4.2 OCHRANY VEDENÍ A TRANSFORMÁTOROV

 

 

Poruchy v elektrizačnej sústave vznikajú nečakane a sú tak rýchle, že nie je možný zásah obsluhy. Dozor nad zariadeniami, kde by sa mohlo vyskytnúť poškodenie alebo zničenie zariadenia tým, že by zásah nebol dosť rýchly, sa zveruje ochranám. Táto kapitola objasňuje základné spôsoby chránenia vedení a transformátorov.
 

 

 

Obsah kapitoly 4.2

4.2.1 Princípy ochrán v elektrických staniciach
4.2.2 Základné typy ochrán
4.2.3 Otázky ku kapitole 4.2

 

 

 

4.2.1 PRINCÍPY OCHRÁN V ELEKTRICKÝCH STANICIACH

Ochrana je zariadenie, ktoré kontroluje chod určitej časti ES. Priamo alebo prostredníctvom prístrojových transformátorov získava informácie o stave chráneného objektu, informácie spracováva a dáva povel k ďalšej činnosti. Rozlišuje, či sa jedná o poruchu alebo prevádzkový stav a dokáže poruchu lokalizovať a identifikovať. Algoritmus ochrany popisuje funkciu ochrany. Môžeme ho vyjadriť matematicky ako rovnicu ochrany alebo grafickým zobrazením ako charakteristiku ochrany.

 

Ochrany delíme podľa:

a) druhu chráneného objektu na ochrany

  • generátorov,

  • transformátorov,

  • vedení,

  • spotrebičov.

 

b) druhu poruchy na ochrany pri

  • skrate,

  • preťažení,

  • prepätí,

  • podpätí,

  • zemnom spojení,

  • pri nesymetrii,

  • znížení frekvencie.

 

c) funkčného princípu na ochrany

  • prúdové,

  • napäťové,

  • dištančné,

  • rozdielové,

  • porovnávacie,

  • frekvenčné.

 

d) doby pôsobenia na ochrany   

  • okamihové,

  • časovo nezávislé,

  • časovo závislé,

  • kombinované.

 

e) konštrukcie na ochrany  

  • elektromechanické,

  • elektronické,

  • digitálne.

V praxi sa používa na ochranu konkrétneho zariadenia súbor ochrán. Napr. súbor ochrán vedenia 110 kV tvoria základná ochrana dištančná a záložné ochrany dištančná a porovnávacia. Súbor ochrán  transformátora  nad  40  MV.A  tvoria nadprúdová, rozdielová, podpäťová a kostrová ochrana, plynové relé a ochrana proti preťaženiu.

 

Základné pojmy

  • vlastná spotreba je príkon, ktorý potrebuje ochrana pre svoju činnosť (V.A, W),

  • vlastná doba je čas od okamihu, kedy hodnota veličiny dosiahne nastavenú veľkosť, do okamihu popudu (povelu na pôsobenie),

  • presnosť sa udáva v percentách odchýlky od nastavenej hodnoty,

  • prídržný pomer je pomer veľkosti prúdu pri pomalom znižovaní prúdu až po odpadnutie kotvy, k veľkosti prúdu potrebnému pri pomalom narastaní k pritiahnutiu kotvy,

  • blokovanie ochrany je činnosť ochrany podmienená funkciou iného zariadenia.

 

 Základné časti ochrán

Každá ochrana sa skladá z článkov. Článok ochrany je množina niekoľkých prvkov, ktoré tvoria samostatný funkčný celok. Základné články sú:

a) vstupný, prevádza vstupný signál na spracovateľný tvar a úroveň a filtruje rušivé signály,

b) rozbehový (popudový), dáva informáciu o poruche meraciemu článku a logike,

c) merací, sleduje meranú hodnotu a rozhoduje o identifikácii poruchy,

d) logika, spracuje informáciu a podľa splnenia podmienok určí funkciu, ktorá sa má vykonať,

e) časový, ovplyvňuje čas (oneskorenie) pôsobenia ochrany,

f) koncový, privádza napätie na ovládaciu cievku vypínača prostredníctvom elektromagnetického relé s výkonovými kontaktmi,

g) napájací, napájanie ochrany môže byť jednosmerné (najčastejší spôsob napájania), striedavé alebo z PTN.

Ukazovatele kvality ochrany

  • citlivosť, ktorá je daná najmenšou hodnotou nastavenej veličiny, pri ktorej ochrana spoľahlivo pôsobí,

  • selektívnosť, ako schopnosť vyradiť len poškodenú časť a ostatné nechať v prevádzke,

  • spoľahlivosť, ako schopnosť bezpečne pracovať podľa daného algoritmu v určenom čase s požadovanými parametrami,

  • rozlišovacia schopnosť, rozlíšiť dva blízke stavy, z ktorých jeden je poruchový,

  • rýchlosť pôsobenia, je čas pôsobenia ochrany od identifikácie poruchy až po vyslanie vypínacieho povelu na výkonový vypínač,

  • preťažiteľnosť, ako schopnosť vydržať preťaženie bez poškodenia po určitú dobu potrebnú na vypnutie zariadenia.

 

 

4.2.2 ZÁKLADNÉ TYPY OCHRÁN

 

Primárna ochrana

Pracuje bez prístrojových transformátorov, napätie je na ochranu privedené priamo. Princíp pôsobenia má ako:

  • primárne relé priame je na obr. 4.2.1. Vypínací mechanizmus je ovládaný elektromagnetom zaradeným priamo v obvode vypínača.

  • primárne  relé  nepriame  je  na  obr.  4.2.2. Elektromagnetom zaradeným v obvode vypínača sa ovláda len pomocný kontakt, ktorým zapína obvod vypínacieho mechanizmu, napájaný zo samostatného zdroja.

 
Obr. 4.2.1. Primárne relé priame Obr. 4.2.2. Primárne relé nepriame

 

Sekundárna ochrana

Sekundárnu ochranu tvorí sekundárne relé nepriame (obr. 4.2.3), ktorého elektromagnet je napájaný zo sekundárneho vinutia  PTP. Elektromagnet ovláda kontakt v obvode vypínacieho mechanizmu, ktorý je napájaný zo samostatného zdroja.

 

Obr. 4.2.3. Sekundárne relé nepriame

 

Rozdielová ochrana

Rozdielová (diferenciálna) ochrana pôsobí spoľahlivo pri poruchách vo vnútri chráneného úseku a je necitlivá pri poruchách vo vonkajších obvodoch. Používa sa pre chránenie transformátorov vrátane prívodných vedení. Spolupracuje s frekvenčným relé, ktoré jej činnosť pri zapínaní transformátora blokuje. Na obr. 4.2.4. je vysvetlený princíp činnosti rozdielovej ochrany. V prípade poruchy vo vnútri úseku (medzi PTP1 a PTP2) tečie cez diferenciálne relé vyrovnávajúci prúd a ochrana vypína (čiarkované šípky). V prípade poruchy mimo chránený úsek sa vstupný a výstupný prúd menia rovnako a cez diferenciálne relé netečie vyrovnávajúci prúd (plné šípky).

 

Obr. 4.2.4. Princíp činnosti rozdielovej ochrany

 

Nadprúdová ochrana

Nadprúdová ochrana je jednoduchá a najpoužívanejšia ochrana. Je menej selektívna ako ostatné ochrany, a preto sa projektuje ako záložná ochrana. Pri preťažení a pri skrate narastá prúd, ochrana ho meria a po prekročení nastavenej hodnoty začne pôsobiť. Aby nepôsobila pri prúdových nárazoch, tak je  jej činnosť podmienená zapôsobením podpäťovej ochrany (pri skrate je pokles napätia).

Z hľadiska časovej závislosti sa rozdeľujú nadprúdové ochrany na:

  • závislé, rýchlosť vypínania je závislá na veľkosti nadprúdu. Používa sa ako ochrana proti preťaženiu obr. 4.2.5,

  • polozávislé, až po určité preťaženie je rýchlosť vypínania závislá na veľkosti prúdu a potom vypína za rovnako nastavený čas  obr. 4.2.6,

  • nezávislé, skrat vypína okamihové relé okamžite, menšie preťaženia vypína za nastavený čas. Používa sa ako skratová ochrana  obr. 4.2.7.

 
Obr. 4.2.5. Závislá vypínacia charakteristika Obr. 4.2.6. Polozávislá vypínacia charakteristika

 

Obr. 4.2.7. Nezávislá vypínacia charakteristika

 

Plynová ochrana

Plynová ochrana je nazývaná tiež Buchholzovo relé, obr. 4.2.8. Používa sa ako ochrana transformátorov a tlmiviek s olejovým chladením. Ochrana sa umiestňuje  do potrubia medzi nádobu a konzervátor oleja. Reaguje na všetky poruchy vo vnútri transformátora, medzifázové aj medzizávitové skraty.

 

Obr. 4.2.8. Plynová ochrana

 

Pri poruche vo vnútri nádoby sa vyvíja plyn alebo nastane rýchle prúdenie oleja. Ochrana vypína v dvoch stupňoch, 1.stupeň je výstraha od plaváka,  2.stupeň vypína transformátor popudom od plaváka pri poklese hladiny, alebo od klapky pri prúdení oleja.

 

Kostrová ochrana 

Kostrová ochrana je druh prúdovej ochrany zapojenej medzi nádobu transformátora a zem. Kostra transformátora sa pripája cez prievlekový transformátor prúdu. Na jeho sekundárnej strane je prúdové relé, ktoré pri poruche okamžite vypína transformátor. Nádoba transformátora musí byť izolovaná proti zemi.

  

Dištančná ochrana

Dištančná ochrana je impedančná ochrana, ktorá sa aktivuje, ak jej popudový článok zistí poruchu a následne rozbieha ostatné články. Merací článok zistí meraním impedancie vedenia vzdialenosť poruchy, časový  článok  meria čas závislý od vzdialenosti poruchy a dá impulz vypínaču. Ochrana môže byť časovo odstupňovaná, čím sa zvyšuje selektivita a spoľahlivosť istenia. V najkratšom čase vypína blízky skrat, so vzdialenosťou od miesta poruchy časy narastajú, obr. 4.2.9. Táto ochrana nie je vhodná pre krátke a káblové vedenia, lebo majú malú impedanciu a tým sa znižuje presnosť pôsobenia.

 

Obr. 4.2.9. Princíp dištančnej ochrany

 

Pre vypnutie potrebuje ochrana na obr. 4.2.9 nárast prúdu (v cievke 1 napájanej z PTP) a pokles napätia (v cievke 2 napájanej z PTN). Rozopnutie kontaktu k vyvolá činnosť relé r.

  

Porovnávacia ochrana

Porovnáva merané veličiny na koncoch chráneného úseku. Povel k vypnutiu dá vtedy, keď  popudové články rozbehnú ochranu a smerové články indikujú tok prúdu do alebo z chráneného úseku. Ináč smerové články činnosť ochrany blokujú. Pre svoju činnosť potrebuje spojovacie vedenie, aby sa ochrany na oboch koncoch mohli navzájom informovať o smere prúdu.

                        

Napäťová  ochrana

Pôsobí pri náraste napätia ako prepäťová ochrana, alebo pri poklese napätia ako podpäťová ochrana. Používa sa v kombinácii s inými ochranami.

 

Automatika opätovného zapínania

Pretože väčšina porúch na vzdušných vedeniach má prechodný charakter, používa sa automatika opätovného zapínania (OZ), ktorá môže vedenie znovu zapnúť. Pri poruche na vedení vypínač vypne a automatika OZ ho po nastavenom čase opäť zapne. Ak porucha mala prechodný charakter, zostáva vedenie zapnuté, nastane úspešný cyklus OZ. Ak porucha ďalej trvá, vypínač znovu vypne vedenie a nastáva neúspešný cyklus OZ. Porucha býva väčšinou len v jednej fáze a preto, keď to konštrukcia vypínača dovoľuje, môže byť OZ  jednopólové. Až v prípade poruchy vypína trojpólove. Na obr. 4.2.10 je uvedený časový diagram pôsobenia OZ. Celkový čas cyklu OZ sa skladá z času pôsobenia ochrany t1, času vypnutia výkonového vypínača t2 a času beznapäťovej pauzy t3. Napríklad pre 1-pólový OZ v sieti 110 kV je čas pôsobenia ochrany a vypnutia výkonového vypínača t1 + t2 približne 60 ms (závisí od typu ochrany a vypínača) a čas beznapäťovej pauzy t3  sa nastavuje na 0,6 s.

 

  Obr. 4.2.10. Časový diagram pôsobenia OZ

 

 

 

4.2.3 Otázky ku kapitole 4.2

 

  1.    Vysvetlite ukazovatele kvality ochrany!

  2.    Vysvetlite princíp činnosti rozdielovej ochrany!

  3.    Ako sa rozdeľujú nadprúdové ochrany z hľadiska časovej závislosti?

  4.    Popíšte činnosť plynovej ochrany!

  5.    Vysvetlite princíp dištančnej ochrany!

  6.    Vysvetlite princíp automatiky OZ!