Ćw 4 Badanie przekaźników kierunkowych.pdf

Ę WICZENIE NR 4

BADANIE PRZEKA ń NIKÓW KIERUNKOWYCH

Instrukcja skrócona 1

Przeznaczenie i zastosowanie przeka Ņ ników kierunkowych

Przeka Ņ niki kierunkowe, zwane te Ň k Ģ towymi, przeznaczone s Ģ do kontroli kierunku

przepływu mocy zwarciowej. Stosowane s Ģ w ró Ň nych układach zabezpiecze ı , które ze wzgl ħ du

na warunek wybiórczo Ļ ci działania wymagaj Ģ okre Ļ lenia kierunku przepływu mocy zwarciowej.

S Ģ to najcz ħĻ ciej zabezpieczenia nadpr Ģ dowe sieci pier Ļ cieniowej lub dwustronnie zasilanej, a

tak Ň e zabezpieczenia odległo Ļ ciowe. Jako samodzielne człony mierz Ģ ce przeka Ņ niki kierunkowe

znajduj Ģ szerokie zastosowanie w zabezpieczeniach ziemnozwarciowych sieci rozdzielczych

Ļ rednich napi ħę .

(+)

(-)

(+)

z PN

Rys. 1. Przykład zastosowania przeka Ņ ników kierunkowych; a) układ linii dwutorowej z

zabezpieczeniami nadpr Ģ dowo-kierunkowymi, b) schemat ideowy zabezpieczenia nadpr Ģ dowo-

kierunkowego zwłocznego

1 Opracował dr in Ň . W. Dzier Ň anowski na podstawie skryptu pt. „Automatyka elektroenergetyczna – ę wiczenia

laboratoryjne”, cz.I, praca zbiorowa pod red. B. Synala, Wyd. Politechniki Wrocławskiej 1991

Przykład zastosowania przeka Ņ ników kierunkowych w układzie zabezpiecze ı nadpr Ģ dowo-

kierunkowych zwłocznych w najprostszej sieci pier Ļ cieniowej pokazano na rys. 1.

Najprostsz Ģ sie ę pier Ļ cieniow Ģ tworzy linia 2-torowa (L1, L2) zasilana jednostronnie ze

Ņ ródła E, jak na rys. 1a). W celu zapewnienia wybiórczo Ļ ci działania zabezpiecze ı

nadpr Ģ dowych zwłocznych linii w takim układzie sieciowym, konieczne jest zastosowanie

przeka Ņ ników kierunkowych tam, gdzie moc zwarciowa mo Ň e zmienia ę kierunek w zale Ň no Ļ ci

od poło Ň enia miejsca zwarcia. W tym wypadku zabezpieczenia obu linii w stacji B musz Ģ by ę

wyposa Ň one w przeka Ņ niki kierunkowe, które powinny blokowa ę zabezpieczenie w przypadku

wykrycia przepływu mocy zwarciowej w kierunku szyn stacji B. Opó Ņ nienia czasowe (t B )

zabezpiecze ı w stacji B s Ģ mniejsze od opó Ņ nie ı (t A ) w stacji A o czas stopniowania Dt. W razie

wyst Ģ pienia zwarcia, np. w torze L2 (jak na rys. 1) pobudzaj Ģ si ħ człony pr Ģ dowe wszystkich

zabezpiecze ı w układzie sieciowym. Impuls na wył Ģ czenie, jako pierwszy, poda z opó Ņ nieniem

t B przeka Ņ nik 4 w stacji B, gdy Ň jego człon kierunkowy na to zezwoli z uwagi na przepływ

mocy zwarciowej od szyn stacji B. W tym samym czasie człon kierunkowy zabezpieczenia 3

działa blokuj Ģ co. Po otwarciu wył Ģ cznika toru L2 w stacji B pr Ģ d zwarciowy w zdrowym torze

L1 zanika i jego zabezpieczenia (1 i 3) wracaj Ģ do stanu spoczynku. W stanie pobudzenia

pozostaje zabezpieczenie nadpr Ģ dowo-zwłoczne 2 toru L2 w stacji A, które po nastawionym

czasie t A spowoduje otwarcie wył Ģ cznika, dokonuj Ģ c w ten sposób ostatecznej wybiórczej

eliminacji zwarcia.

Pr Ģ d rozruchowy członów pr Ģ dowych omawianych zabezpiecze ı dobiera si ħ wg takich

samych zasad jak dla linii promieniowych, tzn. powy Ň ej maksymalnej warto Ļ ci pr Ģ du obci ĢŇ enia

toru , z uwzgl ħ dnieniem chwilowych przeci ĢŇ e ı ruchowych linii i współczynnika powrotu

zastosowanych członów pr Ģ dowych zabezpieczenia. Czasy opó Ņ nie ı dobiera si ħ wg ogólnych

zasad stopniowania czasowego zabezpiecze ı nadpr Ģ dowo-zwłocznych, stosowanych w sieciach

promieniowych i magistralnych, tj. t i = t i-1 + Dt.

Pełny układ zabezpieczenia nadpr Ģ dowo-kierunkowego w sieci trójfazowej jest realizowany

według zasady zilustrowanej na rys. 1b), które mo Ň e by ę w wykonaniu dwu lub trójfazowym.

Wykonanie dwufazowe stosowane jest w sieciach rozdzielczych z nieuziemionym skutecznie

punktem zerowym.

Zasady realizacji i podstawowe charakterystyki przeka Ņ ników kierunkowych

Przeka Ņ niki kierunkowe identyfikuj Ģ kierunek przepływu mocy zwarciowej na zasadzie

kontroli k Ģ ta przesuni ħ cia fazowego mi ħ dzy napi ħ ciem i pr Ģ dem wej Ļ ciowym. Gdy warto Ļę tego

k Ģ ta zawiera si ħ w obszarze okre Ļ lonym charakterystyk Ģ k Ģ tow Ģ przeka Ņ nika, przeka Ņ nik działa,

a gdy wykracza poza t ħ charakterystyk ħ – przeka Ņ nik blokuje. Przeka Ņ niki kierunkowe

realizowane s Ģ na bazie komparatorów fazy elektromechanicznych (starsze rozwi Ģ zania) i

statycznych, których sygnałami wej Ļ ciowymi s Ģ pr Ģ d I i napi ħ cie U pochodz Ģ ce z obiektu

zabezpieczanego.

Ustrój pomiarowy przeka Ņ nika kierunkowego, ze wzgl ħ dów technicznych, nie mo Ň e działa ę

przy dowolnie małych warto Ļ ciach sygnałów wej Ļ ciowych, dlatego w zastosowaniach

praktycznych przeka Ņ nik kierunkowy nie mo Ň e by ę traktowany jako idealny komparator fazy.

Potrzebna

jest

znajomo Ļę

rzeczywistych

charakterystyk

eksploatacyjnych

przeka Ņ ników

kierunkowych.

Podstawow Ģ wielko Ļ ci Ģ , która charakteryzuje zakres k Ģ towy działania przeka Ņ nika

kierunkowego, bez wzgl ħ du na jego konstrukcj ħ , jest tzw. k Ģ t przesuni ħ cia wewn ħ trznego (k Ģ t

maksymalnej czuło Ļ ci).

Y jest to taki k Ģ t, o jaki nale Ň y obróci ę wektor pr Ģ du I z

poło Ň enia zgodnego z napi ħ ciem U w kierunku wyprzedzenia, aby moc rozruchowa P r , wyra Ň ona

zale Ň no Ļ ci Ģ (1):

K Ģ t przesuni ħ cia wewn ħ trznego

(

)

P r

kUI

cos

−

(1)

osi Ģ gn ħ ła maksymaln Ģ warto Ļę .

gdzie:

U – napi ħ cie przyło Ň one do napi ħ ciowego obwodu wej Ļ ciowego przeka Ņ nika,

I – pr Ģ d płyn Ģ cy w pr Ģ dowym obwodzie wej Ļ ciowym przeka Ņ nika,

j - k Ģ t przesuni ħ cia fazowego pomi ħ dzy napi ħ ciem U i pr Ģ dem I w zabezpieczanym obiekcie,

Warunek działania przeka Ņ nika kierunkowego mo Ň na zapisa ę nast ħ puj Ģ co:

(

)

kUI

cos

−

(

gdzie P ro – warto Ļę mocy wej Ļ ciowej potrzebna do zadziałania przeka Ņ nika kierunkowego (w

komparatorze idealnym P ro =0).

Jak wida ę z zal. (2), na warunki działania przeka Ņ nika kierunkowego maj Ģ wpływ zarówno

warto Ļ ci amplitud sygnałów wej Ļ ciowych U oraz I, jak i warto Ļ ci: k Ģ ta przesuni ħ cia fazowego j

pomi ħ dzy tymi sygnałami i k Ģ ta wewn ħ trznego y. Dla konkretnego zastosowania przeka Ņ nika

kierunkowego okre Ļ lona jest warto Ļę k Ģ ta j, natomiast k Ģ t wewn ħ trzny powinien by ę tak

dobrany, aby w warunkach zwarciowych moc rozruchowa przeka Ņ nika osi Ģ gała warto Ļę

maksymaln Ģ , co jest spełnione, gdy y=j

Warunki działania przeka Ņ ników kierunkowych analizuje si ħ na podstawie przebiegu ich

charakterystyk rozruchowych. Wyró Ň nia si ħ trzy podstawowe charakterystyki rzeczywistych

przeka Ņ ników kierunkowych:

U r =f(I) przy

j =

y = const

Wychodz Ģ c z warunku działania przeka Ņ nika kierunkowego (zal. 2), przy j = y otrzymuje

si ħ :

r =

(

Na rys. 2 pokazano ilustracj ħ graficzn Ģ tej zale Ň no Ļ ci. Warto Ļę napi ħ cia rozruchowego U r =

U cz przy pr Ģ dzie znamionowym nazywana jest czuło Ļ ci Ģ kierunkow Ģ przeka Ņ nika. Wyra Ň ana jest

ona cz ħ sto w procentach warto Ļ ci znamionowego napi ħ cia przeka Ņ nika, jak ni Ň ej:

100

(

Rys. 2. Charakterystyka U r = f(I) przeka Ņ nika kierunkowego.

Poniewa Ň najcz ħĻ ciej U n = 100 V, przeto warto Ļę mierzona U cz wyra Ň ona w [V] stanowi

jednocze Ļ nie warto Ļę procentow Ģ czuło Ļ ci kierunkowej.

Charakterystyka pokazana na rys. 2 jest charakterystyk Ģ teoretyczn Ģ , wa Ň n Ģ przy stałej

warto Ļ ci mocy rozruchowej P ro . W rzeczywistych przeka Ņ nikach kierunkowych cz ħ sto w

obwodzie napi ħ ciowym stosowane s Ģ elementy nieliniowe (np. Ň arówki), o malej Ģ cej warto Ļ ci

rezystancji wraz z napi ħ ciem, w celu zwi ħ kszenia czuło Ļ ci przeka Ņ nika przy zwarciach bliskich.

Ponadto w elektromechanicznych przeka Ņ nikach kierunkowych zmniejszanie si ħ U r wraz ze

wzrostem pr Ģ du nast ħ puje wyra Ņ nie tylko w zakresie do ok. 2I n . Przy wi ħ kszych warto Ļ ciach

pr Ģ du warto Ļę napi ħ cia U r zmniejsza si ħ niewiele ze wzgl ħ du na nasycanie si ħ obwodu

magnetycznego przeka Ņ nika.

Charakterystyka k Ģ towa U r = f(

Y ) przy I = In = const

Charakterystyki tego rodzaju s Ģ wyznaczane dla przeka Ņ ników stosowanych w

zabezpieczeniach od zwar ę wielofazowych, gdzie warto Ļę napi ħ cia p ħ tli zwarciowej zmienia si ħ

wraz z odległo Ļ ci Ģ zwarcia od miejsca zainstalowania zabezpieczenia. Dla przeka Ņ ników

kierunkowych ziemnozwarciowych natomiast, których wielko Ļ ciami wej Ļ ciowymi s Ģ napi ħ cie i

pr Ģ d kolejno Ļ ci zerowej, wyznacza si ħ charakterystyk ħ I r = f(Y) przy U = U n = const. W

warunkach zwarcia doziemnego bowiem (zwłaszcza w sieciach nieuziemionych skutecznie)

warto Ļę napi ħ cia U 0 jest relatywnie wysoka i w niewielkim stopniu zale Ň y od miejsca zwarcia

doziemnego w sieci.

Równanie tej charakterystyki, otrzymuje si ħ wprost z wyra Ň enia (2) i ma ono posta ę

nast ħ puj Ģ c Ģ :

U r

(

cos(

j−

)

gdzie: C = P ro /I n = const.

Obraz graficzny teoretycznej charakterystyki k Ģ towej przeka Ņ nika kierunkowego, okre Ļ lonej

równaniem (5), pokazano na rys. 3.

Rys. 3. Charakterystyka k Ģ towa przeka Ņ nika kierunkowego

Wyznacza j Ģ krzywa zawarta mi ħ dzy dwoma asymptotami odległymi o k Ģ t p/2 od k Ģ ta

maksymalnej czuło Ļ ci Y. W praktyce charakterystyka taka wyznaczana jest pomiarowo w

laboratorium za pomoc Ģ przesuwnika fazowego jako Ņ ródła napi ħ cia z regulacj Ģ modułu i fazy,

niezale Ň nego od Ņ ródła pr Ģ du przemiennego. Nale Ň y zaznaczy ę , Ň e rzeczywista charakterystyka

mo Ň e odbiega ę od charakterystyki teoretycznej, ze wzgl ħ du na nieliniowo Ļ ci w obwodzie

napi ħ ciowym lub pr Ģ dowym przeka Ņ nika. K Ģ t maksymalnej czuło Ļ ci Y przeka Ņ nika wyznacza

symetralna charakterystyki k Ģ towej, prostopadła do osi odci ħ tych układu współrz ħ dnych

U r =f(j).

3. Charakterystyka na płaszczy Ņ nie impedancji Z przy I = I n .

Charakterystyka na płaszczy Ņ nie Z = U/I = R + jX wyznacza kontur rozgraniczaj Ģ cy obszary

działania i blokowania przeka Ņ nika na tej płaszczy Ņ nie, przy czym Z jest impedancj Ģ widzian Ģ z

zacisków przeka Ņ nika.

Przebieg tej charakterystyki, pokazany na rys. 4, wynika równie Ň bezpo Ļ rednio z równania

(2). Je Ļ li obie strony tego równania podzielimy przez I 2 , to otrzymamy wyra Ň enie:

cos(

−

)

(

)

w którym:

Z = U/I – moduł impedancji,

arg

a = P ro /I 2

Charakterystyk ħ na płaszczy Ņ nie impedancji stanowi prosta prostopadła do osi maksymalnej

czuło Ļ ci przeka Ņ nika, przecinaj Ģ ca j Ģ w odległo Ļ ci „a” od pocz Ģ tku układu współrz ħ dnych.

Warto Ļę „a”, maj Ģ ca wymiar impedancji, okre Ļ lana jest mianem „strefy martwej” przeka Ņ nika

kierunkowego.

Interpretacja fizyczna strefy martwej mo Ň e by ę łatwo wyja Ļ niona na podstawie rys. 5.

Zgodnie z tym rysunkiem, przeka Ņ nik RK zainstalowany w stacji A, stanowi Ģ cy element

kontroluj Ģ cy kierunek przepływu mocy zwarciowej linii, otrzymuje nast ħ puj Ģ ce wielko Ļ ci

wej Ļ ciowe pomiarowe: napi ħ cie na p ħ tli zwarcia U i pr Ģ d zwarciowy I. Napi ħ cie na p ħ tli zwarcia

jest okre Ļ lone wyra Ň eniem:

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: