Do kontroli prądów zwarciowych do ziemi w sieciach kompensowanych. Rozwiązania te zapewniają stabilną pracę, uporządkowane postępowanie w przypadku awarii oraz niezawodne przywrócenie zasilania.
Typowe zastosowanie:
- Opanowanie zwarć doziemnych, gdy konieczna jest niezawodna identyfikacja usterki
- Wspieranie lokalizacji usterek w sieciach o zmiennych warunkach eksploatacyjnych
- Stabilizacja pracy w przypadku sporadycznych lub powtarzających się zwarć doziemnych
- Przygotowanie procesów wyłączania i przywracania zasilania po zakłóceniach w sieci
Urządzenia te nadają się do stosowania, gdy:
- konieczne jest opanowanie prądów zwarcia doziemnego w sieci z kompensacją
- wymagane jest dostosowane rozwiązanie w zakresie obsługi awarii i przywrócenia zasilania
- należy poprawić identyfikację awarii bez zasadniczej zmiany istniejącej struktury sieci
- konieczne jest niezawodne radzenie sobie z powtarzającymi się scenariuszami zwarcia doziemnego w sieci
Zasady postępowania w przypadku zwarcia doziemnego
Produkty
Wstrzykiwanie prądu i taktowanie
Produkty
Obszary zastosowań
EORSys – kompensacja zwarć doziemnych i wstrzykiwanie prądu
A. Eberle GmbH & Co. KG
Pomiar. Regulacja. We wszystkich sieciach.
Firma A. Eberle GmbH & Co. KG, założona w 1980 roku, z siedzibą główną w Norymberdze w Niemczech, działa w branży techniki pomiarowej i regulacyjnej dla sektora energetycznego oraz średnich i dużych przedsiębiorstw przemysłowych. Nasze produkty i usługi zapewniają i poprawiają niezawodność dostaw energii na wszystkich poziomach napięcia oraz wspierają integrację odnawialnych źródeł energii z sieciami.
Wszystkie zadania związane ze sterowaniem, pomiarem i rejestracją
„Wokół cewki Petersena”
Nasze swobodnie programowalne regulatory cewki Petersena REG-DP oraz REG-DPA są stosowane w sieciach średniego i wysokiego napięcia do regulacji cewek Petersena (zwanych również cewkami P, cewkami gaszącymi zwarcia doziemnego lub cewkami E), których regulacja odbywa się w sposób ciągły pod obciążeniem. Ponadto można rozwiązać wszystkie pozostałe zadania związane ze sterowaniem, pomiarem i rejestracją z zastosowaniem cewki Petersena.
Klasyczne sterowanie, tj. wyszukiwanie krzywej rezonansowej za pomocą cewki, w niektórych sytuacjach sieciowych nie pozwala już na skuteczne dostrojenie cewki Petersena.
Właśnie w przypadku niestabilnego, silnie zakłóconego napięcia przesunięcia lub bardzo symetrycznych sieci opracowaliśmy wstrzykiwanie prądu dla tego coraz częściej występującego przypadku. Wstrzykiwanie prądu generuje sygnał, który jest wprowadzany do sieci poprzez uzwojenie pomocnicze cewki Petersena. Na podstawie reakcji sieci możliwe jest obliczenie krzywej rezonansowej na podstawie kombinacji REG-DP(A) oraz wstrzykiwania prądu, pomimo niskiego lub silnie zakłóconego napięcia przesunięcia.
Czym jest kompensacja zwarć doziemnych?
Kompensacja zwarć doziemnych to metoda ograniczania prądu różnicowego w przypadku zwarcia doziemnego w sieci elektroenergetycznej. Zwarcie doziemne to usterka, w której jedna z faz sieci ma bezpośredni kontakt z ziemią, co może spowodować znaczny prąd różnicowy. Celem kompensacji zwarć doziemnych jest ograniczenie tego prądu różnicowego do minimum poprzez zastosowanie specjalnych dławików, tzw. dławików zwarciowych lub cewek Petersena. Synonimem kompensacji zwarć doziemnych jest rezonansowe uziemienie punktu gwiazdowego, często nazywane również siecią wygaszoną.
Rezonansowe uziemienie punktu gwiazdowego opiera się na zasadzie, że indukcyjność cewki dławiącej rezonuje z pojemnością sieci. W ten sposób można skompensować prąd pojemnościowy płynący w przypadku zwarcia doziemnego, co pozwala znacznie zmniejszyć prąd różnicowy, a nawet sprowadzić go niemal do zera. Ta forma uziemienia jest szczególnie powszechna w sieciach wygaszonych, w których zwarcia doziemne powinny powodować jedynie bardzo niewielkie prądy, aby zapewnić bezpieczeństwo i stabilność sieci.
Przykład: W sieci średniego napięcia 20 kV dochodzi do zwarcia doziemnego. Dzięki zastosowaniu cewki Petersena, dostosowanej do pojemności sieci, prąd różnicowy zostaje ograniczony do takiego poziomu, że nie jest konieczne natychmiastowe odłączenie sieci. Sieć może nadal funkcjonować, a usterkę można usunąć podczas planowej konserwacji bez powodowania przerwy w dostawie prądu.
Wirtualna instrukcja obsługi
Opis podstawowej procedury uruchamiania urządzenia REG-DP(A)
Dowiedz się więcej
AE Toolbox
Bezpłatne oprogramowanie do parametryzacji i projektowania, stanowiące idealne uzupełnienie urządzeń do kompensacji zwarć doziemnych
AEToolbox działa w oparciu o projekty i wyróżnia się bogatym zestawem funkcji oraz wszechstronnością, jaką wykazuje ten program.
Problemy w sieciach związane z zwarciami doziemnymi przy braku cewek Petersena lub cewek gaszących (kompensacja zwarć doziemnych)
- Sieci bez kompensacji zwarć doziemnych muszą zostać wyłączone w przypadku zwarcia doziemnego, co powoduje przerwę w dostawie prądu
- Jeśli sieć nie jest wyposażona w układ kompensacji zwarć doziemnych, w miejscu zwarcia doziemnego w gruncie przepływają silne prądy elektryczne, które mogą powodować wysokie napięcia krokowe i napięcia dotykowe, stanowiące zagrożenie dla życia ludzi i zwierząt. Jeśli w przypadku zwarcia doziemnego nie są przestrzegane dopuszczalne napięcia krokowe i dotykowe (w sieci sztywno uziemionej, a zazwyczaj także w sieci izolowanej), sieć należy natychmiast wyłączyć.
- Zwarcie doziemne może powodować iskrzenie i powstawanie łuków elektrycznych, a tym samym wywoływać pożary.
- W sieci izolowanej i kompensowanej w przypadku zwarcia doziemnego wzrasta napięcie na przewodach nieuszkodzonych, co stanowi dodatkowe obciążenie dla izolacji. Sieci najwyższych napięć są zatem eksploatowane ze sztywnym uziemieniem, ponieważ dodatkowe nakłady na izolację nie byłyby w tym przypadku opłacalne.
Nasze swobodnie programowalne regulatory cewki Petersena
Niezawodne sterowanie w przypadku zwarcia doziemnego – sprawdzone w tysiącach zastosowań i stosowane na całym świecie
Jak oblicza się kompensację zwarć doziemnych?
W sieciach średniego i wysokiego napięcia stosuje się cewki Petersena (zwane również cewkami gaszącymi zwarcia doziemne), aby w przypadku jednobiegunowego zwarcia doziemnego prąd pojemnościowy przepływający przez miejsce uszkodzenia był kompensowany przez prąd indukcyjny o niemal tej samej wartości, ale o przeciwnym kierunku. W tym celu, gdy sieć jest w dobrym stanie, cewkę należy ustawić na rezystancję indukcyjną XL, która w przybliżeniu odpowiada rezystancji pojemnościowej XC sieci.
Kompensacja zwarć doziemnych w sieci trójfazowej została przedstawiona w poniższym przykładzie analogicznie do przykładu dotyczącego sieci izolowanej. W przypadku pełnej kompensacji za pomocą cewki kompensacyjnej prąd pojemnościowy zwarcia doziemnego I_c jest całkowicie kompensowany, a w przypadku zwarcia doziemnego prąd w miejscu uszkodzenia wynosi IF=0.
Sieci rzeczywiste zazwyczaj nie są w pełni kompensowane, lecz najczęściej eksploatowane z niewielką nadkompensacją, ponieważ przy pełnej kompensacji (w punkcie rezonansowym) napięcie przesunięcia jest najwyższe, a tym samym jedno z napięć przewodów osiąga najbardziej zawyżoną wartość.
Stopień nadmiernej lub niedostatecznej kompensacji określa się za pomocą tzw. współczynnika rozstrojenia v.
v = (IL – IC) / IL
Punkt rezonansowy, a tym samym idealny punkt strojenia cewki gaszącej zwarcia doziemne, zmienia się w rzeczywistych sieciach, ponieważ przełączanie obwodów powoduje zmianę pojemności sieciowej. Aby cewka była zawsze jak najlepiej dostosowana do aktualnego stanu sieci, niezbędna jest automatyczna regulacja cewki. Można to osiągnąć za pomocą regulatora cewek kompensacyjnych REG-DP firmy A. Eberle. Obliczanie prawidłowej kompensacji zwarć doziemnych odbywa się automatycznie i w sposób ciągły za pomocą REG-DP poprzez pomiar krzywej rezonansowej.
Wymaganą indukcyjność cewki dobiera się tak, aby rezonowała ona z pojemnością sieci. Warunek rezonansu można opisać matematycznie za pomocą następującego równania:
L = 1/ ω2 * C
W tym przypadku L oznacza indukcyjność cewki, C – pojemność sieci, a ω – częstotliwość drgań sieci (ω = 2πf, gdzie f to częstotliwość sieci).
W praktyce cewkę ustawia się tak, aby jak najdokładniej kompensowała pojemność sieci. Oznacza to, że w przypadku zwarcia do ziemi wynikający z tego prąd różnicowy jest minimalny. Dokładne ustawienia można również dostosować na miejscu, aby uwzględnić wahania mocy sieci.
W sieciach z kompensacją zwarć doziemnych szczególnie ważne jest, aby kompensacja zwarć doziemnych została precyzyjnie obliczona i ustawiona, ponieważ bezpieczeństwo i stabilność sieci w dużym stopniu zależą od skuteczności rezonansowego uziemienia punktu gwiazdowego.
Dzięki tej kompensacji zwarć doziemnych osiąga się wysoki poziom bezpieczeństwa eksploatacyjnego, ponieważ zwarcia doziemne mogą być kompensowane bez natychmiastowego odłączenia sieci, co jest szczególnie korzystne w złożonych i rozległych sieciach zasilających.
Czym jest (krótkotrwałe) uziemienie punktu gwiazdowego o niskiej impedancji (KNOSPE/NOSPE)?
Uziemienie punktu gwiazdowego o niskiej impedancji to metoda uziemienia punktu neutralnego sieci elektrycznej, w której punkt neutralny jest połączony z uziemieniem poprzez rezystor. Rezystor ten ma stosunkowo niską wartość, dzięki czemu w razie awarii przepływa przez niego duży prąd zwarcia doziemnego. Ta metoda uziemienia jest stosowana w celu zapewnienia bezpieczeństwa osób i urządzeń w elektrycznych sieciach dystrybucyjnych.
Uziemienie punktu gwiazdowego o krótkotrwałej niskiej rezystancji, często skracane do KNOSPE lub też NOSPE, oznacza specyficzny tryb pracy, w którym uziemienie o niskiej impedancji jest aktywne tylko przez krótki czas po wystąpieniu zwarcia doziemnego. Umożliwia to szybkie wykrycie i zlokalizowanie usterki, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiego poziomu bezpieczeństwa sieci.
Przykład: W sieci średniego napięcia dochodzi do zwarcia doziemnego. Aktywowane jest krótkotrwałe uziemienie punktu gwiazdowego o niskiej rezystancji, co powoduje powstanie określonego prądu zwarcia doziemnego, który może być łatwo wykryty przez urządzenia zabezpieczające. Po krótkim czasie połączenie niskiej impedancji zostaje przerwane, aby zminimalizować prąd różnicowy i zabezpieczyć instalację przed dalszymi uszkodzeniami. Sieć może być następnie eksploatowana w trybie o wyższej rezystancji lub z innym sposobem uziemienia.
Metoda NOSPE jest zazwyczaj stosowana w sieciach, w których konieczne jest szybkie wykrywanie i usuwanie usterek. Prąd zwarcia doziemnego jest tak dobrany przez rezystor niskorezystancyjny, aby niezawodnie wyzwalał przekaźniki zabezpieczające zależne od prądu nadmiernego. Dokładne wymiarowanie rezystora zależy od parametrów sieci, w tym od napięcia sieciowego i wymagań dotyczących prądu zwarciowego doziemnego.
Typową wartość rezystancji w niskorezystancyjnym uziemieniu w punkcie gwiazdowym można na przykład dobrać tak, aby w przypadku zwarcia doziemnego płynął prąd o natężeniu kilkuset amperów. Tak wysoki prąd gwarantuje szybkie wykrycie usterki i odłączenie danej linii.
NOSPE jest często stosowany w sieciach, które w innym przypadku są uziemione w punkcie gwiazdowym w układzie nienasyconym, aby umożliwić szybkie wykrywanie usterek. W systemach tych krótkotrwałe uziemienie punktu gwiazdowego o niskiej rezystancji ma tę zaletę, że uziemienie jest realizowane jedynie tymczasowo, dzięki czemu nie wpływa to negatywnie na zalety innych metod uziemienia, takich jak np. uziemienie rezonansowe punktu gwiazdowego.
Podsumowując, uziemienie punktu gwiazdowego o niskiej impedancji, a w szczególności krótkotrwałe uziemienie punktu gwiazdowego o niskiej impedancji, stanowi skuteczną metodę uziemienia w elektrycznych sieciach dystrybucyjnych, umożliwiającą zarówno szybkie wykrywanie uszkodzeń, jak i zapewnienie wysokiego standardu ochrony.
FAQ – Najczęściej zadawane pytania
Czym jest kompensacja zwarcia do ziemi?
Kompensacja zwarć doziemnych to metoda, w której prąd różnicowy o charakterze pojemnościowym jest redukowany za pomocą dostrojonej cewki Petersena. Celem jest zminimalizowanie prądu różnicowego oraz zwiększenie bezpieczeństwa dostaw w sieci.
Jak działa cewka Petersa?
Cewkę Petersena ustawia się tak, aby jej indukcyjność była dostosowana do pojemności sieci. W ten sposób w przypadku awarii można w znacznym stopniu skompensować pojemnościowy prąd zwarcia doziemnego.
Dlaczego automatyczna regulacja cewki Petersa jest ważna?
Pojemność sieci zmienia się w zależności od stanów przełączania i rozbudowy sieci. Automatyczna regulacja pomaga w ciągłym dostosowywaniu cewki Petersena do aktualnego stanu sieci oraz w utrzymaniu stabilnej kompensacji.
Kiedy konieczne jest zasilanie sieci energetycznej?
Wstrzykiwanie prądu ma sens zwłaszcza wtedy, gdy napięcie zasilające jest niskie, niestabilne lub podlega silnym zakłóceniom. W takich sytuacjach może ona pomóc w wiarygodnym określeniu charakterystyki częstotliwościowej.
Do jakich sieci nadaje się kompensacja zwarcia doziemnego?
Znajduje zastosowanie przede wszystkim w sieciach średniego i wysokiego napięcia, w których konieczne jest ograniczenie prądów zwarciowych oraz zapewnienie kontroli nad zwarciami doziemnymi. Typowe obszary zastosowań to stacje elektroenergetyczne, sieci dystrybucyjne, zakłady przemysłowe oraz elektrownie wodne.
Jaka jest różnica między kompensacją zwarcia do ziemi a uziemieniem punktu neutralnego o niskiej rezystancji?
W systemie kompensacji zwarć doziemnych prąd różnicowy jest redukowany za pomocą cewki Petersena. W przypadku uziemienia punktu gwiazdowego o niskiej impedancji punkt gwiazdowy jest uziemiony poprzez rezystor w celu wygenerowania określonego, wyższego prądu zwarcia doziemnego, służącego do celów ochronnych i wykrywania.
Jakie produkty oferuje firma A. Eberle w zakresie kompensacji zwarć doziemnych?
W skład rozwiązania wchodzą między innymi regulatory cewki Petersena REG-DP i REG-DPA, a także produkty do wstrzykiwania prądu, takie jak CIF, MCI oraz HPCI.
Jaką rolę odgrywa AEToolbox?
AEToolbox umożliwia parametryzację, projektowanie i analizę urządzeń służących do kompensacji zwarć doziemnych oraz z powiązanych grup produktów.
