vodičů proti zemi). Rozbor napěťových a proudových poměrů při jednofázové zemní poruše pro různé způsoby uzemnění uzlu sítě je proveden na modelu obecné sítě (obr. 6.1).

I1

ZT1 , ZT0

ZV1 , ZV0

Vývod 1

UC

C

UB

Izat1

B

UA

A UAP

UBP

UCP Ipor

C1 UN

C1

C1

ZN

UP RC1

RC1

RP

RC1

I2 Vývod 2 Izat2

C2 RC2

C2 RC2

C2 RC2

Obr. 6.1 Model obecné sítě se dvěma vývody 6.1.1 Přímo uzemněná síť Uzel sítě je přímo spojen se zemí (ZN=0). Netočivá složka impedance napájecího transformátoru je podstatně menší než hodnota 1/Y, a tudíž lze příčnou admitanci vedení v obecném náhradním schématu pro jednofázovou zemní poruchu (obr. 6.2.) zanedbat. Kapacita vedení se tedy při jednofázovém zemním zkratu neuplatní.

- 103 -


Obr. 6.2 Obecné náhradní schéma Ufáz

ZT1

ZV1

I1 1/ RC = 1/ RC1 + 1/ RC2 C = C1+ C2 IPOR = I1 + I2 + I0

U1 ZT2

ZV2 I2 U2

ZT0

ZV0

I0 3*Rp

3*ZN

RC

1/Y

C

UAp

U0 1/3 IPOR

Proud poruchy má induktivní charakter a jeho velikost je ovlivněna místem vzniku poruchy (tj. impedancí vedení ZV):

I por 

3  U fáz Z 1  Z 2  Z 0  3R p

Hodnota netočivé složky zkratové impedance Z0=ZT0+ZV0 je ve srovnání s jinými způsoby uzemnění uzlu sítě podstatně menší, poruchový proud je tedy největší. Napětí poškozené fáze v místě poruchy UAp= Rp*Ipor. Při kovovém zkratu (Rp=0) klesne na nulovou hodnotu. Napětí zdravých fází zůstanou nezměněna co do velikosti i úhlu natočení (toto tvrzení platí za předpokladu, že Z1 = Z0, ve skutečné síti Z1 ≠ Z0 a u zdravých fází dojde k nepatrnému zvýšení napětí a nepatrné změně úhlu). Použití: Výhody:

- sítě nn, vvn a zvn - jednoznačné vyhodnocení vzniku poruchy - nižší hodnoty přepětí - při použití jednopólových vypínačů možnost použít OZ pouze ve fázi s poruchou - nižší nároky na izolaci (dimenzování pouze na hodnotu fázového napětí) Nevýhody: - velká hodnota poruchového proudu ve srovnání s jinými způsoby uzemnění uzlu sítě - nebezpečné hodnoty krokových a dotykových napětí - nutnost neprodleně vypnout poruchu. - 104 -


6.1.2 Izolovaná síť Uzel sítě je od země izolován (ZN→∞). V bezporuchové symetrické síti jsou napětí fázových vodičů proti zemi stejně velká a uzel sítě má proti zemi prakticky nulové napětí (obr. 6.3-a). Vlivem nesymetrie kapacit v jednotlivých fázích sítě (netransponované vedení vn) je napětí uzlu proti zemi obvykle UN<1%Ufáz. Obr. 6.3 Fázory napětí a zemních kapacitních proudů v síti s izolovaným uzlem a/ bezporuchový stav

b/ stav při zemním spojením

ICA

ICC

IPOR = IKAP

ICB UCA

UA

UA= -UN

UAB

UAB = UBp

UCA = UCp UC

UB

UB

UC

ICC UBC

UBC ICB

ICA = ICA1 + ICA2 ICB = ICB1 + ICB2 ICC = ICC1 + ICC2

ICxy x … fáze y … číslo vývodu

Při ZS se poruchový proud zpětně uzavírá pouze přes kapacity fází proti zemi a jejich svodové odpory (obr. 6.4) a napájecí transformátor. Poruší se napěťová symetrie a dojde také ke změně velikostí a úhlů kapacitních proudů v jednotlivých fázích (obr. 6.3-b). Při kovovém ZS (Rp=0) stoupne napětí uzlu proti zemi UN na hodnotu fázového napětí, napětí zdravých fází se zvýší na hodnotu sdruženého napětí a napětí poškozené fáze klesne na nulovou hodnotu. Obecné náhradní schéma (obr. 6.2) lze zjednodušit (zanedbání impedance transformátoru, vedení a svodových odporů) na náhradní schéma (obr. 6.5). Napětí uzlu sítě proti zemi:

U N  U fáz 

1/ Rp 1 / R p  j3C

Proud procházející místem poruchy má kapacitní charakter:

I por  U fáz 

1/ Rp 1 / R p  j 3C

- 105 -

 j 3C


I1

ZT1 , ZT0

ZV1 , ZV0

Vývod 1

ICC1

C

ICB1

B

IPOR

A

C1

C1

C1

Ipor

UN RC1

RC1

ICC2

RC1

Vývod 2

ICB2

I2

ICC1 + ICB1 = IKAP1 ICC2 + ICB2 = IKAP2

C2 RC2

C2

C2 RC2

RC2

Obr. 6.4 Zemní spojení v síti s izolovaným uzlem

kde C je celková kapacita fáze proti zemi C = C1.vývod+ C2.vývod = Ck*lcelk, Ck je kapacita proti zemi jedné fáze na jednotku délky, lcelk je celková délka všech vedení sítě (součet délek všech vývodů připojených k danému napájecímu transformátoru). Obr. 6.5 Náhradní schéma pro zemní spojení v síti s izolovaným uzlem Ufáz

C1 + C2 = C RP

IPOR Ikap1 3C1

UP

1.vývod

- 106 -

Ikap2 UN 3C2

2.vývod


Při kovovém zemním spojení (Rp=0) platí: UN=Ufáz a I por  j 3CU fáz . Hodnota poruchového proudu 3CUfáz se označuje jako kapacitní proud sítě Ikap a patří mezi charakteristické hodnoty sítě. Napěťové a proudové poměry při ZS nezávisí na tom, ve kterém místě sítě k poruše došlo. Velikost kapacitních proudů závisí pouze na druhu použitých vodičů, tj. na velikosti měrné kapacity vodiče proti zemi Ck. Měrný kapacitní proud: venkovní vedení vn: 0,06 A/km kabelové vedení: řádově jednotky A/km. Vliv odporu poruchy na napěťové a proudové poměry při ZS znázorňuje obr. 6.6. Napětí zdravých fází může při určitých hodnotách Rp převýšit i hodnotu sdruženého napětí. Odpor poruchy Rp se na velikost poruchového proudu Ipor projeví teprve při hodnotách řádově stovky až tisíce Ω. Obr. 6.6 Fázorové diagramy při odporovém zemním spojení v izolované síti UAp UA UCp

UA UN UBp

ICC IPOR

UC

UB

ICA ICB

Díky kapacitnímu charakteru poruchového proudu je jeho zhášení u obloukových ZS obtížné. Po zhasnutí oblouku rychle vzrůstá napětí poškozené fáze, takže se po několika ms může oblouk znovu zapálit. Vzniká tak přerušované zemní spojení s následnými vysokými hodnotami přepětí. Tato přepětí mohou způsobit průraz izolace v jiném místě sítě a vznik dvojitého ZS. Dvojité zemní spojení představuje dvoufázový zkrat doprovázený velkými hodnotami poruchových proudů, a je nutné ho ihned vypnout. - pro sítě malého rozsahu do Ikap = 10 A, do 20 A u starých dožívajících sítí Výhody: - nejsou náklady na zhášecí tlumivku, automatiky ladění a připínání odporu k tlumivce - jednoznačné vyhodnocení ZS (součtový proud vývodu s poruchou má opačný úhel vůči UN než vývod bez poruchy - obr. 6.11) Nevýhody: - obtížné zhášení oblouku (kapacitní charakter Ipor) - při ZS je přepětí Použití:

- 107 -


6.1.3. Kompenzovaná síť Tlumivka zapojená mezi uzel sítě a zem (obr. 6.7) kompenzuje (snižuje) velikost kapacitního proudu v místě poruchy. Indukčnost kompenzačních tlumivek pro sítě 22 kV se pohybuje v rozmezí 0,14 až 3,6 H. I1

ZT1 , ZT0

ZV1 , ZV0

Vývod 1

ICC1

C

ICB1

B

IPOR

A

IZT C1 UN

RŃ

C1

C1

RC1

RC1

Ipor

RC1

IRL IL

I2 ICC2

Vývod 2

ICB2

ICC1 + ICB1 = IKAP1 ICC2 + ICB2 = IKAP2

Obr. 6.7

C2 RC2

C2 RC2

C2 RC2

Zemní spojení v kompenzované síti

V ideálním případě (vykompenzovaný stav) proud protékající tlumivkou IL je stejné velikosti, ale opačného směru jako kapacitní proud v místě poruchy Ikap a proud v místě je tedy zcela vykompenzovaný, tj. nulový (obr. 6.8-a). Toto tvrzení platí pouze při předpokladu, že odpor tlumivky a svodové odpory jsou zanedbány. Obr. 6.8.-b zobrazuje stav při ZS, kdy odpor tlumivky není zanedbán. Poměry v kompenzované síti je možné určit z náhradního schéma (obr. 6.9), které vznikne zjednodušením obecného náhradního schéma (obr. 6.2), zanedbáním impedance transformátoru, vedení a svodových odporů. Napětí uzlu sítě proti zemi:

U N  U fáz 

1/ Rp 1 / R p  j (3C  1 / L )

Pro proud v místě poruchy platí:

I por  U N  1 / RL  j 3C  1 / L  - 108 -


Obr. 6.8

Fázorové diagramy při zemním spojení v kompenzované síti

a/ odpor tlumivky zanedbán

b/ odpor tlumivky respektován IPOR´

ICC

IKAP

IPOR=0

IL

IRC

IPOR

IKAP

IRN

IZT IL

IC

IRL

ICB UA = - UN UBp UB

UCp UC

UA = - UN

UCp

UBp UC

UBC

UB

UBC

Při kovovém zemním spojení (Rp=0) má napětí uzlu UN velikost fázového napětí.

I por  U fáz  1 / RL  j 3C  1 / L   IW  j ( I kap  I L ) Výsledný poruchový proud je tvořen složkou danou rozdílem kapacitního proudu sítě a induktivního proudu zhášecí tlumivky (Ikap-IL), dále nevykompenzovanou činnou složkou odpovídající ztrátám ve zhášecí tlumivce IW. Nevykompenzovány zůstávají i proudy vyšších harmonických (kompenzuje se pouze základní harmonická kapacitního proudu). Poruchový proud je u dobře vyladěné kompenzované sítě jednak mnohem nižší než kapacitní proud sítě (méně než 20% Ikap), jednak má činný charakter, čímž se výrazně zlepšují podmínky pro samozhášení obloukových zemních spojení (oblouk se přerušuje bez znovuzápalů, s pomalým nárůstem napětí v postižené fázi). Obr. 6.9. Náhradní schéma pro zemní spojení v síti s kompenzovaným Ufáz

RP

IPOR

Ikap IZT

UP

RL IRL

L IL

Ikap1

Ikap2

3C1

3C2

1.vývod

UN

2.vývod

V případě úplné kompenzace kapacitního proudu (Ikap = IL) poteče místem poruchy proud o nejmenší velikosti. V tomto případě nastane paralelní rezonance - 109 -


mezi kapacitou sítě proti zemi C a indukčností zhášecí tlumivky L. Paralelní rezonance, resp. vykompenzovaný stav nastane, jestliže indukčnost tlumivky je naladěna na hodnotu: L  1 / 3 2 C Výkon zhášecí tlumivky se vypočte jako SL= Unfáz* IL. V praxi se výkon tlumivky volí přibližně o 30 až 50% větší, aby byla rezerva výkonu pro rozšiřování sítě a napájení sousedních oblastí při revizích a poruchách. V kompenzovaných sítích se značně projevuje kapacitní nesymetrie na velikosti napětí uzlu UN (až 10% Unfáz), ačkoli rozdíly mezi velikostmi kapacit jednotlivých fází jsou velmi malé (obvykle do 0,5%). V bezporuchovém stavu může napětí uzlu dosahovat i několik procent fázového napětí a zhášecí tlumivkou prochází malý proud i v bezporuchovém stavu. Největší velikosti napětí uzlu U N dosahuje v případě paralelní rezonance mezi L a C, tj. ve vykompenzovaném stavu. Této vlastnosti sítě se využívá při ladění zhášecí tlumivky. - doporučeno pro sítě s Ikap od 10 A - horní mez Ikap je: venkovní vedení- 100 A, smíšená- 300 A, kabelová- 450 A Výhody: - Ipor mnohem nižší než u izolované sítě a má činný charakter - umožní samozhášení obloukových poruch - nižší nároky na uzemnění v síti - menší krokové napětí - nižší hodnoty přepětí při ZS u venkovních vedení Nevýhody: - nutné udržovat vyladěný stav sítě - náklady na zhášecí tlumivku, automatiky ladění a připínání odporu k tlumivce - obtížné vyhledání vývodu se ZS (součtové proudy mají vůči UN stejný směr - obr. 6.11) - vliv R a C nesymetrií sítě při vyhodnocování ZS Použití:

6.1.4 Odporově uzemněná síť U kabelových sítí vn se výhody kompenzace zemních kapacitních proudů neprojevují tak jednoznačně jako u venkovních sítí. Většina poruch v kabelových sítích je trvalého charakteru, takže se zmenšení poruchového proudu nemůže projevit v samozhášení poruch jako při obloukových poruchách u venkovních vedení. Velikost kapacitních zemních proudů na jednotku délky je u kabelových sítí asi 30 až 70 krát větší než u venkovních vedení. Je nehospodárné provozovat tlumivky značných výkonů (několik MVAr), když se neuplatní hlavní výhoda kompenzovaných sítí – zhášení přechodných zemních spojení, popř. možnost provozu sítě se ZS po dobu nutnou k odstranění poruchy. Jednofázové poruchy - 110 -


kabelů přerůstají ve vícefázové poruchy nebezpečné z hlediska velikosti zkratových proudů, a je tedy nutné kabelový úsek s poruchou ihned vypnout. V kabelových sítích nastávají i problémy s laděním zhášecích tlumivek, neboť v těchto sítích je menší kapacitní nesymetrie vedení než u venkovních vedení, což se projeví na plošší křivce závislosti Ua=f(IL). Z těchto důvodů se v kabelových sítích používá uzemnění uzlu přes malý činný odpor (řádově desítky Ω). S ohledem na účinné tlumení přepětí při zemních poruchách musí být odpor uzlového odporníku takový, aby jmenovitý proud odporníku byl větší než kapacitní proud sítě: I RN  U fáz / RN  I kap . Proudové a napěťové poměry při jednofázové zemní poruše je možné určit z náhradního schématu na obr. 6.2 (ZN=RN). Vzhledem k větším hodnotám příčné admitance kabelových vedení není možné kapacitu vedení v náhradním schématu zanedbat. Místem poruchy protéká součet kapacitního proudu celé sítě a proudu uzemňovacího odporu. Velikost poruchového proudu závisí na celkové rozloze sítě, avšak klesá se vzdáleností místa poruchy od transformátoru. Maximální proud zemní poruchy (porucha v blízkosti napájecího transformátoru) je možné vypočítat ze zjednodušeného náhradního schéma (obr. 6.10). Obr. 6.10 Náhradní schéma pro výpočet maximálního poruchového proudu v odporově uzemněné síti Ufáz

RP

IPOR

UP

Ikap IRN RN

Ikap1 3C1 1.vývod

Ikap2 3C2

UN

2.vývod

Napětí uzlu sítě proti zemi:

U N U

fáz



RN RN  R p  jRN R p 3C

Pro proud v místě poruchy platí:

I por  U N  (1 / RN  j 3C )  I RN  I kap Maximální poruchový proud je součtem kapacitního proudu sítě a jmenovitého proudu uzlového odporníku. Použití:

- pro sítě s venkovním vedením velkého rozsahu a pro kabelové sítě, a to při překročení mezí Ikap uvedených u kompenzované sítě - 111 -


Výhody:

- odpor v uzlu omezuje proudy při zemní poruše (zkratu) oproti účinně uzemněné síti - tím jsou podmínky pro dimenzování elektrických zařízení, uzemnění apod. příznivější než v účinně uzemněné síti - R tlumí přepětí - jednoznačné vyhodnocení zemní poruchy (součtový proud několika násobně vyšší než u vývodu bez poruchy a je přibližně ve fázi s UN obr. 6.11) Nevýhody: - při poruše se vypíná, nelze provozovat se zemní poruchou (zkratem) - náklady na odporník (oproti izolované síti nebo účinně uzemněné) V současné době se používají především kabely vn s izolací ze zesítěného polyethylenu (AXE.., CXE…). S kabely s papírovou izolací napuštěnou olejem se setkáváme pouze ve starých dožívajících sítích. U nově budovaných sítí využívajících XE kabely je poruchovost velmi nízká a začíná se prosazovat trend, že tyto kabelové sítě jsou uzemňovány také před zhášecí tlumivku.

6.2 Způsoby vyhodnocení zemních poruch Zjišťování zemních poruch v sítích vn lze rozdělit do dvou skupin, rozpoznání zemní poruchy "někde" v síti a zjištění vývodu se zemní poruchou. K těmto dvěma účelům se používají i různé druhy ochran, reagující na veličiny, které jsou charakteristické pro vývod se zemní poruchou. U sítí, které mohou být provozovány se zemní poruchou a mají malý rozsah, postačí obvykle pouhá informace o zemní poruše v síti. U sítí s povinností rychle vypínat při zemních poruchách jsou zemní ochrany jednotlivých vývodů podmínkou jejich bezpečného a spolehlivého provozu. Veličina, podle které v sítích s izolovaným uzlem nebo kompenzací zemních kapacitních proudů rozlišujeme mezi normálním stavem a stavem se zemní poruchou, je napětí uzlu sítě. Dosáhne-li v síti přechodový odpor jednofázové poruchy Rp takovou velikost, při které se napětí uzlu z prakticky nulové hodnoty zvýší nad stanovenou mez 33% fázového napětí, je tento stav považován za zemní spojení. Tomuto meznímu napětí uzlu v síti neodpovídá žádná stálá hodnota Rp . Čím větší je síť, tím nastane zemní spojení při menší hodnotě Rp. U sítí s kompenzací zemních kapacitních proudů pak postačí mnohem menší pokles přechodového odporu jedné fáze, aby napětí uzlu stouplo nad mez indikující zemní spojení, než u sítí s izolovaným uzlem. Překročení zvolené hladiny napětí uzlu sledují zemní relé (např. GV). Prakticky se napětí uzlu zjišťuje měřením napětí pomocných vinutí transformátorů napětí spojených do otevřeného trojúhelníka. Napětí na výstupu - 112 -


otevřeného trojúhelníka odpovídá součtu fázorů jednotlivých fázových napětí U N U A U B UC . Určení vývodu postiženého zemním spojením se provádí dvojím způsobem: - postupným odepínáním jednotlivých vývodů (ručně nebo automaticky), přičemž zemní spojení vymizí při odepnutí vývodu se zemním spojením - měřením jalových nebo činných nulových výkonů jednotlivých vývodů. Vývod se zemní poruchou se odlišuje od ostatních zdravých vývodů poruchovým proudem. Vzhledem k velikostem těchto proudů ve srovnání s proudy zátěže nelze ve většině případů jednoduše zjišťovat poruchový stav přímo měřením proudů jednotlivých fází, jako je tomu v sítích vvn, kde proudy zemních poruch většinou mnohonásobně překračují provozní proudy. Ke zjišťování postiženého vývodu se v sítích vn proto používají směrová výkonová nebo směrová nadproudová kritéria využívající veličiny jako netočivá složka proudu, netočivá složka výkonu. Ke zjišťování netočivé složky proudu vývodu se většinou používá tzv. součtové zapojení proudových transformátorů, v jejichž uzlu se uzavírá proud I  I A  IB  IC. 6.2.1 Síť s izolovaným uzlem U sítí s izolovaným uzlem platí, že součtový proud vývodu s poruchou má velikost danou rozdílem kapacitního proudu celé sítě a proudu vlastního vývodu (u sítě s jedním vývodem je tento proud nulový). U sítě na obr. 6.4 je součtový proud 1.vývodu při zemním spojení na tomto vývodu:

I 1  I kap  I kap1  j 3CU N  j 3C1U N Součtový proud zdravého vývodu č.2:

I  2   I kap 2   j 3C 2 U N Aby bylo možné využít pro zjištění vývodu se zemní poruchou proudové kriterium, musí platit pro každý vývod, že proud zemní ochrany se dostatečně liší při poruše na vlastním vývodu a mimo vývod Ikap  Ikapi. Tato podmínka však musí být splněna nejen při ideálním kovovém zemním spojení, ale i při zemních spojeních odporových. V mezním stavu při napětí uzlu sítě 33 % se vývodem s poruchou může uzavírat pouze 33 % kapacitního proudu sítě. V případě, že není splněna podmínka Ikap  Ikapi, velikost proudu vývodu i při poruše na vývodu i se výrazně neliší od velikosti proudu tohoto vývodu při poruše na jiném vývodu a nelze jednoznačně určit, zda zemní spojení vzniklo na vývodu i či nikoliv. V izolované síti se proto obvykle pro určení postiženého vývodu využívá směru jalového výkonu daného napětím uzlu a součtovým proudem (např. zemní ochrana GSS): Q  U N  I   sin  , kde  je úhel mezi UN a I.

- 113 -


U izolované sítě se směr proudu a tím i jalového výkonu vývodu s poruchou a bez poruchy jednoznačně liší (obr. 6.11). 6.2.2 Kompenzovaná síť U kompenzovaných sítí má součtový proud vývodu s poruchou velikost danou rozdílem kapacitního proudu celé sítě, kapacitního proudu vlastního vývodu a proudu zhášecí tlumivky (při úvaze, že odpor tlumivky je nulový). U sítě na obr. 6.7 je součtový proud 1.vývodu při zemním spojení na tomto vývodu:

I 1  I por  I kap1  j ( I kap  I L  I kap1 )  j3CU N  jU N / L  j3C1U N Součtový proud zdravého vývodu č.2:

I  2   I kap 2   j 3C 2 U N Obr. 6.11 Proudové poměry při zemním spojení v sítích vn

I1odp

UN

UN

IRN I1izol

IZT I1izol

I2

I1kom I2

Velikost a směr jalové složky proudu u vývodu s poruchou jsou závislé na vyladění sítě (velikosti IL) a na přechodovém odporu. U kompenzované sítě se směr proudu vývodu s poruchou a bez poruchy nemusí jednoznačně lišit (obr. 6.11). Proto se u těchto sítí používá jako kriterium zemní poruchy obvykle činný výkon (např. zemní ochrany GSC). Protože vlivem primárních nesymetrií v sítích i eventuálních nesymetrií ve vlastních proudových transformátorech či jejich zátěžích se uzlem proudových transformátorů uzavírá určitý "rušivý" proud, používá se u kompenzovaných sítí zvyšování proudu při trvajících zemních spojeních, které umožňuje, aby zemní ochrany byly nastaveny nad hodnoty těchto rušivých proudů. Toto zvyšování proudu se dociluje paralelním připínáním odporu k části sekundárního vinutí zhášecí tlumivky (viz obr. 6.7). Připnutím odporu RN k zhášecí tlumivce se zvýší proud v místě poruchy Ipor na hodnotu I/por (obr. 6.8.-b). Odpor se připíná automaticky po vyhodnocení trvalého zemního spojení (na dobu cca 2-3 s). Připojení odporu k tlumivce se projeví pouze na součtovém proudu vývodu se zemním spojením, součtový proud vývodu bez poruchy se nemění. - 114 -


6.2.3 Odporově uzemněná síť Jedním z důvodů pro zavádění těchto sítí je možnost jednoduchého zjišťování zemních poruch pomocí nadproudového kritéria. Vzhledem k velikostem jmenovitých proudů uzlových odporníků se nepředpokládá, že by proudy zemních poruch byly dostatečně nad proudy zátěže, a proto i u těchto sítí zemní ochrany vyhodnocují součtový proud (obr. 6.11). Jako u obvyklých nadproudových ochran je zapotřebí, aby minimální proud při poruše byl nad rozběhovou hodnotou ochrany. Druhou podmínkou je, aby toto nastavení bylo dostatečně nad součtovým proudem (vlastním kapacitním proudem vedení) při poruše mimo vlastní vedení. V současné době se v zahraničí začínají prosazovat nové způsoby vyhodnocení zemních poruch a indikace vývodu postiženého zemním spojením. Nové typy zemních ochran využívají tzv. admitanční princip. Nulová admitance jednotlivých vývodů je vypočítána jako podíl součtového proudu I a napětí UN. Vypočtené nulové admitance reprezentují kapacitu vývodů proti zemi. Hodnota nulové impedance se změní pouze u vývodu postiženého zemním spojením, u nepostižených vývodů se nemění. Některé nové systémy chránění (např. systém Swedish Neutral) jsou schopny plně vykompenzovat i zbytkový proud po kompenzaci kapacitních proudů tlumivkou, čímž „chrání“ postižené kabely před proražením a eliminují poškození dalších vývodů během přechodných přepětí.

- 115 -

6. Vliv způsobu provozu uzlu transformátoru na zemní poruchy

Recommend Documents