Badania symulacyjne kryteriów zerowoprądowych adaptacyjnych dla sieci z

W rozdziale 7.3. przedstawione zostały dwa kryteria zerowoprądowe adaptacyjne przeznaczone do implementacji w sygnalizatorach przepływu prądu zwarciowego w sieci z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor. Kryteria te wykorzystywały do wyznaczenia współczynnika adaptacji:

str. 127

 wartość skuteczna napięcia jednej fazy względem ziemi i wartość składowej zerowej prądu w miejscu zainstalowania sygnalizatora przepływu prądu zwarciowego podczas zwarcia doziemnego,

 wartość składowej zerowej napięcia w warunkach jak wyżej.

Obie metody były weryfikowane podczas tych samych obliczeń symulacyjnych, przy czym wykorzystywana procedura testowa zakładała:

Procedura weryfikacji symulacyjnej działania kryterium:

1) ICS = 120 A, IR = 180 A,

2) n-krotny start symulacji dla różnych wartości ICLi, czyli dla różnych wartości prądu pojemnościowego linii za miejscem zainstalowania sygnalizatora,

3) agregacja wartości napięć wszystkich faz względem ziemi, tj. UL1_k, UL2_k, UL3_k, składowej zerowej napięcia U0_s oraz składowej zerowej prądu I0_s w miejscu zainstalowania sygnalizatora przepływu prądu zwarciowego, przy czym zakłada się, że może to być początek dowolnego odcinka 1-6,

4) określenie, dla kryterium wykorzystującego do adaptacji wartość skuteczną napięcia jednej fazy względem ziemi i składową zerową prądu, wartości współczynnika adaptacji ka1,

5) wyznaczenie w arkuszu kalkulacyjnym wartości współczynnika adaptacji ka2, 6) obliczenie nastawy obu kryteriów I0nast_a1 oraz I0nast_a2,

7) sprawdzenie warunku rozruchu kryteriów i ocena możliwości jego zadziałania w danych warunkach.

Warunek rozruchu kryteriów, analogicznie do wzoru (7.15), jest dany odpowiednimi zależnościami:

𝐼_{0𝑛𝑎𝑠𝑡_𝑎1}≤ 𝐼_{0_𝑠} (9.2)

𝐼_{0𝑛𝑎𝑠𝑡_𝑎2}≤ 𝐼_{0_𝑠} (9.3)

W tablicy 9.4. zestawiono wyniki symulacji przeprowadzonych z wykorzystaniem zbudowanego modelu sieci SN a dotyczących kryterium zerowoprądowego adaptacyjnego wykorzystującego do adaptacji wartość ULi_k oraz I0_s. W tablicy przez ICLi oznaczono prąd pojemnościowy i-tego fragmentu linii za sygnalizatorem przepływu prądu zwarciowego, ai to udział prądu pojemnościowego odcinka linii za sygnalizatorem w stosunku do ICS, UL1_k, UL2_k

iUL3_k to wyznaczone symulacyjnie wartości skuteczne napięć faz względem ziemi w miejscu

str. 128

zainstalowania sygnalizatora. Przez I0_s oznaczono wartość składowej zerowej prądu w miejscu zwarcia. W kolumnie ka1 znajdują się obliczone wartości współczynnika adaptacji.

Tablica 9.4.

Wyniki symulacji i obliczeń analitycznych związane z kryterium zerowoprądowym adaptacyjnym wykorzystującym do adaptacji wartość napięcia skutecznego jednej fazy

względem ziemi oraz wartość składowej zerowej prądu w sieci z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor, ICS = 120 A, IR = 180 A

Tablica 9.5. dotyczy kryterium zerowoprądowego adaptacyjnego, które do wyznaczania współczynnika adaptacji wykorzystuje wartość skuteczną składowej zerowej napięcia.

W tablicy U0_s to wartość skuteczna składowej zerowej napięcia w miejscu zainstalowania

str. 129

sygnalizatora przepływu prądu zwarciowego, ka2 – współczynnik adaptacji wyznaczony z zależności (7.14).

Tablica 9.4.

Wyniki symulacji i obliczeń analitycznych związane z kryterium zerowoprądowym adaptacyjnym wykorzystującym do adaptacji wartość składowej zerowej napięcia

w sieci z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor, ICS = 120 A, IR = 180 A

Skuteczność kryteriów została sprawdzona z wykorzystaniem zależności (7.16) oraz (7.17). W tym celu wyznaczone zostały nastawy kryteriów adaptacyjnych I0nast_a1 oraz I0nast_a2.

str. 130

Tablica 9.4.

Wyniki symulacji i obliczeń analitycznych związane z kryteriami zerowoprądowymi adaptacyjnymi oraz wartości logiczne związane z rozruchami tych kryteriów w sieci

z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor, ICS = 120 A, IR = 180 A

Łącznie wykonane zostały symulacje dla 30 zwarć o różnych rezystancjach przejścia o różnych wartościach ai.

Klasyczne kryterium zerowoprądowe pozwoliło wykryć 13 zwarć, co stanowi ok. 43 % wszystkich symulowanych uszkodzeń.

str. 131

Kryterium zerowoprądowe adaptacyjne, które do adaptacji wykorzystuje wartość skuteczną napięcie dowolnej fazy względem ziemi oraz wartość skuteczną składowej zerowej prądu miało rozruch podczas 16 spośród symulowanych zwarć, co stanowi ok. 53 % wszystkich uszkodzeń. Kryterium jest zatem o ok. 10 % skuteczniejsze od klasycznego kryterium zerowoprądowego.

Kryterium zerowoprądowe adaptacyjne, które do adaptacji wykorzystuje wartość skuteczną składowej zerowej napięcia wyznaczaną metodami przedstawionymi w niniejszej rozprawie miało rozruch przy 26 symulowanych zwarciach, co odpowiada ok. 87 % wszystkich uszkodzeń. Kryterium jest w związku z tym o ok. 44 % skuteczniejsze od klasycznego kryterium zerowoprądowego.

Wyniki symulacji i obliczeń pokazują, że kryterium zerowoprądowe adaptacyjne wykorzystujące do adaptacji wartość skuteczną składowej zerowej napięcia cechuje się istotnie wyższą skutecznością detekcji doziemień niż kryterium bazujące na adaptacji na podstawie pomiaru napięcia fazy względem ziemi oraz składowej zerowej prądu. Różnice są szczególnie widoczne dla sytuacji, w której za sygnalizatorem przepływu prądu zwarciowego jest dłuższy ciąg kablowy, cechujący się stosunkowo dużą wartością prądu pojemnościowego. Dla takich linii lepsze z proponowanych kryteriów pozwala wykryć zwarcie o rezystancji przejścia RF = 750 Ω. Jeżeli za miejscem zainstalowania sygnalizatora jest krótki odcinek linii kablowej lub linia napowietrzna, to proponowane kryteria są równie skuteczne i nie mają przewagi nad klasycznym kryterium zerowoprądowym.

9.5. WNIOSKI DO ROZDZIAŁU

Przeprowadzone zostały badania symulacyjne kryteriów zerowoprądowych z funkcją adaptacyjną przedstawionych w rozdziale 7. Środowiskiem symulacyjnym było oprogramowanie PSCAD.

Kryterium adaptacyjne dla sieci skompensowanej jest szczególnie skuteczne wówczas, gdy wartość współczynnika rozstrojenia kompensacji ziemnozwarciowej przyjmuje zalecane wartości. W stosunku do klasycznego kryterium nadprądowego można zaobserwować względny wzrost liczby wykrywanych zwarć o kilkadziesiąt procent. W symulowanej sieci, której parametry odpowiadają typowym układom rzeczywistym, graniczna wartość wykrywanych rezystancji przejścia jest równa RFmax = 1750 Ω. Powyżej tej wartości warunki napięciowe panujące w sieci nie pozwalają na inicjację procesu adaptacji.

str. 132

Wyniki symulacji i obliczeń przeprowadzonych dla kryteriów zerowoprądowych z funkcją adaptacji dla sieci z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor pokazują, że kryterium wykorzystujące do adaptacji wartość skuteczną składowej zerowej napięcia cechuje się istotnie wyższą skutecznością detekcji doziemień niż kryterium bazujące na adaptacji na podstawie pomiaru napięcia fazy względem ziemi oraz składowej zerowej prądu. Dla takich linii lepsze z proponowanych kryteriów pozwala wykryć zwarcie o rezystancji przejścia RFmax = 750 Ω w sytuacji, gdy klasyczne kryteria zawodzą. Jest to wartość wystarczająca, biorąc pod uwagę zakłócenia powstające w sieci z rezystorem w punkcie neutralnym.

str. 133