PNE 35 4220
PODNIKOVÁ NORMA ENERGETIKY
ČEZ distribuce, E.ON CZ, E.ON distribuce, PRE distribuce, ČEPS
Vysokonapěťová spínací a řídicí zařízení – Aplikační příručka pro používání normy IEC 62271-100, normy PNE IEC 62271-1 a dalších norem IEC sou- 35 4220 visejících s vypínači střídavého proudu
Odsouhlasení normy Konečný návrh podnikové normy energetiky pro rozvod elektrické energie odsouhlasily tyto organizace: ČEPS, a.s., ČEZDistribuce, a.s., E.ON Česká republika, s.r.o., E.ON Distribuce, a.s. a PREdistribuce, a.s.
Tato norma vychází z technické zprávy IEC/TR 62271-306 a platí pro vypínače střídavého proudu vnitřního a venkovního provedení pro použití v sítích s kmitočtem 50 Hz a 60 Hz o napětích nad 1 000 V. I když je norma IEC/TR 62271-306 určena pro vypínače, některé kapitoly (např. kapitola 5) platí obecně pro spínací a řídicí zařízení.
Předmluva Citované normy ČSN EN 62271-1 (35 4220) Vysokonapěťová spínací a řídicí zařízení - Část 1: Společná ustanovení ČSN EN 62271-101(35 4220) Vysokonapěťová spínací a řídicí zařízení - Část 101: Syntetické zkoušky ČSN EN 62271-104 (35 4220) Vysokonapěťová spínací a řídicí zařízení - Část 104: Spínače střídavého proudu pro jmenovitá napětí 52 kV a vyšší
Vypracování normy Zpracovatel: Ing. Ivan Hála, IČ 60494182 Pracovníci Komise pro technickou normalizaci při ČSRES: Ing. Pavel Kraják a Ing. Jaroslav Bárta
Návaznost: IEC/TR 62271-306 z roku 2012
Účinnost od: 2014-07-01 1
PNE 35 4220
Obsah Strana Oddíl A - Obecná část ......................................................................................................................................................... 10 A.1Obecně........................................................................................................................................................................... 10 A.1.1Rozsah platnosti .......................................................................................................................................................... 10 A.1.2Seznam zkratek .......................................................................................................................................................... 10 A.2Vývoj norem IEC pro vysokonapěťové vypínače ............................................................................................................ 10 A.3Klasifikace vypínačů ....................................................................................................................................................... 13 A.3.1Obecně........................................................................................................................................................................ 13 A.3.2Třídy E1 a E2 elektrické trvanlivosti ............................................................................................................................ 13 A.3.3Třídy C1 a C2 pro spínání kapacitního proudu ............................................................................................................ 14 A.3.4Třídy M1 a M2 mechanické trvanlivosti ....................................................................................................................... 14 A.3.5Třídy S1 a S2 .............................................................................................................................................................. 14 A.3.5.1Obecně..................................................................................................................................................................... 14 A.3.5.2Kabelová síť ............................................................................................................................................................. 15 A.3.5.3Síť venkovního vedení ............................................................................................................................................. 15 A.3.6Závěr ........................................................................................................................................................................... 15 Oddíl B - Volba vypínačů pro provoz (praktická část) .......................................................................................................... 16 B.1Všeobecně ..................................................................................................................................................................... 16 B.2Volba jmenovitých hodnot pro provozní podmínky ......................................................................................................... 16 B.2.1Místní atmosférické a klimatické podmínky ................................................................................................................. 16 B.2.2Volba jmenovitého napětí ............................................................................................................................................ 16 B.2.3Jmenovitá izolační hladina (viz též kapitola C.2) ......................................................................................................... 17 B.2.4Korekční činitel pro nadmořskou výšku (viz též kapitola C.3) ...................................................................................... 20 B.2.4.1Příklady použití korekčního činitele na nadmořskou výšku ...................................................................................... 20 B.2.5Jmenovitý kmitočet ...................................................................................................................................................... 21 B.2.5.1Obecně..................................................................................................................................................................... 21 B.2.5.2Použitelnost typových zkoušek při různých kmitočtech ............................................................................................ 21 B.2.5.2.1Zkoušky oteplení ................................................................................................................................................... 21 B.2.5.2.2Zkoušky krátkodobým a dynamickým výdržným proudem .................................................................................... 22 B.2.5.2.3Zkratové zapínací zkoušky .................................................................................................................................... 22 B.2.5.2.4Svorkové zkraty (přímé a syntetické zkoušky) ...................................................................................................... 22 B.2.5.2.5Blízké zkraty (přímé a syntetické zkoušky) ............................................................................................................ 23 B.2.5.2.6Spínání kapacitního proudu .................................................................................................................................. 23 B.2.6Jmenovitý proud (viz též kapitola C.4)......................................................................................................................... 23 B.2.6.1Obecně..................................................................................................................................................................... 23 B.2.6.2Proudovodná schopnost za různých podmínek okolní teploty a zatížení ................................................................. 24 B.2.6.2.1Obecně.................................................................................................................................................................. 24 B.2.2.6.2Schopnost přenášení nepřetržitého zatěžovacího proudu založená na skutečné okolní teplotě ........................... 24 B.2.6.2.3 Schopnost přenášení krátkodobého zatěžovacího proudu................................................................................... 25 B.2.7 Volba přechodného zotaveného napětí (TRV) ......................................................................................................... 26 B.2.8Volba jmenovitých hodnot pro poruchové podmínky - Volba jmenovité zkratové vypínací schopnosti (viz též kapitola C.7) .......................................................................................................................................................................... 27 2
PNE 35 4220 B.2.9Spínání v nesynchronním stavu (viz též kapitola C.8)................................................................................................. 28 B.2.10Spínání kapacitních proudů (viz též kapitola C.9) ..................................................................................................... 28 B.2.10.1Obecně .................................................................................................................................................................. 28 B.2.10.2Všeobecné úvahy týkající se aplikace.................................................................................................................... 29 B.2.10.2.1Obecně ............................................................................................................................................................... 29 B.2.10.2.2Maximální napětí pro aplikace............................................................................................................................. 29 B.2.10.2.3Jmenovitý kmitočet .............................................................................................................................................. 29 B.2.10.2.4Jmenovitý kapacitní proud .................................................................................................................................. 29 B.2.10.2.4.1Obecně ............................................................................................................................................................ 29 B.2.10.2.4.2Venkovní vedení a kabely ................................................................................................................................ 29 B.2.10.2.4.3Kondenzátorové a filtrační baterie.................................................................................................................... 29 B.2.10.2.5Napětí a podmínky uzemnění sítě....................................................................................................................... 29 B.2.10.2.6Chování vypínače při průrazech.......................................................................................................................... 29 B.2.10.2.7Třída vypínače .................................................................................................................................................... 30 B.2.10.2.8Přechodná přepětí a omezení přepětí ................................................................................................................. 30 B.2.10.2.8.1Obecně ............................................................................................................................................................ 30 B.2.10.2.8.2Přepětí ............................................................................................................................................................. 30 B.2.10.2.8.2.1Obecně.......................................................................................................................................................... 30 B.2.10.2.8.2.2Spínání kondenzátorových baterií ................................................................................................................. 30 B.2.10.2.8.2.2.1Obecně....................................................................................................................................................... 30 B.2.10.2.8.2.2.2Místní účinky .............................................................................................................................................. 30 B.2.10.2.8.2.2.3Vzdálené účinky ......................................................................................................................................... 30 B.2.10.2.8.2.3Spínání vedení a kabelů ............................................................................................................................... 31 B.2.10.2.8.2.3Omezení přepětí ........................................................................................................................................... 31 B.2.10.2.9Nezatížená venkovní vedení ............................................................................................................................... 31 B.2.10.2.9.1Obecně ............................................................................................................................................................ 31 B.2.10.2.9.2Nabíjecí proud vedení ...................................................................................................................................... 31 B.2.10.2.9.3Kompenzovaná venkovní vedení ..................................................................................................................... 31 B.2.10.2.9.4Zotavené napětí nezatíženého vedení ............................................................................................................. 31 B.2.10.2.10Kondenzátorové baterie .................................................................................................................................... 31 B.2.10.2.10.1Obecně .......................................................................................................................................................... 31 B.2.10.2.10.2Proud kondenzátorové baterie ....................................................................................................................... 32 B.2.10.2.11Spínání s vloženým transformátorem ................................................................................................................ 32 B.2.10.2.12Účinky přechodových proudů ............................................................................................................................ 32 B.2.10.2.12.1Obecně .......................................................................................................................................................... 32 B.2.10.2.12.2Působení celkového vybíjecího proudu kondenzátorové baterie ................................................................... 33 B.2.10.2.13Působení při spínání kapacitního proudu při zkratu .......................................................................................... 34 B.2.10.2.14Účinek zátěže.................................................................................................................................................... 34 B.2.10.2.15Účinek opětného zapínání ................................................................................................................................ 34 B.2.10.2.16Tepelné omezení rezistoru ................................................................................................................................ 34 B.2.10.2.17Volba použití různých druhů vypínačů .............................................................................................................. 34 B.2.10.2.17.1Obecně .......................................................................................................................................................... 34 B.2.10.2.17.2Olejové vypínače ............................................................................................................................................ 35 B.2.10.2.17.2.1Průrazy ........................................................................................................................................................ 35 3
PNE 35 4220 B.2.10.2.17.2.2Předzápaly .................................................................................................................................................. 35 B.2.10.2.17.3Vakuové vypínače .......................................................................................................................................... 35 B.2.10.2.17.3.1Průrazy ........................................................................................................................................................ 35 B.2.10.2.17.3.2 Neúplné průrazné výboje (NSDD) .............................................................................................................. 35 B.2.10.2.17.3.3Předzápaly .................................................................................................................................................. 35 B.2.10.2.17.4Vypínače SF6 ................................................................................................................................................. 35 B.2.10.2.17.4.1Průrazy ........................................................................................................................................................ 35 B.2.10.2.17.4.2Předzápaly .................................................................................................................................................. 36 B.2.10.2.17.5Tlakovzdušné vypínače .................................................................................................................................. 36 B.2.10.2.17.5.1Průrazy ........................................................................................................................................................ 36 B.2.10.2.17.5.2Předzápaly .................................................................................................................................................. 36 B.2.11Spínání induktivního proudu (viz též kapitola C.10) .................................................................................................. 36 B.2.11.1Obecně................................................................................................................................................................... 36 B.2.11.2Spínání kompenzační tlumivky ............................................................................................................................... 36 B.2.11.2.1Obecně ................................................................................................................................................................ 36 B.2.11.2.2Specifikace a volba vypínače .............................................................................................................................. 36 B.2.11.3Spínání motorů ....................................................................................................................................................... 37 B.2.11.3.1Obecně ................................................................................................................................................................ 37 B.2.11.3.2Specifikace vypínače........................................................................................................................................... 37 B.2.11.3.3Volba vypínače .................................................................................................................................................... 37 B.2.11.4Spínání nezatíženého transformátoru .................................................................................................................... 37 B.2.11.4.1Specifikace a volba vypínače .............................................................................................................................. 37 B.3Přeprava, skladování, montáž, provoz a údržba ............................................................................................................ 37 B.3.1Obecně........................................................................................................................................................................ 37 B.3.2Přeprava a skladování................................................................................................................................................. 37 B.3.3Montáž ........................................................................................................................................................................ 38 B.3.4Přejímky ...................................................................................................................................................................... 38 B.3.5Provoz ......................................................................................................................................................................... 39 B.3.6Údržba......................................................................................................................................................................... 40 B.4Plynotěsnost (viz též kapitola C.12) ............................................................................................................................... 40 B.4.1Specifikace .................................................................................................................................................................. 40 Oddíl C - Volba vypínačů pro provoz (teoretická část) ........................................................................................................ 41 C.1Obecně .......................................................................................................................................................................... 41 C.2Jmenovitá izolační hladina (viz též článek B.2.3) ........................................................................................................... 41 C.2.1Obecně ....................................................................................................................................................................... 41 C.2.2Namáhání podélným napětím ..................................................................................................................................... 43 C.2.3Postupy zkoušky výdržným impulsním napětím .......................................................................................................... 43 C.2.3.1Obecně .................................................................................................................................................................... 43 C.2.3.2Postup pro vysokonapěťové spínací přístroje .......................................................................................................... 43 C.2.4Dodatečná kritéria pro vyhodnocení zkoušky.............................................................................................................. 43 C.2.4.1Postup B .................................................................................................................................................................. 43 C.2.4.2Postup C .................................................................................................................................................................. 44 C.2.5Základní informace týkající se izolačních hladin a zkoušek ........................................................................................ 44 C.2.5.1Obecně .................................................................................................................................................................... 44 4
PNE 35 4220 C.2.5.2Izolace fáze-zem ...................................................................................................................................................... 44 C.2.5.3Izolace fáze-fáze ...................................................................................................................................................... 44 C.2.5.4Podélná izolace........................................................................................................................................................ 44 C.2.5.5Odpojovací dráha..................................................................................................................................................... 44 C.2.5.6Kombinované napěťové zkoušky ............................................................................................................................. 44 C.2.6Úvahy týkající se výdržného napětí při atmosférickém impulsu pro vakuová zhášedla .............................................. 45 C.2.6.1Obecně .................................................................................................................................................................... 45 C.2.6.2Zhoršení stavu v provozu ......................................................................................................................................... 45 C.2.6.3Zlepšení stavu v provozu ......................................................................................................................................... 46 C.3Korekční činitelé (viz též článek B.2.4) .......................................................................................................................... 46 C.3.1Korekční činitel na nadmořskou výšku ........................................................................................................................ 46 C.3.1.1Obecně .................................................................................................................................................................... 46 C.3.2Korekční činitel vlhkosti ............................................................................................................................................... 47 C.4Jmenovitý proud (viz též článek B.2.6) .......................................................................................................................... 48 C.4.1Obecně ....................................................................................................................................................................... 48 C.4.2Jmenovitý proud.......................................................................................................................................................... 48 C.4.3Proudovodná schopnost za různých podmínek okolní teploty a zatížení .................................................................... 49 C.4.4Obecně ....................................................................................................................................................................... 49 C.4.5Schopnost přenášení nepřetržitého zatěžovacího proudu založená na skutečné okolní teplotě ................................ 49 C.4.6 Schopnost přenášení krátkodobého zatěžovacího proudu ........................................................................................ 50 C.4.7Vliv nadmořské výšky místa montáže spínacího a řídicího zařízení ........................................................................... 50 C.5Zkoušky oteplení ............................................................................................................................................................ 51 C.5.1Vliv kmitočtu sítě na oteplení a zkoušky oteplení ........................................................................................................ 51 C.5.2Zkouška oteplení u vakuových vypínačů .................................................................................................................... 51 C.5.3Měření rezistance ....................................................................................................................................................... 51 C.6Přechodné zotavené napětí (TRV) (viz též článek B.2.7) .............................................................................................. 51 C.6.1Harmonizace zotavených napětí mezi IEC a IEEE ..................................................................................................... 51 C.6.1.1Obecně .................................................................................................................................................................... 51 C.6.1.2Podobnosti mezi normami ....................................................................................................................................... 52 C.6.1.3Rozdíly mezi normami ............................................................................................................................................. 52 C.6.1.4Důležitost harmonizace TRV ................................................................................................................................... 53 C.6.2Počáteční přechodné zotavené napětí (ITRV) ............................................................................................................ 53 C.6.2.1Základy pro specifikaci ............................................................................................................................................. 53 C.6.2.2Tvary ITRV ............................................................................................................................................................... 53 C.7Volba jmenovitých hodnot pro poruchové podmínky (viz též článek B.2.8) ................................................................... 55 C.7.1Svorkové zkraty .......................................................................................................................................................... 55 C.7.1.1Obecně .................................................................................................................................................................... 55 C.7.1.2Prokázání doby hoření oblouku ............................................................................................................................... 56 C.7.1.3Charakteristiky zotaveného napětí ........................................................................................................................... 56 C.7.1.3.1Hodnoty strmosti nárůstu zotaveného napětí a časová zpoždění ......................................................................... 56 C.7.1.3.2Činitelé amplitudy.................................................................................................................................................. 56 C.7.1.3.3Vhodnost použití vypínače o určitém jmenovitém zkratovém proudu pro použití pro nižší zkratové požadavky ... 56 C.7.2Blízké zkraty ............................................................................................................................................................... 57 C.7.2.1Požadavky na blízké zkraty ..................................................................................................................................... 57 5
PNE 35 4220 C.7.2.2Základní údaje pro specifikaci .................................................................................................................................. 57 C.7.3Dvojité zemní spojení .................................................................................................................................................. 58 C.7.3.1Základy pro specifikaci ............................................................................................................................................. 58 C.8Spínání v nesynchronním stavu (viz též článek B.2.9) ................................................................................................... 58 C.8.1Referenční podmínky sítě ........................................................................................................................................... 58 C.8.1.1Obecně .................................................................................................................................................................... 58 C.8.1.2Případ A ................................................................................................................................................................... 59 C.8.1.3Případ B ................................................................................................................................................................... 59 C.9Spínání kapacitních proudů (viz též článek B.2.10) ....................................................................................................... 60 C.9.1Obecná teorie spínání kapacitního proudu ................................................................................................................. 60 C.9.1.1Vypínání kapacitní zátěže ........................................................................................................................................ 60 C.9.1.1.1Kondenzátorové baterie ........................................................................................................................................ 60 C.9.1.1.1.1Obecně .............................................................................................................................................................. 60 C.9.1.1.1.2Kapacitní proud .................................................................................................................................................. 60 C.9.1.1.1.3Zotavené napětí ................................................................................................................................................. 61 C.9.1.1.2Nezatížené kabely................................................................................................................................................. 64 C.9.1.1.2.1Nabíjecí proud kabelu ........................................................................................................................................ 64 C.9.1.1.3Nezatížená venkovní vedení ................................................................................................................................. 64 C.9.1.1.3.1Nekompenzovaná venkovní vedení ................................................................................................................... 64 C.9.1.1.3.1.1Nabíjecí proud vedení ..................................................................................................................................... 64 C.9.1.1.3.2Kompenzovaná venkovní vedení ....................................................................................................................... 64 C.9.1.1.3.2.1Obecně ........................................................................................................................................................... 64 C.9.1.1.3.3Spínání proudů nezatížených dlouhých vedení ................................................................................................. 65 C.9.1.1.4Činitelé napětí pro zkoušky spínání kapacitního proudu ....................................................................................... 65 C.9.1.2Zapínání kapacitní zátěže ........................................................................................................................................ 66 C.9.1.2.1Obecně ................................................................................................................................................................. 66 C.9.1.2.2Kondenzátorové baterie ........................................................................................................................................ 66 C.9.1.2.2.1Obecně .............................................................................................................................................................. 66 C.9.1.2.2.2Jednotková kondenzátorová baterie .................................................................................................................. 67 C.9.1.2.2.3Skupinová kondenzátorová baterie .................................................................................................................... 67 C.9.1.2.3Kabely ................................................................................................................................................................... 67 C.9.1.2.3.1Obecně .............................................................................................................................................................. 67 C.9.1.2.3.2Plně kompenzovaný kabel ................................................................................................................................. 67 C.9.1.2.3.3Částečně kompenzovaný kabel ......................................................................................................................... 67 C.9.1.2.3.4Shrnutí ............................................................................................................................................................... 67 C.9.1.2.4Nárazový proud kabelu ......................................................................................................................................... 68 C.9.1.2.4.1Obecně .............................................................................................................................................................. 68 C.9.1.2.5Připojování a odpojování venkovních vedení ........................................................................................................ 69 C.9.2Neúplné průrazné výboje (NSDD) ............................................................................................................................... 69 C.9.3Úvahy týkající se kapacitních proudů a zotavených napětí při zkratu ......................................................................... 69 C.9.3.1Činitelé napětí a proudu ........................................................................................................................................... 69 C.9.3.2Důvody, proč nejsou tyto konkrétní zkoušky povinně zavedeny v normě ................................................................ 69 C.9.3.3Příspěvek kondenzátorové baterie do zkratu ........................................................................................................... 70 C.9.3.4Spínání venkovních vedení v přítomnosti zkratu ...................................................................................................... 70 6
PNE 35 4220 C.9.3.5 Spínání kondenzátorových baterií v přítomnosti zkratu .......................................................................................... 70 C.9.3.5.1Obecně ................................................................................................................................................................. 70 C.9.3.6 Spínání kabelů v přítomnosti zkratu ........................................................................................................................ 70 C.9.3.7Příklady možných použití ......................................................................................................................................... 70 C.9.4Vysvětlující poznámky týkající se zkoušek spínání kapacitního proudu ..................................................................... 71 C.9.4.1Obecně .................................................................................................................................................................... 71 C.9.4.2 Chování vypínače při průrazech ............................................................................................................................. 71 C.9.4.3Postup zkoušky ........................................................................................................................................................ 71 C.10Spínání induktivního proudu (viz též článek B.2.11) .................................................................................................... 71 C.10.1Obecně ..................................................................................................................................................................... 71 C.10.2Spínání kompenzační tlumivky ................................................................................................................................. 71 C.10.2.1Obecně .................................................................................................................................................................. 71 C.10.2.2Přepětí způsobené utržením proudu ...................................................................................................................... 72 C.10.2.3Omezení přepětí .................................................................................................................................................... 73 C.10.3Spínání motorů ......................................................................................................................................................... 74 C.10.3.1Obecně .................................................................................................................................................................. 74 C.10.3.2Přepětí způsobená utržením proudu a znovuzápaly .............................................................................................. 76 C.10.3.3Eskalace napětí ..................................................................................................................................................... 76 C.10.3.4Virtuální utržení proudu .......................................................................................................................................... 76 C.10.3.5Omezení přepětí .................................................................................................................................................... 76 C.10.4Spínání nezatíženého transformátoru ....................................................................................................................... 77 C.10.4.1Obecně .................................................................................................................................................................. 77 C.10.4.2Přepětí ................................................................................................................................................................... 78 C.10.4.3Omezování přepětí ................................................................................................................................................ 78 C.10.5Charakteristiky kompenzační tlumivky ...................................................................................................................... 78 C.10.5.1Obecně .................................................................................................................................................................. 78 C.10.5.2Tlumivky o napětích 72,5 kv a vyšších................................................................................................................... 78 C.10.5.3Kompenzační tlumivky o jmenovitých napětích nižších než 72,5 kV...................................................................... 79 C.10.6Charakteristiky sítě a elektrické stanice .................................................................................................................... 80 C.10.6.1Obecně .................................................................................................................................................................. 80 C.10.6.2Charakteristiky sítě ................................................................................................................................................ 80 C.10.6.3Charakteristiky elektrické stanice ........................................................................................................................... 80 C.11Různá opatření pro vypínací zkoušky .......................................................................................................................... 81 C.11.1Energie potřebná pro ovládání pro jmenovitý sled spínání při zkratových zapínacích a vypínacích zkouškách ....... 81 C.11.2Alternativní pohony ................................................................................................................................................... 81 C.11.2.1Obecně .................................................................................................................................................................. 81 C.11.2.2Závěry .................................................................................................................................................................... 82 C.12Plynotěsnost (viz též kapitola B.4) ............................................................................................................................... 82 C.12.1Zkoušení ................................................................................................................................................................... 82 Oddíl D - Vysvětlující poznámky týkající se stejnosměrné časové konstanty jmenovitého zkratového vypínacího proudu u vysokonapěťových vypínačů .................................................................................................................................... 83 D.1Obecně .......................................................................................................................................................................... 83 D.2Zvláštní časové konstanty.............................................................................................................................................. 83 Oddíl E - Vysvětlující poznámky týkající se změn TRV pro vypínače o jmenovitém napětí nad 1 kV do 100 kV ............... 85 E.1Všeobecně ..................................................................................................................................................................... 85 7
PNE 35 4220 E.2Svorkový zkrat................................................................................................................................................................ 85 E.2.1TRV pro vypínače v sítích venkovního vedení ............................................................................................................ 85 E.2.2Doba zpoždění ............................................................................................................................................................ 85 E.2.3Činitel amplitudy pro T100s a T100a ........................................................................................................................... 86 E.2.4Činitel amplitudy pro T60, T30 a T10 .......................................................................................................................... 86 E.3Blízké zkraty ................................................................................................................................................................... 86 E.4Nesynchronní stav ......................................................................................................................................................... 87 E.5Zkraty omezené sériovými reaktory ............................................................................................................................... 87 E.6TRV pro poslední vypínající pól / Uspořádání zkušebního obvodu ................................................................................ 87 Oddíl F - Historie vývoje vypínačů ...................................................................................................................................... 88 Oddíl G - Bibliografie ........................................................................................................................................................... 89 Tabulka B.1 - Jmenovité izolační hladiny pro jmenovitá napětí řady I, rozsahu I.............. Chyba! Záložka není definována. Tabulka B.2 - Jmenovité izolační hladiny pro jmenovitá napětí rozsahu II ....................... Chyba! Záložka není definována. Tabulka B.3 – Zkoušky oteplení ....................................................................................... Chyba! Záložka není definována. Tabulka B.4 – Zkoušky krátkodobým výdržným proudem ................................................ Chyba! Záložka není definována. Tabulka B.5 – Zkoušky dynamickým výdržným proudem ................................................. Chyba! Záložka není definována. Tabulka B.6 – Zkoušky krátkodobým výdržným proudem ................................................ Chyba! Záložka není definována. Tabulka B.7 – Svorkové zkraty: Souměrný zkušební sled ................................................ Chyba! Záložka není definována. Tabulka B.8 - Svorkové zkraty: Nesouměrný zkušební sled ............................................. Chyba! Záložka není definována. Tabulka B.9 – Blízké zkraty .............................................................................................. Chyba! Záložka není definována. Tabulka B.10 – Spínání kapacitního proudu ..................................................................... Chyba! Záložka není definována. Tabulka B.11 – Vztah mezi účiníkem nakrátko, časovou konstantou a průmyslovým kmitočtem ..........Chyba! Záložka není definována. Tabulka C.1 – Třídy a tvary přepětí .................................................................................. Chyba! Záložka není definována. Tabulka C.2 – Hodnoty pro m pro různé tvary napětí ....................................................... Chyba! Záložka není definována. Tabulka C.3 – Maximální okolní teplota v závislosti na nadmořské výšce (IEC 60943) ... Chyba! Záložka není definována. Tabulka C.4 - Normalizované hodnoty počátečního přechodného zotaveného napětí Jmenovitá napětí 100 kV a vyšší .............................................................................................................................. Chyba! Záložka není definována. Tabulka C.5 – Příklad porovnání jmenovitých hodnot s aplikačními hodnotami (Ur = 420 kV) ..............Chyba! Záložka není definována. Tabulka C.6 – Činitelé napětí pro jednofázové zkoušky spínání kapacitního proudu ....... Chyba! Záložka není definována. Tabulka C.7 – Omezení přepětí způsobených utřením proudu a znovuzápaly u kompenzačních tlumivek .. Chyba! Záložka není definována. Tabulka C.8 – Hodnocení metod omezení přepětí způsobených znovuzápaly u spínání motorů..........Chyba! Záložka není definována. Tabulka C.9 - Typické charakteristiky kompenzační tlumivky ........................................... Chyba! Záložka není definována. Tabulka C.10 – Charakteristiky připojení pro instalace kompenzační tlumivky................. Chyba! Záložka není definována. Tabulka C.11 – Hodnoty kapacit různých zařízení elektrické stanice ............................... Chyba! Záložka není definována. Obrázek B.1 – Elektrická stanice, ve které dojde k velkým přechodným nárazovým proudům přes vypínače způsobeným paralelními kondenzátorovými bateriemi ..................................................... Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.1 – Model průrazného výboje na vnější izolaci spínacího a řídicího zařízení o jmenovitých napětích nad 1 kV do 52 kV včetně ................................................................................................. Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.2 – Porovnání norem IEEE, IEC a harmonizovaných TRV, příklad pro 145 kV při 100 % Isc s kpp = 1,3 . Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.3 – Znázornění ITRV a TRV svorkového zkratu ............................................. Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.4 – Znázornění sítě s dvoufázovým zemním spojením................................... Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.5 – Typické uspořádání sítě pro vypínání v nesynchronním stavu pro případ AChyba! Záložka není definována. 8
PNE 35 4220 Obrázek C.6 – Typické uspořádání sítě pro vypínání v nesynchronním stavu pro případ BChyba! Záložka není definována. Obrázek C.7 – Jednofázový ekvivalentní obvod pro vypínání kapacitního proudu ........... Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.8 – Průběhy napětí a proudu při vypínání kapacitního proudu ....................... Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.9 - Průběhy napětí a proudu v případě průrazu ............................................. Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.10 – Nárůst napětí následnými průrazy .......................................................... Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.11 – Zotavené napětí prvního vypínajícího pólu při vypnutí třífázové neúčinně uzemněné kapacitní zátěžeChyba! Záložka není definována. Obrázek C.12 – Zkrat v blízkosti kondenzátorové baterie ................................................ Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.13 – Obecný případ spínání kompenzační tlumivky ....................................... Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.14 – Jev utržení proudu .................................................................................. Chyba! Záložka není definována. Obrázek C.15 – Ekvivalentní obvod motoru ..................................................................... Chyba! Záložka není definována. Obrázek F.1 – Roky uvádění do provozu různých druhů vypínačů .................................. Chyba! Záložka není definována.
9
PNE 35 4220
Oddíl A - Obecná část A.1 Obecně A.1.1 Rozsah platnosti Tato norma PNE, která vychází z IEC/TR 62271-306 platí pro vypínače střídavého proudu vnitřního a venkovního provedení pro použití v sítích s kmitočtem 50 Hz a 60 Hz o napětích nad 1 000 V. POZNÁMKA I když je tato norma určena pro vypínače, některé kapitoly (např. kapitola 5) platí obecně pro spínací a řídicí zařízení.
Tato norma je určena rozvodným podnikům, průmyslovým technikům, kteří specifikují a používají vysokonapěťové vypínače, vývojovým inženýrům, zkušebním technikům a technikům pracujícím v oblasti normalizace a poskytuje základní informace týkající se předpisů a hodnot uvedených v normě a obsahuje tak vysvětlení pro aplikaci norem IEC 62271-100 a IEC 62271-1, souvisejících norem a technických zpráv z oblasti vysokonapěťových vypínačů. Předpisy pro vypínače s úmyslnou nesoučasností mezi póly jsou uvedeny v IEC 62271-302. Tato norma neplatí pro vypínače určené pro elektrickou trakci, pro které platí IEC 60077. Tato norma neplatí pro generátorové vypínače instalované mezi generátorem a zvyšovacím transformátorem. Pro vypínače s odpojovací funkcí platí IEC 62271-108. Pro paralelní spínače střídavého proudu sériových kondenzátorů a jejich ochranná zařízení tato norma neplatí. Pro tyto spínače platí IEC 62271-109 a IEC 60143-2. A.1.2 Seznam zkratek TRV (transient recovery voltage)
přechodné zotavené napětí
ITRV (initial transient recovery voltage) počáteční přechodné zotavené napětí SLF (short-line fault)
blízký zkrat
NSDD (non-sustained disruptive discharge)
neúplý průrazný výboj
EMC (electromagnetical compatibility) elektromagnetivká kompatibilita
A.2 Vývoj norem IEC pro vysokonapěťové vypínače Často se opakují dotazy týkající se interpretace norem IEC 62271-100 a IEC 62271-1. Ve většině případů tyto dotazy vznikají z neznalosti původu hodnot a požadavků uvedených v těchto normách. V Bibliografii je uveden vybraný počet vhodných publikací. Je však třeba si uvědomit, že technika vysokonapěťových vypínačů se soustavně zlepšuje a bude tomu tak i v budoucnu. Proto je jako zdroj informací vhodné přednostně používat publikace obsahující informace o chování sítě, jako jsou podmínky spínání, přechodných jevů atd. a ne informace o konstrukci spínacího zařízení. Vzhledem k tomu, že použití normalizovaného zařízení je všeobecně hospodárnější než použití speciální konstrukce, bude tato aplikační příručka sloužit technikům rozvodných a průmyslových podniků při volbě vhodných jmenovitých hodnot tak, aby odpovídaly jejich potřebám a požadavkům. Pomůže jim při specifikaci jejich vypínačů zvolit správné jmenovité hodnoty. Bude přitom respektován budoucí vývoj sítí a skutečnost, že současné vysokonapěťové vypínače jsou konstruovány a dodávány se životností několika desetiletí. Je třeba konstatovat, že některé podmínky mohou vyvolat požadavky, které neodpovídají normám pro vypínače. V těchto případech tato norma napomůže specifikovat různé jmenovité hodnoty nebo možné dodatečné zkoušky pro ověření vhodnosti vypínače pro konkrétní aplikace nebo podmínky. Normy mají odpovídat danému účelu, tzn., že by měly vyhovovat všeobecným požadavkům sítě tak, aby bylo zajištěno, že instalované zařízení pracuje správně. I když je nutné konstatovat, že 100 % požadavků provozních podmínek nemůže být pokryto, dlouhodobé zkušenosti s normami pro vysokonapěťová spínací zařízení ukazují, že podmínky sítě jsou všeobecně odpovídajícím způsobem pokryty. Při jejich revizi však musí být respektována zpětná vazba z provozu a nové směry vývoje zařízení a rozvoje sítě, což pro normalizaci znamená neustálý proces. Tato norma bude základem pro poskytnutí potřebných informací týkajících se pozadí změn v normách. 10
PNE 35 4220
Spolu s rozvojem přenosových a distribučních sítí a s vývojem vysokonapěťových vypínačů bylo nutné vypracovat normy pro vypínače, nejprve na národní úrovni. Např. již v roce 1923 vzniklo první vydání britské normy B.S.S. č. 116 pro vypínače. Na konci dvacátých let dvacátého století byla zjištěna potřeba mezinárodní dohody pro specifikaci vysokonapěťových vypínačů, zvláště s ohledem na jejich chování při zkratu. To vedlo k ustanovení „IEC Advisory Committee č. 17“, která se poprvé sešla ve Stockholmu v roce 1930 a navrhla některá předběžná doporučení pro mezinárodní normalizaci vypínačů. Po řadě svolaných jednání byla v létě 1937 vydána první mezinárodně schválená norma IEC č.56 „Vypínače střídavého proudu, kapitola I, Pravidla pro podmínky při zkratech“, která se stal základem pro národní normy. První vydání IEC 56 bylo dvojjazyčné a mělo 55 stran. Již ve stejné době vznikla potřeba mít k dispozici osvědčení o zkouškách vydaných zkušebnami potvrzující shodu se specifikací normy. Druhá světová válka přerušila další práce na normách IEC pro vypínače. V roce 1954 vzniklo druhé vydání, které vycházelo z prvního vydání. Bylo doporučeno, aby IEC 56 měla pět kapitol v následujícím pořadí: Kapitola I
Zkratové podmínky. První vydání IEC 56 má být revidováno a rozšířeno do druhého vydání.
Kapitola II
Normální zatěžovací podmínky. Část 1 – Oteplení Část II – Pracovní podmínky
Kapitola III
Pevnost izolace
Kapitola IV
Volba vypínačů pro provoz
Kapitola V
Údržba vypínače v provozu
Ve skutečnosti se druhé vydání, stejně jako první vydání, nedostalo za kapitolu I. Bylo dvojjazyčné a celkově mělo 77 stran. Podle svého rozsahu platnosti pokrývalo vypínače střídavého proudu o napětí 1 000 V a vyšším. Mezi hlavní charakteristiky patřilo: – vypínací schopnost byla vyjádřena v MVA dvěma hodnotami, jednou pro souměrný a druhou pro nesouměrný vypínací proud; – TRV bylo jednofrekvenční. Překmit nebo vrcholová hodnota a kmitočet TRV nebo strmost nárůstu nebyly předepsány, ale měly být vyhodnoceny při zkouškách; – činitel prvního vypínajícího pólu byl všeobecně 1,5. V poznámce však byla pro vypínače v uzemněných sítích dovolena hodnota 1,3; – rozdíl mezi 50 Hz a 60 Hz nečinil problém, protože pro zapínací a vypínací zkoušky byla tolerance kmitočtu 25 %; – zkratové vypínací zkoušky sestávaly ze zkušebních sledů 1 až 5 s 10 %, 30 %, 60 a 100 % jmenovitého souměrného a jmenovitého nesouměrného vypínacího proudu. Třetí vydání vzniklo v roce 1971 s novým uspořádáním. Platilo pro vysokonapěťové vypínače střídavého proudu o jmenovitém napětí nad 1 000 V a mělo šest částí vydaných jako samostatné publikace: Publikace 56-1:
Část 1: Všeobecně a definice
Publikace 56-2:
Část 2: Jmenovité hodnoty
Publikace 56-3:
Část 3: Provedení a konstrukce
Publikace 56-4:
Část 4: Typové zkoušky a kusové zkoušky
Publikace 56-5:
Část 5: Pravidla pro volbu vypínače pro provoz
Publikace 56-6:
Část 6: Informace v poptávkách, nabídkách a objednávkách a pravidla pro přepravu, montáž a údržbu
11
PNE 35 4220
IEC 56 měla v době vydání 294 stran, ale během následujících let bylo přidáno velké množství příloh. Nesynchronní stav byl zaveden v samostatné publikaci IEC 267. Třetí vydání představovalo první úplnou normu IEC pro vysokonapěťové vypínače obsahující původně zamýšlené cíle. Obsahovala také všeobecné požadavky, které jsou nyní zahrnuty v IEC 62271-1. V porovnání s druhým vydáním bylo zavedeno velké množství změn: – poprvé byly specifikovány mechanické zkoušky, zkoušky izolačních vlastností, zkoušky pomocných a řídicích obvodů, zkoušky oteplení atd.; – pro jmenovitý a vypínací proud byla použita řada R10; – bylo použito dvouprametrové znázornění TRV (poprvé byl zde tento termín použit) a byly zavedeny definice, které se používají dosud; – pro jmenovitá napětí do 100 kV platí činitel prvního vypínajícího pólu 1,5 a pro napětí 123 kV a vyšší platí alternativně 1,3 nebo 1,5; – strmost nárůstu TRV napájecí strany pro napětí 123 kV a vyšší pro svorkový zkrat pro TD 4 je 1,0 kV/s, pro TD 3 je 2,0 kV/s, pro TD 2 je 5,0 kV/s; – byly zavedeny blízké zkraty. Předepsaná vlnová impedance je 480 pro 1 vodič/fázi (52 - 245 kV < 40 kA), 375 pro 2 vodiče/fázi a 330 pro 3 a 4 vodiče na fázi. Překmit pro stranu vedení je 1,7; 1,6 nebo 1,5. Strmost nárůstu strany zdroje je 0,67 kV/s; – byly předepsány zkoušky spínání kapacitního proudu (nezatížená vedení a kabely, jednotkové kondenzátorové baterie); – byly definovány nejen postupy typových zkoušek, ale také postupy kusových zkoušek. Čtvrté vydání IEC 56 z roku 1987 odpovídalo uspořádání třetího vydání. Pro zabrání duplicit požadavků v různých normách pro vysokonapěťové spínací přístroje byla však IEC 56 redukována na ty požadavky, které platí konkrétně pro vypínače střídavého proudu. Společná ustanovení pro spínací a řídicí zařízení byla v roce 1980 vydána samostatná norma s označením IEC 694. Čtvrté vydání IEC 60056 bylo obsaženo v jedné publikaci o 329 stranách. Z hlediska uvedení do souladu se skutečnými provozními podmínkami byly zavedeny některé významné změny: – vzhledem k tomu, že všechny sítě o jmenovitém napětí 245 kV a vyšším jsou účinně uzemněny, byl pro tuto napěťovou hladinu předepsán činitel prvního vypínajícího pólu 1,3. Pro 100 kV až 170 kV byly předepsány alternativní hodnoty 1,3 a 1,5; – na základě výzkumů velkého počtu sítí byla zvýšena strmost nárůstu TRV na 2,0 kV/s pro 100 %, 3,0 kV/s pro 60 % a 5,0 kV/s pro 30 % jmenovitého vypínacího proudu; – z hlediska respektování vzájemného působení vodičů fáze vedení vlivem sil zkratového proudu, které způsobují, že nastane situace podobná jako pro jeden vodič, byla pro všechny zkoušky blízkého zkratu předepsána jednotná vlnová impedance 450 . Překmit pro stranu vedení je 1,6; strmost nárůstu na straně zdroje je 2,0 kV/s; – pro jmenovitá napětí 100 kV a vyšší bylo zavedeno počáteční přechodné zotavené napětí (ITRV); – byly zavedeny požadavky na nesynchronní stav; – pro ověření bezprůrazového chování při vypínání kapacitního proudu byl zvýšen počet zkoušek na zkušební sled; – také byl zvýšen počet funkcí při mechanických typových zkouškách z 1 000 na 2 000. A IEC 60056 se dále rozrůstala. Čtvrté vydání bylo revidováno a výsledkem bylo první vydání IEC 62271-100 z roku 2001. První vydání IEC 62271-100 mělo 575 stran. Uspořádání dokumentu bylo zachováno, ale jeho obsah byl revidován tak, aby respektoval zkušenosti z provozu a požadavky rozvodných podniků: – s ohledem na mechanickou a elektrickou (pro vysoké napětí) trvanlivost a charakteristiky z hlediska průrazů při spínání kapacitní zátěže byla zavedena klasifikace vypínačů; – pro velmi malou pravděpodobnost průrazů při spínání kapacitního proudu byly předepsány mnohem přísnější podmínky; – byl omezen počet zkušebních vzorků pro typové zkoušky; – některé zkušební postupy byly předepsány podrobněji; 12
PNE 35 4220
– zvláště byly zavedeny zkoušky kritických proudů a zkoušky jednofázového a dvoufázového zemního spojení; – prakticky pro všechny hodnoty při typových zkouškách byly zavedeny tolerance; – pro různé hladiny jmenovitého napětí byly zavedeny zvláštní časové konstanty delší než 45 ms. První vydání IEC 62271-100 bylo revidováno a druhé vydání vzniklo v roce 2008. Byly zavedeny následující hlavní změny: – zavedení harmonizovaného (IEC a IEEE) tvaru TRV pro jmenovitá napětí 100 kV a vyšší (změna 1 k prvnímu vydání); – zavedení příslušných TRV pro jmenovitá napětí nižší než 100 kV u kabelových sítí a venkovního vedení (změna 2 k prvnímu vydání); – připojení IEC 61633 (Návod pro provádění zkratových a spínacích zkoušek kovově krytých vypínačů a vypínačů s uzemněnou nádobou) a IEC 62271-308 (Návod pro provádění nesymetrického zkratového vypínacího zkušebního sledu T100a). IEC 694 zahrnovala společná ustanovení pro zařízení spadající do činnosti subkomisí IEC SC 17A a SC 17C, jako jsou vypínače, odpojovače a uzemňovače, spínače a jejich kombinace s ostatními zařízeními, plynem izolované rozváděče atd. Tyto specifikace se týkaly hlavně normálních a zvláštních pracovních podmínek, jmenovitých hodnot a zkoušek elektrické pevnosti, jmenovitého a zkratového proudu pomocných a řídicích obvodů a společných ustanovení pro provedení a konstrukci. První vydání mělo 78 stran. Zkušenost s touto normou předepisující společná ustanovení byly velmi pozitivní. Při rozhodnutí o revizi IEC 694 byl respektován požadavek na zahrnutí položek, které doposud nebyly v normách zahrnuty. Velmi málo změn nebo úprav doznaly stávající kapitoly z prvního vydání. Druhé vydání s názvem „Společná ustanovení pro vysokonapěťová spínací a řídicí zařízení“ vydané v roce 1996 s označením IEC 60694 obsahovalo, mimo jiné, nové kapitoly, které pojednávaly o bezpečnostních hlediscích elektrické, mechanické tepelné a provozní povahy. Ty měly hlavně dopad na pravidla pro návrh a konstrukci, stejně jako na zkoušky, které nyní také zahrnovaly body, jako je blokování, indikace polohy, stupeň ochrany krytem a těsnost. Novou a důležitou položkou, která byla zavedena byla elektromagnetická kompatibilita (EMC). Tato revize samozřejmě přihlížela k provozním a zkušebním zkušenostem, které byly shromážděny na základě prvního vydání. Např. byl omezen počet zkušebních vzorků, byly upřesněny podmínky pro identifikaci zkušebního předmětu a byla upřesněna kritéria pro posouzení zkoušky. Druhé vydání IEC 60694 bylo revidováno a vydáno v roce 2007 jakožto první vydání IEC 62271-1. Výrobci, uživatelé a zkušební laboratoře uznali, že spolehlivost vysokonapěťových spínacích zařízení má zásadní význam pro bezpečnost a pohotovost dodávky elektrické energie. Celková vysoká hladina spolehlivosti a výkonnosti, která je dnes běžná, má kořeny ve velmi dobré kvalitě norem pro vysokonapěťová spínací a řídicí zařízení. Tyto normy jsou průběžně modernizovány tak, aby odrážely skutečný stav daných technologií.
A.3 Klasifikace vypínačů A.3.1 Obecně IEC 62271-100 definuje následující třídy vypínačů: – Třída E1 a E2 elektrické trvanlivosti je definována v 3.4.112 a 3.4.112 z IEC 62271-100:2008; – Třída C1 a C2 pro spínání kapacitního proudu je definována v 3.4.114 a 3.4.115 z IEC 62271-100:2008; – Třída M1 a M2 mechanické trvanlivosti je definována v 3.4.116 a 3.4.117 z IEC 62271-100:2008; – Třída S1 a S2 pro konkrétní aplikace sítě je definována v 3.4.119 a 3.4.120 z IEC 62271-100:2008. V této kapitole je podrobně pojednáno o různých třídách a jejich konkrétní aplikaci. A.3.2 Třídy E1 a E2 elektrické trvanlivosti Pro vypínače o jmenovitých napětích 52 kV jsou definovány dvě třídy: – Třída E1: základní elektrická trvanlivost; – Třída E2: elektrická trvanlivost zahrnující předpokládanou životnost vypínače. Vypínač třídy E1 má základní elektrickou trvanlivost, zatímco vypínač třídy E2 je konstruován tak, že po dobu jeho očekávané životnosti nevyžaduje údržbu částí hlavního obvodu sloužících k přerušení obvodu.
13
PNE 35 4220
V IEC 62271-100 nejsou pro vypínač o jmenovitých napětích > 52 kV stanoveny žádné povinné požadavky na elektrickou trvanlivost. V IEC 62271-310 je třída E2 definována pro vypínače > 52 kV stejně jako pro vypínače 52 kV. To platí pro vypínače použité ve venkovních vedeních. IEC 62271-310 zamýšlí jednotný zkušební postup pro tuto třídu E2. Třída E2 je určena pro vypínače s minimální údržbou vypínače použitého v aplikacích s častým spínáním zkratového proudu. A.3.3 Třídy C1 a C2 pro spínání kapacitního proudu Jsou definovány dvě třídy: – Třída C1: malá pravděpodobnost průrazů; – Třída C2: velmi malá pravděpodobnost průrazů. Termín „bezprůrazový“ byl z normy vypuštěn, protože neodpovídá fyzikální realitě. Norma zavádí termín “pravděpodobnost průrazů“ při typových zkouškách odpovídající jisté pravděpodobnosti průrazů v provozu, která, jak je vysvětleno v příloze K z IEC 62271-100:2008, závisí na mnoha parametrech. Proto tento termín nemůže být v provozu kvantifikován. Hlavním rozdílem v průrazovém chování mezi třídami C1 a C2 při typových zkouškách je počet zkušebních funkcí a dovolený počet průrazů. U třídy C1 je dovolen jeden průraz při celkovém počtu 48 provedených zkušebních funkcí. Pokud se objeví dva průrazy, musí být zkušební série opakována s tím, že je dovolen pouze jeden dodatečný průraz. U třídy C1 se zkoušky provádějí po přípravné zkoušce sestávající ze tří vypnutí při 60 % jmenovitého zkratového proudu. Při celkovém počtu požadovaných zkušebních funkcí nesmí dojít k žádnému průrazu. Pokud se objeví jeden průraz, musí být zkušební série opakována s tím, že se nesmí objevit žádný průraz. Volba uživatele mezi třídou C1 a C2 závisí na: – provozních podmínkách; – četnosti spínání; – důsledcích průrazu na vypínač nebo síť. Třída C1 je vhodná pro vypínače vysokého napětí a vypínače použité při málo častém spínání přenosových vedení nebo kabelů. Třída C2 se doporučuje pro vypínače kondenzátorových baterií a vypínače použité pro časté spínání přenosových vedení a kabelů. A.3.4 Třídy M1 a M2 mechanické trvanlivosti Jsou definovány dvě třídy: – Třída M1, normální mechanická trvanlivost, vypínače mechanicky typově zkoušeny pro 2 000 funkcí; – Třída M2, rozšířená mechanická trvanlivost, vypínače mechanicky typově zkoušeny pro 10 000 funkcí. Všeobecným pravidlem je, že počet funkcí vysokonapěťových vypínačů spínajících přenosová vedení je poměrně malý a třída M1 je postačující. Pro určité aplikace, jako je spínání tlumivek, kondenzátorových baterií, průmyslové aplikace se doporučuje třída M2. Je třeba poznamenat, že je v případě velmi zvláštního použití (čerpací stanice atd.) vždy možné požadovat větší počet funkcí než je doporučeno pro třídu M2. A.3.5 Třídy S1 a S2 A.3.5.1
Obecně
Jsou definovány dvě třídy: Třída S1, vypínače určené pro použití v kabelových sítích; Třída S2, vypínače určené pro použití v sítích venkovního vedení nebo v kabelových sítích s přímým připojením (bez kabelu) na venkovní vedení. 14
PNE 35 4220
A.3.5.2 Kabelová síť Kabelová síť je síť, ve které TRV při vypínání svorkového zkratu při 100 % zkratového vypínacího proudu nepřekročí dvouparametrovou obálku odvozenou z tabulky 1 z IEC 62271-100:2008. POZNÁMKA Tato definice je omezena na sítě o jmenovitém napětí vyšším než 1 kV a nižším než 100 kV. POZNÁMKA Vypínače v elektrických stanicích vnitřního provedení s kabelovým připojením patří všeobecně do kabelových sítí. POZNÁMKA Vypínače v elektrických stanicích venkovního provedení patří do kabelových sítí, pokud celková délka kabelu (nebo ekvivalentní délka, pokud jsou přítomny kondenzátory) připojeného na straně zdroje vypínače je alespoň 100 m. Pokud je však ve skutečném případu s ekvivalentní délkou kabelu kratší než 100 m výpočtem prokázáno, že je skutečné TRV pokryto obálkou definovanou v tabulce 1 z IEC 62271-100:2008, pak je síť považována za kabelovou. POZNÁMKA Kapacitu kabelových sítí na straně zdroje vypínačů poskytují kabely a/nebo kondenzátory a/nebo izolované přípojnice.
A.3.5.3
Síť venkovního vedení
Síť venkovního vedení je síť, ve které TRV při vypínání svorkového zkratu při 100 % zkratového vypínacího proudu nepřekročí dvouparametrovou obálku odvozenou z tabulky 2 z IEC 62271-100:2008 a překračuje dvouparametrovou obálku odvozenou z tabulky 1 z IEC 62271-100:2008. POZNÁMKA Tato definice je omezena na sítě o jmenovitém napětí vyšším než 15 kV a nižším než 100 kV. POZNÁMKA V sítích venkovního vedení není na stranu zdroje vypínače připojen žádný kabel, s možnou výjimkou celkové délky kabelu kratšího než 100 m mezi vypínačem a napájecím(i) transformátorem(y). POZNÁMKA Systémy nadzemního venkovního vedení přímo připojené k přípojnicím (bez zasahujícího kabelového připojení) jsou typickým příkladem sítě venkovního vedení.
A.3.6 Závěr Vypínač je definován svými úplnými jmenovitými hodnotami, tj. základními zkratovými jmenovitými hodnotami a např. s nebo bez spínání v nesynchronním stavu, s nebo bez spínání nezatíženého venkovního vedení a klasifikací trvanlivosti, jako je E1, M2 atd. Na uživateli leží odpovědnost za technickou a ekonomickou volbu druhu vypínače a jeho třídu trvanlivosti podle: – technických potřeb odvozených od místa aplikace a předpokládaného použití v síti uživatele; – ekonomického přístupu k souboru vypínačů uživatele; – politiky údržby uživatele, která úzce souvisí s pohotovostí sítě a náklady v průběhu životnosti zařízení; – ceny vypínačů s přednostním pořízením normalizovaných vypínačů.
15
PNE 35 4220
Oddíl B - Volba vypínačů pro provoz (praktická část) B.1
Všeobecně
Vhodný vypínač pro dané pracovní zatížení v provozu se nejlépe vybere při respektování jednotlivých jmenovitých hodnot vyžadovaných podmínkami zátěže a podmínkami zkratů. Kompletní seznam jmenovitých charakteristických hodnot je uveden v IEC 62271-100. Zatížení vznikající při zkratech, kterým je vypínač vystaven, se má stanovit výpočtem zkratových proudů sítě v místě instalace vypínače, provedeným podle uznávaných výpočtových metod. Při volbě vypínače se doporučuje uvažovat pravděpodobné rozšíření systému jako celku, aby vypínač nebyl vhodný pouze pro okamžité použití, ale vyhovoval i budoucím požadavkům. Vypínače, které splnily typové zkoušky při kombinaci jmenovitých hodnot (tzn. napětí, jmenovitý proud, zapínací a/nebo vypínací proud), jsou vhodné pro všechna nižší zatížení (kromě jmenovitého kmitočtu) bez dalšího zkoušení.
B.2 B.2.1
Volba jmenovitých hodnot pro provozní podmínky Místní atmosférické a klimatické podmínky
Normální atmosférické a klimatické podmínky pro spínače jsou uvedeny v kapitole 2 z IEC62271-1. Podle teploty okolního vzduchu se rozlišuje mezi třídami vypínačů pro "mínus 5 vnitřní", "mínus 15 vnitřní", "mínus 25 vnitřní", "mínus 10 vnější", "mínus 25 vnější" a "mínus 40 vnější", které jsou vhodné pro různé minimální teploty okolního vzduchu. Má-li být vypínač umístěn při okolních teplotách, které mohou být nižší než -25 oC pro vnitřní vypínač a pod -40 oC pro venkovní vypínač, nebo tam, kde teplota může být vyšší než 40 oC (případně když její průměrná hodnota během 24 h převyšuje 35 oC), doporučuje se dohoda s výrobcem. Pro vypínače venkovního provedení jsou atmosférické podmínky v určitých oblastech nepříznivé vlivem kouře, chemických výparů, solné mlhy apod. Je-li známo, že takové nepříznivé podmínky existují, má se věnovat zvláštní pozornost konstrukci příslušných částí vypínače, zejména izolátorů, které budou vystaveny okolním atmosférickým podmínkám. Provozní chování izolátorů v takových podmínkách závisí na četnosti omývání nebo čištění a na četnosti přirozeného omývání deštěm. Vzhledem k tomu, že provozní chování izolátorů za těchto podmínek je závislé na mnoha činitelích, není možné udat přesné definice normální a velmi znečištěné atmosféry. Nejlepším návodem na opatření jsou zkušenosti z oblastí, kde má být izolátor použit. Má-li být vypínač umístěn tam, kde tlak větru převýší 700 Pa, doporučuje se dohoda s výrobcem. Podle tloušťky ledu nebo námrazy jsou stanoveny tři různé třídy vypínačů. Tyto třídy odpovídají tloušťce ledu nebo námrazy nepřesahující 1 mm, 10 mm a 20 mm. Má-li být vypínač umístěn na místech, kde je očekávána tloušťka ledu nebo námrazy větší než 20 mm, doporučuje se dohoda mezi výrobcem a uživatelem, zda je vypínač schopen spolehlivě pracovat při těchto podmínkách. Tam, kde to přichází v úvahu mají se respektovat hladiny seismické odolnosti podle 2.2.4 z IEC 62271-1. Pro vnitřní zařízení jsou podmínky vlhkosti stanoveny v bodu e) článku 2.1.1 z IEC 62271-1. Při volbě vypínače pro provoz se doporučuje označit případy, kdy se očekává velká hodnota vlhkosti a kde se může objevit kondenzace. Odpovědnost a potřebná opatření proti vzniku kondenzace uvedená v poznámce 3 bodu e) článku 2.1.1 z IEC 62271-1 se mají dohodnout mezi výrobcem a uživatelem. Pro vypínače vnitřního provedení mají být s výrobcem dohodnuty případné zvláštní pracovní podmínky, např. vyskytují-li se chemické výpary, agresivní atmosféra, slaná vodní tříšť atd.
B.2.2
Volba jmenovitého napětí
Jmenovité napětí vypínače se má určit tak, aby bylo alespoň rovné nejvyššímu napětí sítě v místě, kde má být vypínač instalován. Jmenovité napětí se má volit z normalizovaných hodnot. Dále jsou uvedeny normalizované hodnoty jmenovitých napětí. 16
PNE 35 4220
Rozsah I - jmenovitá napětí do 245 kV včetně Řada I:
3,6 kV - 7,2 kV - 12 kV - 17,5 kV - 24 kV - 36 kV - 52 kV - 72,5 kV - 100 kV - 123 kV - 145 kV - 170 kV - 245 kV.
Rozsah II - jmenovitá napětí nad 245 kV 300 kV - 362 kV - 420 kV - 550 kV - 800 kV. Při volbě jmenovitých napětí se má přihlížet též k odpovídajícím izolačním hladinám předepsaným v 4.2 z IEC 62271-100.
B.2.3 Jmenovitá izolační hladina (viz též kapitola C.2) Jmenovitá izolační hladina vypínače se má volit z hodnot uvedených v tabulkách 1 a 2. Hodnoty v tabulkách platí pro vypínače vnitřního i venkovního provedení. V poptávce se má uvést, zda vypínač má být vnitřního nebo venkovního provedení. Hodnoty výdržných napětí uvedené v těchto tabulkách platí při normálních klimatických podmínkách (teplota (20 oC), tlak (101,3 kPa) a vlhkost (11g/m3) podle IEC 60071-1. Tato výdržná napětí zahrnují korekci na maximální nadmořskou výšku 1 000 m předepsanou pro normální pracovní podmínky.
17
PNE 35 4220
Tabulka B.1 - Jmenovité izolační hladiny pro jmenovitá napětí řady I, rozsahu I Jmenovité napětí Ur kV (efektivní hodnota)
Jmenovité krátkodobé střídavé výdržné napětí Ud kV (efektivní hodnota)
Jmenovité výdržné napětí při atmosférickém impulsu Up kV (vrcholová hodnota)
Společná hodnota
V odpojovací dráze
Společná hodnota
V odpojovací dráze
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
20
23
3,6
10
12
40
46
40
46
7,2
20
23
60
70
60
70
12
28
32
75
85
75
85
17,5
38
45
95
110
95
110
24
50
60
125
145
145
165
36
70
80
170
195
52
95
110
250
290
72,5
140
160
325
375
150
175
380
440
185
210
450
520
185
210
450
520
230
265
550
630
230
265
550
630
275
315
650
750
275
315
650
750
325
375
750
860
360
415
850
950
395
460
950
1 050
460
530
1 050
1 200
100
123
145
170
245
18
PNE 35 4220
Tabulka B.2 - Jmenovité izolační hladiny pro jmenovitá napětí rozsahu II
Jmenovité napětí Ur kV (efektivní hodnota)
Jmenovité krátkodobé střídavé výdržné napětí Ud kV (efektivní hodnota)
Proti zemi a mezi póly
Ve vypínací a/nebo v odpojovací dráze
(Poznámka 2)
(Poznámka 2)
(1)
(2)
(3)
300
395
435
362
450
520
420
520
610
550
620
800
800
830
1 150
Jmenovité výdržné napětí při spínacím impulsu Us kV (vrcholová hodnota)
Mezi póly
V odpojovací dráze
(Poznámky 2 a 3)
(Poznámky 1 a 2)
(4)
(5)
(6)
750
1 125
Proti zemi a ve vypínací dráze
850
1 275
850
1 275
950
1 425
950
1 425
1 050
1575
1 050
1 680
1175
1760
1 425
2 420
1 550
2 480
700(+245)
800(+295)
900(+345)
900(+450)
1175(+650)
Jmenovité výdržné napětí při atmosférickém impulsu Up kV (vrcholová hodnota) Proti zemi a mezi póly
Ve vypínací a/nebo v odpojovací dráze (Poznámky 1 a 2)
(7)
(8)
950
950(+170)
1 050
1 050(+170)
1050
1 050(+205)
1 175
1 175(+205)
1 300
1 300(+240)
1 425
1 125(+240)
1 425
1 425(+315)
1 550
1 550(+315)
2 100
2100(+455)
POZNÁMKA 1 Hodnoty v závorkách ve sloupci (6) jsou vrcholovými hodnotami napětí průmyslového kmitočtu Ur x
2 / 3 přiloženými na opačnou svorku (kombinované napětí). Hodnoty v závorkách ve sloupci (8) jsou vrcholovými hodnotami napětí průmyslového kmitočtu 0,7 Ur x na opačnou svorku (kombinované napětí).
2 / 3 přiloženými
POZNÁMKA 2 Hodnoty ve sloupci (2) platí: a) pro typové zkoušky proti zemi; b) pro kusové zkoušky proti zemi, mezi póly a ve vypínací dráze. Hodnoty ve sloupcích (3), (5), (6) a (8) platí pouze pro typové zkoušky. POZNÁMKA 3 Tyto hodnoty jsou odvozeny při použití násobitelů stanovených v tabulce 3 z IEC 60071-1.
Koordinace izolace v elektrické síti slouží k minimalizaci škod na elektrickém zařízení způsobených přepětím a směřuje k přenesení přeskoků (nelze-li jim ekonomicky zabránit) na místa, kde nezpůsobí poškození. Je-li požadován vypínač na místo vyžadující vyšší izolační hladinu, má se tato skutečnost uvést v poptávce. Při volbě vypínačů pro provoz je také nutné vzít v úvahu jejich charakteristiky týkající se přechodných jevů a přepětí. Zkušenosti ukazují, že nepříznivé účinky přechodových jevů a nebezpečí přepětí pro určité kritické případy použití mohou být zmenšeny: – vhodnou volbou typu vypínače; – změnami v síti nebo použitím dalšího zařízení pro utlumení nebo omezení přechodného jevu (RC obvody, svodiče přepětí, nelineární odpory atd.) Tato opatření je nutno pro jednotlivé případy dohodnout s výrobcem. Mohou být dohodnuty zvláštní zkoušky pro vyhodnocení zvoleného řešení.
19
PNE 35 4220
B.2.4
Korekční činitel pro nadmořskou výšku (viz též kapitola C.3)
Normální pracovní podmínky podle kapitoly 2 z IEC 62271-1 stanoví, že vypínače se používají v nadmořských výškách do 1 000 m. Pro umístění ve výškách nad 1 000 m platí 2.2.1 z IEC 62271-1. V článku 2.2.1 z IEC 62271-1:2007 je předepsán následující korekční činitel na nadmořskou výšku: a) nadmořské výšky do 1 000 m včetně: kalt = 1 b) nadmořské výšky nad 1 000 m: k alt
H 1000 m e 8150
kde kalt je korekční činitel na nadmořskou výšku; H
nadmořská výška v m;
m
exponent.
B.2.4.1
Příklady použití korekčního činitele na nadmořskou výšku
Příklad 1: Vypínač 245 kV má být instalován v elektrické stanici v nadmořské výšce 1 800 m. Uživatel předepisuje izolační hladinu na místě montáže 1 050 kV. Jaký vypínač bude splňovat tyto požadavky? Požadovaná izolační hladina při standardních atmosférických podmínkách (na hladině moře) se získá uplatněním korekčního činitele na nadmořskou výšku a na základě následujících úvah: – Pro atmosférický impuls a krátkodobé střídavé napětí m = 1, tedy kalt = 1,103. To znamená, že vypínač je třeba zkoušet na hladině moře s napětím 1 050 x kalt = 1 150 kV. – Nejbližší normalizované impulsní napětí je 1 175 kV, které odpovídá napětí sítě 362 kV. – Požadované krátkodobé střídavé napětí na hladině moře je 507 kV (za sucha i za deště). S ohledem na zkoušku proti zemi to není plně pokryto požadavky pro vypínač 362 kV. Vypínač 362 kV však byl zkoušen spínacím impulsem (za sucha i za deště), což více namáhá vnější izolaci v porovnání se zkouškou krátkodobým střídavým napětím, tak lze předpokládat, že vypínač 362 kV splňuje požadavky vypínače 245 kV použitého v nadmořské výšce 1 800 m. Závěr: Vypínač 245 kV splňující požadavky pro nadmořskou výšku 1 800 m bude vypínačem s izolační hladinou odpovídající napětí sítě 362 kV. Aplikace svodičů přepětí se záměrem snížení izolační hladiny elektrické stanice může vést k výhodnější volbě zařízení. Příklad 2: Vypínač 245 kV je zkoušen ve zkušebně umístěné v nadmořské výšce 800 m. Jaké jsou správné zkušební hodnoty? Zkušební hodnoty a podmínky zkoušky spínacího a řídicího zařízení odkazují na standardní atmosférické podmínky. Vzhledem k tomu, že zkušebna je umístěna v nadmořské výšce 800 m, je třeba zkušební podmínky pro vnější izolaci korigovat na standardní atmosférické podmínky. Pomocí výše uvedené rovnice pro H = 800 m a m = 1 dostáváme kalt = 1,103. Zkušební podmínky pro vnější izolaci ve zkušebně mohou být sníženy na 1 050 / kalt = 952 kV pro výdržné napětí při atmosférickém impulsu a na efektivní hodnotu 417 kV pro zkoušku výdržným krátkodobým napětím, a to za předpokladu, že vypínač má pouze vnější izolaci. Pokud má vypínač jak vnitřní, tak vnější izolaci, kalt = 1. Příklad 3: Vypínač z příkladu 2 je zkoušen ve stejné zkušebně v nadmořské výšce 800 m pro použití v nadmořské výšce 1 080 m. Jaké je správné zkušební napětí? Zkušební hodnoty na hladině moře byly odvozeny v příkladu 1 a jsou 1 158 kV pro zkoušku výdržným napětím při atmosférickém impulsu a 507 kV (efektivní hodnota) pro zkoušku výdržným krátkodobým střídavým napětím. Použití výše uvedené rovnice (vypočtené v příkladu 2) na tyto hodnoty dává následující výsledek. – zkouška výdržným napětím při atmosférickém impulsu: 1 050 kV (vrcholová hodnota); – zkouška výdržným krátkodobým střídavým napětím: 460 kV. Znovu zde platí, že tyto úvahy platí pouze pro vnější izolaci vypínače.
20
PNE 35 4220
B.2.5
Jmenovitý kmitočet
B.2.5.1
Obecně
Má-li být vypínač použit pro jiný než jmenovitý kmitočet, má být učiněna dohoda s výrobcem. Pokud je vypínač dimenzovaný na 50 Hz zkoušen při 60 Hz a naopak, má se věnovat pozornost vyhodnocení výsledků, přičemž je třeba vzít v úvahu všechny významné skutečnosti, jako je typ vypínače a druh prováděné zkoušky. V elektrických sítích se používají dva kmitočty. Tyto kmitočty jsou 50 Hz a 60 Hz. Všechny vypínače musí správně pracovat pro každý zkušební sled a při jejich jmenovitém kmitočtu. Jmenovitý kmitočet má vliv na následující zkoušky: – zkoušku oteplení; – zkoušku krátkodobým výdržným proudem; – zkoušky svorkového zkratu; – zkoušky blízkého zkratu; – zkoušky spínání kapacitního proudu. B.2.5.2
Použitelnost typových zkoušek při různých kmitočtech
B.2.5.2.1 Zkoušky oteplení Použitelnost zkoušek pro různé kmitočty je uvedena v tabulce B.3. Tabulka B.3 – Zkoušky oteplení Zkušební kmitočet (Hz)
Jsou výsledky zkoušky akceptovatelné při jiném kmitočtu?
50
Ano, viz poznámka
60
Ano
POZNÁMKA Zkoušky provedené při 50 Hz na vypínači bez železných součástí v blízkosti proudovodné dráhy pokrývají provoz při 60 Hz, a to za předpokladu, že hodnoty oteplení zaznamenané při zkouškách při 50 Hz nepřekročí 95 % maximálních dovolených hodnot.
21
PNE 35 4220
B.2.5.2.2 Zkoušky krátkodobým a dynamickým výdržným proudem Použitelnost zkoušek pro různé kmitočty je uvedena v tabulce B.4 a v tabulce B.5. Tabulka B.4 – Zkoušky krátkodobým výdržným proudem Zkušební kmitočet (Hz)
Jsou výsledky zkoušky akceptovatelné při jiném kmitočtu?
50
Ano
60
Ano
Tabulka B.5 – Zkoušky dynamickým výdržným proudem Zkušební kmitočet (Hz)
Jsou výsledky zkoušky akceptovatelné při jiném kmitočtu?
50
Ano, pokud je použit překmit pro 60 Hz
60
Ano
B.2.5.2.3 Zkratové zapínací zkoušky Použitelnost zkoušek pro různé kmitočty je uvedena v tabulce B.6. Tabulka B.6 – Zkoušky krátkodobým výdržným proudem Zkušební kmitočet (Hz)
Jsou výsledky zkoušky akceptovatelné při jiném kmitočtu?
50
Ano, pokud je použit překmit pro 60 Hz
60
Ano
B.2.5.2.4 Svorkové zkraty (přímé a syntetické zkoušky) Pro moderní technologie platí obecně přijímaný názor, že pro použitelnost zkoušek při různých kmitočtech platí tabulky B.7 a B.8. Pro zajištění jednoznačnosti a přesnosti pro (typové) zkoušky a pro zabránění pochybností a použitelnosti výsledků však IEC 62271-100 vyžaduje, aby zkoušky byly prováděny při jmenovitém kmitočtu. Tabulka B.7 – Svorkové zkraty: Souměrný zkušební sled Zkušební kmitočet 50 Hz
60 Hz
X
Zkušební metoda Přímá
Syntetická
Ne, di/dt není pro 60 Hz pokryto, viz poznámka
X
X
Ano, za předpokladu pokrytí di/dt pro 60 Hz
X X X
Jsou výsledky zkoušky akceptovatelné při jiném kmitočtu?
Ano, za předpokladu pokrytí okna hoření oblouku pro 50 Hz
X
Ano, za předpokladu pokrytí okna hoření oblouku pro 50 Hz
X
POZNÁMKA Platí, že pro vakuové vypínače není di/dt relevantním kritériem pro porovnání a zkoušky při 50 Hz platí pro 60 Hz, nikoliv však naopak.
22
PNE 35 4220
Tabulka B.8 - Svorkové zkraty: Nesouměrný zkušební sled Zkušební kmitočet
Jsou výsledky zkoušky akceptovatelné při jiném kmitočtu?
50 Hz
60 Hz
X
X
Ano, pokud jsou splněny požadavky na nesymetrii a doby hoření oblouku z IEC 62271-100.
B.2.5.2.5 Blízké zkraty (přímé a syntetické zkoušky) Pro moderní technologie platí obecně přijímaný názor, že pro použitelnost zkoušek při různých kmitočtech platí tabulka B.9. Pro zajištění jednoznačnosti a přesnosti pro (typové) zkoušky a pro zabránění pochybností a použitelnosti výsledků však IEC 62271-100 vyžaduje, aby zkoušky byly prováděny při jmenovitém kmitočtu. Tabulka B.9 – Blízké zkraty Zkušební kmitočet 50 Hz
Zkušební metoda Přímá
60 Hz
X
Syntetická
Ne, di/dt není pro 60 Hz pokryto, viz poznámka
X
X
Ano, za předpokladu pokrytí di/dt pro 60 Hz
X X
Ano, za předpokladu pokrytí okna hoření oblouku pro 50 Hz
X
X
Jsou výsledky zkoušky akceptovatelné při jiném kmitočtu?
Ano, za předpokladu pokrytí okna hoření oblouku pro 50 Hz
X
POZNÁMKA Platí, že pro vakuové vypínače není di/dt relevantním kritériem pro porovnání a zkoušky při 50 Hz platí pro 60 Hz, nikoliv však naopak.
B.2.5.2.6
Spínání kapacitního proudu
Použitelnost zkoušek pro různé kmitočty je uvedena v tabulce B.10. Tabulka B.10 – Spínání kapacitního proudu Zkušební kmitočet (Hz)
Jsou výsledky zkoušky akceptovatelné při jiném kmitočtu?
50
Ne
60
Ano
Zkoušky provedené při 50 Hz platí pro 60 Hz pouze v případě, když se zotavené napětí v kterémkoliv bodu od nuly do prvního vrcholu rovná požadovanému průběhu zotaveného napětí pro 60 Hz, nebo je větší. To znamená, že je potřeba vyšší zkušební napětí. Pro plné pokrytí zkoušky 60 Hz s napětím při 50 Hz je třeba zkušební napětí vynásobit součinitelem 1,44 v porovnání se zkušebním napětím pro 50 Hz.
B.2.6
Jmenovitý proud (viz též kapitola C.4)
B.2.6.1
Obecně
Jmenovitý proud spínacího a řídicího zařízení je efektivní hodnota proudu, který musí být spínací a řídicí zařízení schopno přenášet v nepřerušovaném provozu za předepsaných podmínek užití a funkce. Hodnoty jmenovitých proudů se mají volit z řady R 10 podle IEC 60059. POZNÁMKA Řada R 10 obsahuje tato čísla 1 - 1,25 - 1,6 - 2 - 2,5 - 3,15 - 4 - 5 - 6,3 - 8 a jejich násobky 10n. POZNÁMKA Jmenovité hodnoty pro krátkodobý nebo přerušovaný provoz se dohodnou mezi výrobcem a uživatelem.
Vypínač nemá předepsanou schopnost trvale přenášet nadproudy. Proto při volbě vypínače má být stanoven 23
PNE 35 4220
takový jmenovitý proud, aby byl vhodný pro přenášení všech proudů zátěže, které se mohou v provozu vyskytnout. Očekává-li se častý výskyt podstatných nadproudů i jen přerušovaně, má být učiněna dohoda s výrobcem. Spínací a řídicí zařízení jsou konstruována pro aplikace, ve kterých zatěžovací proud nepřesahuje jmenovitý proud za předepsaných podmínek. Tyto podmínky jsou: – nadmořská výška místa použití je 1 000 m a nižší; – okolní teplota nepřekročí 40 oC a a její průměr během 24 h nepřesáhne 35 oC. Při volbě spínacího a řídicího zařízení by se měly brát v úvahu následující parametry: – maximální očekávaný zatěžovací proud; – očekávaná maximální teplota okolí spínacího zařízení. Pro okolní teploty do 40 oC nejsou uváděny žádné požadavky. B.2.6.2
Proudovodná schopnost za různých podmínek okolní teploty a zatížení
B.2.6.2.1 Obecně Jmenovitý proud je založen na maximální hodnotě teploty různých částí spínacího a řídicího zařízení při vedení jeho jmenovitého proudu při okolní teplotě 40 oC. Teplota těchto částí v provozních podmínkách závisí jak na skutečném zatěžovacím proudu, tak na skutečné okolní teplotě. Proto je možné při teplotě nižší než 40 oC pracovat s vyšším jmenovitým proudem, a to ta předpokladu, že maximální dovolená teplota částí není překročena. Podobně při okolní teplotě vyšší než 40 oC musí být proud snížen pod jmenovitou hodnotu tak, aby teplota částí zůstala v dovolených mezích. Metoda výpočtu dovoleného proudu v různých podmínkách teploty okolí a zatížení je uvedena v článcích B.2.6.2.2 a B.2.6.2.3. Pro některé vyšší okolní teploty nemusí být možné snížit proud dostatečně tak, aby teplota částí zůstala v dovolených mezích. V mnoha případech pomůže nucené chlazení. Musí však být uvažovány meze teploty v souvisejících zařízeních, jako jsou kabely nebo transformátory proudu, protože při typových zkouškách není s tímto přenosem tepla uvažováno. Pro tyto případy nebo pro podobné účinky slunečního záření, které je třeba také respektovat však nelze poskytnout žádné pokyny. B.2.2.6.2 Schopnost přenášení nepřetržitého zatěžovacího proudu založená na skutečné okolní teplotě Pokud okolní teplota překročí 40 oC, může u spínacích a řídicích zařízení při přenášení jejich jmenovitého proudu dojít k překročení předepsaných mezí teploty uvedených v tabulce 3 z IEC 62271-1:2007. V tomto případě je nutné pro spínací a řídicí zařízení zvolit vyšší jmenovitý proud. Pro zatěžovací proudy, nižší než je jmenovitý proud vypínače je možné z rovnice (1) vypočítat dovolenou maximální teplotu:
a max
I a Ir
1,8
r
(B.1)
kde Ia je dovolený nepřetržitý zatěžovací proud v A při skutečné okolní teplotě a (Ia nemá překročit dvojnásobek Ir); Ir
jmenovitý proud v A;
max dovolená teplota nejteplejšího místa části (max = r +40) ve oC; r
dovolené oteplení nejteplejšího místa při jmenovitém proudu v K;
a
dovolená nebo skutečná okolní teplota ve oC.
Pokud je rovnice (1) řešena pro proud Ia, může být dovolený nepřetržitý zatěžovací proud při skutečné okolní teplotě a vypočten z rovnice (2). a I a I max max r
1/ 1,8
(B.2)
Použitím těchto hodnot ve výpočtu se dosáhne dovolené hodnoty nepřetržitého proudu, která zajistí, že u žádné části spínacího a řídicího zařízení nedojde k překročení dovolených mezí. Příklad: Vypínač zkoušený pro jmenovitý proud 3 150 A při teplotě okolí 40 oC bude přenášet maximální zatěžovací proud 2 500 A. Jaká je nejvyšší dovolená okolní teplota? V tomto případě je v tabulce 3 z IEC 62271-1:2007 pro šroubová spojení bez pokovení na vzduchu předepsána hodnota max = 90 oC a r = 50 K. Z rovnice (B.1) je v tomto případě maximální dovolená teplota 24
PNE 35 4220
I
a max a Ir B.2.6.2.3
1,8
r x (max – 40) = 57 oC
Schopnost přenášení krátkodobého zatěžovacího proudu
Pokud spínací a řídicí zařízení pracuje s proudem nižším než je dovolený nepřetržitý zatěžovací proud Ia je možné zatěžovací proud bez překročení mezí teplot krátkodobě zvýšit na hodnotu vyšší než je dovolený proud. Existují různé činitele, které ovlivňují délku časového intervalu ts při nadproudu Is. Sem patří: – velikost proudu Is; – velikost počátečního proudu Ii přenášeného před přiložením Is; – tepelná časová konstanta spínacího a řídicího zařízení; – okolní teplota před a při aplikaci nadproudu Is. Dovolenou dobu průtoku proudu Is je možné vypočítat přímo z rovnice (3) a z rovnice (4):
(B.3)
(B.4)
kde max je dovolená teplota nejteplejšího místa (viz tabulka 3, IEC 62271.1:2007) ve oC;
a
skutečná okolní teplota;
Ii
počáteční proud protékající před přiložením Is v A (maximální proud protékající vypínačem ve 4hodinovém intervalu před přiložením proudu Is);
Is
krátkodobý zatěžovací proud v A;
Ir
jmenovitý proud v A;
tepelná časová konstanta vypínače odvozená ze zkoušky oteplení v h;
ts
dovolený časový interval pro přenášení proudu Is při okolní teplotě a po počátečním proudu Ii, čas je uveden ve stejných jednotkách jako pro , h;
Y
koeficient, v K.
Takto určený časový interval proudu Is nezpůsobí překročení mezí dovolené teploty spínacího a řídicího zařízení. Příklad: Kovově krytý plynem izolovaný rozváděč SF6 o jmenovitém proudu Ir = 3 150 A (s oteplením 65 K při 3 150 A) bude přenášet krátkodobý zatěžovací proud Is rovnající se 3 600 A. Před přiložením krátkodobého zatěžovacího proudu procházel počáteční proud Ii o velikosti 2 500 A, okolní teplota a je 30 oC. Pro šroubová spojení pokovená stříbrem v SF6 je teplota max = 115 oC. Tepelná časová konstanta odvozená z typové zkoušky je 1,5 h. Všeobecně je nožné časovou konstantu považovat za nezávislou na zátěži a teplotě zařízení. Z rovnice (B.3) a rovnice (B.4) se vypočte dovolená doba ts
25
PNE 35 4220
z rovnice (B.4): Y = (115 – 40) (2500/3150)1,8 = 49,5 K Po 2 h a 13 min musí být proud snížen na maximální dovolený proud Ia, který je možné vypočítat z rovnice (2).
B.2.7 Volba přechodného zotaveného napětí (TRV) Předpokládané přechodné zotavené napětí (TRV) sítě nemá překračovat referenční přímku reprezentující jmenovité přechodné zotavené napětí předepsané pro vypínač; má protínat předepsanou úsečku zpoždění blízko nuly napětí, ale nemá ji později protínat znovu. Normalizované hodnoty jsou uvedeny v 6.104.5 z IEC62271100. POZNÁMKA Přechodná zotavená napětí, která vzniknou při vypínání nejvyšších zkratových proudů, nemusí být přísnější než TRV v ostatních případech. Např. strmost přechodného zotaveného napětí může být vyšší při vypínání menších zkratových proudů.
V rozsahu jmenovitých napětí nad 1 kV do 100 kV se za účelem pokrytí všech typů sítí (distribučních, průmyslových a přenosových) a z normalizačních důvodů definují dva typy sítí: – kabelové sítě; – sítě venkovního vedení. Dále uvedené úvahy by měly uživateli usnadnit volbu třídy vypínače o jmenovitém napětí nad 1 kV do 100 kV: Normalizované hodnoty stanovené pro jmenovitá napětí nižší než 100 kV jsou použitelné při činiteli prvního vypínajícího pólu (kpp) 1,5. Pro jmenovitá napětí 100 kV až 800 kV je kpp 1,3, protože většina sítí na napětí 100 kV a vyšší je účinně uzemněna. U jmenovitých napětí 100 kV až 170 kV se pro zvláštní případy s neúčinně uzemněnými středy volí činitel prvního vypínajícího pólu 1,5. Činitel prvního vypínajícího pólu 1,3 odpovídá síti s účinně uzemněným středem, kde jsou třífázové zkraty bez spojení se zemí velmi nepravděpodobné. Pro použití v sítích s neúčinně uzemněným středem se má použít činitel prvního vypínajícího pólu 1,5. Pro použití v síti s účinně uzemněným středem, kde pravděpodobnost třífázových zkratů bez spojení se zemí nemůže být zanedbána a pro použití v sítích jiných než s účinně uzemněným středem, může nastat nutnost použít činitele prvního vypínajícího pólu 1,5. Všeobecně není nutné uvažovat s alternativními hodnotami přechodného zotaveného napětí, protože předepsané normalizované hodnoty pokrývají většinu praktických případů. Přísnější podmínky mohou vzniknout v některých případech, např.: a) při zkratu v blízkosti transformátoru, ale na opačné straně vypínače a bez podstatné přídavné kapacity mezi transformátorem a vypínačem. V tomto případě mohou jak vrchol, tak strmost přechodného zotaveného napětí přesáhnout hodnoty stanovené v této normě; POZNÁMKA Doporučuje se pečlivě vybírat vypínač pro vstupní stranu transformátoru, který může mít povinnost vypínat zkrat na výstupní straně.
Pro vypínače o jmenovitém napětí do 100 kV jsou tyto případy pokryty přílohou M z IEC 62271-100. b) při zkratu u vypínačů v blízkosti omezujících reaktorů, kdy může dojít k jejich selhání při vypínání vlivem vysokého vlastního kmitočtu těchto reaktorů; c) při zkratu u vypínačů v blízkosti generátorů, kdy může strmost přechodného zotaveného napětí přesáhnout hodnoty předepsané v IEC 623271-100 V takových případech může nastat nutnost odsouhlasení zvláštních charakteristik TRV mezi výrobcem a uživatelem. Zkoušky blízkého zkratu platí pouze pro vypínače určené pro přímé připojení na venkovní vedení, bez ohledu 26
PNE 35 4220
na druh sítě na straně zdroje, o napětí 15 kV a vyšším a jmenovitém a zkratovém proudu nad 12,5 kA. Jsou-li požadovány vypínače pro místo instalace vyžadující zaručení jmenovitých charakteristik při blízkých zkratech, nemá mít vedení, ve kterém mají být použity, vlnovou impedanci a překmit vyšší a dobu zpoždění nižší než jsou normalizované hodnoty charakteristických hodnot vedení uvedené v tabulce 8 z IEC 62271-100. I když nejsou tyto podmínky splněny, je stále možné, že použití standardního vypínače je vhodné, zejména pokud zkratový proud v síti je nižší než jmenovitý zkratový vypínací proud vypínače. To lze stanovit výpočtem předpokládaného TRV pro blízké zkraty ze jmenovitých charakteristik pomocí metod uvedených v příloze A z IEC 62271-100 a jeho srovnáním s předpokládaným TRV odvozeným ze skutečných parametrů sítě. Jsou-li pro blízké zkraty požadovány zvláštní charakteristické hodnoty, mají být dohodnuty mezi výrobcem a uživatelem.
B.2.8 Volba jmenovitých hodnot pro poruchové podmínky - Volba jmenovité zkratové vypínací schopnosti (viz též kapitola C.7) Jmenovitý zkratový vypínací proud se vyjadřuje dvěma hodnotami: a) efektivní hodnotou střídavé složky proudu; b) hodnotou stejnosměrné časové konstanty jmenovitého zkratového vypínacího proudu, které odpovídá procentní hodnotě stejnosměrné složky v okamžiku rozpojení kontaktů. Jmenovitý zkratový vypínací proud se má volit z normalizovaných hodnot. Normalizovaná hodnota střídavé složky jmenovitého zkratového vypínacího proudu se volí z řady R 10 předepsané v IEC 60059. Řada R 10 zahrnuje číslice 1 - 1,25 - 1,6 - 2 - 2,5 - 3,15 - 4 - 5 - 6,3 - 8 a jejich násobky 10n. Hodnota stejnosměrné složky v procentech se mění s dobou od počátku zkratu a s odpovídající stejnosměrnou časovou konstantou jmenovitého zkratového vypínacího proudu. Normalizovaná časová konstanta je 45 ms. Dále jsou uvedeny zvláštní časové konstanty ve vztahu ke jmenovitému napětí vypínače: – 120 ms pro jmenovitá napětí do 52 kV včetně; – 60 ms pro jmenovitá napětí od 72,5 kV do 420 kV včetně; – 75 ms pro jmenovitá napětí 550 kV a vyšší Odpovídá-li vypínač normalizovaným požadavkům nebo zvláštní stejnosměrné časové konstantě stanovené, je hodnota stejnosměrné složky v procentech, kterou je schopen vypínač zvládnout při odpovídající minimální celkové době vypínání v nejbližším možném průchodu nulou, definována v tabulkách 15 až 22 z IEC 62271-100. Zkoušky provedené s vyšší stejnosměrnou složkou zahrnují zkoušky pro nižší stejnosměrnou složku, a to za předpokladu, že proudové parametry půlvlny (vrcholová hodnota a doba trvání) jsou v tolerancích uvedených v 6.102.10.2.1.2 b) z IEC 62271-100 a že jsou splněny podmínky TRV odpovídající nižší stejnosměrné složce. Tabulka B.11 – Vztah mezi účiníkem nakrátko, časovou konstantou a průmyslovým kmitočtem Časová konstanta
Účiník nakrátko
cos
(ms)
50 Hz
60 Hz
45
0,071
0,059
60
0,053
0,044
75
0,042
0,035
120
0,026
0,022
Je-li místo instalace vypínače dostatečně elektricky vzdáleno od točivých strojů, útlum střídavé složky je zanedbatelný a stačí pouze prověřit, zda pro případ 50 Hz není pro normalizovanou časovou konstantu = 45 ms účiník nakrátko nižší než 0,071 a nejkratší zpoždění vypínací spouště není kratší než polovina cyklu jmenovitého kmitočtu. Za těchto podmínek stačí, aby vybraný vypínač měl jmenovitý zkratový vypínací proud alespoň rovný efektivní hodnotě zkratového proudu v místě instalace vypínače. 27
PNE 35 4220
V některých případech může být hodnota stejnosměrné složky v procentech v nejbližším možném průchodu nulou vyšší než hodnoty uvedené v tabulkách 15 až 22 z IEC 62271-100. Např. pro vypínače umístěné v blízkosti center výroby se může střídavá složka tlumit rychleji než v normálním případě. Zkratový proud nemusí pak po několik cyklů vůbec procházet nulou. V takových případech může být činnost vypínače usnadněna například tím, že se zpozdí jeho vypínání, nebo že se připojí dalším vypínačem do obvodu tlumicí obvody a vypínače se pak vypnou postupně. Nelze-li použít normalizovaných nebo zvláštních hodnot stejnosměrných časových konstant, má být požadovaná procentní hodnota uvedena v poptávce a zkoušky se mají provést po dohodě výrobce s uživatelem.
B.2.9
Spínání v nesynchronním stavu (viz též kapitola C.8)
Norma IEC 62271-100 pokrývá převážnou část požadavků pro použití vypínačů při spínání během nesynchronních stavů. Bylo by nutné, aby několik okolností působilo současně, má-li vzniknout namáhání přesahující hodnoty naměřené zkouškami a vzhledem k malému výskytu případů spínání při nesynchronních stavech by bylo neekonomické navrhovat vypínače pro všechny extrémní podmínky. Ve skutečných podmínkách provozu se má zvážit, kdy se očekává časté spínání při nesynchronním stavu nebo kde jsou pravděpodobná nadměrná namáhání. Někdy může být požadován speciální vypínač nebo vypínač na vyšší jmenovité napětí. Jako alternativní řešení lze snížit namáhání při spínání za podmínek nesynchronního stavu v některých sítích použitím relé s koordinovanými impedančními členy k ovládání okamžiku vypínacího impulsu tak, aby k vypnutí došlo buď podstatně po okamžiku, nebo podstatně dříve před okamžikem, kdy fázový úhel dosahuje 180o.
B.2.10 Spínání kapacitních proudů (viz též kapitola C.9) B.2.10.1 Obecně Je třeba věnovat pozornost případu. kdy se mají v elektrické stanici instalovat kondenzátorové baterie v případě, že jsou zde již uloženy kabely a naopak, protože tento stav může ovlivnit charakteristiky při spínání skupinové kondenzátorové baterie. Při spínání kabelů v rozvodnách mohou nastat podobné podmínky, jako jsou podmínky při spínání skupinové kondenzátorové baterie. Kapacitní proudy přicházejí v úvahu v následujících případech: – spínání nezatížených venkovních vedení; – spínání nezatížených kabelů – spínání kondenzátorových baterií; – spínání filtračních baterií. Vypínání kapacitních proudů představuje obecně snadnou činnost pro vypínače, protože proudy dosahují běžně hodnoty do několika stovek ampér. Nastává však riziko vzniku průrazů, které mohou vést k nežádoucím přepětím nebo vysokofrekvenčním přechodovým jevům ovlivňujícím kvalitu dodávky sítě. Průrazy mohou také způsobit poškození vypínacího zhášedla. Připojování kapacitních zátěží může vést k přepětím nebo vysokým proudům. Mezi dva takové případy patří spínání skupinových kondenzátorových baterií a spínání nezatížených vedení. Typové zkoušky mají reprezentovat provozní podmínky z hlediska vypínání, znovuzápalu nebo průrazu. Vzhledem k tomu, že skutečná hodnota přepětí a přechodové jevy jsou zcela závislé na síti, nemohou zkoušky reprodukovat tyto jevy. Uplatněním prostředků pro hodnocení pravděpodobnosti výskytu průrazů, může uživatel nejlépe zvolit požadavky pro použití. Vzhledem k tomu, že spínání kondenzátorů nezpůsobuje pouze přepětí, používají se další ochranné systémy a v případě nepřijatelné kvality energie pro elektronická zařízení se volí varianta s malou pravděpodobností výskytu těchto jevů. Je třeba také vypracovat zvláštní studii činností pro zlepšení kvality energie. Při volbě jmenovitých hodnot vypínače pro spínání kapacitního proudu je třeba uvážit následující body: a) druh aplikace, tzn. venkovní vedení, kabely, kondenzátorové nebo filtrační baterie; b) kmitočet sítě; c) způsob uzemnění sítě; d) přítomnost jedno nebo dvoufázových zemních spojení. 28
PNE 35 4220
Z hlediska použití může být určena třída odolnosti proti průrazům vypínače (C1 nebo C2) a také třída mechanické trvanlivosti (M1 nebo M2). Způsob uzemnění sítě, přítomnost jedno nebo dvoufázových zemních spojení jsou důležitými faktory, které určují zotavené napětí na vypínači, které jsou na druhé straně určujícími pro zkušební napětí vypínače. B.2.10.2 Všeobecné úvahy týkající se aplikace B.2.10.2.1 Obecně Schopnost spínání kapacitního proudu vypínače závisí na jeho jmenovitém napětí, jmenovitém kmitočtu, konkrétních aplikacích (tj. venkovní vedení, kondenzátorová baterie atd.) a způsobu uzemnění sítě. Je třeba věnovat pozornost použití starších vypínačů, které nebyly zkoušeny podle IEC 62271-100. B.2.10.2.2 Maximální napětí pro aplikace Provozní napětí by nemělo překročit jmenovité napětí, protože toto napětí je horní mezí pro provoz. B.2.10.2.3 Jmenovitý kmitočet Jmenovitý kmitočet pro vypínače je 50 Hz nebo 60 Hz. Kmitočet 60 Hz vede k přísnějšímu namáhání vypínače, protože k vrcholové hodnotě napětí dojde dříve (za 8,3 ms) než v případě 50 Hz (10 ms). Zvláštní pozornost by měla být věnována při porovnávání zkoušek při 60 Hz pokrývajících požadavky při 50 Hz při stejném činiteli napětí. B.2.10.2.4 Jmenovitý kapacitní proud B.2.10.2.4.1 Obecně Doporučené hodnoty spínání jmenovitého kapacitního proudu jsou uvedeny v tabulce 9 z IEC 62271-100:2008. V této tabulce nejsou uvedeny všechny možné skutečné případy. Hodnoty pro vedení a kabely pokrývají většinu případů, hodnoty proudu kondenzátorových baterií (jednotkových a skupinových) jsou typické a reprezentativní hodnoty z provozu. B.2.10.2.4.2 Venkovní vedení a kabely Proud velmi dlouhých nezatížených venkovních vedení a kabelů může překročit hodnoty uvedené v tabulce 5 z IEC 62271-100:2008. Vyšší proud nepředstavuje pro současné vypínače problém, protože vyšší proud způsobuje zvýšení minimální doby hoření oblouku, což vede k větší vypínací dráze ve vrcholu zotaveného napětí. Problematická by mohla být vrcholová hodnota zotaveného napětí při vypínání. Za předpokladu, že kapacitní proud nepřekročí korigovanou hodnotu jmenovitého proudu, nemusí být pro nadmořské výšky nad 1 000 m korigován. B.2.10.2.4.3 Kondenzátorové a filtrační baterie Stejná úvaha. jako je uvedena v B.2.10.2.4.2 platí pro kondenzátorové a filtrační baterie. Proud závisí na velikosti kondenzátorové baterie a v některých případech může mít uvažovaná kondenzátorová baterie vyšší jmenovitý proud než je uveden v tabulce 9 z IEC 62271-100:2008. To není pro současné vypínače problémem. B.2.10.2.5 Napětí a podmínky uzemnění sítě V článku 6.111.7 z IEC 62271-100:2008 jsou pro různé podmínky uvedeni násobitelé pro jednofázové zkoušky. Mají rozsah od 1,0 sítě s přímo uzemněným středem, do 1,7 pro sítě s neúčinně uzemněným středem pro jedno a dvoufázové zemní spojení. Jak uživatel, tak výrobce musí při specifikaci vypínače pro danou aplikaci podmínky uzemnění zohlednit. B.2.10.2.6 Chování vypínače při průrazech Vzhledem k tomu, že všechny vypínače mají v provozu určitou pravděpodobnost průrazů, není možné definovat bezprůrazový vypínač. Je logičtější zavést filozofii chování vypínače při průrazech z IEC 62271-100. Pravděpodobnost průrazů v provozu závisí na provozních podmínkách (např. počtu funkcí za rok, podmínkách sítě, politice údržby uživatele atd.). Takže je nemožné zavést společnou hladinu pravděpodobnosti vztaženou na provozní podmínky. 29
PNE 35 4220
Pro klasifikaci chování při průrazech byly zavedeny dvě třídy: třída C1 a třída C2. Je třeba poznamenat, že chování při průrazech je založeno na předepsaném zkušebním sledu. B.2.10.2.7 Třída vypínače Zásady pro volbu třídy vypínače jsou uvedeny v A.3.3. B.2.10.2.8 Přechodná přepětí a omezení přepětí B.2.10.2.8.1 Obecně Pro aplikaci vypínačů pro spínání kapacitního proudu je důležité přechodné přepětí, které je vyvoláno průrazy při vypínání. Činitel přechodného přepětí je definován jako poměr přechodného napětí mezi odpojenou svorkou vypínače a středem odpojené kapacity při vypínání a vrcholovou hodnotou fázového napětí před vypnutím. Volba třídy vypínače má být koordinována s izolační odolností dalších částí sítě. B.2.10.2.8.2 Přepětí B.2.10.2.8.2.1
Obecně
Při spínání kapacitních proudů dochází k přechodovým jevům. Tyto přechodové jevy jsou při odpojování a připojování kapacitní zátěže spojeny s průrazy. Tyto přechodové jevy mohou způsobit: degradaci izolace a možnou poruchu zařízení elektrické stanice; zapůsobení svodičů přepětí; rušení v řídicích obvodech elektrické stanice; nežádoucí vybavení nebo poškození citlivého elektronického zařízení. Magnetická pole spojená s vysokými nárazovými proudy při připojování paralelních přenosových vedení mohou vlivem kapacitní nebo elektromagnetické vazby indukovat napětí v kabelech řídicích obvodů. Tato indukovaná napětí mohou být minimalizována pomocí stínění kabelů a použitím kruhového uspořádání (obvody obsažené v jednom kabelu, takže se nevytvoří induktivní smyčka). B.2.10.2.8.2.2 B.2.10.2.8.2.2.1
Spínání kondenzátorových baterií Obecně
Spínání kondenzátorových baterií je spojeno s přechodovými jevy napětí a proudu. Vzhledem k tomu, že moderní vypínače mají velmi malou pravděpodobnost průrazů, bude většina spínacích přepětí generována při připojování kondenzátorové(vých) baterie(í). Účinky těchto přechodových jevů se projeví místně a také ve vzdálených místech elektrické sítě. Vysokofrekvenční přechodový nárazový proud vyvolaný spínáním skupinové kondenzátorové baterie může namáhat další zařízení obvodu a také vypínač. U vinutých transformátorů vlivem vysoké strmosti nárůstu proudu a následného napětí indukovaného na indukčnosti obvodu dojde k namáhání mezizávitové izolace. B.2.10.2.8.2.2.2
Místní účinky
Místní účinky jsou následující: přechodné napětí vedoucí k dielektrickému namáhání sousedících zařízení; elektrické, mechanické a elektromechanické síly způsobené nárazovým proudem. B.2.10.2.8.2.2.3
Vzdálené účinky
Vzdálené účinky jsou následující: přenos kapacitně vázaných přechodných jevů přes vinutí transformátoru; odrazy putujících vln způsobených přechodnými jevy od otevřených konců vedení nebo od vedení ukončených transformátorem; vybuzení rezonančních složek sítě oscilačním přechodným kmitočtem.
30
PNE 35 4220
B.2.10.2.8.2.3
Spínání vedení a kabelů
Při připojování vedení a kabelů může dojít k vytvoření vysokých přepětí závislých na tom, zda vedení nebo kabel, vlivem předchozího vypínání (tj. v případě opětného zapínání), obsahoval náboj. Tato přepětí mohou vést k poškození izolace. B.2.10.2.8.2.3
Omezení přepětí
K dispozici je několik možností, jak omezit přepětí generovaná spínáním kapacitních proudů: tlumivky omezující proud se běžně používají pro snížení přechodných proudů vyvolaných spínáním paralelních kabelů nebo kondenzátorových baterií. Neomezují vzdálená přepětí. zapínací rezistory omezují nárazový proud a vzdálená přepětí. Je to základní řešení používané u vypínačů. Obvykle tvoří část vypínačů a jako takové přispívají ke složitosti vypínačů. V závislosti na konstrukci může (avšak nemusí) tato složitost vést ke snížené pohotovosti zařízení (viz též 9.4.1.6). zapínací tlumivky také omezují nárazový proud a vzdálená přepětí. Obvykle tvoří část vypínačů a jejich vliv na složitost a pohotovost zařízení někdy, v závislosti na konstrukci zařízení, odpovídá případu se zapínacími rezistory. řízené zapínání v závislosti na nastavení ovládacího impulsu snižuje velikost nárazového proudu před předzápalem mezi kontakty. Jednoduchým způsobem, jak snížit tyto přechodné jevy je při průchodu napětí nulou ponechat kontakty sepnuté. Tato metoda se nazývá řízené zapínání. Tato metoda rovněž přispívá ke složitosti zařízení a může ovlivnit jeho pohotovost. B.2.10.2.9 Nezatížená venkovní vedení B.2.10.2.9.1 Obecně Po vypínači může být v rámci jeho provozních charakteristik požadováno připojování a odpojování přenosového vedení. Před připojení může (ale nemusí) vedení obsahovat zachycený náboj. Je třeba věnovat pozornost stavu, kdy je vedení připojováno po předchozím vypnutí zátěže (viz [21]). B.2.10.2.9.2 Nabíjecí proud vedení Pro stanovení jmenovitého vypínacího proudu nezatíženého vedení je třeba vycházet z hodnoty nabíjecího proudu vedení. Tento proud je funkcí napětí sítě, délky vedení a uspořádání vedení. Pokud je odhadnutý proud vyšší než 90% doporučeného jmenovitého vypínacího proudu nezatíženého vedení, měla by být použit přesnější výpočet založený na skutečném uspořádání vedení a metodách podobných těm, o kterých je pojednáno v [21]. B.2.10.2.9.3 Kompenzovaná venkovní vedení Velmi dlouhá vedení (>200 km) jsou často pro snížení nabíjecího proudu sítě kompenzována kompenzačními tlumivkami. Pokud je volba vypínače založena na Ilc, nemělo by vedení být spínáno bez připojené(ných kompenzační(ch) tlumivky(vek). Proud vedení bude mírně změněn působením Ferrantiho jevu a také umístěním tlumivky(vek). B.2.10.2.9.4 Zotavené napětí nezatíženého vedení Jmenovitý vypínací proud nezatíženého vedení se volí na základě normalizovaného zotaveného napětí pro daný typ vypínače. Zkušební napětí vyžaduje průběh 1-cos. Odchylky od charakteristik zkušebního napětí mohou zvýšit nebo snížit pravděpodobnost průrazů u vypínače. Jak bylo dříve popsáno, kompenzované vedení bude mít nižší vrcholovou hodnotu zotaveného napětí, což sníží pravděpodobnost průrazů. B.2.10.2.10 Kondenzátorové baterie B.2.10.2.10.1 Obecně Po vypínači může být požadováno spínání kondenzátorové baterie na přípojnici, na které nejsou připojeny další kondenzátorové baterie (jednotková kondenzátorová baterie) nebo na přípojnici, na které jsou připojeny další kondenzátorové baterie (skupinová kondenzátorová baterie). Při volbě vypínače pro spínání kondenzátorové baterie je třeba věnovat pozornost jmenovitému vypínacímu proudu jednotkové a skupinové kondenzátorové baterie, jmenovitému nárazovému zapínacímu proudu a jmenovitému kmitočtu nárazového proudu. 31
PNE 35 4220
B.2.10.2.10.2 Proud kondenzátorové baterie Vypínače musí být voleny podle skutečného kapacitního proudu, který mají vypínat. Jmenovité hodnoty mají voleny podle následujících parametrů. a) Napětí. Při výpočtu kapacitního proudu při přiloženém napětí se má jmenovitá hodnota jalového výkonu kondenzátorové baterie v kVar násobit poměrem nejvyššího provozního napětí k napětí uvedeném na štítku kondenzátorové baterie. Tento poměr se může rovnat až 1,1, protože kondenzátory mohou trvale pracovat při napětí až o 10 % vyšším než je jmenovité napětí kondenzátoru. b) Tolerance charakteristik kondenzátoru. Výrobní tolerance kapacity je –0 až +15 %, přičemž střední hodnota je –0 až +5 %. Pro nastavení jmenovité hodnoty proudu odpovídající dovolené toleranci kapacity by měl být použit násobitel 1,05 až 1,15. c) Harmonické složky. Kondenzátor představuje pásmovou propust pro harmonické proudy. Pokud má kondenzátorová baterie neúčinně uzemněný střed, nepropouští nulové harmonické složky (třetí, šestou, devátou atd.) a násobitel pro harmonické proudy je menší. Pro kondenzátorové baterie s přímo uzemněným středem se všeobecně používá násobitel 1,1 a pro neúčinně uzemněné středy se používá násobitel 1,05. Pokud nejsou k dispozici informace týkající se násobitelů, je obvykle konzervativním řešením použití celkového násobitele pro kondenzátorové baterie s neúčinně uzemněným středem, který se rovná 1,25násobku jmenovitého proudu kondenzátoru při jeho jmenovitém napětí a pro sítě s přímo uzemněným středem použití násobitele, který se rovná 1,35násobku jmenovitého proudu. B.2.10.2.11 Spínání s vloženým transformátorem V některých aplikacích se po vypínači vyžaduje spínání kondenzátorů, vedení nebo kabelů přes vložený transformátor. Proud spínaný vypínačem bude N násobkem proudu kondenzátoru, vedení nebo kabelu na druhé straně transformátoru, kde N je převod transformátoru. Spínání nabíjecích proudů přes transformátor může být snazší než spínání stejného proudu přímo. Na kapacitních prvcích obvodu a indukčnosti transformátoru dojde k oscilaci a k nasycení, což vyvolá příznivější přechodné zotavené napětí a menší pravděpodobnost průrazů. Pokud dojde k průrazu, přídavná indukčnost přispěje k omezení nárazového proudu. K nasycení může také dojít při odpojování vzdáleného transformátoru napájeného dlouhým kabelem. Namáhání transformátoru se nepovažuje za nebezpečné. Pokud je hodnota N větší než 1 způsobí spínání s vloženým transformátorem zvýšení spínaného proudu. Odpojování nezatížených venkovních vedení vypínači na straně nižšího napětí může vést k nabíjecím proudům na vedení v rozsahu 750 A až 1 000 A. Jmenovité hodnoty vypínačů pro spínání kapacitního proudu, které mají být použity v těchto aplikacích, musí být před použitím pečlivě zkontrolovány. B.2.10.2.12 Účinky přechodových proudů B.2.10.2.12.1 Obecně V aplikacích vypínačů v elektrických stanicích s kondenzátorovými bateriemi může nastat nutnost zjistit účinky přechodných proudů a dalších zvláštních vlivů (kromě vlivů působících při běžném spínání kondenzátorů) na vypínače. Přechodné proudy kondenzátorových baterií je možné posuzovat ze dvou hledisek: nárazové proudy při připojování kondenzátorových baterií a vybíjecí proudy do zkratu. Tam, kde je počet paralelních kondenzátorových baterií v elektrické stanici velký, mohou mít přechodné proudy na vypínače značný vliv. Přechodné proudy mohou mít vysoké vrcholové hodnoty a vysoké kmitočty, které mohou ovlivnit vypínače následujícím způsobem: d) vypínač může být vystaven působení přechodných nárazových proudů, které přesahují jejich jmenovité hodnoty. To může nastat u vypínače v zapnuté poloze nebo při zapínání do zemních spojení. e) přechodný nárazový proud může mít dostatečnou amplitudu a rychlost změny způsobující přeskok v sekundárních vinutích transformátorů proudu nebo v souvisejících řídicích obvodech. Vypínač ve spojce přípojnic (podélná nebo příčná spojka) může být při připojování kondenzátorových baterií umístěných v sekcích přípojnice na obou stranách vypínače (viz obrázek B.1, CB1) vystaven přechodným nárazovým proudům. Tento nárazový proud málokdy překročí schopnost vypínače. Může však být požadováno zjištění, zda rychlost změny nárazového proudu způsobí přepětí na sekundární straně transformátorů proudu nebo v proudovodné dráze mezi kondenzátorovými bateriemi. 32
PNE 35 4220
B.2.10.2.12.2 Působení celkového vybíjecího proudu kondenzátorové baterie V elektrické stanici, kde jsou paralelní kondenzátory umístěny na přípojnici nebo v její blízkosti, mohou být všechny vypínače připojené na přípojnici při zkratech vystaveny působení celkovému vybíjecímu proudu všech kondenzátorových baterií umístěných za vypínačem. Na obrázku B.1 bude při zkratu v místě A vypínač CB2 vystaven tomuto celkovému vybíjecímu proudu. Nejhorší případ, nebo nejvyšší vybíjecí proud kondenzátoru se objeví u kovového třífázového zkratu u kondenzátorových baterií s neúčinně uzemněným středem a v případě třífázového nebo jednofázového zemního spojení u kondenzátorových baterií s přímo uzemněným středem.
Legenda CB1, CB2
Vypínače
Obrázek B.1 – Elektrická stanice, ve které dojde k velkým přechodným nárazovým proudům přes vypínače způsobeným paralelními kondenzátorovými bateriemi Celkový vybíjecí proud (vrcholová hodnota) všech kondenzátorových baterií za vypínačem se rovná algebraickému součtu jednotlivých kondenzátorových baterií. Při zanedbání rezistance se vybíjecí proud jednotlivé kondenzátorové baterie rovná: I dpeak
2 3
Ur
C L
(B.5)
kde Idpeak je vrcholová hodnota vybíjecího proudu; Ur
jmenovité napětí;
C
kapacita jednotlivé baterie na fázi;
L
indukčnost mezi kondenzátorovou baterií a místem zkratu na fázi.
Indukčnost L je tvořena hlavně vodiči přípojnice a přídavnými indukčnostmi k baterii pro omezení nárazových proudů. Pokud existuje n kondenzátorových baterií o přibližně stejné kapacitě oddělených přibližně stejnou indukčností do místa zkratu, potom se celkový vybíjecí proud rovná přibližně součtu vrcholových hodnot proudu každé baterie nebo n násobku této hodnoty pro jednu baterii. Platí rovnice: I dpeak
2 3
Ur
Cn L/n
2 3
Ur n C / L
(B.6)
Kromě kontroly vrcholové hodnoty proudu může nastat nutnost také posouzení rychlosti změny vybíjecího proudu). Účinky přechodného vybíjecího proudu procházejícího vypínačem musí být také ověřeny s ohledem na transformátory proudu. Vybíjecí proudy mohou podstatným způsobem překročit velikosti a kmitočty nárazových proudů. To nastane v důsledku příspěvku z více kondenzátorových baterií a v důsledku toho, že nedochází k omezení nárazovou impedancí působící při připojování kondenzátorových baterií. 33
PNE 35 4220
B.2.10.2.13 Působení při spínání kapacitního proudu při zkratu Pokud jsou paralelní kondenzátorové baterie umístěny na sekcích přípojnice v elektrické stanici, je třeba při spínání do zkratu ověřit, že poslední vypínající vypínač není vystaven působení kapacitního proudu převyšujícího jeho schopnost. To se zvláště týká vypínače CB1 použitého ve spojce přípojnic s kondenzátory umístěnými na obou stranách vypínače, jak je znázorněno na obrázku B.1. Nejhorší případ nastane v elektrické stanici, kde vypínač ve spojce přípojnic vypíná jako poslední při zkratu a kdy zůstává jedna nebo více fází kondenzátorových baterií pod napětím. V tomto případě musí být vypínač ve spojce přípojnic řádně vybaven a dimenzován pro vypnutí zbývajících paralelních kondenzátorových baterií určených k odpojení. Na příkladu uvedeného na obrázku B.1 to znamená, že vypínač ve spojce přípojnic musí být schopen vypnout dvě kondenzátorové baterie zapojené paralelně se dvěma kondenzátorovými bateriemi připojenými na straně zdroje. Dalším řešením je koordinace vypínací doby tak, aby vypínač ve spojce přípojnic byl vždy prvním vypínajícím vypínačem a zabránilo se tak režimu spínání kondenzátoru. B.2.10.2.14 Účinek zátěže Tato situace nastane, kdy má vypínač spínat kombinaci kapacitního proudu a zatěžovacího proudu. Vypínač bude mít požadovanou spínací schopnost, pokud celkový proud nepřekračuje jmenovitý proud vypínače a pokud: a) účiník má hodnotu alespoň 0,8 (předbíhající) nebo b) kapacitní proud nepřevyšuje jmenovité kapacitní spínací proudy vypínače. Tam, kde jsou výše uvedené podmínky překročeny, není schopnost a chování vypínače normalizováno a je třeba kontaktovat výrobce. Pokud je účiník nižší než 0,8 (předbíhající), může být napětí s proudem v tak nesynchronním stavu, který může vést k nepřijatelným průrazům. Situace bude ještě přísnější, pokud jsou kondenzátory umístěny na straně zdroje vypínače. B.2.10.2.15 Účinek opětného zapínání Pokud u vypínače spínajícího kapacitní zátěže dojde k opětnému zapínání, může nastat až dvojnásobný nárazový proud. Pokud je proud kondenzátorové baterie vypínání v nule proudu nebo v její blízkosti, může mít napětí na baterii téměř vrcholovou hodnotu. Opětné zapnutí vypínače s takto nabitou kondenzátorovou baterií může vyvolat vysoký nárazový proud. Pokud je kondenzátorová baterie připojena na stranu zátěže vypínače odbočky, který má automatické opětné zapínání, může být nárazovým proudům zabráněno odpojením kondenzátorové baterie od ostatních zátěží po vybavení vypínače a před opětným zapnutím. Pro odpojení může být použit běžný spínací přístroj vhodný pro spínání kondenzátorové baterie. Tento způsob se zvláště doporučuje tam, kde jsou další kondenzátorové baterie připojeny na stejnou přípojnici elektrické stanice. Druhým způsobem jek zabránit vysokým nárazovým proudům při opětném zapínání je zvýšení časového zpoždění při opětném zapínání. Vybíjecí rezistory uvnitř každé kondenzátorové jednotky nebo jiná vložena vybíjecí zařízení běžně sníží zbytkové napětí. Vybíjecí křivky jsou dostupné u výrobce kondenzátorů, který by měl být kontaktován při zavedení zpožděné doby opětného zapínání. B.2.10.2.16 Tepelné omezení rezistoru U vypínačů kondenzátorové baterie vybavených zapínacími rezistory je třeba při určování intervalu mezi funkcemi při spínání kapacitního proudu potřeba uvážit tepelnou odolnost rezistorů. Hodnota rezistance souvisí s velikostí kondenzátorové baterie a zapínací rezistory by normálně měly mít tepelnou odolnost definovanou jmenovitým pracovním sledem. Pokud je plánováno provedení zkoušek, u nichž dojde k překročení počtu funkcí definovaných tepelnou odolností zapínacích rezistorů, nebo u kterých je použit vypínač zvláštní konstrukce, je třeba, s ohledem na četnost funkcí, konzultace u výrobce. B.2.10.2.17 Volba použití různých druhů vypínačů B.2.10.2.17.1 Obecně Spínání kapacitních proudů zatěžuje různým způsobem různé druhy vypínačů. Průrazy při vypínání a předzápaly při zapínání mohou, ale nemusí činit problém. Dále uvedené úvahy jsou obecné a jsou založeny na zkušenostech získaných při zkouškách v laboratoři, při přejímacích zkouškách a zkušenostech z provozu. 34
PNE 35 4220
B.2.10.2.17.2 Olejové vypínače B.2.10.2.17.2.1
Průrazy
V závislosti na konstrukci (rychlost kontaktů, tvar elektrod atd.) má olejový vypínač při vypínání obecně dlouhé doby hoření oblouku. Pravděpodobnost průrazů roste se zvyšujícím se proudem, protože bublinky plynu snižují množství oleje mezi kontakty a způsobují tak snížení dielektrické pevnosti vypínací dráhy. Tyto vypínače si zasluhují zvláštní pozornost při použití nebo při přemístění do sítě, ve které nabíjecí proud vedení překračuje jmenovitou hodnotu. Některé vypínače používají pro zmenšení velikosti bublinek zvýšený tlak a tím dosahují zvýšení dielektrické pevnosti vypínací dráhy. Některé vypínače mohou být pro snížení účinků průrazů vybaveny vypínacími rezistory. Olejový vypínač běžně nevypne vysokofrekvenční proud spojený s průrazem a vysoká impedance oblouku zavádí přídavné tlumení proudu průrazu. To vede ke snížení rizika vícenásobných průrazů. U starších typů olejových vypínačů docházelo k vícenásobným průrazům, které mohly vést k nárůstu napětí a následnému vývoji zkratu. B.2.10.2.17.2.2
Předzápaly
Olejové vypínače jsou při připojování kondenzátorových baterií zvláště citlivé na vysokofrekvenční předzápaly. Předzápaly způsobují nárazovou vlnu v oleji. Vzhledem k tomu, že olej nelze stlačit, způsobuje nárazová vlna mechanická namáhání na vnitřních součástech zhášecí komory. Výsledkem těchto vysokých mechanických namáhání může dojít k narušení izolátoru zhášecí komory a dokonce k prasknutí nepohyblivých kontaktů. Použití olejového vypínače pro spínání kondenzátorové baterie vyžaduje značnou redukci kmitočtu nárazového proudu nebo zvláštní konstrukci olejového vypínače (např. s použitím zapínacích rezistorů). Olejové vypínače (s velkým množstvím oleje) se při omezení 20 kAkHz bez problémů používají již více než 30 let. Pro máloolejové vypínače je doporučená hodnota 1 kAkHz. B.2.10.2.17.3 Vakuové vypínače B.2.10.2.17.3.1
Průrazy
Výdržné napětí vypínací dráhy vakuového vypínače roste velmi rychle a pravděpodobnost průrazů je malá. Pokud dojde k průrazu, je vypínací dráha malá a vakuový vypínač je obvykle schopen vypnout vysokofrekvenční proud průrazu, který může vést k nárůstu napětí. B.2.10.2.17.3.2
Neúplné průrazné výboje (NSDD)
K NSDD dochází normálně u vakuových vypínačů a obecně nejsou problematické. B.2.10.2.17.3.3
Předzápaly
Délka předzápalu je u vakuových vypínačů krátká. Nárazové vlny nečiní u tohoto druhu vypínače problémy. Vysokofrekvenční výboje spolu s odskakováním kontaktů mohou vést k mikrosvarům kontaktů, a to zvláště v případě kontraktního typu oblouku (který se objevuje při proudech vyšších než 10 kA). Rozpojování svařených míst při následném vypínání u velmi malých proudů může vést k poškození povrchu kontaktů, což může snížit dielektrickou odolnost vypínací dráhy. Následné vypnutí při vyšším proudu však může dielektrickou pevnost zvýšit na původní hodnotu. Následná zkouška naprázdno může mikronerovnosti vyrovnat, což vede ke zvýšení dielektrické pevnosti. B.2.10.2.17.4 Vypínače SF6 B.2.10.2.17.4.1
Průrazy
Vypínací schopnost vypínačů SF6 je omezena zotaveným napětím, což znamená, že kmitočet a podmínky uzemnění (tzn., zda obvod je účinně nebo neúčinně uzemněn) jsou důležitými činiteli v posuzování schopnosti vypínače. Schopnost vypínání vysokofrekvenčního proudu průrazu je malá pro tlakoplynné vypínače (puffer type) a ještě menší pro vypínače s vlastní zhášecí energií (self blast type). To také znamená, že riziko nárůstu napětí je malé. Průraz však může způsobit přeskok a/nebo průrazný výboj izolačním materiálem mezi kontakty (např. u trysky, pouzdra atd.). 35
PNE 35 4220
B.2.10.2.17.4.2
Předzápaly
Délka předzápalu závisí na mnoha parametrech (např. napětí na zhášedle, rychlosti zapínání atd.). B.2.10.2.17.5 Tlakovzdušné vypínače B.2.10.2.17.5.1
Průrazy
Pravděpodobnost průrazů je u tlakovzdušných vypínačů obecně větší než u vypínačů SF6. Přeskoková charakteristika ve vzduchu má větší rozptyl než v SF6. Tlakovzdušné vypínače jsou schopné vypínat vysokofrekvenční proud průrazu, což znamená, že mají větší pravděpodobnost vícenásobných průrazů, což může vést k nárůstu napětí. B.2.10.2.17.5.2
Předzápaly
Úvahy uvedené v B.2.10.19.4.22 platí také pro tlakovzdušné vypínače.
B.2.11 Spínání induktivního proudu (viz též kapitola C.10) B.2.11.1 Obecně Spínání induktivního proudu zahrnuje následující případy: – spínání kompenzačních tlumivek; – spínání motorů; – spínání nezatížených transformátorů. Požadavky na spínání motorů a kompenzačních tlumivek a na jejich zkoušení jsou uvedeny v IEC 62271-110. Vypínače obecně nemívají problémy se spínáním malých induktivních proudů, proud však obvykle projde předčasnou nulou vlivem jevu zvaného utržení proudu. Výsledná přepětí vyvolaná utržením proudu a přepětí vyvolaná následným znovuzápalem (ve vypínači) však mají takovou velikost závisející jak na charakteristikách vypínače, tak charakteristikách obvodu, že je vyžadován určitý způsob jejich omezení (např. svodiči přepětí nebo řízením nastavením okamžiku ovládání spouštěcího impulsu). Tento druh vypínání proudu je velmi interaktivní a měl by být řešen volbou vypínače určeného pro tyto účely. B.2.11.2 Spínání kompenzační tlumivky B.2.11.2.1 Obecně Spínání kompenzační tlumivky je velmi specifické spínání vyžadující správnou specifikaci a volbu vypínače. Na specifikaci by se měl podílet jak výrobce, tak uživatel s tím, že by měly být minimalizovány dopady přepětí pro danou aplikaci. B.2.11.2.2 Specifikace a volba vypínače Pokud je vypínače určen pouze pro účely spínání kompenzační tlumivky, měly by být specifikovány následující charakteristiky. Pokud se požaduje schopnost vypínání zkratového proudu, musí být specifikován také tento požadavek. dielektrické požadavky; jmenovitý krátkodobý a dynamický proud (za předpokladu, že se nevypínají zkratové proudy); jmenovité hodnoty kompenzační tlumivky; proud kompenzační tlumivky; charakteristiky strany zátěže: Indukčnost L kompenzační tlumivky a celková kapacita obvodu strany zátěže CL včetně paralelní tlumivky a všech připojených zařízení; omezení přepětí: Měla by být stanovena vrcholová hodnota potlačeného přepětí. Přepětí způsobené znovuzápaly nemusí být, vzhledem k jeho závislosti na obvodu, stanoveno; způsob uzemnění: Přímo uzemněný střed, neúčinně uzemněný střed, nebo impedančně uzemněný střed. V posledním případě by měla být stanovena indukčnost tlumivky v uzemnění středu.
36
PNE 35 4220
mechanická trvanlivost: Vypínače určené pro spínání kompenzační tlumivky mají obvykle časté spínání a měla by být předepsána třída M2. Přepětí mohou být omezena buďto správnou volbou vypínače nebo vhodnou ochranou (např. svodiče přepětí, řízení nastavením okamžiku ovládání spouštěcího impulsu). B.2.11.3 Spínání motorů B.2.11.3.1 Obecně Specifikace a volba vypínačů (stykačů) pro spínání motorů je jednodušší než pro případ kompenzačních tlumivek. Zatímco spínací přístroje pro spínání kompenzačních tlumivek jsou často vyráběny na zakázku, pro spínání motorů se obecně používají předem vyrobené přístroje. To je umožněno použitím opatření na omezení přepětí vhodných pro daný typ spínacího přístroje. B.2.11.3.2 Specifikace vypínače Měly by být specifikovány následující charakteristiky: požadavky na elektrickou pevnost izolace; jmenovité hodnoty motoru; rozběhový proud motoru, proud naprázdno a zatěžovací proud; charakteristiky strany zátěže: ekvivalentní indukčnost motoru a celková kapacita včetně připojeného kabelu; mechanická trvanlivost: třída M1 nebo M2 v souladu s předpokládanou četností spínání. B.2.11.3.3 Volba vypínače Pro spínání motorů v oblasti vysokého napětí se v současné době používají dva hlavní druhy vypínačů, a to SF6 a vakuové. Volba druhu vypínače bude ve většině případů záviset na ceně vypínače a souvisejících opatření na omezení přepětí. B.2.11.4 Spínání nezatíženého transformátoru B.2.11.4.1 Specifikace a volba vypínače Ve většině případů se vypínače o napětí 52 kV a nižším specifikují a volí podle jiných požadavků než požadavků na spínání nezatížených transformátorů. Důvodem je to, že vypínače s ohledem na možné omezování přepětí mají tuto schopnost automaticky.
B.3
Přeprava, skladování, montáž, provoz a údržba
B.3.1 Obecně Účelem tohoto článku je poskytnout doplňující informace pro zajištění správné přepravy, skladování, montáže, provozu a údržby, což zajistí maximální spolehlivost a pohotovost po celou životnost zařízení. Před přepravou by měly být u vypínače provedeny kusové zkoušky pro ověření toho, že vypínač má odpovídající kvalitu a že je vhodný pro použití ve vysokonapěťové síti. Musí být potom přepravován, skladován, montován, provozován a udržován podle instrukcí výrobce. Tyto instrukce by měly být předány před doručením zařízení. V ideálním případě by měly být dostupné v době prodeje. B.3.2 Přeprava a skladování Vypínač, který splnil všechny zkušební požadavky a prohlídky v továrně se považuje za správně vyrobený vypínač vhodný pro použití ve vysokonapěťové síti. Je proto důležité zajistit, aby vypínač byl přepravován a skladován takovým způsobem, aby nedošlo k jeho poškození. IEC 62271-1 zdůrazňuje potřeby ochrany proti poškození způsobeným vlhkostí a vibracemi během přepravy a skladování. Výrobce musí poskytnout vhodné instrukce, které obsahují údaje o způsobu balení, rozměrech, hmotnostech a požadavcích na skladování. Je třeba též uvážit všechny zvláštní podmínky, kterým může být zásilka při přepravě a skladování vystavena. To zahrnuje změny přírodních podmínek, které se mohou při přepravě a skladování vyskytnout, např. okolní teplota, tlak, vlhkost a znečištění, a to zvláště slanou mlhou (moře/pobřeží). Zvláštní pozornost je třeba věnovat to37
PNE 35 4220
mu, zda bude moci být zásilka po stanovenou dobu bez poškození vystavena skladování ve venkovním prostředí. Zařízení by mělo být také zabaleno tak, aby bylo možné jeho stohování nebo aby byla možná manipulace s ním pomocí zdvižného vozíku nebo pomocí jiných prostředků a uspořádáno tak, aby kompletní položky zařízení mohly být dopraveny na jednotlivá místa montáže samostatně. Obaly spínacího a řídicího zařízení s jinými izolátory než keramickými by měly být vhodně chráněny před působením hmyzu. Každá přepravní bedna by měla obsahovat podrobný seznam přepravovaných částí. Měl by být jasně vyznačen požadavek na zvláštní manipulační podmínky, což by mělo být rovněž vyznačeno na kontejneru. Pro indikaci, zda bylo zařízení během přepravy vystaveno velkým nárazům slouží čidla nárazu. Všechny ventily a armatury podléhající poškození při přepravě by měly být opatřeny kryty nebo by měly být nahrazeny ucpávkami. Při skladování může být také vyžadován zdroj energie pro napájení topných těles zabraňujících kondenzaci. Pro bezpečné připojení těchto přívodů a pro zabránění možnému nebezpečí k součástem v blízkosti topných těles musí být poskytnuty jasné instrukce. Je třeba také uvážit požadavky na balení a skladování náhradních dílů tak, aby bylo zajištěno jejich vhodné skladování, identifikace a manipulace s nimi. Všechna poškození nebo pochybnosti týkající se stavu vypínače by měla být oznámena výrobci. B.3.3 Montáž Články 10.2.1 až 10.2.4 z IEC 62271-1:2007 popisují vybalování, zvedání, montáž a připojování vypínače. Připojení zahrnuje jak vysokonapěťové obvody, tak pomocné obvody a dále tlakové soustavy kapalin a plynů a konečně uzemnění. Je důležité, aby byly poskytnuty požadované informace týkající se bezpečného a účinného vybalování, zvedání a montáže vypínače na vhodné základy. Před započetím těchto činností je třeba definovat odpovědnosti za montáž a přejímku vypínače. Je potřeba se ujistit, zda montážní a přejímací technici jsou kvalifikovaní a zda je zajištěn odborný dozor. Na této činnosti by měl být zainteresován i výrobce. Měly by také být stanoveny odpovědnosti za dodávku SF6 nebo jiného plynu a za dodávku hydraulického oleje (tam, kde to přichází v úvahu) a za jejich naplnění na provozní tlaky. Mělo by se ověřit, že bylo dosaženo správného přepravního tlaku plynu a že při následném doplnění bylo také dosaženo správného tlaku. Se souhlasem výrobce je dovoleno opětné použití plynu získaného z elektrických zařízení podle IEC 60480. Výrobce má stanovit podmínky pro opětovné použití plynu získaného z elektrických zařízení. Doporučuje se provedení všech potřebných zkoušek pro ověření kvality plynu. Vzhledem k dopadu na životní prostředí, na zdraví a bezpečnost by prakticky nemělo docházet k vypouštění SF6 do ovzduší. Nemělo by docházet k neopatrnému vypouštění plynu do atmosféry. Nepotřebný plyn SF6 by měl být opětně získán pro recyklaci. Více informací týkajících se opětného získávání plynu je uvedeno v IEC 62271-42). Měla by se zkontrolovat všechna připojení včetně vysokonapěťových řídicích a pomocných a uzemňovacích připojení. Při montáži vysokonapěťových kabelových koncovek by měly být dodrženy předepsané tahové a ohybové síly, které nemají být v žádných podmínkách (podmínky prostředí, pracovní, zkratové a seizmické podmínky) překročeny. Tento požadavek je důležitý jak pro samotný vypínač, tak pro okolní zařízení. Kontroly by měly zahrnovat dodržení správné montáže, správného tlaku plynu, správného uzemnění a to zda není výrobek není poškozen. B.3.4 Přejímky Po montáži se doporučuje provedení přejímacích zkoušek. Účelem těchto zkoušek je potvrzení toho, že: – při přepravě a skladování nedošlo k poškození vypínače; – samostatné jednotky jsou kompatibilní; – montáž byla provedena správně; – vypínač bude pracovat správně. Přejímací zkoušky jsou zvláště důležité tehdy, pokud montáž probíhá z velké části na místě použití a/nebo na místě použití je prováděno seřizování. Nemá se opakovat celý program již provedených kusových zkoušek v továrně. 2)
Připravuje se. 38
PNE 35 4220
Pokud jsou hlavní podsestavy montovány na místě použití bez předchozích zkoušek na kompletním vypínači, má se na místě montáže provést alespoň 50 funkcí naprázdno. Odložené kusové zkoušky je možné zahrnout do těchto 50 funkcí, protože jak kusové zkoušky, tak přejímací zkoušky potvrzují správnou funkci vypínače. Výrobce má poskytnout návody pro kontroly a zkoušky, které mají být provedeny po montáži. Výsledky mají být zaznamenány do protokolu o přejímací zkoušce. Program přejímacích zkoušek má být založen na doporučeních výrobce a tento program má být před zahájením zkoušek schválen. Článek 10.2.101 z IEC 62271-100:2008 obsahuje pokyny pro provádění přejímacích zkoušek. Konkrétní zkušební program však není těmito pokyny omezen. Vyjmenované zkoušky jsou obsáhlé, některé zkoušky však je možné pro konkrétní případ vypustit a naopak jiné přidat. Při volbě zkoušek je třeba uvážit druh a konstrukci vypínače a také podmínky přepravy, skladování a montáže. Článek 10.2.101 z IEC 62271-101:2008 obsahuje zkoušky a kontroly rozdělené do následujících kategorií: – všeobecné kontroly včetně kontroly montáže, těsnosti, vnější izolace, nátěru, ochrany proti korozi, pohonů, uzemnění a počítadla funkcí; – kontroly vodičů elektrických obvodů, indikace polohy, výstrah, blokování, topných těles a osvětlení; – kontroly izolačního média včetně tlaku plnění a jeho kvality (podle IEC 60376, IEC 60480 a IEC 62271-4 pro SF6); – kontroly provozních médií včetně hladin, tlaku plnění a čistoty; – kontroly funkcí na místě montáže; – kontroly výstražných a blokovacích tlaků média pro zhášení oblouku při zvyšování a snižování tlaku; – kontroly charakteristických provozních tlaků pro hydraulické a pneumatické soustavy při jejich zvyšování a snižování včetně blokovacího tlaku, výstrahy při nízkém tlaku, kontroly bezpečnostního ventilu a kontroly tlaku, při kterém dochází k zapnutí a vypnutí čerpacího zařízení. – spotřeba energie při funkcích vypínače; – ověření sledu spínání; – doby zapínání a vypínání každého pólu včetně řídicích a pomocných kontaktů; – doba střádání pohonu; – mechanické charakteristiky pohybu kontaktů po prvním kompletním sestavení vypínače, nebo pokud byly všechny části kusové zkoušky provedeny na místě montáže; Tyto mechanické charakteristiky mohou být použity jako referenční pro budoucí údržbu. Vlivem rozdílů v měřicím zařízení se tyto výsledky mohou lišit od informací poskytnutých výrobcem; – vypnutí, zapnutí a opětné zapnutí při nejmenším provozním tlaku pro pohon; – doba, po kterou zůstává vypínač zapnut při sledu spínání CO včetně funkce zabraňující nežádoucímu opětnému zapínání; – chování vypínače při zapínacím povelu, působí-li již vypínací povel; – aplikace vypínacího povelu na obou spouštích současně; – ochrana proti nesoučinnosti pólů; – zkoušky elektrické pevnosti izolace u pomocných obvodů; – měření rezistance hlavního obvodu. V návodech musí být uvedeny postupy pro seřizování vyžadované pro dosažení správné funkce. Musí být také poskytnuta doporučení týkající se jakýchkoliv měření, která musí být provedena a zaznamenána při budoucích údržbářských zásazích. Návody musí obsahovat pokyny pro konečnou prohlídku a uvedení do provozu. B.3.5 Provoz Výrobce musí poskytnout vhodné návody a uživatel musí porozumět charakteristikám zařízení a zásadám jeho ovládání. Tyto návody musí obsahovat příslušné bezpečnostní požadavky a úkony, které je potřeba provádět při obsluze, odpojování, uzemňování, údržbě a zkoušení. Doporučuje se, aby tyto návody byly odsouhlaseny uživatelem před montáží, v ideálním případě při nákupu.
39
PNE 35 4220
B.3.6 Údržba Výrobce by měl poskytnout návod pro údržbu, který obsahuje rozsah a četnost doporučené údržby a popis údržbářských prací. Pomocí vhodných výkresů by měly být jasně identifikovány sestavy, podsestavy a významné náhradní díly nutné pro údržbu a opravy zařízení. V návodu by měly být také obsaženy měřicí hodnoty a tolerance. Měly by zde také být uvedeny specifikace materiálů a nástrojů potřebných při montáži. Výrobce by také měl mít vypracovanou politiku pro stálou dodávku a pohotovost náhradních dílů. Návody k údržbě a školení musí obsahovat různá možná rizika: rizika z hlediska bezpečnosti osob, rizika z hlediska životního prostředí, rizika z hlediska poškození vypínače. Tato rizika mohou zahrnovat elektrická, mechanická, tepelná, pracovní a chemická hlediska. Uživatel musí zajistit kvalifikaci personálu pro tyto úkoly. Uživatel musí rovněž pořídit vhodné záznamy týkající se historie provedení servisních zásahů, údržby, poruch a měření. Je důležité, aby v průběhu životnosti zařízení byly vhodné informace vzájemně předávány mezi výrobcem a uživatelem.
B.4
Plynotěsnost (viz též kapitola C.12)
B.4.1 Specifikace Z hlediska údržby a životního prostředí by bylo vhodné specifikovat zařízení „bez úniků“ nebo „plně těsné“. To bohužel není z následujících dvou důvodů reálné: – absolutní těsnost neexistuje: každá stěna umožňuje průchod plynu (byl měřen průchod plynu SF6 stěnou z hliníku na odlitky); – těsnost je měřena pomocí hodnoty úniku a čím menší je předepsaná hodnota úniku, tím obtížnější je její měření a to zvláště v rozsahu desítek let. Proto by měla být specifikace založena na skutečné potřebě, což závisí na druhu tlakové soustavy a na způsobu použití. Vzhledem k tomu, že norma platí pro všechny druhy vysokonapěťových vypínačů, bylo nutné klasifikovat různé druhy tlakových soustav. V době prvních specifikací těsnosti pro vysokonapěťové vypínače se zájem soustředil na těsnost z hlediska údržby. „Řízené tlakové soustavy“ se automaticky doplňují. Tato třída platí hlavně pro tlakovzdušné vypínače a pneumatické pohony. Z ekologického hlediska nedochází u stlačeného vzduchu k problémům a specifikace těsnosti se vztahuje jen k provozu kompresorové stanice. Řízené tlakové soustavy pro SF6 se u spínacích a řídicích zařízení SF6 nedoporučují. „Uzavřené tlakové soustavy“ se doplňují pouze periodicky, např. při údržbě. Těsnost lze specifikovat z ekologického hlediska. Předepisuje se roční hodnota úniku v %/rok, lze také snadno vypočítat množství uvolněného plynu za rok. Článek 5.15.2 z IEC 62271-1:2007 předepisuje těsnost pro SF6 o hodnotě 1 % a 0,5 % za rok. Původní hodnota 3 % za rok předepsaná v příloze EE ze čtvrtého vydání IEC 60056 vydané v roce 1987 byla zrušena, protože záznamy z provozu potvrzují, že hodnotu 1 % za rok lze obvykle splnit. „Hermeticky uzavřené tlakové soustavy“ se za celou dobu životnosti nedoplňují .Těsnost plynem izolovaných spínacích a řídicích zařízení se prokazuje tím, že se za celou dobu životnosti nedosáhne nejmenší provozní hustoty plynu.
40
PNE 35 4220
Oddíl C - Volba vypínačů pro provoz (teoretická část) C.1 Obecně Tento oddíl obsahuje teoretické zdůvodnění volby hodnot a charakteristik uvedených v oddílu B.
C.2 Jmenovitá izolační hladina (viz též článek B.2.3) C.2.1 Obecně Mezi izolačními hladinami stanovenými v IEC 60071-1 a izolačními hladinami stanovenými v IEC 62271-1 existují určité rozdíly: – IEC 62271-1 nepřebírá všechny izolační hladiny z IEC 60071-1. A to proto, že IEC 600771-1 platí pro všechny druhy zařízení a některé z těchto hodnot se v IEC 62271-1 nepoužívají pro spínací zařízení; – v IEC 62271-1 je výdržné napětí při spínacím impulsu pro podélnou izolaci nižší. Je třeba poznamenat, že existují pouze dva případy, kdy se objeví namáhání podélné izolace: když vedení křižuje jiné vedení nebo přípojnici; a případ spínacích a řídicích zařízení. V prvním případu je snadné a hospodárné použít větší vzdálenost; je obtížnější zvýšit podélnou izolaci spínacího a řídicího zařízení a není to reálně nutné. Vzhledem k tomu, že se izolační hladiny předepsané v IEC 62271-1 úspěšně používají již déle než 20 let (pro jmenovitá napětí 800 kV a nižší), souhlasila IEC TC 28 (odpovědná za IEC 60071), aby si spínací a řídicí zařízení ponechala jejich hodnoty. Rozdělení na dva napěťové rozsahy bylo provedeno s ohledem na uzemnění středu sítě: u rozsahu II se uvažuje s obvyklými účinně uzemněnými středy. Proto jsou napěťová namáhání nižší. Tím se vysvětluje, proč je stejné výdržné napětí při atmosférickém impulsu požadováno pro 245 kV a pro 300 kV.
41
PNE 35 4220
42
PNE 35 4220
C.2.2 Namáhání podélným napětím Vypínač nemá běžně odpojovací funkci, tu má odpojovač. POZNÁMKA Pro vypínače s odpojovací funkcí platí IEC 62271-108.
Při funkci musí vypínač nejprve zajistit odolnost proti zotavenému napětí po zhasnutí oblouku. Ve vypnuté poloze může dojít k namáhání střídavým napětím průmyslového kmitočtu na jedné svorce, přičemž druhá svorka může být namáhána jedním z následujících napětí: – stejnosměrným napětím způsobeným zachycením náboje z venkovního vedení v případě spínání nezatíženého vedení nebo kondenzátorové baterie; – střídavým napětím průmyslového kmitočtu v případě nesynchronního stavu při spínání přípojnic nebo generátorů; – přepětím s pomalým čelem v případě spínání na vzdáleném konci; – přepětím s rychlým čelem v případě úderu blesku. Vypnutý vypínač je obvykle odpojen odpojovačem a může být namáhán jen po krátkou dobu. To není běžný případ vypínačů kompenzační tlumivky, kondenzátorové baterie nebo spojky přípojnic. U spojky přípojnic mají dvě přípojnice málokdy velký fázový posuv. Situace. kdy je po dobu několika minut přítomno celkové napětí v opozici po dobu existují – např. v případě vypínačů použitých pro synchronizaci. C.2.3 Postupy zkoušky výdržným impulsním napětím C.2.3.1
Obecně
Účelem tohoto článku je vysvětlit důvody pro několik zkušebních metod výdržným zkušebním napětím používaných pro ověření izolační integrity vysokonapěťových spínacích přístrojů. V 6.2.5 z IEC 62271-1:2007 je uveden způsob přikládání zkušebního napětí a jsou uvedeny zkušební podmínky. Tento článek předepisuje několik zkušebních sérií, jako jsou zkoušky ve vypínací dráze spínacího přístroje, proti zemi a mezi póly a dále zkoušky střídavým a impulsním napětím s kladnou a zápornou polaritou napětí. Každá z těchto sérií musí být uvažována samostatně, protože každá z nich musí prokázat, že daná zkoušená izolace splňuje konkrétní požadavky. Podle filozofie koordinace izolace jsou tyto požadavky založeny na pravděpodobnosti přeskoku 10 %. To by mělo být splněno každou jednotlivou izolací, jakož i celým spínacím přístrojem. Proto sloučení všech prováděných zkoušek u spínacího přístroje nemá smysl a neposkytuje žádné informace o pravděpodobnosti výdržné funkce celého přístroje. C.2.3.2
Postup pro vysokonapěťové spínací přístroje
Pro impulsní zkoušky jsou v 6.2.4 z IEC 62271-1:2007 uvedeny dva postupy: – Postup B z IEC 60060-1:2010: musí být přiloženo 15 po sobě následujících atmosférických nebo spínacích impulsů při předepsaném výdržném napětí pro každou podmínku zkoušky a pro každou polaritu. Spínací a řídicí zařízení zkoušce vyhovělo, pokud nenastaly více než dva průrazné výboje z 15 impulsů na obnovující se izolaci a pokud nenastal průrazný výboj na neobnovující se izolaci. Tato metoda se nazývá metodou 15/2; – Jako alternativní ke zkoušce 15 impulsy může být použit postup C IEC 60060-1:2010. V tomto případě musí být přiloženy tři po sobě následující impulsy pro každou polaritu. Spínací a řídicí zařízení zkoušce vyhovělo, jestliže nedojde k žádnému průraznému výboji. Pokud dojde k jednomu průraznému výboji na obnovující se části izolace, musí se přiložit dalších 9 impulsů; spínací a řídicí zařízení zkoušce vyhoví, jestliže nedojde k žádnému průraznému výboji. Tato metoda 3/9 se použije pouze v případě, pokud jsou zkoušeny všechny tři fáze. C.2.4 Dodatečná kritéria pro vyhodnocení zkoušky C.2.4.1
Postup B
V souladu s metodou 15/2 stanovuje IEC 62271-100 dodatečná kritéria pro vyhodnocení zkoušky. Pokud se objeví průrazné výboje v průběhu přikládání 15 zkušebních impulsů, je nutné prokázat, že k nim nedošlo na samočinně se neobnovující izolaci (SF6 se považuje za samočinně se obnovující). To se ověřuje 5 impulsy bez průrazných výbojů následujících po impulsu, který způsobil poslední průrazný výboj. Pokud k dovoleným průrazným impulsům dojde při pěti posledních zkušebních impulsech, je možné přiložit dodatečné ověřovací impulsy s tím, že se dosáhne pěti impulsů bez průrazných výbojů. Průrazný výboj je při dodatečných ověřovacích 43
PNE 35 4220
impulsech dovolen pouze tehdy, pokud se jeden takový průraz objeví při prvních 15 zkušebních impulsech. Tento postup vede k maximálnímu možnému počtu 25 impulsů na sérii. C.2.4.2
Postup C
Originální zkušební metoda požadovaná ANSI/IEEE C37.09 se nazývala metodou 3/3. Jsou přikládány tři impulsy s následujícími možnostmi: – žádný ze tří impulsů nezpůsobí poruchu, pak je zkouška úspěšná a úplná; – pokud se objeví jeden průrazný výboj, přikládají se 3 další impulsy a pokud má být zkouška úspěšná, žádný z nich nezpůsobí poruchu; – pokud dojde ke dvěma průrazným výbojům, je zkouška neúspěšná. Tato metoda byla později upravena na metodu 3/9, což jednoduše znamená, že po průrazném výboji při prvních třech impulsech musí následovat 9 impulsů, které nezpůsobí poruchu. Tolerance vrcholového napětí je podle ANSI/IEEE C37.09 03 %, zatímco 3 odpovídá IEC 62271-1. C.2.5 Základní informace týkající se izolačních hladin a zkoušek C.2.5.1
Obecně
Jmenovité izolační hladiny jsou převážně založeny na požadavcích IEC 60071-1. Pravidla pro použití uvedená v IEC 60071-2 vysvětlují vztah mezi jmenovitým napětím sítě a normalizovanými izolačními hladinami. Tyto normy jsou však určeny pro všechny druhy zařízení: izolátory, kabely, výkonové transformátory atd. Proto musí být některé úvahy konkretizovány pro použití u vysokonapěťových spínacích a řídicích zařízení. C.2.5.2
Izolace fáze-zem
Izolační hladiny byly zvoleny při respektování nejpoužívanějších hodnot pro spínací a řídicí zařízení. Navíc oproti IEC 60071-1 je pro jmenovitá napětí vyšší než 245 kV požadováno jmenovité krátkodobé výdržné střídavé napětí tak, aby byla ověřena schopnost vnitřní izolace odolávat dočasným přepětím C.2.5.3
Izolace fáze-fáze
Pro izolaci mezi póly nebyly zavedeny žádné rozdíly oproti požadavkům IEC 60071-1. C.2.5.4
Podélná izolace
Vzhledem k tomu, že předmětové normy předepisují požadavky pro podélnou izolaci, vytvořila SC 17A vlastní soubor hodnot jmenovitého výdržného napětí. C.2.5.5
Odpojovací dráha
Navíc oproti požadavkům na koordinaci izolace předepisuje norma izolaci pro „odpojovací dráhu“. A to proto, aby byly pokryty zvláštní podmínky, které je potřeba splnit u odpojovačů s vyšším činitelem bezpečnosti (1,15) (viz 5.102 z IEC 62271-102:2001). Záměrem zavedení odpojovací dráhy není zajištění základní koordinace, ale požadavek, aby se všechny průrazné výboje přednostně objevily mezi fází a zemí spínacího přístroje než mezi rozpojenými kontakty. Mohou se objevit výjimky, kdy se např. požadují velké povrchové cesty proti zemi. Je však obecně uznávaným pravidlem, aby se práce na vedení vysokého napětí prováděly pouze při uzemněném vedení. Měly by se uplatnit místní bezpečnostní předpisy. C.2.5.6 Kombinované napěťové zkoušky Při kombinované napěťové zkoušce se ke dvěma svorkám zkoušeného předmětu připojují dva nezávislé zdroje generující napětí proti zemi (viz kapitola 9 z IEC 60060-1:2010 a tabulky 2a a 2b z IEC 62271-1:2007). Tyto zkoušky jsou požadovány u spínacího a řídicího zařízení o jmenovitých napětích 300 kV a vyšších pro ověření odolnosti podélné izolace. Mohou být také užitečné pro zkoušky, kdy je předepsané zkušební napětí mezi dvěma živými částmi vyšší než hodnota napětí fáze-zem. Složky kombinované napěťové zkoušky byly stanoveny na základě následujících úvah: f) Krátkodobé výdržné střídavé napětí
44
PNE 35 4220
Hodnoty předepsaného krátkodobého výdržného střídavého napětí odpovídají nejpřísnější situaci po odpojení generátoru při plném zatížení. Přepětí na straně generátoru spínacího přístroje může dosáhnout 1,5násobku napětí sítě a může trvat až 3 s při možném fázovém posuvu. Současně je strana sítě spínacího přístroje připojena na normální provozní napětí. Součet těchto dvou napětí ve fázové opozici je 2,5 násobek napětí sítě, což je v našem případě 2,5násobek jmenovitého napětí. g) Výdržné napětí při spínacím impulsu Napětí při spínacím impulsu předepsané jako napětí fáze-zem ve sloupci 4 z tabulky 2 z IEC 62271-1:2007 je stanoveno po pokrytí nejvyššího přepětí s pomalým čelem, které se může objevit na svorce spínacího přístroje. To se objeví na vzdáleném konci vedení po rychlém opětném zapnutí na druhém konci vlivem zachyceného náboje. Nejvyšší přepětí má stejnou polaritu jako střídavé napětí sítě v tomto okamžiku a proto v tomto případě nedojde k nejvyššímu namáhání spínacího přístroje. Maximální namáhání podélné izolace nastane v případě, kdy přepětí má opačnou polaritu vzhledem ke střídavému napětí sítě. Maximální hodnota nastane pro tento případ při zapnutí na vzdáleném konci a je nižší než hodnota objevující se při opětném zapínání. Proto jsou hodnoty při spínacím impulsu předepsané ve sloupci 6 z tabulky 2 z IEC 62271-1:2007 nižší než hodnoty ze sloupce 4 z tabulky 2 z IEC62271-1:2007. h) Výdržné napětí při atmosférickém impulsu V průběhu stanovování koordinace izolace respektovala IEC 60071-1 pravděpodobnost výskytu konkrétního jevu tak, aby bylo možno stanovit příslušná kritéria. Pravděpodobnost, že se na svorce spínacího přístroje objeví maximální přepětí s rychlým čelem v okamžiku, kdy je na druhé svorce maximální napětí sítě opačné polarity je malá. Proto předepsaný atmosférický impuls uvažovaný v tomto konkrétním případu nemusí být tak velký jako v obecném případu. Snížení o 5 % střídavého napětí, které se používalo v IEC 60694, bylo v IEC 62271-1 změněno na toleranci
3 0
%.
C.2.6 Úvahy týkající se výdržného napětí při atmosférickém impulsu pro vakuová zhášedla C.2.6.1
Obecně
Chování vakuových zhášedel při aplikaci výdržného napětí při atmosférickém impulsu má určité zvláštnosti, které je třeba při zkouškách uvažovat. Průrazné napětí vypínací dráhy spínacího přístroje všeobecně závisí na dvou položkách: – na plynném médiu mezi kontakty a – na povrchu kontaktů. V případě vysokého tlaku plynů nad normálním atmosférickým tlakem je průraz více ovlivněn plynem než kontakty. V případě vzdálenosíi ve vakuu mají kontakty větší vliv. Elektrický průraz mezi kontakty v plynné mezeře se nazývá lavinovým průrazem. Elektrony urychlované elektrickým polem mezi kontakty se srážejí s atomy nebo molekulami a vytvářejí tak velké množství nových elektronů tak dlouho, až dojde k průrazu mezery. Klíčovým parametrem ovlivňující tyto srážky je střední volná dráha. Střední volná dráha je průměrná vzdálenost mezi srážkami elektronů s neutrálními atomy nebo molekulami při urychlování elektronů elektrickým polem mezi kontakty. V plynné mezeře je střední volná dráha velmi malým zlomkem milimetru a proto ještě menší částí vypínací dráhy. Proto průraz ve vypínací dráze plynného zhášedla závisí hlavně na druhu plynu a jeho tlaku. Ve vakuové mezeře je tlak plynu o 8 až 10 řádů menší než je normální atmosférický tlak. Naproti tomu je střední volná dráha ve vakuu minimálně 10krát větší než je vzdálenost mezi kontakty. Proto průraz vypínací dráhy vakuového zhášedla závisí více na povrchu kontaktů. C.2.6.2
Zhoršení stavu v provozu
Nejběžnější příčiny zhoršení stavu v provozu jsou: velké nárazové proudy při zapínání kontaktů, např. při zapínání kapacitního proudu s vysokým nárazovým zapínacím proudem; vypínání vysokých zkratových proudů ( 10 kA); průchod vysokého proudu ( 10 kA) zapnutými kontakty. Vypínání velkého počtu vysokých zkratových proudů často snižuje odolnost proti výdržnému napětí při atmosférickém impulsu. Tak může být v průběhu doby výdržné napětí při atmosférickém impulsu u vakuových zhášedel sníženo pod jmenovitou hodnotu. 45
PNE 35 4220
C.2.6.3
Zlepšení stavu v provozu
Naproti tomu mohou různé jevy zvýšit odolnost proti výdržnému napětí při atmosférickém impulsu, jako je jeden nebo více průrazů při zkouškách impulsním napětím nebo hoření oblouku mezi kontakty při vypínání proudu. Vypínání zatěžovacích proudů nebo malých zkratových proudů (<5 kA) může často zlepšit stav kontaktů zhoršených účinkem vysokých nárazových proudů procházejících kontakty vakuového zhášedla.
C.3 Korekční činitelé (viz též článek B.2.4) C.3.1 Korekční činitel na nadmořskou výšku C.3.1.1
Obecně
Při určování požadovaných výdržných napětí je třeba brát v úvahu několik činitelů: atmosférický korekční činitel kat a bezpečnostní činitel ks. Tito činitelé jsou násobiteli pro výpočet izolační hladiny. Vlivem nadmořské výšky dojde ke snížení atmosférického tlaku. Snížený atmosférický tlak snižuje průrazné napětí vzduchové mezery. V článku 4.2.2 z IEC 60071-2:1996 jsou uvedeny rovnice pro snížení izolačních hladin pro různé tvary napětí a konfigurace elektrod založených na měřeních prováděných ve vysokonapěťových laboratořích. Problémy nastávají u spínacích přepětí. Proto byl v IEC 62271-1 navržen a přijat korekční činitel na nadmořskou výšku. Kromě toho tyto rovnice platí obecně pro jakoukoliv nadmořskou výšku. Ale v procesu hodnocení izolační hladiny v IEC 60071-1 je již zahrnuta korekce pro nadmořské výšky do 1 000 m. Proto jsou izolační hladiny stanovené v IEC 62271-1 platné do 1 000 m a pro vyšší nadmořské výšky je rovnice pro korekční činitel odpovídajícím způsobem upravena. Korekční činitel na nadmořskou výšku platí pouze pro vnější izolaci a je zahrnut do atmosférického korekčního činitele, protože hustota vzduchu je funkcí nadmořské výšky. Dielektrická pevnost závisí na hustotě vzduchu. Závislost atmosférického tlaku na nadmořské výšce je uvedena v IEC 60721-3 v tabulkové formě. IEC TC 28 (koordinace izolace) převedla informace uvedené v IEC 60721.2.3 do rovnice (C.1), která se neliší o více než 1 % od informací uvedených v IEC 60721-2-3. bo e H / 8150 b
(C.1)
kde bo je normální barometrický tlak, 101,3 kPa (nebo 1 013 mbar); b
tlak v nadmořské výšce H (Pa);
H
nadmořská výška (m).
Korekční činitel na hustotu vzduchu je uveden v IEC 60060-1 takto: kd = m kde
(C.2)
b 273 t o bo 273 t
kde kd je korekční činitel na hustotu vzduchu;
hustota vzduchu;
to
referenční teplota, 20 oC;
t
skutečná okolní teplota;
m
exponent závisející na minimální dráze výboje a ostatních parametrech. Hodnoty m mohou být odvozeny z obrázku 4 z IEC 60060-1:2010. Tyto hodnoty jsou založeny na měřeních prováděných v nadmořských výškách do 2 000 m.
Dále jsou uvedeny zavedené (a konzervativní) hodnoty m, podrobnější hodnoty jsou uvedeny v IEC 60071-2. Zde uvedené hodnoty jsou převzaty z IEC 62271-1 (viz tabulka C.2):
46
PNE 35 4220
Tabulka C.2 – Hodnoty pro m pro různé tvary napětí Krátkodobé střídavé
Spínací impuls
Atmosférický impuls
Fáze – zem
1
0,75
1
Fáze – fáze
1
1
1
Podélná
1
0,9
1
m
Kombinací rovnic (1) a (2) a při uvažování standardní referenční teploty dostáváme pro korekční činitel nadmořské výšky následující rovnici:
k alt e
H m 8150
(C.3)
Předepsaný korekční činitel na nadmořskou výšku uvedený v IEC 62271-1 byl založen na následujících úvahách. Použité činitele bezpečnosti jsou ks = 1,05 pro vnější izolaci a ks = 1,15 pro vnitřní izolaci. Při uvažování celkového korekčního činitele ktotal = (kalt x ks) jako funkce nadmořské výšky při konstantní vlhkosti a teplotě a při m = 1, je možné odvodit: Vnější izolace: při 0 m ktotal = 1,05 a při 1 000 m ktotal = 1,19 Vnitřní izolace: ktotal = 1,15 (nezávisle na nadmořské výšce) U vypínače s paralelním uspořádáním vnitřní a vnější izolace (což je častý případ) se korekční činitelé téměř rovnají při 1 000 m. To znamená, že bezpečnostní činitel 1,15 zahrnuje požadavky jak pro vnitřní, tak pro vnější izolaci do výšky 1 000 m. Vzhledem k tomu, že bezpečnostní činitel je zahrnut do požadovaných výdržných napětí, jsou tato napětí platná do 1 000 m včetně. C.3.2 Korekční činitel vlhkosti IEC 62271-1 se, s ohledem korekční činitel vlhkosti h, který se má uplatnit při zkouškách za sucha spínacích a řídicích zařízení o jmenovitých napětích nad 1 kV do 52 kV včetně, liší od IEC 60060-1. Korekční činitelé definované v IEC 60060-1 nelze plně uplatnit u spínacích a řídicích zařízení o jmenovitých napětích nad 1 kV do 52 kV, u kterých se vyskytují krátké vzdálenosti a vysoce namáhané izolační povrchy a u kterých prakticky nelze definovat polohu a délku průrazného výboje. Průrazný výboj závisí na teplotě a vlhkosti, jak je znázorněno na obrázku C.1: v oblasti 3 a 4 se vnější izolace chová jako vzduchová mezera; v oblasti 2 lze vlivem absolutní vlhkosti pozorovat, že se průrazné výboje obecně objevují podél izolačního povrchu a nelze je považovat za výboje ve vzduchu. V případě vysoké vlhkosti s kondenzací se nejslabším místem může stát povrch místo vzduchové mezery; případy odpovídající oblasti 1 prakticky, s výjimkou podmínek blížících se standardním podmínkám, neexistují. Pro zabránění různým interpretacím a pro dosažení praktických podmínek v laboratořích se pro stanovení hodnot w z IEC 60060-1 doporučuje zjednodušená metoda. Je založena na zkušenostech z IEC 60694:1981, kdy se již po dlouhou dobu úspěšně laboratořemi používá hodnota w rovnající se 1, a to zvláště v oblasti 3 z obrázku 8 (h 11 g/m3) a podle posledních výsledků se v oblasti 2 (h > 11 g/m3) používá hodnota w = 0, která je ve shodě s experimentálními údaji.
47
PNE 35 4220
Obrázek C.1 – Model průrazného výboje na vnější izolaci spínacího a řídicího zařízení o jmenovitých napětích nad 1 kV do 52 kV včetně
C.4 Jmenovitý proud (viz též článek B.2.6) C.4.1 Obecně Tato kapitola také platí pro ostatní součásti spínacích a řídicích zařízení podobné konstrukce jako mají vypínače a proto se vztahuje spíše obecně na spínací a řídicí zařízení než na samotné vypínače. C.4.2 Jmenovitý proud Spínací a řídicí zařízení jsou konstruována pro aplikace, ve kterých zatěžovací proud nepřesahuje jmenovitý proud za předepsaných podmínek. Tyto podmínky jsou: – nadmořská výška místa použití je 1 000 m a nižší; – okolní teplota nepřekročí 40 oC a a její průměr během 24 h nepřesáhne 35 oC. POZNÁMKA Pro nadmořské výšky do 2 000 m se neuplatňuje žádný korekční činitel. Pro nadmořské výšky nad 2 000 m platí C.4.7.
Při volbě spínacího a řídicího zařízení by se měly brát v úvahu následující parametry: – maximální očekávaný zatěžovací proud. Jmenovitý proud spínacího zařízení by měl být volen z řady R10 stanovené v IEC 60059. POZNÁMKA Řada R10 je založena na pracích francouzského vojenského technika (plk. Charles Renard), který v roce 1870 navrhl řadu doporučených hodnot pro použití v metrické soustavě. Jeho systém byl přijat v roce 1952 jako mezinárodní norma ISO 3. Renardův systém doporučených čísel dělí interval od 1 do 10 do 2, 10, 20 nebo 40 stupňů. Činitel mezi dvěma následujícími čísly v Renardově řadě je konstantní (před zaokrouhlením), a to pátá, desátá, dvacátá nebo čtyřicátá odpmocnina z 10 (1,58; 1,26; 1,12 a 1,06), což vede ke geometrické posloupnosti. Pokud je libovolné číslo nahrazeno nejbližším Renardovým číslem násobeným příslušnou mocninou 10 je tak minimalizována maximální relativní chyba.
Řada R10 je založena na následující rovnici: R(i) =
i 10 10
, kde i je i tý člen řady.
– očekávaná maximální teplota okolí spínacího zařízení. Pro okolní teploty do 40 oC nejsou uváděny žádné požadavky.
48
PNE 35 4220
C.4.3 Proudovodná schopnost za různých podmínek okolní teploty a zatížení C.4.4 Obecně Jmenovitý proud je založen na maximální hodnotě teploty různých částí spínacího a řídicího zařízení při vedení jeho jmenovitého proudu při okolní teplotě 40 oC. Teplota těchto částí v provozních podmínkách závisí jak na skutečném zatěžovacím proudu, tak na skutečné okolní teplotě. Proto je možné při teplotě nižší než 40 oC pracovat s vyšším jmenovitým proudem, a to ta předpokladu, že maximální dovolená teplota částí není překročena. Podobně při okolní teplotě vyšší než 40 oC musí být proud snížen pod jmenovitou hodnotu tak, aby teplota částí zůstala v dovolených mezích. Metoda výpočtu dovoleného proudu v různých podmínkách teploty okolí a zatížení je uvedena v článcích C.4.5 až C.4.7. Pro některé vyšší okolní teploty nemusí být možné snížit proud dostatečně tak, aby teplota částí zůstala v dovolených mezích. V mnoha případech pomůže nucené chlazení. Musí však být uvažovány meze teploty v souvisejících zařízeních, jako jsou kabely nebo transformátory proudu, protože při typových zkouškách není s tímto přenosem tepla uvažováno. Pro tyto případy nebo pro podobné účinky slunečního záření, které je třeba také respektovat však nelze poskytnout žádné pokyny. C.4.5 Schopnost přenášení nepřetržitého zatěžovacího proudu založená na skutečné okolní teplotě Pokud okolní teplota překročí 40 oC, může u spínacích a řídicích zařízení při přenášení jejich jmenovitého proudu dojít k překročení předepsaných mezí teploty uvedených v tabulce 3 z IEC 62271-1:2007. V tomto případě je nutné pro spínací a řídicí zařízení zvolit vyšší jmenovitý proud. Pro zatěžovací proudy, nižší než je jmenovitý proud vypínače je možné z rovnice (C.4) vypočítat dovolenou maximální teplotu:
a max
I a Ir
1,8
r
(C.4)
kde Ia je dovolený nepřetržitý zatěžovací proud v A při skutečné okolní teplotě a (Ia nemá překročit dvojnásobek Ir); Ir
jmenovitý proud v A;
max dovolená teplota nejteplejšího místa části (max = r +40) ve oC; r
dovolené oteplení nejteplejšího místa při jmenovitém proudu v K;
a
dovolená nebo skutečná okolní teplota ve oC.
POZNÁMKA Exponent by se normálně měl rovnat 2, protože vývoj tepla ve spínacím a řídicím zařízení je úměrné druhé mocnině proudu. Exponent se může měnit s ohledem na záření a vedení tepla. Na základě zkušeností bylo zjištěno, že hodnota exponentu, v závislosti na konstrukci spínacího a řídicího zařízení a jeho součástí, se obecně pohybuje v rozmezí 1,6 až 2,0. Hodnota 1,8 představuje kompromis, který pokrývá většinu případů a je proto v těchto pokynech použit.
Pokud je rovnice (C.4) řešena pro proud Ia, může být dovolený nepřetržitý zatěžovací proud při skutečné okolní teplotě a vypočten z rovnice (C.5). a I a I max max r
1/ 1,8
(C.5)
Charakteristické vlastnosti spínacích a řídicích zařízení vyžadují použití vhodných hodnot max a r ve výpočtu. Většina součástí vypínače má několik různých mezí teploty, které jsou předepsány v tabulce 3 z IEC 62271-1:2007. Hodnoty max a r by měly být určeny takto: i) pokud je skutečná okolní teplota menší než 40 oC, měla by se pro max a r použít součást s nejvyšší mezí dovolené teploty; j) pokud je skutečná okolní teplota vyšší než 40 oC, měla by se pro max a r použít součást s nejnižší mezí dovolené teploty. Použitím těchto hodnot ve výpočtu se dosáhne dovolené hodnoty nepřetržitého proudu, která zajistí, že u žádné části spínacího a řídicího zařízení nedojde k překročení dovolených mezí.
49
PNE 35 4220
C.4.6
Schopnost přenášení krátkodobého zatěžovacího proudu
Pokud spínací a řídicí zařízení pracuje s proudem nižším než je dovolený nepřetržitý zatěžovací proud Ia je možné zatěžovací proud bez překročení mezí teplot krátkodobě zvýšit na hodnotu vyšší než je dovolený proud. Existují různé činitele, které ovlivňují délku časového intervalu ts při nadproudu Is. Sem patří: – velikost proudu Is; – velikost počátečního proudu Ii přenášeného před přiložením Is; – tepelná časová konstanta spínacího a řídicího zařízení; – okolní teplota před a při aplikaci nadproudu Is. Dovolenou dobu průtoku proudu Is je možné vypočítat přímo z rovnice (C.6) a z rovnice (C.7):
(C.6)
(C.7)
kde max je dovolená teplota nejteplejšího místa (viz tabulka 3, IEC 62271.1:2007) ve oC;
a
skutečná okolní teplota;
Ii
počáteční proud protékající před přiložením Is v A (maximální proud protékající vypínačem ve 4hodinovém intervalu před přiložením proudu Is);
Is
krátkodobý zatěžovací proud v A;
Ir
jmenovitý proud v A;
tepelná časová konstanta vypínače odvozená ze zkoušky oteplení v h;
ts
dovolený časový interval pro přenášení proudu Is při okolní teplotě a po počátečním proudu Ii, čas je uveden ve stejných jednotkách jako pro , h;
Y
koeficient, v K.
Takto určený časový interval proudu Is nezpůsobí překročení mezí dovolené teploty spínacího a řídicího zařízení, a to za předpokladu splnění dále uvedených požadavků: a) spínací zařízení a zvláště jeho hlavní kontakty jsou správně udržovány a jsou v podstatě v novém stavu; b) hodnota použitá pro proud Ii je maximálním proudem přenášeným spínacím zařízením po dobu 4hodinového intervalu bezprostředně předcházejícímu přiložení proudu Is. Pro získání hodnoty proudu je nutné mít k dispozici záznam průchodu proudu v posledních 4 hodinách. c) na konci tohoto intervalu je proud Is snížen na hodnotu, která nepřevyšuje hodnotu Ia . d) velikost proudu Is je omezena maximální hodnotou dvojnásobku jmenovitého proudu Ir. Jinak může, vzhledem ke skutečnosti, že teplo z nejteplejšího místa nemůže být dostatečně rychle odváděno do chladnějších částí, dojít k přehřátí. POZNÁMKA Pokud oteplení vlivem krátkodobého zatěžovacího proudu Is nepřekročí hodnotu max, je Is v přijatelném ustáleném stavu. Proto je dovolená doba ts neurčitá. Z rovnice (5) se zjistí její potřeba, jinak se použije rovnice (3) a rovnice (4).
C.4.7 Vliv nadmořské výšky místa montáže spínacího a řídicího zařízení Pokud vlastnosti spínacího a řídicího zařízení závisejí na přírodních podmínkách okolního vzduchu a toto zařízení je umístěno v nadmořské výšce mezi 2 000 m a 4 000 m, není nutná korekce. Důvodem pro to je skutečnost, že zvýšené oteplení ve vyšších nadmořských výškách vlivem sníženého chlazení vzduchem je kompenzováno sníženou maximální okolní teplotou v této nadmořské výšce (viz tabulka C.3). Následně zůstává konečná teplota při daném proudu nezměněna. 50
PNE 35 4220
Tabulka C.3 – Maximální okolní teplota v závislosti na nadmořské výšce (IEC 60943) Nadmořská výšky m
Maximální teplota okolního vzduchu oC
0 – 2 000
40
2 000 – 3 000
30
3 000 – 4 000
25
C.5 Zkoušky oteplení C.5.1 Vliv kmitočtu sítě na oteplení a zkoušky oteplení Výsledky zkoušky při daném kmitočtu platí při stejném jmenovitém proudu i pro nižší jmenovité kmitočty. V případě otevřeného spínacího a řídicího zařízení bez železných částí v blízkosti proudovodné dráhy platí zkouška provedená při 50 Hz také pro 60 Hz, a to za předpokladu, že hodnoty oteplení zaznamenané při 50 Hz nepřekročí 95 % maximálních dovolených hodnot. Pozornost je třeba věnovat případu, kdy se mají u spínacího a řídicího zařízení se železnými částmi o jmenovitém kmitočtu 60 Hz provádět zkoušky při 50 Hz. Důvodem je to, že oteplení železných částí v blízkosti proudovodné dráhy budou vlivem magnetických ztrát a ztrát vířivými proudy bude závislé na kmitočtu. To ovlivní oteplení spínacího a řídicího zařízení. C.5.2 Zkouška oteplení u vakuových vypínačů Zkoušky oteplení u vakuových vypínačů se provádějí stejným způsobem jako u ostatních vypínačů a spínacích a řídicích zařízení. Není však možné připojit teploměr nebo termoelektrický článek do hlavních kontaktů zhášedla. Jak je stanoveno v IEC 62271-1, za postačující se považuje měření teploty na svorkách nebo připojovacích částech vakuového zhášedla. Oteplení těchto částí nesmí překročit meze uvedené v tabulce 3 z IEC 62271-1:2007. C.5.3 Měření rezistance Postup měření rezistance obvodů je popsán v 6.4 z IEC 62271-1:2007. Minimální požadovaná hodnota vstřikovaného proudu je DC 50 A, která zajišťuje dojde k průrazu všech povrchových znečištění (sulfidy nebo oxidy) a že dojde k dostatečné úbytku napětí, který je možno přesně změřit.
C.6 Přechodné zotavené napětí (TRV) (viz též článek B.2.7) C.6.1 Harmonizace zotavených napětí mezi IEC a IEEE C.6.1.1
Obecně
Přechodné zotavené napětí (TRV) je definováno průběhem napětí v závislosti na čase a je napětím ve vypínací dráze vypínače závislým na parametrech obvodu. Vrcholová hodnota TRV je obecně vyšší než vrcholová hodnota obnoveného napětí. Vzhledem k tlumení TRV přechází po několika milisekundách toto napětí ve vypínací dráze vypínače na hodnotu obnoveného napětí a toto napětí, které se potom rovná napětí sítě, je vypínačem vypínáno. Požadavky na průběh TRV byly poprvé specifikovány v normách IEC a IEEE v roce 1971. V této době obě normalizační organizace zvolily pro popis stejného elektrického přechodného jevu různé průběhy napětí. Průběh TRV byly potom v letech 1997 a 2009 na základě společné práce v IEC SC 17A a v komisi pro spínací zařízení v IEEE harmonizovány. Schválení příslušných norem IEEE bylo ukončeno v listopadu 2009 a obálky TRV a příslušné parametry (s několika málo výjimkami) byly harmonizovány pro jmenovitá napětí nad 1 kV do 800 kV včetně. V rámci IEC byla první revize zahrnuta do změny 1 a 2 prvního vydání IEC 62271-100 a další změny byly zavedeny ve vydání 2.0. První změny v IEC 62271-100 a v odpovídající řadě C37 v normách IEEE pro vysokonapěťové vypínače byly zaměřeny na jmenovitá napětí 100 kV a vyšší. Tyto změny TRV byly přijaty v květnu 2002. Druhá část změn byla zaměřena na napětí nad 1 kV do 100 kV, kde průběhy napětí byly v IEC i v IEEE v zásadě stejné, protože obě používaly průběh TRV 1-kosinus. Hlavním rozdílem bylo, že hodnoty IEC byly pro vrcholovou hodnotu TRV nižší a strmost nárůstu zotaveného napětí (RRRV) byla pomalejší, což je charakteristické pro kabelové sítě. Hodnoty IEEE pro vrcholovou hodnotu TRV byly vyšší a RRRV byla rychlejší., což je 51
PNE 35 4220
charakteristické pro venkovní vedení. Harmonizační proces vedl ke kompromisu tak, že každá norma přijala soubor hodnot z druhé normy s tím, že méně přísné hodnoty byly určeny pro připojení v kabelových sítích a přísnější hodnoty pro připojení v sítících venkovního vedení. Výsledkem toho je, že výrobci a uživatelé mají k dispozici dva soubory požadavků na TRV s tím, že jejich volba závisí na připojení vypínače do kabelové sítě nebo do sítě venkovního vedení. Změny TRV pro napětí nad 1 kV do 100 kV byly v IEC přijaty v říjnu 2006. Stejné změny TRV byly později přijaty v IEEE. C.6.1.2
Podobnosti mezi normami
Hlavní podobnosti mezi TRV uvedenými v IEC a v IEEE na počátku harmonizace byly následující: a) Strmost nárůstu zotaveného napětí (RRRV) při 100 % Isc (zkratový proud); - obě normy jako RRRV používaly 2 kV/s ; - obě normy používaly časové zpoždění 2 s. b) Vrcholová hodnota TRV; - pro sítě s účinně uzemněným středem o napětí 245 kV a vyšším používají obě normy činitel prvního vypínajícího pólu (kpp) o hodnotě 1,3; - obě normy používají přibližně stejnou vrcholovou hodnotu TRV, která je dosahována v přibližně stejném čase. c) Blízký zkrat (SLF) - obě normy používají stejnou vlnovou impedanci 450 a stejné časové zpoždění o velikosti buďto 0,2 s při jmenovitých napětích do 245 kV nebo 0,5 s při jmenovitých napětích 245 kV a vyšších; d) Počáteční TRV (ITRV) - obě normy měly stejné požadavky. C.6.1.3 Rozdíly mezi normami Hlavní zbývající rozdíly v době počátku harmonizace mezi IEC a IEEE byly následující: k) IEEE používala exponenciální/1-kosinus průběh TRV (Ex-Cos), který definuje všechny body jako křivku v závislosti na čase. Průběh TRV Ex-Cos může být vysvětlen analytickým přístupem k výpočtu TRV. Počáteční exponenciální část TRV je odezvou na paralelní obvod L – Z sestávající z indukčnosti L místních zdrojů zapojených paralelně k vlnové impedanci Z vedení připojených k přípojnici. Následující část 1-kosinus TRV je pozdější přibližná hodnota vlny TRV v čase, kdy se exponenciální TRV, které postupovalo jako vlna po přenosovém vedení vrací jako kladná odražená vlna od první nespojitosti otevřeného obvodu. Tento analytický přístup umožňuje výpočet TRV pro dané podmínky aplikace a pro porovnání poskytuje podobnou odvozenou jmenovitou obálku. l) IEC používala pro znázornění TRV 4parametrovou referenční čáru. 4parametrové TRV neodpovídá odezvě analyzovaného obvodu. 4parametrové TRV však umožňuje, že výsledky změřených nebo vypočtených vln napětí mohou být popsány jednoduchými přímkami, které lze porovnat s podobným souborem přímek tvořících jmenovitou obálku. m) Ex-Cos a 4parametrový tvary TRV jsou srovnatelné v jejich počátku a v jejich vrcholech, liší se však v jejich střední části, jak je znázorněno na obrázku C.2, na kterém jsou vyneseny obálky pro 100 % jmenovitého zkratového proudu pro 145 kV. n) Další rozdíly mezi TRV existovaly v dílčích jmenovitých hodnotách. Např. při 30 % jmenovitého zkratového proudu; IEC používala 4parametrovou obálku, zatímco IEEE používala 1-kosinus (2parametrové) TRV. Kromě toho vrcholové hodnoty napětí a doby do vrcholu byly blízké, nikoliv však shodné, při jmenovitém napětí nižším než 245 kV, a to jak pro 30 %, tak pro 10 % jmenovitého zkratového proudu. o) Konečně v IEEE z roku 1999 měl činitel prvního vypínajícího pólu pro jmenovitá napětí do 245 kV hodnotu 1,3, zatímco v IEC měl hodnoty jak 1,3, tak 1,5. Celkově byly rozdíly mezi těmito dvěma normami posouzeny jako malé.
52
PNE 35 4220
Obrázek C.2 – Porovnání norem IEEE, IEC a harmonizovaných TRV, příklad pro 145 kV při 100 % Isc s kpp = 1,3 C.6.1.4 Důležitost harmonizace TRV Zkušenosti s použitím obou metod popisujících TRV a předepisující jmenovité hodnoty byly v průmyslu dobré, To vyplývá i z toho, že jen velmi malé množství poruch vypínačů v provozu bylo přisuzováno nadměrnému namáhání TRV, a to bez ohledu na to, jaká ze dvou norem byla pro konstrukci, zkoušky a aplikaci vypínačů použita. C.6.2 Počáteční přechodné zotavené napětí (ITRV) C.6.2.1
Základy pro specifikaci
Vlivem postupujících vln na přípojnicích a vlivem jejich odrazu od první velké diskontinuity na přípojnici dochází k vysokofrekvenčním oscilacím podobným oscilacím pozorovaným na porušeném vedení v podmínkách zkratu. Vzhledem k tomu, že přípojnice je obvykle na straně sítě vypínače jsou tyto oscilace nazývané jako „počáteční přechodné zotavené napětí (ITRV)“ superponovány na úplný počátek TRV svorkového zkratu. ITRV je převážně určeno přípojnicí a uspořádáním pole pro připojení vedení elektrické stanice. V porovnání s blízkým zkratem je první vrchol napětí poněkud nižší, avšak doba do prvního vrcholu je mimořádně krátká, tzn. do první 1,5 s po průchodu proudu nulou. Proto může být ovlivněn tepelný režim zhášedla. C.6.2.2
Tvary ITRV
ITRV je určeno napětím ui a časem ti, jak je zřejmé z obrázku 12b z IEC 62271-100:2008, který je zde reprodukován jako obrázek C.3.
53
PNE 35 4220
Legenda i
Zkratový proud
Ucb
TRV na vypínači
ui
Vrcholová hodnota ITRV
Ub
Vlastní TRV přípojnice
ti
Pořadnice času ITRV
Us
Vlastní TRV strany zdroje
td
Časové zpoždění strany zdroje
Obrázek C.3 – Znázornění ITRV a TRV svorkového zkratu Strmost nárůstu ITRV je závislá na vypínaném zkratovém proudu a jeho amplituda závisí na vzdálenosti k první diskontinuitě na přípojnici. Vlastní průběh TRV bude sledovat přímku vynesenpu při 20 % a 80 % vrcholové hodnoty ui ITRV a požadované rychlosti nárůstu ITRV.
54
PNE 35 4220
Tabulka C.4 - Normalizované hodnoty počátečního přechodného zotaveného napětí Jmenovitá napětí 100 kV a vyšší Jmenovité napětí Ur (kV)
Činitel pro určení ui, kterým se násobí efektivní hodnota zkratového vypínacího proudu Isc* fi (kV/kA)
Doba ti (s)
50 Hz
60 Hz
100
0,046
0,056
0,4
123
0,046
0,056
0,4
145
0,046
0,056
0,4
170
0,058
0,070
0,5
245
0,069
0,084
0,6
300
0,081
0,098
0,7
362
0,092
0,112
0,8
420
0,092
0,112
0,8
550
0,116
0,139
1,0
800
0,159
0,191
1,1
* Skutečné hodnoty počátečního vrcholu se dostanou násobením hodnot ve sloupcích hodnotou efektivního zkratového vypínacího proudu.
C.7 Volba jmenovitých hodnot pro poruchové podmínky (viz též článek B.2.8) C.7.1
Svorkové zkraty
C.7.1.1
Obecně
Tato kapitola pojednává o zkratových proudech, době hoření oblouku a o souvisejících přechodných zotavených napětích. Účelem této kapitoly je poskytnout informace o tom, jak byly některé požadavky normy odvozeny, což nemusí být z poslední revize normy nebo z dostupných příruček jasné. Kapitola se zaměřuje na hlediska související se zkratovým proudem, zvláště na dobu hoření oblouku, obnovené napětí a přechodné zotavené napětí (TRV) při svorkových zkratech. V závislosti na napětí sítě a aplikaci může být síť uzemněna různými způsoby. Platí následující definice (viz kapitola 3 z IEC 62271-100:2008): síť TN (solidly earthed (neutral) system) (3.1.106 z IEC 62271-100:2008) síť jejíž(jejichž) střed(y) je (jsou) přímo uzemněny [IEC 60050-601, 601-02-25] síť s účinně uzemněným středem (efectively earthed neutral system) (3.128 z IEC 62271-100:2008) síť uzemněná přes dostatečně malou impedanci tak, že při všech podmínkách sítě je poměr nulové reaktance k sousledné reaktanci (Xo / X1) kladný a menší než 3 a poměr nulové rezistance k sousledné reaktanci (Ro / X1) je kladný a menší než 1; normálně se jedná o sítě TN nebo sítě TT se středem spojeným se zemí přes malou impedanci POZNÁMKA Pro správné vyhodnocení podmínek uzemnění nestačí posouzení pouze fyzických podmínek kolem příslušného místa, ale je nutné posouzení celé sítě.
síť s neúčinně uzemněným středem (non-efectively earthed neutral system) (3.1.129 z IEC 62271-100:2008) jiná síť než síť s účinně uzemněným středem, která nesplňuje podmínky článku 3.1.128; normálně se jedná o sítě IT, sítě TT se středem spojeným se zemí přes velkou impedanci nebo o kompenzované sítě.
55
PNE 35 4220 POZNÁMKA Pro správné vyhodnocení podmínek uzemnění nestačí posouzení pouze fyzických podmínek kolem příslušného místa, ale je nutné posouzení celé sítě.
C.7.1.2
Prokázání doby hoření oblouku
V celé normě IEC 62271-100 a v souvisejících dokumentech jsou v souvislosti s vypínáním zkratových proudů používány termíny: doba hoření oblouku, okno hoření oblouku a okno vypínání. Pro pochopení požadavků různých článků IEC 62271-100:2008, jako je 6.102.10, je nutné pochopit význam těchto termínů, a to zvláště termínů: Minimální a maximální doba hoření oblouku. Vypínač musí vypnout zkratové proudy bez ohledu na bod na periodě proudu průmyslového kmitočtu, kdy dochází k mechanickému rozpojení kontaktů. Když dojde k mechanickému rozpojení, dojde k zapálené oblouku a když dojde ke zhasnutí oblouku je proud přerušen. Časový interval mezi rozpojením kontaktů (zapálením oblouku) vypnutím proudu (zhasnutí oblouku) ve všech třech pólech se nazývá dobou hoření oblouku. Doba hoření oblouku se měří v milisekundách (ms) nebo v elektrických stupních (např.10,0 ms při 50 Hz a 8,3 ms při 60 Hz je 180o). Nejkratší doba hoření oblouku, při které je vypínač schopen vypnout se nazývá nejkratší dobou hoření oblouku. V závislosti na okamžiku rozpojení kontaktů a daném proudu se bude doba hoření oblouku vypínače měnit mezi minimální a maximální hodnotou. Rozdíl mezi těmito hodnotami se nazývá oknem hoření oblouku (nebo někdy také oknem vypínání). I když různé konstrukce vypínačů budou schopné vypínání v různých rozsazích, mají všechny moderní vypínače základní okno hoření oblouku dané tím, že je u nich minimální doba hoření oblouku krátká, nebo poměrně krátká a kromě toho mají omezenou schopnost vypínání při prodloužené době hoření oblouku, protože jejich zhášecí interval je také krátký. Během každé série zkušebních sledů (např. T100s nebo T60) je nutné prokázat toto základní okno hoření oblouku. Minimální a maximální doby hoření oblouku nemohou být prokázány při jedné platné zkoušce. V případě vypínání třífázových zkratů, se minimální doby hoření oblouku dosáhne v jedné z platných zkoušek zkušebního sledu s prvním vypínajícím pólem a maximální doba hoření oblouku se dosáhne v další platné zkoušce s posledním(i) vypínajícím(i) pólem(y). U jednofázových zkratů je maximální doba hoření oblouku časový interval do konce okna hoření oblouku zkratované fáze sestávající z minimální doby hoření oblouku plus jedna půlvlna zkratového proudu mínus 18o. Těchto 18o je stanovený krok o stejné délce pro 50 Hz a 60 Hz posunující okamžik rozpojení kontaktů o malý časový interval později než je okamžik pro minimální dobu hoření oblouku. Při tomto nastavení je doba hoření oblouku příliš krátká pro úspěšné vypnutí a je nutné přidat další půlvlnu, tj. 180o do následujícího průchodu proudu nulou. Vypnutí v této pozdější nule dává maximální dobu hoření oblouku a konec okna hoření oblouku, Předepsaný krok 18o je nejmenší praktická hodnota pro takový krok obecně dosahovaný ve zkušebnách odpovídající 1 ms při 50 Hz a 0,8 ms při 60 Hz. C.7.1.3 Charakteristiky zotaveného napětí C.7.1.3.1 Hodnoty strmosti nárůstu zotaveného napětí a časová zpoždění Hodnoty strmosti nárůstu zotaveného napětí (RRRV) pro první vypínající pól a související hodnoty časového zpoždění byly odvozeny ze studií sítě a ze zkoušek prováděných v 70. letech dvacátého století. Tyto práce potvrdily správnost zavedených hodnot (2 kV/s atd.) pro všechny posuzované sítě a obecně byly přijaty pro ostatní sítě. V IEC 62271-100 jsou uvedeni násobitelé pro RRRV pro druhý a třetí vypínající pól. Tyto hodnoty byly odvozeny pomocí výpočtu. C.7.1.3.2 Činitelé amplitudy Hodnoty činitelů amplitudy jsou uvedeny v 6.104.5 z IEC 62271-100:2008. Tyto hodnoty byly v normě IEC 62271-100 přijaty jako výsledek studií sítě. C.7.1.3.3 Vhodnost použití vypínače o určitém jmenovitém zkratovém proudu pro použití pro nižší zkratové požadavky Článek 8.101. z IEC 62271-1400:2008 stanoví: Vypínače, které splnily typové zkoušky při kombinaci jmenovitých hodnot (tzn. napětí, jmenovitý proud, zapínací a/nebo vypínací proud), jsou vhodné pro všechna nižší zatížení (kromě jmenovitého kmitočtu) bez dalšího zkoušení. Důvod tohoto ustanovení tkví v kombinaci požadavků na přechodné zotavené napětí (TRV) a hodnoty proudu pro základní zkratové sledy. To je možné prokázat na následujícím příkladu, kde vypínač zkoušený na jmenovité napětí Ur 420 kV, 50 kA má být použit pro 420 kV, 30 kA. 56
PNE 35 4220
Pro 420 kV jsou hodnoty TRV pro sledy T100, T60, T30 a T10 uvedeny v tabulce 26 z IEC 62271-100:2008 a ve zkrácené podobě jsou uvedeny dále. Uvažovaný vypínač splňuje požadavky na vrcholovou hodnotu TRV, strmost nárůstu atd. sledů uvedených v horní části tabulky C.5. Tyto sledy pro aplikaci jsou v podobné formě znázorněny ve spodní části tabulky a jsou porovnány ve směru šipek. Tabulka C.5 – Příklad porovnání jmenovitých hodnot s aplikačními hodnotami (Ur = 420 kV)
Jak je zřejmé z tabulky C.4, údaje z horní části tabulky se významně překrývají s údaji pro aplikaci. Proto je ustanovení článku 8.101 z IEC 62271-100:2008 přijatelné. Uživatelé by měli ve všech případech dávat velký pozor, a to zvláště v těch případech, kdy rozdíl mezi jmenovitými a požadovanými hodnotami je tak velký, že aplikační požadavky se velmi liší od hodnot prokázaných typovou zkouškou. V tomto případě se doporučuje konzultace s dodavatelem. Je možné vyžadovat další zkoušky. C.7.2 Blízké zkraty C.7.2.1
Požadavky na blízké zkraty
C.7.2.2
Základní údaje pro specifikaci
Zkoušky blízkého zkratu (SLF) se provádějí pro ověření schopnosti vypínače venkovního vedení vypnout zkraty, které se vyskytnou ve vzdálenosti od několika stovek metrů po několik kilometrů po vedení. Vznikají vlivem mnoha příčin, jako jsou blesky, narušení vedení stromy atd. Tyto zkraty jsou charakteristické vysokým zkratovým proudem a strmostí nárůstu zotaveného napětí (RRRV), která je obecně mnohem vyšší než hodnoty předepsané pro ostatní zkušební sledy. Přechodné zotavené napětí (TRV) na vypínači je kombinací složky strany zdroje s RRRV srovnatelnou s hodnotou požadovanou pro zkoušky svorkových zkratů a vysokofrekvenční složky strany vedení. Vysokofrekvenční složka je způsobena postupující vlnou. Ta je vyvolána v okamžiku přerušení proudu, postupuje vedením a je v místě zkratu odražena. Odražená vlna má trojúhelníkový tvar a má vysokou hodnotu RRRV, která je přiložena na rozpojené kontakty vypínače na straně vedení. RRRV a amplituda TRV strany vedení závisejí na vzdálenosti místa zkratu od vypínače, na jmenovitém napětí a na podmínkách strany zdroje. Z hlediska normalizace bylo výhodné definovat namáhání na vypínače v případě SLF vztahem mezi odpovídajícím zkratovým proudem IL a proudem svorkového zkratu ISC T100 pro stejné podmínky strany zdroje: Např. v případě zkušebního sledu L90 (90% jmenovitého zkratového vypínacího proudu): IL = 0,9 x ISC. L90 odpovídá vzdálenosti místa zkratu od několik stovek metrů do 2 km, zkušební sled L75 (75 % jmenovitého zkratového vypínacího proudu) odpovídá vzdálenosti 1 km až 5 km. Vypínací schopnost SLF je požadována u vypínačů navržených pro přímé připojení venkovních vedení o napětích 52 kV a vyšších a o jmenovitém zkratovém proudu vyšším než 12,5 kA. To je vysvětleno dále v technické poznámce.
57
PNE 35 4220
Pokud je to vyžadováno, platí zkušební sled SLF pro všechny typy vypínačů, bez ohledu na jejich zhášecí médium nebo technické provedení. Musí vypnout zkratové proudy vyskytující se při všech běžných délkách vedení. Rozsah předepsaných proudů takový, že jsou pokryty kritické hodnoty pro všechny druhy zhášecího média a všechny druhy vypínačů. Postup výpočtu přechodných zotavených napětí na straně vedení a na straně zdroje v podmínkách blízkého zkratu je podrobně popsán v příloze A z IEC 62271-100:2008. C.7.3 Dvojité zemní spojení C.7.3.1
Základy pro specifikaci
Požadavky na zkoušku jsou omezeny pro aplikaci v sítích s neúčinně uzemněným středem. Podle 6.108 z IEC 62271-100:2008 musí být vypínače použité v sítích s neúčinně uzemněným středem schopné vypnutí zkratového proudu jedním pólem při dvoufázových zemních spojeních, tj. zemních spojeních dvou různých fází na opačných stranách vypínače. Tato situace může nastat pokud, po jednofázovém zemním spojení zůstávají zbývající dvě fáze pod napětí dostatečně dlouho tak, že se vyvine další zemní spojení u druhé fáze. Pokud dojde k vypnutí zdravých fází v poměrně krátkém čase po vzniku počátečního zkratu, je vznik této situace nepravděpodobný. Tato situace však může být vyvolána nárůstem napětí ve zdravých fázích z důvodu prvního zemního spojení.
Obrázek C.4 – Znázornění sítě s dvoufázovým zemním spojením Na obrázku C.4 je znázorněn případ zkratu ve fázi S. Vlivem nárůstu napětí ve zdravých fázích se zkrat rozvine na druhou stranu vypínače do fáze T. Celkový zkratový proud musí být vypnut pólem S. Z obrázku C.4 je zřejmé, že se po jednom pólu vypínače požaduje vypnutí zkratového proudu při sdruženém napětí. Vzhledem k tomu, že zotavené napětí je vyšší než u ostatních zkušebních sledů svorkového zkratu, mohly by podmínky tohoto vypnutí být mnohem přísnější než u svorkového zkratu pro podmínky T100, avšak, zkratový proud má velikost pouze 87 % jmenovitého zkratového proudu. Tato podmínka není pokryta zkušebním sledem T100 a vzhledem k malé pravděpodobnosti výskytu požaduje IEC 62271-100 provedení pouze jedné vypínací zkoušky. Při zavádění této normy se požadovalo pouze provedení zkoušky v nejnepříznivějších podmínkách hoření oblouku, tj. při dlouhé době hoření oblouku odpovídající vysoké energii oblouku a v poloze pohyblivého kontaktu blížící se plně vypnuté poloze.
C.8 Spínání v nesynchronním stavu (viz též článek B.2.9) C.8.1 Referenční podmínky sítě C.8.1.1
Obecně
I když se podmínky spínání v nesynchronním stavu nevyskytují často, uvažuje se pro vysvětlení požadavků z IEC 62271-100 se dvěma případy. Případ A
Nestabilita sítě v provozu vlivem přetížení, odpojení zátěže nebo další velké poruchy způsobené např. silnou bouřkou atd.; 58
PNE 35 4220
Případ B C.8.1.2
Chybné spínání při synchronizaci. Případ A
Výše uvedené podmínky sítě se často uvažují ve studiích týkajících se stability sítě. V těchto případech, kdy jsou části sítě rozpojeny se nesynchronní napětí objevuje na impedanci sítě, kde lze předpokládat vysoké zatěžovací proudy. Vypínání v nesynchronním stavu je vyvoláno ochranami, které vyhodnotí rozdíl fázového úhlu napětí na impedanci a vyšlou vypínací signál do příslušných vypínačů. První z nich, který vypne je podroben podmínkám v nesynchronním stavu. Ze studií vyplývá, že během těchto poruch mají fázové úhly jednotlivých generátorů rozptyl, takže je nepravděpodobné, že dvě sekce budou mít jednoduchý, stejný vzájemný fázový úhel. Také u hustě propojených částí sítě může málokdy dojít k takovému rozpojení, že by vzhledem ke zbytku sítě došlo k nesynchronnímu stavu.
Obrázek C.5 – Typické uspořádání sítě pro vypínání v nesynchronním stavu pro případ A Obrázek C.5 představuje rozpojené části sítě A a B, které jsou spojeny vedením. Mezi nimi tedy existuje spojovací vedení (nebo impedance, jako je transformátor). U obou sítí se uvažuje s provozním spínáním na úrovni zkratových proudů T30 až T60. Případ zkratové hladiny odpovídající T100 lze považovat za výjimečný. S ohledem na parametry TRV se uvažuje, že případy s nestabilní sítí na jedné straně je pokryta případem B. C.8.1.3
Případ B
Obrázek C.6 – Typické uspořádání sítě pro vypínání v nesynchronním stavu pro případ B Synchronizaci mezi relativně stabilními sítěmi lze považovat za méně častý případ, který je s ohledem na TRV pokryt případem A. Typičtější uspořádání sítě pro synchronizaci je znázorněno na obrázku C.6, kde mezi generátorem a sítí je zapojen zvyšovací transformátor. Předpokládá se, že zkratová hladina sítě na pravé straně odpovídá T60. V těchto sítích se synchronizace většinou provádí na vysokonapěťové straně zvyšovacího transformátoru, Typické charakteristiky jsou: – subtranzitní reaktance generátoru je 0,3 p.j.; – reaktance zvyšovacího transformátoru je 0,1 p.j. Současné maximální výkony generátorových jednotek se pohybují v řádu 600 MVA pro 245 kV a 1 300 MVA pro 550 kV. Při zavedení zkratové reaktance sítě je vypínací proud v nesynchronním stavu (zkratový proud na straně generátoru) pro nejběžnější aplikace 0,5 kA až 8 kA. Je třeba uvážit také další hlediska:
59
PNE 35 4220
– vlivem spojení vinutí transformátoru, tzn., na nízkonapěťové straně a Y na vysokonapěťové straně pro sítě s přímo uzemněným středem je nulová složka reaktance strany generátoru mnohem menší než sousledná složka, tj. asi 25 %. Proto je činitel vypínajícího pólu nejvyšší pro 3. pól a rovná se 1,0; – zotavené napětí generátoru po vypnutí zkratového proudu je silně tlumeno při součiniteli tlumení řádově 0,8; – statisticky dochází v praxi jen k velmi malému výskytu nesynchronního stavu v podmínkách 180 stupňů a lze tak zavést dodatečný součinitel 0,8.
C.9 Spínání kapacitních proudů (viz též článek B.2.10) C.9.1 Obecná teorie spínání kapacitního proudu C.9.1.1
Vypínání kapacitní zátěže
C.9.1.1.1 Kondenzátorové baterie C.9.1.1.1.1 Obecně Jednofázový ekvivalentní obvod znázorněný na obrázku C.7 lze použít pro vysvětlení podmínek při odpojování kondenzátorové baterie.
Legenda u
Napětí zdroje (efektivní hodnota)
ucb
Napětí na vypínači (efektivní hodnota)
Ls
Indukčnost strany zdroje
uL
Napětí na kondenzátorové baterii (efektivní hodnota)
R
Rezistor představující ztráty v obvodu
ic
Kapacitní proud (efektivní hodnota)
Cs
Kapacita strany zdroje (rozptylová kapacita)
C
Kapacitní zátěž (kondenzátorová baterie
us
Napětí strany zdroje (efektivní hodnota)
Obrázek C.7 – Jednofázový ekvivalentní obvod pro vypínání kapacitního proudu C.9.1.1.1.2 Kapacitní proud Kapacitní proud ic tekoucí obvodem je dán následující rovnicí: C.8
kde
s = 2fs, kde fs je kmitočet sítě v Hz
60
PNE 35 4220
i=
1
=2fi, kde fi je kmitočet nárazového proudu v Hz (viz též 9.2.2.2)
L sC
Pro i >> s se rovnice (38) změní na tvar ic = s C x u C.9.1.1.1.3 Zotavené napětí Na obrázku C.8 jsou znázorněny průběhy proudu a napětí při vypínání.
Legenda ic
Kapacitní proud
uL
Napětí na straně zátěže vypínače
ucb Napětí na vypínači us
Napětí na straně zdroje vypínače Obrázek C.8 – Průběhy napětí a proudu při vypínání kapacitního proudu
Po vypnutí proudu nebude napětí strany zdroje us více, méně ovlivněno. Dochází pouze k malému snížení amplitudy spojené s odpojením kapacitní zátěže. Přechod na novou hodnotu amplitudy je spojen s mírmou oscilací, jejíž kmitočet je určen Ls a Cs. V okamžiku vypnutí proudu je na kondenzátorové baterii náboj C. Napětí uL proto zůstane konstantní na hodnotě odpovídající průchodu proudu nulou (a to vrcholové hodnotě napájecího napětí). Díky malé amplitudě vypínaného proudu a malé počáteční strmosti nárůstu zotaveného napětí nemá vypínač problémy s vypnutím proudu. Některé vypínače mohou vypnout i když průchod proudu nulou nastane bezprostředně po rozpojení kontaktů. Za dobu poloviny periody po průchodu proudu nulou vzroste zotavené napětí na amplitudu rovnající se dvojnásobku vrcholové hodnoty napájecího napětí. Proto je jmenovitý kmitočet 60 Hz přísnější než 50 Hz. Vypínač tak nemusí být schopen vydržet vysokou hodnotu zotaveného napětí v poměrně malé vypínací dráze. Může dojít k dielektrickému průrazu mezi kontakty a k následnému průtoku proudu. Na obrázku C.9 je znázorněn průběh proudu a napětí v případě průrazu v poměrné blízkosti k vrcholové hodnotě zotaveného napětí. Napětí strany zátěže naroste na hodnotu, která v ideálním případě (bez tlumení) dosáhne trojnásobku vrcholové hodnoty napájecího napětí up. Kmitočet oscilací proudu a napětí po průrazu je určen Ls a C (za předpokladu CCs). Vypínač může snadno vypnout proud znovu v jednom z průchodů proudu nulou s tím, že napětí na kondenzátoru může dosáhnout novou konstantní hodnotu, možná vyšší než předtím. Mohou nastat další průrazy spojené s ještě vyššími přepětími na zátěži (viz též obrázek C.10).
61
PNE 35 4220
Průraz Legenda up
Vrcholová hodnota napětí zdroje
ic
Kapacitní proud
icb
Proud vypínačem
uL
Napětí na straně zátěže vypínače
ucb
Napětí na vypínači
us
Napětí na straně zdroje vypínače Obrázek C.9 - Průběhy napětí a proudu v případě průrazu
Napěťové rrůrazy při vypínání kapacitního proudu se dělí do dvou kategorií: 1. Znovuzápaly. Napěťový průraz, který nastane během první ¼ periody po vypnutí proudu. 2. Průrazy. Napěťový průraz, který nastane po ¼ periody po vypnutí proudu. Dalším jevem, který byl pozorován převážně u vakuových vypínačů při vypínání kapacitního proudu a při zkouškách vypínání zkratového proudu, ale také při nižších proudech a napětích jsou „neúplné průrazné výboje“, neboli NSDD. Průrazy vedou k přepětím na kapacitní zátěži (maximum je 3 p.j. pro jeden průraz, kde 1 p.j. je vrcholová hodnota fázového napětí), zatímco znovuzápaly nevytvářejí přepětí (teoreticky max. 1 p.j.). Znovuzápaly jsou přípustné, zhoršují však kvalitu dodávané energie.
62
PNE 35 4220
Legenda Poměrná hodnota napětí 1 p.j. je vrcholová hodnota fázového napětí Obrázek C.10 – Nárůst napětí následnými průrazy Ve skutečnosti neexistují bezprůrazové vypínače. Ověření takového vypínače by vyžadovalo přiložení nekonečného počtu impulsů. Proto byla v IEC 62271-100 zavedena nová koncepce chování při průrazech. Při vypínání malých kapacitních proudů může u některých typů vypínačů docházet k utržení proudu. Utržení proudu znamená deformaci proudu před jeho průchodem nulou způsobenou obvykle vysokým obloukovým napětím. Různé druhy vypínačů mají různý stupeň utržení proudu. Utržení proudu způsobí vypnutí před průchodem střídavého proudu nulou. To také znamená, že náboj zachycený na kapacitní zátěži nebude na svém maximu, což vede k nižší vrcholové hodnotě zotaveného napětí a nižšímu namáhání vypínací dráhy vypínače. Zotavená napětí ve třífázových obvodech jsou komplikovanější než v obvodech jednofázových. Na obrázku 11 je uveden příklad zotaveného napětí prvního vypínajícího pólu s neúčinně uzemněnou kapacitní zátěží. Zotavené napětí má nejprve průběh, který by vedl k vrcholové hodnotě rovnající se trojnásobku vrcholové hodnoty napájecího napětí (tečkovaná čára). Pokud dojde k vypnutí dvou dalších pólů po 90 elektrických stupních po prvním pólu, dojde k diskontinuitě jeho směrnice a konečná vrcholová hodnota pro první vypínající pól je 2,5násobkem vrcholové hodnoty napájecího napětí.
63
PNE 35 4220
Obrázek C.11 – Zotavené napětí prvního vypínajícího pólu při vypnutí třífázové neúčinně uzemněné kapacitní zátěže C.9.1.1.2 Nezatížené kabely C.9.1.1.2.1 Nabíjecí proud kabelu Nabíjecí proud kabelu je funkcí následujících charakteristik: p) napětí sítě; q) geometrie kabelu; r) relativní permitivity; s) délky kabelu. Kapacitní reaktanci lze zjistit u výrobce kabelu, nebo v případě, že jsou známy fyzikální konstanty kabelu, je možné kapacitní reaktanci vypočítat. C.9.1.1.3 Nezatížená venkovní vedení C.9.1.1.3.1 Nekompenzovaná venkovní vedení C.9.1.1.3.1.1 Nabíjecí proud vedení Nezatížené venkovní vedení lze obecně charakterizovat kapacitou. V případě krátkých vedení (<200 km) lze tuto kapacitu považovat za soustředěnou, avšak v případě dlouhých vedení se musí považovat za rozloženou. Typické hodnoty kapacity se mění od 9,1 nF/km na fázi pro jednovodičová venkovní vedení do 14 nF/km na fázi pro čtyřvodičová svazková venkovní vedení (viz též [21]). C.9.1.1.3.2 Kompenzovaná venkovní vedení C.9.1.1.3.2.1 Obecně Dlouhá venkovní vedení jsou často kompenzována pomocí rezistorů tak, aby došlo ke snížení nabíjecího proudu vedení. Kompenzační součinitel (kL) venkovního vedení je dán poměrem kapacitní reaktance (XC.line) a induktivní reaktance (XL.reactor) kompenzační tlumivky: kL
X C,line X L,reactor 64
(40)
PNE 35 4220
Pokud je XL.reactor > XC.line je vedení podkompenzováné, vedení s XL.reactor < XC.line je překompenzované. C.9.1.1.3.3 Spínání proudů nezatížených dlouhých vedení Velmi dlouhá venkovní vedení o délce převyšující 300 km, i těch, která kají jednoduchou konstrukci, představují zvláštní případ, který není pokrytý požadavky článku 6.111.7 z IEC 62271-100:2008 nebo k němu připojenými poznámkami. Tam, kde mají být spínána taková dlouhá vedení, je třeba věnovat pozornost vyšší vrcholové hodnotě zotaveného napětí při vypínání. Určitou představu o schopnosti konkrétního vypínače zapínat a vypínat při těchto požadavcích je možné získat prokázáním sepnutí v jakýchkoliv podmínkách nesynchronního stavu. Takový důkaz obvykle ověří zvýšené zotavené napětí. Pro úplné splnění požadavků článku 6.111 z IEC 62271-100:2008 na spínání kapacitního proudu, avšak při zvýšených hodnotách požadovaných pro konkrétní aplikaci, bude tento důkaz požadován. Některé uživatele může zajímat případ málo častého nebo příležitostného spínání z jednoho konce u řady dlouhých vedení. Tento případ může nastat ve stádiu ranného rozvoje sítí, kdy mezilehlé elektrické stanice nemusí být plně vybaveny nebo dokonce nemusí existovat. V takových případech může být vhodné uvažovat schopnost spínání v nesynchronním stavu spolu s kombinovanou zátěží představovanou řadou vedení. Pokud je tato schopnost z hlediska podmínek proudu a napětí uspokojující, potom nebudou nutné zvláštní zkoušky pro přísné sledy spínání kapacitního proudu z IEC 62271-100 se zvýšeným vlivem dlouhého vedení. Byly by normálně požadovány pro spínání jednotlivých vedení z řady. C.9.1.1.4 Činitelé napětí pro zkoušky spínání kapacitního proudu V závislosti na možnostech vysokonapěťové laboratoře mohou být zkoušky spínání kapacitního proudu provedeny jako třífázové nebo jako jednofázové. Pro vyšší napětí (362 kV, 420 kV, 550 kV a 800 kV) se někdy provádějí zkoušky po částech. Pokud se pro pokrytí třífázových aplikací provádějí jednofázové zkoušky, musí zkušební napětí odpovídat způsobu použití vypínače v provozu. Jedním z ovlivňujících činitelů je způsob uzemnění sítě. Druhým z činitelů je přítomnost jednofázových nebo dvoufázových zemních spojení. V článku 6.111.7 z IEC 62271-100:2008 jsou pro jednofázová zkušební napětí uvedeny následující činitelé napětí (viz tabulka C.6). Zkušební napětí měřené v místě vypínače před vypnutím nesmí být menší než součin Ur/ 3 a činitele napětí odpovídajícího hodnotám v tabulce C.6.
65
PNE 35 4220
Tabulka C.6 – Činitelé napětí pro jednofázové zkoušky spínání kapacitního proudu Činitel napětí kc
Použití
1,0
Zkoušky odpovídající normálnímu provozu v sítích TN bez podstatné vzájemné vazby sousedních fází kapacitního obvodu, typicky v případě kondenzátorové baterie s uzemněným středem nebo v případě stíněných kabelů.
1,2
Zkoušky plášťových kabelů a pro zkoušky spínání nezatížených venkovních vedení a) při normálních provozních podmínkách v sítích s účinně uzemněným středem pro jmenovitá napětí 52 kV a vyšší.
1,4
1. vypínání v normálních provozních podmínkách v sítích s neúčinně uzemněným středem včetně stíněných kabelů a); 2. vypínání kondenzátorových baterií s neúčinně uzemněným středem; 3. zkoušky plášťových kabelů a spínání nezatížených venkovních vedení podle bodu b) při normálních provozních podmínkách v sítích s účinně uzemněným středem pro jmenovitá napětí nižší než 52 kV; 4. vypínání v podmínkách jednopólového nebo dvoupólového zemního spojení v sítích s přímo uzemněným středem.
1,7
pro zkoušky vypínání v sítích s neúčinně uzemněným středem při jednofázovém nebo dvoufázovém zemním spojení c).
a)
Při značné kapacitě proti zemi na straně zdroje bude součinitel snížen.
b)
Za podmínky, že vedení může být částečně nebo zcela nahrazeno kondenzátorovou baterií se soustředěnými parametry.
c)
Činitel 1,7 je odvozen z toho, že zdravá fáze vidí sdružené napětí.
Poznámky k tabulce 5: - Činitele napětí pro zkoušky spínání proudu nezatíženého vedení o velikostech 1,2 a 1,4 platí pro konstrukce vedení s jedním okruhem. Požadavky na spínací zkoušky pro venkovní vedení s více okruhy mohou být větší než tyto činitele. - Činitel 1,4 je kompromisní a platí pro vypínání kapacitních proudů v sítích s neúčinně uzemněným středem, kde druhý a třetí vypínající pól vypíná o 90oza prvním. - Když nesoučasnost rozpojení kontaktů v jednotlivých pólech vypínače přesahuje jednu šestinu periody jmenovitého kmitočtu, doporučuje se zvýšit činitel napětí nebo provádět pouze třífázové zkoušky.
C.9.1.2
Zapínání kapacitní zátěže
C.9.1.2.1 Obecně Zapínání kapacitních zátěží vypínačem vede k přechodovým jevům napětí a proudu. Mezi tyto přechodové jevy patří: a) nárazové proudy; b) přepětí způsobená odezvou sítě na pokles napětí při zapínání kondenzátorových baterií (viz 9.2.2.2); c) přepětí způsobená postupujícími vlnami na přenosových vedeních nebo kabelech. C.9.1.2.2 Kondenzátorové baterie C.9.1.2.2.1 Obecně Vzhledem k tomu, že používání kondenzátorových baterií pro kompenzaci stále narůstá, je běžné, že na stejnou přípojnici je připojena více než jedna kondenzátorová baterie. To nemá žádný vliv na podmínky při vypínání. Proud při zapínání je však silně ovlivněn. Mohou nastat dva případy: a) Kondenzátorová baterie je napájena z jedné přípojnice, na kterou nejsou připojeny další kondenzátorové baterie. Tento případ se nazývá spínaní jednotkové kondenzátorové baterie. b) Kondenzátorová baterie je napájena z jedné přípojnice, na kterou jsou připojeny další kondenzátorové baterie. Tento případ se nazývá spínaní skupinové kondenzátorové baterie. Podmínky spínání jednotkové a skupinové kondenzátorové baterie jsou uvedeny v C.9.1.2.2.2 a C.9.1.2.2.3. Dokonce i připojování kondenzátorových baterií v blízkosti elektrické stanice může přispívat k nárazovému proudu, jako je tomu v případě skupinové kondenzátorové baterie.
66
PNE 35 4220
Zvláště druhý případ může vyvolat vysoké amplitudy nárazového proudu a kmitočtu, které musí být někdy omezeny, aby nedošlo k poškození vypínače, kondenzátorové baterie a/nebo sítě. Velikost a kmitočet nárazového proudu jsou funkcí: a) přiloženého napětí (zapnutí řízené nastavením okamžiku ovládání spouštěcího impulsu); b) kapacity obvodu; c) indukčnosti obvodu (velikost a poloha); d) náboje kondenzátorové baterie v okamžiku zapnutí; e) tlumení obvodu způsobené zapínacími rezistory nebo jinou rezistancí obvodu. Předpokládá se, že kondenzátor je před připojením vybitý. To je rozumný předpoklad, protože kondenzátorové jednotky jsou vybaveny vybíjecími rezistory, které kondenzátorovou baterii vybijí. Typické doby vybíjení jsou řádově 5 mi. Nárazový zapínací proud jednotkové baterie je menší než dostupný zkratový proud na svorkách kondenzátorové baterie. Málokdy překročí 20násobek jmenovitého proudu kondenzátorové baterie při kmitočtech přibližně 1 kHz. Vzhledem k tomu, že vypínač musí splňovat požadavky na zapínací proud v síti, není nárazový proud omezujícím činitelem pro aplikace jednotkových kondenzátorových baterií. Proto se zapínací zkoušky s nárazovým proudem pro spínání jednotkové kondenzátorové baterie nepožadují. Při spínání skupinové kondenzátorové baterie, tj. v případě, že jedna baterie je spínána, zatímco druhá baterie je připojena ke stejné přípojnici, může při zapnutí vypínače mezi bateriemi protékat vysoký přechodový proud o vysokém kmitočtu. Tyto účinky jsou podobné účinků průrazu při vypínání. Oscilační proud je omezen pouze impedancí kondenzátorové baterie a obvodu mezi připojenou baterií nebo bateriemi a spínanou baterií. Tento přechodový proud obvykle ve zlomku periody kmitočtu sítě klesá k nule. V případě spínání skupinové baterie je složka dodávaná zdrojem malá a má malý kmitočet, takže může být zanedbána. C.9.1.2.2.2 Jednotková kondenzátorová baterie Kondenzátorová baterie se považuje za jednotkovou, když nárazový proud při připojení je omezen indukčností zdroje a kapacitou připojované kondenzátorové baterie. Kondenzátorová baterie se také považuje za jednotkovou, pokud maximální změna (v čase) přechodového nárazového proudu při připojování nenabité baterie nepřekročí maximální změnu souměrného zkratového proudu při napětí, při kterém je přiložen proud. C.9.1.2.2.3 Skupinová kondenzátorová baterie Pokud jsou ke stejné přípojnici připojeny další kondenzátory, dojde ke zvýšení nárazového proudu jednotkové kondenzátorové baterie. C.9.1.2.3 Kabely C.9.1.2.3.1 Obecně Po vypínači může být požadováno, aby připojil nezatížený kabel. Před připojením má kabel obvykle zemní potenciál, z dřívějších spínacích funkcí může však mít zachycen náboj. Kabel může být připojen na přípojnici, na které nejsou připojeny žádné další kabely (jednotkově) nebo na přípojnici, na které je připojen jeden nebo více kabelů (skupinově). Kromě běžně známých jevů se mohou při napětích 420 kV a vyšších vyskytnout další jevy. Při spínání téměř plně kompenzovaného kabelu může nastat zpoždění průchodu proudu nulou. Tento jev je podobný jevu popsanému při zkratech v blízkosti generátoru. C.9.1.2.3.2 Plně kompenzovaný kabel Při spínání plně kompenzovaného kabelu bude induktivní a kapacitní střídavý proud stejný. Kapacitní proud ic má opačné znaménko než proud induktivní iL. C.9.1.2.3.3 Částečně kompenzovaný kabel Pokud je kabel částečně kompenzován (podkompenzován), je induktivní střídavý proud nižší než kapacitní střídavý proud. C.9.1.2.3.4 Shrnutí Amplituda stejnosměrného vyrovnávacího proudu závisí na stupni kompenzace a na okamžiku zapnutí. Délka časového úseku, kdy nedochází k průchodu proudu nulou závisí na poměru X/R, tlumení kompenzační tlumivky a na stupni kompenzace. 67
PNE 35 4220
V minulosti byla rezistance kompenzačních tlumivek poměrně vysoká. Proto byl poměr X/R (úměrný stejnosměrné časové konstantě) malý a stejnosměrný vyrovnávací proud byl dostatečně rychle utlumen tak, aby došlo k průchodu proudu nulou. Nyní se rezistance kompenzačních tlumivek snižuje tak, aby byly minimalizovány ohmické ztráty. Jev zpožděného průchodu proudu nulou může být problematický, pokud dojde k vybavení vypínače během časového úseku, kdy k průchodu nulou nedochází. Pro řešení tohoto problému jsou možné dva přístupy: – zabránění výskytu proudů se zpožděným průchodem nulou; – volba vypínače vhodného pro tuto aplikaci. Pro zabránění zpožděného průchodu proudu nulou musí k zapnutí dojít vždy v okolí maxima napětí v každé fázi. To se může uskutečnit řízeným zapínáním (zapnutí řízené nastavením okamžiku ovládání spouštěcího impulsu). Řízené zapínání zajišťuje, že k zapnutí dojde ve všech fázích v maximu napětí nebo v jeho blízkosti. Nevýhodou této metody je vznik spínacích přepětí. Pokud nelze zabránit zapínání při průchodu napětí nulou, je možné útlum stejnosměrného vyrovnávacího proudu zvýšit použitím vypínačů se zapínacími rezistory. Poměr X/R se vlivem přídavné rezistance sníží a tím se dosáhne prvního průchodu proudu icb podstatně dříve. Hodnota rezistance zapínacího rezistoru by měla být taková, aby k prvnímu průchodu nulou došlo asi po 10 ms po zapnutí. V tomto případě může být také pro nejhorší případ (např. když při zapínání vypínače byl vydán vypínací povel) zajištěno úspěšné vypnutí. Vlivem různých parametrů tlumivky, parametrů sítě a různého stupně kompenzace musí být pro každou aplikaci proveden samostatný výpočet. Pokud nelze určit vhodnou hodnotu rezistance, nebo nelze uskutečnit řízené spínání, bude proud procházet nulou se zpožděním. Pro zajištění úspěšného vypnutí proudu ve všech případech musí být pak zvolen vhodný typ vypínače. Oblouk ve vypínači při vypínání představuje nelineární rezistanci, která také vede ke snížení hodnoty X/R a tím k dřívějšímu průchodu proudu nulou. Parametry pro model oblouku mohou být pro každý druh vypínače určeny zvláštní zkouškou. Pomocí tohoto modelu oblouku lze určit vliv na proud icb. V závislosti na amplitudě a časové konstantě stejnosměrného vyrovnávacího proudu může nastat nutnost volby vypínače s vyššími obloukovými napětími. Vlivem různých parametrů tlumivky, parametrů sítě parametrů oblouku vypínače a stupně kompenzace musí také u této metody být pro každou aplikaci provedeny individuální výpočty. C.9.1.2.4 Nárazový proud kabelu C.9.1.2.4.1 Obecně Připojení kabelu pod napětí zapnutím vypínače vede ke vzniku přechodového nárazového proudu. Velikost a rychlost změny tohoto nárazového proudu je funkcí: – přiloženého napětí (včetně zapnutí řízené nastavením okamžiku ovládání spouštěcího impulsu); – vlnové impedance kabelu; – kapacitní reaktance kabelu; – indukčnosti obvodu (velikost a poloha); – náboje kabelu v okamžiku zapnutí; – tlumení obvodu způsobené zapínacími rezistory nebo jinou rezistancí obvodu. Nárazový zapínací proud samostatného kabelu je menší než dostupný zkratový proud na svorkách vypínače. Vzhledem k tomu, že vypínač musí splňovat požadavky na zapínací proud v síti, není nárazový proud omezujícím činitelem pro aplikace u samostatných kabelů. Při spínání skupinové kondenzátorové baterie (tj. v případě, že jeden kabel je spínán, zatímco druhé kabely jsou připojeny ke stejné přípojnici) mohou při zapnutí vypínače mezi kabely protékat vysoké přechodové proudy o vysoké změně v čase. Tyto účinky jsou podobné účinkům průrazu při vypínání. Nárazový proud je omezen vlnovou impedancí kabelu a indukčnostmi připojenými mezi připojeným(i) kabelem(y) a připojovaným kabelem. Tento přechodový proud obvykle ve zlomku periody kmitočtu sítě klesá k nule. V případě spínání paralelních kabelů je složka dodávaná zdrojem malá a má malou změnu v čase, takže může být zanedbána. Vlivem velmi vysokého útlumu nárazového proudu nepředstavuje obvykle spínání paralelních kabelů pro moderní vypínače problém. Proto se nepředpokládají žádné problémy týkající se uspořádání paralelních kabelů. Norma IEC 62271-100 se nezabývá problematikou spínání paralelních kabelů.
68
PNE 35 4220
C.9.1.2.5 Připojování a odpojování venkovních vedení Pokud je venkovní vedení připojováno do sítě, je na vedení přiložena napěťová vlna. Výsledný jev je podobný jevu při připojování kabelu. Přiložená vlna se odrazí na vzdáleném konci vedení a odražená vlna vede ke zdvojnásobení amplitudy. C.9.2 Neúplné průrazné výboje (NSDD) Diskuse o NSDD (neúplné průrazné výboje) do dnešní doby probíhala poněkud kontroverzním způsobem. Tento jev, pozorovaný převážně u vakuových vypínačů, se může objevit při zkouškách spínání kapacitního proudu a zkratového proudu, ale také při nižších proudech a napětích. NSDD se neobjevily ve skutečném provozu. NSDD je definován takto: neúplný průrazný výboj (NSSD)(non-sustained disruptive discharge (NSDD)) průrazný výboj spojený s vypínáním proudu, který nemá za následek obnovení proudu průmyslového kmitočtu nebo, v případě vypínání kapacitního proudu, nevede k průchodu proudu v hlavním zatěžovacím obvodu POZNÁMKA Oscilace následující po neúplných průrazných výbojích jsou spojeny s parazitními kapacitami a indukčnostmi vlastního vypínače nebo v blízkosti vypínače. NSSD mohou také týkat rozptylové kapacity proti zemi sousedního zařízení.
NSDD se sám o sobě projevuje jako částečná změna napětí. Tyto změny je možné někdy jasně pozorovat při měření v normálním časovém rozlišení. To zvláště platí pro třífázové zkoušky, kdy je možné pozorovat napěťovou změnu o stejné polaritě a velikosti ve všech třech fázích jako výsledek posunu napětí na parazitní kapacitě středu proti zemi u nepřímo uzemněné zátěže vyvolaného NSDD. Příklad je uveden na obrázku 50. V ostatních případech může zřetelné rozpoznání NSDD vyžadovat měření s větším časovým rozlišením tak, aby bylo možné pozorovat vysokofrekvenční proud nebo napěťový impuls NSDD C.9.3 Úvahy týkající se kapacitních proudů a zotavených napětí při zkratu C.9.3.1 Činitelé napětí a proudu Některé požadavky, obecně jmenovité hodnoty a zkoušky pro spínání kapacitního proudu jsou založeny na funkcích bez přítomnosti zkratu. Přítomnost zkratu může zvýšit hodnotu jak kapacitního vypínacího proudu, tak zotavené napětí. To je zohledněno v IEC 62271-100 předepsáním dvou činitelů napětí při vypínání v přítomnosti zkratu. Tyto činitele jsou uvedeny v 9.2.1.4 a jsou 1,4 pro sítě s účinně uzemněným středem a 1,7 pro sítě s neúčinně uzemněným středem. Zkoušky pro tyto podmínky nejsou povinné. Příkladem takového zkratu je vypínač venkovního vedení, který vypíná zkratový proud jedné fáze a kapacitní proud zbývajících dvou fází. Skutečnost, že se kapacitní spínací proudy zvyšují v přítomnosti zemního spojení je popsána v 6.111.9.3 z IEC 92271-100:2008, kde nabíjecí proudy vedení a kabelu jsou násobeny 1,25 pro sítě s účinně uzemněným středem a 1,7 pro sítě s neúčinně uzemněným středem. Počet zkoušek je snížen, protože se takové funkce nevyskytují často. U kondenzátorových baterií je situace odlišná. Žádné zkoušky nejsou vyžadovány pro jednotkové kondenzátorové baterie s přímo uzemněným středem v sítích s přímo uzemněným středem. Spínání kondenzátorových baterií s neúčinně uzemněným středem v sítích s přímo uzemněným středem se nepovažuje za normální podmínky sítě a proto nejsou předepsány žádné požadavky nebo zkoušky. Spínání skupinových kondenzátorových baterií se v těchto případech nepovažuje za normální podmínky sítě a proto nejsou předepsány žádné požadavky nebo zkoušky. C.9.3.2 Důvody, proč nejsou tyto konkrétní zkoušky povinně zavedeny v normě Vypínače byly úspěšně nasazeny v provozu při vypínání kapacitních obvodů z mnoha důvodů. Mezi základní důvody pro úspěšnou činnost patří: a) pravděpodobnost zkratu vyskytujícího se při minimálních provozních podmínkách vypínače a jeho pohonu je mimořádně malá; b) kapacita zkratované fáze bude pravděpodobně vybita před rozpojením kontaktů; c) činitel napětí pro jednofázové zkoušky převyšuje provozní podmínky a přidává tak zkoušenému vypínači toleranci; d) laboratorní zkoušky se provádějí při minimálním zvýšení napětí, což vede ke krátkým dobám hoření oblouku. Tato podmínka je přísnější než v provozu ve skutečné síti.
69
PNE 35 4220
C.9.3.3
Příspěvek kondenzátorové baterie do zkratu
Uvažovaná situace je znázorněna na obrázku CF.12. Jednofázové zjednodušení je uvedeno na obrázku C.11. Zkrat nastane na vedení vypínaném vypínačem. Kapacita kondenzátorové baterie změní TRV na vypínači na průběh 1-cos s upravenou strmostí nárůstu se zvýšeným činitelem amplitudy v porovnání s případem bez přítomnost kondenzátorové baterie.
Obrázek C.12 – Zkrat v blízkosti kondenzátorové baterie Pokud je ITRV zanedbatelné, bude se vypínač snažit vypnout v prvním možném průchodu proudu nulou po rozpojení kontaktů, což vede k poměrně malé vypínací dráze. Vzhledem k tomu, že zotavené napětí ve vypínací dráze roste, může dojít ke znovuzápalu a kondenzátorová baterie se vybije do zkratu přes vypínač. Amplituda vybíjecího proudu závisí na napětí na kontaktech vypínače v okamžiku znovuzápalu a kmitočet vybíjecího proudu je dám indukčností mezi kondenzátorovou baterií a místem zkratu. Vysokofrekvenční vybíjecí proud se superponuje na zkratový proud, což vede k vytvoření dalších průchodů proudu nulou. V závislosti na druhu vypínače (olejový, tlakovzdušný, vakuový nebo SF6) může být vysokofrekvenční proud vypnut, což způsobí vysoká přepětí. Bližší informace jsou uvedeny v [24] a [25]. Podobná situace může nastat při zapnutí vypínače CB do zkratu. Kondenzátorová baterie se vybíjí do zkratu a v závislosti na velikosti indukčnosti mezi kondenzátorovou baterií a místem zkratu může vybíjecí proud dosáhnout vrcholové hodnoty a kmitočet překročit hodnoty uvedené v tabulce 9 z IEC 62271-100:2008 (viz též 9.4.12.2). V těchto konkrétních případech je třeba kontaktovat výrobce. C.9.3.4
Spínání venkovních vedení v přítomnosti zkratu
Napětí a proudy vyskytující se při spínání zkratovaných přenosových vedení jsou ovlivněny parametry obvodu a pořadím vypínaných tří fází. IEC 62271-100 uvádí jako maximální hodnotu zotaveného napětí při spínání neporušeného přenosového vedení 2 x 1,2
Ur 2
= 2,4 p.j. Při spínání zkratovaného vedení může být tato hodnota
3
překročena. C.9.3.5
Spínání kondenzátorových baterií v přítomnosti zkratu
C.9.3.5.1 Obecně Napětí a proudy, které se mohou objevit při spínání zkratované kondenzátorové baterie závisejí na podmínkách uzemnění, zda jde o zkrat se středem baterie nebo se zemí a na pořadí vypínání tří fází. IEC 62271-100 uvádí jako maximální hodnotu zotaveného napětí při spínání neporušeného přenosového vedení 2,8 p.j. Při spínání zkratované baterie může být tato hodnota překročena. C.9.3.6
Spínání kabelů v přítomnosti zkratu
Kapacitní proudy a zotavená napětí zkratovaného kabelu budou stejná jako pro kondenzátorové s přímo uzemněným středem v podmínkách zkratu. C.9.3.7
Příklady možných použití
Dále jsou uvedeny další možné aplikace. a) Použití vypínače s vyššími jmenovitými hodnotami v těch případech zemních spojení v sítích s neúčinně uzemněným středem, kde zotavené napětí a proud, nebo obojí, překračují požadavky IEC 62271-100.
70
PNE 35 4220
b) Snížení kapacity stávající kondenzátorové baterie tak, aby proud v podmínkách zkratu nepřekročil jmenovitý kapacitní spínací proud vypínače. c) Použití vysokorychlostních spínačů pro uzemnění středu zdroje nebo kondenzátorové baterie před spínáním kondenzátorové baterie v podmínkách zkratu. d) Použití zapojení kondenzátorové baterie do místo neúčinně uzemněné Y. C.9.4 Vysvětlující poznámky týkající se zkoušek spínání kapacitního proudu C.9.4.1
Obecně
Zkoušky spínání kapacitního proudu jsou popsány v 6.111 z IEC 62271-100:2008. V prvním vydání IEC 62271-100 byl zaveden nový postup pro dvě třídy spínání kapacitního proudu, které vyžadují určité vysvětlení. C.9.4.2
Chování vypínače při průrazech
Viz B.2.11.2.6. C.9.4.3
Postup zkoušky
Při definování zkušebního programu pro tyto dvě třídy byly respektovány následující body: – průměrný počet funkcí za rok provedených vypínači spínající kapacitní zátěže; – možnost snížení počtu zkoušek provedením zvýšeného počtu spínacích funkcí při minimální době hoření oblouku, což je obvykle nejobtížnější funkce vypínačů při spínání kapacitního proudu, při zachování vysoké úrovně spolehlivosti; – doporoučení pracovní skupiny CIGRE A3.04. Předpokládaná pravděpodobnost průrazu se vztahuje pouze na typové zkoušky. Vzhledem k různým předpokladům pro výpočet pravděpodobnosti může být navržený počet zkoušek předmětem diskuse. Tyto hodnoty však představují rozumný kompromis (což je úkolem normy při existenci různých pohledů) odrážející potřeby uživatelů (jako odezva na požadavky trhu) a hlavně jsou stanoveny tak, aby zabránily nereálným požadavkům. Tyto zkoušky nejsou zkouškami spolehlivosti, ale typovými zkouškami pro prokázání úspěšné schopnosti spínat kapacitní proud zařízení v provozu.
C.10 Spínání induktivního proudu (viz též článek B.2.11) C.10.1 Obecně Spínání induktivního proudu zahrnuje následující případy: – spínání kompenzačních tlumivek; – spínání motorů; – spínání nezatížených transformátorů. Obecná teorie spínání induktivních proudu je společná pro všechny výše zmíněné případy spínání. C.10.2
Spínání kompenzační tlumivky
C.10.2.1 Obecně Existují tří případy spínání kompenzačních tlumivek: kompenzační tlumivky s přímo uzemněným a 300 kV Ur 800 kV, kde Ur je jmenovité napětí;
středem
pro
napětí
72,5 kV Ur
245 kV
tlumivky s impedančně uzemněným středem pro napětí 300 kV Ur 800 kV; tlumivky s odpojeným středem obvykle používaná pro napětí Ur 52 kV a v některých zemích až do 170 kV. Všechny tři případy lze analyzovat pomocí tlumivky s impedančně uzemněným středem a tuto analýzu rozšířit na zbývající případy. Typické charakteristiky kompenzačních tlumivek jsou uvedeny v článku C.10.5 a odpovídající charakteristiky sítě a elektrické stanice jsou uvedeny v článku C.10.6. 71
PNE 35 4220
C.10.2.2 Přepětí způsobené utržením proudu Obecný případ je znázorněn na obrázku C.13, kde je kompenzační tlumivka charakterizována její indukčností L a kapacitou CL a tlumivka v uzemnění středu je charakterizována její indukčností LN a kapacitou CN. CL zahrnuje vlastní kapacitu kompenzační tlumivky a kapacitu všech součástí mezi vypínačem a kompenzační tlumivkou. CN je vlastní kapacita tlumivky v uzemnění středu, která však neovlivňuje podmínky prvního vypínajícího pólu a může být ignorována. Vypínač
Legenda CL
Kapacita kompenzační tlumivky na straně zátěže
CN
Vlastní kapacita tlumivky v uzemnění středu
L
Indukčnost jedné fáze kompenzační tlumivky
LN
Indukčnost tlumivky v uzemnění středu
Obrázek C.13 – Obecný případ spínání kompenzační tlumivky Po rozpojení kontaktů, když se proud blíží k nule, nastanou nestabilní interakce mezi obloukem a paralelní kapacitou k vypínači. Tato interakce vede k oscilacím proudu, který protne nulovou čáru před průchodem proudu průmyslového kmitočtu nulou a nastane utržení proudu, jak je znázorněno na obrázku C.14. Utržení proudu uvolní energii nastřádanou v kompenzační tlumivce, což vede k přepětí nazývanému jako potlačené přepětí. Úkolem je nyní vypočítat velikost tohoto přepětí a přiložit jej na první vypínající pól vypínače. Nejvyšší hodnota potlačeného přepětí se může ve skutečnosti, vlivem větších utržených proudů při delších dobách hoření oblouku, objevit na druhém a třetím vypínajícím pólu.
72
PNE 35 4220
Obrázek C.14 – Jev utržení proudu C.10.2.3 Omezení přepětí U všech případů spínání kompenzační tlumivky lze použít některé metody pro omezení přepětí. Různé metody a jejich účinnosti jsou uvedena v tabulce C.7.
73
PNE 35 4220
Tabulka C.7 – Omezení přepětí způsobených utřením proudu a znovuzápaly u kompenzačních tlumivek Metoda omezení přepětí
Jak tato metoda působí?
Výhody
Nevýhody
Vypínací rezistor
Rezistor způsobí fázový posun proudu vzhledem k napětí vedoucí k vypnutí proudu zhášedlem s rezistorem v nižším bodě půlvlny napětí, což vede ke značnému snížení přepětí proti zemi a tím ke snížení vrcholové hodnoty přechodného zotaveného napětí na vypínači.
Velmi účinné u tlakovzdušných vypínačů a dvoutlakých vypínačů SF6.
Zvyšuje mechanickou složitost a zvyšuje nároky na údržbu vypínače; z technického a ekonomického hlediska není realizovatelné u jednotlakých vypínačů SF6; může stále docházet ke znovuzápalům.
Svodiče přepětí u kompenzační tlumivky
Omezuje přepětí proti zemi u kompenzační tlumivky.
Pasivní ochrana.
Účinné pouze u vypínačů, která mají vyšší vrcholovou hodnotu potlačeného přepětí než je ochranná hladina svodiče přepětí; stále dochází k přepětí způsobených znovuzápaly až do dvojnásobku ochranné hladiny svodiče přepětí.
Varistor (MOV) na vypínači [34]
Omezuje zotavené napětí na vypínači na ochrannou hladinu varistoru a následné přepětí způsobené znovuzápaly.
Pasivní ochrana; účinné pro všechny druhy vypínačů; zvláště vhodné pro vypínače o napětích 52 kV; velikost a pravděpodobnost znovuzápalů je značně snížena; energie; absorbovaná svodičem přepětí je minimální.
Zvyšuje mechanickou složitost; svodič přepětí musí vydržet síly spojené s funkcí vypínače; při nižších napětích stále dochází k určitým znovuzápalům
Ochranný kondenzátor
Snižuje kmitočet tím strmost nárůstu oscilací na straně zátěže; snižuje nejvyšší napětí mezi vrcholovými hodnotami při znovuzápalu.
Může snížit pravděpodobnost znovuzápalů; snižuje nejvyšší napětí mezi vrcholovými hodnotami při znovuzápalu namáhající vinutí kompenzační tlumivky. U vakuových vypínačů, u kterých utržený proud závisí hlavně na materiálu kontaktů může snížit přepětí proti zemi.
Nesnižuje přepětí proti zemi u jiných vypínačů, než vakuových; vede ke zvýšení utrženého proudu, nikoliv však nutně ke zvýšení potlačeného přepětí; nevylučuje předzápaly, může mít vliv na snížení minimální doby hoření oblouku, takže pravděpodobnost znovuzápalů nebude změněna; vyžaduje prostor.
Spínání řízené nastavením okamžiku ovládání spouštěcího impulsu
Zajišťuje okamžik rozpojení kontaktů na vlně proudu tak, že k vypnutí dojde v první následující nule proudu.
Vylučuje předzápaly.
Vhodné pouze pro mechanicky konzistentní vypínače s vhodnými minimálními dobami hoření oblouku; vyžaduje nezávislé ovládání pólů.
C.10.3
Spínání motorů
C.10.3.1 Obecně Vysokonapěťové motory střídavého proudu, které mají typický rozsah napětí 2 kV až 14 kV a rozsah výkonů 100 kW až 40 MW mohou roztříděny takto [38]: asynchronní motory s kotvou nakrátko s přímým spouštěním se záběrovým proudem o 6 až 7násobku jmenovitého proudu motoru s účiníkem 0,1 až 0,2; asynchronní motory s kotvou kroužkovou se záběrovým proudem menším než 6násobek jmenovitého proudu motoru;
74
PNE 35 4220
synchronní motory často spouštěné pomocí rotoru s kotvou nakrátko se záběrovým proudem o velikosti 3 až 5násobku jmenovitého proudu motoru s účiníkem 0,25 až 0,3. Z hlediska vypínače (nebo stykače) jsou nejdůležitější kategorií přímo spouštěné asynchronní motory. Charakteristiky této aplikace jsou [38]: a) Záběrový proud vysoký proud (I = 6…7 x jmenovitý proud motoru); nízký účiník (cos 0,1…0,2); nízká četnost spínání; vlivem vysokých vypínaných proudů může utržený proud dosahovat vysokých hodnot; doba hoření oblouku u některých spínacích přístrojů může být delší než pro běžící motor; na základě praktických zkušeností jsou přepětí při vypínání rozběhového proudu obvykle vyšší než při vypínání neprázdno nebo při vypínání zatěžovacího proudu. Kromě přepětí způsobených utržením proudu způsobují přepětí také znovuzápaly, které jsou obvykle četnější při vypínání rozběhového proudu. b) Proud naprázdno proud naprázdno u malých vysokonapěťových motorů může být nižší než je hladina utrženého proudu vypínače; zotavené napětí průmyslového kmitočtu je v porovnání s případem vypínání rozběhového proudu velmi malé. Vzhledem k tomu, že se rotor otáčí, indukuje se ve statoru během prvních period napětí o kmitočtu rovnajícím se průmyslovému kmitočtu; vznik znovuzápalů není pravděpodobný, protože zotavené napětí je malé; nízký účiník (cos 0,1). c) Zatěžovací proud vysoký účiník (cos 0,7 – 0,9); zotavené napětí průmyslového kmitočtu je malé; nízká přepětí, žádné znovuzápaly. S ohledem na vypínací schopnost a vznik přepětí je jasné, že nejnáročnějším případem je vypínání záběrového proudu. Další text se týká tohoto případu a je popsán na základě ekvivalentního obvodu motoru CIGRE..
75
PNE 35 4220
C.10.3.2 Přepětí způsobená utržením proudu a znovuzápaly Ekvivalentní obvod motoru je znázorněn na obrázku C.15.
Legenda u
jmenovité napětí
Rp náhradní paralelní rezistance motoru
Ze
impedance uzemnění
Lb2 indukčnost připojovacích vedení
Ls
indukčnost strany zdroje
L
náhradní indukčnost motoru
Cs
kapacita strany zdroje
R
náhradní rezistance motoru
Lb1 indukčnost kondenzátorů a připojovacích vedení
Cp náhradní paralelní kapacita motoru
Obrázek C.15 – Ekvivalentní obvod motoru Spínání motoru je analogické spínání kompenzační tlumivky s neúčinně uzemněný středem a platí pro ně obdobné rovnice. C.10.3.3 Eskalace napětí Charakteristickou vlastností vakuových vypínačů nebo stykačů je jejich schopnost vypínat vysokofrekvenční proudy. To může vést k opakovaným předzápalům při zapínání a opakovaným znovuzápalům při vypínání. To může v obou případech vést k jevu nazývanému eskalace napětí [39 - 43]. Eskalace napětí nastane při opakovaných znovuzápalech a vypnutích vedoucích ke zvýšení hodnoty oscilací hodnoty napětí na straně zátěže a tím ke zvýšení hodnot TRV na vypínači. Eskalace napětí je nebezpečná pro motory, protože dochází k vysokému namáhání mezizávitové izolace přepětím způsobeným znovuzápally se strmým čelem. Eskalace napětí však může být potlačena tlumícími RC členy nebo kombinovanými svodiči přepětí (supresory) na straně zátěže motoru [44 - 46]. C.10.3.4 Virtuální utržení proudu Virtuální utržení proudu znamená potlačení jednoho proudu (zatěžovacího proudu průmyslového kmitočtu) superponovaným druhým proudem (indukovaným vysokofrekvenčním proudem). Utržení proudu je způsobeno vazbou znovuzápalu v jedné fázi na druhou fázi nebo na obě fáze. Výskyt virtuálního utržení proudu je omezen na malé motory (20 kW až 100 kW) pracující při vyšších napětích 6,6 kV nebo 11 kV [46, 47]. C.10.3.5 Omezení přepětí U všech motorů se používají některé metody pro ochranu jejich izolace proti přechodovým jevům se strmým čelem způsobeným znovuzápaly. Tyto různé metody a jejich účinnosti jsou shrnuty v tabulce C.8.
76
PNE 35 4220
Tabulka C.8 – Hodnocení metod omezení přepětí způsobených znovuzápaly u spínání motorů Metoda omezení přepětí
Jak tato metoda působí?
Výhody
Nevýhody
Svodiče přepětí na svorkách motoru [46, 47]
Omezuje přepětí na motoru. Pasivní ochrana.
Účinný pouze u vypínačů, u kterých je vrcholová hodnota potlačeného přepětí vyšší než ochranná hladina svodiče přepětí; stále může docházet k přepětí způsobených znovuzápaly až do dvojnásobku ochranné hladiny svodiče přepětí; má malý nebo žádný vliv na vícenásobné znovuzápaly vyskytující se u vakuových vypínačů.
Kombinované svodiče přepětí (supresory) na svorkách vypínače [43, 44]
Omezuje přepětí na motoru. Pasivní ochrana; účinnější než svodič přepětí, protože sestává z MOV varistoru v sérii s jiskřištěm, což vede ke snížení ochranné hladiny.
Podobně jako u svodiče přepětí, ale účinnější při omezování vícenásobných znovuzápalů.
Ochranné kondenzátory na Snižuje kmitočet svorkách motoru [46, 47] zotaveného napětí obvodu motoru také kmitočet přepětí mezi vrcholovými hodnotami způsobeného znovuzápaly
Účinný pro vypínače kromě vakuových vypínačů, u kterých utržený proud závisí hlavně na materiálu kontaktů.
U vakuových vypínačů stále bude docházet ke znovuzápalům; u ostatních druhů vypínačů bude stále docházet k jednotlivým znovuzápalům.
RC tlumící obvody na svorkách motoru [41, 42, 43]
Zavádí ztráty do obvodu znovuzápalu; vysokofrekvenční proud znovuzápalu je utlumen a exponenciálně klesá, aniž by prošel nulou.
Při vhodné volbě může odstranit vícenásobné znovuzápaly, eskalaci napětí a virtuální utržení proudu v přilehlých fázích.
Cena za ztráty v rezistoru; každá instalace může být jedinečná, proto omezené použití normalizovaných součástí; kondenzátor nemá vliv na průběh vlny; stále možnost výskytu rázů s rychlým čelem.
RC tlumící obvod se svodičem přepětí ZnO na svorkách motoru
Svodič přepětí ZnO se připojí na svorky rezistoru a uvede se v činnost, pokud přepětí způsobené znovuzápalem přesáhne určitou hladinu.
Zahrnuje výhody jak ochranných kondenzátorů, tak RC tlumících obvodů; dojde k omezení přepětí.
Cena za ztráty v rezistoru; každé použití může být jedinečné.
Sériové tlumivky [45]
Zapojuje se do série s vypínačem a tlumí vysokofrekvenční proudy znovuzápalu.
Tlumí vysokofrekvenční proudy znovuzápalu a omezuje eskalaci napětí; omezuje strmost rázů přikládaných na vinutí motoru.
Vícenásobné předzápaly a eskalace napětí nejsou vyloučeny; nepoužívá se běžně (pouze v Japonsku pro napětí do 6,6 kV); náklady na ztráty; hluk.
Varistory MOV na vypínači [48]
Omezuje napětí na vypínači, u kterého může dojít k předzápalům, na ochrannou hladinu varistoru.
Velikost a pravděpodobnost znovuzápalů je snížena; vícenásobně znovuzápaly a eskalace napětí je potlačena.
Vícenásobné předzápaly a eskalace napětí nejsou vyloučeny; stále existují strmé rázy přikládané na motor, i když může být velikost přepětí omezena.
C.10.4
Spínání nezatíženého transformátoru
C.10.4.1 Obecně Vlivem velkého množství variant jmenovitých hodnot transformátoru a. vlivem nelineárního chování železného jádra transformátoru není možné ve zkušebnách správně modelovat spínání magnetizačního proudu transformátoru lineárními součástkami. Zkoušky prováděné na určitém zkoušeném transformátoru budou platné pouze pro zkoušený transformátor a nemohou být reprezentativní pro jiné transformátory. Typové zkoušky nezatíže77
PNE 35 4220
ných transformátorů se nepožadují ze dvou důvodů. Za prvé jsou charakteristiky tohoto spínání obvykle méně přísné než charakteristiky spínání ostatních induktivních zátěží a za druhé toto spínání nelze ve zkušební laboratoři správně modelovat. Pokud je mezi výrobcem a uživatelem dohodnuto zkoušení konkrétní kombinace vypínače a transformátoru, je možné v ojedinělých případech pro napětí 52 kV a nižší použít francouzskou normu UTE C64-115. C.10.4.2 Přepětí Při spínání vysokonapěťových transformátorů vypínači SF6 nečiní přepětí problémy. Nyní jsou však používány vakuové vypínače až do 145 kV, zatím však neexistují žádné informace o jejich chování v těchto podmínkách. V každém případě jsou však transformátory z dalších důvodů vždy chráněny svodiči přepětí. Ze studií vyplývá, že hladina přepětí při spínání nezatížených suchých transformátorů závisí na délce kabelu mezi vypínačem a transformátorem [39]. Z výsledků dále vyplývá, že čím delší je kabel, tím menší je hladina přepětí, hladina přepětí se však zvyšuje se zvyšujícím se výkonem při stálé délce kabelu. Nejvyšší přepětí se objevují při vícenásobných znovuzápalech; vypínání nárazového proudu může vést k přepětím přesahujícím 5 p.j. [49]. C.10.4.3 Omezování přepětí Odkazuje se na informace uvedené v tabulce 16 pro spínání motorů. Svodiče přepětí: ze studií vyplývá, že pro omezení přepětí jsou účinné svodiče přepětí použité na svorkách transformátoru. Ochranné kondenzátory: ochranné kondenzátory snižují vlnovou impedanci zátěže a tím hladiny přepětí [39]. RC tlumící obvody: účinnost podobná účinnosti popsané pro spínání motorů, tzn., že zabraňují vícenásobným znovuzápalům ve vakuových vypínačích [50] RC tlumící obvod se svodičem přepětí ZnO: účinnost podobná účinnosti popsané pro spínání motorů. Není známo, zda tato zařízení byla použita v této souvislosti. Sériové tlumivky a řízení nastavením okamžiku ovládání spouštěcího impulsu se pro tento druh spínání nepoužívá. C.10.5 Charakteristiky kompenzační tlumivky C.10.5.1 Obecně Při napětích 72,5 kV a vyšším jsou paralelní tlumivky obecně přímo připojeny na přípojnici elektrické stanice nebo na ukončení přenosového vedení a jsou účinně uzemněny nebo mají impedančně uzemněný střed (4jádrové schéma tlumivky). Při napětích nižších než 72,5 kV jsou tlumivky běžně připojeny k terciárnímu vinutí výkonového transformátoru a obvykle nejsou uzemněny. C.10.5.2 Tlumivky o napětích 72,5 kv a vyšších Většina instalovaných třífázových kompenzačních tlumivek pro napětí 72,5 kV a vyšší má rozsah 30 MVAr až 300 MVAr. Největší jednofázové jednotky mají velikost 400 Mvar. Charakteristiky kompenzačních tlumivek závisí z velké míry na jejich konstrukci, která může být: tříjádrová s ferromagnetickým obvodem; pětijádrová s ferromagnetickým obvodem; plášťová s ferromagnetickým obvodem; bez ferromagnetického jádra. V tabulce C.9 jsou uvedeny typické charakteristiky kompenzační tlumivky.
78
PNE 35 4220
Tabulka C.9 - Typické charakteristiky kompenzační tlumivky Přiložené napětí
Jmenovitý výkon
Kmitočet sítě
Jmenovitý proud
Indukčnost
Kapacita
Vlastní kmitočet
kV
MVAr
Hz
A
H
nF
kHz
765
150 – 300
60
113 – 226
5,17 – 10,35
1,7 – 4,0
1,1 – 1,7
735
330
60
259
4,34
4,1
1,2
525
135
60
148
5,43
1,8 – 4,0
1,1 – 1,6
400
120 – 200
50
173 – 289
2,55 – 4,25
1,9 – 3,2
1,4 – 2,3
236
125
60
306
1,18
2,1
3,2
132
55
50
240
1,0
1,3
4,4
115
25
60
126
1,4
2,9
2,5
60
20
60
190
0,48
2,0
5,1
36
35 – 100
50/60
560 - 1 600
24
35 – 100
50/60
17,5
40 – 80
12
40 – 75
98 – 34
0,8 –
21)
9 – 162)
840 – 2 400
44 – 15
0,8 – 21)
14 – 242)
50/60
1 400 – 2 600
20 – 10
0,8 – 21)
21 – 292)
50/60
1 900 – 3 600
10 – 5
0,8 – 21)
29 – 412)
1)
Kapacita olejových tlumivek proti zemi při zanedbání vnitřních kapacitních vazeb mezi fázemi.
2)
Platí pro první vypínající pól.
V rozsahu 72,5 kV až 245 kV jsou tlumivky většinou olejové tříjádrové s ferromagnetickým obvodem s vrstveným průběžným kotoučovým nebo prokládaným kotoučovým vinutím. Moderní tlumivky v rozsahu od 69 kV do 145 kV směřují k suchým jednotkám bez ferromagnetického obvodu. Pro 300 kV až 550 kV jsou tlumivky vyráběny jako jednofázové nebo třífázové jednotky tříjádrové, pětijádrové nebo plášťové (s vinutým jádrem). Vinutí je vrstvené spojité kotoučové nebo prokládané kotoučové. Pro 735 kV a 765 kV se tlumivky vyrábějí výhradně jako skupiny jednofázových jednotek podobné konstrukce jako jednofázové 550 kV jednotky. Skutečné hodnoty kapacity tlumivek závisejí na konstrukci a provedení. U olejových jednotek je kapacita složena z kapacity průchodky, kapacity sériového zapojení vinutí a kapacit vinutí proti zemi nebo stínění. Kapacity průchodky se pohybují v rozsahu od 500 pF do 800 pF. Skutečné kapacity vinutí se pohybují od minimální hodnoty asi 1 200 pF do maxima asi 3 500 pF, přičemž vrstvená vinutí mají nejnižší hodnoty a prokládaná kotoučová vinutí mají nejvyšší hodnoty. Pro jednotky tlumivek se suchými cívkami nejsou použity průchodky a kapacita se tak skládá z kapacity vinutí proti zemi a z kapacity sériového zapojení vinutí. Obě z těchto kapacit jsou nízké, u druhé z těchto kapacit je tomu tak z důvodu velkého počtu závitů těchto cívek a skutečné kapacity se pohybují v rozsahu 300 pF až 500 pF. Pro všeobecné aplikace spínání tlumivky a pro účely zkoušek v laboratoři je možné odůvodněně odhadnout, že skutečná kapacita olejových tlumivek je nejméně 2 000 pF. Z toho vyplývají pro tlumivky na jmenovitá napětí 72,5 kV až 800 kV vlastní kmitočty 1 kHz až 5 kHz, přičemž nižší kmitočty platí pro vyšší napětí a naopak. C.10.5.3 Kompenzační tlumivky o jmenovitých napětích nižších než 72,5 kV Kompenzační tlumivky na jmenovitá napětí nižší než 72,5 kV jsou vyráběny buďto jako olejové tříjádrové jednotky nebo jako jednotky se suchými cívkami. V tabulce C.8 jsou uvedeny typické charakteristiky kompenzačních tlumivek tohoto rozsahu. V tabulce C.8 je uveden široký rozsah proudu a vlastního kmitočtu pro tento napěťový rozsah. Pro jednotky tlumivek se suchými cívkami se kapacita proti zemi pohybuje v rozsahu 300 pF až 500 pF a odpovídající vlastní kmitočty budou dvou až trojnásobně vyšší než jsou hodnoty uvedené v předchozí tabulce.
79
PNE 35 4220
C.10.6 Charakteristiky sítě a elektrické stanice C.10.6.1 Obecně Charakteristiky sítě (zdroje) a elektrické stanice se během spínání kompenzační tlumivky vzájemně ovlivňují a musí být při použití vypínače pro tento účel uváženy. C.10.6.2 Charakteristiky sítě Charakteristiky sítě, které mají vliv na spínání tlumivky jsou indukčnost zdroje a kapacita strany zdroje. Indukčnost zdroje je možné odvodit z převládající zkratové hladiny v elektrické stanici. Kapacita strany zdroje je všeobecně mnohem větší než kapacita strany zátěže. Pro účely typové zkoušky vypínače se kapacita strany zdroje předpokládá jako nejméně desetinásobek kapacity strany zátěže. C.10.6.3 Charakteristiky elektrické stanice Přímo připojené kompenzační tlumivky jsou připojeny buďto na přípojnice elektrické stanice nebo na venkovní vedení. Z dotazníkové akce prováděné celosvětově (odkaz [4] Přílohy G) je zřejmé, že připojení k přípojnicím je třikrát častěji používáno než připojení k přenosovým vedením. Příslušnými charakteristikami jsou indukčnost připojených přípojnic nebo vedení a všechny dodatečné kapacity ke kapacitě tlumivky. Typické hodnoty jsou uvedeny v tabulce C.10. Tabulka C.10 – Charakteristiky připojení pro instalace kompenzační tlumivky Připojení
Indukčnost
Kapacita
H/m
pF/m
Přípojnice/vedení
1
10
Kabel
0,2 – 0,5
200 – 400
GIS
0,2
60
Indukčnost i nejdelších připojení (150 m až 200 m) není v porovnání s indukčností vysokonapěťových tlumivek významná, ale ovlivní proces znovuzápalu. Kapacita velkých délek připojovacích přípojnic/vedení (hlášeno až do 170 m) a poměrně krátkých délek kabelů nebo přípojnic v plynem izolovaných rozváděčích (GIS) je v porovnání s kapacitou tlumivky značná a musí být uvažována. Kromě toho také ostatní připojená zařízení mezi vypínačem a tlumivkou budou přispívat k celkové kapacitě strany zátěže a může být také nutné tuto kapacitu uvážit. Hodnoty kapacity těchto zařízení jsou uvedeny a v tabulce C.11. Tabulka C.11 – Hodnoty kapacit různých zařízení elektrické stanice Zařízení
Kapacitaa nF
Kapacitní transformátory napětí
2 – 16
Transformátory proudu
0,15 – 1,2
Transformátory napětí
0,15 – 0,45
Svodiče přepětí
0,08 – 0,12
Odpínače
0,06 – 0,20
Podpěrné izolátory přípojnic
0,05
Vstupní průchodky rozváděče GIS -SF6b - Kondenzátorovéc - Epoxidovéd a Rozsah
0,03 – 0,15 0,10 – 1 0,10 – 1
je dán jmenovitým napětím.
b
Bez kapacitního vyrovnávání napětí.
c
Olejové s kapacitním vyrovnáváním napětí.
d
Impregnované pryskyřicí a kapacitním vyrovnáváním napětí.
80
PNE 35 4220
C.11 Různá opatření pro vypínací zkoušky C.11.1 Energie potřebná pro ovládání pro jmenovitý sled spínání při zkratových zapínacích a vypínacích zkouškách U vypínačů s pohony, které mohou nastřádat více energie, než se spotřebuje pro jednu funkci (např. hydraulické nebo pneumatické pohony) je potřeba stanovit minimální hladiny energie, při kterých je ještě zaručena vypínací schopnost. A následně, každý sled spínání při zkoušce musí být proveden při odpovídající minimální hladině energie. Minimální hladiny energie zaručující, že vypínač vypne v poslední funkci O, jsou zvláště předepsány pro funkci O a sledy spínání CO a O-CO. Pro sled spínání při automatickém opětném zapínání O-t-CO-t´-CO musí být splněny následující podmínky: – schopnost vypínače pro každý zkratový zkušební sled musí být prokázána provedením jmenovitého sledu spínání O-t-CO-t´-CO; – důkazem jsou tři platná vypnutí při sledu spínání O-t-CO-t´-CO; – zkoušky musí být provedeny při minimální a maximální době hoření oblouku; – počáteční energie pro část sledu spínání O-t-CO nesmí být menší než energie spotřebovaná sledem O-t-C tak, aby byla umožněna konečná funkce O. – vypínač musí být schopen tří vypnutí při nejmenším provozním tlaku (tj. minimální provozní energii) pro předepsaný sled spínání, jak je popsáno v 6.102.3.1 z IEC 62271-100:2008; – tam, kde to přichází v úvahu by měl tlak plynu pro zhášení oblouku být nastaven na svoji blokovací hodnotu. Kombinace jevů nutných pro vyvolání těchto podmínek je zdůvodněná praxí, tzn., nejnižší tlak plynu pro ovládání, minimální a/nebo maximální doba hoření oblouku a plný zkratový proud a jako takové by měly být zkoušeny. Každý sled spínání by měl být zahájen při nejnižší energii: zkušební sledy O-CO a CO by měly být provedeny při blokovací hodnotě energie pro O-CO a CO. Pokud se provádějí jednofázové přímé nebo syntetické zkoušky pro třífázovou elektrickou stanici, může být jmenovitý sled spínání rozdělen na dílčí části. Např. u syntetických zkoušek bude sled O-CO rozdělen na samostatné Os (vypnutí v syntetickém obvodu) pro první O následované Od-Cos, kde Od je vypnutí v přímém obvodu (při sníženém napětí). Jednotlivá funkce O zde představuje první funkci O ze sledu O-CO a musí být provedena při blokovací hodnotě energie pro O-CO. I když se provedení jednotlivé funkce O při minimální energii nepředpokládá u symetrických zkoušek, je poslední funkce O sledů O-CO a CO provedena při blokovací hodnotě energie pro funkci O, protože energie byla spotřebována předchozími funkcemi (O-C a C). Vypínací schopnost pro samostatnou funkci O prováděná při blokovací hodnotě energie pro funkci O se ověřuje zkušebním sledem T100a, protože tento zkušební sled sestává ze samostatné funkce O (minimální, maximální a střední doba hoření oblouku). C.11.2 Alternativní pohony C.11.2.1 Obecně V průběhu životnosti vypínače nebo vlivem vývoje nových pohonů může dojít u typově zkoušeného vypínače k použití alternativního pohonu, odlišného od toho, který byl typově zkoušen. Pro omezení počtu zkoušek pro tuto novou kombinaci pohonu a vypínače platí ustanovení 6.102.7 z IEC 62271-100:2008, že opakování typových zkoušek není nutné pro zkratové zkoušky, zkoušky spínání v nesynchronním stavu a pro zkoušky spínání kapacitního proudu. Toto ustanovení platí, pokud kombinace pohonu a vypínače a alternativní pohon se stejným vypínačem splňují následující podmínky: a) mechanické charakteristiky naprázdno vypínače s alternativním pohonem budou v rámci mezí definovaných v 6.101.1.1 z IEC 62271-100:2008; b) zkouška T100s bude provedena s vypínačem a oběma pohony. Také zde musí být mechanické charakteristiky porovnány podle 6.101.1.1 z IEC 62271-100:2008; c) zkouška mechanické trvanlivosti bude provedena v souladu s předepsanou třídou vypínače. 81
PNE 35 4220
Pokud jsou vypínací doby takové, že je nejkratší součtová doba vypínání vypínače odlišná (viz 3.7.159 z IEC 62271-100:2008), musí kromě toho být vypínač s alternativním pohonem podroben zkoušce T100a. Pokud jsou splněny všechny požadavky, uvažuje se, že alternativní pohon kombinovaný s typově zkoušeným vypínačem má stejné charakteristiky a všechny typové zkoušky provedené na původní kombinaci jsou platné také pro nové uspořádání. C.11.2.2 Závěry Alternativní pohon lze použít, pokud jsou splněny požadavky článku 6.102.7 z IEC 62271-100:2008. Zkušební sled T100a by se měl provést pouze tehdy, pokud je nejkratší součtová doba vypínání alternativního pohonu kratší, takže vypínač by měl být zkoušen s větší DC složkou.
C.12 Plynotěsnost (viz též kapitola B.4) C.12.1 Zkoušení Hodnoty úniku použité v IEC 62271-1 pro specifikaci charakteristik těsnosti uzavřených nebo hermeticky uzavřených tlakových soustav pro plyn při teplotě okolí nebo při vysokých a nízkých teplotách se mohou s poměrně dobrou přesností měřit přímo. Pro kontrolu těchto charakteristik se používá metoda užívaná u typových zkoušek, kdy se měří hodnota úniku kompletního vypínače kumulativní metodou uvedenou v 6.8 z IEC 62271-1:2007. V případě, že měření na úplně sestaveném vypínači není možné, může být měřené provedeno po částech, součástech nebo podsestavách. V těchto případech je hodnota úniku úplné tlakové soustavy součtem hodnot úniku součástí, jak je popsáno v příloze E z IEC 62271-1:2007. Při kusových zkouškách se kumulativní metoda doporučuje, avšak tyto zkoušky mohou být v průmyslovém prostředí neproveditelné. Pro kusové zkoušky, jak je uvedeni v 7.4 z IEC 62271-1:2007 je možné pro detekci úniku místo kumulativní metody použít sondování pomocí čidla detektoru úniku plynu. IEC 62271-1 předepisuje minimální citlivost čidla detektoru úniku plynu 10-8 Pa m3/s. Požadovaná minimální citlivost odpovídá jednotlivému úniku menšímu než 0,04 % za rok pro typický vypínač SF6 245 kV o vnitřním objemu 200 litrů naplněným při tlaku 0,5 MPa (absolutním) a při malé rychlosti čidla detektoru úniku plynu kolem utěsněných spojů (např. nepřesahující 1 cm/s). Je zřejmé, že pokud je tlak plnění, objem nebo rychlost čidla odlišná, bude se citlivost lišit. Každý případ musí být hodnocen individuálně. Pokud je únik hodnocen pomocí čidla detektoru úniku plynu, nemůže být hodnota úniku kvantifikována, protože tento detektor pouze signalizuje výskyt úniku plynu. Jak je uvedeno v 7.4 z IEC62271-1:2007, měla by se, v případě detekce úniku pomocí čidla detektoru úniku plynu, hodnota úniku plynu kvantifikovat opakováním zkoušky těsnosti při použití kumulativní zkušební metody. Pro vyčíslení hodnoty úniku může být použita jedině kumulativní zkušební metoda.
82
PNE 35 4220
Oddíl D - Vysvětlující poznámky týkající se stejnosměrné časové konstanty jmenovitého zkratového vypínacího proudu u vysokonapěťových vypínačů D.1 Obecně Časová konstanta 45 ms je vhodná pro většinu skutečných případů. Zvláštní časové konstanty vztažené na jmenovité napětí vypínače musí zahrnovat takové případy, kdy není časová konstanta 45 ms vhodná. To může platit např. pro sítě s velmi vysokým jmenovitým napětím (např. sítě 800 kV s vysokým poměrem X/R pro vedení), pro některé paprskové sítě vysokého napětí a pro ostatní sítě se zvláštní konfigurací nebo charakteristikami vedení. Zvláštní časové konstanty byly definovány s přihlédnutím k výsledkům prací CIGRE WG 13.04 [58]. Při stanovení zvláštní časové konstanty mají být vzaty v úvahu tyto souvislosti: t) Časové konstanty uvedené v této normě platí pouze pro proudy třífázových zkratů. Časová konstanta pro jednofázové zemní spojení je nižší než pro proudy třífázových zkratů. u) Pro maximální nesouměrný proud musí začátek zkratového proudu nastat při průchodu napětí sítě nulou nejméně v jedné fázi. v) Časová konstanta se vztahuje k nejvyššímu jmenovitému zkratovému proudu vypínače. Pokud se např. očekávají větší časové konstanty než 45 ms, ale pro zkratový proud nižší než jmenovitý, může být tento případ pokryt zkouškou nesouměrným jmenovitým zkratovým proudem s použitím časové konstanty 45 ms. w) Časová konstanta celé sítě je parametr závislý na čase a uvažuje se, že je totožná s časovou konstantou odvozenou z útlumu zkratových proudů v různých částech této sítě a nejedná se o jednu skutečnou časovou konstantu. x) Používají se různé metody výpočtu stejnosměrné časové konstanty, jejichž výsledky se mohou značně lišit. Je třeba věnovat pozornost volbě správné metody. y) Při volbě zvláštní časové konstanty si je třeba uvědomit, že vypínač je namáhán nesouměrným proudem po rozpojení kontaktů. Okamžik rozpojení kontaktů odpovídá době vypínání vypínače a době náběhu ochranného relé. V této normě se touto dobou relé rozumí jedna polovina periody průmyslového kmitočtu. Pokud je doba ochrany delší, má se tato skutečnost vzít v úvahu. z) Volba zvláštní časové konstanty minimalizuje počet zkoušek požadovaných pro prokázání schopnosti zařízení. Např. zkouška prováděná u vypínače při časové konstantě 45 ms nepokrývá automaticky provoz vypínače o jmenovité hodnotě 50 kA s časovou konstantou 75 ms; je potřeba znát skutečné parametry, aby bylo možné určit, zda je dosaženo shody. Je potřeba uvážit některá důležitá obecná hlediska. Pro stanovení vhodnosti určitého vypínače pro jiné jmenovité zkratové proudy a časovou konstantu je třeba ve vztahu technice vypínání pečlivě vyhodnotit následující parametry: 1)
amplitudu poslední půlvlny proudu;
2)
dobu trvání poslední půlvlny proudu před vypnutím;
3)
dobu hoření oblouku;
4)
di/dt v okamžiku vypnutí proudu;
5)
vrcholovou hodnoty TRV, tvar vlny.
D.2 Zvláštní časové konstanty Normalizovaná časová konstanta je 45 ms. Dále jsou uvedeny zvláštní časové konstanty ve vztahu ke jmenovitému napětí vypínače: – 120 ms pro jmenovitá napětí do 52 kV včetně; – 60 ms pro jmenovitá napětí od 72,5 kV do 420 kV včetně; – 75 ms pro jmenovitá napětí 550 kV a vyšší. Tyto zvláštní časové konstanty jsou použité tehdy, kdy normalizovaná hodnota může být pro některé sítě nevhodná. Jsou zavedeny jako unifikované hodnoty pro potřeby těchto sítí s ohledem na charakteristiky různých 83
PNE 35 4220
rozsahů jmenovitého napětí, na konfiguraci sítě, na konstrukci vedení atd. Kromě toho mohou být pro některé aplikace požadovány i vyšší hodnoty, např. při umístění vypínače v blízkosti generátorů. V těchto případech má být požadovaná stejnosměrná časová konstanta a jakékoliv další zkušební požadavky uvedeny v poptávce.
84
PNE 35 4220
Oddíl E - Vysvětlující poznámky týkající se změn TRV pro vypínače o jmenovitém napětí nad 1 kV do 100 kV Na základě rozhodnutí přijatého na zasedání SC17A konaného v Pekingu (CN) v říjnu 2002 připravila IEC SC 17A/WG35 návrh na změnu TRV pro vypínače o jmenovitém napětí nad 1 kV do 100 kV. Tento návrh je založen na práci předchozích pracovních skupin studijního výboru A3 CIGRE (Spínací zařízení), které studovaly nutnost přizpůsobení požadavků TRV pro vypínače o jmenovitém napětí do 100 kV. V roce 1983 referovala pracovní skupina SC A3 CIGRE o přechodných zotavených napětí v sítích vysokého napětí. Výsledky této studie byly publikovány v časopisu Electra 88. Další pracovní skupina CIGRE WG 13.05 studovala TRV generované při vypínání zkratů napájených transformátorem a při vypínání zkratů na výstupní straně transformátoru.Výsledky byly prezentovány v časopisu Electra 102 (1985). V roce 1992 založila SC A3 CIGRE spolu s organizací CIRED pracovní skupinu CC-03 pro nový výzkum definování TRV pro spínací zařízení vysokého napětí. Výsledky těchto výzkumů byly publikovány v Technické příručce (Technical Brochure) 134 (1998) CIGRE a jsou v souladu s předchozími studiemi.
E.1 Všeobecně Hlavní změny zavedené touto změnou jsou následující: a) Pro pokrytí všech druhů sítí (distribučních, průmyslových a přenosových) v rozsahu napětí nad 1 kV do 100 kV a pro účely normalizace byly definovány dva druhy sítí: - kabelové sítě Kabelové sítě jsou definovány v 3.4.119. - sítě venkovního vedení Sítě venkovního vedení jsou definovány v 3.4.120. b) Pro zvláštní případ vypínačů určených pro připojení k transformátoru spojem s malou kapacitou (délka kabelu do 20 m) je předepsán zvláštní zkušební sled T30 pro ověření jejich schopnosti vypínat zkraty omezené transformátorem. To je popsáno v nové příloze M (normativní). Ve všeobecném případě, kdy je kapacita připojení dostatečně vysoká se pro prokázání schopnosti vypínat zkraty omezené transformátorem použije normální zkušební sled T30. c) Zkoušky blízkého zkratu jsou povinné pro vypínače o jmenovitém napětí 15 kV a vyšším přímo připojené k venkovním vedením. Jak je již předepsáno v této normě pro vypínače o jmenovitém napětí 48,3 kV a vyšším, musí být jmenovitý zkratový proud vyšší než 12,5 kA (tzn. Isc 16 kA). d) Zvláštní případ vypínačů instalovaných bezprostředně v sérii s reaktorem je popsán v novém článku 8.103.7.
E.2 Svorkový zkrat E.2.1 TRV pro vypínače v sítích venkovního vedení Venkovní vedení jsou více používaná v severní Americe než v Evropě. Proto jsou základem pro hodnoty uvedené v tabulce 25 jmenovité hodnoty uvedené v tabulce 2 z ANSI C37.06:2000. Hodnoty pro t3 jsou 0,88násobkem hodnot T2 předepsaných v ANSI. POZNÁMKA Součinitel 0,88 může být odvozen z čistého průběhu "1-cos" vynásobeného činitelem amplitudy 1/2. Normalizovaný průběh TRV "1-cos" v ANSI C.37-06:2000 pro jmenovitá napětí do 100 kV neodpovídá přesné matematické rovnici pro paralelně nebo sériově tlumené obvody, pro které platí jiný poměr t 3/T2.
Čas t3 pro svorkový zkrat a pro blízký zkrat se rovná 4,65 x Ur 0,7 , kde t3 je v mikrosekundách a Ur v kV. Rovnice je odvozena z hodnot uvedených v tabulce 2 z ANSI/IEEE C37.06:2000 pro jmenovitá napětí 15,5 kV, 25,8 kV, 48,3 kV a 72,5 kV. Stejná rovnice se používá pro ostatní jmenovitá napětí. Strmost nárůstu zotaveného napětí je odvozena z uc a t3. Doba t3 pro nesynchronní stav je odvozena jako dvojnásobek doby t3 pro svorkový zkrat. E.2.2 Doba zpoždění Doba zpoždění uvedená v tabulce 24 pro vypínače v kabelových sítích: 85
PNE 35 4220
Doba zpoždění td je stejná jako v prvním vydání této normy pro jmenovitá napětí do 52 kV. Rovnice je zevšeobecněna na všechny kabelové sítě (jmenovitá napětí do 100 kV). Doba zpoždění uvedená v tabulce 25 pro vypínače v sítích venkovního vedení: Doba zpoždění td v tabulce 25 je 0,05 x t3, stejně jako v prvním vydání této normy pro jmenovitá napětí 48,3 52 a 72,5 kV. Vzhledem k tomu, že se neočekávají žádné změny v počáteční části průběhu TRV byla platnost rovnice rozšířena na nižší jmenovitá napětí (počáteční část má exponenciální průběh i u krátkých vedení, které se mohou vyskytnout v distribučních a přenosových sítích). Tento požadavek není posuzován jako nepřiměřený, protože v nejnepříznivějším případě (Ur = 15 kV) se doba zpoždění 2 s rovná hodnotě předepsané pro vypínače na jmenovitá napětí nad 72,5 kV. To potvrzuje skutečnost, že tato doba zpoždění může být, vlivem tepelného namáhání při vysokých zkratových proudech, kritická a že musí být brána v úvahu. Jak bylo však uvedeno v tabulkách 13 a 14 z prvního vydání této normy, může být toto ověření provedeno v rámci zkoušek blízkého zkratu. Vzhledem k tomu, že to je již případ pro jmenovitá napětí nad 38 kV, je proto dovoleno při zkouškách T100 použít větší dobu zpoždění až do 0,15 x t3, a to za předpokladu, že jsou provedeny zkoušky blízkého zkratu. Tato možnost je naznačena v tabulce 27. E.2.3 Činitel amplitudy pro T100s a T100a Vzhledem ke kladným zkušenostem s předchozím vydáním této normy byla pro vypínače v kabelových sítích ponechána hodnota 1,4 z prvního vydání této normy. Pro vypínače v sítích ve venkovních vedeních byla převzata hodnota 1,54 z normy ANSI C37.06:2000. E.2.4 Činitel amplitudy pro T60, T30 a T10 Vzhledem ke kladným zkušenostem s předchozím vydáním této normy byla pro vypínače v kabelových sítích ponechána pro T60 hodnota 1,5 z prvního vydání této normy. Vzhledem k tomu, že k TRV přispívá hlavně kolísání napětí na transformátoru (transformátorech) s malým tlumením, což spolu s napětím zdroje vede k TRV s poměrně vysokým činitelem amplitudy, byl činitel amplitudy pro T30 a T10 zvýšen z hodnoty 1,5 na 1,6 a 1,7. Pro vypínače v sítích ve venkovních vedeních byly hodnoty převzaty z normy ANSI C37.06:2000:1,65 pro T60; 1,74 pro T30 a 1,8 pro T10.
E.3 Blízké zkraty V prvním vydání této normy byly požadavky na blízké zkraty, týkající se napěťového rozsahu uvažovaného v této změně, předepsány pro vypínače o jmenovitém napětí 52 kV a 72,5 kV s přímým připojením na venkovní vedení. V této změně jsou požadavky na blízké zkraty předepsány pro vypínače třídy S2 o jmenovitém napětí 15 kV a vyšším a přímo připojené (přípojnicí) na venkovní vedení bez ohledu na typ sítě na straně zdroje. Vzhledem k tomu, že uspořádání elektrické stanice pro 48,3 kV je identické s elektrickými stanicemi pro sítě 52 kV a 72,5 kV, je zkušební sled pro blízký zkrat pro napětí 48,3 kV předepsán obdobně jako pro 52 kV a 72,5 kV. Pro jmenovitá napětí 15 kV, 25,8 kV a 38 kV jsou charakteristiky a postupy mírně odlišné. Vzhledem k tomu, že obvykle není žádné zařízení připojeno na stranu vedení vypínače, jsou charakteristiky upraveny pro kapacitu odpovídající prakticky zanedbatelnému zpoždění: tdL < 0,1 s. Vzhledem k tomu, že by délka vedení k místu zkratu měla odpovídat reálným vzdálenostem, byl zkušební sled L90 vypuštěn a byly přijaty tolerance délky vedení pro L75. Předepsaná zkouška blízkého zkratu pokrývá blízké trojfázové zkraty a také dvoufázová a jednofázová zemní spojení, a to z následujících důvodů: – charakteristická vlnová impedance viděná od svorek vypínajícího pólu je taková, že pro všechny případy je RRRV pro všechny tři vypínající póly pokryto předepsanými charakteristikami uvedenými v tabulce 4; – zkouška blízkého jednofázového zemního spojení s oknem hoření oblouku (180o - d) pokrývá požadavky případů vícepólových zkratů pro účinně uzemněné a neúčinně uzemněné sítě; – odolnost vrcholové hodnotě TRV při trojfázových vypnutích zkratu je prokázána zkouškou svorkového zkratu T100.
86
PNE 35 4220
E.4 Nesynchronní stav Nejsou k dispozici dostatečné informace ze sítí pro změnu parametrů TRV pro vypínání v podmínkách nesynchronního stavu. Byla požádána subkomise SC A3 CIGRE, aby získala informace ze sítí o provozních podmínkách vedoucích k vypínání proudu v nesynchronním stavu. Proto zůstávají TRV pro vypínání v nesynchronním stavu v podstatě nezměněny. Hodnoty t3 pro nesynchronní stav jsou ve všech případech dvojnásobkem hodnoty pro svorkový zkrat T100.
E.5 Zkraty omezené sériovými reaktory Vlivem velmi malé kapacity některých sériových reaktorů může být vlastní kmitočet přechodných jevů týkajících se těchto reaktorů velmi vysoký. Vypínač umístěný v bezprostřední blízkosti tohoto typu reaktoru může být při vypínání svorkového zkratu (reaktor na napájecí straně vypínače) nebo při vypínání zkratu za reaktorem (reaktor na straně zátěže vypínače) vystaven vysokofrekvenčnímu TRV. Výsledný kmitočet TRV všeobecně výrazně překračuje normalizované hodnoty TRV. V těchto případech musí být zajištěna opatření ke snížení vlastního kmitočtu, např. použití kondenzátorů připojených paralelně k reaktorům nebo na zem. Dostupná opatření ke snížení vlastního kmitočtu jsou velmi účinná a cenově výhodná (viz odkaz [17] v bibliografii). Pokud není možné zkouškami prokázat, že vypínač je schopen úspěšně vypnout zkrat s požadovaným vysokým kmitočtem TRV, důrazně se doporučuje použití těchto opatření ke snížení vlastního kmitočtu. Podle názoru členů pracovní skupiny WG 35 subkomise SC17A IEC jsou provozní zkušenosti s opatřeními ke snížení vlastního kmitočtu tak účinné a cenově výhodné, že není pro vypínače vhodné pro tuto aplikaci předepisovat žádné zvláštní požadavky.
E.6 TRV pro poslední vypínající pól / Uspořádání zkušebního obvodu V tabulce 2 z prvního vydání této normy jsou pro vypínače o jmenovitém napětí nad 72,5 kV uvedeny násobitelé hodnot přechodného zotaveného napětí pro druhý a třetí vypínající pól. V POZNÁMCE 1 je uvedeno, že se pro jmenovitá napětí 72,5 kV a nižší hodnoty připravují. Vzhledem k tomu, že není k dispozici dostatek informací pro definování hodnot pro vypínače o jmenovitém napětí do 72,5 kV včetně, kromě těch, které existují pro vyšší jmenovitá napětí, rozhodla subkomise SC17A IEC na svém zasedání v Montrealu (CA) v říjnu 2003 rozšířit platnost tabulky 2 pro všechna napětí nad 1 kV. Hodnoty budou podrobeny revizi později potom, co budou známy výsledky příslušných studií.
87
PNE 35 4220
Oddíl F - Historie vývoje vypínačů Vypínače patří mezi velké vynálezy dvacátého století. Byly vyvíjeny různé druhy vypínačů, přičemž vždy trvalo několik let, než započala jejich komerční výroba. Uvádění do provozu šesti hlavních druhů vypínačů je uvedeno na obrázku C.1.
Obrázek F.1 – Roky uvádění do provozu různých druhů vypínačů
88
PNE 35 4220
Oddíl G - Bibliografie [1] I. Miller and J.E. Freund, Probability and Statistics for Engineers, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J., 1965 [2] CIGRE Technical Brochure 304, Guide for the application of IEC 62271-100 and IEC 62271-1 – Part 1 – General subjects, October 2008 [3] G.E. Hayes and H.G. Romig, Modern Quality Control, Revised Edition, Glencoe Publishing Company, 1982 [4] D.J. Cowden, Statistical Methods in Quality Control, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J., 1957 [5] J.M. Juran and F.M. Gryna, F.M. Juran’s Quality Control Handboo”, 4th Edition, McGraw-Hill, Inc., 1988 [6] CIGRE WG 3.10, Transient Recovery Voltage in High-voltage Networks – terminal faults, CIGRE Session 1968, Report 13-10, August 1968 [7] Electra 88, Transient recovery voltages in medium voltage networks. Report of the TF: TRV parameters for medium voltage circuit-breakers, 1983 [8] Electra 102, A review of transformer TRV conditions, May 1983, pp. 91-122 [9] CIGRE Technical Brochure 134, Transient recovery voltages in medium voltage networks, December 1998 [10] IEEE C37.04b-2008, Amendment to IEEE Standard for Rating Structure for AC High- Voltage CircuitBreakers Rated on a Symmetrical Current Basis to change the description of Transient Recovery Voltage for harmonization with IEC 62271-100, April 2009 [11] ANSI/IEEE C37.06-2009, AC High-Voltage Circuit-breakers Rated on a Symmetrical Current Basis – Preferred Ratings and Related Required Capabilities, November 2009 [12] G. Catenacci and CIGRE WG13-01, Contribution on the study of the initial part of the Transient recovery Voltage, Electra 46 (1976), p. 39 [13] C.Dubanton, Initial Transient Recovery Voltage, Current Interruption in High-Voltage Networks, Plenum Publishing Corporation, 1978, pp 185 – 203 [14] R. Graf, ITRV modification by interaction between SF6-breaker and the test circuit. CIGRE session paper 13-01 (1976) [15] W.Hermann, K.Ragaller, Interaction between arc and network in the ITRV regime, Current Interruption in High-Voltage Networks, Plenum Publishing Corporation, 1978, pp 205 – 229 [16] Ch. Dubanton, G. Gervais, Van Nielen. Surge impedance of overhead lines with bundle conductors during short-line faults, Electra 17, April 1971 TR 62271-306 © IEC:2012(E) – 321 – [17] Dr H.Meyer, Chairman of CIGRE Study Committee 3. Communication dated 19th August 1963 to the Central Office of the IEC, regarding short-line fault problems; 17A (CIGRE)1, September 1963 [18] CIGRE WG 13-01, Practical application of arc physics in circuit-breakers. Survey of calculation methods and application guide, Electra 118, May 1988 [19] A.Braun, K.H. Hinterthür, H.Lipken, B.Stein, O.Völcker, Characteristic values of the transient recovery voltage for different types of short-circuits in an extensive 420kV system, ETZ-a vol 97 (1976) pp 489 to 493 [20] R.G.Colclaser, L.E.Berkebile and D.E.Buettner, The effect of capacitors on the short line fault component of TRV, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS 90, N°02 March-April 1971, pp. 660669 [21] A. F.Gabrielle, P. P. Marchenko, and G. S. Vasell, Electrical Constants and Relative Capabilities of Bundled Conductor Transmission Lines, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. 83, Jan 1964, pp 78 92 [22] CIGRE Technical Brochure 47, Line-Charging Current Switching of HV Lines – Stresses and Testing Part 1 and 2, October 1996 [23] IEEE C62.22-1997, IEEE Guide for the Application of Metal-Oxide Surge Arresters for AC Systems [24] CIGRE Technical Brochure 134:2000, Transient recovery voltages in medium voltage networks [25] van der Sluis, L., and Janssen, A.L.J., Clearing faults near shunt capacitor banks, IEEE transactions on power delivery, Vol. 5, No. 3, July 1990, pp. 1346-1354 [26] IEEE 1036-1992, IEEE Guide for Application of Shunt Capacitors 89
PNE 35 4220
[27] R. Eriksson and V.S. Rashkes, Three-phase interruption of single and two-phase faults: Breaking stresses in the healthy phase, Electra 67, 1980, pp. 77-92 [28] CIGRE Technical Brochure 83, Final Report of the Second International Enquiry on High-voltage Circuitbreaker Failures and Defects in Service, June 1994 [29] CIGRE Technical Brochure 167, User Guide for the Application of Monitoring and Diagnostic Techniques for Switching Equipment for Rated Voltages of 72.5kV and Above, August 2000 [30] CIGRE Technical Brochure 165, Life Management of Circuit-breakers, August 2000 [31] D. Dufournet, Arc Modelling Applied to Small Inductive Currents Interruption, CIGRE Paper No. 13-01, 1988 [32] J.A. Bachiller, E. Cavero, F. Salamanca and J. Rodriguez, The Operation of Shunt Reactors in the Spanish 400 kV Network – Study of the Suitability of Different Circuitbreakers and Possible Solutions to Observed Problems. CIGRE Paper No. 23-106, 1994 [33] IEEE C57.21-2006, IEEE Standard Requirements, Terminology, and Test Code for Shunt Reactors Rated Over 500 kVA – 322 – TR 62271-306 © IEC:2012(E) [34] A.K. McCabe, G. Seyrling, J.D. Mandeville and J.M. Willieme, Design and Testing of a Three-Break 800 kV SF6 Circuit-breaker with ZnO Varistors for Shunt Reactor Switching, Proceedings IEEE PES T&D Conference 1991 [35] D.F. Peelo and J.H. Sawada, Experience with Controlled Transmission Line Autoreclosing and Controlled Shunt Reactor Switching on B.C. Hydro System, CIGRE Paper No. 13-101, 1998 [36] D. Braun, W. Hellmann and A. Plessl, Application Criteria for SF6 and Vacuum Circuitbreakers, ABB Review 4/99 [37] IEEE Standard C37.015, IEEE Application Guide for Shunt Reactor Switching, 1993 [38] Electra 75, Interruption of small inductive currents, Chapter 3, Part A., March 1981 [39] J.F. Perkins, Evaluation of Switching Surge Overvoltages on Medium Voltage Power Systems, IEEE Transactions of Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-101(6), June 1982 [40] A. Greenwood and M. Glinkowski, Voltage Escalation in Vacuum Switching Operations, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 3, No. 4, October 1988 [41] M. Murano, T. Fujii, H. Nishikawa, S. Nishiwaki and M. Okawa, Voltage Escalation in Interrupting Inductive Current by Vacuum Switches, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-93, 1974 [42] J.P. Eichenberg, H. Hennenfent and L. Liljestrand, Multiple Restrikes Phenomenon when Using Vacuum Circuit-breakers to Start Refiner Motors, Pulp & Paper Canada 98:7,1977 [43] A. Luxa and A. Priess, Switching of Motors During Start-up, Siemens Power Engineering and Automation VII, 1985 [44] S.H. Telander, M.R. Wilhelm and K.B. Stump, Surge Limiters for Vacuum Circuitbreakers, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 24, No. 4, 1988 [45] Y. Murai, T. Nitta, T. Takami and T. Itoh, Protection of Motor from Switching Surge by Vacuum Switch, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-93, 1974 [46] R.E. Pretorius, Guide for the Application of Switching Surge Suppressors to Medium Voltage Motors, Report for Electric Power Coordinating Committee, South Africa [47] R.E. Pretorius, The Suppression of Internal Overvoltage Surges in Industrial Highvoltage Systems, The Certified Engineer, July 1981, South Africa [48] A.M. Chaly, A.T. Chalaya, V.N. Poluyanov and I.N. Poluyanova, The Peculiarities of Interruption of the Medium Voltage Motors by VCB with CuCr Contacts, IEEE 18th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, Eindhoven 1998 [49] G.C. Damstra, Virtual chopping phenomena switching three-phase inductive currents, CIGRE SC 13 colloquium, Helsinki, Finland, 1981 TR 62271-306 © IEC:2012(E) – 323 – [50] W.M.C. van den Heuvel, J.E. Daalder, M.J.M. Boone and L.A.H. Wilmes, Interruption of Dry-Type Transformer in No-Load by a Vacuum Breaker, Eindhoven University of Technology Report 83-E-141, August 1983 [51] F. Rizk, Arc Instability and Time Constant in Air-Blast Circuit-breakers, CIGRE Paper No. 107, 1964 [52] F. Rizk, Arc Response to a Small Unit-Step Current Pulse, Elteknik, Volume 7, Part 2, February 1964 90
PNE 35 4220
[53] A.U. Dowell, G.E. Gardner, R.J. Urwin, F.P. Matraver and W. Watson, A Review of Switchgear Testing Requirements Including the Interruption of Low Inductive Currents, CIGRE Paper No. 13-02, 1976 [54] M. Murano, S. Yanabu, H. Ohashi, H. Ishizuka and T. Okazaki, Current Chopping Phenomenon of Medium Voltage Circuit-breakers, IEEE Transactions Vol. PAS-96, No. 1, January/February 1977 [55] S. Berneryd, C.E. Solver, L. Ahlgren and R. Eriksson, Switching of Shunt Reactors Comparison Between Field and Laboratory Tests, CIGRE Paper No. 13-04, 1976 [56] J.C. Henry, G. Perrissin and C. Rollier, The Behaviour of SF6 Puffer Circuit-breakers Under Exceptionally Severe Conditions, CIGRE Paper No. 13-08, 1978 [57] R. Eriksson, S. Berneryd and A. Eriksson, Laboratory and Field Tests with a 420 kV SF6 Puffer Breaker for a Gas Insulated Substation, IEEE Conference on High-voltage Switchgear Publication 182, 1979 [58] Electra 173, Specified Time Constants for Testing Asymmetric Current Capability of Switchgear, August 1997, pp 19-31 [59] D. Dufournet, J.M. Willième, G. Montillet, Design and Implementation of an SF6 Interrupting Chamber Applied to low range Generator Circuit-breaker suitable for Interruption of Current having a Non-zero Passage, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 17, N°4, October 2002 [60] CIGRE 2002 Paper 13-01, Generator Circuit-breaker, SF6 Breaking Chamber Interruption of Current with non-zero passage – Influence of cable connection on TRV of system-fed faults, D. Dufournet – J.M. Willième [61] IEEE Standard C37.013-1997, Standard for High-Voltage Generator Circuit-Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis [62] S.S. Berneryd, Improvement Possible in Testing Standards for High-Voltage Circuitbreaker. Harmonization of ANSI and IEC Testing, (See Discussion.) IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 3, No. 4, October 1988 [63] S.S. Berneryd, Parallel switching with SF6 puffer circuit-breakers, IWD 13-00 (WG11)06 [64] K.K. Nishikawara, Application of Current Limiting Reactors in Substations, Canadian Electrical Association Spring Meeting, March 1980, Montreal, Canada [65] D.F. Peelo, G.S. Polovick, J.H. Sawada, P. Diamanti, R. Presta, A. Sarshar and R. Beauchemin, Mitigation of Circuit-breaker Transient Recovery Voltages Associated with Current Limiting Reactors, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 11, No. 2, April 1996 – 324 – TR 62271-306 © IEC:2012(E) [66] IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 11, No. 2, April 1996, pp 865-870 [67] CIGRE Technical Brochure 362, Technical requirements for substation equipment exceeding 800 kV, 2008 [68] CIGRE Technical Brochure 456, Background of technical specifications for substation equipment exceeding 800 kV AC, 2011 [69] ANSI C37.06.1-2000, Guide for High-Voltage Circuit Breakers Rated on SymmetricalCurrent Basis Designated “Definite Purpose for Fast Transient Recovery Voltage Rise Times” [70] IEEE Std C37.09-1999, IEEE Standard Test Procedure for AC High-Voltage CircuitBreakers Rated on a Symmetrical Current Basis [71] ISO 3, Preferred numbers – Series of preferred numbers [72] IEC 60050-601, International Electrotechnical Vocabulary – Chapter 601: Generation, transmission and distribution of electricity – General [73] IEC 60050-604, International Electrotechnical Vocabulary – Chapter 604: Generation,transmission and distribution of electricity – Operation [74] IEC 60059, IEC standard current ratings [75] IEC 60077 (all parts), Railway applications – Electric equipment for rolling stock [76] IEC 60143-2, Series capacitors for power systems – Part 2: Protective equipment forseries capacitor banks [77] IEC 60694, Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards [78] IEC 60721-2-3, Classification of environmental conditions – Part 2: Environmental conditions appearing in nature – Air pressure
91
PNE 35 4220
[79] IEC 60943, Guidance concerning the permissible temperature rise for parts of electrical equipment, in particular for terminals [80] IEC 61633, High-voltage alternating current circuit-breakers – Guide for short-circuit and switching test procedures for metal-enclosed and dead tank circuit-breakers [81] IEC 62271-100:2001, High-voltage switchgear and controlgear – Part 100: Highvoltage alternating-current circuit-breakers12 Amendment 1:2002 Amendment 2:2006 [82] IEC 62271-108, High-voltage switchgear and controlgear – Part 108: High-voltagealternating current disconnecting circuit-breakers for rated voltages of 72,5 kV and above TR 62271-306 © IEC:2012(E) – 325 – [83] IEC 62271-109, High-voltage switchgear and controlgear – Part 109: Alternatingcurrent series capacitor bypass switches [84] IEC 62271-302, High-voltage switchgear and controlgear – Part 302: Alternatingcurrent circuit-breakers with intentionally non-simultaneous pole operation [85] IEC 62271-308, High-voltage switchgear and controlgear – Part 308: Guide for asymmetrical short-circuit breaking test duty T100a13 [86] Allan Greenwood, Electrical Transients in Power Systems, John Wiley & Sons, Inc., New York: ISBN 471 62058-0 [87] Ruben D. Garzon, High-voltage Circuit-breakers, Design and Application, Marcel Dekker Inc., New YorkISBN 0-8247-9821-x [88] Editor: C.H. Flurscheim: Power circuit-breaker theory and design, Peter Peregrinus Ltd., Stevenage: ISBN 0-906048-70-2 [89] Roberto Colombo: Disjuntores em sistemas de potencia (port.), Nobel, Sao Paulo: ISBN 85-213-0381-5 [90] Editor: Manfred Lindmayer: Schaltgeräte, Grundlagen, Aufbau, Wirkungsweise, Springer Verlag, Berlin: ISBN 3-540-16706-4. New York: ISBN 0-387-16706-4. [91] Lou van der Sluis: Transients in Power Systems, John Wiley & Sons, Ltd, ISBN 0-471- 48639-6. [92] IEEE C37.010, 1999: Application Guide for AC High-Voltage Circuit-breakers Rated on a Symmetrical Current Basis [93] B.Calvino et al., Quelques aspects des containtes supportées par les disjoncteurs HT à la coupure d’un court-circuit, CIGRE session paper 13-08 (1974) [94] C. Guilloux, Y. Therme, P.G. Scarpa: Measurement of post arc current in H.V. circuitbreakers. Application to short circuit tests with ITRV. IEEE Transactions on Power Delivery, vol.8 (1993), No.3, pp. 1148-1154 [95] ANSI/IEEE C37.011-2005, Application Guide for Transient Recovery Voltage for AC High-Voltage Circuitbreakers, February 2006 [96] D. Dufournet, Harmonization of IEC and IEEE Standards for High-Voltage Circuit- Breakers and Guidance for Non-standard Duties, CIGRE International Technical Colloquium, September 12&13, 2007 [97] C.L.Wagner, D.Dufournet, G.Montillet, Revision of the Application Guide for Transient Recovery Voltage for AC High-Voltage Circuit-breakers of IEEE C37.011: A Working Group Paper of the High-voltage Circuitbreaker Subcommittee, IEEE Transactions on Power Delivery, January 2007, pp 161-166. [98] Smith K., Dufournet D. Harmonization of IEC and IEEE TRV waveforms, Tutorial on Power Circuitbreakers, presented at IEEE PES General Meeting in Pittsburgh, 2008. [99] ANSI/IEEE Standards C37.04, IEEE Standard Rating Structure for AC High-Voltage Circuit-Breakers, Clause 5.11.4.2; and ANSI/IEEE C37.09, IEEE Standard Test Procedure for AC High-Voltage Circuit-Breakers, Clause 4.6.5.4 [100] A. Greenwood, Electrical Transients in Power Systems (book), 2nd Edition, John Wiley & Sons Inc. 1991, Chapter 9.7.3 [101] C. H. Flurscheim (Ed.). Power circuit-breaker theory and design (book), Peter Peregrinus Ltd., 2nd Edition 1982, Chapter 3.3.2 [102] E. Bolton, D. Birthwhistle, P. Bownes, M.G. Dwek, G.W. Routledge. Overhead-line parameters for circuitbreaker application, Proc. of the IEE, power, vol. 120, No. 5,1973, pp 561 to 573 [103] R.G. Colclaser, Jr., J.E. Beehler, T.F. Garrity. A field study of the short-line fault component of transient recovery voltage, IEEE Trans. Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-94, No. 6, 1975, pp. 1943 to 1953 92
PNE 35 4220
[104] U. Habedank, R. Kugler, Theoretical and experimental studies of the critical line length for the interruption of short-line faults, IEEE Trans. Power Apparatus and Systems, Vol. PAS 100, July 1981, pp 3345-3357 [105] B.Thorén, Short-line faults. Elteknik 9 (1966) N°2 (February) [106] McCauley (T.M.), Pelfrey (D.L.), Roettger (W.C.), Wood (C.E.). The impact of Shunt Capacitor Installations on Power Circuit-breaker Applications. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-99, N°6 (1980-11) [107] O'Leary (R.P.), Harner (R.H.), Evaluation of Methods for Controlling the Overvoltages Produced by Energization of a Shunt Capacitor Bank, CIGRE Session 1988, Report 13-05 (1988). [108] Heldman (D.E.), Johnson (I.B.), Titus (C.H.), Wilson (D.D.), Switching of Extra-High- Voltage Circuits, Surge reduction with circuit-breaker resistors. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol.83 (1964-12) [109] Konkel (H.E.), Legate (A.C.), Ramberg (H.C.), Limiting switching surge overvoltages with conventional power circuit-breakers. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol.96 (1977-03) [110] CIGRE WG 13-02, Switching overvoltages in EHV and UHV systems with special r eference to closing and reclosing transmission lines, Electra N°30 (1973-10) [111] Electrical Transmission and Distribution Book. East Pittsburgh, Pa.: Westinghouse Electric Corporation, 1950 [112] IEEE Committee Report Bibliography on Switching of Capacitive Circuits Exclusive of Series Capacitors, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol PAS 89, Jun/Jul 1970, pp 1203-1207 [113] Johnson, I.B.; Schultz, A.J.; Schultz, N.R.; and Shores, R.B., AIEE Transaction, pt Ill, 1955 pp 727-736 [114] H.M. Pflanz and G.N. Lester, Control of Overvoltages on Energizing Capacitor Banks. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-92, pp. 907 – 915, No. 3, May/June 1973 [115] E. Haginomori et al., TRVs and Fault Clearing Stresses in Extra-high-voltage Radial Networks, Electrical Engineering in Japan Vol. No. 4 1994 [116] A. Braun et al., Characteristic Values of the Transient Recovery Voltage for Different Types of Shortcircuits in an Extensive 420 kV System. etz-a Volume 97 (1976) pp 489 to 493 [117] P. Baltensperger et al., Transient Recovery Voltage in High-voltage Networks – Terminal Fault, CIGRÉ session paper 13-10, 1968 [118] R. G. Colclaser Jr., J. E. Beehler, and T. F. Garrity, A Field Study of Bus Fault Transient Recovery Voltages. IEEE Trans. PAS 95 (1976), 1769-1776 [119] R. Harner and J. Rodriguez, Transient Recovery Voltages Associated with Powersystem, Three-phase Transformer Secondary Faults, IEEE Transactions, Vol. PAS-91, September/October 1972 [120] P. G. Parrott. ,A Review of Transformer TRV Conditions, ELECTRA No. 102 pages 87- 118. [121] CIGRÉ Technical Brochure 362, Technical Requirements for Substation Equipment Exceeding 800 kV, December 2008 [122] IEEE Standard C37.015, IEEE Application Guide for Shunt Reactor Switching, 1993 [123] The Vacuum Interrupter, Theory, Design and Application by Paul G. Slade, © 2008 by Taylor & Francis Group CRC Press – Taylor & Francis Group, 6000 Broken Sound Parkway NW, Suite 300, Boca Raton, FL 33487-2742, ISBN 13: 978-0-8493-9091-3 (Hardcover) [124] Vacuum Switchgear by Allan Greenwood, IEE Power Series 18, © 1994, IEE, London, UK, ISBN 0 85296 855 8
93
