ФУНКЦИОНИСАЊЕ УСМЕРЕНЕ ЗЕМЉОСПОЈНЕ ЗАШТИТЕ У ИЗОЛОВАНИМ МРЕЖАМА, ПРИ ПОЈАВИ КАРАКТЕРИСТИЧНИХ КВАРОВА

Д.РИСТИВОЈЕВИЋ*, С.ВУКОВИЋ, С.ДАМЊАНОВИЋПД РБ „КОЛУБАРА“

ЛАЗАРЕВАЦ

СРБИЈА

КРАТАК САДРЖАЈ

При раздвајању уземљивача трафостанице 35/6 kV (35/10 kV), од такозваног мрежног уземљивача (да би се спречило изношење потенцијала из постројења), намеће се питање за који уземљивач везати плашт кабла. Анализирају се случајеви пробоја према плашту (или заштитном воду кабла) за обе могућности. Да ли су у оба случаја покривени кварови нпр. у кабловској глави, која је испред обухватног кабловског трансформатора? Интересантно је и посматрање настанка земљоспоја преко велике прелазне отпорности. Питање прага осетљивости земљоспојних релеја на нулту компоненту напона. На основу измерених вредности капацитивности сабирница анализира се могућност реаговања усмерене земљоспојне заштите када је прикључен само један вод. Постоји ли утицај доземне капацитивности на вишем напону, ако се зна да су уобичајене вредности за трансформатор 35/6kV, 8 МVА : CL= 5nF; CHL= 4nF; CH= 2nF?

Кључне речи: земљоспој, доземна капацитивност, нулта компонента

1. УВОД

Предуслов за спречавање изношења потенцијала из трафостаница 35/6 kV је раздвајање уземљивачa (уземљивача трафостанице и тзв. мрежног уземљивача). Посматрајући поузданост усмерене земљоспојне заштите на 6 kV-ном напонском нивоу, за дискусију је с којим уземљивачем галвански спојити плашт (или заштитни проводник) кабла.

* Драган Ристивојевић,дипл.инж.ел., ПД РБ “Колубара“, Огранак „Површински копови“,11565Барошевац

У раду се анализирају случајеви пробоја према плашту (или заштитном воду) кабла, за обе могућности. Да ли су у оба случаја, регистровани кварови у кабловској глави, која се налази изнад обухватног кабловског трансформатора?!Посматра се и настанак земљоспоја преко велике прелазне отпорности Rprel и одређује адекватни праг осетљивости земљоспојног релеја на нулту компоненту напона Uо. На основу измерене вредности доземне капацитивности сабирница Cs, анализира се могућност реаговања усмерене земљоспојне заштите, када је прикључен само један вод.Такође се посматра и утицај доземне и међунамотајне капацитивности на вишем напонском нивоу.

2. АНАЛИЗА КАРАКТЕРИСТИЧНИХ КВАРОВА

Да би се спречило изношење потенцијала из трафостанице 35/6kV, у условима експлоатације на површинским коповима, практикује се формирање тзв. мрежног уземљивача за напонски ниво 6kV и ниже. Мрежни уземљивач је удаљен од уземљења трафостанице довољно да се не нађе у напонском левку при квару на 35kV (земљоспој). Све металне масе се преко плашта, или заштитног проводника 6kV-ног кабла галвански спајају на мрежни уземљивач. Плашт (заштитни проводник) кабла, који повезује трафостаницу и постројење 6 kV (постројење је уземљено преко мрежног уземљивача) се галвански спаја са једним од уземљивача RTC или RM. Други крај плашта (заједничког проводника) остаје изолован, и на тај начин се спречава галванска веза између уземљивача и могућност изношења потенцијала. Земљоспoјна усмерена заштита би морала бити побуђена при кваровима (пробој према земљи или плашту, односно заштитном проводнику) на линији и у кабловској глави, која се налази испред детектора нулте компоненте струје, обухватног кабловског трансформатора.

Слика 1: Прикључење кабловске главе на извод 6kV у трафостаници 35/6kV

2

Кабловска глава се мора изоловати од постојећих конструктивних елемената и мора бити уземљена проводником довољног пресека провученим кроз обухватни кабловски трансформатор у смеру приказаном на слици 1. Тако се спречава погрешно деловање заштите услед постојања лутајућих струја, које се затварају кроз плашт кабла, а формирају се као последица индуктивне спреге приликом преплитања каблова. Анализираћемо обе могућности галванске везе плашта (заштитног проводника) са уземљивачем. а) Галвански спој са уземљивачем трафо станице 35/6kV, уз квар према заштитном проводнику у кабловској глави

Слика 2: Пробој према заштитном проводнику у кабловској глави- кад је заштитни проводник провучен кроз обухватни кабловски трансформатор -случај 1)

1) Проводник је провучен кроз обухватни кабловски трансформатор и уземљен. Посматра се пробој фазе према проводнику у кабловској глави. Капацитивне струје свих каблова прикључених на исте сабирнице се сумирају кроз место квара преко уземљеног проводника и оријентација сумарне струје је ка сабирницама што усмерена земљоспојна заштита правилно препознаје. 2) Галвански спој са уземљивачем трафостанице 35/6 kV уз квар према заштитном проводнику у кабловској глави (проводник није провучен кроз обухватни кабловски трансформатор).

3

Слика 3: Пробој према заштитном проводнику у кабловској глави када заштитни проводник није провучен кроз обухватни кабловски трансформатор -случај 2)

Сумирање капацитивних струја је кроз проводник који није провучен кроз обухватни кабловски трансформатор. Оријентација сумарне струје кроз обухватни кабловски трансформатор је од сабирница ка линији, тако да земљоспојна заштита неће реаговати, или ће реаговати погрешно, уколико су струје IR и IT (капацитивне) довољно велике.3) Галвански спој са мрежним уземљивачем, уз квар према заштитном проводнику у кабловској глави.

Слика 4: Пробој у кабловској глави -случај 3)

Оријентација сумарне струје кроз обухватни кабловски трансформатор је ка сабирницама, што усмерена земљоспојна заштита правилно препознаје.У овим условима у неким постројењима се сви проводници из кабловске главе повезују (на свим изводима) у исту тачку, на тзв. „пливајући потенцијал“, што је непотребно. Дакле, кварови у кабловској глави (пробој према заштитном проводнику) изазивају деловање усмерене земљоспојне заштите при галванској вези, како са уземљивачем трафостанице, тако и са мрежним уземљивачем. Заштита не функционише при овој врсти квара, у првом случају, када се заштитни проводник не провуче кроз обухватни кабловски трансформатор (слика 3), тако да се о овом детаљу строго мора посветити пуна пажња. Једини недостатак галванске везе заштитног проводника са мрежним уземљивачем је могућ утицај лутајућих струја, које се могу затворити кроз плашт, кроз обухватни кабловски трансформатор и при већем интезитету изазвати непотребно реаговање усмерене земљоспојне заштите.

3. НАСТАНАК ЗЕМЉОСПОЈА ПРЕКО ВЕЛИКЕ ВРЕДНОСТИ ПРЕЛАЗНОГ ОТПОРА Усмерена земљоспојна заштита реагује при одређеним вредностима нултих компоненти струје (Io) и напона (Uо).Напон на отвореном троуглу износи 100V, али је потребно праг подесити на вредност (10-15)V, како би били обухваћени кварови преко велике прелазне отпорности.

4

Што је већа вредност прелазног отпора, мањи је напон на отвореном троуглу. Произвођачи релејних уређаја, различито решавају ову врсту проблема (у дијапазону од неколико волти (V) до 80V.

Слика 5: Једнофазни земљоспој преко прелазног отпора rN

Напон фазе у квару је:

А напон у нултој тачки: дакле, векторски нижи у односу на метални земљоспој. У складу с тим, смањују се напони здравих фаза, према земљи. Кроз капацитивности фазе у квару, протиче струја

У прорачунима снижење напона и струје нулте компоненте, условљено прелазном отпорношћу rN, дефинише се коефицијентом „пуноће споја“:

Где је номинална вредност напона фазе у квару. При металном слоју =1, пошто је

, a при земљоспоју преко прелазног отпора струја износи:

док је струја земљоспоја:

Пошто земљоспојна заштита реагује на нулту компоненту струје и напона, за анализу њеног рада, веома је погодно користити се расподелом струја нулте компоненте, а за изранучавање вредности Uok, Io , Iz користе се изрази:

5

4. МОГУЋНОСТ ДЕЛОВАЊА УСМЕРЕНЕ ЗЕМЉОСПОЈНЕ ЗАШТИТЕ КАДА ЈЕ НА САБИРНИЦЕ ПРИКЉУЧЕН САМО ЈЕДАН ВОД

Размотрићемо утицај доземних и међунамотајних капацитивности вишег напонског нивоа на повећање капацитивности сабирница при напонском нивоу 6kV.

Усмерена земљоспојна заштита не може функционисати при прикљученом само једном воду на систем сабирница (уколико се налази у изводној ћелији постројења). Ако је њена локација у оквиру разводног ормана који је на одређеном растојању у односу на трафостаницу 35/6kV , деловање заштите је могуће и функција је вредности доземне капацитивности кабла који је између трафостанице и разводног ормана.На слици 6 је приказан распоред струја ако је усмерена земљоспојна заштита лоцирана у трафостаници, при чему је незнатан утицај доземне капацитивности сабирница.

Слика 6: Усмерена земљоспојна заштита лоцирана у трафостаници

Слика 7: Усмерена земљоспојна заштита лоцирана у разводном орману, који је на растојању од трафо стнице

6

У првом случају струја земљоспоја је функција доземних капациативности сабирница (и евентуално прикључног кабла од секундара трансформатора до сабирница, доземних и међунамотајних капацитивности вишег напонског нивоа).Генерација микроприцесорских земљоспојних заштита, реагује при вредности струје 1mА (секундарно). Преносни однос обухватног кабловског трансформатора је m=50, мада зависи од оптерећења на секундарној страни:

Да би се остварило исправно деловање усмерене земљоспојне заштите, потребно је да капацитивност испред OKT буде минимално 15,8 nF.У трафостаници, 35/6kV, постоји кабловска веза секундара трансформатора 8MVA, са сабирницама, l=15m, Cu, S=95mm2 .Подужна доземна капацитивност изности 330nF/km. У нашем случају је:

Назив елементаКапацитивност

nF

Напонски индуктивни трансформатор 0,2-0,5Прекидачи (затворен положај) 0,3-0,8 Прекидачи (отворен положај 0,2-0,5 Растављачи (затворен положај) 0,04-0,08 Растављачи (отворен положај) 0,03-0,06Струјни трансформатор 0,02-0,7Проводни изолатор 0,1-0,3Секундарни намотај трансформатора 35/6kV, 8MVA 5Примарни намотај трансформатора 35/6kV, 8MVA 2Међунамотајна капациативност трансформатора 35/6kV, 8MVA 4

Табела 1: Вредности доземних капацитивности појединачних елемената у постројењу

Слика 8: Еквивалентне капацитивности на сабирницамаМерење доземне капациативности само сабирница (без кабловске везе ка секундару трансформатора), напонско –струјном методом :

7

Слика 9: Мерење доземне капацитивности CR

Kратком везом К1-К2 елиминише се утицај капацитивности CS и CT и одводи струја Ik, мимо мерне групе.

8

Слика 10: Еквивалентна капацитивност

Мерењем доземне капацитивности уз прикључене сабиаарнице, кабл до секундара трансформатора, трансформатор 35/6kV, 8MVA, ваздушног вода 35kV и трансформатора 110/35kV, 31,5MVA, трафостанице „Јабучје“ (искљученог са примарне стране), потврђена је приближно вредност добијена прорачуном.

Слика 11 : Мерење еквивалентне капацитивности система 6kV

5. ЗАКЉУЧАК

Очигледно да капацитивности вишег напонског нивоа, утичу на повећавање капацитивности сабирница, али се као ограничавајући фактор јавља вредност

9

међунамотајне капацитивности трансформатора 35/6kV, 8MVA, CHL=4nF. Вредност Cek3

ће увек бити < 4nF, ма колико износила вредност Cek2.

Пошто су CHL и CH константе, на повећање вредности доземне капацитивности сабирница, најповољније је утицати, променом дужине кабла: секундар трансформатора-сабирнице, или прикључењем одговарајућих кондензаторских батерија између сабирница и земље. Мерењем U-I методом смо добили C=15nF што је <15,8nF и недовољно за правилну функцију земљоспојне заштите на изводу, који је самостално прикључен на сабирницe.

6. ЛИТЕРАТУРА

[1] Земљоспоји у мрежама 35kV и 6kV - М . Фјодоров[2] Упутства за прикључивање обухватног кабловског трансформатора

10