Badania symulacyjne kryterium zerowoprądowego adaptacyjnego dla sieci

Kryterium zerowoprądowe adaptacyjne dla sieci skompensowanej bazuje na uzależnieniu nastawy prądowej zabezpieczenia od wartości skutecznej składowej zerowej prądu mierzonej przez zainstalowany w głębi sieci sygnalizator przepływu prądu zwarciowego.

Wartość współczynnika kompensacji ka jest wyznaczana z zależności (7.7), w której istotna jest znajomość współczynnika ziemnozwarciowego, prądu pojemnościowego linii za miejscem zainstalowania sygnalizatora oraz błąd prądowy filtru składowej zerowej. Zakłada się, że ΔI0μ = 0,5 A i takie założenie było też czynione podczas wszystkich wcześniejszych analiz.

Procedura weryfikacji symulacyjnej działania kryterium:

1) założenia: ICS = 120 A, IL = 150 A, IAWSCz = 20 A,

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

3) agregacja wartości 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) wyznaczenie w arkuszu kalkulacyjnym wartości współczynnika ziemnozwarciowego β, współczynnika adaptacji ka i nastawy kryterium I0nast_a,

5) sprawdzenie warunku rozruchu zabezpieczenia i ocena możliwości jego zadziałania w danych warunkach.

Warunek rozruchu zabezpieczenia jest dany zależnością:

𝐼_{0𝑛𝑎𝑠𝑡_𝑎} ≤ 𝐼_{0_𝑠} (9.1)

gdzie I0nast_a to wartość nastawcza kryterium dla danej metody, I0_s – wyznaczona symulacyjnie wartość skuteczna składowej zerowej prądu w miejscu zainstalowania sygnalizatora przepływu prądu zwarciowego.

Symulowane były tylko zwarcia doziemne wysokooporowe, tj, zgodnie z podrozdziałem 3.1, o rezystancji przejścia RF ≥ 1000 Ω.

W tablicy 9.1. zestawiono wyniki symulacji przeprowadzonych z wykorzystaniem zbudowanego modelu sieci SN. 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, U0_s to wyznaczona

str. 122

symulacyjnie wartość skuteczna składowej zerowej napięcia w miejscu zainstalowania sygnalizatora, β – współczynnik ziemnozwarciowy. Ponadto w kolumnie ka znajdują się obliczone wartości współczynnika adaptacji, w kolumnie I0_s wartości skuteczne składowej zerowej prądu wyznaczone symulacyjnie w miejscu zainstalowania sygnalizatora. Kolumna I0nast_a zawiera wyznaczone analitycznie wartości nastawcze kryterium zerowoprądowego adaptacyjnego.

Tablica 9.1.

Wyniki symulacji i obliczeń analitycznych związane z kryterium zerowoprądowym adaptacyjnym dla sieci skompensowanej

str. 123

Przykładowe przebiegi w czasie wartości skutecznej składowej zerowej napięcia i prądu oraz napięcie skuteczne poszczególnych faz względem ziemi w miejscu zainstalowania sygnalizatora przepływu prądu zwarciowego (przy wyłączniku W1, por. rys. 9.1) przedstawione zostały na rysunku 9.6.

Rys. 9.6. Przebiegi wybranych wielkości zarejestrowane podczas symulacji zwarcia doziemnego o rezystancji przejścia RF = 1500 Ω dla pojemnościowego prądu ziemnozwarciowego linii za

miejscem wykonywania pomiarów równego ICLi = 6 A

Łącznie w tablicy 9.1. przedstawiono wyniki symulacji dla 30 zwarć doziemnych.

Proponowane kryterium zerowoprądowe adaptacyjne było skuteczne w przypadku 17 awarii, co stanowi 57% wszystkich przypadków. Kryterium jest skuteczne dla wszystkich zwarć o rezystancji przejścia mniejszej bądź równej od RFmax = 1750 Ω.

W tablicy 9.2. zestawiono fakt zaistnienia rozruchu kryterium adaptacyjnego i klasycznego kryterium zerowoprądowego w tych samych warunkach. Kryterium adaptacyjne okazało się mieć przewagę nad klasycznym nadprądowym, tzn. wejść w stan rozruchu w sytuacji, gdy kryterium klasyczne jest w spoczynku, w 11 analizowanych przypadkach.

Przekłada się to na fakt, że proponowane kryterium zerowoprądowe adaptacyjne jest w sieci

str. 124

skompensowanej o wartości prądu pojemnościowego ICS = 120 A, współczynniku rozstrojenia kompensacji ziemnozwarciowej s = 0,1 oraz współczynniku tłumienia d0 = 0,17 co najmniej o 37% skuteczniejsze w detekcji wysokooporowych zwarć doziemnych niż klasyczne kryterium zerowoprądowe.

Tablica 9.2.

Porównanie skuteczności kryterium zerowoprądowego adaptacyjnego i zerowoprądowego klasycznego

Ocena skuteczności kryterium adaptacyjnego z wykorzystaniem zbudowanego modelu symulacyjnego została wykonana także dla innych wartości współczynnika rozstrojenia

str. 125

kompensacji ziemnozwarciowej w sieci o sumarycznym prądzie pojemnościowym równym ICS = 120 A.

W tablicy 9.3. pokazano uproszczone wyniki symulacji, z zaznaczeniem rozruchu kryterium zerowoprądowego adaptacyjnego i klasycznego kryterium nadprądowego.

Symulowano zwarcia o rezystancji przejścia o wartościach RF = {1000; 1750; 2000} Ω.

Tablica 9.3.

Skuteczność kryterium zerowoprądowego adaptacyjnego w sieciach z różnymi wartościami współczynnika rozstrojenia kompensacji ziemnozwarciowej s RF

W tablicy 9.3. zastosowano następujące oznaczenia: roz_a – rozruch kryterium zerowoprądowego adaptacyjnego, roz_k – rozruch klasycznego kryterium nadprądowego, korzyść – sytuacja, w której wystąpił rozruch kryterium adaptacyjnego a nie było rozruchu kryterium klasycznego.

W analizowanych przypadkach szczególnie ważna jest sytuacja, w której współczynnik rozstrojenia kompensacji jest ujemny, tzn. wartość prądu pojemnościowego ICL przewyższa wartość znamionowego prądu dławika gaszącego przyłączonego w punkcie neutralnym sieci.

Sytuacja taka jest dość często spotykana w praktyce, kiedy to na skutek rozbudowy sieci zwiększa się ICS a dławik w punkcie neutralnym nie ma już możliwości regulacyjnych. W takiej sytuacji, na 15 symulowanych zwarć, klasyczne kryterium zerowoprądowe miało rozruch w 3 przypadkach, podczas gdy kryterium adaptacyjne w 11 przypadkach. Daje to względny przyrost liczby wykrywanych zwarć o 53 %.

str. 126

Duże przekompensowanie sieci, czyli sytuacja, w której wartość współczynnika rozstrojenia kompensacji jest wieksza od s = 0,15, spotykana jest w praktyce rzadko. Jeżeli już znaczne przekompensowanie wystąpi, to kryterium adaptacyjne także będzie bardziej skuteczne niż klasyczne kryterium nadprądowe – w rozpatrywanych 15 zwarciach zanotowano przyrost liczby wykrywanych zwarć o 20 %. Tak niski wzrost skuteczności kryterium adaptacyjnego związany jest z węższym przedziałem rezystancji przejścia, dla których kryterium adaptacyjne działa (rys. 9.7). Jest ono aktywne tylko wtedy, gdy U0 ϵ 〈0,15; 0,70〉U0max.

Rys. 9.7. Zależność wartości skutecznej składowej zerowej napięcia w funkcji rezystancji przejścia w miejscu zwarcia z zaznaczonym obszarem z aktywną adaptacją kryterium zerowoprądowego

adaptacyjnego

Ten przedział U0 zaznaczony jest na rysunku 9.7 zieloną ramką. Widać wyraźnie, że zakres rezystancji przejścia, dla których aktywna jest adaptacja kryterium jest węższy dla s = 0,2 w stosunku dla dwóch pozostałych przypadków, stąd nieco niższa skuteczność kryterium zerowoprądowego adaptacyjnego dla tego przypadku.

9.4. BADANIA SYMULACYJNE KRYTERIÓW ZEROWOPRĄDOWYCH ADAPTACYJNYCH DLA SIECI