SEUČLŠTE U SPLTU Sveučlšn studjsk centar za stručne studje PREDNJ ZŠTT U ELETROENERGETSOM SUSTU Dr. sc. Petar Sarajčev, doc. Robert osor, dpl.ng.
Sadržaj SDRŽJ 1. UOD... 1 1.1. ratak osvrt na elektroenergetsk sustav... 1.. Zašttn uređaj relej... 4 1.3. Relejna zaštta... 10. STRUJN NPONS TRNSFORMTOR... 14.1. Značajke zbor strujnh naponskh transformatora... 14.1.1. Strujn transformator... 14.1.. Naponsk transformator..... nalza problematke stosmjerne komponente struje kratkog spoja u strujnom transformatoru... 5.3. Optčk strujn naponsk transformator... 30 3. ZŠTT DSTRBUTNH MREŽ... 34 3.1. Zaštta u odnosu na međufazne kratke spojeve... 36 3.1.1. Određvanje podešenja vremenskog člana nskopodesve nadstrujne zaštte u odnosu na međufazne kratke spojeve... 36 3.1.. Određvanje podešenja proradne struje mjernog člana nskopodesve nadstrujne zaštte u odnosu na međufazne kratke spojeve... 41 3.1.3. Provjera osjetljvost podešenja mjernog člana nadstrujne zaštte... 49 3.1.4. Određvanje podešenja proradne struje mjernog člana vsokopodesve nadstrujne zaštte u odnosu na međufazne kratke spojeve... 49 3.1.5. Određvanje maksmalne mnmalne zone štćenja vsokopodesve nadstrujne zaštte... 51 3.1.6. Usmjerena nskokopodesva nadstrujna zaštta u odnosu na međufazne kratke spojeve... 60 3.. Zaštta u odnosu na kvarove sa zemljom... 67 3..1. Homopolarna nadstrujna zaštta... 68 3... Zemljospojna zaštta... 78 3..3. Osjetljva usmjerena homopolarna nadstrujna zaštta... 86 4. ZŠTT ENERGETSH TRNSFORMTOR... 91 4.1. Dferencjalna zaštta energetskog transformatora... 9 4.1.1. Teorjske osnove stablzrane dferencjalne zaštte... 93 4.1.. Dferencjalna zaštta dvonamotnog transformatora... 10
Sadržaj 4.1.3. Dferencjalna zaštta tronamotnog transformatora... 110 4.. Termčka zaštta energetskog transformatora... 117 4.3. Nadstrujne zaštte energetskog transformatora... 118 4.3.1. Nskopodesva nadstrujna zaštta... 119 43.. sokopodesva nadstrujna zaštta... 11 4.3.3. Homopolarna nadstrujna zaštta... 11 5. DSTNTN ZŠTT... 14 5.1. Određvanje mjerene mpedancje dstantne zaštte... 19 5.1.1. Mjerena mpedancja kod nastupa međufaznh kratkh spojeva... 130 5.1.. Mjerena mpedancja kod nastupa dozemnh kratkh spojeva... 134 5.1.3. lasfkacja kvarova... 138 5.. rste karakterstke dstantnh releja... 141 5..1. Utjecaj otpora na mjestu kvara na rad mjernog člana... 153 5.3. Proračun podešenja dstantnog releja... 157 5.3.1. Proračun podešenja proradnh mpedancja... 157 5.3.. Određvanje vremenskh podešenja dstantnog releja... 165 5.3.3. Određvanje proradne vrjednost potcajnog člana... 166 5.4. omunkacjske sheme dstantne zaštte... 168 5.5. Detekcja njhanja snage... 171
1. UOD Relejna zaštta predstavlja složen sustav, sastavljen od strujnh naponskh transformatora, sekundarnh krugova ožčenja zmeđu sekundara strujnh naponskh transformatora zašttnh uređaja, samh uređaja relejne zaštte te prekdača koj prekdaju strujn krug u kvaru (prema nalogu releja). Ovaj složen sustav treba kontnurano pravlno funkconrat da b osgurao nesmetan kontnuran rad elektroenergetskog sustava u cjeln te sporuku elektrčne energje od prozvođača, preko prjenosnog dstrbucjskog sustava do krajnjeg potrošača. spravan rad, stablnost pouzdanost elektroenergetskog sustava ovs o pravlnom funkconranju sustava relejne zaštte. Buduć da su kvarov na oprem elektroenergetskog sustava stohastčke prrode te često za posljedcu mogu mat oštečenje l čak unštenje opreme, relejna zaštta mora bt u stanju reagrat u blo kojem trenutku u najkračem vremenskom roku sključt / zolrat mjesto kvara (preknut napajanje mjesta kvara). Stoga sustav relejne zaštte djeluje automatsk bez prsustva / sudjelovanja čovjeka. Projektranje podešavanje uređaja numerčke zaštte, zbog relatvno velkog broja razlčth vrsta zaštta složenost samog sustava relejne zaštte, predstavlja jednstvenu nženjersku vještnu koja zahtjeva određenu šrnu (mogućnost razmatranja elektroenergetskog sustava u cjeln kao stovremenog detaljnog sagledavanja svake pojedne komponente zasebno). stovremeno, proračun zbor parametara relejne zaštte elemenata elektroenergetskog sustava predstavlja donekle svojevrsnu umjetnost pomrenja oprečnh zahtjeva u svrhu ostvarenja što učnkovtjeg sustava relejne zaštte. Osm toga, relejna zaštta je u posljednjh nekolko desetljeća dožvjela napredak koj prat malo-koja dscplna elektroenergetske struke. Prodorom numerčkh releja, bazranh na mkroprocesorma modernm komunkacjskm protokolma, ova grana elektrotehnke dožvljava trenutno svoj pun procvat. Najnaprednj numerčk algortm kao što su npr. umjetne neuronske mreže, fuzzy logka tome sl. nalaze prmjenu u modernm relejnm uređajma. Nov bolj načn detekcje poremećaja (kvara) u sustavu se kontnurano znalaze mplementraju na softverskoj hardverskoj platform numerčkog releja. Modern komunkacjsk protokol (u kombnacj s mrežom optčkh kabela) omogućavaju umrežavanje modernh uređaja numerčke zaštte u jednstvenu strukturu. Numerčkom releju moguće je stoga prstupt daljnsk, korštenjem LN mreže (engl. local area network) l pak nterneta. Relej međusobno komuncraju na velkm udaljenostma snkronzrano djeluju. Numerčk relej pojeduje samonadzor kontrolu spravnost svojh podsustava, što ma za posljedcu vsoku pouzdanost. Ona uz brznu djelovanja popratne pogodnost (npr. snmanje tranzjentnh pojava pr nastupu kvara sl.) čn numerčk relej novm alatom u analz prjelaznh pojava u elektroenergetskom sustavu. Razvjen su prtom sofstcran programsk paket za podešavanje samh uređaja kao analzu zapsa kvarova koj se spremaju u memorju numerčkh releja (kronologja događaja). Ovaj kolegj se bav temeljnm načelma relejne zaštte elektroenergetskog sustava kao cjelne, s naglaskom na temeljenm zašttama koje se prmjenjuju u dstrbutvnm prjenosnm mrežama, kao zaštt transformatora kao sveprsutnog važnog elementa elektroenergetskog sustava. Razumjevanje ponašanja elektroenergetskog sustava u 1
staconarnm prjelaznm stanjma (zazvanm raznm poremećajma kvarovma) predstavlja temeljn preduvjet za kvaltetno sagledavanje problematke učnkovtog štćenja elektroenergetskog sustava. Temeljna znanja vještne koje se stječu u okvru ovog kolegja trebale b omogućt budućem ženjeru koj se žel bavt ovom nteresantnom granom elektroethnke da savlada osnovnu termnologju koncepte koj su temelj za prmjenu složenjh sustava relejne zaštte. 1.1. ratak osvrt na elektroenergetsk sustav Elektroenergetsk sustav je zajednštvo: generatora, transformatora, vodova trošla (potrošača) povezano u kompleksnu strukturu (mrežu). Prmjer elektroenergetskog sustava (EES) s njegovm karakterstčnm sastavnm djelovma prkazan je na slc 1.1. Uočava se sa slke 1.1 da je rječ o nekolko razlčth naponskh razna, kao o vše međusobno galvansk odvojenh djelova (blo zmeđu l unutar ste naponske razne). Energetsk transformator prtom osguravaju elektromagnetsku vezu zmeđu galvansk odvojenh djelova sustava. Slka 1.1. Jednopolna shema karakterstčnog sastava djela elektroenergetskog sustava. Mreža je skup svh galvansk spojenh postrojenja vodova stog nazvnog napona frekvencje. Nazvn napon mreže (U n ) jest napon kojm je mreža označena na koj se odnose neke radne karakterstke mreže. Rječ je o efektvnoj vrjednost međufaznog (lnjskog) napona nazvne frekvencje. Nazvn napon mreža su određen normom (HRN, EC). Uz nazvn napon mreže (U n ), daje se najvš napon mreže (U m ). Najvš pogonsk napon mreže (U m ) jest najvša efektvna vrjednost međufaznog (lnjskog) napona, nazvne frekvencje, koja se javlja u normalnm (staconarnm) pogonskm
uvjetma, u blo kojem času u blo kojoj točk dotčne mreže. U vez je s nazvnm naponom (U n ). Nazvna frekvencja mreže (f n ) jest frekvencja kojom je mreža označena (npr. f n = 50 Hz). Prema HRN, u tablc 1.1. prkazan su nazvn napon mreža (U n ) najvš napon mreža (U m ), kakv se korste u Republc Hrvatskoj. Tablca 1.1. Nazvn najvš pogonsk napon dstrbutvnh prjenosnh mreža u mrež HEP-a. Nazvn napon, U n [k] Maksmaln pogonsk napon, U m [k] 10 0 35 110 0 400 1 4 38 13 45 40 S obzrom na svoju namjenu mreže se djele na: - dstrbutvne mreže, - prjenosne mreže. Dstrbutvne mreže su namjenjene dstrbucj (raspodjel) elektrčne energje. To su mreže nazvnh napona 10 k, 0 k 35 k. Ove se mreže još zovu razdjelne mreže. One su gotovo redovto napajane samo s jedne strane. Rad se o trofaznm radjalnm mrežama. Zvjezdšta energetskh transformatora u dotčnm mrežama su zolrana l pak najčešće uzemljena preko malog djelatnog otpornka (R n ), koj služ za ogrančenje struje jednopolnoga kratkog spoja u dotčnoj mrež. Osm uzemljenja preko malog djelatnog otpornka (kojm se prpadna struja jednopolnoga kratkog spoja ogrančava na 150 l 300 ), dstrbutvne mreže moguće je uzemljt preko prgušnce (Petersenova prgušnca). Uzemljenjem mreže preko prgušnce moguće je potpuno kompenzrat struju jednopolnoga kratkog spoja. Ovo se ostvaruje na načn da se prgušnca odabere na načn da ponšt kapactet mreže. Osm toga, kompenzacju je moguće ostvart djelomčno podkompenzacjom l znad razne nadkompenzacjom. alja naglast da je dstrbutvne mrežu moguće uzemljt preko vsokoomskog otpornka. U svakom slučaju, uzemljenje zvjezdšta energetskog transformatora uvjek se provod jedno u zvornoj trafostanc. Uzemljenje zvjezdšta energetskog transformatora se također provod u samo jednoj točk. Ovsno o vrst prmjenjenog uzemljenja (maloomsko, vsokoomsko, prgušnca) ovst će vrsta prmjenjene relejne zaštte mreže u odnosu na kratke spojeve sa zemljom. sto tako, zolranu mrežu potrebno je šttt na razlčt načn od načna provedbe relejne zaštte uzemljene mreže. U okvru ovog kolegja dat će se temeljn prncp načn projektranja te proračuna parametara relejne zaštte dstrbutvnh mreža. Prjenosne mreže su namjenjene prjenosu elektrčne energje. To su mreže nazvnh napona 110 k, 0 k 400 k. Rad se o trofaznm petljastm mrežama, napajanm sa vše strana sa zravno uzemljenm zvjezdštma svh energetskh transformatora. 3
Relejna zaštta prjenosne mreže, zbog velkh duljna vodova razlčte namjene, provod se razlčto od relejne zaštte dstrbutvne mreže. Posebno odvojeno će se stoga tretrat problematka projektranja podešenja relejne zaštte dstrbutvnh mreža a posebno prjenosnh mreža. U okvru ovog kolegja će se također dat temeljn prncp načn projektranja proračuna relejne zaštte prjenosnh mreža. Mreže nazvnog napona 0,4 k jesu nskonaponske mreže. Njhova zaštta najčešće je bazrana na prncpma osgurača neće se detaljno tretrat u okvru ovog kolegja. Osm prjenosa dstrbucje elektrčne energje postoj treča ključna karka u elektroenergetskom sustavu a to je prozvodnja elektrčne energje. Ona se odvja u elektranama, podsredstvom generatora. Relejna zaštta elektrane (generatora prpadne elektrčne opreme) je posebna zuzetno složena zadaća. Buduć da je generator najskuplj pojednačn element elektroenergetskog sustava (a stovremeno jest kompleksan rotrajuć stroj), njegovoj zaštt posvećena je posebna zaslužena pozornost. Problematka štćenja generatora prelaz okvre ovog kolegja te se neće ovdje obrađvat. Transformator je drug važan sveprsutan element elektroenergetskog sustava koj posjeduje određene specfčnost, gledano s aspekta relejne zaštte. Njegovoj zaštt se također redovto posvećuje dužna pozornost. Relejna zaštta transformatora kao jednog od vtalnh djelova elektroenergetskog sustava (nalazmo ga u elektranama, prjenosnm razdjelnm trafostancama) obradt će se u okvru ovog kolegja. 1.. Zašttn uređaj - relej Osnovn element relejne zaštte jest relej. Relej može bt jednofazne l trofazne zvedbe. To je uređaj koj trajno kontrolra određenu velčnu koja može bt: - elektrčna (struja, napon, snaga, otpor / mpedancja, frekvencja), - neelektrčna (temperatura, tlak, broj okretaja, brzna strujanja sl.). Rječ je o konstrukcjsk komplcranom uređaju koj redovto posjeduje vše elemenata / članova, kao što su: - mjern član, - vremensk član, - proradn član, - usmjern član. Povjesno gledano postoje tr generacje relejne zaštte, kako sljed: - elektromehančk relej, - statčk relej, - numerčk relej. Elektromehančk relej rade na prncpu pomcanja kontakata (kotv s kontaktma) elektromehančkm slama koje zazva struja dok teče određenm svcma (npr. uzbudn svtak releja). Sla koju svtak zazva na kotv proporconalna je struj koja protječe svtkom. 4
Ova čnjenca korst se pr dskrmnranju zmeđu struje normalnog pogona struje kvara. Elektromehančk relej maju pokretne djelove koj se vremenom troše habaju. Osjetljv su na prašnu vanjske utjecaje. maju relatvno velku snagu (potrošnju). Nsu osjetljv na vanjska elektromagnetska polja, tj. nemaju zražen problem elektromagnetske kompatblnost. zuzetno su pouzdan robusn te maju dug vjek trajanja. Fotografja tpčnog elektromehančkog releja prkazana je na slc 1. Slka 1. Fotografja elektromehančkog releja. Statčk relej bazraju svoje djelovanje na prncpma poluvodčke tehnke. Fotografja tpčnog statčkog releja prkazana je na slc 1.3. Slka 1.3 Fotografja statčkog releja. 5
od njh su pomčn elektromehančk kontakt zamjenjen s nepomčnm kontaktma koj se temelje na tranzstorma poluvodčkm dodama. Nemaju pomčnh djelova troše manje energje. Brže djeluju od elektromehančkh releja. Relatvno su osjetljv na elektromagnetske utjecaje (problem elektromagnetske kompatblnost). Numerčk relej bazran su na prmjen mkroprocesora računalnog programa (softvera) koj zamjenjuje osnovne prncpe djelovanja relejne zaštte. Odlkuju se vrlo malom potrošnjom velkom brznom rada. Nemaju pomčnh djelova. U jednoj fzčk samostalnoj jednc posjeduju stovremeno vše zašttnh funkcja (vše relejnh zaštta objednjeno u jednoj fzčkoj jednc). Svaka zašttna funkcja posjeduje softversk program koj kontrolra određenu velčnu (struju, napon, frekvencju sl.) l kombnacju velčna (npr. struju napon z koje računa mpedancju). Numerčk relej rad s dgtalnm velčnama ulaznh parametara (struja napona) te stoga posjeduje /D (analogno-dgtalne konvertere), odgovarajuće dgtalne fltere logčke krugove. Ulazna velčna se kontnurano samplra dgtzra te obrađuje u skladu s računalnm programom koj predstavlja određenu zašttnu funkcju. Fotografja tpčnog numerčkog releja prkazana je na slc 1.4. Slka 1.4 Fotografja numerčkog releja. Softver zašttne funkcje numerčkog releja je zuzetno učnkovt (psan u programskom jezku nskog nvoa, npr. assembler) znmno brz. Numerčk relej mora osgurat pravlno prepoznavanje kvara dat nalog za sključenje prekdača u znmno kratkom vremenu (unutar 0-30 ms) za tzv. trenutne / brze zašttne funkcje (takva je prmjerce dferencjalna zaštta. stupanj dstantne zaštte). Procesranje ulaznh velčna može uključvat brzu Fourerovu transformacju slčne komplcrane numerčk zahtjevne 6
algortme. rajnje pojednostavljena blok shema funkconranja numerčkog releja prkazana je na slc 1.5. Slka 1.5 Pojednostavljena blok shema funkconranja numerčkog releja. Buduć da su zašttne funkcje numerčkh releja mplementrane softversk te da je sam relej bazran na naprednom vrlo sofstcranom brzom mkroprocesoru, moguće su mplementacje vrlo složenh (zašttnh) algortama. Ov algortm moraju pak bt dovoljno brz da se zvode u realnom vremenu. pak, mkroprocesorska arhtektra numerčkog releja, koja se svakom generacjom numerčke zaštte unapređuje (ubrzava), omogućava šroku prmjenu razlčth algortama, koje nje blo moguće do sada prmjent (kod statčke generacje relejnh uređaja). Tako je jedan nov sustav, danas znmno popularnh algortama za numerčku mplementacju zašttnh funkcja, bazran na prmjen umjetnh neuronskh mreža (engl.: rtfcal Neural Networks, NN). Ovaj koncept omogućava potpuno nove trendove u razvoju zašttnh funkcja relejne zaštte kao poboljšanje postojećh. Rječ je o novom trendu koj je još uvjek u faz ntenzvnog stražvanja razvoja. Očekuju se njegove prmjene mplementacje u budućm generacjama numerčkh relejnh uređaja. alja naglast da pak za sada na tržštu još uvjek ne postoje numerčk relejn uređaj koj mplementraju ovaj nov koncept bazran na prmjen umjetnh neuronskh mreža. Osnove funkconranja umjetnh neuronskh mreža dane su u Prlogu, kao neke od karakterstčnh prmjena u relejnoj zaštt. Osm toga, numerčk relej posjeduju mogućnost samonadzora kao zaps događaja. Name, pr nastupu kvara numerčk relej snma krvulje struje (/l napona) pohranjuje h u vlasttu memorju za kasnju računalnu analzu. Numerčk relej posjeduju komunkacjske portove za podešenje (korštenjem PC-a odgovarajučeg softverskog paketa), kao za komunkacju sa stančnm računalom (SCD sustav). Numerčk relej mogu komuncrat zmeđu sebe (uz pomoć optčke komunkacjske veze), čme omogućavaju ostvarenje složenjh vsoko učnkovth sustava relejne zaštte elemenata elektroenergetskog sustava. Ovme se poboljšava sgurnost opskrbe elektrčne energje, kao sgurnost elektroenergetskog sustava u cjeln. Nadzor podešenje parametara numerčkog releja moguće je obavt preko lokalne mreže (LN) trafostance / postrojenja l čak preko nterneta. Mana numerčkh releja je da su relatvno osjetljv na vanjska elektromagnetska polja. Podešavanje parametara (tzv. parametrranje) numerčkh releja najčešće se provod pomoću za tu svrhu posebno razvjenog programskog paketa. Dotčn programsk paket podržava sve numerčke relejne uređaje stog prozvođača ( sve generacje numerčkh releja 7
tog prozvođača ste namjene). Rječ je o Wndows aplkacj s grafčkm sučeljem koje je vrlo ntutvno ugodno za korštenje. Ovo omogućava brzo podešavanje vše razlčth zašttnh funkcja numerčkog relejnog uređaja. Osm toga, moguće je stovremeno podešavat vše razlčth releja (npr. u stoj trafostanc). alja naglast da razlčt prozvođač numerčkh relejnh uređaja maju posebne (međusobno razlčte) programske pakete za njhovo parametrranje. Nje moguće parametrranje numerčkh releja programskm paketom kojeg nje razvo njegov prozvođač. Jednom podešene vrjednost se preko komunkacjske veze (serjsk port, LN mreža) prenose s računala na numerčk relej. Slka 1.6 prkazuje prmjer grafčkog sučelja jednog takvog programskog paketa za podešavanje parametara numerčkh releja. Slka 1.6 Prmjer grafčkog sučelja programskog paketa za parametrranje numerčkh releja. Osm toga, numerčk relej, kao što je prethodno spomenuto, maju mogučnost snmanja (memorranja) strujnh naponskh stanja za vrjeme nastupa kvarova. Ovo je vrlo poželjna funkcja numerčkh relejnh uređaja služ za vrlo kvaltetnu detaljnu post-mortem analzu kvarova. Name, numerčk relej konstantno nadzru mjerene velčne (struje napone, tome sl.) te u slučaju nastupa kvara započmaju s blježenjem pojave koja je dovela do sključenja štćenog elementa. Na memorjskm lokacjama, koje su dostupne korsnku, postoje zablježen tranzjentn napon struje koje su se javle za vrjeme kvara, sve do momenta sključenja štćenog elementa. Ove zapse moguće je povuć (download-rat) s numerčkog 8
releja te h potom analzrat. Za to služ posebno razvjen (od strane samog prozvođača numerčkog releja) programsk paket. Rječ je također o Wndows aplkacj s grafčkm sučeljem, koja omogućava ugodan jednostavan rad. Slka 1.7 prkazuje grafčk zgled sučelja jednog takvog programskog paketa namjenjenog analz snmljenh zapsa tranzjentnh pojava, neposredno prje za vrjeme djelovanja numerčkog releja. Ovakv programsk paket redovto omogućavaju korsnku jednostavnu prmjenu nza korsnh (a ujedno vrlo sofstcranh) alata za analzu tranzjentnh sgnala (npr. struja napona), kao što je brza Fourerova transformacja, fazorsk prkaz velčna, praćenje promjene mjerene mpedancje (kod dstantne zaštte) tome sl. Slka 1.7 Prmjer grafčkog sučelja programskog paketa za analzu snmljenh tranzjentnh pojava, neposredno prje za vrjeme djelovanja numerčkog releja. Na kraju se može naglast da je zbog svojh všestrukh prednost, kao dokazane pouzdanost, numerčk tp relejnh uređaja prevladao na tržštu. On je gotovo u potpunost stsnuo z uporabe prethodne dvje generacje relejne zaštte (elektromehančku statčku). ao posljedca toga, danas se gotovo sključvo ugrađuje relejna zaštta u numerčkoj zvedb, na svm naponskm raznama. Za sada, zbog znmne važnost vodova 400 k, elektromehančk relej se dalje upotrebljavaju paralelno s numerčkm relejma. Zbog svojeg nedavnog pojavljvanja na tržštu, vjek trajanja numerčkh releja za sada nje točno defnran (znos do 10 godna). S druge strane, elektromehančk relej maju vjek trajanja od 0-30 godna. 9
1.3. Relejna zaštta Zadaća relejne zaštte jest štćenje svh elemenata elektroenergetskog sustava od nastupa svh vrsta kvarova. Najčešć uzroc nastupa kvarova jesu: zravn nezravn udar munje, starenje deteroracja zolacje opreme, povremen vandalzam, padanje grana stabala na nadzemne vodove, sl. elka večna kvarova je prolaznog karaktera (oko 80 % svh kvarova otpada na kratkotrajne jednopolne kratke spojeve u prjenosnoj dstrbucjskoj mrež). Relejna zaštta ma funkcju sključt samo onaj do elektroenergetskog sustava (vod, transformator) koj je u kvaru (selektvnost), mnmzrajuć prtom utjecaj kvara na ostale elemente sustava. Da b ovo blo ostvarvo, relejna zaštta mora bt usklađena (tj. koordnrana). Također, relejna zaštta mora što prje zolrat mjesto kvara, tj. sključt djelove sustava koj napajaju mjesto kvara bez sključvanja nepotrebnh elemenata. Drugm rječma, relejna zaštta mora sključt najmanj moguć broj elemenata koj će uklont kvar a da prtom ostatak sustava ostane u normalnom pogonu. Brzna sključenja kvara (trajanje kvara) važna je za samu opremu kao za stablnost sustava u cjeln (kada je rječ o prjenosnom sustavu). Zaštta mora bt osjetljva razlkovat stanje normalnog opterećenja sustava ( eventualno dopuštenh preopterećenja) od stanja kvara. Relejna zaštta mora osgurat dodatnu (rezervnu) tzv. back-up zašttu u što večoj mjer. U slučaju ne djelovanja prmarne zaštte (npr. usljed nespravnost releja) rezervna zaštta mora djelovat sključt kvar. Temeljn zahtjev relejne zaštte jesu: što brže sklapanje kvarova, selektvno djelovanje, što veća osjetljvost, prčuvno štćenje u što većoj mjer. z prethodnh zahtjeva uočava se da projektranje podešenje relejne zaštte predstavlja često komproms u smslu usklađenja navedenh zahtjeva, koj su često u međusobnoj oprec. U osnov projektranja sustava relejne zaštte, uz pouzdanost samog uređaja (engl.: relablty), postavljena su dva međusobno oprečna zahtjeva: da zaštta bude što pouzdanja (engl.: dependablty) stovremeno što sgurnja (engl.: securty). Pouzdanost se odnos na zahtjev da relej u što večoj mjer spravno djeluje na kvar pravlno sključ element u kvaru. Zahtjev za sgurnošću odnos se na težnju da relej neće pogrešno djelovat u slučaju kvara za koj nje predvđeno njegovo djelovanje. Povećana pouzdanost ma tendencju smanjenja sgurnost sustava relejne zaštte. Današnj sustav relejne zaštte razvjaju se u smjeru povećanja pouzdanost, uz žrtvovanje ponešto sgurnost. Pomrenje prethodno navedenh zahtjeva predstavlja složen problem, koj se dodatno komplcra složenošću elektroenergetskog sustava koj se štt relejnom zašttom. Projektranje zvedba relejne zaštte bazra se na podjel elektroenergetskog sustava u ndvdualne zone na kojma se prmjenjuje zaštta. Ove zone se redovto međusobno preklapaju čme se omogućava da n jedan do (l element) sustava ostane nezaštćen. Prmjer podjele djela elektroenergetskog sustava na zone prkazan je na slc 1.8. Na dotčnoj slc 10
zone su prkazane crtkanm pravokutncma, koj se međusobno preklapaju. Prmjer zone jest: dalekovod (kabel), transforamtor, generator, sabrnce, tome sl. Preklapanjem zašttnh zona osgurava se prčuvno štćenje relejnh zaštta (engl.: back-up). Slka 1.8 Prmjer podjele djela elektroenergetskog sustava na zašttne zone. Preklapanje zona ostvaruje se odgovarajućm spajanjem relejnh uređaja na strujne transformatore. Prmjer spajanja releja na strujne transformatore za ostvarenje preklapanja zašttnh zona prkazan je na slc 1.9. Strujn transformator redovto posjeduju vše sekundarnh jezgr (zašttne jezgre) na koje se prključuju relejn uređaj. Ovo je također vdljvo sa slke 1.8 korst se za ostvarenje preklapanja zona štćenja. Slka 1.9 Prmjer spajanja releja na strujne transformatore kojm se ostvaruje preklapanje zašttnh zona. elka večna relejnh zaštta posjeduje tzv. osnovnu zonu (doncu) štćenja prčuvnu / rezervnu zonu štćenja. Osnovna zona štćenja je prmjerce vod l transformator čjem štćenju je razmatrana zaštta namjenjena, dok prčuvnu (susjednu) zonu predstavlja susjedn vod l transformator na kojem razmatrana zaštta djeluje kao rezerva (back-up zaštta). Određene zaštte djeluju sključvo unutar svoje osnovne zone (donce). Ukolko određena zaštta zlaz zvan svoje osnovne donce ( prelaz u svoju prčuvnu zonu) tada ona mora bt koordnrana / usklađena sa zašttom kojoj je ta zona osnovna. Ovo usklađenje provod se tzv. vremenskm stupnjevanjem, o čemu će vše govora bt u nastavku. Osm toga zona štćenja može bt zatvorena l otvorena, što dodatno komplcra njenu koordnacju s drugm zašttama. Za zonu štćenja koja nje strogo defnrana (omeđena) kaže se da je otvorena. 11
U određenm slučajevma bt će potrebno da relejna zaštta posjeduje usmjerenje, pr čemu će ona morat bt u stanju odredt (tj. defnrat) smjer struje, odnosno, snage kvara. Ovsno o smjeru struje/ snage kratkog spoja, usmjerena relejna zaštta će dopuštat l blokrat djelovanje na sklop prekdača. Prmjera rad u tablc 1. navedene su neke od najčešće korštenh relejnh zaštta, koje se korste za zašttu razlčth elemenata elektroenergetskog sustava. Tablca 1. Neke od najčešće korštenh relejnh zaštta. Zašttna funkcja NS Dferencjalna zaštta 87 Nskopodesva nadstrujna zaštta 51 sokopodesva nadstrujna zaštta 50 Zaštta od nesmetrčnog opterećenja 46 Homopolarna nskopodesva nadstrujna zaštta Homopolarna vsokopodesva nadstrujna zaštta 51N 50N Zemljospojna zaštta 64 Usmjerena zemljospojna nadstrujna zaštta 67N Nadnaponska zaštta 59 Podnaponska zaštta 7 Nadstrujno podnaponska zaštta 51/7 Termčka zaštta 49 Zaštta od nesmetrčnog opterećenja 46 Dstantna zaštta 1 Frekvencjska zaštta 81 Zaštta od prevsoke magnetske ndukcje 5 95 %-tna zemljospojna zaštta statora 59N 100 %-tna zemljospojna zaštta statora 64S Zemljospojna zaštta rotora 64R Zaštta od gubtka snkronzma 78 Zaštta od gubtka uzbude 40 Zaštta od povratne snage 3 Najveć broj spomenuth zaštta prmjenjuje se pr zaštt generatora (naročto kod zaštte generatora velkh snaga). od zaštta dstrbutvne mreže, kao što će se vdjet u nastavku, prmjenjuje se nskopodesva vsokopodesva nadstrujna zaštta za zašttu od međufaznh kratkh spojeva. Za zašttu od kratkh spojeva sa zemljom u dstrbutvnoj mrež korst se homopolarna nadstrujna zaštta, odnosno, zemljospojna zaštta (ovsno o tretmanu zvjezdšta). Za zašttu prjenosne mreže, kao osnovna zaštta, korst se dstantna zaštta. Ona se nadopunjuje nadstrujnm zašttama koje uglavnom služe kao dodatne (tj. back-up) zaštte. 1
od kraćh kabelskh vodova korst se ponekad dferencjalna zaštta. Osnovna zaštta transformatora, kao što će se također vdjet u nastavku, jest dferencjalna zaštta (koja je osnovna zaštta kod generatora). Ona se također nadopunjuje nadstrujnm zašttama (backup), te termčkom zašttom. alja naglast da specfčnost transformatora (spaja razlčte naponske razne, grupa spoja namota, tretman zvjezdšta, struja magnetzranja tome sl.) maju utjecaja na zbor parametara njegove dferencjalne zaštte u daleko većoj mjer nego l je to slučaj kod njene prmjene npr. na generatoru l vodu / kabelu. O svemu ovome će bt vše rječ u nastavku. 13
. STRUJN NPONS TRNSFORMTOR.1. Značajke zbor strujnh naponskh transformatora Poznato je da se relejna zaštta prključuje na sekundarnu stranu strujnh /l naponskh (mjernh) transformatora. Dotčn strujn naponsk transformator predstavljaju stoga sastavn do šreg sustava relejne zaštte. Potrebno je stoga vodt računa o zboru njhovh tehnčkh podataka (karakterstka), jer su on ključn za spravno funkconranje sustava relejne zaštte. Drugm rječma, zbor strujnh naponskh (mjernh) transformatora na koje će se prključt relejna zaštta ma ključan utjecaj na njeno spravno djelovanje (funkconranje) može se stoga smatrat da zbor parametara dotčnh strujnh naponskh (mjernh) transformatora predstavlja sastvn do parametrranja sustava relejne zaštte (u šrem smslu)..1.1. Strujn transformator Strujn transformator za zašttu razlkuju se po zvedb jezgre prpadnh namota od strujnh transformatora za mjerenje. Najčešće se u jednoj fzčk samostalnoj jednc nalaz vše jezgr strujnh transformatora sa vlasttm sekundarnm namotma, od čega su neke (jezgre) predvđene za prključak uređaja mjerenja (tzv. mjerne jezgre) a neke za prključak uređaja relejne zaštte (tzv. zašttne jezgre). Prmarn namot strujnog transformatora predstavlja sam vsokonaponsk vodč. Razlčtost u zvedb mjernh zašttnh jezgr strujnog transformatora posljedca su njhove razlčte namjene. Name, strujn transformator za mjerenje moraju vjerno prenost nformacju o struj koja je na razn nazvne struje elementa na koj je prključen strujn transformator (dalekovod, kabel, transformator, generator, td.). S druge strane, strujn transformator za zašttu mora bt u stanju vjerno prenost struje kvara (tj. kratkh spojeva) koje su čak do deset puta veće od nazvne struje elementa. Pr tome, naravno, ne smje doć do pojave zasčenja njegove jezgre, jer b u protvnom došlo do zoblčenja struje na njegovom sekundaru. Posljedca toga b blo pogrešno djelovanje (l pak zostanak djelovanja) prključene relejne zaštte. To se, naravno, ne smje dopustt. Jezgra strujnog transformatora za zašttu stoga mora bt tako dmenzonranja da strujn transformator ne uđe u zasčenje usljed struja kvara (kratkog spoja). Dmenzje zašttne jezgre (poprečn presjek, oblk poprečnog presjeka, prsutnost zračnog raspora tome sl.) se konstrukcjsk značajno razlkuju od dmenzja mjerne jezgre strujnog transformatora, što je prrodna posljedca njhove razlčte namjene. Strujn transformator za mjerenje zasgurno b stoga dožvo zasčenje usljed struja kratkog spoja, jer je njegova jezgra dmenzonrana za struje u okolc nazvne struje elementa na koj se prključuje. Stoga, dakle, relejn uređaj moraju bt prključen sključvo na zašttne jezgre strujnh transformatora. znmke od ovog pravla su vrlo rjetke moraju bt opravdane. Fotografja vsokonaponskog strujnog (mjernog) transformatora prkazana je na slc.1-1. 14
Slka.1-1 Fotografja vsokonaponskog strujnog transformatora. Strujn transformator zrađuju se sa do najvše pet sekundarnh namota, od kojh su nek namjenjen prključku uređaja mjerenja a nek prključku zašttnh uređaja. Strujn transformator (zašttna jezgra) su karakterzran sljedećm osnovnm tehnčkm podacma: - nazvn prjenosn omjer (p ), - nazvna snaga (S n ), - klasa točnost (5P l 10P), - nazvn grančn faktor točnost (F tn ). Strujn transformator maju prmarn namot spojen u serju s glavnm strujnm krugom, tako da njme protječe prmarna struja (). Na sekundarn namot strujnog transformatora prključen je, prmjerce, proradn član nadstrujne zaštte. Ovo je grafčk lustrrano na slc.1-. Slka.1- Grafčka lustracja načna spoja proradnog člana nadstrujnog releja na sekundarnu stranu / namot strujnog transformatora. 15
Nazvn prjenosn omjer (p ) jednak je sljedećem zrazu: p N 1n = = (.1-1) n N1 gdje su: 1n nazvna prmarna struja strujnog transformatora u, n nazvna sekundarna struja strujnog transformatora u, N broj zavoja sekundarnog namota strujnog transformatora, N 1 broj zavoja prmarnog namota strujnog transformatora. Nazvna prmarna struja strujnog transformatora određuje se prema: - trajnoj struj voda za strujne transformatore ugrađene u prpadno vodno polje, - nazvnoj struj energetskog transformatora one naponske razne u kojoj je uključen dotčn strujn transformator. Standardne vrjednost nazvnh prmarnh struja prkazane su u tablc.1-1. Pr njhovom zboru prednost se daje osjenčenm vrjednostma. Tablca.1-1 Standardne vrjednost nazvnh prmarnh struja. 10 1.5 15 0 5 30 40 50 60 75 1n [] 100 15 150 00 50 300 400 500 600 750 1000 150 1500 000 500 3000 4000 5000 6000 7500 Pr zboru nazvne prmarne struje strujnog transformatora treba mat u vdu čnjencu da su strujn transformator građen tako da mogu trajno zdržat 0 % veću struju od nazvne. Nazvna sekundarna struja strujnog transformatora odabre se z standardnh vrjednost navedenh u tablc.1-. zbor velčne n ovs o korštenm mjernm zašttnm uređajma. Struje n = 1 odabre se, u pravlu, u postrojenjma gdje su velk razmac zmeđu mjesta ugradnje strujnh transformatora mjesta smještaja sekundarne opreme (dug su putev sekundarnog ožćenja). Tablca.1- Najčešće vrjednost standardnh nazvnh sekundarnh struja. n [] 1 5 Nazvna snaga (S n ) je vrjednost prvdne snage koju strujn transformator daje sekundarnom krugu pr nazvnoj sekundarnoj struj prključenom nazvnom teretu Z n. Nazvna snaga strujnog transformatora, zražena u, defnra se pomoću sljedeće relacje: Sn un n = (.1-) 16
gdje su: u n nazvn napon sekundarnog namota strujnog transformatora u, n nazvna struja sekundarnog namota strujnog transformatora u. Buduć da vrjed sljedeć zraz: u n = n Z n (.1-3) pr čemu je Z n nazvn opteretn otpor prključen na sekundarnu stranu strujnog transformatora, koj se još zove nazvno breme strujnog transformatora (nazvn teret). Uvrštenjem relacje (.1-3) u (.1-) sljed: S n = n Z n (.1-4) alja reć da se na nazvnom teretu / bremenu (Z n ) temelje zahtjev s obzrom na točnost strujnog transformatora. Nazvna snaga strujnog transformatora mora općento zadovoljt sljedeću relacju: S S + S + S n r mt o (.1-5) pr čemu su: S r vlastt potrošak releja prključenh na strujn transformator, S mt vlastt potrošak međutransformatora, ukolko se st korst, S o snaga koja se troš na ožćenju sekundarnh krugova. U tablc.1-3 prkazane su standardne vrjednost nazvnh snaga strujnh transformatora. Tablca.1-3 Standardne vrjednost nazvnh snaga do 30. S n [].5 5 10 15 30 lasa točnost je oznaka dodjeljena strujnom transformatoru čje pogreške ostaju unutar utvrđenh granca za propsane uvjete korštenja. Strujn transformator za zašttu moraju korektno djelovat u području struja kratkog spoja. Za razlku od njh, strujn transformator za mjerenje moraju korektno djelovat u području nazvnh struja. Struje kratkh spojeva su redovto mnogo veće od pogonskh struja, te se stoga pred strujne transformatore za zašttu postavljaju razlčt uvjet od onh koj postoje kod strujnh transformatora za mjerenje. Stoga se točnost strujnh transformatora za zašttu određuje složenom pogreškom (ε ) u %-cma, koja se defnra sljedećm zrazom: 100 1 T ε = T 0 1 [ ( t) p ( t) ] 1 dt (.1-6) u kojem su: (t) trenutna vrjednost sekundarne struje, 1 (t) trenutna vrjednost prmarne struje, 17
p nazvn prjenosn omjer strujnog transformatora, T trajanje jedne perode, koje znos: T 1 = (.1-7) f gdje je f frekvencja struje kvara (50 Hz). 1 efektvna vrjednost prmarne struje, koja je jednaka sljedećem zrazu: 1 T 1 = 1 ( t) dt T 0 (.1-8) Treba reć da je ovakva defncja složene pogreške nužna, jer u području struja kratkog spoja dolaz do zasćenja jezgre strujnog transformatora stoga do pojave struja nesnusnog oblka. Nemoguće je tada defnrat strujnu kutnu pogrešku kao kod strujnog transformatora koj služe za mjerenje. U tablc.1-4 prkazane su grance složene pogreške strujnh transformatora za zašttu klase P. One su dane pr nazvnoj prmarnoj grančnoj struj točnost ( gtn ). To je najveća vrjednost prmarne struje kod koje strujn transformator zadovoljava zahtjeve glede zadane složene pograške ε. Spomenuta pogreška odgovara prtom opterećenju strujnog transformatora nazvnm teretom Z n. Tablca.1-4 Grance složene progeške strujnh transformatora za zašttu klase P. lasa točnost ± ε [%] 5P 5 10P 10 Nazvn grančn faktor točnost (F tn ) određuje se kao omjer zmeđu nazvne prmarne grančne struje točnost ( gtn ) nazvne prmarne struje ( 1n ), tj.: F tn = gtn 1n (.1-9) Nazvna prmarna grančna struja točnost jest najveća vrjednost prmarne struje za koju strujn transformator zadovoljava u pogledu složene pogreške. Standardne vrjednost nazvnog grančnog faktora točnost predočene su u tablc.1-5. Tablca.1-5 Standardne vrjednost nazvnog grančnog faktora točnost. F tn 5 10 15 0 30 18
Nazvn grančn faktor točnost strujnog transformatora se odabre na načn da zadovolj sljedeću relacju: F tn max (.1-10) 1n pr čemu je max maksmalna struja kvara na mjestu ugradnje strujnog transformatora. Rječ je o efektvnoj vrjednost struje tropolnoga kratkog spoja. Stvarn grančn faktor točnost strujnog transformatora nje konstantna velčna može se razlkovat od nazvnog grančnog faktora točnost. On se mjenja u ovsnost o stvarnom sekundarnom bremenu strujnog transformatora. Stvarn grančn faktor točnost može se odredt pomoću sljedećeg zraza: F t S + S v n = Ftn (.1-11) Sv + Sb gdje su: F t stvarn grančn faktor točnost strujnog transformatora, F tn nazvn grančn faktor točnost strujnog transformatora, S v vlastta potrošnja strujnog transformatora (), S n nazvna snaga strujnog transformatora (), S b snaga prključenog bremena (stvarno breme) strujnog transformatora (). Stvarn grančn faktor točnost strujnog transformatora (F t ) bt će jednak nazvnom grančnom faktoru točnost (F tn ) u slučaju kada je strujn transformator opterečen nazvnom snagom, tj. kada je S b = S n. Dakle, vrjede općento sljedeće relacje: S n > S b F t > F tn S n = S b F t = F tn S n < S b F t < F tn U slučajevma vrlo vsokh vrjednost maksmalne struje kratkog spoja, nazvn grančn faktor točnost b mogao bt zvan standarda. U tom slučaju se bra strujn transformator veće nazvne snage od potrebne (tj. S n > S b ) da b tme stvarn grančn faktor točnost bo već od nazvnog grančnog faktora točnost. Nadalje, grafčka lustracja prjenosne karakterstke strujnog transformatora prkazana je na slc.1-3. od dealnog strujnog transformatora uočava se da je rječ o pravcu pod kutem od 45 u odnosu na apscsu, što znač da je rječ o konstantnoj velčn koja ne ovs o trenutnom omjeru struja prmara sekundara. Međutm, kod realnog transformatora to nje slučaj, što je zorno lustrrano na slc.1-3. 19
Slka.1-3 Grafčka lustracja prjenosne karakterstke strujnog transformatora. Strujn transformator za zašttu na natpsnoj pločc posjeduju: - klasu točnost, - slovo P (protecton), - grančn faktor točnost. Prmjerce, oznaka 10P 30 pokazuje da složena pogreška strujnog transformatora pr struj kvara 30 nje veća od 10 %. 1n alja naglast da poseban problem pr zboru tehnčkh podataka strujnh transformatora za zašttu predstavlja pojava zasčenja strujnh transformatora u uvjetma nastupa kvarova praćenh vrlo velkm znosma struje. Također pojavu zasčenja strujnog transformatora za zašttu može zazvat pojava stosmjerne komponente struje kvara (asmetrčna struja kratkog spoja koja sadrž značajan udo stosmjerne komponente). Ovaj problem je naročto zražen u prjenosnoj mrež blzu elektrana u samm elektranama. U spomenutm slučajevma potrebno je posebno vodt računa o pojav ( odgovarajućoj provjer) eventualnog zasčenja jezgre strujnog transformatora za zašttu. U dstrbutvnm mrežama ovaj problem je daleko manje zražen te se neće stoga posebno obrađvat. Da b se moglo elmnrat mogućnost pojave zasčenja jezgre strujnog transformtora za zašttu potrebno je u određenm slučajevma (ugradnja strujnog transformatora u elektran l u rasklopnm postrojenjma trafostancama blzu elektrana) provjert da l će doć do pojave zasčenja pr nastupu kvara. Zasčenje jezgre strujnog transformatora može nastupt usljed zmjenčne komponente struje kratkog spoja /l usljed stosmjerne komponente struje kratkog spoja. U svakom slučaju, dolaz do pomaka radne točke strujnog transformatora (na krvulj magentzranja) znad tzv. točke koljena. Slka.1-4 prkazuje prmjer krvulje magnetzranja strujnog transformatora. Ona prkazuje ovsnost sekundarne uzbudne struje (ek) strujnog transformatora o sekundarnom uzbudnom naponu (k) može se odredt mjerenjem. Prozvođač strujnh transformatora također ponekad prlažu ovu krvulju kataloškm podacma. 0
Slka.1-4 Prmjer krvulje magnetzranja strujnog transformatora. Točka koljena na ovoj krvulj, prema EC propsma, defnrana je točkom u kojoj pr deset postotnom (10%) povećanju sekundarnog uzbudnog napona dolaz do pedeset postotnog (50%) povećanja sekundarne uzbudne struje strujnog transformatora. Zasčenje jezgre strujnog transformatora usljed stosmjerne komponente struje kratkog spoja može mat dramatčne posljedce na rad relejnh uređaja spojenh na njegovu sekundarnu stranu. Slka.1-5 lustrra prmjer dstorzranja / skrvljenja struje kratkog spoja (usljed zasčenja jezgre stosmjernom komponentom) koju strujn transformator prenos sa prmarne strane na svoju sekundarnu stranu. Na dotčnoj slc punom lnjom prkazana je krvulja sekundarne struje kakva b trebala bt (bez pojave zasčenja), dok je scrtkanom lnjom prkazana sekundarna struja usljed zasčenja jezgre strujnog transformatora stosmjernom komponentom struje kratkog spoja. Uočava se značajno odstupanje potonje struje, što ma za posljedcu pogrešno djelovanje relejne zaštte. Slka.1-5 Utjecaj zasčenja jezgre strujnog transformatora stosmjernom komponentom na prjenos struje kvara na sekundarnu stranu. 1
Na kraju se može konstatrat da stosmjerna komponenta struje kvara ma opčento več (značajnj) utjecaj na zasčenje jezgre strujnog transformatora (a tme na njegovu pogrešku) nego l je to slučaj s zmjenčnom komponentom struje kvara..1.. Naponsk transformator Naponsk transformator po svojoj zvedb mogu bt nduktvn l kapactvn. apactvn naponsk transforamtor bazran su na prncpu kapactvnog djella napona uglavnom se korste kod vro vsokh napona. Naponsk transformator se djele po svojoj namjen na naponske transformatore za mjerenje naponske transformatore za zašttu. Za razlku od strujnh transformatora, naponsk transformator maju neznatne probleme sa zasčenjem magnetske jezgre (jer se napon kreće u relatvno malm grancama) Občno se u jednoj fzčk samostalnoj jednc nalaze zajedno transformator za mjerenje transformator za zašttu. To se postže upotrebom vše odvojenh sekundarnh namota smještenh oko zajednčke jezgre. Slka.1-6, lustracje rad, prkazuje fotografju vsokonaponskog kapactvnog naponskog transformatora. Osm toga, naponsk transformator mogu posjedovat pomoćn sekundarn namot, koj se korst za formranje otvorenog trokuta kod sloga od tr naponska transformatora. Pomoćn sekundarn namot u spoju otvorenog trokuta skorštavaju se za: - dobvanje trostrukog nultog napona (3u o ) mreže, - prgušenje pojava ferorezonancje u mrež; ovo se postže ugradnjom odgovarajućeg djelatnog otpornka u otvoren trokut. Slka.1-6 Fotografja vsokonaponskog kapactvnog naponskog transformatora.
S obzrom na načn prključka na mrežu naponsk transformator se djele na: - uzemljene (jednopolno zolrane) naponske transformatore; spajaju se zmeđu faznog vodča zemlje, - neuzemljene (dvopolno zolrane) naponske transformatore; spajaju se zmeđu faznh vodča mreže. Osnovn tehnčk podac naponskh transformatora za zašttu jesu: nazvn prjenosn omjer (p u ), nazvna snaga (S n ), klasa točnost. Nazvn prjenosn omjer (p u ) jednak je sljedećem zrazu: p u U = u 1n n (.1-1) pr čemu su: U 1n nazvn prmarn napon naponskog transformatora, u n nazvn sekundarn napon naponskog transformatora. Nazvn prmarn napon naponskog transformatora vezan je uz nazvn napon mreže njegova se vrjednost određuje kako sljed: za uzemljen naponsk transformator: U n U 1n = 3 (.1-13) za neuzemljen naponsk transformator: U 1 n = U n (.1-14) gdje je: U n nazvn napon mreže u kojoj je uključen promatran naponsk transformator. Nazvn sekundarn napon naponskog transformatora odabre se z standardnh vrjednost navedenh u tablc.1-6. Predočene alternatvne vrjednost u n -a odabru se za prostrane sekundarne krugove (duge puteve sekundarnog ožćenja). U posljednjem retku tablce.1-6 prkazane su vrjednost nazvnog sekundarnog napona tzv. pomoćnog sekundarnog namota. 3
Tablca.1-6 Standardne vrjednost nazvnh sekundarnh napona. zvedba NT-a Preferrane vrjednost u n [] lternatvne vrjednost u n [] Neuzemljena 100 110 00 Uzemljena 100 3 100 3 110 3 110 3 00 3 00 3 Nazvna snaga (S n ) je vrjednost prvdne snage koju naponsk transformator daje sekundarnom krugu pr nazvnom sekundarnom naponu prključenom nazvnom teretu Y n. rjed sljedeć zraz: S n = u n Y n (.1-15) Nazvna snaga naponskog transformatora mora zadovoljt sljedeću relacju: S + n Sr Smt (.1-16) pr čemu su: S r vlastt potrošak zašttnh mjernh uređaja prključenh na naponsk transformator, S mt vlastt potrošak međutransformatora, ukolko se st korst. U tablc.1-7 prkazane su standardne vrjednost nazvnh snaga naponskh transformatora, pr cosϕ = 0.8 nd. One se odnose na pomoćn sekundarn namot. Preporuča se zbor osjenčenh vrjednost. Tablca.1-7 Standardne vrjednost nazvnh snaga. S n [] 10 15 5 30 50 75 100 150 00 300 400 500 lasa točnost je oznaka dodjeljena naponskom transformatoru čje pogreške ostaju unutar određenh granca za propsane uvjete korštenja. Naponska pogreška (ε u ) u %-cma određuje se pomoću zraza: u pu U1 ε u = 100 (.1-17) U 1 4
gdje velčne U 1 u predstavljaju respektvno prmarne sekundarne napone naponskog transformatora, dok velčna p u predstavlja nazvn prjenosn omjer dotčnog naponskog transformatora. utna pogreška (δ u ) defnra se kao razlka kuteva zmeđu fazora prmarnog sekundarnog napona. Smatra se poztvnom ukolko fazor sekundarnog napona prethod fazoru prmarnog napona. zražava se u mnutama l u centradjanma. Naponsk transformator za zašttu posjeduju dvje klase točnost to 3P 6P. Grance njhovh naponskh kutnh pogrešaka prkazane su u tablc.1-8. Za pomoćn sekundarn namot naponskog transformatora klasa točnost je 6P. Tablca.1-8 Grance pogrešaka NT-a za zašttu. lasa Točnost ± ε u [%] δ u ± [mn] 3P 3.0 10 6P 6.0 40.. nalza problematke stosmjerne komponente struje kratkog spoja u strujnom transformatoru Na slc.-1 prkazana je pojednostavljena nadomjesna shema strujnog transformatora. Zanemaren je, name, raspn nduktvtet njegovog sekundarnog namota. To je u pravlu dopustvo, jer je sekundarn namot jednolko raspodjeljen oko magnetske jezgre. Također je uzeto da je stvarno breme potpuno djelatnog karaktera (Zb = Rb), što je u slučaju prključka numerčke zaštte u potpunost zadovoljeno. Na dalje, zanemaren su djelatn otpor raspna reaktancja prmarnog namota dotčnog strujnog transformatora, jer on nemaju utjecaja na promatranu struju kratkog spoja. Također je zanemaren nadomjesn djelatn otpor koj predstavlja gubtke vrtložnh struja hstereze u jezgr transformatora. Spomnuta nadomjesna shema strujnog transformatora je reducrana / svedena na njegovu sekundarnu stranu. Slka.-1 Pojednostavljena nadomjesna shema strujnog transformatora, pr čsto radnom teretu. 5
Oznake upotrjebljene na slc.-1 maju sljedeće značenje: L m - glavn nduktvtet jezgre strujnog transformatora, R - ukupn djelatn otpor sekundarnog kruga. Jednak je sljedećem zrazu: " 1 t R = R ct + R b (.-1) gdje su: R ct - djelatn otpor sekundarnog namota strujnog transformatora pr temperatur 75 C, R b - djelatn otpor prključenog tereta (stvarno breme). ( ) - struja kratkog spoja koja protječe prmarnm namotom strujnog transformatora, reducrana na njegovu sekundarnu stranu. Jednaka je sljedećem zrazu: " 1 = ( t) ( t) 1 p (.-) u kojem su: 1 (t) stvarna struja kratkog spoja koja protječe prmarnm namotom strujnog transformatora, p nazvn prjenosn omjer strujnog transformatora, (t) struja u sekundarnom krugu strujnog transformatora, m (t) struja magnetzranja strujnog transformatora. Promatra se maksmalno asmetrčna struja kratkog spoja. To je struja s maksmalnm udjelom stosmjerne komponente struje kvara. Ova struja može se prkazat u sljedećem oblku: t T1 ω 1( t) ~ max cos( t) e (.-3) pr čemu su: ~max efektvna vrjednost zmjenčne komponente struje kratkog spoja, T 1 vremenska konstanta stosmjerne komponente struje kvara. Rječ je o vremenskoj konstant prmarnog kruga (mreže). ω kružna frekvencja struje kvara. Prmjenom Laplace-ove transformacje, za struju 1(t) danu zrazom (.-3), z nadomjesne sheme prkazane na slc.-1, dabva se za struju magnetzranja strujnog transformatora do momenta zasćenja njegove jezgre sljedeć zraz: 6
m ( t) = p T e t t t ~ max T1 T 1 1 T T T 1 T e e T1 T1 ω T 1 + ω T 1 cos( ωt) + ωt sn( ωt) + (.-4) u kojem je: T - vremenska konstanta sekundarnog kruga strujnog transformatora. Ona je jednaka sljedećem zrazu: T = L R m (.-5) Občno vrjed da je: Također je zadovoljena sljedeća nejednakost: T > T 1 (.-6) ω T >> 1 (.-7) Temeljem potonje nejednakost, zraz (.-4) prelaz u sljedeć oblk: m ( t) = p T T1 T 1 e t t ~ max T T1 e 1 ωt sn( ω ) t (.-8) zraz (.-8) pokazuje da struja magnetzranja posjeduje zmjenčnu stosmjernu komponentu. Ona u jezgr strujnog transformatora stvara popratn magnetsk tok, koj se sastoj također od zmjenčne stosmjerne komponente. Nazočnost stosmjerne komponente magnetskog toka može dovest do zasćenja jezgre strujnog transformatora. ko se to dogod onda se u poprečnoj gran strujnog transformatora ne nducra gotovo nkakav napon. Prtom vrjed (t) 0, m (t) 1(t)/p. Ovo pak znač da sekundarnm krugom strujnog transformatora ne teče struja. Ovakvo stanje ostaje sve dok struja 1(t) ne promjen svoj smjer tme uzrokuje da se magnetsk tok (ndukcja) smanj spod grance zasćenja. Nakon tog trenutka struja (t) ponovno teče sve do novog zasćenja jezgre. U skladu s navedenm, da b se opsalo ponašanje strujnog transformatora kada njegovm prmarnm namotom protječe maksmalno asmetrčna struja kratkog spoja, uvod se tzv. koefcjent predmenzonranja. On se defnra kao omjer zmeđu ukupnog teoretsk spregnutog magnetskog toka (usljed zmjenčne stosmjerne komponente struje magnetzranja u uvjetma kratkog spoja) tjemene vrjednost zmjenčne komponente magnetskog toka (uzrokovane samo tjemenom vrjednošću zmjenčne komponente struje magnetzranja u uvjetma kratkog spoja), uz pretpostavku da vremenska konstanta 7
sekundarnog kruga zadržava stalnu vrjednost. rjednost dotčnog koefcjenta, nakon vremena t od časa nastupa kratkog spoja, a na temelju (8), određuje se pomoću sljedećeg zraza: td ωt1t = e T T 1 t T e t T 1 sn( ωt) (.-9) remenska konstanta sekundarnog kruga određuje se zrazom (.-5). Uvrštenjem zraza (.-1) u (.-5) dobva se: T = R ct L m + R b (.-10) Za pojednostavljenu nadomjesnu shemu strujnog transformatora prkazanu na slc.-1, odgovarajuć fazorsk djagram struja zgleda prema slc.-. Prtom su: " 1- fazor nazvne prmarne struje, reducran na sekundarnu stranu strujnog transformatora, - fazor sekundarne struje strujnog transformatora, m - fazor struje magentzranja strujnog transformatora, δ - kutna/fazna pogreška strujnog transformatora. Slka.- Fazorsk djagram struja strujnog transformatora s općento čsto djelatnm teretom. Sa slke.- sljed tgδ = m (.-11) Potonj zraz, za slučaj da je strujn transformator opterećen svojm nazvnm teretom (nazvnm bremenom), može se prkazat u oblku: tgδ = R ct + Z ωl m n (.-1) 8
z (.-1) sljed: L m = R ct + Z ωtgδ n (.-13) Uvrštenjem zraza (.-13) u (.-10) dobva se: T 1 = ω tgδ R R ct ct + Z + R n b (.-14) utna pogreška strujnog transformatora zražava se u mnutama. Stoga vrjed: 1 π 1 1 mn = = rad. 60 180 3440 (.-15) Osm toga, one su vrlo malh znosa. Zbog toga vrjed: tgδ δ (.-16) orštenjem (.-15) (.-16) zraz (.-14) prelaz u oblk: T R = 3440 ω δ R ct ct + Z + R n b (.-17) Da ne b došlo do zasćenja jezgre promatranog strujnog transformatora za zašttu, mora bt zadovoljena sljedeća relacja: E 0 U k (.-18) pr čemu su: E 0 elektromotorna sla koja se javlja u sekundarnom namotu strujnog transformatora usljed zmjenčne stosmjerne komponente struje kvara. U k napon koljena (napon zasćenja) promatranog strujnog transformatora. Ovu vrjednost občno daje prozvođač transformatora. Na dalje, u konkretnom slučaju, elektromotorna sla E 0 određuje se sljedećm zrazom: ~max E 0 = td ( Rct + Zb ) (.-19) p u kojem su: td koefcjent predmenzonranja strujnog transformatora. On je dan zrazom (.-9). Da se dobje što veća njegova vrjednost (to je nepovoljnje), neka se usvoj: 9