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
Tada zraz (.-9) poprma sljedeć oblk: sn(ωt) = - 1 (.-0) t t ωt1 T T T1 = td e e + 1 (.-1) T T1 elčna t u potonjem zrazu predstavlja vrjeme tjekom kojeg se traž da promatran strujn transformator ne uđe u zasćenje, kako b prpadna relejna zaštta mala povoljne uvjete za svoje djelovanje. U večn slučajeva bt će prmjenjena moderna numerčka zaštta. Ona ma vše zašttnh funkcja. Do zašttnh funkcja su tzv. "brze" zaštte koje djeluju bez vremenske odgode. Jedna od takvh zaštta je dferencjalna zaštta. Občno se usvaja da promatran strujn transformator, pr protjecanju spomenute struje kvara, ne smje uć u zasćenje tjekom prve poluperode (dotčna numerčka zaštta nače traž da on ne uđe u zasćenje tjekom najmanje prvh 10 ms), tj. za: t = 10 ms = 0.01 s (.-) ~max efektvna vrjednost zmjenčne komponente odgovarajuće struje kratkog spoja p nazvn prjenosn omjer strujnog transformatora. R ct djelatn otpor sekundarnog namota strujnog transformatora pr temperatur 75 C. R b stvarno breme strujnog transformatora. Na temelju zraza (.-19) određuje se, u skladu s gore objašnjenm ulaznm parametrma, vrjednost E0 (). Usporedbom dotčne vrjednost s naponom koljena Uk (), koju daje prozvođač strujnog transformatora, može se ustanovt da l je zadovoljena relacja (.-18). Ukolko jest, to znač da tjekom traženog vremena (npr. t = 10 ms) neće doć do zasćenja jezgre promatranog strujnog transformatora za zašttu. Ovakva računska provjera je nužna pr određenm stuacjama kada se vrš zbor strujnh transfomatora (npr. u stuacjama zbora strujnh transforamtora za postrojenja koja se nalaze blzu elektrana)..3. Optčk strujn naponsk transformator Na današnjem stupnju tehnčkog razvoja, moguće je u potpunost elmnrat sve prethodno spomenute negatvne posljedce feromagnetske jezgre strujnog naponskog mjernog transformatora, na načn da se dotčna jezgra u potpunost uklon / elmnra z konstrukcjskog rješenja strujnog naponskog transformatora. Rječ je o potpuno novom konceptu razvoja vsokonaponskh strujnh naponskh mjernh transformatora, koj je bazran na optčkoj tehnologj. Dakle, rječ je o optčkm strujnm naponskm (mjernm) transformatorma. 30
On se občno zrađuju kao kombnrane jednce, pr čemu jedna fzčk samostalna jednca posjeduje strujn naponsk transformator (koj su zajedno ntegrran unutar zajednčkog kućšta). Buduć da ov transformator ne posjeduju fermoagnetsku jezgru, nema opasnost od utjecaja zasćenja strujnh transformatora vsokm vrjednostma struje kvara na rad relejne zaštte. Ovo je vrlo poželjna karakterstka optčkh transformatora. Nadalje, ov mjern transformator su, osm što se strujn naponsk transformator nalaze zajedno u stom kućštu, redovto lakš (manje mase) od stovjetnh mjernh transformatora klasčne zvedbe. On su već neko vrjeme prsutn na tržštu vsokonaponske opreme nude h razn prozvođač. Za očekvat je njhov značajnj prodor u vsokonaponska rasklopna postrojenja u blžoj budućnost. Optčk mjern transformator svoj prncp rada bazraju na fenomenu polarzacje svjetla u optčkoj nt pod utjecajem elektromagnetskog polja. Presjek karakterstčnog vsokonaponskog optčkog mjernog transformatora (strujn + naponsk transformator) prkazan je na slc.3-1. Slka.3-1 Presjek karakterstčnog optčkog mjernog transformatora. Na temelju slke.3-1 uočava se da unutar zajednčkog kučšta mjernog transformatora postoje optčk senzor koj predstavljaju strujn transformator te optčk senzor koj predstavljaju naponsk transformator. Optčk senzor za mjerenje struje (optčk strujn transformator) rad na prncpu zakreta ravnne polarzranog svjetla u optčkom vlaknu pod utjecajem magnetskog polja u faznom vodču (tzv. Faradey-ev efekt). Name, svjetlo koje je najčešće lnearno polarzrano 31
propušta se kroz optčko vlakno koje čn petlju oko faznog vodča (l kroz optčk blok kroz koj prolaz fazn vodč, ovsno o zvedb). Na slc.3-1 ova petlja oko faznog vodča prkazana je na vrhu slke (vše namotaja optčkog vlakna oko faznog vodča). Ravnna polarzacje svjetla se pod utjecajem magnetskog polja faznog vodča zakreće za određen kut. Ovaj kut zakreta proporconalan je jačn magnetskog polja, odnodno, znosu jakost struje u faznom vodču. Mjerenjem spomenutog kuta zakreta ravnne polarzacje svjetla moguće je ndrektno odredt trenutnu vrjednost jakost struje u faznom vodču. Ova veza zmeđu jakost struje kuta zakreta ravnne polarzacje svjetla jest lnearna funkcja. Ne postoj stoga mogućnost zasćenja ovog strujnog transformatora. Optčk senzor za mjerenje napona (optčk naponsk transformator) bazran su na prncpu čelja koje skorštavaju tzv. Pockelov efekt (engl.: Pockel cells). Name, Pockelove čelje zazvaju promjenu polarzacje (najčešće kružno) polarzranog svjetla pr prolazu kroz njh. Ova promjena je lnearno proporconalna narnutom naponu, odnosno jakost elektrčnog polja. Optčk senzor rad na prncpu propuštanja kružno polarzranog snopa svjetla kroz Pockelovu čelju, koja proporconalno jakost elektrčnog polja (dakle, samm tme proporconalno trenutnoj vrjednost narnutog napona) vrš elptčku polarzacju svjetla. Ovo elptčk polarzrano svjetlo (nastalo djelovanjem Poceklove čelje na kružno polarzran snop svjetla) se potom rastavlja na dva lnearno polarzrana snopa svjetla na kojma se vrš analza utjecaja polarzacje Pockelove čelje (usporedba male velke poluos elpse s zvornm radjusom kružnce). Ova polarzacje je, kao što je rečeno, proporconalna narnutom naponu te je na ovaj načn, ndrektnm postupkom, moguće zmjert napon. ao što se vd sa slke.3-1 postavlja se vše naponskh senzora (občno tr) na razlčtm vsnama duž transformatora a konačna vrjednost mjerenog napona se računa na osnovu sva tr neovsna mjerenja (senzora). 3
3. ZŠTT DSTRBUTNH MREŽ Dstrbutvne mreže su nazvnh napona U n = 10 k, 0 k 35 k. Redovto su napajane samo s jedne strane (tj. jednostrano napajane mreže). Rad se, dakle, gotovo sključvo o radjalnm (razdjelnm) mrežama. Za zašttu dstrbutvnh mreža potrebno je prmjent odgovarajuće zaštte u odnosu na: međufazne kratke spojeve (dvopoln tropoln kratk spoj), kratke spojeve sa zemljom (jednopoln kratk spoj dvopoln kratk spoj s stodobnm spojem sa zemljom) u uzemljenm mrežama, zemljospoj (u zolranm mrežama). Za zašttu dstrbutvvnh mreža u odnosu na međufazne kratke spojeve, najčešće se korst tzv. nskopodesva nadstrujna zaštta. ontrolrana velčna ove zaštte jest struja. Njena oznaka prema EC-u jest > (NS oznaka 51). Dotčna zaštta posjeduje: - mjern (proradn) član, - vremensk član. Proradn (mjern) član ove zaštte posjeduje podešenu vrjednost proradne struje ( pr ). Jednako tako, vremensk član posjeduje podešenu vrjednost vremena (t * ). ada je zadovoljena sljedeća nejednakost: * * pr (3.1) gdje je sekundarna struja strujnog transformatora na koj je prključen proradn član nadstrujne zaštte (ujedno je to struja koja teče proradnm članom), tada će proradn član proradt aktvrat (uključt) vremensk član, koj će započet odbrojavanje vremena * t [ 0, t ]. Ukolko je kvar stablan (djeluje tjekom vremena t * ), tada će vremensk član nakon podešenog vremena t * dat nalog prekdaču da sklop dotčn kvar. Prtom će se također uključt odgovarajuća sgnalzacja (zvučna /l svejtlosna). Ukolko kvar djeluje kraće od podešenog vremena t *, tada će doć do otpuštanja proradnog člana releja vraćanja releja u početno stanje (tzv. resetranje releja). od nskopodesve nadstrujne zaštte, glede zone štćenja, razlkuje se: osnovna donca (zona), susjedna / prčuvna donca (zona). Osnovnu zonu štćenja predstavlja sam štćen element (vod l transformator), dok prčuvnu zonu štćenja čn prv sljedeć element (občno je to najdulj vod). Selektvno djelovanje nsko podesvog mjernog člana nadstrujne zaštte ostvaruje se zborom prkladnog vremena podešenja njegovog vremenskog člana. Pod pojmom selektvnog djelovanja nadstrujne zaštte razumjeva se njena sposobnost prepoznavanja struja kvara sključenja onog elementa u kojem se dogodo dotčn kvar. Provod se stoga vremensko stupnjevanje djelovanja nadstrujnh zaštta, počevš od krajnjh potrošaća (krajnja točka mreže) prema zvoru napajanja. Usljed navedenog, nadstrujne zaštte blže zvoru 34
napajanja maju dulja vremena djelovanja. Tm zašttama odgovaraju ujedno veće struje kratkog spoja. To je osnovn nedostatak nskopodesve nadstrujne zaštte. Da b se ovaj nedostatak donekle umanjo korst se u sklopu sustava nadstrujne zaštte dstrbutvne mreže, u odnosu na međufazne kratke spojeve, tzv. vsokopodesv nadstrujn član. Njegova EC oznaka je >> (NS oznaka 50). Ovaj se nadstrujn član još nazva trenutn član. On djeluje često bez vremenske odgode. Njegova zadaća je djelovat u slučaju kvarova sključvo unutar osnovne zone štćenja. Upravo z tog razloga on najčešće djeluje trenutno. U spomenutm dstrbutvnm mrežama, u odnosu na međufazne kratke spojeve, još se korst tzv. usmjerena nadstrujna zaštta. EC oznaka ove zaštte je r >. Njena NS oznaka je 67. Usmjerena nadstrujna zaštta, za razlku od občne nadstrujne zaštte, posjeduje (pored mjernog vremenskog) još usmjeren član. On prma nformacje o strujama naponma preko strujnh naponskh transformatora na koje je prključena dotčna zaštta. Usmjeren član mjer tok snage kratkog spoja drektnog redosljeda. Ukolko je smjer navedene snage orjentran z pravca sabrnca k štćenom elementu (vod, transformator) usmjeren član će dopustt djelovat prpadnoj zaštt (nsko podesvom mjernom članu). U protvnom, ako je smjer navedene snage orjentran z pravca štćenog elementa k sabrnc usmjeren član dotčne zaštte će blokrat njeno djelovanje. Usmjerena nadstrujna zaštta se korst za zašttu elementa (vod, transformator) kojeg je kvar napajan s obje strane. Takv su prmjer: - prstenasto napajana mreža, - paraleln vodov, - mreža napajana s dvje strane. od radjalnh mreža prmjena usmjerene nadstrujne zaštte nje potrebna. Obje spomenute nadstrujne zaštte (občna usmjerena) djeluju na sklapanje prekdača prpadnog štćenog elementa. Na slc.1 prkazane su jednopolne sheme prključka dotčnh zaštta. Sa ST NT su označen odgovarajuć strujn naponsk transformator, respektvno. a) b) Slka 3.1 Jednopolne sheme prključka: a) občne nadstrujne zaštte b) usmjerene nadstrujne zaštte. 35
S dotčne slke je jasno da se nskopodesva (>) vsokopodesva (>>) nadstrujna zaštta prključuju samo na strujn transformator, dok se usmjerena nadstrujna zaštta ( r > ) prključuje na strujn na naponsk transformator. Dstrbutvne mreže potrebno je šttt u odnosu na kvarove sa zemljom. Rječ je o prmjen tzv. homopolarnh nadstrujnh zaštta. Dstrbutvna mreža 35 k rad u režmu mreže uzemljene preko malog djelatnog otpornka znosa 70 Ω, koj ma funkcju ogrančavanja popratne struje jednopolnoga kratkog spoja na vrjednost od 300. Dakle, dodr faznog vodča sa zemljom u ovoj mrež predstavlja jednopoln kratk spoj. S druge strane dstrbutvna mreža 10 k najčešće rad u režmu zolrane mreže. Dodr faznog vodča sa zemljom u ovoj mrež predstavlja zemljospoj. Ukolko je dstrbutvna mreža uzemljena (blo preko malog djelatnog otpornka l prgušnce) prmjenjuje se tzv. nskopodesva homopolarna nadstrujna zaštta. Ona također posjeduje svoj mjern vremensk član, koj se zasebno podešava. U slučaju petljaste mreže, dvostranog napajanja l paralelnh vodova, može se u ovom slučaju prmjent usmjerena nskopodesva homopolarna nadstrujna zaštta. 3.1. Zaštta u odnosu na međufazne kratke spojeve Prethodno je već spomenuto da se kod dstrbutvnh mreža treba razlkovat zbor podešenje zaštta u odnosu na: međufazne kratke spojeve (dvopon tropoln kratk spoj), kratke spojeve sa zemljom (jednopoln kratk spoj, dvopoln kratk spoj s stodobnm spojem sa zemljom) u uzemljenm mrežama. Dstrbutvne se mreže, u odnosu na međufazne kratke spojeve, najčešće štte sljedećm zašttama: nskopodesva nadstrujna zaštta (EC >, NS 51), vsokopodesva nadstrujna zaštta (EC >>, NS 50), usmjerena nskopodesva nadstrujna zaštta (EC r >, NS 67). Usmjerena nadstrujna zaštta se korst za zašttu elementa kojeg je kvar napajan s obje strane. Takv su prmjer: prstenasto napajana mreža, paraleln vodov mreža napajana s dvje strane. Svaka od spomenuth zaštta posjeduje svoj mjern vremensk član. Potrebno je stoga odredt njhova podešenja. Usmjerena nadstrujna zaštta posjeduje još usmjern član, koj joj dopušta djelovanje (odnosno blokra njeno djelovanje), ovsno o smjeru snage kratkog spoja. 3.1.1. Određvanje podešenja vremenskog člana nskopodesve nadstrujne zaštte u odnosu na međufazne kratke spojeve Selektvno djelovanje nadstrujnh zaštta, u odnosu na međufazne kratke spojeve, postže se vremenskm stupnjevanjem vremenskh članova spomenuth nadstrujnh zaštta. Polaz se, prtom, od krajnjh točaka dstrbutvne mreže prema zvoru napajanja dotčne 36
mreže. Potrebn vremensk nterval (selektvn stupanj djelovanja), Δt, ovs o vrst zvedb releja. Postoje tr vrste zvedbe zašttnh releja: elektromehančk, statčk numerčk. alja naglast da se danas prozvode sključvo numerčk relej. Elektromehančk statčk relej postoje u dstrbutvnoj mrež al se redovtm revtalzacjama postrojenja zamjenjuju numerčkm zvedbama. U skladu s tm, sve novo-projektrane zaštte dstrbutvnh mreža bt će mplementrane korštenjem sključvo numerčkh releja. od elektromehančkh releja odabre se vremensk nterval u sljedećem području: Občno se z dotčnog ntervala usvaja srednja vrjednost: Δt = 0,4 0,6 s (3.1-1) Δt = 0,5 s (3.1-) od statčkh releja, kao kod numerčkh releja, može se odabrat krać vremensk nterval, kako sljed: Δt = 0, 0,4 s (3.1-3) Name, ove zvedbe zašttnh releja odlkuju se većom brznom rada. Ponovno se z ntervala prema (3.1-3) občno usvaja srednja vrjednost: Δt = 0,3 s (3.1-4) U Europ, pa tako u našoj zemlj korst se nadstrujna zaštta s tzv. vremensk neovsnom radnom karakterstkom. Takva je karakterstka prkazana grafčk na slc 3.1-1, pr čemu su - struja releja, t - vrjeme djelovanja releja. S druge strane, u anglo-amerčkm zemljama (npr. elka Brtanja, SD) korste se nadstrujn relej s vremensk ovsnom radnom karakterstkom (engl.: nverse tme), pr čemu vrjeme sklopa releja ovs (obrnuto proporconalno) o struj kvara. Postoj prtom vše razlčth standardzranh nelnearnh proradnh karakterstka relejnh uređaja zmeđu kojh se može vršt zbor, kojm se provod selektvnost zmeđu razlčth zaštta. Oznake upotrjebljene na slc 3.1-1 maju sljedeća značenja: p podešena vrjednost struje na nskopodesvom mjernom članu, t p podešena vrjednost vremena na vremenskom članu (vrjeme odgode djelovanja nadstrujne zaštte), pr mnmalna vrjednost struje kod koje prorad nskopodesv mjern član, ot maksmalna vrjednost struje kod koje otpust nskopodesv mjern član. 37
Slka 3.1-1 remensk neovsna radna karakterstka nadstrujnog releja. Defnra se omjer otpuštanja nadstrujnog releja kako sljed: a = ot pr (3.1-5) On je jedna od osobna releja. Što je on blže jednc to je relej kvaltetnj. Za vrjednost struja < pr relej neće djelovat. Ukolko je pak pr proradt će nskopodesv mjern član, te će djelovat na aktvranje vrmenskog člana. ada prtom potekne podešeno vrjeme t p, a uz uvjet > ot, relej će djelovat na sključenje štćenog elementa. Međutm, ako tjekom vremena t < t p dođe do smanjenja struje na < ot, doć će do otpuštanja releja (relej tada neće djelovat na sključenje). Na sljedećm prmjerma prkazat će se načn vremenskog stupnjevanja nadstrujnh zaštta u dstrbutvnoj mrež. Prmjer 1. Slka 3.1- prkazuje jednopolnu shemu dstrbutvne mreže 10 k za koju je potrebno zabrat vremenska podešenja nadstrujne zaštte. Smještaj dotčnh releja prkazan je kružćma na slc 3.1-. Neka su nadstrujn relej zveden u elektromehančkoj zvedb. Tada se za selektvn vremensk nterval usvaja Δt = 0,5 s. Provod se stupnjevanje vremenskh članova polazeć od kraja dstrbutvne mreže 10 k prema njenom zvoru napajanja. 38
Prmjer. Slka 3.1- Jednopolna shema dstrbutvne mreže 10 k za koju se zabre vremensko podešenje nazočnh nadstrujnh zaštta. Slka 3.1-3 prkazuje jednopolnu shemu dstrbutvne mreže 35 k za koju je potrebno zabrat vremenska podešenja nadstrujne zaštte. Smještaj dotčnh releja prkazan je kružćma na slc 3.1-3. Prtom su punm kružćma prkazana zadana podešenja vremenskh članova, koja su posljedca posebno provedenog vremenskog stupnjevanja (uvjet selektvnost) nadstrujnh zaštta u mrež 10 k. Slka 3.1-3 Jednopolna shema dstrbutvne mreže 35 kza koju se zabre vremensko podešenje nazočnh nadstrujnh zaštta. Praznm kružćma prkazan je smještaj nadstrujnh releja za koje se traž podešenje vremenskog člana. Neka su nadstrujn relej ponovno zveden u elektromehančkoj zvedb. Tada se za selektvn vremensk nterval usvaja Δt = 0,5 s. Provod se stupnjevanje vremenskh članova polazeć od kraja dstrbutvne mreže 35 k prema njenom zvoru napajanja, uvažavajuć prtom zadana podešenja vremenskh članova. nalzom vremenskh podešenja prema slc 3.1-3 uočava se da je vremensko podešenje releja uz sabrnce 35 k (zvorna trafostanca) vrlo vsoko. Ono je nužna 39
posljedca vremenskog stupnjevanja releja, koje je pak ključno za selektvnost same zaštte dstrbutvne mreže. stovremeno, vrlo vsoko vremensko podešenje releja uz sabrnce 35 k u zvornoj trafostanc nje povoljno jer se tme, dakle, dopušta trajanje kratkog spoja. Prmjer 3. Slka 3.1-4 prkazuje jednopolnu shemu dstrbutvne mreže 0 k za koju je potrebno zabrat vremenska podešenja nadstrujne zaštte. Ovaj prmjer odgovara konfguracj budućh dstrbutvnh mreža, koje se kane ostvart s nazvnm naponom 0 k. Smještaj nadstrujnh releja prkazan je ponovno kružćma na slc 3.1-4. Neka je u ovom prmjeru rječ o numerčkm relejma, za koje se može usvojt selektvn vremensk nterval prema zrazu (3.1-4), tj. vrjed Δt = 0,3 s. Slka 3.1-4 Jednopolna shema dstrbutvne mreže 0 kza koju se zabre vremensko podešenje nazočnh nadstrujnh zaštta. nalzom vremenskh podešenja prema slc 3.1-4 uočava se daleko povoljnja stuacja nego l je u slučaju mreže 35 k. Name, sada najdulje vrjeme odgode djelovanja zaštte (relejna zaštta uz sabrnce 0 k u zvornoj trafostanc) znos svega 1,4 s, što je daleko manje nego l 3,5 s. Razlog tomu je krać selektvn vremensk nterval releja (koj je posljedca prmjene numerčke zaštte) manje razgranatost mreže 0 k u odnosu na mrežu 35 k. Name, u ovom slučaju u potpunost je elmnrana mreža 10 k ( sve zaštte koje se u njoj nalaze). Na temelju prethodno razmatranh prmjera može se konstatrat sljedeće: na svakom vodu dovoljno je upotrjebt samo po jedan nadstrujn relej, koj se postavlja na onoj stran voda (uz one sabrnce) koja je blže zvoru napajanja, sustavom nadstrujne zaštte može se ostvart rezervno / prčuvno štćenje, ukolko dođe do zatajenja pojednh zaštta, mana / nedostatak nadstrujne zaštte jest u tome što se kvarov koj su blže zvoru napajanja (on su praćen većm strujama kvara) sključuju s dužm vremenma zatezanja. Upotrebom nadstrujnh releja u statčkoj /l numerčkoj zvedb ovo se vrjeme sklapanja (zatezanja) može donekle smanjt, jer je u tom slučaju krać selektvn vremensk nterval. Međutm, kod zvoda s većm brojem podstanca vrjeme sključenja u blzn zvora napajanja pak naraste na značajne znose. Maksmalno vrjeme sklapanja u blzn mjesta napajanja moralo b pak zadovoljt sljedeću nejednakost: 40
* tmax 4 s (3.1-6) Ovo je, kao što je navedeno, ujedno temeljn ogrančavajuć faktor u prmjen nskopodesve nadstrujne zaštte u dstrbutvnm mrežama. Ovaj problem se donekle rješava dodatnom prmjenom spomenute vsokopodesve nadstrujne zaštte. Ukolko b pak dstrbutvna mreža mala takvu konfguracju da se ne b mogla zadovoljt nejednakost (3.1-6), valjalo b razmotrt uporabu neke druge brze zaštte u području blzu zvora napajanja. Takva je prmjerce dstantna zaštta. 3.1.. Određvanje podešenja proradne struje mjernog člana nskopodesve nadstrujne zaštte u odnosu na međufazne kratke spojeve Ovdje se, dakle, podrazumjeva određvanje mnmalne proradne struje mjernog člana nskopodesve nadstrujne zaštte, u odnosu na međufazne kratke spojeve, kod koje će proradt njen proradn član pokrenut odgovarajuć vremensk član. Međufazn kratk spojev jesu tropoln dvopoln kratk spoj. Ova se struja podešava na mjernom članu nadstrujnog releja. Proradna struja mjernog člana nadstrujne zaštte, u odnosu na međufazne kratke spojeve, određuje se z sljedećh zahtjeva: a) da nadstrujna zaštta sgurno djeluje kod mnmalnh struja kratkh spojeva na sonovnoj susjednoj donc, b) da ne djeluje kod maksmalne pogonske struje opterećenja. Pojednostavljen jednopoln prkaz karakterstčnog prmjera prključka nadstrujne zaštte u odnosu na međufazne kratke spojeve, ugrađene u postrojenju na vodu B (mjesto ugradnje strujnog transformatora), prkazan je na slc 3.1-5. Na dotčnoj slc naznačena je osnovna susjedna (prčuvna) donca spomenute nadstrujne zaštte smještene u postrojenju voda B. Slka 3.1-5 Pojednostavljen jednopoln prkaz prključka nadstrujne zaštte s označenom njenom osnovnom susjednom doncom. 41
Trofazn prkaz prključka mjernog člana nadstrujne zaštte, u odnosu na međufazne kratke spojeve, na sekundarnu stranu strujnog transformatora dan je na slc 3.1-6. Slka 3.1-6 Trofazn prkaz prključka mjernog člana nadstrujne zaštte, u odnosu na međufazne kratke spojeve, na sekundarnu stranu strujnog transformatora. ao što se vd prema dotčnom prkazu (slka 3.1-6), sekundarn namot strujnh transformatora spajaju se u spoj zvjezda. To je standardna praksa u većn Europskh zemalja (zuzetak je Rumunjska nglo-amerčke zemlje, gdje se sekundarn namot strujnh transformatora mogu spajat u spoj trokut). Zvjezdšte se formra uvjek sa strane prekdača (sabrnce). Dobveno je spajanjem "k" stezaljke navedenog strujnog transformatora. Dotčno zvjezdšte se redovto uzemljuje. Sa slke 3.1-6 se također vd da je za rad nadstrujne zaštte potreban stosmjern napon. On se najčešće dobva z akumulatorske baterje napona (B). Rječ je o tzv. sekundarnm sustavma napajanja zašttnh strujnh krugova u vsokonaponskm rasklopnm postrojenjma (trafostancama) elektranama. Ov sekundarn strujn krugov su redovto na nskom naponu (stosmjern l zmjenčn napon) znosa 48, 110 l 0. Spomenut stosmjern (l zmjenčn) nskonaponsk strujn krugov su značajn za uspješan rad relejne zaštte ( na nek načn predstavljaju do tog sustava). Bez njh zaštta ne b mogla spravno djelovat. Stoga je važno da ne dođe do prekda u njhovom napajanju, jer b prtom došlo do zatajenja rada relejnh zaštta. 4
Pr razmatranju zahtjeva a) valja analzrat strujno stanje na mjestu ugradnje nadstrujne zaštte u slučaju: a1) nastupa kratkog spoja na susjednoj donc, a) nastupa kratkog spoja prorade uređaja za automatsk ponovn uklop (PU) na osnovnoj donc. d a1) Nastup kratkog spoja na susjednoj donc grafčk je lustrran na jednopolnoj shem prkazanoj na slc 3.1-7. Slka 3.1-7 Grafčka lustracja nastupa kratkog spoja na susjednoj donc. Na slc 3.1-8 prkazan je djagram promjene struje kroz nadstrujn relej zaštte > u postrojenju, na razmatranom vodu B, za slučaj kvara (kratkog spoja) u susjednoj donc (mjesto ' prema slc 3.1-8). Slka 3.1-8 Djagram promjene struje kroz nadstrujn relej u postrojenju za slučaj kvara u susjednoj donc. 43
elčne upotrjebljene na slc 3.1-8 maju sljedeća značenja: pogmax maksmalna pogonska struja koja teče kroz relej; odgovarajuća prmarna maksmalna pogonska struja prtom znos: pog max = pog max p (3.1-7) ' zm - struja kroz relej koja je posljedca zaleta asnkronh motora (ako st postoje), do čega dolaz nakon sklapanja kvara u točk '; odgovarajuća prmarna struja znos: ' zm = ' zm p (3.1-8) S struja kratkog spoja kroz promatran relej; odgovarajuća struja kratkog spoja u prmarnom krugu ma vrjednost: S = p (3.1-9) S Sa slke 3.1-8 se uočava da se struja kratkog spoja s vremenom smanjuje zbog prgušenja u mrež, kao zbog prjelaza generatora z subtranzjentnog peroda u tranzjentn te eventualno u snkron rad, ukolko kratk spoj traje dovoljno dugo. alja navest da proradn član zaštte > ma određenu manu (koja je zražena kod elektromehančkh releja al postoj kod svh zvedb releja), a ta je da ne prorađuje otpušta kod ste vrjednost struje. rjednost kod koje relej prorađuje zove se proradna struja ( pr ), a vrjednost kod koje otpušta zove se povratna struja ( otp ). Grafčka lustracja ovog fenomena prkazana je na slc 3.1-9. Slka 3.1-9 Grafčka lustracja uz defncje proradne povratne struje releja. elčne označene na slc 3.1-9 znače: pr proradna struja (kod ove l veće struje od nje će relej proradt, tj za ), pr otp povratna struja (kod ove struje relej otpušta vraća se u početno stanje). 44
Temeljem slke 3.1-9, redovto je zadovoljena sljedeća nejednakost: otp < pr (3.1-10) Defnra se stoga tzv. koefcjent otpuštanja releja (povratn faktor releja), kako sljed: On se občno kreće u sljedećem području: otp a = < 1 (3.1-11) pr [ 0,85 0.95] a (3.1-1) Elektromehančk relej maju lošj (nž) koefcjent otpuštanja (cca 0,85), dok statčk numerčk relej maju bolj (vš) koefcjent otpuštanja (cca 0,95 vše). Zbog navedenog, a u skladu sa slkom 3.1-8, mora vrjedt: otp = k s ' zm (3.1-13) gdje je k s - koefcjent sgurnost, koj uzma u obzr pogreške releja, pogreške strujnh transformatora, sl. a občno se kreće u sljedećm grancama: Na dalje je također u skladu sa slkom 3.1-8: [,1 1,] k 1 (3.1-14) s ' zm = k ' m pog max (3.1-15) pr čemu su: k - koefcjent kojm se uzma u obzr povećanje struje usljed zaleta motora nakon ' m sklapanja promatranog kratkog spoja u točk ' (prema slc 3.1-7); ovaj koefcjent ovs o broju velčn nazočnh asnkronh motora može se kretat u području: ' m [ 1 5] k (3.1-16) Ukolko je pak područje koje se štt bez značajnjeg prsustva asnkronh motora tada vrjed da je: ' k m = 1 (3.1-17) pogmax maksmalna pogonska struja štćenog voda. 45
Uvrštenjem relacje (3.1-15) u (3.1-13) sljed: otp = k s k ' m pog max (3.1-18) Temeljem zraza (3.1-11) (3.1-7) mogu se respektvno postavt sljedeće relacje: = a (3.1-19) otp pr pog pog max max = (3.1-0) p ombnranjem netom uvedenh relacja (3.1-19) (3.1-0) s prethodno zvedenm zrazom (3.1-18) može se napsat sljedeća jednadžba: ' pog max a pr = ks km (3.1-1) p z potonje relacje konačno sljed zraz za određvanje sekundarne vrjednost proradne struje nadstrujne (>) relejne zaštte: pr ' ks km = pog max (3.1-) a p d a) Nastup kratkog spoja uz proradu uređaja za automatsk ponovn uklop (PU) na osnovnoj donc grafčk je lustrran na jednopolnoj shem prkazanoj na slc 3.1-10. Slka 3.1-10 Grafčka lustracja nastupa kratkog spoja na osnovnoj donc. stovremeno je na djagramu prkazanom na slc 3.1-11 prkazana promjena struje kroz nadstrujn član > u trafostanc, na vodu B, za slučaj nastupa kvara na osnovnoj donc na mjestu " pr djelovanju uređaja za PU. 46
Slka 3.1-11 Djagram promjene struje kvara pr nastupu kratkog spoja na osnovnoj donc pr djelovanju uređaja za PU. elčne uvedene na slc 3.1-11 maju sljedeća značenja: t PU vrjeme trajanja beznaponske pauze (ovolko dugo je prekdač bo u sklopljenom stanju), - struja koja protječe nadstrujnm članom zaštte >, a posljedca je zaleta " zm asnkronh motora ostalog maksmalnog opterećenja u promatranom djelu ' " ' mreže; ova je struja veća od prje navedene struje, tj. vrjed: >, jer je dulje trajao kvar (t > t B ) jer je postojala beznaponska pauza zbog djelovanja uređaja PU (t PU ). Stoga, temeljem prethodno znesenog (u skladu sa slkom 3.1-11), znos proradne struje ( pr ) mora zadovoljt sljedeću relacju: zm zm zm pr = k s " zm (3.1-3) pr čemu je k s ovdje tzv. koefcjent sgurnost; usvaja se ponovno, u skladu s zrazom (3.1-14) da vrjed: [,1 1,] Na dalje je, u skladu s oznakama prmjenjenm na slc 3.1-11: k 1 (3.1-4) s 47
pr čemu je " k m " zm = k " m pog max (3.1-5) - koefcjent kojm se uzma u obzr povećanje struje opterećenja usljed zaleta asnkronh motora nakon uspješnog djelovanja uređaja za PU; ovaj se koefcjent može kretat u sljedećem području: " m [ 1 7] k (3.1-6) opčento vrjed sljedeća nejednakost: motora usvaja se da vrjed: " ' m k m k >. Za odvod bez značajnh udjela asnkronh " = 1 k m (3.1-7) Uvrštenjem (3.1-5) u relacju (3.1-3) dobva se: pr = k s k " m pog max (3.1-8) odnosno, daljenjm korštenjem zraza (3.1-0) konačno sljed: pr " ks km = pog max (3.1-9) p Zanmljvo je navest da u zrazu (3.1-9) nema koefcjenta otpuštanja releja (a), jer se relej vraća u početno stanje tjekom beznaponske pauze (djelovanjem PU). ao mjerodavna proradna struja mjernog člana zaštte > podešava se na releju veća struja dobvena u zrazma (3.1-) (3.1-9), tj.: ' " * k s km ks km = pr max pog max, pog max (3.1-30) a p p Za zvod koj napaja potrošačko područje s beznačajnm udjelom asnkronh motora vrjed: ' " = m k m k = 1 (3.1-31) te stoga sljed: * pr = k s pog max a p (3.1-3) 48
3.1.3. Provjera osjetljvost podešenja mjernog člana nadstrujne zaštte Odabrana proradna struja ( * pr ) mora bt manja od mnmalne vrjednost struje kratkog spoja kod kvara na kraju osnovne susjedne donce. Osjetljvost podešenja mjernog člana nadstrujne zaštte (>) defnrana je sljedećm koefcjentma osjetljvost: B k os B mn * p pr = (3.1-33) C k os C mn * p pr = (3.1-34) B C gdje su: mn, mn - mnmalne struje kratkog spoja na mjestu ugradnje relejne zaštte pr njhovom nastupu na kraju osnovne susjedne donce, respektvno. Rječ je o nestodobnm nastupma kratkh spojeva na sabrncama postrojenja na kraju osnovne susjedne (prčuvne) donce. Za određvanje spomenuth mnmalnh struja kratkog spoja treba promatrat nastup dvopolnog kratkog spoja () uz mnmalno uvrštenje elemenata prpadne mreže. Naveden koefcjent osjetljvost moraju prtom zadovoljavat sljedeće nejednakost: B k os > 1,5 (3.1-35) C k os > 1, (3.1-36) 3.1.4. Određvanje podešenja proradne struje mjernog člana vsokopodesve nadstrujne zaštte u odnosu na međufazne kratke spojeve sokopodesva nadstrujna zaštta nos EC oznaku >>, odnosno NS oznaku 50. Osnovn nedostatak občne (nskopodesve) nadstrujne zaštte (oznaka >) jest dugo vrjeme odgode djelovanja kod kratkh spojeva u blzn zvorne trafostance (zvora napajanja). Ovo je posljedca vremenskog stupnjevanja nadstrujnh zaštta > u mrež, koje je nužno zbog uvjeta selektvnost. Ovaj nedostatak se može umanjt prmjenom vsokopodesve (>>) nadstrujne zaštte. Prmjena vsokopodesve nadstrujne zaštte je posebce povoljno u slučajevma kada je nadomjesna mpedancja pojne mreže znatno manja od mpedancje voda štćenog spomenutom vsokopodesvom nadstrujnom zašttom. Rad se dakako o mpedancjama drektnog redosljeda, jer su u ptanju mađufazn kratk spojev. Slka 3.1-1 prkazuje vremensku karakterstku kombnranh nadstrujnh zaštta, nskopodesve (>) vsokopodesve (>>) nadstrujne zaštte. S dotčne slke je vdljvo da je prmjenom vsokopodesve nadstruje zaštte skraćeno vrjeme sklapanja kratkh spojeva na djelu osnovne donce. Rad se o vrlo kratkom vremenu (npr. 0,1 s l 0,5 s). 49
Slka 3.1-1 remenska karakterstka kombnrane nskopodesve vsokopodesve nadstrujne zaštte. Proradna struja trenutnog člana vsokopodesve nadstrujne zaštte ( pr>> ) određuje se pomoću sljedećeg zraza: pr B ks max >> = (3.1-37) p u kojem su: B - maksmalna struja kratkog spoja na kraju osnovne donce; rječ je o struj max tropolnoga kratkog spoja, dobvenoj pr maksmalnom uvrštenju elemenata prpadne mreže, k s koefcjent sgurnost; ovsan je o poznavanju točne vrjednost struje B max ; može se prmjerce usvojt vrjednost: k s = 1, (3.1-38) Osm toga, prmjenom zaštte >> na vsokonaponskoj (N) stran energetskog transformatora može se u nekm slučajevma omogućt nezavsno vremensko stupnjevanje 50
nadstrujnh zaštta u prpadnm (ncdentnm) mrežama s N NN strane dotčnog transformatora. Jedan takav prmjer prkazan je na slc 3.1-13. Slka 3.1-13 Prmjer nezavsnog vremenskog stupnjevanja nadstrujnh zaštta djela dstrbutvne mreže. Prmjenom vsokopodesve nadstrujne zaštte na 35 k stran TS 35/10 k "C" (prema slc 3.1-13) omogućeno je nezavsno vremensko podešenje zaštta u odgovarajućm mrežama 10 k 35 k. Jasno je da prtom nadstrujna zaštta u TS 35/10 k "B" (prema slc 3.1-13) na vodu "B C" ne smje djelovat (reagrat) kod kratkh spojeva na sabrnc 10 k u TS 35/10 k "C". To treba obavezno provjert. 3.1.5. Određvanje maksmalne mnmalne zone štćenja vsokopodesve nadstrujne zaštte Određvanje maksmalne mnmalne zone štćenja vsokopodesve nadstrujne zaštte (>>) može se provest: a) grafčkm postupkom, b) analtčkm postupkom. d a) Grafčk postupak određvanja maksmalne mnmalne zone štćenja vsokopodesve nadstrujne zaštte svod se na crtanje krvulja koje prkazuju raspodjelu maksmalnh mnmalnh struja kratkog spoja duž osnovne donce. Maksmalne vrjednost struja ( max ) 51
dobju se proračunom tropolnoga kratkog spoja, uz maksmalno uvrštenje elemenata mreže. Mnmalne vrjednost struja ( mn ) dobju se proračunom dvopolnoga kratkog spoja, uz mnmalno uvrštenje elemenata mreže. Prtom se mjesto nastupa kratkog spoja postepeno pomće duž osnovne donce štćenja zaštte >>, kao što je to pokazano na slc 3.1-14. Slka 3.1-14 lustracja određvanja maksmalne mnmalne zone štćenja zaštte >> grafčkm postupkom. Na slc 3.1-15 prkazan je prmjer zgleda spomenuth krvulja ovsnost maksmalne mnmalne struje kratkog spoja o mjestu njegova nastupa. Slka 3.1-15 Grafčk zgled krvulja maksmalne mnmalne struje kvara duž osnovne donce. 5
Dakle, na slc 3.1-15 prkazane su sljedeće funkcje: = max = mn f f 1 ( ( L) L) za 0 L, gdje je L-B duljna osnovne donce, km. L B Oznake L max L mn na slc 3.1-15 predstavljaju respektvno duljnu maksmalne mnmalne zone štćenja vsokopodesve nadstrujne zaštte. elčna pr>> na slc 3.1-15 predstavlja pak prmarnu proradnu vrjednost struje vsokopodesve nadstrujne zaštte. Ona je jednaka sljedećem znosu: pr>> = pr>> p (3.1-39) odnosno: pr>> = k s B max (3.1-40) Sjecšte krvulje = f L) s vrjednošću pr>> (prema slc.-15) određuje duljnu max 1 ( maksmalne zone štćenja L max. sto tako, sjecšte krvulje mn ( = f L) s vrjednošću pr>> određuje duljnu mnmalne zone štćenja L mn. Spomenute se zone štćenja mogu zrazt u postocma ukupne duljne osnovne donce štćenog voda, kako sljed: Lmax l = 100 [%] (3.1-41) max L B Lmn l = 100 [%] (3.1-4) mn L B Zahtjeva se prtom da mnmalna duljna zone štćenja ( 10 15 % ukupne duljne štćenog voda, tj.: l mn ) bude veća l barem jednaka od l (10 15) [%] (3.1-43) mn d b) Za određvanje maksmalne duljne zone štćenja vsokopodesve nadstrujne zaštte (>>) potrebno je promatrat nastupe tropolnoga kratkog spoja duž osnovne donce. Slka 3.1-16 grafčk lustrra ovsnost znosa struje tropolnoga kratkog spoja (3) o mjestu njenog nastupa duž osnovne donce štćenog voda. 53
Slka 3.1-16 Grafčka lustracja ovsnost znosa struje 3 o mjestu nastupa duž osnovne donce. Na slc 3.1-16 osjenčano je označeno područje gdje je zadovoljena sljedeća relacja: 3 pr>> (3.1-44) U označenom području doć će do djelovanja vsokopodesve nadstrujne zaštte. Prkazano sjecšte spomenute krvulje ovsnost struje tropolnoga kratkog spoja = f ( ) vrjednost 3 L proradne struje pr>> (prema slc 3.1-16) predstavlja, dakle, maksmalnu duljnu štćenja promatrane zaštte >> (L max ). Presjecšte opsanh krvulja defnra točku, koja predstavlja mjesto na štćenom vodu do kojeg "doseže" zaštta >>. Spomenutu duljnu (L max ) potrebno je, dakle, odredt odgovarajućm analtčkm postupkom, koj se prkazuje u nastavku. Tropoln kratk spoj je smetrčan kvar. od njega se javlja samo drektn sustav struja napona. Rad se također o mpedancjama drektnog redosljeda nadomjesnh elemenata elektroenergetskog sustava. Razmatra se nastup spomenutog tropolnog kratkog spoja na osnovnoj donc štćenog voda. Grafčka lustracja spomenutog nastupa kratkog spoja prkazana je na slc 3.1-17. stovremeno je na slc 3.1-18 prkazana nadomjesna shema drektnog sustava za proračun spomenutog tropolnog kratkog spoja. 54
Slka 3.1-17 Grafčka lustracja nastupa kratkog spoja na osnovnoj donc štćenog voda. Slka 3.1-18 Nadomjesna shema drektnog redosljeda za proračun nastupa troplnoga kratkog spoja na osnovnoj donc. Oznake upotrjebljene na slkama 3.1-18 maju sljedeća značenja: mjesto nastupa tropolnoga kratkog spoja, Z - nadomjesna mpedancja drektnog redosljeda pojne mreže, Ω, m Z - jednčna drektna mpedancja štćenog voda B, Ω, v1 n fazn napon tzv. fktvnog generatora; rječ je o faznom naponu mreže u kojoj je nastupo promatran kratk spoj, ; on se određuje pomoću sljedećeg zraza: 3 U n n = (3.1-45) 3 pr čemu je U n nazvn napon promatrane mreže, - struja tropolnoga kratkog spoja na mjestu, ; to je ujedno struja koja protječe kroz mjesto ugradnje zaštte >>. z nadomjesne sheme sa slke 3.1-18 sljed: 3 = n Z + Z L (3.1-46) m 1 max 55
stovremeno, prema djagramu prkazanom na slc 3.1-16, za točku vrjed: pr>> = 3 3.1-47) pr čemu oznaka 3 predstavlja znos (modul) struje tropolnoga kratkog spoja dane zrazom (3.1-46). Usporedbom zraza (3.1-47) (3.1-46) sljed da je: pr n >> = (3.1-48) Z + Z m 1 L max Temeljem zraza (3.1-48), njegovm razrješenjem, moguće je odredt nepoznatu velčnu L max jer su sve preostale velčne poznate. Za određvanje mnmalne duljne zone štćenja pomoću vsokopodesve nadstrujne zaštte (>>) treba promatrat nastupe dvopolnoga kratkog spoja duž osnovne donce. Slka 3.1-19 grafčk lustrra ovsnost znosa struje dvopolnoga kratkog spoja () o mjestu njenog nastupa duž osnovne donce štćenog voda. sto tako, na slc 3.1-19 osjenčano je označeno područje gdje je zadovoljena sljedeća relacja: pr>> (3.1-49) Slka 3.1-19 Grafčka lustracja ovsnost znosa struje o mjestu nastupa duž osnovne donce. 56
U tom području (osjenčano područje na slc 3.1-19) doć će, dakle, do djelovanja vsokopodesve nadstrujne zaštte. Prkazano sjecšte spomenute krvulje ovsnost struje dvopolnoga kratkog spoja vrjednost proradne struje pr>> (prema slc 3.1-19) predstavlja, dakle, mnmalnu duljnu štćenja promatrane zaštte >> (L mn ). Presjecšte opsanh krvulja defnra točku nastupa dvopolnog kratkog spoja na osnovnoj donc kojoj upravo odgovara mnmalna duljna zašttne zone. Dvopoln kratk spoj je nesmetrčan kvar. od njega se razvjaju sustav struja napona drektnog nverznog redosljeda. Neka je dvopoln kratk spoj nastupo na mjestu na osnovnoj donc štćenog voda zmeđu faza S T. Slka 3.1-0 grafčk lustrra nastup spomenutog kratkog spoja na osnovnoj donc (mjesto koje je u ovom slučaju blže zvornoj trafostanc nego l je to bo slučaj na slc 3.1-17). Slka 3.1-0 Grafčka lustracja nastupa kratkog spoja na osnovnoj donc štćenog voda. stovremeno slka 3.1-1 prkazuje odgovarajuću nadomjesnu shemu za proračun dvopolnog kratkog spoja na osnovnoj donc. Sve velčne na nadomjesnoj shem već su prethodno objašnjene uz slku 3.1-18. alja uočt da su drektn nverzn sustav u ovom slučaju potpuno jednak. Odgovarajuće mpedancje drektnog nverznog redosljeda, prkazane na nadomjesnoj shem sa slke 3.1-1, su međusobno jednake. z nadomjesne sheme na slc 3.1-1 sljed: = n L (3.1-50) ( Z + Z ) m 1 mn 57
Slka 3.1-1 Nadomjesna shema za proračun nastupa dvopolnoga kratkog spoja na osnovnoj donc. Buduć da je rječ o nesmetrčnom kvaru, struje u faznm vodčma nsu međusobno jednake, pa se korst sljedeća matrčna jednadžba (smetrčne komponente): (3.1-51) = d T S R a a a a 0 1 1 1 1 1 pr čemu je a kompleksn operator, koj ma vrjednost: 3 1 10 j e a j + = = z nadomjesne sheme na slc 3.1-1 također sljed: (3.1-5) 0 0 = d = (3.1-53) = (3.1-54) Uvrštenjem (3.1-5), (3.1-53) (3.1-54) u matrčnu jednadžbu (3.1-51) sljed: = T S R a a a a 0 1 1 1 1 1 (.-55) 58
z dotčne matrčne jednadžbe dobva se: = 0 = R (3.1-56) ) ( a a a a S = = (3.1-57) ) ( a a a a T = = (3.1-58) alja naglast da među strujama kvara u faz S T postoj sljedeća veza: S T = Buduć da vrjed da je 3 j a a =, relacja (3.1-58) prelaz u sljedeć oblk: ( ) mn 1 3 3 L Z Z j j m n T + = = (3.1-59) Prema djagramu prkazanom na slc 3.1-0, za točku vrjed da je: T pr >> = (3.1-60) Stoga se kombnranjem zraza (3.1-60) (3.1-59) dobva sljedeća relacja: ( ) mn 1 3 L Z Z j m n pr + = >> (3.1-61) odnosno: mn 1 3 L Z Z m n pr + = >> (3.1-6) Temeljem zraza (3.1-6), njegovm razrješenjem, moguće je odredt nepoznatu velčnu L mn jer su sve preostale velčne poznate. Dgresja: Odredmo odnos zmeđu struje dvopolnoga tropolnoga kratkog spoja na štćenom vodu, uz jednaku zdašnost pojne mreže. Struja dvopolnoga kratkog spoja dana je sljedećom relacjom: d n T Z j = = 3 59
pr čemu je Z d ukupna (ekvvalentna) nadomjesna mpedancja drektnog redosljeda razmatranog sustava jednaka je sljedećem zrazu: Z d = Z m + Z v1 L Struja tropolnoga kratkog spoja dana je pak sljedećm zrazom: = 3 Z n d Omjer zmeđu znosa (ampltuda) struje dvopolnoga tropolnoga kratkog spoja glas: 3 = 3 = j 3 Z Z n d d n = 3 Dakle, vrjd da je: 3 = 3 = 0. 866 3 Drugm rječma, struja (znos / ampltuda) dvopolnog kratkog spoja znos 86,6% vrjednost struje odgovarajućeg tropolnog kratkog spoja. Obje struje su dobvene uz uvrštenje stog broja elemenata stu zdašnost pojne mreže. Dakle, dvopoln kratk spoj u mrež praćen je manjom strujom od odgovarajućeg tropolnog kratkog spoja. 3.1.6. Usmjerena nskokopodesva nadstrujna zaštta u odnosu na međufazne kratke spojeve Usmjerena nskopodesva nadstrujna zaštta u odnosu na međufazne kratke spojeve ( 3) nos EC oznaku r >, odnosno, NS oznaku 67. Ova nadstrujna zaštta pored mjernog vremenskog člana posjeduje još usmjern član. Usmjern član se prključuje preko strujnh naponskh transforamtora. On stoga prma nformacje o strujama naponma na mjestu svoje ugradnje. Prmjer prključka usmjerene nadstrujne zaštte prkazan je na slc 3.1-. 60
Slka 3.1- Načn prključka usmjerene nadstrujne zaštte. Na temelju dotčnh napona struja usmjern član prepoznaje smjer snage na mjestu ugradnje releja. To prepoznavanje smjera snage usmjern član vrš stalno, pa u uvjetma nastupa kratkog spoja. Ukolko je tok snage kratkog spoja sumjeren od sabrnca prema vodu usmjern član dopušta djelovat proradnom članu zaštta >. U protvnom, ukolko je smjer snage kratkog spoja orjentran z pravca voda k sabrnc, usmjern član blokra djelovanje proradnog člana zaštta >. Proračun podešenja mjernog člana (proradne struje) usmjerene nskopodesve nadstrujne zaštte u odnosu na međufazne kratke spojeve provod se na st načn kao kod občne nskopodesve nadstrujne zaštte (>). Međutm, podešenje vremenskog člana ove zaštte ( r > ) jest problematčnje te će se prkazat u nastavku. Usmjern član prtom ma ulogu blokranja prorade zaštte ovsno o smjeru snage kratkog spoja. Usmjerena nadstrujna zaštta ( r > ) se korst u slučajevma: a) mreže s paralelnm vodovma, b) prstenasto napajane mreže, c) dvostrano napajanog voda. Name, u dotčnm slučajevma nje moguće ostvart selektvnu zašttu pomoću občnh nadstrujnh releja, jer je mjesto kratkog spoja napajano s dvje strane. Ova zaštta ( r > ) se redovto kombnra s prje spomenutom nadstrujnom zašttom (> >>) da b se doblo učnkovto štćenje dstrbutvne mreže. d a) Do prmjene paralelnh vodova dolaz u slučajevma kada usljed porasta opterećenja konzuma jedan vod nje vše u stanju penjet naraslo opterećenje. Tada se grad drug vod. Tako nastaju npr. dva l vše paralelnh vodova. Načn određvanja vremenskh podešenja zaštte r > u slučaju paralelnh vodova prkazan je na slc 3.1-3. Rječ je o konkretnom prmjeru u kojem postoje dva paralena voda. ao što se vd sa slke 3.1-3, zaštta r > se kombnra s prje spomenutom nskopodesvom nadstrujnom zašttom > (kao sa zašttom >>) u funkcj ostvarenja učnkovtog sustava relejne zaštte dstrbutvne mreže. 61
Slka 3.1-3 Prmjer štćenja paralelnh vodova nskopodesvom usmjerenom nadstrujnom zašttom od međufaznh kratkh spojeva. Punm kržćem na slc 3.1-3 označena su prethodno zadana (postojeća) vremenska podešenja nadstrujnh zaštta >. od kratkh spojeva na vodu B-C prema slc 3.1-3, usmjerena nadstrujna zaštta na paralelnm vodovma -B je blokrana, jer joj je tok snage kratkog spoja od voda prema sabrncama (dolaz z smjera voda). od kratkh spojeva na jednom od paralelnh vodova -B odabrana relejna zaštta sključt će upravo onaj vod na kojem je nastupo kratk spoj. Name, u tom slučaju, usmjerena nadstrujna zaštta koja se nalaz na vodu u kvaru vd smjer struje (snage) kratkog spoja od sabrnca prema vodu dopušta djelovanje. To je sasvm u redu. alja naglast da određvanje vremenskog podešenja nskopodesve usmjerene nadstrujne zaštte nje moguće provest odvojeno od razmatranja občne nskopodesve nadstrujne zaštte (>). Jedna druga zaštta djeluju usklađeno u svrhu ostvarenja učnkovte nadstrujne zaštte od međufaznh kratkh spojeva. d b) Dstrbutvne mreže su občno radjalne mreže, napajane samo s jedne strane. Stoga ovaj tp mreže (prstenasto napajana) može nastupt u zvanrednm stuacjama. Name, da b se povećala raspoložvost zgrađene dstrbutvne mreže često se zmeđu krajnjh podstanca susjednh odvoda postavlja dodatn vod, kojm se u određenm stuacjama mogu povezat spomenut odvod. Tako nastaje prstenasto napajana mreža. Ova stuacja prkazana je na slc 3.1-4 za jedan konkretn prmjer prstenasto napajane mreže. Crtkano je na dotčnoj slc prkazan vod čjm se uključenjem ostvaruje spomenut prsten. alja naglast da se dvostrano napajanje, koje se ostvaruje zatvaranjem prstena, tretra najčešće kao zvanredn pogon. No, svejedno, za takvo zvanredno pogonsko stanje treba osgurat selektvnost prmjenjene relejne zaštte. 6
Slka 3.1-4 Određvanje vremenskh podešenja nadstrujnh zaštta u prstenasto napajanoj mrež. Punm kržćem na slc 3.1-4 označena su prethodno zadana (postojeća) vremenska podešenja nadstrujnh zaštta >. od prstenasto napajane mreže, kao u slučaju paralelnh vodova, kratk spoj je napajan sa dvje strane. Stoga je potrebno prmjent na svakom vodu po dva nadstrujna releja, pr čemu jedan od njh treba bt u pravlu s usmjernm članom. Dakle, kao što je već spomenuto, u ovom slučaju kombnra se občna nadstrujna zaštta (>) s usmjerenom nadstrujnom zašttom ( r > ), a u svrhu ostvarenja učnkovte relejne zaštte prstenasto napajane mreže. Određvanje vremenskh podešenja navedenh nadstrujnh zaštta > provod se otvaranjem prstena (prema slc 3.1-4) dva puta u postrojenju : - jednom na vodu -B, - drug put na vodu -E. Otvaranjem prstena u stanc na vodu -B dobva se radjaln vod prkazan na slc 3.1-5. Dobven radjaln vod je sada napajan samo s jedne strane, pa je vremenska podešenja zaštta > jednostavno odabrat kako je to prje objašnjeno u podpoglavlju 3.1.1. Odabr vremenskh podešenja zaštta > prkazan je dakle na slc 3.1-5. Usvojen je selektvn vremensk nterval od 0,5 s. 6
Slka 3.1-5 Otvaranje prstena u stanc na vodu -B. Otvaranjem sada prstena u stanc na vodu -E dobva se ponovno radjaln vod, prkazan na slc 3.1-6. Postavljanje nskopodesvh nadstrujnh releja > njhovo vremensko stupnjevanje (podešavanje) provod se ponovno po pravlma radjalnog voda (vdjet podpoglavlje 3.1.1). Odabr vremenskh podešenja dotčnh zaštta > također je prkazan na slc 3.1-6. Usvojen je ponovno selektvn vremensk nterval od 0,5 s. Slka 3.1-6 Otvaranje prstena u stanc na vodu -E. onačno se na kraju odabre koj će od dva nadstrujna releja na svakom od vodova bt občan a koj će mat usmjern član. U konkretnom prmjeru pokazuje se da na vodu D-F oba nadstrujna člana mogu bt občna (jer m je vrjeme odgode djelovanja sto). Na preostalm vodovma onaj nadstrujn član koj ma kraće vrjeme odgode djelovanja mora bt usmjeren (zaštta r > ), s usmjerenjem od sabrnca prema vodu. Dakle, u slučaju kvara na nekom od 63
vodova, ukolko je smjer snage od sabrnca prema vodu, usmjern nadstrujn relej ( r > ) će djelovat. U protvnom, usmjeren relej kojma je smjer snage od voda prema sabrncama blokrat će djelovanje. d c) ao u prjašnjem slučaju, ovaj tp voda (dvostrano napajan vod) nastaje u određenm zvanrednm okolnostma. On nastaje prmjerce u slučaju spajanja dvaju vodova koj zlaze z razlčth trafostanca. Prmjer ovakvog voda prkazan je na slc 3.1-7. ovdje valja naglast da se dvostrano napajanje, koje se ostvaruje uključenjem spomenutog voda, tretra najčešće kao zvanredn pogon Slka 3.1-7 Prmjer štćenja dvostrano napajanog voda. Punm kržćem na slc 3.1-7 označena su prethodno zadana (postojeća) vremenska podešenja nadstrujnh zaštta >. Uključenjem voda C-F na slc 3.1-7 (scrtkano prkazan vod) nastaje dvostrano napajan vod -D. U tom slučaju mjesto kratkog spoja na blo kojoj donc napajano je s oba kraja. Potrebno je stoga na oba kraja spomenuth donca postavt nadstrujnu zašttu s usmjernm članom. ao u prjašnjm slučajevma ovdje se kombnra 64
nadstrujna zaštta (>) s usmjerenom nadstrujnom zašttom ( r > ) da b se ostvaro učnkovt sustav relejne zaštte. remenska podešenja navedenh zaštta > odredt će se otvaranjem spomenutog dvostruko napajanog voda dva puta: - jednom u postrojenju, - drug put u postrojenju D. Otvaranjem dvostrano napajanog voda u postrojenju dobva se radjaln vod, koj je napajan samo z TS 35/10 k "D". Prkaz dotčnog voda s potrebnm nadstrujnm zašttama (>) njhovm vremenskm podešenjma dan je na slc 3.1-8. remensko stupnjevanje nadstrujnh zaštta provedeno je, dakle, prema pravlma radjalnog voda (vdjet podpoglavlje 3.1.1). Usvojen je selektvn vremensk nterval od 0,5 s. Slka 3.1-8 remensko stupnjevanje nadstrujnh zaštta radjalnog voda, dobvenog otvaranjem dvostrano napajanog voda u postrojenju. Otvaranjem dotčnog voda u postrojenju D dobva se također radjaln vod, koj je napajan sada z TS 35/10 k "". Prkaz dotčnog voda s potrebnm nadstrujnm zašttama (>) njhovm vremenskm podešenjma dan je na slc 3.1-9. remensko stupnjevanje je ponovno provedeno prema pravlma radjalnog voda (vdjet podpoglavlje 3.1.1). Usvojen je st selektvn vremensk nterval (0,5 s). Slka 3.1-9 remensko stupnjevanje nadstrujnh zaštta radjalnog voda, dobvenog otvaranjem dvostrano napajanog voda u postrojenju D. Na kraju se odabre koja će od dvje nadstrujne zaštte na svakoj donc dvostrano napajanog voda bt usmjerena. To se rad na načn da se za određenu doncu usvoj nastup kratkog spoja, pr čemu mora taj kratk spoj sključt nadstrujna zaštta upravo te donce (selektvno). Temeljem ovog krterja odabrane su usmjerene nadstrujne zaštte kako su prkazane na slc 65
3.1-7. Name, ona nadstrujna zaštta voda koja ma kraće vrjeme djelovanja u prncpu mora bt usmjerena. Usmjerenje je od sabrnca prema vodu. 3.. Zaštta u odnosu na kvarove sa zemljom Zaštta dstrbutvne mreže u odnosu na kvarove (kratke spojeve) sa zemljom nos EC oznaku 0 >, odnosno NS oznaku 51N. Moguć kratk spojev sa zemljom jesu: - jednopoln kratk spoj (JS), - dvopoln kratk spoj s stovremenm spojem sa zemljom (DSZ). Jednopoln kratk spoj je najčešć kvar u mrež. To pokazuju odgovarajuć statstčk podac. Jednopoln kratk spoj (JS) dvopoln kratk spoj s stovremenm spojem sa zemljom (DkSZ) se javaljau u mrež s uzemljenm zvjezdštma energetskh transformatora. U dstrbutvnoj mrež zvjezdšta energetskh transformatora su zolrana l pak uzemljena preko malog djelatnog otpornka R n u zvornoj trafostanc. Otpornk R n služ za ogrančenje struje jednopolnoga kratkog spoja na određenu vrjednost, prmjerce 150 l 300. Prmjer uzemljenja dstrbutvne mreže 35 k preko malog djelatnog otpornka u zvornoj trafostanc prkazan je na slc 3.-1. Osm toga, na slc 3.-1 prkazan je načn prključka homopolarne nadstrujne zaštte. Slka 3.-1 Prmjer uzemljenja dstrbutvne mreže 35 k preko malog djelatnog otpornka u zvornoj trafostanc. U mrež s zolranm zvjezdštma energetskh transformatora spoj jednog faznog vodča sa zemljom predstavlja zemljospoj, a ne jednopoln kratk spoj. Ovsno o spomenutom načnu tretmana zvjezdšta energetskh transformatora u dstrbutvnoj mrež korstt će se razlčte relejne zaštte. U uzemljenm mrežama rječ je o tzv. homopolarnm nadstrujnm zašttama, dok je u zolranm mrežama rječ o zemljospojnm zašttama. 66
3..1. Homopolarna nadstrujna zaštta U dstrbutvnm mrežama u kojma su struje jednopolnoga kratkog spoja (300 l 150 ) dovoljno veće od maksmalne pogonske struje ( pogmax ) kao zaštta od struja jednopolnoga kratkog spoja može se korstt nskopodesva nadstrujna zaštta (>) u odnosu na međufazne kratke spojeve. Međutm, čest je slučaj u dstrbutvnoj mrež da su maksmalne pogonske struje veće od struja jednopolnoga kratkog spoja (150 l 300 ). Tada nadstrujna zaštta > u odnosu na međufazne kratke spojeve neće djelovat u slučaju nastupa JS-a. To nje u redu. Osm toga, u mrežama koje se prostru na kraškm područjma moguć su pr nastupu jednopolnoga kratkog spoja velk prjelazn otpor R p (npr. velk otpor uzemljenja uzemljvača dalekovodnh stupova). Prtom se znatno namjuje struja JS-a na znatno manje vrjednost od navedenh 140 l 300 (potonje vrjednost odnose se na nastup metalnog jednopolnog kratkog spoja bez prjelaznog otpora na mjestu kvara. Usljed svega prethodno znesenog, u potonjm slučajevma prmjenjuje se stoga dodatna nadstrujna zaštta u odnosu na kratke spojeve sa zemljom, tzv. homopolarna nskopodesva nadstrujna zaštta. Ona se temelj na pojav nultog sustava struja, koj se razvjaju u slučaju nastupa spomenuth vrsta kratkh spojeva sa zemljom. Ova nadstrujna zaštta se prema EC označava s oznakom 0 > a prema NS s oznakom 51N. Načn dobvanja nultog sustava struja razlčt je kod zračnh vodova (dalekovod) kabelskh vodova. Stoga se razlkuje: a) homopolarna nadstrujna zaštta ( 0 >) za zašttu zračnh vodova, b) homopolarna nadstrujna zaštta ( 0 >) za zašttu kabelskh vodova. d a) Trostruka nulta komponenta struje ( 3 0 ) određena je općento sljedećm zrazom: 3 = + + (3.-1) 0 R S T gdje su R, S T struje u fazama R, S T, respektvno. Stoga se struja 3 0 može dobt tzv. sumarnm spojem strujnh transformatora, koj su ugrađen u vodno polje zračnog voda. Grafčka lustracja sumarnog spoja strujnh transformatora dana je na slc 3.-. Na dotčnoj slc uočava se da se strujn transformator postavljaju tako da m je stezaljka (standardna oznaka stezaljk strujnh transformatora: prmarna strana -L, sekundarna strana k-l) okrenuta prema sabrncama. Dotčna strana sekundarnh namota (k stezaljke) strujnh transformatora su spojene u zvjezdu uzemljene. Relej je također spojen sa spomenutom k stezaljkom (mjestom uzemljenja sekundarnh namota strujnh transformatora). Ovo je standardna praksa u zemljama zapadne Europe pa tako u mrež HEP-a. Od ovdje spomenutog pravla odstupa se samo u nekm specjalnm slučajevma koj to opravdavaju. U protvnom valja poštvat ovdje prkazanu praksu tretranja sekundarnh stezaljk strujnh transformatora načn njhovog uzemljenja. 67
Slka 3.- Grafčka lustracja sumarnog spoja strujnh transformatora za dobvanje nulte struje dalekovoda. U skladu s oznakama prmjenjenm na slc 3.- sljed da je struja releja ( r ) dana sljedećm zrazom: = + + (3.-) r R S T U normalnom pogonu (staconarno stanje) u dealnom slučaju suma struja u faznm vodčma faza R, S T jednaka je nul, tj. vrjed: R + + = 0 3 0 = 0 S T Međutm, zbog postojanja struje praznog hoda, u kojoj domnantnu komponentu čn struja magentzranja, vrjede sljedeć odnos: 68
- za strujn transformator u faz R: ( N = N (3.-3) R 0 R ) 1 R - za strujn transformator u faz S: ( N = N (3.-4) S 0 S ) 1 S - za strujn transformator u faz T: ( N = N (3.-5) T 0 T ) 1 T pr čemu su:, - struje u faznm vodčma faza R, S T spomenutog voda; ujedno su to R S T 0 R 0S 0T R struje kroz prmarn namot strujnh transformatora ugrađenh u faze R, S T promatranog voda,, - struje praznog hoda strujnh transformatora ugrađenh u faze R, S T S T promatranog voda;, - struje u sekundarnm namotma strujnh transformatora ugrađenh u faze R, S T promatranog voda, N 1 broj zavoja prmarnog namota strujnog transformatora, N broj zavoja sekundarnog namota strujnog transformatora. Prmjerce, za strujn transformator ugrađen u fazu R može se konstrurat vektorsk djagram struja praznog hoda strujnog transformatora, prema slc 3.-3. Slka 3.-3 ektorsk djagram struja praznog hoda strujnog transformatora ugrađenog u faz R. Novo upotrjebljene oznake na slc.3-3 maju sljedeća značenja: Φ - vektor magnetskog toka strujnog transformatora, R - struja mjerodavna za gubtke u željezu strujnog transformatora, FeR μ - struja magnetzranja strujnog transformatora. R 69
Temeljem vektorskog djagrama sa slke 3.-3 uočava se da je struja praznog hoda strujnog transformatora ( ) praktčk jednaka struj magnetzranja strujnog transforamtora 0 R (uobčajeno je zanemarena prtom struja koja je mjerodavna za gubtke u željezu). z jednadžb (3.-3), (3.-4) (3.-5) jednostavno sljed da je: R S T N1 = ( R 0R ) (3.-6) N N1 = ( S 0S ) (3.-7) N N1 = ( T 0T ) (3.-8) N Temeljem relacje (3.-), korštenjem zraza (3.-6), (3.-7) (3.-8) te nakon sređvanja dobvenog zraza sljed da je struja releja jednaka: r N1 N1 = ( ) ( ) 14 R + 4S + 43 4T 14 0R + 40 S + 440 3T (3.-9) N N 30 0L Uz supsttucju: 0 L 0R + 0S + 0T = (3.-10) p N 1n = = (3.-11) N 1 n gdje su: 0 - prmarna tzv. lažna nulta struja strujnh transformatora (jednaka je zbroju dobva se: L struja praznog hoda navedenh strujnh transformatora), p nazvn prjenosn omjer strujnh transformatora, r 3 0 0L = (3.-1) p p ao što je prethodno spomenuto, u normalnom pogonu suma struja u faznm vodčma faza R, S T jednaka je nul, tj. vrjed: R + S + T = 0 3 0 = 0 (3.-13) 70
Uvrštenjem zraza (3.-13) u relacju (3.-1) dobva se da kroz relej teče samo tzv. lažna struja, tj. vrjed: 0L r = (3.-14) p Ova lažna struja občno znos oko 6% do 10 % nazvne struje strujnog transformatora. rjed, dakle, da je: = ( (3.-15) 0 L 0,06 0,1) 1n pr čemu je 1n nazvna prmarna struja strujnog transformatora. Temeljem relacje (3.-16) (3.-14) sljed da je: r 1n = ( 0,06 0,1) (3.-16) p odnosno, nakon uvođenja relacje (3.-11), konačno sljed: r ( 0,06 0,1) n = (3.-17) gdje je n nazvna sekundarna struja strujnog transformatora (1 l 5 ). Povoljno je z potonjeg zraza odabrat gornju grancu lažne struje strujnh transformatora. Proradna struja homopolarne nadstrujne zaštte ( 0 >) mora bt veća od navedene lažne struje strujnh transformatora. rjed stoga sljedeć zraz: pr 0 k (3.-18) s r pr čemu je k s koefcjent sgurnost za kojega vrjed: [,1 1,] k 1 (3.-19) s Ponovno je povoljno z potonjeg zraza zrabrat gornju vrjednost koefcjenta sgurnost jer se tme proračun provod na stran sgurnost. onačno se kombnranjem (3.-18) (3.-17) dobva zraz za proračun proradne struje podešenja mjernog člana homopolarne nadstrujne zaštte, kako sljed: = ( (3.-0) pr0 k s 0,06 0,1) n Dakle, u slučaju nastupa jednopolnoga kratkog spoja kada kroz mjern član homopolarne nadstrujne zaštte ( 0 >) protjeće struja: r pr0 71
tada će doć do prorade dotčnog mjernog člana. On će tada aktvrat odgovarajuć vremensk član, koj će nakon steka na njemu podešenog vremena odgode djelovanja sključt prekdač u dotčnom vodnom polju. Određvanje vremena odgode djelovanja vremenskog člana homopolarne nadstrujne zaštte (u svrhu ostvarenja selektvne nadstrujne zaštte dstrbutvne mreže u odnosu na kratke spojeve sa zemljom) provod se po stm pravlma kao u slučaju nadstrujne zaštte od međufaznh kratkh spojeva (>) u dstrbutvnoj mrež (vdjet podpoglavlje 3.1.1.). alja naglast da su vremenska stupnjevanja homopolarne nadstrujne zaštte ( 0 >) nadstrujne zaštte od međufaznh kratkh spojeva (>) u mrež potpuno neovsna jedna od drugh. Može se korstt zajednčk vremensk član za zaštte 0 > > samo u slučaju da su obje dstrbutvne mreže 35 k 10 k posredno uzemljene. Međutm, kada je mreža 10 k zolrana (to je najčešće upravo slučaj) tada se upotrebom posebnog vremenskog člana homopolarne nadstrujne zaštte ( 0 >) mogu dobt znatno kraća vremena sklapanja kratkh spojeva sa zemljom. Ovo se redovto provod u praks. d b) od kabelskh vodova umjesto klasčnh strujnh transformatora korst se tzv. kabelsk obuhvatn strujn transforamto (OST). On se sastoj od jezgre torusnog oblka na kojoj se nalaz namot (jedan l vše njh). Jezgra je zrađena od lmova od feromagnetskog materjala. Lmov su međusobno zolran da b se smanjl gubc vrtložnh struja u jezgr (slčno kao kod jezgre energetskog transformatora). Fotografja, te krajnje pojednostavljena grafčka lustracja kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora prkazane su na slc 3.-4. Slka 3.-4 Fotografja te pojednostavljena grafčka lustracja kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora. roz jezgru kabelskog obuhvatnog transformatora provlač se trožln kabel. Njegovm faznm vodčma faza R, S T teku opčento struje,. Načn prključka kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora prkazan je na slc 3.-5. Prje nstalacje kabelskog ubuhvatnog strujnog transformatora, s kabela se prethodno skda armatura ukolko sta postoj. To se rad z razloga da se magnetsk tok ne b zatvarao djelom kroz armaturu kabela (jer b to dovelo do velkh pogrešaka pr radu kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora). R S T 7
Slka 3.-5 Načn prključka kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora. abelska glava (završnca) mora bt postavljena zolrano u odnosu na susjedne konstrukcjeske djelove. Ujedno se uzemljenje ekrana kabela provod zolranm vodom, koj se provlač kroz provrt kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora. To se rad sa svrhom da se ponšt magnetsk tok kojeg b stvorla struja u ekranu kabela, do koje dolaz u slučaju nastupa jednopolnoga kratkog spoja. Ovaj dodatn magnetsk tok (usljed struje ekrana) b zazvao nedopustve pogreške u kabelskom obuhvatnom strujnom transformatoru. Prkaz raspodjele struja jednopolnoga kratkog spoja grafčk je lustrran na slc 3.-6. Ekran kabela su uzemljen na oba kraja. Rad se o radjalnom vodu (dstrbutvna mreža). Mjesto nastupa jednopolnoga kratkog spoja je stoga napajano samo s jedne strane (z zvorne trafostance). Jednopoln kratk spoj se dogodo zmeđu faze R zemlje (uzemljvača). 73
Slka 3.-6 Grafčk prkaz raspodjele struja jednopolnoga kratkog spoja. Oznake upotrjebljene na slc 3.-6 maju sljedeća značenja. - struja jednopolnoga kratkog spoja, 1 - struja u ekranu (metaln plašt) kabelskog voda, p u - struja u zemlj (ova se struja uzemljvačem odvod u zemlju). Temeljem smbolke oznaka prmjenjenh na slc 3.-6 vrjed sljedeća relacja: u = 1 (3.-1) p Pomoću kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora moguće je dobt trostruku nultu komponentu struje jednopolnoga kratkog spoja. skoršteva se prtom ponovno zraz (3.-1), tj.: 3 = + + (3.-) 0 R S T pr čemu su, struje u faznm vodčma faza R, S T promatranog kabelskog voda, R respektvno. Spomenute struje transforamtora magnetske tokove S T proporconaln spomenutm strujama pa stoga sljed da je:, stvaraju u jezgr kabelskog obuhvatnog strujnog R S R T Φ, Φ, Φ, respektvno. Ov magnetsk tokov su su S T Φ R = k R (3.-3) Φ = k (3.-4) S S Φ T = k T (3.-5) 74
pr čemu je k konstanta proporconalnost. Na slc 3.-7 grafčk su lustrran dotčn magnetsk tokov u jezgr kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora. Slka 3.-7 Grafčka lustracja magnetskh tokova u jezgr kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora. Ukupn (rezultrajuć) magnetsk tok kroz jezgru kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora znos: Φ = Φ + Φ + Φ (3.-6) r R S T Uvrštenjem (3.-3), (3.-4) (3.-5) u relacju (3.-6) sljed: Φ = k + + ) (3.-37) r ( R S T Dakle, temeljem potonje relacje, u skladu s zrazom (3.-), konačno sljed: Φ r = k 3 0 (3.-38) U normalnom pogonu (staconarno stanje) suma struja u faznm vodčma faza R, S T, jednaka je nul, pa stoga vrjed: Φ r = 0 (3.-39) Dakle, tada je rezultrajuć magnetsk tok u jezgr kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora jednak nul pa homopolarna nadstrujna zaštta ( 0 >) neće djelovat. 75
Međutm, u slučaju kvara sa zemljom zadovoljena je sljedeća relacja: + 0 (3.-40) R + S T te će se usljed toga javt određena trostruka nulta komponenta struje kvara 3 0 0 koja će u jezgr kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora stvort rezultrajuć magnetsk tok Φ r 0. Ovaj magentsk tok će u namotu kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora nducrat napon koj će pak kroz homopolarn nadstrujn relej ( 0 >) protjerat odgovarajuću struju. Upotreba kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora omogućava vrlo osjetljvo podešenje homopolarne nadstrujne zaštte kabelskh vodova. Proradne struje mjernog člana zaštta 0 > mogu bt stoga podešene vrlo nsko, npr.: a u nekm slučajevma još nže, npr.: [ 10 50] m (3.-41) pr0 [ 5 10] m (3.-4) pr0 Prmarn namot kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora sastoj se samo od jednog zavoja. Rad se o samom kabelu kroz koj se zatvara trostruka nulta struja 3 0. Sekundarn namot se nalaz na jezgr na njega se prključuje homopolarna nadstrujna zaštta. S obzrom da prmarn namot ma samo jedan zavoj to je snaga koju može prozvest kabelsk obuhvatn strujn transformator malena. Zbog male snage kabelskog obuhvatnog strujnog transformatora važno je da homopolarn nadstrujn relej ma malu vlasttu potrošnju. Tom zahtjevu u potpunost udovoljavaju statčk relej kao modern numerčk relej. S njma se može ostvart vrlo osjetljva zaštta u odnosu na kratke spojeve sa zemljom. od vrlo osjetljvo podešenh homopolarnh nadstrujnh zaštta često se javlja potreba za fltrom, koj u relej ( 0 >) propušta samo struju nazvne frekvencje (50 Hz). Taj flter posebce blokra struje trećeg harmonka (njhova je frekvencja 150 Hz), koje se često javljaju u prmarnm strujnm krugovma. Dotčne su struje stofazne u sve tr faze, tako da se sumraju, što b moglo dovest do nepotrebnog pogrešnog djelovanja releja 0 >. Obuhvatn strujn transformator maju neke prednost u odnosu na sumarn spoj klasčnh strujnh transformatora. Te prednost jesu: - ne postoje problem vezan uz razlčte prjenosne karakterstke strujnh transforamtora, - velčna prmarne struje kod kabelskh obuhvatnh strujnh transformatora ne utječe na osjetljvost homopolarne nadstrujne zaštte, - moguće je vrlo osjetljvo podešenje homopolarne nadstrujne zaštte, - znatno su jeftnj od klasčnh strujnh transformatora (razlog tome je što se postavljaju drektno na kabele pa ne moraju bt zolran za vsok napon). 76
3... Zemljospojna zaštta Zemljospoj predstavlja spoj faznog vodča sa zemljom u mrež u kojoj su zvjezdšta energetskh transformatora zolrana u odnosu na zemlju (uzemljvač). U zolranoj mrež, za zašttu od zemljospoja, korst se tzv. zemljospojna zaštta, koja nos EC oznaku U 0 >, odnosno, NS oznaku 64. Na slc 3.-8 prkazana je trofazna nadomjesna shema mreže s zolranm zvjezdštem u stanju praznog hoda. Slka 3.-8 Trofazna nadomjesna shema zolrane mreže u stanju praznog hoda. Oznake prmjenjene na slc 3.-8 maju sljedeća značenja. E, E, E - nadomjesne elektromotorne sle faza R, S T, respektvno, R R S S T T,, - fazn napon faza R, S T, respektvno,,, - kapactvne struje faza R, S T, (zatvaraju se dozemnm kapactetma) R 0 S T prethode respektvnm naponma,, za 90, napon zvjezdšta zolrane mreže prema zemlj, C 0 dozemn (nult) kapactet faznog vodča promatrane mreže. Rad se, dakle, o smetrčnom pogonskom stanju, pr kojem uvažavajuć oznake smbolku prmjenjenu na slc.3-8, vrjed: R S T R ER + 0 = (3.-43) S ES + 0 = (3.-44) 77
T ET + 0 = (3.-45) Sumranjem zraza (3.-43), (3.-44) (3.-45) sljed: R + S + T = ER + ES + ET + 3 0 (3.-46) Buduć da se rad o smetrčnom pogonskom stanju, u skladu s oznakama prkazanm na slc 3.-8, sljed da je: E E + E = 0 (3.-47) R + S T Stoga, korštenjem (3.-47) relacja (3.-46) prelaz u sljedeć oblk: R + S + T = 3 0 (3.-48) Napon faza sljed:,,, temeljem oznaka prmjenjenh na slc 3.-8, mogu se odredt kako R S T R S T 1 = R (3.-49) j ωc 0 1 = S (3.-50) j ωc 0 1 = T (3.-51) j ωc 0 Uvrštenjem zraza (3.-49), (3.-50) (3.-51) u relacju (3.-48) sljed: 1 ( R + S + T ) = 30 (3.-5) jωc 0 Buduć da je rječ o smetrčnom pogonskom stanju, suma faznh struja jednaka je nštc, tj. vrjed da je: + = 0 (3.-53) R + S T Temeljem relacje (3.-53) sljed z zraza (3.-5) da je: 0 = 0 (3.-54) Dakle, u dealnom praznom hodu zolrane mreže, napon zvjezdšta jednak je nul, a fazn napon su jednak elektromotornm slama. U realnom slučaju pak postoj neka mala 78
nesmetrja zmeđu dozemnh (nulth) kapacteta faza (naročto kod nadzemnh mreža) te stoga uvjek postoj nek mal napon zvjezdšta zolrane mreže. Odgovarajuć fazorsk djagram napona struja za dealan prazn hod zolrane mreže prkazan je na slc 3.-9. Slka 3.-9 Fazorsk djagram napona struja za slučaj dealnog praznog hoda zolrane mreže. Neka se sada razmotr slučaj nastupa metalnog spoja npr. faze R sa zemljom. Rječ je, dakle, o nastupu zemljospoja u faz R zolrane mreže. Pr dotčnom zemljospoju premošten je dozemn (nult) kapactet dotčne faze. Napon faze R prema zemlj postao je prtom jednak nul, tj. vrjed da je: Elektromotorne sle R S T = 0 (3.-55) R E, E, E ostaju dalje nepromjenjene. Mjenjaju se prpadn fazn napon tzv. zdravh faza (faza koje nsu u kvaru). Slka 3.-10 prkazuje trofaznu nadomjesnu shemu nastupa zemljospoja u zolranoj mrež. Zvjezdšte mreže poprma također nek napon prema zemlj. Taj napon označen je s ' ' S T na slc 3.-10. Osm toga, fazn napon zdravh faza kroz nulte kapactete mreže C 0 tjeraju struje ' ' S T ' ' S T naponma za 90. (vdjet slku 3.-10). Ove su struje također kapactvne one prethode ' 0 79
Slka 3.-10 Trofazna nadomjesna shema nastupa zemljospoja. Odgovarajuća fazorska slka koja odgovara spomenutom zemljospoju prkazana je na slc 3.-11. Slka 3.-11 Fazorska slka napona struja za vrjeme nastupa zemljospoja u faz R zolrane mreže. 80
Temeljem oznaka smbolke prmjenjene na slkama 3.-10 3.-11 vrjede sljedeće relacje: ' R = 0 (3.-56) ' S ES + ' 0 = (3.-57) ' T ET + ' 0 = (3.-58) Sumranjem zraza (3.-57) (3.-58) sljed da je: ' 0 = E R (3.-59) ' S ' T ' 0 + = E + E + (.3-60) S T Temeljem relacje (3.-47) zraz (3.-60) prelaz u sljedeć oblk: ' S ' T ' 0 + = E + (3.-61) R Daljnjm korštenjem zraza (3.-59), relacja (3.-61) prelaz u konačn oblk: ' S ' T ' 0 + = 3 (3.-6) Također, buduć da vrjed zraz (3.-56), relacja (3.-6) može se napsat u pogodnjem oblku, kako sljed: ' ' ' ' 3 0 = R + S + T (3.-63) Ovaj se zraz skorštava pr prepoznavanju nastupa zemljospoja u zolranoj mrež. Name, kod zdrave mreže (delano zbalansrane u sve tr faze) vrjed da je: + = E + E + E = 0 (3.-64) R + S T R S T Dgresja: Struje u zdravm fazama S T, pr nastupu matalnog zemljospoja u faz R, mogu se odredt pomoću sljedećh zraza: ' S ' S = jωc (3.-65) 0 ' T ' T = jωc (3.-66) 0 81
stovremeno vrjed da je: ' S j150 = 3 E e (3.-67) f ' T j10 = 3 E e (3.-68) f pr čemu je: U n E f = (3.-69) 3 Temeljem relacja (3.-67) (3.-68), zraz (3.-65) (3.-66) repsektvno prelaze u sljedeće oblke: ' S j10 j90 j300 = 3 E e e ωc = 3 E ωc e (3.-70) f 0 f 0 ' T j150 j90 j40 = 3 E e e ωc = 3 E ωc e (3.-71) f 0 f 0 Struja zemljospoja jednaka je sljedećem zrazu: z ' S ' T = + (3.-7) Uvrštenjem zraza (3.-70) (3.-71) u potonju relacju te nakon sređvanja dobva se: j40 ( j300 e + e ) = 3 E ωc (3.-73) z f 0 Razrješenjem zagrada u zrazu (3.-73) dobva se konačn oblk relacje za proračun struje zemljospoja: z = j E f 3ωC 0 (3.-74) Zemljospoj se u zolranoj mrež samo sgnalzra a ne sključuje. Name, mreža s zemljospojem može nastavt rad, buduć da je trokut napona ostao sačuvan. Struje zemljospoja su relatvno malh znosa. Potrebno je pak što prje pronać sanrat mjesto zemljospoja jer postoj opasnost od nastupa drugog zemljospoja, tj. dvostrukog zemljospoja. Ovaj kvar praćen je velkm strujama opasan je za mrežu. Za prključak zemljospojne zaštte korst se naponsk mjern transformator. On se redovto nalaz u mjernom polju rasklopnog postrojenja. Uz prmarn namot dotčn naponsk transformator posjeduje občno dva sekundarna namota. Rad se o slogu (tr komada) naponskh mjernh transformatora. Sekundarn namot su nazvnog napona 100, dok je prmarn namot jednak nazvnom naponu odgovarajuće mreže. Jedan od sekundarnh namota naponskog transformatora spaja se u tzv. otvoren trokut na njemu će se dobt (mjert) 8
' napon 3 0. Rječ je o tzv. sumarnom spoju sekundarnh napona. Drug sekundarn namot naponskog transformatora spaja se u spoj zvjezda. šenaponsk namot naponskog transformatora također se spajaju u spoj zvjezda. Slka 3.-1 grafčk lustrra trofaznu shemu spoja zemljospojne zaštte na otvoren trokut sekundarnh namota naponskh mjernh transformatora. Na dotčnoj slc prkazane su standardzrane oznake namota (početak prmarnog namota nos oznake U, W a kraj prmarnog namota X, Y Z, dok se početak sekundarnog namota označava sa u, v w a kraj sekundarnog namota sa x, y z). Slka 3.-1 Trofazna shema spoja zemljospojne zaštte na otvoren trokut sekundarnh namota naponskog transformatora. od metalnog zemljospoja (kakav je prethodno razmatran), na otvorenom trokutu sekundara naponskh transformatora dobva se napon znosa 100. Taj napon se dovod relejnom uređaju zemljospojne zaštte (U 0 >). Za sgnalzacju nastupa zemljospoja u mrež korst se nadnaponsk mjern član u kombnacj s vremenskm članom, kao što je to pokazano na slc 3.-1. Name, kod nastupa metalnog zemljospoja u faz R, napon na otvorenom trokutu sekundara naponskh transformatora glas: 1 1 3 U n 3 v ' 0 = R + S + T = 3 E f = (3.-75) pu pu pu 83
Nazvn prjenosn omjer naponskog transformatora glas: U n 100 p u = (3.-76) 3 3 pr čemu je U n nazvn napon promatrane mreže. Uvrštenjem zraza (3.-76) u relacju (3.-75) sljed: 3 U n 3 v ' 0 = = 100 (3.-77) 3U n 3 100 Da b zemljospojn relej djelovao kod zemljospojeva praćenh prjelaznm otporma na mjestu kvara, proradn napon nadnaponskog člana zemljospojne zaštte mora bt podešen na vrjednost oko 40 50, tj.: [ 40 50] u (3.-78) pr0 Da b se zbjeglo nepotrebno sgnalzranje kratkotrajnh prolaznh zemljospojeva, korst se vremensk član s podešenjem: [ 3 10] t s (3.-79) 0 Proračun podešenja mjernog člana zemljospojne zaštte provod se temeljem sljedećeg zraza: U p U nes 0 ks (3.-80) p u pr čemu su: k s koefcjent sgurnost (k s > 1), U nes ukupn napon nesmetrje u mrež bez kvara; name, usljed stanovte nesmetrje elemenata mreže moguća je pojava ukupnog nesmetrčnog napona, U nes (ovaj napon se može odredt mjerenjem), dakle, vrjed: 3 0 = U nes (3.-81) p u nazvn prjenosn omjer prpadnh naponskh transformatora. Občno je u praks zadovoljena sljedeća relacja: U p nes u 5 (3.-8) 84
Stoga zraz (3.-80) poprma sljedeć oblk: u k (3.-83) p0 s 5 Občno se usvaja vrjednost koefcjenta sgurnost k s = te stoga zraz (3.-83) daje sljedeću tpčnu vrjednost podešenja mjernog člana zemljospojne zaštte: u p 10 0 = (3.-84) Također je uobčajeno usvojt sljedeće tpčno vremensko zatezanje zemljospojne zaštte (da ne b dolazlo do čestog sgnalzranja prolaznh zemljospojeva u mrež): t p0 = 5 s (3.-85) 3..3. Osjetljva usmjerena homopolarna nadstrujna zaštta Nskopodesva osjetljva usmjerena homopolarna nadstrujna zaštta služ za zašttu dstrbutvnh mreža od kratkh spojeva sa zemljom (jednopoln kratk spoj dvopoln kratk spoj s stodobnm spojem sa zemljom) u uzemljenm mrežama te zemljospoja u zolranm dstrbutvnm mrežama. Usmjerena homopolarna nadstrujna zaštta je vrlo osjetljva zaštta, koja se spaja na strujne naponske transformatore. Ona nos EC oznaku 0 >, odnosno, NS oznaku 67N. Ova zaštta za svoj rad korst čnjencu da se kod spomenuth kvarova sa zemljom razvja: trostruka nulta / homopolarna komponenta struje, 3 0 trostruka nulta / homopolarna komponenta napona, 3 0. Struja 3 0 se određuje u skladu s (3.-1). Ona je jednaka nštc u staconarnom / normalnom pogonu mreže kao u slučajevma nastupa međufaznh kratkh spojeva, tj.: 3 0 = 0 (3.-86) Za dobvanje dotčne struje 3 0, zaštta 0 > se prključuje kao homopolarna nadstrujna zaštta 0 > (vdjet podpoglavlje 3..1) na sumacon spoj prpadnh strujnh transformatora. Napon 3 0 se određuje pomoću sljedećeg zraza: 3 = + + (3.-87) 0 R S T u kojem velčne, predočuju fazne napone faza R, S T, respektvno. Zaštta R S T 0 > se stoga prključuje na otvoren trokut sekundarnh namota naponskog transformatora. U stanju bez kratkog spoja sa zemljom zadovoljena je prblžno sljedeća jednakost: 3 0 0 (3.-88) 85
Slka 3.-13 Prkaz tjeka trostrukh nulth komponent struja jednopolnoga kratkog spoja u dstrbucjskoj mrež uzemljenoj preko malog djelatnog otpornka. Oznake prmjenjene na slc 3.-13 maju sljedeća značenja: 0R nulta komponenta struje kvara koja se zatvara malm djelatnm otpornkom; rječ je o struj djelatnog karaktera, 0C nulta komponenta struje kvara koja se zatvara dozemnm / nultm kapactetma promatrane dstrbucjske mreže; ova struja je, dakako, kapactvnog karaktera. Prema slc 3.-13, strujnm transformatorma koj se nalaze u "zdravm" vodovma na koje su prključene zaštte 0 > teku samo kapactvne struje. Ove struje su usmjerene od voda k sabrncama postrojenja. Međutm, sumaconm spojem strujnh transformatora u "bolesnom" vodu (vod koj je pogođen jednopolnm kratkm spojem) struja teče od sabrnca k vodu (mjestu kvara). Ova struja sadrž, dakle, djelatnu kapactvnu komponentu. Glede načna rada promatrane nskopodesve usmjerene homopolarne nadstrujne zaštte ( 0 > ) može se odabrat: snφ spoj, cosφ spoj. od snφ spoja za djelovanje dotčne zaštte mjerodavna je kapactvna komponenta struje kvara. Stoga se ovaj spoj zaštte 0 > preferra u dstrbucjskm mrežama s zolranm zvjezdštma energetskh transformatora. U dotčnm mrežama spoj faznog vodča sa zemljom je zemljospoj, a ne jednopoln kratk spoj. Name, kod zemljospoja popratne struje kvara su kapactvnog karaktera. 87
od cosφ spoja za djelovanje nskopodesve usmjerene homopolarne nadstrujne zaštte ( 0 > ) mjerodavna je pak djelatna komponenta struje kvara. Zbog toga se ovaj spoj zaštte 0 > preferra korstt u dstrbucjskm mrežama uzemljenm preko malog djelatnog otpornka. Name, u ovm mrežama struja jednopolnoga kratkog spoja je domnantno djelatnog karaktera. alja reć da se zaštta 0 > može podest vrlo osjetljvo, jer ona stodobno korst podatke o trostrukm nultm/homopolarnm naponma strujama na mjestu svoje ugradnje. Na temelju dotčnh nulth napona struja zaštta 0 > utvrđuje smjer snage nultog redosljeda. Rječ je stoga o usmjerenoj homopolarnoj zaštt. Treba nače reć da je raspodjela nulte komponente napona po dstrbucjskoj mrež zloženoj kvaru sa zemljom vrlo jednolka ( n ). Zbog toga je nskopodesva usmjerena homopolarna nadstrujna zaštta ( 0 0 > stablna (nema tzv. "mrtvh" zona). ) vrlo Što se tče vremenskh podešenja nskopodesve usmjerene homopolarne nadstrujne zaštte ( 0 > ) vrjed sve sto što je rečeno o vremenskm podešenjma občnh homopolarnh nadstrujnh zaštta ( 0 >). djet stoga podpoglavlje 3..1. Na kraju valja reć da zaštta 0 > ne može korektno djelovat u slučaju kvara u njenm naponskm krugovma (naponsk transformator sl.). 88
Name, usljed stanovte nesmetrje elemenata mreže moguća je pojava ukupnog nesmetrčnog napona, U nes, tj.: 3 0 = U nes (3.-89) Ovaj napon se javlja u mrež bez kvara može se odredt mjerenjem. Podešenje praga napona prorade nskopodesve usmjerene homopolarne nadstrujne zaštte ( 0 > ) provod se pomoću zraza (3.-80), kako je to pokazano u podpoglavlju 3... Sve prethodno rečeno, vezano uz zraz (3.-80), vrjed ovdje. alja navest da zraz (3.-91) predstavlja krterj tzv. zdravog voda. zraz (3.-9) predstavlja pak krterj mnmalne struje strujnh transformatora. Rječ je o tzv. "lažnoj" struj, koja se javlja usljed struja magnetzranja spomenuth strujnh transformatora. Ona se občno kreće u području od 6% do 10% nazvne sekundarne struje strujnh transformatora. Na slc 3.-13 prkazan je prmjer raspodjele struja jednopolnoga kratkog spoja u dstrbucjskoj mrež uzemljenoj preko malog djelatnog otpornka. Prkazan je tjek prpadnh trostrukh nulth komponent struja. Spomenut kvar je nastupo na prozvoljno odabranom vodu broj 1 na slc 3.-13. Dstrbutvna mreža prtom sadrž već broj vodova. Na dotčnoj slc prkazana su mjesta ugradnje nskopodesve usmjerene homopolarne nadstrujne zaštte ( 0 > ). ao što je navedeno, spomenuta zaštta se prključuje na sumacon spoj prpadnh strujnh transformatora otvoren trokut pomoćnh sekundarnh namota jednopolno zolranh naponskh transformatora. 86
4. ZŠTT ENERGETSH TRNSFORMTOR Energetsk transformator je sveprsutan element rasklopnh postrojenja, trafostanca elektrana elektroenergetskog sustava na svm naponskm raznama. On ma vtalnu funkcju u elektroenergetskom sustavu predstavlja vrlo skup pojednačan element. Stoga njegova učnkovta zaštta od mogućh kvarova predstavlja važnu komponenta u cjelokupnom sustavu relejne zaštte elektroenergetskog sustava. zolacja energetskh transformatora je u pogonu zložena, osm pogonskog napona, djelovanju: prvremenh, sklopnh atmosferskh prenapona. Također je zložena procesu neumtnog starenja, te mehančkm naprezanjma do kojh dolaz usljed dnamčkh sla u uvjetma nastupa kratkh spojeva. Stoga u pogonu energetskh transformatora treba računat s mogućnošću kvara. Moguć kvarov energetskog transformatora jesu: - međufazn kratk spojev u transformatoru l na njegovm zvodma, - kratk spojev zmeđu zavoja ste faze, - kratk spojev sa zemljom (l kotlom) namota transformatora l njegovh zvoda. U pogonu su najčešć preskoc na zvodma z transformatora spojev među zavojma ste faze. Potonje kratke spojeve zazvaju vrlo strm prenaponsk valov. Čest su također preskoc l proboj prema uzemljenm djelovma energetskog transformatora. ao zaštta od navedenh kvarova energetskh transformatora mogu se upotrjebt sljedeće zaštte: dferencjalna zaštta, plnska zaštta (Buchholtzov relej), zemljospojna / homopolarna zaštta, nskopodesva vsokopodesva nadstrujna zaštta, dstantna zaštta. U slučaju nastupa navedenh kvarova, spomenuta relejna zaštta mora djelovat na prekdač u što kraćem vremenu sključt transformator (odvojt ga od svh zvora napajanja), kako b se zbjeglo razaranje kotla te curenje eventualno zapaljenje transformatorskog ulja, kao smanjenje opsega poslova pr popravku transformatora. Osm navedenh kvarova, u pogonu se još javljaju razna opasna / abnormalna stanja. To je u prvom redu preopterećenje transformatora, do kojeg može doć usljed spada drugog transformatora l vodova koj paralelno napajaju sto potrošačko područje. Znatno opasnje (nepovoljnje) su struje kratkog spoja koje teku kroz energetsk transformator usljed kvarova u napajanoj mrež (ove struje nsu posljedca kvara u samom transformatoru). od ovh opasnh (abnormalnh) stanja zahtjeva se da zaštta energetskog transformatora (NE dferencjalna zaštta) sgnalzra kvar sključ energetsk transformator prje nego l dođe do njegovog kvara, l do znatnog snženja žvotne dob zolacje transformatora. Name, žvotna dob zolacje transformatora usko je povezana s radnom temeparutom kojoj je zložena pr eksploatacj transforamtora obrnuto je proporconalna s povećanjem radne temperature. Stoga je potrebno ne zlagat zolacju transformatora povećanm toplnskm naprezanjma. Upravo ovakva toplnska naprezanja zolacje transformatora posljedca su velkh struja 91
kvara (Jouleov gubc u namotma) koje prolaze kroz transformator pr napajanju kvara u nekom od njegovh zvoda u napajanoj mrež (nje rječ o kvaru u samom transformatoru). Za zašttu od nedozvoljenh stanja preopterećenja energetskog transformatora najčešće se prmjenjuje: termčka zaštta. Za zašttu energetskog transformatora od struja tzv. vanjskh kratkh spojeva (kvarov zvan al u blzn energetskog transformatora) najčešće se prmjenjuje: nadstrujna zaštta (sa strujno nezavsnom vremenskom karakterstkom) l dstantna zaštta. alja naglast da je dferencjalna zaštta ujedno temeljna relejna zaštta energetskog transformatora, dok su ostale navedene zaštte prčuvne /l dopunske zaštte. Prlkom prmjene dferencjalne zaštte energetskh transformatora, zmeđu ostalog, treba vodt računa o sljedećm značajkama: - broju namota, njhovom spoju načnu uzemljenja, - struj magnetzranja energetskog transformatora; ovo je prrodna pojava koja je prsutna kod svh energetskh transformatora, - razlčtm naponskm raznama prmarne sekundarne ( tercjarne ako postoj) strane energetskog transformatora, rad čega se moraju prmjent strujn transformator razlčth prjenosnh omjera karakterstka, - faznom pomaku zmeđu struja napona zmeđu prmarne sekundarne ( tercjarne) strane energetskh transformatora grupe spoja zvjezda trokut (tj. treba vodt računa o grup spoja transformatora), - regulacj napona na všenaponskom namotu energetskog transformatora, - faznm pomacma regulacj napona kod regulacjskh transformatora. U nastavku će se znjet detaljan prkaz načna prmjene dferencjalne zaštte dvonamotnh tronamotnh trofaznh energetskh transformatora. Usputno će se spomenut neke od preostalh zaštta koje su prethodno navedene prmjenjuju se u sustavu relejne zaštte energetskh transformatora. 4.1. Dferencjalna zaštta energetskog transformatora Dferencjalna zaštta predstavlja, dakle, osnovnu (temeljnu) zašttu energetskog transformatora. Njena EC oznaka glas d, dok je njena NS oznaka 87T. Dferencjalna zaštta ma strogo defnranu zonu štćenja (zašttnu zonu), koja je omeđena strujnm transformatorma na koje se ona prključuje. Sve što se nalaz u području zmeđu spomenuth strujnh transformatora jest zaštćeno prmjenjenom dferencjalnom zašttom (štćen objekt, tj. sam energetsk transformator te do prmarnog strujnog kruga do strujnh transformatora s obje strane energetskog transformatora). Dakle, dferencjalna zaštta ma strogo omeđenu zonu svog djelovanja / štćenja. 9
Dferencjalna zaštta mora djelovat sključvo u slučaju kvarova unutar svoje zašttne zone (kvarov na potezu zmeđu strujnh transformatora na koje je prključena). Dakle, rječ je o kvarovma u samom štćenom objektu (energetskom transformatoru) kvarovma na prmarnm spojnm vodovma na potezu od energetskog transformatora do strujnh transformatora s obje strane. U slučaju kvarova zvan štćene zone, dferencjalna zaštta ne smje djelovat. Buduć da je energetsk transformator element koj povezuje mreže dvju (l čak trju) razlčth naponskh razna, njegova nazvna struja na prmarnoj sekundarnoj ( tercjarnoj ako postoj) stran neće bt jednake. Njhove prmarne struje su standardzrane tako da je u većn slučajeva nemoguće dealno prlagođenje strujnh transformatora prjenosnom omjeru energetskog transformatora. Osm toga, potrebno je prmjent strujne transformatore s razlčtm nazvnm prjenosnm omjerma na svakom od namota / strana energetskog transformatora, na koje će se prključt dferencjalna zaštta. ao posljedca prmjene strujnh transformatora razlčth nazvnh prjenosnh omjera on će nužno mat razlčte ostale tehnčke podatke: nazvne snage, karakterstke magnetzranje jezgre tome sl. Ovo će mat značajan utjecaj na osjetljvost sgurnost prorade dferencjalne zaštte transformatora. Osm toga, kod razlčth grupa spojeva (zvjezda trokut) razlčt je fazn pomak struja s njegove všenaponske nženaponske strane. Zbog toga su potrebn strujn međutransformator za prlagođenje sekundarnh struja strujnh transformatora po znosu faznom kutu. On mogu bt prsutn kao fzčke jednce (u slučaju prmjene elektromehančke statčke dferencjalne zaštte) l pak softversk mplementran na razn numerčkog dferencjalnog releja. Još teže su prlke kod regulacjskh transformatora kod kojh se prjenosn odnos mjenja tjekom pogona, te ne odgovara prjenosnom omjeru za koj su prlagođen / odabran strujn međutransformator. O svemu spomenutom, zmeđu ostalog, valja vodt računa pr prmjen dferencjalne zaštte energetskh transformatora. 4.1.1. Teorjske osnove stablzrane dferencjalne zaštte Osnovn element dferencjalne zaštte energetskog transformatora jest stablzran dferencjaln relej. On djeluje na temelju usporedbe struja koje ulaze zlaze z štćenog objekta (zašttne zone). Sastoj se od: - stablzacjske grane, - dferencjalne grane. Na slc 4.1-1 prkazana je nadomjesna shema načna prključka stablzranog dferencjalnog releja. On je prključen sa sekundarne strane strujnh transformatora (ST 1 ST ), koj su ugrađen na obje strane štćenog objekta, tj. energetskog transformatora. Strujn transformator ST 1 ST dakle određuju / omeđuju područje štćenja prpadnog m dferencjalnog releja. S oznakom S na slc 4.1-1 je označena stablzacjska grana, a s oznakom D dferencjalna grana stablzacjskog dferencjalnog releja. 93
Slka 4.1-1 Grafčka lustracja načna prključka stablzrane dferencjalne zaštte. arakterstčan zgled proradne karakterstke dferencjalnog releja prkazana je na slc 4.1-. Osm toga, na slc 4.1- prkazane su vrste pogrešaka u mjerenju stablzrane dferencjalne struje, koje su posljedca: (1) struje magnetzranja energetskog transformatora; () strujno zavsnh pogrešaka strujnh transformatora na obje strane štćenog objekta (tj. nesavršenost strujnh transformatora); (3) razlčth prjenosnh omjera strujnh transformatora na N NN stran energetskog transformatora, te utjecaja regulacje napona na N stran transformatora (ako postoj). Slka 4.1- arakterstčan zgled proradne karakterstke stablzrane dferencjalne zaštte. 94
Oznake upotrjebljene na slc 4.1- maju sljedeća značenja: s stablzacjska struja (l tzv. struja držanja); teče kroz stablzacju granu dferencjalnog releja (grana označena s oznakom S na slc 4.1-1), d dferencjalna struja; teče kroz dferencjalnu granu dferencjalnog releja (grana označena s oznakom D na slc 4.1-1). Obje navedene struje zražene su kao všekratnc nazvne struje dferencjalnog releja ( nr ), koja može bt 1 l 5. Ovo je standardna praksa kod prkaza zašttnh karakterstka dferencjalne zaštte. Na slc 4.1- osjenčano je označeno područje djelovanja dferencjalne zaštte (koje predstavlja do znad proradne karaktertke). Ukolko radna točka stablzrane dferencjalne zaštte "padne" u osjenčano područje na slc 4.1-, dferencjaln relej djeluje, jer je rječ o kvaru unutar štćenog područja (ukolko su, naravno, pravlno odabran parametr koj defnraju radnu / proradnu karakterstku dferencjalnog releja). Ukolko se radna točka nalaz spod proradne karakterstke prema slc 4.1- (rječ je o vanjskom kvaru pr kojem dferencjalna zaštta ne smje djelovat) dferencjaln relej se nalaz u području stablzacje ne djeluje na takav kvar. Proradna / radna karakterstka dferencjalnog releja, prema slc 4.1-, defnra se s dva parametra koj se zražavaju u postocma (%). To su: - osnovno podešenje (g), koje uzma u obzr strujno nezavsne pogreške, - koefcjent stablzacje (v), koj uzma u obzr strujno zavsne pogreške (strujnh transformatora na koje je relej prključen). Spomenut parametr defnraju se sljedećm zrazma: d g = 100, pr s = 0 (4.1-1) nr s s f = a f = 1 nr = nr v 100, pr a > 1 a 1 (4.1-) pr čemu su: d, s dferencjalna stablzacjska struja (tzv. struja držanja), respektvno, f funkcjska veza oblka d / nr = f( s / nr ). Temeljem zraza (4.1-1) uočava se da je osnovno podešenje (g) radne karakterstke defnrano kao postotak dferencjalne (sklopne) struje d prema nazvnoj struj releja nr, pr stablzacjskoj struj jednakoj nul ( s = 0). Može se občno podešavat u području 0 50 %, tj. vrjed: [ 0 50] g % (4.1-3) zbor parametra osnovnog podešenja (g) odnos se na zadovoljenje uvjeta da dferencjalna zaštta ne prorađuje usljed prsutnh nesavršenost strujnh transformatora na 95
koje je prključena, kao što su: razlke u njhovm prjenosnm omjerma, tehnčkm značajkama, krvuljama magnetzranja tome sl. oefcjent stablzacje (v), defnran prema zrazu (4.1-), odgovara koefcjentu smjera pravca na radnoj / proradnoj karakterstc (vdjet slku 4.1-) znad koljena, tj.: v = tgα 100 (4.1-4) On se občno može podešavat u sljedećem području: [ 0 50] v % (4.1-5) Ovaj parametar uvažava čnjencu da dferencjalna zaštta ne smje djelovat u slučaju zasčenja jednog l obaju strujnh transformatora (prmjerce stosmjernom komponentom struje kratkog spoja) pr nastupu kvara zvan štćenog područja. Stuacja nastupa kvara u području zmeđu strujnh transformatora ST 1 ST (dakle, unutar štćenog područja dferencjalne zaštte prema slc 4.1-1), a ukolko se dotčn kvar napaja s obje strane, grafčk je lustrrana na slc 4.1-3. Na dotčnoj slc prkazana je raspodjela struja kvara u prmarnom sekundarnom krugu, za slučaj nastupa spomenutog kvara (kratkog spoja) unutar štćenog područja. Slka 4.1-3 Raspodjela struje u prmarnom sekundarnom krugu dferencjalne zaštte kod kvara unutar štćenog područja dvostranog napajanja. Struje u stablzacjskom dferencjalnom krugu (granama) dferencjalne zaštte (u skladu s oznakama smbolkom prmjenjenom na slc 4.1-3) respektvno znose: ' s 1 = (4.1-6) 96
' d = + (4.1-7) 1 pr čemu su: 1 - sekundarna struja strujnog transformatora ST 1, - sekundarna struja strujnog transformatora ST, d se, name, da se struje u stablzacjskoj gran umanjuju, a u dferencjalnoj gran se ' povećavaju. Radna točka dferencjalnog releja, defnrana kao ( s ) bt će stoga u području prorade (znad radne karakterstke dferencjalnog releja prema slc 4.1-) dferencjaln relej će proradt te će sključt štćen objekt s obje strane. Djelovanje dferencjalnog releja se odvja bez vremenskog zatezanja, tj. u osnovnom vremenu djelovanja samog releja (tzv. vlastto vrjeme djelovanje releja). ', d Stuacja nastupa kvara zvan područja omeđenh strujnm transformatorma ST 1 ST (dakle, zvan štćenog područja dferencjalne zaštte prema slc 4.1-1), a ukolko se dotčn kvar napaja s obje strane, grafčk je lustrrana na slc 4.1-3. Na dotčnoj slc prkazana je ponovno raspodjela struja kvara u prmarnom sekundarnom krugu, za slučaj nastupa spomenutog kvara (kratkog spoja). Slka 4.1-4 Raspodjela struje u prmarnom sekundarnom krugu dferencjalne zaštte kod kvara zvan štćenog područja dvostranog napajanja. Odgovarajuće struje u stablzacjskoj dferencjalnoj gran (temeljem oznaka smjerova struja prkazanh na slc 4.1-4), u ovom slučaju, respektvno znose: 1 + " s = (4.1-8) " d = (4.1-9) 1 97
Struja u stablzacjskog gran se u ovom slučaju povećava, dok se struja u dferencjalnoj " gran smanjuje tme radna točka releja ( s ) "pada" u područje stablzacje (spod radne ", d karakterstke dferencjalnog releja prema slc 4.1-) stoga dferencjaln relej neće proradt. To je sasvm u redu, jer kvar nje unutar njegove nadležnost. Stuacja dentčna ovoj prkazanoj na slc 4.1-4 javla b se u slučaju jednostranog napajanja te nastupa kvara zvan štćenog područja. U slučaju pak nastupa kvara unutar štćenog područja jednostranog napajanja, struja kvara ulaz u štćeno područje samo sa strane napajanja. S druge strane štćenog objekta nema struje. Dakle, u ovom slučaju radna točka releja nalazt će se znad proradne karakterstke relej će djelovat. To je sasvm u redu. Modern (numerčk) uređaj dferencjalne zaštte posjeduju relatvno složenj oblk radne karakterstke, koja omogućuje kvaltetnju zašttu energetskog transformatora. Prmjer radne karakterstke numerčkog dferencjalnog releja prkazan je na slc 4.1-5. Na dotčnoj slc područje djelovanja dferencjalne zaštte prkazano je zatamnjeno (osjenčano). Ono se nalaz znad radne karakterstke stablzacjskog stupnja dferencjalne zaštte. spod dotčne radne karakterstke nalaz se područje stablzacje (ne djelovanja) dferencjalne zaštte. Slka 4.1-5 Radna karakterstka numerčke dferencjalne zaštte. Prema slc 4.1-5, radna karakterstka stablzacjskog stupnja dferencjalne zaštte sastoj se od tr djela. Ona je prkazana sljedećm velčnama: -DFF> - osnovno podešenje (odgovara prethodno uvedenoj velčn g), BSE PONT 1 nultočka 1. kosog pravca, SLOPE 1 koefcjent smjera (koefcjent stablzacje) 1. kosog pravca, 98
BSE PONT nultočka. kosog pravca, SLOPE koefcjent smjera (koefcjent stablzacje). kosog pravca, -DFF>> - nestablzran stupanj dferencjalne zaštte. alja navest da se velčnama BSE PONT 1 SLOPE 1 (ove velčne defnraju 1. pravac) ostvaruje stablzacja u odnosu na strujnu pogrešku strujnh transformatora, te kod regulacjskh transformatora na strujnu pogrešku usljed promjene prjenosnog omjera. elčnama BSE PONT SLOPE (one defnraju. pravac) ostvaruje se stablzacja u području većh struja koje mogu zazvat zasćenje strujnh transformatora. elčna -DFF>> defnra tzv. nestablzran stupanj dferencjalne zaštte koj se odnos na djelovanje dferencjalne zaštte u slučaju kvarova unutar štćenog područja koj su praćen vrlo velkm znosma struja kvara. Osm navedenog, može se korstt dodatna stablzacja (engl.: add-on stablzaton). Rječ je o dnamčkoj stablzacj koja se aktvra pr kvarovma zvan štćenog područja. Name, stosmjerna komponenta struje kratkog spoja može zazvat značajno zasćenje glavnh strujnh transformatora (ST 1 ST ). Dotčna stosmjerna komponenta struje se prgušuje odgovarajućom vremenskom konstantom. Razvja se popratna prjelazna pojava u dotčnm strujnm transformatorma. Njhovo zasćenje ne nastupa odmah u momentu nastupa kvara, već nešto kasnje. Radna točka dferencjalne zaštte određena je znosma dferencjalne stablzacjske struje. Do momenta zasćenja zmjenčna komponenta struje kvara protječe, dakako, prmarnm namotma glavnh strujnh transformatora. Odgovarajuća radna točka za ovo stanje označena je na slc 4.1-6 s oznakom B. 99
Slka 4.1-6 retanje radne točke dferencjalne zaštte pr zasćenju jednog od glavnh strujnh transformatora područje dodatne stablzacje. Na dotčnoj slc prkazano je dnamčko kretanje radne točke do momenta zasćenja spomenuth strujnh transformatora (od do B). Oznaka -DD ON STB. na slc 4.1-6 predstavlja vrjednost dnamčke stablzacjske struje (koja se podešava na uređaju numerčke zaštte) znad koje će se uključt spomenuta dodatna stablzacja. Na slc 4.1-6 prkazano je također daljnje kretanje radne točke, prmjerce, pr zasćenju jednog od navedenh strujnh transformatora. Rječ je o točk C. Ona se nalaz u području djelovanja promatrane dferencjalne zaštte. Dakle, u ovom slučaju došlo b do prorade dferencjalne zaštte, ako je kvar zvan štćenog područja. To, naravno, nje u redu. Zato se korst spomenuta dodatna stablzacja. ao što se vd sa slke 4.1-6, područje dodatne stablzacje je s gornje strane ogrančeno 1. kosm pravcem (velčne BSE PONT 1 SLOPE 1) spomenutog stablzacjskog stupnja promatrane dferencjelne zaštte. alja navest da se ndkator dodatne stablzacje aktvra tjekom prve četvrtne perode (5 ms) od momenta nastupa kvara zvan štćenog područja. Prtom se blokra djelovanje dotčne dferencjalne zaštte kroz određeno vrjeme koje se može podest na samom uređaju. Međutm, ukolko se dogod da se prpadna radna točka stablno kreće u području djelovanja dferencjalne zaštte tjekom dvju peroda (40 ms) tada se brše spomenuta blokada. To znač da je u štćenom području nastupo tzv. evolurajuć kvar (on može bt posljedca prje nastalog kvara zvan štćenog područja). Tada, name, dferencjalna zaštta djeluje na prje opsan načn. Pored svega navedenog, rad dodatne sgurnost, pr energzacj transformatora moguće je odabrat povećanje proradnh vrjednost stablzacjskog stupnja promatrane dferencjalne zaštte. Na slc 4.1-7 prkazane su spomenute radne karakterstke stablzacjskog stupnja dferencjalne zaštte. 100
Slka 4.1-7 Povećanje proradnh vrjednost stablzacjskog stupnja (karakterstka b) pr energzacj transformatora. S oznakom a) je označena dotčna karakterstka za redovno / uobčajeno stanje transformatora, a s oznakom b) radna karatkerstka pr njegovj energzacj. Name, općento pr energzacj štćenog objekta (transformatora) remanentn / zaostal magnetsk tok u glavnm strujnm transformatorma može zazvat njhovo dodatno zasćenje, što može mat dodatn nepovoljn utjecaj na korektno djelovanje dferencjalne zaštte, pr kvarovma zvan njenog štćenog područja. alja navest da se pr ukapčanju energetskog transformatora u stanje praznog hoda blokra djelovanje dferencjalnog releja. Razlog tome je što se pr ukapčanju energetskog transformatora u prazn hod javlja struja magnetzranja, koja se manfestra kao dferencjalna struja. Name, struja magnetzranja ulaz s jedne strane štćenog objekta al ne zlaz s druge strane, što dferencjalna zaštta tumač kao dferencjalu struju (struju kvara unutar štćenog objekta). Slčna stuacja je prethodno opsana javlja se kod kvara unutar štćenog područja jednostranog napajanja. Struja magnetzranje može poprmt značajne vrjednost u ovm slučajevma, koje prelaze vrjednost osnovnog podešenja proradne karakterstke dferencjalnog releja. Stoga b dferencjaln relej djelovao. sključenje transformatora od strane dferencjalnog releja pr njegovom uključenju u prazn hod blo b pogrešno. Stoga je potrebno osgurat njegovo blokranje pr uključvanju energetskog transformatora u stanje praznog hoda. U tu svrhu korst se postojanje značajnog znosa struje drugog harmonka u struj uklapanja transformatora. Slka 4.1-8 prkazuje karakterstčn zgled krvulje struje magnetzranja, pr ukapčanju energetskog transformatora u stanje praznog hoda. Slka 4.1-8 Grafčk zgled karakterstčne krvulje struje magnetzranja energetskog transformatora pr ukapčanju u prazn hod. Struja magnetzranja, koja u većoj l manjoj mjer sadrž udo. harmonka, javlja se u sljedećm stuacjama: a) ukapčanje transformatora u prazn hod, b) nagl spad tereta l sključenje blskog kratkog spoja, c) uključenje paralelnog transformatora u prazn hod (smpatetčko magnetzranje). 101
Jednako tako, pr porastu napona u mrež (l promjen regulacjske preklopke všenaponskog namota kod transformatora s regulacjom napona) javlja se u struj praznog hoda transformatora značajn udo struje neparnh harmonka (treč pet harmonk). Ova čnjenca se također korst za blokranje djelovanja dferencjalne zaštte. Naduzbuda transformatora (engl.: overexctaton), koja je praćena većm l manjm udjelom 3. 5. harmonka u struj energetskog transformatora, javlja se u sljedećm stuacjama: a) kod povšenja napona u mrež, b) kod smanjenja frekvencje u mrež. Za otkrvanje spomenuth struja drugog, trečeg petog harmonka rabe se odgovarajuć pojasn flter koj se nalaze u sastavu dferencjalnog releja. On mogu bt zveden (kod numerčkog releja) u vdu odgovarajućeg softvera koj provod kontnuranu Fourerovu transformacju nad strujama te na taj načn određuje sadržaj (udo) pojednh harmonka. alja naglast da se kod modernh energetskh transformatora novjh zvedb, zbog upotrebe vrlo kvaltetnh feromagnetskh lmova kao zbog otptmranja njhove zvedbe, značajno smanjuje udo drugog harmonka u struj magnetzranja energetskog transformatora. Javlja se stoga problem pr dentfcranju stanja ukapčanja u prazn hod energetskog transformatora korštenjem postupka analze udjela drugog harmonka. Javljaju se stoga neke nove metode prepozvanja ovog stanja. Jedna od popularnh metoda bazrana je na umjetnm neuronskm mrežama (engl.: rtfcal Neural Networks, NN). Name, umjetna neuronska mreža se trenra (blo stvarnm podacma mjerenja struje ukapčanja energetskog transformatora l podacma koj su rezultat numerčkh proračuna prjelazngh procesa ukapčanja transformatora) da nauč prepoznat stanje ukapačanja energetskog transformatora u prazn hod. Osnovn koncept umjetnh neuronskh mreža dan je u Prlogu. alja naglast da je ovaj prstup još uvjek u faz razvoja trenutno ne postoje na tržštu numerčk dferencjaln relej koj b mplementral ovaj prstup. Na kraju treba reć, da se nakon djelovanja dferencjalne zaštte energetsk transformator ne smje ponovno uključt na mrežu prje nego l se on spta utvrd uzrok djelovanja dferencjalne zaštte. 4.1.. Dferencjalna zaštta dvonamotnog transformatora Dvonamotn trofazn energetsk transformator se vrlo često korste u elektroenergetskom sustavu, posebce u dstrbucjskoj mrež te kao blok transformator u elektranama. Dferencjalna zaštta dvonamotnog energetskog transformatora prmjenjuje se u tzv. dvje točke opsat će se u nastavku. Slka 4.1-9 grafčk lustrra pojednostavljenu jednopolnu nadomjesnu shemu prključka dferencjalne zaštte dvonamotnog energetskog transformatora. Osnovn podac dvonamotnog energetskog transformatora jesu: S n nazvna snaga, 10
U n1 nazvn napon N strane, U n nazvn napon NN strane, regt opseg regulacje N namota energetskog transformatora u %-cma, grupa spoja (npr. YNd5). Slka 4.1-9 Pojednostavljena jednopolna nadomjesna shema prključka dferencjalne zaštte dvonamotnog energetskog transformatora. Oznake upotrjebljene na slc 4.1-9 maju sljedeća značenja: ST 1 strujn transformator na N stran energetskog transformatora, ST strujn transformator na NN stran energetskog transformatora, p 1 prjenosn omjer strujnog transformatora ST 1, p prjenosn omjer strujnog transformatora ST, MT 1 strujn međutransformator zmeđu strujnog transformatora ST 1 dferencjalnog releja, MT strujn međutransformator zmeđu strujnog transformatora ST dferencjalnog releja, r 1 prjenosn omjer strujnog međutransformatora MT 1, r prjenosn omjer strujnog međutransformatora MT, nr nazvna struja dferencjalnog releja (1 l 5 ). Pr projektranju dferencjalne zaštte dvonamotnog transformatora potrebno je, zmeđu ostalog, odredt sljedeće velčne: prjenosne omjere strujnh transforamtora ST 1 ST (p 1 =? p =?), prjenosne omjere strujnh međutransformatora MT 1 MT (r 1 =? r =?) njhove grupe spoja. Nazvn prjenosn omjer strujnog transformatora (ST 1 ST ) defnran je općento sljedećm zrazom: 103
p 1n = (4.1-10) 1n u kojem su: 1n nazvna prmarna struja strujnog transformatora u, 1n nazvna sekundarna struja strujnog transformatora u (može bt 1 l 5 ). zbor nazvne prmarne struje 1n strujnog transformatora ST 1 provod se na temelju nazvne struje energetskog transformatora na njegovoj všenaponskoj (N) stran. Nazvna struja energetskog transformatora na njegovoj N stran određuje se sljedećm zrazom: ntr1 S = (4.1-11) n 3 U n1 odnosno, ukolko je rječ o regulacjskom transforamtoru korst se sljedeć zraz: ntr1 Sn = (4.1-1) 3 U 1 pr čemu je: U 1 U1max U1mn = (4.1-13a) U U U max mn 1 = (4.1-13b) U max + U mn gdje su: U 1max maksmaln napon na N stran energetskog transformatora, U 1mn mnmaln napon na N stran energetskog transformatora. Ov napon posljedca su regulacje napona (regulacjska preklopka) na N stran energetskog transformatora. alja naglast da je relacja (4.1-13b) preporučena od strane prozvođača releja SEMENS. Na temelju zračunate vrjednost ntr1, korštenjem zraza (4.1-11) l pak (4.1-1), određuje se nazvna prmarna struja 1n strujnog transformatora ST 1. orste se prtom podac o standardnm vrjednostma nazvnh prmarnh struja strujnh transformatora z tablce.1.1 (vdjet podpoglavlje.1.1). alja naglast da se pr zboru standardne vrjednost nazvne prmarne struje strujnog transformatora (tablca.1.1) treba vodt računa o čnjenc da su strujn transformator građen tako da trajno mogu zdržat strujno preopterećenje u znosu od 0 %. eć je prethodno blo spomenuto da nazvna sekundarna struja ( 1n ) strujnog transforamtora ST 1, temeljem tablce.1. (vdjet podpoglavlje.1.1) može mat vrjednost 1 l 5. Njen zbor ovst će prvenstveno o duljn vrst sekundarnog ožćenja (na potezu sekundar strujnog transformatora ST 1 dferencjaln relej), naponskoj razn, kao o nazvnoj struj dferencjalnog releja ( nr ). 104
zbor nazvne prmarne struje 1n strujnog transformatora ST provod se na temelju nazvne struje energetskog transformatora na njegovoj nženaponskoj (NN) stran. Nazvna struja energetskog transformatora na njegovoj NN stran određuje se sljedećm zrazom: ntr S = (4.1-14) n 3 U n ko na NN stran energetskog transformatora postoj mogućnost regulacje napona, odgovarajuć napon u zrazu (4.1-14) se računa kao srednja geometrjska vrjednost maksmalnog mnmalnog napona, kako je to pokazano u zrazu (4.1-13) za slučaj regulacje napona na N stran. Na temelju relacje (4.1-11) a uvažavajuć standardne vrjednost nazvnh prmarnh struja z tablce.1.1 (vdjet podpoglavlje.1.1) određuje se nazvna prmarna struja ( 1n ) strujnog transformatora ST. Ponovno valja uvažt čnjencu da su strujn transformator građen tako da trajno mogu zdržat strujno preopterećenje u znosu od 0 %. ao što je već spomenuto, nazvna sekundarna struja ( n ) strujnog transforamtora ST, temeljem tablce.1. (vdjet podpoglavlje.1.1) može mat vrjednost 1 l 5. Njen zbor ovst će ponovno o duljn vrst sekundarnog ožćenja (na potezu sekundar strujnog transformatora ST dferencjaln relej), naponskoj razn, kao o nazvnoj struj dferencjalnog releja ( nr ). Zajednčka europska praksa (zuzev elke Brtanje, Rusje Rumunjske) jest da se sekundarn namot strujnh transformatora redovto spajaju u spoj zvjezda. Zvjezdšte je prtom okrenuto prema sabrncama uzemljeno. lustracja načna spoja uzemljenja sekundarnh namota strujnh transformatora prkazana je na slc 4.1-10. Uzemljuju se, dakle, "k" stezaljke strujnh transformatora, kao što je to pokazano na slc 4.1-10. Slka 4.1-10 lustracja načna spoja uzemljenja sekundarnh namota strujnh transformatora. Strujn međutransformator, kao što je prethodno rečeno, služe za prlagođenje sekundarnh struja strujnh transformatora spred za energetskog transformatora (ST 1 ST ) po znosu faznom kutu. Redovta je praksa da se prmjenjuju dva strujna međutransformatora (po jedan sa svake strane dvonamotnog energetskog transformatora). On se prmjenjuju kao samostalne fzčke jednce kod projektranja dferencjalne zaštte energetskh transformatora, u slučaju da je dferencjaln relej elektromehančke l statčke zvedbe. U slučaju numerčkog dferencjalnog releja nje potrebna fzčka prmjena strujnh 105
međutransformatora. Njhova uloga se u tom slučaju zadaje softversk (algortamsk u samom numerčkom releju). Strujn međutransformator za prmjenu u dferencjalnoj zaštt zvode se kao jednofazne jednce. Odgovarajućm spajanjem trju međutransformatora dobje se trofazn međutransformator. Ovo je grafčk lustrrano na slc 4.1-11. Na spomenutoj slc prkazan je konkretno strujn međutransformator MT 1, koj se nalaz zmeđu glavnog strujnog transformatora ST 1 dferencjalnog releja (vdjet također slku 4.1-9). Slka 4.1-11 Shema spoja tr jednofazna strujna međutransformatora kod prmjene u dferencjalnoj zaštt dvonamotnh transformatora. Oznake prmjenjene na slc 4.1-11 maju sljedeća značenja: 1 sekundarna struja strujnog transformatora ST 1, ' - prmarna struja jednog jednofaznog strujnog međutransformatora, 1 " - sekundarna struja jednog jednofaznog strujnog međutransformatora, r1 struja dferencjalnog releja. Buduć da su strujn mređutransformator jednofazne jednce prjenosn omjer m je defnran odnosnom struja koje teku kroz pojedn jednofazn strujn međutransformator, kako sljed: ' 1 " 1 r 1 = (4.1-15) 106
Na kraju valja naglast da, temeljem smbolke oznaka prmjenjenh na slc 4.1-11, struja dferencjalnog releja za konkretn slučaj spoja strujnog međutransformatora znos: " r 1 3 r = (4.1-16) Namot jednofaznh strujnh međutransformatora mogu bt međusobno spojen u spoj zvjezda l pak u spoj trokut. Ovo je također prkazano na slc 4.1-11. Prmarn namot međutransformatora spajaju se redovto u spoj zvjezda. Prtom se ovo zvjezdšte spaja s odgovarajućm zvjezdštem sekundarnh namota strujnh transformatora uzemljuje samo na jednom mjestu. Tropolna shema spoja strujnh međutransformatora načna uzemljenja njhova zvjezdšta prkazana je na slc 4.1-1. Slka 4.1-1 Tropolna shema spoja strujnh međutransformatora načn uzemljenja njhova zvjezdšta. Na dotčnoj slc se upravo uočava usvojena praksa spajanja sekundarnh namota strujnh transformatora prmarnh namota strujnh međutransformatora u zvjezdu te njhovo međusobno povezvanje uzemljenje na samo jednom mjestu. Za fazno prlagođenje (zjednačenje faznh pomaka) preostaju stoga samo razlčt spojev sekundarnh namota strujnh međutransformatora. Spajanjem prmarnh namota strujnh međutransformatora u spoj zvjezda uzemljenjem navedenh zvjezdšta omogućeno je zatvaranje nulte komponente sekundarne struje kroz prmarn namot međutransformatora MT 1 (vdjet slku 4.1-1). Ova nulta komponenta sekundarne struje posljedca je prmjerce nastupa jednopolnoga kratkog spoja na N stran energetskog transformatora, zvan zone štćenja dferencjalne zaštte. Da se navedena nulta komponenta struje ne b prenosla na stranu međutransformatora gdje je prključen dferencjaln relej, potrebno je sekundarn namot dotčnog strujnog međutransformatora (MT 1 ) spojt u spoj trokut. Unutar ovog trokuta zatvara se spomenuta 107
nulta komponenta struje ne ulaz u dferencjaln relej. To je povoljno jer b ona mogla zazvat krvu proradu dferencjalne zaštte. Prema tome, ako je zvjezdšte energetskog transformatora na promatranoj stran uzemljeno (N strana u promatranom prmjeru energetskog transformatora sa slke 4.1-9 4.1-1), l postoj vjerojatnost da će se uzemljt, odgovarajuć strujn međutransformator treba bt grupe spoja zvjezda trokut, tj. dferencjaln relej se treba nalazt za namota spojenh u trokut. Ovo je zorno lustrrano na slc 4.1-1. Što se tče spoja sekundarnh namota strujnog međutransformatora MT on može bt takav da su struje koja ulaze zlaze z dferencjalnog releja tjekom normalnog pogona, kao za vrjeme kvarova zvan štćenog područja međusobno u faz. U konkretnom slučaju to može bt spoj zvjezda (vdjet slku 4.1-1). Strujnm međutransformatorma MT 1 MT određen su dakle načn spojeva prmarnh sekundarnh namota. Pr odabru spomenuth grupa spoja valja poštvat prethodno navedena pravla. Preostaje stoga još odredt njhove satne brojeve koj su, naravno, vezan uz odabrane grupe spoja njhovh namota. Na slc 4.1-13 prkazan je štćen energetsk transformator grupe spoja YNd5. Potrebno je, dakle, odredt grupe spoja (satne brojeve) međutransformatora MT 1 MT. Slka 4.1-13 Određvanje grupa spoja strujnh međutransformatora MT 1 MT. Novo uvedene oznake prmjenjene na slc 4.1-13 maju sljedeća značenja: x 1 satn broj strujnog međutransformatora MT 1, x satn broj strujnog međutransformatora MT. Neka se uoč prozvoljna točka (vdjet slku 4.1-13). Od te točke do dferencjalnog releja postoje dva puta kojma se zatvara struja. Da b se u normalnom stanju, kao u slučaju kvara 108
zvan štćenog područja, mogle uspoređvat stofazne struje koje ulaze zlaze z dferencjalnog releja mora bt zadovoljena sljedeća jednakost: x 1 = 5 + x (4.1-17) Moguća rješenja jednadžbe (4.1-17), koja zadovoljavaju uvjete postavljene prethodno zrabranm grupama spoja namota strujnh međutransformatora, jesu: a) x = 0 x1 = 5 b) x = x 11 6 1 = U slučaju pod a) strujn međutransformator MT 1 jest grupe spoja Yd5, dok je strujn međutransformator MT grupe spoja Yy0. Ovo rješenje ujedno je grafčk lustrrano na slc 4.1-1. U slučaju pod b) strujn međutransformator MT 1 jest grupe spoja Yd11, dok je strujn međutransformatora MT grupe spoja Yy6. Rješenja pod a) b) su jednako vrjedna mogu se prmjent u spomenutom slučaju projektranja dferencjalne zaštte dvonamotnog energetskog transformatora grupe spoja YNd5. Strujnm međutransformatorma MT 1 MT preostaje još odredt samo nazvne prjenosne omjere r 1 r, respektvno. Name, prethodno određenm grupama spoja ( satnm brojevma) strujnh međutransformatora MT 1 MT osgurano je prlagođenje sekundarnh struja (strujnh transforamtora ST 1 ST ) po faznom kutu (faznom pomaku). Odabrom nazvnh prjenosnh omjera strujnh međutransformatora MT 1 MT ostvart će se potrebno prlagođenje sekundarnh struja po znosu (ampltud). Na taj načn omogućeno je da u dferencjaln relej ulaze sekundarne struje koje su međusobno prlagođene po znosu po faznom kutu. Nazvn prjenosn omjer strujnh međutransformatora određuje se z uvjeta da sekundarne struje međutransformatora koje teku kraz stablzacjsku granu releja budu u normalnom pogonu jednake po znosu (naravno po faz), te da kod nazvnog opterećenja energetskog transformatora kroz relej teče nazvna struja releja. orst se prtom općento sljedeć zraz: Sn rj = ksp nr ; j = 1,. (4.1-18) 3 U p n j j pr čemu su: r j nazvn prjenosn omjer strujnog međutransformatora prključenog na j-toj, j = 1,, stran energetskog transformatora, S n nazvna snaga energetskog transformatora u k, U nj nazvn napon j-te, j = 1,, strane energetskog transformatora u k; ukolko je energetsk transformator regulacjsk može se korstt odgovarajuća srednja geometrjska vrjednost maksmalnog mnmalnog prpadnog napona, sukladno relacj (4.1-13), 109
p j nazvn prjenosn omjer strujnog transformatora na j-toj, j = 1,, stran energetskog transformatora, k sp koefcjent spoja sekundarnh namota promatranog strujnog međutransformatora. nr nazvna struja dferencjalnog releja (1 l 5 ). rjednost koefcjenta spoja sekundarnh namota (k sp ) određuje se kako sljed: k = 1 (4.1-19) za spoj u zvjezdu sekundarnh namota strujnog međutransforamtora, odnosno, za spoj u trokut sekundarnh namota strujnog međutransforamtora. sp 1 k sp = (4.1-0) 3 U konkretnom slučaju dvonamotnog energetskog transformatora, prkazanog na slkama 4.1-9 4.1-1, nazvn prjenosn omjer strujnh međutransformatora MT 1 MT računaju se respektvno pomoću sljedećh zraza: - strujn međutransformator MT 1 (j = 1): r 1 Sn nr = (4.1-1) U p 3 3 n1 1 - strujn međutransformator MT (j = ): r Sn = nr (4.1-) 3 U p n Na kraju valja spomenut da su strujn međutransformator, kao jednofazne jednce, građen tako da je moguće vrlo preczno podešavat njhove nazvne prjenosne omjere. 4.1.3. Dferencjalna zaštta tronamotnog transformatora Dferencjalna zaštta tronamotnog energetskog transformatora sljed ste prncpe ustanovljene kod prethodno razmatrane dferencjalne zaštte dvonamotnog transformatora. Jedna razlka jest u tome što sada postoje tr namota (prmar, sekundar tercjar) te je stoga projektranje dferencjalne zaštte nešto složenje. Rječ je o prmjen dferencjalne zaštte u tzv. tr točke. Ukolko pak tercjarn namot nje dostupan (nsu zveden prključc namota zvan kotla transforamtora) tronamotn transformator se u tom slučaju štt dferencjalnom zašttom na gotovo dentčan načn kako je to pokazano u slučaju dvonamotnog energetskog transformatora (u tzv. dvje točke). 110
Slka 4.1-14 prkazuje jednopolnu shemu tronamotnog energetskog transformatora štćenog dferencjalnom zašttom. Na dotčnoj slc prkazan je, dakle, kompletan sustav dferencjalne zaštte koj uključuje strujne transformatore, strujne međutransformatore sam dferencjaln relej. Na stoj slc prkazan su tpčn načn uzemljenja namota tronamotnog energetskog transformaora. Rječ je ovdje ponovno o stablzranoj dferencjalnoj zaštt, koja posjeduje dentčnu radnu karakterstku koja je prethodno predstavljena (vdjet podpoglavlje 4.1.1). Slka 4.1-14 Jednopolna shema tronamotnog energetskog transformatora štćenog dferencjalnom zašttom. Osnovn podac tronamotnog energetskog transformatora jesu: - nazvn napon všenaponskog (N), srednjenaponskog (SN) nženaponskog (NN), tj. tercjarnog namota U n1, U n U n3, - opseg regulacje napona na N stran, - nazvne snage všenaponskog, srednjenaponskog nženaponskog / tercjarnog namota S n1, S n S n3, - grupa spoja (npr. YNyn0,d5). Oznake upotrjebljene na slc 4.1-14 maju sljedeća značenja: ST 1 strujn transformator na všenaponskoj (N) stran energetskog transformatora, ST strujn transformator na srednjenaponskoj (SN) stran energetskog transformatora, ST 3 strujn transformator na nženaponskoj (NN) / tercjarnoj stran energetskog transformatora, p 1 prjenosn omjer strujnog transformatora ST 1, 111
p prjenosn omjer strujnog transformatora ST, p 3 prjenosn omjer strujnog transformatora ST 3, MT 1 strujn međutransformator zmeđu strujnog transformatora ST 1 dferencjalnog releja, MT strujn međutransformator zmeđu strujnog transformatora ST dferencjalnog releja, MT 3 strujn međutransformator zmeđu strujnog transformatora ST 3 dferencjalnog releja, r 1 prjenosn omjer strujnog međutransformatora MT 1, r prjenosn omjer strujnog međutransformatora MT, r 3 prjenosn omjer strujnog međutransformatora MT 3, R n mal djelatn otpornk za uzemljenje SN mreže ogrančenje popratne struje jednopolnoga kratkog spoja občno na vrjednost od 300, nr nazvna struja dferencjalnog releja (1 l 5 ). Pr projektranju dferencjalne zaštte tronamotnog energetskog transformatora potrebno je, zmeđu ostalog, odredt sljedeće velčne: prjenosne omjere strujnh transforamtora ST 1, ST ST 3 (p 1 =?, p =? p 3 =?), grupe spoja prjenosne omjere strujnh međutransformatora MT 1, MT MT 3 (r 1 =?, r =? r 3 =?). Nazvn prjenosn omjer strujnog transformatora (ST 1, ST ST 3 ) defnran je općento sljedećm zrazom: p 1n = (4.1-3) 1n u kojem su: 1n nazvna prmarna struja strujnog transformatora u, 1n nazvna sekundarna struja strujnog transformatora u (može bt 1 l 5 ). zbor nazvne prmarne struje 1n strujnog transformatora ST 1 provod se na temelju nazvne struje energetskog transformatora na njegovoj všenaponskoj (N) stran. Nazvna struja energetskog transformatora na njegovoj N stran određuje se sljedećm zrazom: n1tr S = (4.1-4) n1 3 U n1 odnosno, ukolko je rječ o regulacjskom transforamtoru korst se ponovno sljedeć zraz: n1tr Sn1 = (4.1-5) 3 U 1 pr čemu je: 11
l U U 1 U1max U1mn = (4.1-6a) U U max mn 1 = (4.1-6b) U max + U mn gdje su: U 1max maksmaln napon na N stran energetskog transformatora, U 1mn mnmaln napon na N stran energetskog transformatora. Ov napon posljedca su regulacje napona (regulacjska preklopka) na N stran energetskog transformatora. Na temelju zračunate vrjednost n1tr, korštenjem zraza (4.1-4) l pak (4.1-5), određuje se nazvna prmarna struja 1n strujnog transformatora ST 1. orste se prtom podac o standardnm vrjednostma nazvnh prmarnh struja strujnh transformatora z tablce.1.1 (vdjet podpoglavlje.1.1). alja naglast da se pr zboru standardne vrjednost nazvne prmarne struje strujnog transformatora (tablca.1.1) treba vodt računa o čnjenc da su strujn transformator građen tako da trajno mogu zdržat strujno preopterećenje u znosu od 0 %. eć je spomenuto da nazvna sekundarna struja ( 1n ) strujnog transforamtora ST 1, temeljem tablce.1. (vdjet podpoglavlje.1.1) može mat vrjednost 1 l 5. Njen zbor ovst će prvenstveno o duljn vrst sekundarnog ožćenja (na potezu sekundar strujnog transformatora ST 1 dferencjaln relej), naponskoj razn, kao o nazvnoj struj dferencjalnog releja ( nr ). zbor nazvne prmarne struje 1n strujnog transformatora ST provod se na temelju nazvne struje energetskog transformatora na njegovoj srednjenaponskoj (SN) stran. Nazvna struja energetskog transformatora na njegovoj SN stran određuje se sljedećm zrazom: ntr S = (4.1-7) n 3 U n pr čemu je vdljvo da je sada korštena nazvna snaga SN namota tronamotnog energetskog transformatora. Na temelju zračunate vrjednost ntr, korštenjem zraza (4.1-7), određuje se nazvna prmarna struja 1n strujnog transformatora ST. orste se prtom podac o standardnm vrjednostma nazvnh prmarnh struja strujnh transformatora z tablce.1.1 (vdjet podpoglavlje.1.1), kao čnjenca da su strujn transforamtor građen tako da mogu trajno zdržat 0 %-tno strujno preopterećenje. Nazvna sekundarna struja strujnog transformatora ST odabre se također z tablce.1. (vdjet podpoglavlje.1.1) može mat vrjednost 1 l 5. Njen zbor također će ovst prvenstveno o duljn vrst sekundarnog ožćenja (na potezu sekundar strujnog transformatora ST dferencjaln relej), naponskoj razn, kao o nazvnoj struj dferencjalnog releja ( nr ). zbor nazvne prmarne struje 1n strujnog transformatora ST 3 provod se na temelju nazvne struje energetskog transformatora na njegovoj nženaponskoj (NN) / tercjarnoj stran. 113
Nazvna struja energetskog transformatora na njegovoj NN stran određuje se sljedećm zrazom: n3tr S = (4.1-8) n3 3 U n3 Sve prethodno rečeno o zboru nazvne prmarne nazvne sekundarne struje strujnh transformatora ST 1 ST vrjed u slučaju strujnog transformatora ST 3. Njegova nazvna prmarna struja bra se z tablce.1.1 temeljem zraza (4.1-8), uvažavajuć dozvoljeno trajno strujno preopterećenje u znosu od 0 %. Nazvna sekundarna struja može mat vrjednost 1 l 5. Što se tče načna spajanja sekundarnh namota strujnh transformatora ST 1, ST ST 3, vrjed sve prje rečeno u slučaju dvonamotnog energetskog transformatora. Name, poštuje se europska praksa da se sekundarn namot strujnh transformatora spajaju sključvo u spoj zvjezda uzemljuju na stran "k" stezaljke. Prtom je naravno stezaljka "" (odnosno "k") okrenuta prema sabrncama, kako je to pokazano na slc 4.1-14. od zbora načna spajanja namota strujnh međutransformatora MT 1, MT MT 3 također se korst sta praksa usvojena kod štćenja dvonamotnog energetskog transformatora. To znač da se prmarn namot strujnh međutransformatora MT 1, MT MT 3 spajaju u spoj zvjezda. Zvjezdšte prmarnog namota strujnog međutransforamtora (npr. MT 1 ) se spaja sa zvjezdštem sekundarnog namota odgovarajućeg strujnog transformatora (npr. ST 1 ) zajedno uzemljuje u samo jednoj točk. Sekundarn namot strujnh međutransformatora MT 1, MT MT 3 mogu bt spojen u spoj zvjezda l trokut. To će ovst o načnu uzemljenja zvjezdšta tronamotnog energetskog transformatora. ovdje ponovno vrjed sve prethodno rečeno o zolranju nulte komponente struje jednopolnoga kratkog spoja (vdjet podpoglavlje 4.1.). Određvanje grupe spoja ( satnog broja) strujnh međutransformatora provod se na temelju postupka uvedenog kod prmjene dferencjalne zaštte dvonamotnog transformatora (vdjet podpoglavlje 4.1.). Slka 4.1-15 grafčk lustrra postupak određvanja grupe spoja ( satnog broja) strujnh međutransformatora MT 1, MT MT 3. 114
Slka 4.1-15 Određvanje grupe spoja satnog broja strujnh međutransformatora MT 1, MT MT 3. Novo uvedene oznake prmjenjene na slc 4.1-15 maju sljedeća značenja: x 1 satn broj strujnog međutransformatora MT 1, x satn broj strujnog međutransformatora MT, x 3 satn broj strujnog međutransformatora MT 3, Neka se ponovno uoč prozvoljna točka "" prema slc 4.1-15. Od te točke do dferencjalnog releja postoje sada tr neovsna puta kojma se zatvara struja. Da b se u normalnom stanju, kao u slučaju kvara zvan štćenog područja, mogle uspoređvat stofazne struje koje ulaze zlaze z dferencjalnog releja moraju bt zadovoljene sljedeće jednakost: x 1 = 0 + x (4.1-9) Dakle, vrjed da je: x 1 = 5 + x 3 (4.1-30) x 1 = x (4.1-31) x = x 5 (4.1-3) 1 3 + Postoje dva neovsna rješenja sustava danog zrazma (4.1-31) (4.1-3). Ona glase: a) x = x = 5, x 5 3 0 1 = 3 = 6 x1 = 11, x = b) x 11 Rješenja pod a) b) su jednako vrjedna mogu se prmjent u spomenutom slučaju projektranja dferencjalne zaštte tronamotnog energetskog transformatora grupe spoja 115
YNyn0,d5. Ukolko se prmjerce usvoje rješenja pod a) rad se o sljedećm grupama spoja strujnh međutransformatora: MT 1... Yd5 MT... Yd5 MT 3... Yy0 Usvoje l se pak rješenja pod b) radt će se o sljedećm grupama spoja strujnh međutransformatora: MT 1... Yd11 MT... Yd11 MT 3... Yy6 Za određvanje nazvnog prjenosnog omjera strujnh međutransformatora MT 1, MT MT 3 korst se sljedeć zraz: Sref rj = ksp nr ; j = 1,, 3. (4.1-33) 3 U p n j j pr čemu su: r j nazvn prjenosn omjer strujnog međutransformatora prključenog na j-toj, j = 1,, 3, stran energetskog transformatora, S ref referentna snaga tronamotnog energetskog transformatora u k; povoljno je usvojt najveću snagu namota energetskog transformatora, tj.: S ref = max( Sn1, Sn, Sn3 ) (4.1-34) U nj nazvn napon j-te, j = 1,, 3, strane energetskog transformatora u k; ukolko je energetsk transformator regulacjsk može se korstt odgovarajuća srednja geometrjska vrjednost maksmalnog mnmalnog prpadnog napona, sukladno relacj (4.1-6), p j nazvn prjenosn omjer strujnog transformatora na j-toj, j = 1,, 3, stran energetskog transformatora, k sp koefcjent spoja sekundarnh namota promatranog strujnog međutransformatora. nr nazvna struja dferencjalnog releja (1 l 5 ). rjednost koefcjenta spoja sekundarnh namota (k sp ) određuje se kako sljed: k = 1 (4.1-35) sp za spoj u zvjezdu sekundarnh namota strujnog međutransforamtora, odnosno, 1 k sp = (4.1-36) 3 za spoj u trokut sekundarnh namota strujnog međutransforamtora. 116
U konkretnom slučaju tronamotnog energetskog transformatora, prkazanog na slkama 4.1-14 4.1-15, nazvn prjenosn omjer strujnh međutransformatora MT 1, MT MT 3 računaju se respektvno pomoću sljedećh zraza: - strujn međutransformator MT 1 (j = 1): r 1 Sn1 nr = (4.1-37) U p 3 3 n1 1 - strujn međutransformator MT (j = ): r Sn1 nr = (4.1-38) U p 3 3 n - strujn međutransformator MT 3 (j = 3): r 3 Sn1 = nr (4.1-39) 3 U p n3 Na kraju valja spomenut da su strujn međutransformator, kao jednofazne jednce, građen tako da je moguće vrlo preczno podešavat njhove nazvne prjenosne omjere. 3 4.. Termčka zaštta energetskog transformatora Transformator (dvonamotn tronamotn) su toplnsk vrlo osjetljv element. On se u pogonu zagrjavaju usljed gubtaka u njma. Razlkuju se prtom: - gubc u jezgr gubc u namotma. Gubc u jezgr transformatora posljedca su vrtložnh struja hstereze. On nsu ovsn o opterećenju transformatora. Gubc u namotma su pak ovsn o opterećenju transformatora. On rastu s porastom opterećenja transformatora. Može stoga nastupt nedozvoljeno toplnsko naprezanje transformatora. Povećanje unutarnje temperature transformatora ma negatvne posljedce na njegovu žvotnu dob. Name, povečanjem radne temperature transformatora smanjuje se žvotna dob njegove zolacje. Da se to ne dogod korst se toplnska / termčka zaštta energetskog transformatora. Njena osnovna zadaća je zašttt transformator od strujnog preopterećenja. Termčka zaštta nos EC oznaku ϑ >, odnosno, NS oznaku 49. Ona je često realzrana uz pomoć radne karakterstke štćenog objekta (energetskog transformatora), koja je opsana prmjerce sljedećm zrazom: 117
pre k N ln k N t = τ (4.-1) 1 k N pr čemu su: t vrjeme djelovanja dotčne zaštte, (mn); ona može djelovat na upozorenje (alarmranje) /l na sključenje energetskog transformatora, τ - vremenska konstanta zagrjavanja energetskog transformatora (mn), struja opterećenja energetskog transformatora (sekundarna vrjednost), pre prethodno strujno opterećenje energetskog transformatora (sekundarna vrjednost), N nazvna struja dotčne zaštte, k koefcjent, koj se određuje sljedećm zrazom: k = N n1 p (4.-) gdje su: n1 nazvna struja energetskog transformatora na njegovoj N stran, p nazvn prjenosn omjer prpadnog strujnog transformatora. alja naglast da vremenska konstanta zagrjavanja energetskog transforamtora ( τ ) nje stalna. Name, brže se zagrjava namot nego l transformatorsko ulje. Zbog toga je vremenska konstanta zagrjavanja namota (kreće se u području 5 10 mnuta) manja od vremenske konstante zagrjavanja transformatorskog ulja (60 180 mnuta). O tome valja vodt računa pr podešavanju termčke zaštte energetskog transformatora. Termčka zaštta može se podest na načn da kod manjh prekoraćenja (nadtemperatura) djeluje na sgnalzacju s dužm vremenom odgode djelovanja, dok kod večh preopterećenja energetskog transforamtora djeluje (s kraćm vremenskm zatezanjem) na njegovo sključenje. Načn podešavanja parametara termčke zaštte ovst će o konkretnom releju koj je prmjenjen, kao o konkretnom energetskom transformatoru (njegovoj nazvnoj snaz važnost). 4.3. Nadstrujne zaštte energetskog transformatora Uz dferencjalnu zašttu energetskog transformatora koja je ujedno njegova osnovna / temeljna zaštta, još se može korstt nadstrujna zaštta, kao prčuvna (engl.: back-up) zaštta. Ona mora u svakom slučaju djelovat s određenm vremenskm zatezanjem (vremenskom odgodom) da dopust djelovanje dferencjalnoj zaštt, koja djeluje trenutno (bez vremenske odgode, tj. s vlasttm vremenom djelovanja relejnog uređaja uvečanm za vrjeme djelovanja samog prekdača, što zajedno znos oko 100 ms). Ukolko dferencjalna 118
zaštta energetskog transformatora zakaže z blo kojeg razloga, tada nadstrujna zaštta treba sključt energetsk transformator. orste se prtom najčešće sljedeće nadstrujne zaštte: - nskopodesva nadstrujna zaštta (EC >, NS 51), - vsokopodesva nadstrujna zaštta (EC >>, NS 50) za zašttu od međufaznh kratkh spojeva, te: - nskopodesva hompolarna nadstrujna zaštta (EC 0 >, NS 51N), - vsokopodesva homopolarna nadstrujna zaštta (EC 0 >>, NS 50N). za zašttu od kratkh spojeva sa zemljom. Od spomenuth homopolarnh nadstrujnh zaštta občno se korst samo jedna, buduć da je u dstrbutvnm mrežama struja jednopolnoga kratkog spoja ogrančena na 300. ko se prtom prmjene obje zaštte, korste se najčešće s stm podešenjma. alja naglast da je ovdje rječ o nadstrujnm zašttama koje posjeduju vremensk neovsnu radnu karakterstku (engl.: defnte tme), a koje su detaljno tretrane u poglavlju. Jednopolna shema prključka navedenh relejnh zaštta, u slučaju štćenja dvonamotnog (npr. dstrbutvnog) energetskog transformatora, prkazana je na slc 4.3-1. Uočava se da se spomenute nadstrujne zaštte spajaju djelom na strujn transformator na všenaponskoj (N) stran a djelom na strujn transformator na nženaponsjoj (NN) stran energetskog transformatora. Slka 4.3-1 Jednopolna shema prključka nadstrujnh zaštta dvonamotnog energetskog transformatora. Na slčan načn ostvarla b se nadstrujna zaštta tronamotnog energetskog transformatora. Osm ovdje spomenuth relejnh zaštta još se može prmjent osjetljva usmjerena homopolarna nadstrujna zaštta, kao dodatna zaštta od kratkh spojeva sa zemljom (EC 0 >, NS 67N). U tom slučaju, nju je potrebno osm na strujne transformatore još prključt na naponske transformatore. Također, za zašttu energetskog transformatora od kratkh spojeva sa zemljom može se korstt tzv. REF zaštta (engl.: Restrcted Earth Fault protecton). Ukolko je zvjezdšte transforamtora uzemljeno preko malog djelatnog otpornka mogu se prmjent posebne zaštte vezane uz taj otpornk. To su prje svega zaštta od premoštenja malog djelatnog otpornka te zaštta od tzv. vsokoomskh kvarova. 119
U nastavku se kratko navode teorjske podloge proračuna podešenja mjernog vremenskog člana spomenuth nadstrujnh zaštta energetskog transformatora (>, >> 0 >). Uvažava se prtom jednopolna shema prključka spomenuth zaštta prema slc 4.3-1 (zaštte prključene na N stranu dvonamotnog energetskog transformatora). 4.3.1. Nskopodesva nadstrujna zaštta Osnovnu zonu nskopodesve nadstrujne zaštte u ovom slučaju predstavlja sam energetsk transformator koj se njome štt. Prčuvnu (susjednu) doncu pak predstavlja susjedn vod koj zlaz sa sabrnca na koje je spojen energetsk transformator. Proračun prmarne proradne vrjednost (podešenja) mjernog člana nskopodesve nadstrujne zaštte (>) energetskog transformatora provod se temeljem sljedećeg zraza: k s a p p max p k mn os p (4.3-1) gdje su: p prmarna proadna vrjednost mjernog člana nskopodesve nadstrujne zaštte, k s koefcjent sgurnost; njegova vrjednost može se odabrat z sljedećeg područja: [.1 1.] k 1 (4.3-) s pmax maksmalna pogonska struja energetskog transformatora jednaka je nazvnoj struj energetskog transformatora na njegovoj všenaponskoj (N) stran; određuje se pomoću sljedećeg zraza: p max S = = (4.3-3) n1 n 3 U n1 pr čemu su: S n U n1 nazvna snaga nazvn napon všenaponskog (N) namota energetskog transformatora, respektvno; ako postoj regulacja napona na N stran energetskog transformatora tada se njegova maksmalna pogonska struja računa z gornjeg zraza uz najmanj napon (U 1mn ), a omjer otpuštanja dotčne zaštte (a < 1), mn mnmalna vrjednost struje kvara (dvopoln kratk spoj) na mjestu ugradnje dotčne zaštte pr njegovom nastupu na kraju osnovne susjedne donce; osnovnu doncu predstavlja sam energetsk transformator; bra se prtom konfguracja ncdentne prjenosne mreže s mnmalnm uvrštenjem njenh elemenata, k os koefcjent osjetljvost; usvajaju se sljedeće njegove vrjednost kod spomenuth kvarova na kraju: 10
- osnovne zone (donce) štćenja: k os 1. 5 (4.3-4) - susjedne zone (donce) štćenja: k os 1. (4.3-5) p nazvn prjenosn omjer prpadnog strujnog transformatora na koj je spojena nskopodesva nadstrujna zaštta. rjeme odgode djelovanja spomenute nskopodesve nadstrujne zaštte (>) mora bt selektvno s relevantnm zašttama nže u (dstrbutvnoj) mrež, dakle, na vodovma koj zlaze sa sabrnca (na koje je prključen razmatran energetsk transformator). Dakle, vrjeme odgode djelovanja zaštte > energetskog transformatora mora bt dulje od najduljeg vremena odgode djelovanja stovrsnh zaštta (nskopodesva nadstrujna zaštta) vodova koj zlaze s njegovh NN sabrnca. orst se prtom selektvn vremensk nterval (Δt) za dskrmnranje među vremenskm podešenjma nskopodesvh nadstrujnh zaštta (>) na vodovma samom energetskom transformatoru. Na kraju valja još jednom naglast da je ovdje rječ o prčuvnoj zaštt. 4.3.. sokopodesva nadstrujna zaštta Temeljna zadaća vsokopodesve nadstrujne zaštte (>>) je djelovat pr nastupma međufaznh kvarova unutar osnovne zone štćenja, koju u ovom slučaju predstavlja sam energetsk transformator. Dakle, vsokopodesva nadstrujna zaštta "vd" kvarove sključvo unutar samog transformatora. Ona mora mat vremensku odgodu djelovanja jer se prednost daje dferencjalnoj zaštt. Proračun prmarne proradne vrjednost (podešenja) mjernog člana vsokopodesve nadstrujne zaštte (>>) provod se pomoću sljedećeg zraza: p ks max = (4.3-6) p gdje je: max maksmalna struja kvara (tropoln kratk spoj) na mjestu ugradnje dotčne zaštte pr njegovom nastupu na kraju osnovne donce (NN sabrnce energetskog transformatora); bra se prtom konfguracja ncdentne prjenosne mreže s maksmalnm uvrštenjem njenh elemenata, k s koefcjent sgurnost (k s > 1); on ovs o točnost poznavanja struje max, 11
p nazvn prjenosn omjer prpadnog strujnog transformatora na koj je spojena zaštta >>. Buduć da prednost djelovanja pr unutarnjem kvaru energetskog transforamtora ma njegova dferencjalna zaštta, vsokopodesva nadstrujna zaštta (>>) mora mat vremensku odgodu djelovanja. Občno se usvaja da je vrjeme njene odgode djelovanja jednako vremenu djelovanja dferencjalne zaštte (vlastto vrjeme djelovanja dferencjalnog releja prpadnog prekdača, koje zajedno občno znos cca 100 ms) uvečanom za selektvn vremensk nterval (koj znos od 0,3 s do 0,5 s ovsno o zvedb / generacj relejnog uređaja). 4.3.3. Homopolarna nadstrujna zaštta Homopolarna nadstrujna zaštta (nskopodesva 0 > l vsokopodesva 0 >>) služ za zašttu energetskog transformatora od kratkh spojeva sa zemljom. Rječ je također o prčuvnoj zaštt. Občno se korst samo jedna od spomenuth nadstrujnh zaštta (nskopodesva l vsokopodesva). Proračun prmarne proradne vrjednost (podešenja) mjernog člana homopolarne nadstrujne zaštte energetskog transformatora provod se najčešće pomoću sljedećeg zraza: p0 = ks ( 0.06 0.1) n (4.3-7) gdje su: k s - koefcjent sgurnost već od jednce, n nazvna sekundarna struja prpadnog strujnog transformatora na koj je spojena homopolarna nadstrujna zaštta. Podešenje vremenskog člana homopolarne nadstrujne zaštte energetskog transformatora mora bt selektvno s preostalm vremenskm podešenjma homopolarnh nadstrujnh zaštta na vodovma nže u mrež. Dakle, vrjeme odgode djelovanja homopolarne nadstrujne zaštte energetskog transformatora mora bt dulje od najduljeg vremena odgode djelovanja stovrsne zaštte (homopolarna nadstrujna zaštta) vodova koj zlaze s njegovh NN sabrnca. orst se prtom selektvn vremensk nterval za dskrmnranje među vremenskm podešenjma spomenuth homopolarnh nadstrujnh zaštta na vodovma energetskom transformatoru. 1
5. DSTNTN ZŠTT Dstantna zaštta najčešće se korst za zašttu vodova u vsokonaponskm prjenosnm mrežama. Razvla se z potrebe što bržeg elmnranja kratkh spojeva u mrež. Naročto u petljastm mrežama napajanm s vše strana, kakve su upravo prjenosne mreže. Njen osnovn zašttn uređaj jest dstantn relej. EC oznaka dstantne zaštte jest Z<, dok je NS oznaka 1. Dstantna zaštta prključuje se na strujne naponske transformatore. ao krterj djelovanja dstantna zaštta korst vrjednost napona struje na mjestu ugradnje dstantnog releja, dakle, na mjestu prključka releja na strujne naponske transformatore. Ona djeluje na sključenje prekdača u vodnom polju u kojem je prključena. Zbog veće učnkovtost (bržeg sklapanja kvarova bolje selektvnost), dstantne zaštte ugrađene na oba kraja vsokonaponskh vodova mogu međusobno komuncrat. Ova komunkacja provod se posebnm komunkacjskm vodom koj može bt optčk vod (npr. OPGW zašttno uže) l pak telekomunkacjsk vod. Slka 4.1 grafčk lustrra načn prključka dstantne zaštte vsokonaponskog voda. Slka 5.1 Jednopolna shema prključka dstantne zaštte vsokonaponskog voda. rjeme djelovanja dstantne zaštte proporconalno je udaljenost / dstanc (l) zmeđu mjesta nastupa kratkog spoja mjesta ugradnje dstantnog releja. Također, mjerena mpedancja dstantne zaštta zmeđu mjesta nastupa kratkog spoja mjesta ugradnje dstantnog releja proporconalna je udaljenost / dstanc (l). Otuda nazv ovoj zaštt, odnosno, relejnom uređaju: dstantna zaštta, odnosno, dstantn relej. Dstantn relej je složen zašttn uređaj, koj se sastoj od vše članova. To su najčešće: potcajn l pobudn član, usmjern član, mjern član, vremensk član, zvršn član pomoćn članov. Potcajn član stavlja u pokret rad dstantne zaštte u slučaju pojave kratkog spoja tme prključuje mjern usmjern član na potrebne struje napone. Usmjern član nadzre smjer snage kratkog spoja. ko ona teče od sabrnca prema štćenom vodu, on omogućuje djelovanje dstantne zaštte, dok u suprotnom smjeru (snage) blokra njeno djelovanje. Mjern član je prključen na struju napon te mjer mpedancju (općento) zmeđu mjesta nastupa kratkog spoja mjesta ugradnje dstantnog releja. Ova mjerena mpedancja je proporconalna udaljenost zmeđu mjesta nastupa kratkog spoja mejsta ugradnje dstantnog releja. Ukolko je mjerena mpedancja manja od podešene vrjednost mpedancje na mjernom članu, mjern član daje nalog zvršnom članu, podsredstvom vremenskog člana. remensk član osgurava vremensko stupnjevanje djelovanja dstantne zaštte (selektvnost) u ovsnost o udaljenost mjesta kratkog spoja od mjesta ugradnje dstantnog releja. zvršn član ma zadaću djelovat, 14
po nalogu mjernog l vremenskog člana, na sključenje prekdača odgovarajuću sgnalzacju prorade dferencjalnog releja. On prvenstveno djeluje na odgovarajuć sklopn svtak prekdača. Pomoćn članov služe za razlčte pomoćne svrhe, poput: sgnalzacje djelovanja, sprječavanja pogrešnh djelovanja, automatsko ponovno uklljučvanje, sptvanje releja u pogonu tome sl. Dstantna zaštta razlkuje stanje kvara na štćenom vodu, u odnosu na stanje normalnog pogona, temeljem mjerene mpedancje koja pak odgovara udaljenost mjesta kvara od sabrnca (na koje je prključena spomenuta dstantna zaštta). Mjerenje udaljenost od sabrnca do mjesta kvara (odnosno mjerenje odgovarajuće mpedancje) sadrž u seb određenu pogrešku. Dakle, nje sa potpunom sgurnošću moguće utvrdt točno mjesto nastupa kvara (kratkog spoja) na vodu. Osm toga, moguć su nastup ralčth vrsta kratkh spojeva na vodu (međufazn kratk spojev kratk spojev sa zemljom). Prtom kod kratkh spojeva dolaz do pojave elektrčnog luka, čj otpor utječe na promjenu mjerene mpedancje. Nadalje, kod kratkh spojeva sa zemljom dolaze do utjecaja nazočn uzemljvač stupova dalekovoda, koj također dodatno utječu na vrjednost mjerene mpedancje. Ovo može mat za posljedcu da mjereno mjesto kvara koje "vd" dstantna zaštta ne odgovara stvarnom mjestu nastupa kvara (kratkog spoja). Zbog svega prethodno rečenog, dstantna zaštta djeluje na prncpu zašttnh zona. Ona posjeduje redovto vše zašttnh zona. Osnovnu zonu (. zona, odnosno,. stupanj) dstantne zaštte predstavlja određen do štćenog voda. Name, nje moguće z prethodno zloženh razloga u. zonu (. stupanj) dstantne zaštte smjestt ukupnu duljnu štćenog voda, jer b moglo doć do prelaza / prekoračenja dotčne zone preko sabrnca na kraju štćenog voda sključenja kvarova na susjednom vodu (elementu). Ovo nje dobro, jer tme nje spunjen uvjet selektvnost (name, prednost ma dstantna zaštta susjednog voda koja mora prva sključt kvar na njemu). Dstantna zaštta u svojoj. zon djeluje bez vremenske odgode sključuje kravove u najkraćem mogućem vremenskom roku.. zona (. stupanj) dstantne zaštte mora sgurno prjeć / prekoračt sabrnce na kraju štćenog voda prekrt jedan do susjednog voda (elementa), al ne smje dosegnut sabrncu na njegovom kraju. Ukolko postoj vše vodova (u sujednom postrojenju),. stupanj dstantne zaštte ne smje prekoračt najkraćeg od njh. Dakle, potrebna je koordnacja dosega dstantnh zaštta susjednh vodova.. zona (. stupanj) dstantne zaštte mora sgurno prjeć (prekoračt) kompletan susjedn vod (element), odnosno, ukolko postoj vše vodova, mora prekrt najduž od njh. Zona.. dstantne zaštte predstavlja rezervnu (back-up) zašttu dstantnm zašttama koje se nalaze u susjednm vovodma. Sve navedene zone štćenja maju usmjerenje prema naprjed, dakle, u smjeru štćenog voda. Grafčka lustracja zašttnh zona dstantne zaštte prkazana je na slc 5.. Rječ je o dstanom releju ugrađenom na vodu -B u stanc / postrojenju. On "gleda" prema sabrnc B, duž štćenog voda -B. 15
Slka 5. Grafčka lustracja zašttnh zona dstantne zaštte. Selektvnost među dstantnm zašttama na razlčtm krajevma voda, kao među zonama štćenja, ostvaruje se odgovarajućm vremenskm stupnjevanjem. Prmjer vremenske karakterstke dstantne zaštte ugrađene u postrojenju na vodu -B (vdjet slku 5.) prkazan je na slc 5.3. Na slc 5.3 uočava se selektvnost među zašttnm zonama koja je ostvarena upotrebom vremenkog zatezanja (dulje vrjeme odgode djelovanja dstantne zaštte u všm stupnjevma). Za ostvrenje vremenske dskrmnacje među zonama, prmjenjuje se odgovarajuć selektvn vremensk nterval. Slka 5.3 Prmjer vremenske karakterstke dstantne zaštte. Oznake prmjenjene na slc 5.3 maju sljedeća značenja: t, t, t vremena (odgode) djelovanja u.,.. stupnju dstantnog releja; prtom vrjeme t predstavlja tzv. vlastto vrjeme releja uvečano za vrjeme djelovanja prekdača (najkraće vrjeme u kojem je moguće sključt kvar, cca 100 ms), z, z, z proradne mpedancje.,.. stupnja dstantnog releja; ovm mpedancja proporconalne su odgovarajuće udaljenost l, l l. 16
U postrojenju B na vodu -B postavljena je također dstantna zaštta, koja "gleda" u smjeru prema postrojenju, duž štćenog voda -B. Ona ma dentčnu vremensku karakterstku, onoj prkazanoj na slc 5.3, samo u suprotnom smjeru. Također, u postrojenju B na vodu B-C postoj stovjetna dstantna zaštta koja "gleda" u smjeru štćenog voda B-C (suprotno od dstantne zaštte u postrojenju na vodu -B). onačno u postrojenju C postoj dstantna zaštta koja "gleda" duž štćenog voda B-C prema sabrnc B. Sve ove dstantne zaštte moraju bt međusobno koordnrane s obzrom na doseg zašttnh zona odgovarajuća vremenska zatezanja. One moraju bt koordnrane sa ostalm nazočnm zašttama u sustavu, kao zašttama ostalh ncdentnh elemenata. Slka 5.4 grafčk lustrra koordnranje vremenskh karakterstka vše dferencjalnh releja. U konkretnom slučaju rječ je o četr dferencjalna releja (po dva na svakom od vodova -B B-C), koj kontrolraju četr prekdača prkazana na slc 5.3. Slka 5.4 Grafčka lustracja koordnranja vremenskh karakterstka vše dferencjalnh releja. Temeljem prethodno znesenog (kao grafčkh prkaza na slkama 5.3 5.4), uočava se da postoj određen do štćenog voda -B koj nje zaštćen s najkraćm vremenom sklopa (u. stupnju), već je štćen u. stupnju dstantne zaštte s nešto dužm vremenom sklopa. Ovo je nužnost koju nameće uvjet selektvnost. Rječ je ovdje, dakako, o prjenosnm vodovma koj su napajan s obje strane, pr čemu dstantna zaštta na oba njegova kraja moraju sključt vod u kvaru. Ovaj nedostatak dstantne zaštte moguće je nadć korštenjem odgovarajuće komunkacjske sheme djelovanja dstantne zaštte. Name, povezvanjem (najčešće optčkom vezom) dstantnh relejnh uređaja na oba kraja štćenog voda, on međusobno komuncraju. Realzacjom ove komunkacje među dstantnm relejma na oba kraja štćenog voda moguće je ostvart dstantnu zašttu dotčnog voda u cjeloj njegovoj duljn u najkraćem vremenu sklopa (dakle, u. stupnju). Rječ je, dakle, o posebnom načnu djelovanja dferencjalne zaštte, tzv. komunkacjskoj shem dferencjalne zaštte. Moguće je prtom vše razlčth načna ostvarenja koordnranja dferencjalnh zaštta, korštenjem spomenute komunkacje, 17
a u svrhu ostvarenja štćenja cjelokupne duljne voda u. stupnju. O komunkacjskm shemama dstantne zaštte bt će vše govora u nastavku. Glede zvedbe, dstantn relej može bt trofazn l jednofazn. Trofazn dstantn relej posjeduje za svaku fazu po jedan mjern član za međufazne kratke spojeve (R-S, S-T R-T) po jedan mjern član za jednopolne kratke spojeve (R-N, S-N T-N). Rječ je o vrlo komplcranom skupom zašttnom uređaju. Jednofazn dstantn relej, s druge strane, posjeduje samo jedan mjern član. Jednostavnj je te se stoga najčešće susreće u praks. Pojednostavljena blok shema djelovanja jednofaznog dstantnog releja prkazana je na slc 5.5. Slka 5.5 Blok shema djelovanja jednofaznog dstantnog releja. Sa dotčne slke se uočava da svaka faza ma svoj potcajn član (P R, P S P T ). Pored toga, potreban je član koj razlkuje međufazne kratke spojeve od kratkh spojeva sa zemljom. To je, kod elektromehančke zvedbe, občno osjetljv nadstrujn relej, koj je prključen na nultu komponentu struje (P 0 ). U slučaju nastupa međufaznh kratkh spojeva pobuđuju se potcajn članov u fazama koje su u kvaru mjern članov se preko člana za "sklapanje" prključuju na odgovarajuće napone struje. od kratkh spojeva sa zemljom (jednopoln kratk spoj) pobuđuje se član P 0 mjern se član (M) preko člana za "sklapanje" prključuje na odgovarajuć napon struju. Načn na koj se provod prključak mjernh članova u slučajevma nastupa međufaznh kratkh spojeva kratkh spojeva sa zemljom prkazat će se u nastavku. Osm toga, na slc 4.5 prkazan su vremensk član (T) zvršn član (). Pomoćn članov nsu, zbog jednostavnost, prkazan na slc 5.5. 18
U slučaju numerčkog dstantnog releja, blok shema djelovanja slčna je onoj prkazanoj na slc 5.5. Spomenut članov u tom slučaju su realzranu softversk. Sklapanja se provode numerčkm putem unutar algortma dstantne zaštte numerčkog releja. Teorjske podloge th "sklapanja" ostaju nepromjenjene, a maju za svrhu dovođenje mjernom članu odgovarajućh struja napona, ovsno o vrst kratkog spoja. 5.1. Određvanje mjerene mpedancje dstantne zaštte Dstantna zaštta određuje / računa mpedancju zmeđu mjesta ugradnje dstantnog releja (strujn transformator) mjesta nastupa kvara na štćenom vodu. Ova mpedancja određuje se temeljem mjerenh struja napona koje se dovode dstantnom releju (podredstvom strujnh naponskh transformatora na koje je relej spojen). Rječ je o tzv. mjerenoj mpedancj koju dstantn relej korst kao krterj razlkovanja mjesta nastupa kvara (kratkog spoja) na štćenom vodu. Name, mjerena mpedancja proporconalna je duljn zmeđu mjesta ugradnje releja mjesta nastupa kvara. Dstantnom releju je stoga, ovsno o vrst kvara (kratkog spoja) na vodu, potrebno dovest odgovarajuću kombnacju struja napona, temeljem kojh će relej odredt (tj. zračunat) mjerenu mpedancju do mjesta kvara ( potom donjet odluku o reagranju / nereagranju u kojem stupnju). U trofaznm elektrčnm mrežama moguć je nastup sveukupno deset (10) razlčth kratkh spojeva. Name, postoje četr razlčta međufazna kratka spoja: tropoln kratk spoj (R-S-T), te tr razlčta dvopolna kratka spoja (R-S, R-T S-T). Nadalje, postoje sveukupno šest razlčth dozemnh kratkh spojeva to: tr razlčta jednopolna kratka spoja (R-N, S-N T-N), te sto tako tr razlčta dvopolna kratka spoja s stodobnm spojem sa zemljom (R-S-N, R-T-N S-T-N). Za svak od ovh kratkh spojeva, dstantn relej mora mjert (računat) odgovarajuću mpedancju kvara, za koju mu trebaju odgovarajuće struje napon. Dakle, ovsno o vrst kratkog spoja, mjernom članu dferencjalnog releja potrebno je dovest točno odgovarajuće struje napone z kojh će prozlazt vrjednost mjerene mpedancje voda do mjesta kvara. Mjerena mpedancja koju dstantn relej vd ovs, dakle, o vrst kratkog spoja koj se dogodo. Temeljn prncp rada dstantne zaštte lež u čnjenc da će dstantn relej mjert (računat) mpedancju do mjesta kvara na vodu (tzv. mjerenu mpedancju) sključvo drektnog redosljeda, bez obzra na vrstu kratkog spoja. To se osgurava dovođenjem odgovarajućh struja napona mjernom članu dstantnog releja, ovsno o vrst kvara (kratkog spoja). Drugm rječma, mjernom članu dstantnog releja dovod se takva kombnacja struja napona ("sklapanjem") da on mjer mpedancju drektnog redosljeda od mjesta njegove ugradnje do mjesta nastupa kvara. Ostaje, dakle, odredt koja kombnacja struja napona se dovod mjernom članu dstantnog releja za koju vrstu kratkog spoja. U nastavku će se predstavt teorjske podloge zračuna mjerene mpedancje dstantnog releja, kako za slučaj nastupa međufaznh kratkh spojeva tako kod nastupa kratkh spojeva sa zemljom. 19
5.1.1. Mjerena mpedancja kod nastupa međufaznh kratkh spojeva U međufazne kratke spojeve, kao što je već spomenuto, spadaju tropoln (3) dvopoln () kratk spoj. Tropoln kratk spoj je smetrčan kvar kod kojega se razvjaju sustav struja napona samo drektnog redosljeda. Dvopoln kratk spoj je nesmetrčan kvar. od njega se javljaju sustav struja napona drektnog nverznog redosljeda. Razmatrat će se stoga u nastavku nastup dvopolnoga kratkog spoja na vodu -B, na kojem se u postrojenju nalaz ugrađena dstantna zaštta. Razmatrana stuacja je grafčk lustrrana na slc 5.1-1. Dvopon kratk spoj je prtom nastupo zmeđu faza S T štćenog voa (S-T), na nekoj prozvoljnoj udaljenost gledano od postrojenja. Smatra se da je mreža bla u stanju dealnog praznog hoda neposredno prje nastupa spomenutog kvara te da je vod dvostrano napajan (rječ je, name, o vodu u prjenosnoj mrež). Slka 5.1-1 Grafčka lustracja nastupa dvopolnoga kratkog spoja na štćenom vodu. Oznake prmjenjene na slc 5.1-1 maju sljedeća značenja: ξ - parametar koj opsuje do ukupne duljne štćenog voda -B (mjeren od sabrnca ) na kojem je nastupo dvopoln kratk spoj: [ 0, 1] l -B - ukupna duljna štćenog voda -B. ξ (5.1-1) Nadomjesna shema fktvnog sustava promatranog dvopolnog kratkog spoja za mrežu prema slc 5.1-1 prkazana je na slc 5.1-. Oznake prmjenjene na slc 5.1- maju prtom sljedeća značenja: d Z, Z - nadomjesne mpedancje drektnog nverznog redosljeda mreže, d m mb m Z, Z - nadomjesne mpedancje drektnog nverznog redosljeda mreže B, mb Z - mpedancja štćenog voda -B drektnog redosljeda; vod je staconarn element mreže pa je stoga njegova nverzna mpedancja jednaka drektnoj mpedancj, - fazn napon faze R prje nastupa spomenutog dvopolnog kratkog spoja, n - struja dvopolnoga kratkog spoja. 130
Slka 5.1- Nadomjesna shema promatranog dvopolnog kratkog spoja. Temeljem oznaka smbolke prmjenjene na slc 5.1- sljed: 0 ) ( ) ( = ξ + ξ Z Z d d n (5.1-) odnosno: ( ) d d n Z + + ξ = (5.1-3) Potrebno je odredt strujno naponsko stanje na mjestu ugradnje dstantne zaštte (točka ) za vrjeme nastupa promatranog kratkog spoja. Name, općento vrjede sljedeće matrčne jednadžbe koje opsuju naponsko strujno stanje na mjestu ugradnje dstantnog releja: = d n n n T S R a a a a a a 0 1 1 1 1 1 (5.1-4) 131
= d T S R a a a a 0 1 1 1 1 1 (5.1-5) pr čemu su: T S R,, - napon faza R, S T na mjestu ugradnje dstantnog releja za vrjeme nastupa dvopolnoga kratkog spoja, d,, 0 - napon nultog, drektnog nverznog redosljeda na mjestu ugradnje dstantnog releja tjekom nastupa dvopolnoga kratkog spoja, a kompleksn operator koj ma sljedeću vrjednost: 3 1 10 j e a j + = = (5.1-6) T S R,, - struje u fazama R, S T zmeđu čvoršta ; ove struje teku strujnm transformatorma na koje je prključena promatrana dstantna zaštta; smjer struja je od čvoršta prema čvorštu, d,, 0 - struje nultog, drektnog nverznog redosljeda zmeđu čvoršta ; struje su prtom orjentrane od čvoršta prema čvorštu. U konkretnom slučaju ne postoje nult sustav struja napona. Struja nverznog sustava ( ), prema slc 5.1-, orjentrana je od čvoršta prema čvorštu (uzma se s negatvnm predznakom). U skladu s oznakama smbolkom prmjenjenom na slc 5.1- matrčne jednadžbe (5.1-4) (5.1-5) daju: = d n n n T S R a a a a a a 0 1 1 1 1 1 (5.1-7) = d T S R a a a a 0 1 1 1 1 1 (5.1-8) z matrčne jednadžbe (5.1-7) može se napsat da je: d n S a a a = (5.1-9) d n T a a a = (5.1-10) 13
Oduzmanjem relacje (5.1-10) od (5.1-9) dobva se: ) ( ) ( ) ( a a a a a a d n T S + = (5.1-11) Nakon sređvanja relacja (5.1-11) prelaz u sljedeć oblk: ( ) d n T S a a + = ) ( (5.1-1) sto tako, z matrčne jednadžbe (5.1-8) može se napsat da je: d S a a = (5.1-13) d T a a = (5.1-14) Oduzmanjem relacje (5.1-14) od (5.1-13) dobva se: ) ( ) ( a a a a d T S + = (5.1-15) Nakon sređvanja relacja (5.1-15) prelaz u sljedeć oblk: ( ) d T S a a + = ) ( (5.1-16) Uvrštenjem relacje (5.1-3) u zraz (5.1-1) sljed: ( ) [ ] d d d T S Z a a + + + ξ = ) ( (5.1-17) Sređvanjem dotčnog zraza dobva se: ( ) d T S Z a a + ξ = ) ( (5.1-18) Djeljenjem zraza (5.1-18) sa (5.1-16) dobva se: ( ) ( ) Z a a Z a a d d T S T S = ξ + + ξ = ) ( ) ( (5.1-19) Dakle, konačno sljed: Z Z T S T S mj = ξ = (5.1-0) mjerena mpedancja, mj Z, dstantnog releja. Ona je upravo jednaka mpedancj Z ξ zmeđu mjesta ugradnje dstantnog releja mjesta nastupa dvopolnoga kratkog spoja (S-T). Potrebno je samo, preko članova za "sklapanje", prključt mjern član na lnjsk napon zmeđu faza S 133
T na razlku struja faza S T. Drugm rječma, dstantnom releju je u konkretnom slučaju (dvopoln kratk spoj zmeđu faza S T) potrebno dovest fazne napone faza S T, te fazne struje faza S T. Na osnovu dotčnh velčna (struja napona) određuje se zrazom (4.1-0) mjerena mpedancja, koja je upravo jednaka mpedancj gledanoj od mjesta ugradnje dstantnog releja do mjesta nastupa spomenutog kvara. nalogno provedenom analzom može se pokazat da u slučaju nastupa dvopolnoga kratkog spoja zmeđu faza R S (R-S) mjernom članu dstantnog releja treba dovest razlku faznh napona faza R S te razlku faznh struja faza R S. sto tako, pr nastupu dvopolnoga kratkog spoja zmeđu faza R T (R-T), mjernom članu dstantnog releja traba dovest razlku faznh napona zmeđu faza R T te razlku faznh struja faza R T. Može se također pokazat, prmjenom dentčne procedure koja je predstavljena za slučaj nastupa dvopolnoga kratkog spoja, da je kod nastupa tropolnoga kratkog spoja (R-S-T) mjerena mpedancja, Z, dstantnog releja također dana zrazom (5.1-0). mj Dakle, relacja (5.1-0) predstavlja temelj za određvanje mjerene mpedancje u slučaju nastupa međufaznh kratkh spojeva. alja naglast da, buduć da je tropoln kratk spoj smetrčan kvar, mjerena mpedancja pr nastupu tropolnog kratkog spoja jest ujedno defnrana omjerom zmeđu faznog napona blo koje faze fazne struje u toj stoj faz. 5.1.. Mjerena mpedancja kod nastupa dozemnh kratkh spojeva U dozemne kratke spojeve, kao što je već spomenuto, spadaju jednopoln kratk spoj (1) dvopoln kratk spoj s stodobnm spojem sa zemljom (Z). Oba ova kvara su nesmetrčn kvarov, kod kojh se javljaju popratne struje napon u sva tr fktvna nadomjesna sustava: drektnom, nverznom nultom. Prmjer prključka mjernog člana dstantne zaštte pokazat će se na prmjeru nastupa jednopolnoga kratkog spoja. Jednopoln kratk spoj je, dakle, nesmetrčan kvar. od njega se, kao što je već rečeno, javljaju sva tr sustava (smetrčnh) komponenata struja napona. Rječ je o drektnom, nverznom nultom sustavu struja napona. Za određvanje odgovarajuće mjerene mpedancje promatrat će se ponovno mreža sa slke 5.1-1. Neka je ona u dealnom praznom hodu neposredno prje nastupa kvara, a jednopoln kratk spoj se dogodo zmeđu faze R zemlje (R-N) na nekoj prozvoljnoj udaljenost od mjesta ugradnje releja (sabrnca na slc 5.1-1). Nadomjesna shema mreže fktvnog sustava razmatranog jednopolnog kratkog spoja, za mrežu sa slke 5.1-1, prkazana je na slc 5.1-3. 134
Slka 5.1-3 Nadomjesna shema promatranog jednopolnog kratkog spoja. Novo uvedene oznake na slc 5.1-3 maju sljedeća značenja: Z m Z mb 0 0, - nadomjesne mpedancje nultog redosljeda za mreže B, 0 Z - nulta mpedancja štćenog voda -B. Temeljem oznaka smbolke prmjenjene na slc 5.1-3 sljed: 0 ) ( ) ( ( 0 ) 0 0 = ξ ξ ξ Z Z Z d d n (5.1-1) odnosno: ( ) d d n Z Z + ξ + + ξ + + = 0 0 0 (5.1-) 135
Napon faza R, S T na mjestu ugradnje promatranog dstantnog releja (točka ), tjekom nastupa razmatranog jednoponog kratkog spoja određuju se pomoću matrčne jednadžbe (5.1-4), tj.: = d n n n T S R a a a a a a 0 1 1 1 1 1 (5.1-3) z matrčne jednadžbe (5.1-3) sljed napon faze R prema zemlj u slučaju nastupa jednopolnoga kratkog spoja: d n R = 0 (5.1-4) Uvrštenjem zraza (5.1-), relacja (5.1-4) prelaz u sljedeć oblk: ( ) d d d R Z Z + ξ + + ξ + + = 0 0 0 0 (5.1-5) Nakon potrebnog skraćvanja velčna, zraz (5.1-5) prelaz u sljedeć oblk: ( ) d R Z Z + ξ + = ξ 0 0 (5.1-6) Neka se dobven zraz prošr na sljedeć načn: ( ) d R Z Z + ξ + + = ξ 0 0 0 0 (5.1-7) U skladu s matrčnom jednadžbom (5.1-5) struja faze R glas: d R + + = 0 (5.1-8) Temeljem potonje relacje, zraz (5.1-7) prelaz u sljedeć oblk: ( ) R R Z Z + ξ = ξ 0 0 0 (5.1-9) Daljnjm uređenjem dotčnog zraza dobva se: R R Z Z Z ξ + ξ = ξ 0 0 0 (5.1-30) odnosno: ) ( 0 0 Z Z Z R R + ξ ξ = (5.1-31) 136
elčna R u zrazu (5.1-31) predstavlja dakako struju u faz R štćenog voda zmeđu mjesta ugradnje dstantnog releja mjesta nastupa jednopolnoga kratkog spoja. z relacje (5.1-31) sljed: ξ R Z0 Z 0 Z + = Z R (5.1-3) odnosno: ξ Z = R R Z 0 Z + Z 0 (5.1-33) Prošrenjem zraza (5.1-33), kako sljed: ξ Z = R R Z 0 Z + 3 Z 3 0 (5.1-34) te usvajanjem sljedeće supsttucje: Z 0 Z k0 = (5.1-35) 3 Z dotčn zraz prelaz u sljedeć oblk: R ξ Z = = Z R 0 + k 0 3 mj (5.1-36) Dakle, kod jednopolnoga kratkog spoja mjern član dstantnog releja se prključuje (preko člana za "sklapanje") na fazn napon one faze koja je zložena jednopolnom kratkom spoju na struju dotčne faze uvečanu za do trostruke nulte struje koja protječe štćenm vodom zmeđu mjesta ugradnje dstantnog releja mjesta nastupa jednopolnoga kratkog spoja. Potonja se struja dobje npr. sumaconm spojem strujnh transformatora, jer vrjed: R S T = + + 3 (5.1-37) 0 Drugm rječma, da b mjerena mpedancja, Z mj, promatranog dstantnog releja bla jednaka mpedancj ξ Z zmeđu mjesta ugradnje dotčnog releja mjesta nastupa jednopolnoga kratkog spoja, mora se mjernom članu dstantnog releja dovest fazn napon faze R (to je faza u kvaru) struju dotčne faze uvećanu za do trostruke nulte struje koja protječe mjestom ugradnje spomenutog dstantnog releja. oefcjent k 0, uveden zrazom (5.1-35), nazva se koefcjent nulte struje ovs o drektnoj nultoj mpedancj štćenog voda. 137
nalogno prethodno provedenoj analz, može se pokazat da u slučaju nastupa jednopolnoga kratkog spoja u faz S, dakle (S-N), mjernom članu dstantnog releja potrebno je dovest fazn napon faze S struju dotčne faze uvećanu za do trostruke nulte struje koja protječe mjestom ugradnje spomenutog dstantnog releja. sto tako, pr nastupu jednopolnoga kratkog spoja u faz T, dakle (T-N), mjernom članu dstantnog releja potrebno je dovest fazn napon faze T struju dotčne faze uvećanu za do trostruke nulte struje koja protječe mjestom ugradnje spomenutog dstantnog releja. 5.1.3. lasfkacja kvarova z prethodno zložene analze uočava se da se mjerena mpedancja dstantne zaštte računa na razlčte načne za razlčte vrste kvarova te da sveukupno postoj šest razlčth relacja koje treba računat u realnom vremenu da b se odredla vrsta kvara. Name, svh deset razlčth vrsta kvarova mogu se prepoznat korštenjem šest relacja za zračun mjerene mpedancje. Numerčk dstantn relej mora (u realnom vremenu) računat sa strujama naponma koje mjer svh šest (kompleksnh) relacja koje defnraju mjerenu mpedancju te vršt usporedbu s podešenm vrjednostma mpedancja.,.. stupnja. lgortam opsanog koncepta grafčk je lustrran na slc 5.1-4. Slka 5.1-4 Pojednostavljen algortam rada numerčkog dstantnog releja. 138
alja prtom naglast da će pr određenoj vrst kvara relej računat svh šest mjerenh mpedancja uspoređvat dobvene vrjednost s podešenjma (podešenm mpedancjama.,.. stupnja dstantne zaštte). Međutm, samo će neke od mjerenh mpedancja dat pravu vrjednost mjerene mpedancje (ovsno o vrst kvara koj je nastupo) te će relej djelovat. Ostale mjerene mpedancje će mat neke krve vrjednost koje neće zazvat proradu releja (ove mjerene mpedancje maju redovto velke vrjednost zlaze zvan svh proradnh karakterstka dstantne zaštte). Uočava se sa slke 5.1-4 da relej mora u realnom vremenu računat svh šest zraza za mjerenu mpedancju, bez obzra na vrstu kvara. Poboljšanje prethodno zloženog koncepta moguće je separacjom kvarova u dvje grupe: međufazn kratk spojev dozemn kratk spojev. Na taj načn, dstantn relej mora prvo prepoznat u koju od prethodno navedenh skupna spada kvar koj se dogodo te sukladno tome računat sada samo tr od šest mogućh mjerenh mpedancja. Grafčka lustracja ovog algortma prkazana je na slc 5.1-5. Slka 5.1-5 Pojednostavljen algortam rada numerčkog dstantnog releja s prepoznavanjem tpa kvara. alja naglast da numerčk relej ne zna točno o kojoj vrst kvara se rad, već samo prepoznaje da l je rječ o međufaznom l dozemnom kratkom spoju. orste se prtom relatvno složen algortm za prepoznavanje tpa kvara koj je nastupo na vodu (međufazn l dozemn). 139
Drug koncept koj se korst kod numerčke dstantne zaštte bazran je na potpunom prepoznavanju vrste kvara. Pojednostavljen algortam ovog koncepta grafčk je lustrran na slc 5.1-6. Ovdje se korštenjem posebnog algortma prvo prepozna točna vrsta kvara (od mogućh deset) te se potom računa samo ona mjerena mpedancja (od potrebnh šest) koja odgovara toj vrst kvara. Na ovaj načn nje potrebno uvjek računat svh šest komplesnh zraza za mjerene mpedancje, već samo onaj (jedan!) zraz koj odgovara prepoznatoj vrst kvara koj je nastupo na štćenom elementu (vodu). Ovaj prstup b trebao ubrzat djelovanje releja, ukolko se omoguć da relej bude u stanju dovoljno brzo točno prepoznat vrstu kvara koja je nastupla. Slka 5.1-6 Pojednostavljen algortam rada numerčkog releja koj prepoznaje točnu vrstu kratkog spoja na vodu. U osnov se učnkovtost brzna ovog algortma svod na ostvarenje što učnkovtjeg ( bržeg) načna prepoznavanja kvarova na vodovma. Postoje razlčt algortm koj se korste za prepoznavanje kvarova na vodovma, pr čemu su danas najpopularnje ( najvše obečavaju) on bazran na korštenju umjetnh neuronskh mreža (engl.: rtfcal Neural Networks, NN). lgortm za prepoznavanje kvarova koj su bazran na umjetnm neuronskm mrežama su relatvno kompleksn maju mogućnost ntelgentnog prepoznavanja svh razlčth vrsta kvarova na štćenm vodovma (uključujuć evolurajuće kvarove). Međutm, postoj također nz problema koj je vezan uz prmjenu ovh metoda za prepoznavanje vrste kvara, te je stoga ovaj koncept još uvjek u faz razvoja trenutno na tržštu ne postoje dstantn relej (barem kolko je autoru poznato) koj korste algortme bazrane na umjetnm neuronskm mrežama. Osnovn koncept umjetnh neuronskh mreža prkazan su u Prlogu. 140
5.. rste karakterstke dstantnh releja Dstantne releje moguće je klasfcrat / djelt u odnosu na vrstu zašttne (proradne) karakterstke koju korste. Name, radne karakterstke dstantnh releja najpreglednje se prkazuju u kompleksnoj ravnn (R, X), gdje su: R djelatn otpor, a X reaktancja. Slka 5.-1 grafčk lustrra poželjnu (dealnu) proradnu (radnu) karakterstku dstantnog releja. Slka 5.-1 Poželjna (delana) radna karakterstka dferencjalnog releja. Duljna B na slc 5.-1 predstavlja mpedancju drektnog redosljeda voda -B, kojeg štt dstantn relej ugrađen na početku dotčnog voda (točka ). elčna φ D na slc 4.-1 predstavlja kut štćenog voda. rjede, name, sljedeće relacje: Z = R D + jx D (5.-1) gdje su: R D djelatn otpor štćenog voda -B, X D reaktancja štćenog voda -B. X D ϕ D = arctg (5.-) R D od nastupa metalnog kratkog spoja, radna točka releja (defnrana koordnatama R X u kompleksnoj ravnn na slc 5.-1) kreće se upravo po pravcu B štćenog voda. Pr nastupu 141
metalnog kratkog spoja negdje na štćenom vodu (prmjerce točka ), radna točka će se, dakle, nalazt negdje na pravcu B sa slke 5.-1. od realnh kratkh spojeva postoje prjelazn otpor na mjestu kvara, kao otpor elektrčnog luka. Ov otpor maju djelatn karakter na slc 5.-1 su prkazan duljnama ' BB'. Da b relej djelovao na blo kojem mjestu voda -B trebao b mat proradnu karakterstku prkazanu osjenčanm područjem na slc 5.-1. Prema dotčnoj slc sljed: mj ' Z = Z + R (5.-3) gdje su: Z - mjerena mpedancja dstantnog releja smještenog u točk ; rječ je o mjerenoj mj mpedancj koja je prezentrana u poglavlju 4.1 ovs o vrst kratkog spoja, Z - mpedancja kvara; jednaka je mpedancj voda -B zmeđu točke (mjesto ugradnje dstantnog releja) mjesta nastupa kratkog spoja (točka ), R - djelatn otpor kvara; jednak je zbroju prjelaznog otpora na mjestu kvara ' otpora elektrčnog luka. Na slc 5.-1 prkazana je pogonska mpedancja, Z pog, koju mjer dstantn relej postavljen u točk u slučajevma normalnog pogona / opterećenja l dozvoljenog preopterećenja štćenog voda. Prkazano je također na slc 5.-1 odgovarajuće područje unutar kojeg se može kretat spomenuta pogonska mpedancja (radna točka dstantnog releja u normalnom pogonu). Ovo područje s jedne strane omeđeno je tzv. najmanjom pogonskom mpedancjom, Z pogmn. Radna točka dstantnog releja u normalnom pogonu odlkuje se malm kutem, φ pog, jer je faktor snage občno blzak jednc. rjede, name, sljedeć zraz: Z = R + jx (5.-4) pog pog pog gdje su: U P = (5.-5) Q R pog P + U Q = (5.-6) Q X pog P + pr čemu je: P djelatna snaga opterećenja štćenog voda -B, Q reaktvna snaga opterećenja štćenog voda -B, U lnjsk napon voda -B. Nadalje, vrjed da je: 14
X pog Q ϕ pog = arctg = arctg (5.-7) R P pog Stvarne proradne karakterstke dstantnh releja razlkuju se manje l vše od (dealne) karakterstke prkazane na slc 5.-1. Zbog mogućnost razlčtog faznog položaja zmeđu struje napona postoje razlčte mogućnost mjerenja mjerene velčne (mpedancje l admtancje). Prema vrst mjerene velčne dstantnog releja, proradne karakterstke doble su svoje nazve. U tablc 5.-1 prkazane su mogućnost razlčth načna mjerenja mjerene velčne (mpedancje l admtancje) te odgovarajuć nazv pojednh vrsta dstantnh releja. Tablca 5.-1 rste dstantnh releja s obzrom na mjernu velčnu. Oznaka Nazv releja Mjerena velčna OHM relej mpedantn Rezstatntn Reaktantn U U U Nazv mjerene velčne = Z mpedancja cos ϕd = Z cosϕd = R Djelatn otpor Z sn ϕd = sn ϕd = Reaktancja X MHO relej dmtantn onduktantn Susceptantn U U U Y = 1 = dmtancja Z Y cos ϕd = cosϕd = onduktancja ssn ϕ D = Y sn ϕ D G = B Susceptancja mpedantn dstantn relej, kao što sama rječ kazuje, mjer mpedancju. Dosadašnja zlaganja znošena su s pretpostavkom da se rad upravo o dstantnom releju koj je mpedantnog tpa. On je ujedno najjednostavnj tp dstantnog releja, jer mjer odnos napona struje, neovsno o njhovom faznom položaju. spod određene (podešene) mjerene vrjednost mpedantn dstantn relej mora djelovat, a znad nje ne smje. To ujedno predstavlja krterj za njegovo podešenje. ada relej treba djelovat u. stupnju (. zona), mora bt zadovoljena sljedeća jednadžba: Z Z (5.-8) pr čemu velčna Z predstavlja proradnu mpedancju. stupnja, koja se podešava na dstantnom releju. Na dalje, u kompleksnoj ravnn (R, X) vrjed da je: 143
Z = R + X (5.-9) Uvrštenjem zraza (5.-9) u (5.-8) sljed: R + X Z (5.-10) vadrranjem obju strana nejednakost (5.-10) dobva se: R + X Z (5.-11) zraz (5.-19) predstavlja jednadžbu centralne kružnce u ravnn (R, X) s radjusom znosa Z. Područje unutar kružnce radjusa Z (područje kruga) predstavlja, dakle, područje djelovanja mpedantnog dstantnog releja. zvan spomenutog kruga dstantna zaštta ne smje djelovat u. stupnju. Na slc 5.- prkazana je spomenuta kružnca koja predstavlja proradnu karakterstku (još se nazva sklopna karakterstka) mpedantnog mjernog člana dstantne zaštte. Na dotčnoj slc ucrtan je pravac štćenog voda (oznaka D). Mjesto ugradnje dstantnog releja jest shodšte koordnatnog sustava (R, X). Buduć da je ncjalno područje djelovanja mpedantnog mjernog člana dstantne zaštte pun krug, na slc 5.- prkazan je pravac U-U koj predstavlja karakterstku usmjernog člana. Name, mpedantn dstantn relej mora posjedovat vanjsk usmjern član. arakterstka usmjernog člana okomta je na pravac štćenog voda (D). Usmjern član dopušta djelovanje dstantne zaštte samo u smjeru štćenog voda, dakle, u smjeru pravca D na slc 5.-. U protvnom, ukolko je kvar za leđa dstantnom releju, usmjern član blokra njegovo djelovanje. orštenjem karakerstke usmjernog člana, proradna karakterstka mpedantnog mjernog člana dstantne zaštte za. stupanj predstavljena je samo gornjom polovcom kruga (osjenčano područje na slc 5.-), omeđenog proradnom mpedancjom. stupnja (Z ). Područje zvan spod osjenčanog djela kruga jest područje u kojem dstantna zaštta ne smje djelovat u svojem. stupnju. dentčno zgledaju proradne karakterstke mpedantnog mjernog člana dstantne zaštte za vše stupnjeve. ompletna / potpuna proradna karakterstka mpedantnog mjernog člana dstantne zaštte za.,.. stupanj prkazana je na slc 5.-3. 144
Slka 5.- Proradna karakterstka mpedantnog mjernog člana dstantne zaštte za. stupanj (dopunjena usmjernm članom). Slka 5.-3 Proradne karakterstke mpedantnog mjernog člana dstantne zaštte za.,.. stupanj (dopunjene usmjernm članom). 145
Rad se, dakle, o koncentrčnm centralnm kružncama radjusa Z, Z Z, respektvno. stovremeno je prkazana karakterstka usmjernog člana, koj je nužan kod ovog tpa dstantnog releja. Područja djelovanja mpedantnog dstantnog releja za.,.. stupanj predstavljena su polukrugovma znad karakterstke usmjernog člana prkazana su osjenčano na slc 5.-3. Područje zvan spomenuth krugova jest područje u kojem dstantna zaštta ne smje djelovat. Proradna karakterstka rezstentnog mjernog člana dstantne zaštte, za.,.. stupanj prkazana je na slc 5.-4. Rječ je u ovom slučaju o pravcma koj su paraleln s os ordnata (jx) postavljen su na udaljenost od shodšta koordnatnog sustava koja odgovara djelatnom otporu.,.. stupnja. Na dotčnoj slc prkazan je pravac štćenog voda (D), kao karakterstka odgovarajućeg usmjernog člana (pravac U-U). Name, ova dstantna zaštta mora posjedovat odgovarajuć usmjern član. Slka 5.-4 Proradne karakterstke rezstentnog mjernog člana dstantne zaštte za.,.. stupanj (dopunjene usmjernm članom). Na slc 5.-5 prkazana je kompletna proradna karakterstka reaktantnog mjernog člana dstantne zaštte za.,.. stupanj. Rječ je o pravcma koj su paraleln s os apscsa (R) postavljen su na udaljenost od shodšta koordnatnog sustava koja odgovara reaktancj.,.. stupnja. Na dotčnoj slc prkazan je ponovno pravac štćenog voda (D), kao karakterstka odgovarajućeg usmjernog člana (pravac U-U). Name, ova dstantna zaštta također mora posjedovat odgovarajuć usmjern član. 146
Prethodno uvedene tr razlčte vrste mjernh članova dstantnog releja zajednčkm menom se nazvaju OHM relej. On zahtjevaju prmjenu usmjernog člana, jer ne mogu sam dskrmnrat zmeđu nastupa kratkog spoja spred za mjesta ugradnje dstantnog releja. Slka 5.-5 Proradne karakterstke reaktantnog mjernog člana dstantne zaštte za.,.. stupanj (dopunjene usmjernm članom). ao što je navedeno u tablc 5.-1, postoje mjern članov koj mjere admtancju umjesto mpedancje. Rječ je o tzv. MHO relejma (čtaj MU). Neka se kao prmjer odred proradna karaketerstka konduktantnog mjernog člana dstantnog releja. Prema njegovj defncj, da b dotčn relej djelovao prmjerce u svom. stupnju, mora bt zadovoljena sljedeća relacja: 1 1 cos ϕ D (5.-1) Z R pr čemu su: R cos ϕd = (5.-13) Z Z = R + X (5.-14) 147
Uvrštenjem zraza (5.-13) (5.-14) u zraz (5.-1), dobva se: R R 1 + X R (5.-15) odnosno, nakon sređvanja: R R R + X 0 (5.-16) zraz (5.-16) može se prošrt kako sljed: z kojega konačno sljed: R R R R R + + X 0 (5.-17) R R R + X (5.-18) zraz (5.-18) predstavlja jednadžbu kružnce u ravnn (R, X) sa sredštem u točk s R koordnatama, 0 s radjusom znosa R /. Na slc 5.-6 prkazana je dotčna karakterstka. Dakle, proradna karakterstka mjernog člana konduktantnog releja jest kružnca položena duž os R u ravnn (R, X) s R shodštem u točk, 0 radjusom znosa R /. Na slc 5.-6 prkazan je pravac štćenog voda (oznaka D). Osjenčano je na slc 5.-5 prkazano područje djelovanja dstantnog releja u. stupnju. Uočava se da mjernom članu konduktantnog releja nje potreban vanjsk usmjeren član da b odredo smjer kvara duž štćenog voda. Položaj proradne karakterstke je takav da to sam osgurava (tj. relej ne vd kvarove za leđa ). Ovo je prednost konduktantnog releja u odnosu na, prmjerce, mpedantn relej. stovremeno je na slc 5.-6 prkazana kompletna proradna karakterstka konduktantnog mjernog člana dstantnog releja za.,.. stupanj. 148
Slka 5.-5 Proradna karakterstka konduktantnog mjernog člana dstantnog releja za. stupanj. Slka 5.-6 Proradne karakterstke konduktantnog mjernog člana dstantne zaštte za.,.. stupanj. 149
Na slc 5.-7 prkazane su proradne karakterstke susceptantnog mjernog člana dstantnog releja za.,.. stupanj. Uočava se da je ovdje rječ o kružncama koje su položene duž koordnatne os X u kompleksnoj ravnn (R, X). N u ovom slučaju nje potrebn upotreba usmjernog člana, jer je proradna karakterstka takva da relej ne vd kvarove za leđa. Slka 5.-7 Proradne karakterstke susceptantnog mjernog člana dstantne zaštte za.,.. stupanj. Na slc 5.-8 prkazane su proradne karakterstke admtantnog mjernog člana dstantnog releja za.,.. stupanj. Uočava se da je ovdje ponovno rječ o kružncama, koje su sada položene duž pravca defnranog kutem α. Ovaj kut nazva se unutarnjm kutem releja (kut admtantnog mjernog člana releja) predstavlja jednu od konstrukcjskh značajk samog relejnog uređaja. Promjenom unutarnjeg kuta α može se mjenjat oblk tj. nagb proradne karakterstke dstantnog releja u prvom kvadrantu koordnatnog sustava (R, X). Name, ovaj kut se može prozvoljno mjenjat / podešavat od strane korsnka relejnog uređaja. Dakle, promjenom kuta α admtantn mjern član može bt blže području konduktantnog l pak susceptantnog mjernog člana dstantne zaštte. Također se uočava sa slke 5.-8 da n admtantnom mjernom članu dstantne zaštte nje potreban vanjsk usmjern član jer je proradna karakterstka takva da relej ne vd kvarove za leđa. alja naglast da je prje pojave numerčke generacje relejne zaštte, upravo admtantn mjern član mao najveću / najrašrenju prmjenu u dstantnm relejnm uređajma. 150
Slka 5.-8 Proradne karakterstke admtantnog mjernog člana dstantne zaštte za.,.. stupanj. Osm ovdje prkazanh proradnh karakterstka mjernog člana dstantne zaštte, koj odgovaraju mjerenm velčnama (tzv. OHM MHO relej), postoje složenj oblc proradnh karakterstka koj su "umjetno" dobven. Ovako dobvene umjetne karakterstke pojavle su se s prmjenom statčke generacje relejnh uređaja. Mogu se spomenut prmjerce elptčne proradne karakterstke, koje također mogu bt položene duž pravca u prvom kvadrantu kompleksne ravnne (R, X). Mjern član dstantne zaštte može posjedovat proradne karakterstke oblka tzv. "leća" (engl.: lenses) neke druge oblke. Međutm, od najvećeg su značaja tzv. polgonalne (quadrlateralne) proradne karakterstke mjernog člana dstantne zaštte. One su se pojavle sa statčkm relejnm zašttama a svoj pun procvat su dožvle s pojavom numerčke generacje relejne zaštte. od modernh numerčkh dstantnh zaštta korste se sključvo polgonalne proradne karakterstke. Prmjer polgonalne proradne karakterstke mjernog člana. stupnja dstantne zaštte prkazan je na slc 5.-9. Crtkano je na slc prkazana dodatna mogućnost podešenja proradne karakterstke. stupnja. Na slc 5.-10 prkazana je pak kompletna proradna karakterstka mjernog člana numerčke dstantne zaštte, polgonalnog tpa, za.,.,.. stupanj. alja uočt da je proradna karakterstka. stupnja usmjerena prema natrag, dakle, gleda "za leđa" štćenog voda. 151
Slka 5.-9 Proradna karakterstka polgonalnog tpa, mjernog člana dstantne zaštte za. stupanj. Slka 5.-10 Proradne karakterstke numerčkog releja, polgonalnog tpa, za.,.,.. stupanj. 15
Pregledom proradnh karakterstka mjernh članova, prkazanh na slkama 5.-3 do uključvo 5.-10, uočava se da se upravo polgonalna (quadrlateralna) proradna karakterstka najvše prblžla oblku tzv. dealne radne karakterstke prkazane na slc 5.-1. Danas se stoga u numerčkm zašttama sključvo korste polgonalne (quadrlateralne) proradne karakterstke mjernh članova dstantnh releja. 5..1. Utjecaj otpora na mjestu kvara na rad mjernog člana Svak kratk spoj u mrež praćen je nekm otporom na mjestu kvara. Nastup tzv. metalnh kratkh spojeva zuzetno je rjedak u praks. Treba, dakle, računat s pojavom određenog otpora na mjestu kvara. od međufaznh kratkh spojeva prsutan je otpor elektrčnog luka na mjestu nastupa kvara. Rječ je o radnom otporu, kojeg je moguće procjent na temelju emprjskh relacja. On ovs o naponskoj razn duljn elektrčnog luka. odnastupa dozemnh kratkh spojeva (npr. jednopolnoga kratkog spoja) uz otpor elektrčnog luka dodatno je prsutan otpor uzemljenja. Ukolko kvar nastupa na tras dalekovoda rječ je o otporu uzemljenja dalekovodnog stupa. u ovm slučajevma je rječ o radnom otporu. On će mat utjecaj na rad mjernog člana dstantne zaštte. ao što je pokazano na slc 5.-1, otpor na mjestu kvara pomče radnu točku mjernog člana u kompleksnoj ravnn (R, X) za određen znos (koj odgovara otporu) prema desno (u msmjeru os R) od karakterstke štćenog voda. Name, pr nastupu metalnog kratkog spoja, radna točka mjernog člana dstantnog releja kreće se upravo po karakterstc štćenog voda (vdjet slku 5.-1). Da b se razmotro utjecaj otpora na mjestu kvara na rad mjernog člana dstantne zaštte, potrebno je razmotrt proradne karakterstke razlčth (prethodno uvedenh) mjernh članova uz prsutnost otpora na mjestu kvara. Stoga je na slc 5.-11 ponovno prkazana proradna karakterstka mpedantnog mjernog člana dstantne zaštte. Oznake upotrjbljene na slc 5.-11 maju sljedeća značenja: Z - mjerena mpedancja dstantnog releja smještenog u točk, mj Z - mpedancja kvara; jednaka je mpedancj voda -B zmeđu točke (mjesto ugradnje dstantnog releja) mjesta nastupa kratkog spoja (točka ), R - djelatn otpor kvara; jednak je zbroju prjelaznog otpora na mjestu kvara ' otpora elektrčnog luka. Sa slke 5.-11 se uočava da prlkom nastupa kratkh spojeva koj su praćen većm znosma prjelaznog otpora na mjestu kvara (npr. elektrčn luk + otpor uzemljenja dalekovodnog stupa), može doć do pogrešnog djelovanja dstantne zaštte. Name, u takvm stuacjama mjern član (mpedantn) dstantne zaštte, kvar koj je nastupo u njegovoj osnovnoj zon (. stupanj), "vd" u svojem. stupnju. Ovo je naročto zraženo kod kratkh spojeva praćenh manjm kratkospojnm kutevma ( velkm vrjednostma prjelaznog otpora na mjestu kvara). To, naravno, nje u redu. 153
Slka 5.-11 Utjecaj otpora na mjestu kvara na mjerenu mpedancju mpedantnog mjernog člana dstantne zaštte. Slka 5.-1 prkazuje utjecaj otpora na mjestu kvara na djelovanje a) rezstentnog b) reaktantnog mjernog člana dstantne zaštte. Na osnov prkaza na slc 5.-1 uočava se da je rezstentn mjern član (a) zuzetno osjetljv na znos (pojavu) prjelaznog otpora na mjestu kvara, dok je reaktantn mjern član (b) s druge strane potpuno neosjetljv. Razlog neosjetljvost reaktantnog mjernog člana na prjelazn (radn) otpor na mjestu kvara lež u čnjenc što on mjer reaktancju. Temeljem prkaza na slc 5.-1 posve je jasno da se rezstentn proradn član dstantne zaštte ne smje korstt na vodovma na kojma se očekuju već znos prjelaznog otpora na mjestu kvara, jer b to svakako povećalo vjerojatnost od krvh prorada dstantnog releja. Ovakve stuacje se mogu očekvat, prmjerce, kod zračnh prjenosnh vodova (dalekovoda) čj uzemljvač stupova maju vsoke vrjednost otpora uzemljenja (jer npr. prelaze preko terena koj ma vrlo vsok specfčn elektrčn otpor tla). od ovakvh vodova b svakako blo poželjno korstt npr. reaktantn proradn član, l još bolje, mjern član s polgonalnom proradnom karakterstkom (numerčka generacja dstantne zaštte). 154
Slka 5.-1 Utjecaj otpora na mjestu kvara na djelovanje a) rezstentnog b) reaktantnog mjernog člana dstantne zaštte. Slka 5.-13 prkazuje utjecaj otpora na mjestu kvara na djelovanje a) konduktantnog b) susceptantnog mjernog člana dstantne zaštte. Uočava se sa slke 5.-13 da je konduktantn mjern član nešto manje ovsan o prjelaznom otporu na mjestu kvara nego l je to susceptantn mjern član dstantnog releja. To je naročto zraženo kod kratkh spojeva praćenh manjm kratkospojnm kutevma (vše je nagnuta karakterstka štćenog voda). alja prtom mat na umu da se radna točka mjernog člana kreće po karakterstc štćenog dalekovoda (oznaka D) odlaz uvjek u "desno" (u smjeru koordnatne os R) za znos prjelaznog otpora na mjestu kvara. Slka 5.-13 Utjecaj otpora na mjestu kvara na djelovanje a) konduktantnog b) susceptantnog mjernog člana dstantne zaštte. 155
Nadalje, admtantn mjern član dstantne zaštte (prkazan na slc 5.-8), promjenom unutarnjeg kuta α može bt "nagnut" blže području konduktantnog l pak susceptantnog mjernog člana dstantne zaštte. Stoga se pogodnm podešavanjem spomenutog unutarnjeg kuta releja, kod admtantnog mjernog člana dstantne zaštte, može postć njegova neosjetljvost na prjelazn otpor na mjestu kvara. Ovo podešavanje mora bt prlagođeno konkretnm uvjetma za prjenosn vod koj se namjerava šttt. onačno, na slc 5.-14, prkazana je proradna karakterstka polgonalnog (quadrlateralnog) tpa, uz odgovarajuć utjecaj prjelaznog otpora na mjestu kvara. Slka 5.-14 Utjecaj otpora na mjestu kvara na djelovanje mjernog člana dstantne zaštte koj posjeduje polgonalnu proradnu karakterstku. Temeljem slke 5.-14 uočava se da mjern član dstantne zaštte (numerčka zaštta) s polgonalnom proradnom karakterstkom posjeduju zvanrednu otpornost na znos pojavu prjelaznog otpora na mjestu nastupa kvara. Polgonalna proradna karakterstka mjernog člana dstantne zaštte je stoga najpoželjnja. Upravo je to razlog zbog kojega numerčk relej posjeduju sključvo proradne karakterstke mjernog člana polgonalnog tpa. Nadalje, valja naglast (kao što će se vdjet u nastavku ovog zlaganja) da se podešenje proradne (polgonalne) karakterstke numerčke dstantne zaštte provod proračunom proradne reaktancje (magnarn do mpedancje). Na temelju proradne 156
reaktancje računa se potom proradna vrjednost otpora (rezstencje), koje onda zajedno čne proradnu mpedancju u kompleksnoj ravnn (R, X). Osm toga, moguće je posebno podešavat proradnu vrjednost otpora u odnosu na međufazne kratke spojeve a posebno u odnosu na dozemne kratke spojeve. To znač da postoje dvje razlčte polgonalne karakterstke dstantnog releja (za svak proradn stupanj), pr čemu je jedna mjerodavna za međufazne kratke spojeve a gruga za dozemne kratke spojeve. Proradna karakterstka u odnosu na dozemne kratke spojeve može stoga mat već doseg u rezstvnom smjeru (veću podešenu vrjednost mjerenog otpora) tme bt vrlo stablna u odnosu na pojavu prjelaznog otpora na mjestu kvara. 5.3. Proračun podešenja dstantnog releja Dstantna zaštta (EC oznaka Z<, NS oznaka 1), kao što je već spomenuto, namjenjena je prvenstveno zaštt vsokonaponskh prjenosnh vodova (dalekovod, kabel) u odnosu na nastupe međufaznh kratkh spojeva (tropoln dvopoln kratk spojev) kratkh spojeva sa zemljom (jednopoln kratk spoj dvopoln kratk spoj s stodobnm spojem sa zemljom). Osm toga, dotčna zaštta trebala b bt, po mogućnost, prčuvna zaštta u odnosu na spomenute kvarove u susjednm vsokonaponskm vodovma ( transformatorma) prjenosne mreže. Dstantn relej posjeduje občno tr (3) stupnja. Numerčk dstantn relej posjeduju do pet (5) stupnjeva, od kojh nek mogu mat usmjerenje prema natrag. od podešenja dstantne zaštte podrazumjeva se proračun podešenja proradnh mpedancja.,.. stupnja dstantne zaštte, kao određvanje vremenskh podešenja.,.. stupnja dstantne zaštte. Osm toga, potrebno je odredt podešenje proradnog (pobudnog / potcajnog) člana podmpedantnog mjernog člana dstantne zaštte. 5.3.1. Proračun podešenja proradnh mpedancja Dstantn relej, kao što je spomenuto, posjeduje najčešće tr stupnja. Potrebno je, dakle, odredt / zračunat podešene vrjednost.,.. stupnja dstantne zaštte. Postoje određen krterj prema kojma se vrš spomenuto podešenje.,.. stupnja dstantne zaštte. Dstantna zaštta ugrađena u određeno vodno polje (dalekovod, kabel) treba bt podešena na sljedeć načn:. stupanj treba djelovat pr kvarovma do 85 % duljne štćenog voda, gledano od mjesta ugradnje prpadnog uređaja relejne zaštte; ovaj stupanj usmjeren je prema naprjed,. stupanj treba djelovat pr kvarovma na preostalom djelu štćenog voda ( 15 % duljne štćenog voda koj nje pokrven. stupnjem), kao pr kvarovma na sabrncama susjednog postrojenja (treba prtom sgurno prjeć sabrnce susjednog postrojenja); ovaj stupanj usmjeren je također prema naprjed, 157
. stupanj treba djelovat, po mogućnost, pr kvarovma koj su nastal dublje u prjenosnoj mrež; on treba prelazt, ako je moguće, najdulj vod koj zlaz z susjednog postrojenja; z navedenog očto sljed da. stupanj dstantne zaštte predstavlja prčuvnu zašttu susjednog voda; usmjerenje. stupnja je također prema naprjed. Prlkom proračuna podešenja pojednh stupnjeva dstantne zaštte polaz se od konfguracje prjenosne mreže u kojoj se nalaz štćen vod. alja prtom sagledat uklopno stanje ncdentne mreže te prbavt tehnčke podatke o njenm elementma. Najprje se određuju prmarne proradne mpedancje spomenuth stupnjeva (.,.. stupanj dstantne zaštte), koje se označavaju velkm slovma, Z, Z Z. Spomenut element ncdentne mreže su prtom vodov transformator. mpedancje vodova dvonamotnh transformatora računaju se respektvno pomoću sljedećh zraza: Z v = Z 1 L (5.3-1) Z T = uk U n 100 S (5.3-) n u kojma su: Z 1 jednčna mpedancja voda drektnog redosljeda, Ω/km, L duljna voda, km, u k napon kratkog spoja transformatora, %, U n nazvn napon mreže u kojoj se nalaz promatrana dstantna zaštta, k, S n nazvna snaga transformatora, M. Ukolko je rječ o regulacjskom transformatoru, tada se računa mnmalna maksmalna mpedancja dotčnog dvonamotnog energetskog transfomatora, kako sljed: Z regt T mn = ZT 1 (5.3-3) 100 Z regt T max = ZT 1 + (5.3-4) 100 pr čemu je regt opseg regulacje napona transformatora u %-cma. Proračun prmarnh proradnh mpedancja Z, Z Z prkazat će se na konkretnom prmjeru. Neka je potrebno zračunat prmarne proradne mpedancje dstantnog releja koj se nalaz na nekom vodu u prjenosnoj mrež. Razmatrana mreža prkazana je na slc 5.3-1. Na dotčnoj slc prkazan je prključak dstantnog releja u stanc (postrojenju), na vodu -B. Dakle, prmjenjuje se dstantna zaštta voda -B u postrojenju. Pretpostavlja se da su poznat tehnčk podac svh elemenata koj su prkazan na slc 5.3-1. 158
Slka 5.3-1 Dstantna zaštta vsokonaponskog voda -B u prjenosnoj mrež. Prmarna proradna mpedancja. stupnja, Z, dstantnog releja u postrojenju na vodu -B (prema slc 5.3-1), podešava se temeljem sljedećeg zraza: Z k Z (5.3-5) s B pr čemu su: Z -B mpedancja drektnog redosljeda štćenog voda -B. k s koefcjent sgurnost. stupnja dstantne zaštte; občno se kreće u sljedećem području: [ 0,85 0,9] k (5.3-6) s Občno se z potonjeg zraza odabre donja vrjednost, tj. k s = 0,85. Prmarna proadna mpedancja. stupnja, Z, dstantnog releja u postrojenju na vodu -B (prema slc 5.3-1) ne smje prelazt: - cjelu susjednu doncu paralelnh vodova B-C, odnosno B-D (vdjet slku 5.3-1), - najmanju mpedancju paralelnh transformatora u sujednom postrojenju B. Dakle, u konkretnom slučaju, prmarna proadna mpedancja. stupnja, podešava se temeljem sljedećeg zraza: BC BD TR ( Z, Z Z ) Z mn, (5.3-7) gdje su: B-C Z prmarna proradna mpedancja. stupnja dstantne zaštte releja u postrojenju na vodu -B, gledana u odnosu na paralelne vodove B-C, 159
B-D Z prmarna proradna mpedancja. stupnja dstantne zaštte releja u postrojenju na vodu -B, gledana u odnosu na paralelne vodove B-D, TR Z prmarna proradna mpedancja. stupnja dstantne zaštte releja u postrojenju na vodu -B, gledana u odnosu na paralelne transformatore u postrojenju B. Temeljem relacje (5.3-7), potrebno je, dakle, odabrat najmanju od spomenuth prmarnh proradnh mpedancja. Dotčne prmarne proradne mpedancje navedene u zrazu (5.3-7), računaju se respektvno pomoću sljedećh zraza: BC BD Z Z s BC ( Z + k Z ) k (5.3-8) s B m BD ( Z + k Z ) B m k (5.3-9) TR Z s ( Z + k Z ) k (5.3-10) B m T mn pr čemu su: Z -B mpedancja drektnog redosljeda štćenog voda -B. k s koefcjent sgurnost. stupnja; občno se kreće u sljedećem području: [ 0,85 0,9] k (5.3-11) s Občno se z potonjeg zraza odabre gornja vrjednost, tj. k s = 0,9. B-C Z prmarna proradna mpedancja. stupnja za dstantnu zašttu postavljenu na početku voda B-C (postrojenje B); određuje se analogno zrazu (5.3-5), B-D Z prmarna proradna mpedancja. stupnja za dstantnu zašttu postavljenu na početku voda B-D (postrojenje B); određuje se analogno zrazu (5.3-5), k m koefcjent međunapajanja (koefcjent grananja). stupnja dstantne zaštte; vezan je uz konfguracju zdašnost razmatrane mreže; pr njegovom određvanju braju se takve konfguracje ncdentne mreže pr kojma je zadovoljena sljedeća relacja: k 1 (5.3-1) m Uočava se da je ovaj koefcjent potrebno posebno odredt za svaku od prethodno opsanh stuacja. Prmjerce, za sustav prkazan na slc 5.3-1, pr određvanju koefcjenta međunapajanja. stupnja u odnosu na vod B-C potrebno je zabrat konfguracju mreže kod koje su sključen sv vodov transformator u susjednom postrojenju (B) kao jedan od paralelnh vodova -B, dok u pogonu ostaju samo paraleln vodov B-C. oefcjent međunapajanja se tada dobja kao omjer struja u paralelnm vodovma B-C prema struj voda -B, pr nastupu tropolnoga kratkog spoja (3) na kraju paralelnh vodova B-C. Na slčan načn se tretraju preostal slučajev. 160
oefcjent osjetljvost. stupnja, k os, defnran je sljedećm zrazom: k os Z = (5.3-13) Z B poželjno je da bude već od 1,15. Prmarna proradna mpedancja. stupnja, Z, dstantnog releja u postrojenju na vodu -B (prema slc 5.3-1), treba ako je kako moguće prelazt: - cjelu susjednu doncu jednog voda B-C, odnosno voda B-D, - najveću mpedancju jednog transformatora u susjednom postrojenju B. Dakle, u konkretnom slučaju, prmarna proadna mpedancja. stupnja, podešava se temeljem sljedećeg zraza: BC BD TR ( Z, Z Z ) Z max, (5.3-14) gdje su: B-C Z prmarna proradna mpedancja. stupnja dstantne zaštte releja u postrojenju na vodu -B, gledana u odnosu na jedan od paralelnh vodova B-C, B-D Z prmarna proradna mpedancja. stupnja dstantne zaštte releja u postrojenju na vodu -B, gledana u odnosu na jedan od paralelnh vodova B-D, TR Z prmarna proradna mpedancja. stupnja dstantne zaštte releja u postrojenju na vodu -B, gledana u odnosu na jedan od paralelnh transformatora u postrojenju B. Temeljem relacje (5.3-14), potrebno je, dakle, odabrat največu od spomenuth prmarnh proradnh mpedancja. Dotčne prmarne proradne mpedancje navedene u zrazu (5.3-14), računaju se respektvno pomoću sljedećh zraza: BC BD Z Z s ( Z + k Z ) k (5.3-15) s B m BC ( Z + k Z ) k (5.3-16) B m BD TR Z s ( Z + k Z ) k (5.3-17) B m T max pr čemu su: Z -B mpedancja drektnog redosljeda štćenog voda -B. k s koefcjent sgurnost. stupnja; občno se kreće u sljedećem području: [,1 1,] k 1 (5.3-18) s 161
Z B-C Z B-D Občno se z potonjeg zraza odabre donja vrjednost, tj. k s = 1,1. mpedancja drektnog redosljeda jednog od paralelnh vodova B-C, mpedancja drektnog redosljeda jednog od paralelnh vodova B-D, Z Tmax maksmalna mpedancja (drektnog redosljeda) jednog od paralelnh transformatora u susjednom postrojenju B, k m koefcjent međunapajanja (koefcjent grananja). stupnja dstantne zaštte; vezan je uz konfguracju zdašnost razmatrane mreže; pr njegovom određvanju braju se takve konfguracje ncdentne mreže pr kojma je zadovoljena sljedeća relacja: k m 1 (5.3-19) Uočava se da je ovaj koefcjent potrebno posebno odredt za svaku od prethodno opsanh stuacja. Prmjerce, za sustav prkazan na slc 5.3-1, pr određvanju koefcjenta međunapajanja. stupnja u odnosu na vod B-C potrebno je zabrat konfguracju mreže kod koje su uključen sv vodov transformator u susjednom postrojenju (B) kao oba paralelna voda -B, dok u pogonu ostaje samo jedan od paralelnh vodova B-C (drug paraleln vod B-C se sključuje). oefcjent međunapajanja se tada dobja kao omjer struja u preostalom vodu B-C prema struj paralelnh vodova -B, pr nastupu tropolnoga kratkog spoja (3) na kraju voda B-C. Na slčan načn se tretraju preostal slučajev. Sekundarne proradne mpedancje dstantne zaštte.,.. stupnja označavaju se malm slovom z, z z određuju se temeljem prethodno zračunath prmarnh proradnh mpedancja Z, Z Z. orste se prtom sljedeć zraz: -. stupanj: -. stupanj: z z p = Z (5.3-0) p u p = Z (5.3-1) p u -. stupanj: z p = Z (5.3-) p u pr čemu su: p nazvn prjenosn omjer strujnog transformatora na koj je prključena razmatrana dstantna zaštta, 16
p u nazvn prjenosn omjer naponskog transformatora na koj je prključena razmatrana dstantna zaštta. Sekundarne proradne mpedancje, dane zrazma (5.3-0), (5.3-1) (5.3-), podešavaju se na uređaju dstantne zaštte (dstantnom releju). Da b se moglo zračunat konkretne vrjednost prmarnh proradnh mpedancja.,.. stupnja (a potom sekundarne proradne mpedancje), potrebno je poznavat tzv. koefcjente međunapajanja. Osnovn prncp zbora konfguracje mreže za određvanje spomenuth koefcjenata međunapajanja je prethodno objašnjen. U nastavku će se na jednom konkretnom prmjeru pokazat načn određvanja spomenuth koefcjenata međunapajanja. Neka je stoga zadana mreža prkazana na slc 5.3-. Promatrat će se nastup tropolnoga kratkog spoja na kraju voda B-C (točka C prema slc 5.3-). Dstantn relej nalaz se u postrojenju, na štćenom vodu -B. Pretpostavlja se da je mreža bla u dealnom praznom hodu, neposredno prje nastupa promatranoga tropolnog kratkog spoja. Slka 5.3- Prmjer određvanja koefcjenta međunapajanja dstantne zaštte. Tropoln kratk spoj je smetrčan kvar kod kojeg se javljaju struje napon samo drektnog redosljeda. Na slc 5.3-3 prkazana je odgovarajuća nadomjesna shema fktvnog sustava promatranog kratkog spoja, za mrežu prema slc 5.3-. Slka 5.3-3 Nadomjesna shema fktvnog sustava za tropoln kratk spoj na kraju voda B-C, prema slc 4.3-. 163
Oznake prmjenjene na slc 5.3-3 maju sljedeća značenja: m Z - nadomjesna mpedancje drektnog redosljeda mreže, mb Z - nadomjesna mpedancje drektnog redosljeda mreže B, B Z - drektna mpedancja štćenog voda -B, C B Z - drektna mpedancja voda B-C, B - struja drektnog sustava voda -B, tjekom nastupa tropolnoga kratkog spoja na kraju voda B-C, C B - struja drektnog sustava voda B-C, tjekom nastupa tropolnoga kratkog spoja na kraju voda B-C, d - napon na mjestu ugradnje dstantne zaštte (točka ), drektnog sustava, pr nastupu spomenutog kvara na kraju voda B-C (točka C), n - fazn napon neposredno prje nastupa spomenutog tropolnoga kratkog spoja. Temeljem oznaka smbolke prmjenjene na slc 5.3-3 sljed: = 0 C B C B B B d n Z Z (5.3-3) odnosno: C B C B B B d n Z Z + + = (5.3-4) Napon faza R, S T na mjestu ugradnje dstantnog releja (točka ) mogu se odredt korštenjem sljedeće matrčne jednadžbe: = 0 0 1 1 1 1 1 d n n n T S R a a a a a a (5.3-5) z dotčne matrčne jednadžbe, napon faze R na mjestu ugradnje promatranog dstantnog releja, tjekom promatranog tropolnog kratkog spoja, znos: d n R = (5.3-6) orštenjem (5.3-4), zraz (5.3-6) prelaz u sljedeć oblk: d C B C B B B d R Z Z + + = (5.3-7) odnosno: C B C B B B R Z Z + = (5.3-8) 164
Djeljenjem zraza (5.3-8) sa strujom B dobva se mjerena mpedancja, Z mj, koju "vd" mjern član dstantnog releja ugrađen u postrojenju (na početku štćenog voda -B), tj. sljed da je: Z mj R BC = = Z B + Z BC (5.3-9) B B Dotčn zraz može se napsat u sljedećem oblku: Z mj R = = Z B + km Z BC (5.3-30) B pr čemu je: k m BC = (5.3-31) B tražen koefcjent međunapajanja. Dakle, koefcjent međunapajanja (za dstantnu zašttu na početku štćenog voda) defnra se kao omjer struje susjednog voda struje štćenog voda, pr nastupu tropolnoga kratkog spoja na kraju susjednog voda. 5.3.. Određvanje vremenskh podešenja dstantnog releja ao što je već prethodno rečeno, osm podešenja proradnh mpedancja.,.. stupnja dstantne zaštte, potrebno je odredt njhova vremenska podešenja. remensko stupnjevanje dstantne zaštte potrebno je zbog zadovoljenja krterja selektvnost. Prmjer vremenske karakterstke dstantnog releja prkazan je na slc 5.3. rjeme djelovanja. stupnja dstantne zaštte, t, usvaja se što je moguće kraće (tzv. osnovno vrjeme djelovanja releja uvećano za vrjeme djelovanja prpadnog prekdača). Občno je, prtom, zadovoljena sljedeća relacja: t = 0,1 s (5.3-3) rjeme djelovanja. stupnja dstantne zaštte, t, određuje se na temelju vremena djelovanja. stupnja odabranog selektvnog vremenskog ntervala. Občno je prtom zadovoljena sljedeća relacja: t = t + Δt (5.3-33) pr čemu je Δt selektvn vremensk nterval dstantne zaštte. U slučaju prmjene numerčke l statčke zaštte on znos 0,3 s. od elektromehančkh zaštta on znos 0,5 s. 165
rjeme djelovanja. stupnja dstantne zaštte, t, mora za već usvojen selektvn vremensk nterval (Δt) bt duže od najdužeg vremenskog zatezanja zaštte od vanjskh kvarova energetskog transforamtora (nadstrujna zaštta, >) u susjednom postrojenju, ako st postoje. U tom slučaju vrjed sljedeća relacja: t = t > + Δt (5.3-34) gdje je t > - vrjeme podešeno na nadstrujnoj zaštt (>) energetskog transformatora. Ukolko ne postoje energetsk transformator u susjednom postrojenju tada se vrjeme djelovanja. stupnja dstantne zaštte podešava prema sljedećem zrazu: t = t + Δt (5.3-35) U svakom slučaju, treba osgurat selektvnost među dstantnh zaštta u sujednm postrojenjma (na susjednm vodovma), kao selektvnost zmeđu dstantnh zaštta relevantnh nadstrujnh zaštta (>) eventualno nazočnh u mrež. remeska karakterstka dstantnog releja još jednom je prkazana na slc 5.3-4. Na njoj su zorno lustrrana vremenska podešenja.,.. stupnja dstantnog releja. Slka 5.3-4 remenska karakterstka dstantnog releja. 5.3.3. Određvanje proradne vrjednost potcajnog člana Osm prethodno određenh vrjednost podešenja proradnh vremenskh članova.,.. stupnja dstantne zaštte, za potpunu konfguracju dstantnog releja, potrebno je odredt podešenje proradne vrjednost potcajnog / pobudnog člana (engl.: pckup). ao potcajn / pobudn član dstantnh releja danas se najčešće korst podmpedantn član (u početku razvoja dstantnh releja kao potcajn član korsto se nadstrujn član). Prmarna proradna vrjednost podmpedantnog potcajnog člana, Z pot, mora bt manja od mnmalne pogonske mpedancje, Z pogmn, nadomjesne mreže na mjestu ugradnje dstantnog releja. Dakle, mora bt zadovoljena sljedeća relacja: 166
Z pot < Z pog mn (5.3-36) Mnmalna pogonska mpedancja mreže na mjestu ugradnje promatranog dstantnog releja, Z pogmn, određuje se pomoću sljedećeg zraza: Z pog mn U pog mn = (5.3-37) 3 pog max gdje su: U pogmn mnmaln pogonsk napon (); može se usvojt sljedeća vrjednost: U mn = 0, 9 (5.3-38) pog U n pr čemu je U n nazvn napon mreže u kojoj se nalaz promatran dstantn relej, pogmax maksmalna pogonska struja promatranog / štćenog voda u koj je ugrađena spomenuta dstantna zaštta (); može se usvojt sljedeća vrjednost: pog max 1, 1n = (5.3-39) pr čemu je 1n nazvna prmarna struja strujnog transforamtora ugrađenog u dotčn vod u kojem je smještena promatrana dstantna zaštta. Sekundarna proradna vrjednost podmpedantnog potcajnog / pobudnog člana (z pot ) podešava se na releju. Određuje se pomoću sljedećeg zraza: z pot p = Z pot (5.3-40) p u pr čemu velčne p p u predstavljaju nazvne prjenosne omjere strujnh naponskh transformatora preko kojh je prključen promatran dstantn relej. Ukolko vrjed da je: Z mj Z pot (5.3-41) dstantn relej se pobuđuje. Tada se preko uređaja za "sklapanje" usmjerenog člana (ako je tok kratkog spoja orjentran z pravca sabrnca k vodu) aktvra mjern član, kojemu se ovsno o vrst kratkog spoja (međufazn kratk spojev l kratk spojev sa zemljom) dovode potrebn napon struje. Nakon što je dstantn relej pobuđen, on sključuje prpadn mu prekdač u:. stupnju, ako je Z mj Z,. stupnju, ako je Z < Z Z, mj 167
. stupnju, ako je Z < Z Z. mj Ukolko pak vrjed da je: Z < Z Z (5.3-4) mj pot relej je pobuđen, al ne sključuje dotčn kvar. onačno, ukolko vrjed da je: Z mj > Z pot (5.3-43) tada se dstantn relej na pobuđuje. 5.4. omunkacjske sheme dstantne zaštte Dstantna zaštta predstavlja temeljnu relejnu zašttu vodova prjenosnh mreža svh naponskh razna. Rječ je zaštt koja kombnra mogućnost vrlo brzok sključenja kvarova na štćenom vodu s mogućnošću prčuvnog štćenja. Međutm, ona posjeduje jedan nedostatak koj je moguće elmnrat. Name, osnovn nedostatak dstantne zaštte lež u čnjenc da nje u stanju zašttt štćen vod u punoj duljn (100 % duljne voda) s najkraćm mogućm vremenom sklopa kvara (bez namjerne vremenske odgode). Moguće je u. stupnju zašttt najvše do 85 % duljne voda. Dakle, preostaje 15 % - 0 % duljne voda na kojem se kvarov sključuju u. stupnju (s vremenskm zatezanjem). Ovo vremensko zatezanje posljedca je potrebe za selektvnošću poželjno b ga blo elmnrat. Dstantna zaštta može šttt 100 % duljne voda u svom. stupnju ako se prmjene tzv. komunkacjske sheme. To znač da se dstantn relejn uređaj na oba kraja štćenog voda međusobno povežu komunkacjskm kanalom (npr. optčkom l klasčnom telekomunkacjskom vezom). U tu svrhu može se korstt prmjerce OPGW (engl.: optcal ground wre) uže l PLC (engl.: power-lne carrer) sstem. Slka 5.4-1 grafčk lustrra prmjenu komunkacjske sheme na vsokonaponskom prjenosnom vodu. Slka 5.4-1 Grafčka lustracja prmjene komunkacjske sheme dstantne zaštte. Postoj vše vrsta razlčth komunkacjskh shema koje se mogu prmjent. Svma je svrha zašttt cjelokupnu duljnu štćenog voda u. stupnju, dakle, bez vremenske odgode sključenja kvara. Rječ je o tzv. vlasttom vremenu djelovanja samog dstantnog releja vremenu koje je potrebno prpadnom prekdaču da sključ kvar (ukupno oko 100 ms). 168
omunkacjska shema dstantne zaštte temelj se načelu da dstantna zaštta s jedne strane voda, koja dentfcra kvar na štćenom vodu u. stupnju, šalje sgnal dstantnoj zaštt na drugom kraju voda (komunkacjskom vezom) da djeluje stovremeno na sključenje kvara. Rječ je o prjenosnoj mrež u kojoj su kvarov redovto napajan s obje strane. Na taj načn, ukolko zaštta na drugom kraju voda ne "vd" kvar u svom. stupnju, ona djeluje na kvar (u. stupnju) jer je dobla nalog od dstantne zaštte na drugom kraju voda. Suvremen numerčk dstantn relej posjeduju mogućnost ostvarenja vše razlčth vrsta / tpova komunkacjskh shema dstantne zaštte. Razlkuju se prtom dva koncepta komunkacjskh shema dstantne zaštte: - engl.: blockng sheme, - engl. permssve sheme. Osm toga, numerčka zaštta za ostvarenje komunkacjskh shema dstantne zaštte posjeduje poseban stupanj koj se nazva produljen. stupanj. On pokrva sto područje (doseg) kao. stupanj dstantne zaštte al ma vrjeme odgode djelovanja jednako vremenu djelovanja. stupnja (dakle, djeluje trenutno, odnosno, bez vremenske odgode). Produljen. stupanj dstantne zaštte korst se, dakle, sključvo za ostvarenje komunkacjskh shema dstantne zaštte to mu je jedna namjena. Slka 5.4- prkazuje vremenske djagrame dstantnh zaštta na oba kraja štćenog voda. Produljen. stupanj dstantne zaštte prkazan je na slc 5.4- crtkano. Smsao produljenog. stupnja dstantne zaštte jest u povećanju sgurnost prorada pravlnog sključenja kvarova na štćenom vodu. Ovo se očtuje u čnjenc da numerčka dstantna zaštta korst produljen. stupanj da vd kvarove zvan svoje. zone (sve kvarove u. zon jer je doseg produljenog. stupnja jednak dosegu. stupnja). Postavlja se stoga preduvjet dstantnoj zaštt da može djelovat samo ako vd kvar u svojem produljenom. stupnju te ako dobje odgovarajuć sgnal (za djelovanje l blokadu djelovanja, ovsno o vrst komunkacjske sheme koja se korst). Ovme se povećava sgurnost dstantne zaštte povećava vjerojatnost pravlnog sključenja kvarova na ukupnoj duljn štćenog voda. Slka 5.4- Grafčka lustracja vremenskh djagrama dstantnh zaštta na oba kraja štćenog voda. 169
Općento se može reć da se kod tzv. blockng komunkacjskjskh shema dstantne zaštte šalje sgnal o blokranju prorade releja na drugom kraju voda, dok se kod permssve shema šalje sgnal za djelovanje. Drugm rječma, kod permssve shema relej koj vd kvar na vodu u svom produljenom. stupnju neće djelovat dok ne dobje sgnal za proradu od releja na drugom kraju voda, koj će taj st kvar vdjet u svom. stupnju (osm ako nje rječ o kvaru koj je njemu za leđa, što znač da je kvar zvan štćenog voda). U potonjem slučaju relej ne šalje sgnal za djelovanje prvom spomenutom releju nema sključenja voda (jer n kvar nje na štćenom vodu). Suprotno tome, kod blockng shema, relej će uvjek djelovat kada vd kvar u svom produljenom. stupnju, osm ako ne dobje sgnal (blockng) od zaštte na drugom kraju voda. To b značlo da b prv spomenut relej djelovao na kvar koj se dogodo zvan štćenog voda (jer produljen. stupanj ma doseg. stupnja) ukolko ne b dobo blockng sgnal od releja na drugom kraju štćenog voda. Buduć da u razmatranom slučaju relej na drugom kraju voda vd ovaj kvar za leđa, on šalje blockng sgnal prvom releju on ne djeluje. Stoga je očto potrebno da zaštta na drugom kraju voda, ukolko vd kvar za leđa, pošalje (blockng) sgnal prvoj spomenutoj zaštt jer ona u tom slučaju ne smje djelovat. U nastavku će se ponešto detaljnje opsat jedna od vrlo često korštenh (popularnh) permssve komunkacjskh shema, koja se nazva PUTT (engl.: permssve under-reach transfer trp) komunkacjska shema dstantne zaštte. Ova komunkacjska shema za svoje djelovanje korst, dakle, poseban stupanj dstantne zaštte koj se nazva produljen. stupanj, koj pokrva sto područje (doseg) kao. stupanj dstantne zaštte ma vrjeme djelovanja sto kao. stupanj. Načn rada PUTT komunkacjske sheme jest sljedeć: pr nastupu kvara u krajnjm djelovma štćenog voda (< 15 % duljne štćenog voda), blska dstantna zaštta ovaj kvar vd u svojem. stupnju, dok ga dstantna zaštta na drugom kraju štćenog voda vd u svojem produljenom. stupnju (ovaj stupanj, dakle, pokrva sto područje kao. stupanj). Blska dstantna zaštta koja je proradla u. stupnju šalje sgnal dstantnoj zaštt na drugom kraju štćenog voda, koja prtom prorađuje u svojem produljenom. stupnju. Tme se štćen dalekovod sključuje na oba kraja u najkraćem mogućem vremenu. alja naglast da će dstantna zaštta na udaljenom kraju štćenog voda djelovat samo ako je prmla sgnal za sklop ako stovremeno vd kvar u svojem produljenom. stupnju. U protvnom zaštta neće djelovat. Ukupno vrjeme djelovanja dstantne zaštte (na oba kraja štćenog voda), tj. ukupno vrjeme odgode štćenja voda u. stupnju sastoj se od vše komponent. Ovo vrjeme sključenja sastoj se, dakle, od: vlasttog vremena djelovanja releja, vremena putovanja sgnala zmeđu dvaju releja (koje ovs o duljn štćenog voda vrst telekomunkscjskog kanala) te vlastog vremena sklopa prekdača. Name,. stupanj dstantne zaštte nema dodatnog (namjernog) kašnjenja sključenja štćenog voda (tzv. vremenskog zatezanja). Međutm, unatoč tome, kvar neće bt sključen trenutno, već s određenom vremenskom odgodom (občno oko 100-00 ms). Grafčka lustracja ukupnog akumulranog vremena potrebnog za sključenje kvara dstantnom zašttom (: stupanj) koja korst prmjerce PUTT komunkacjsku shemu prkazana je na slc 5.4-3. Na dotčnoj slc se vd udo svake pojedne komponente vremenskog kašnjenja do trenutka konačnog sključenja kvara. Također se uočava da je vrjeme prepoznavanja kvara vrlo kratko. Unutar ovog vremena (10-60 ms) 170
dstantna zaštta mora bt u stanju točno prepoznat kvar dat nalog dstantnoj zaštt na drugom kraju štćenog voda da sključ taj kvar. Slka 5.4-3 Grafčka lustracja ukupnog vremena koje je potrebno komunkacjskoj shem dstantne zaštte da sključ kvar na štćenom vodu. Na temelju slke 5.4-3 postaje posve jasno da je vrjeme sključenja kvara u. stupnju, korštenjem komunkacjske sheme dstantne zaštte, nešto duže od vremena sključenja kvara u. stupnju bez komunkacjske sheme. Name, kod klasčne dstantne zaštte, ukupno vrjeme odgode djelovanja. stupnja (vlastto vrjeme djelovanja releja prekdača) procjenjuje se na oko 100 ms. Međutm, s druge strane, korštenje komunkacjske sheme dstantne zaštte omogućava štćenje ukupne duljne voda u. stupnju što je svavko poželjno 5.5. Detekcja njhanja snage Pojava kratkh spojeva u prjenosnoj mrež, praćenh uz to automatskm ponovnm uklopom (PU), kao drugh brzh promjena uklopnh stanja dovod često do njhanja snage na prjenosnm vodovma koj su ncdentn mjestma nastupa spomenuth promjena. Slčno se događa prmjerce pr naglm spadma tereta u mrež. od ovakvh dnamčkh promjena stanja prjenosne mreže, dstantna zaštta mjer (na štćenom vodu koj se nalaz u blzn mjesta poremećaja) velke vrjednost tranzjentnh struja te (naročto ako se nalaz u elektrčnom centru djela poremećenog sustava) vrlo nske vrjednost napona. Ovakva kombnacja velkh znosa struja s malm znosma naponma znač da je rječ o malm vrjednostma mjerenh mpedancja. Dstantna zaštta stoga može vjerovat da se rad o kratkom spoju u njenoj prmjerce. zon te da ostale dstantne zaštte ne vde dotčn kvar. Ona može stoga pogrešno djelovat u svojem. stupnju prtom sključt štćen vod tme određen do prjenosnog sustava. Ovo može dovest do katastrofalnh posljedca, koje u krajnje nepovoljnm slučajevma mogu zazvat lavnsk spad vodova te konačno završt čak 171