Zabezpieczenie łukoochronne – praktyczne aplikacje

W artykule omówiono najnowsze aplikacje zabezpieczeń łukoochronnych na nowo budowanym bloku 858 MW w Elektrowni Bełchatów oraz inne rozwiązania zastosowane w energetyce zawodowej w Polsce. Dotyczą one rozwiązań, w których wykorzystano najnowsze zabezpieczenie typu ZŁ-4, jak i starsze wersje ZŁ-1 i ZŁ-2. Wszystkie te wersje łączy wspólna cecha, czyli kryterium działania, które doskonale sprawdza się w praktyce.

Doceniając wagę problemu szybkiego likwidowania zwarć łukowych, w Energoteście-Energopomiarze pod koniec lat dziewięćdziesiątych podjęto działania konstrukcyjno-wdrożeniowe mające na celu opracowanie nowoczesnego światłowodowego zabezpieczenia łukoochronnego dla rozdzielnic i innych urządzeń elektrycznych, w których istnieje ryzyko wystąpienia zwarcia łukowego. Zabezpieczenia oparte na zasadzie detekcji światła łuku mogą generować impuls wyłączający ze zwłoką poniżej 10 ms. Oznacza to, że zwarcie
można wyłączyć – w zależności od rodzaju wyłącznika – w czasie nie przekraczającym 60 ms (zazwyczaj 40–50 ms).

Wyłączenie zwarcia w tak krótkim czasie minimalizuje w szczególności oddziaływanie termiczne i chemiczne, chroniąc zdrowie i życie ludzi oraz zapobiegając zniszczeniu urządzeń. Przyjęte kryterium działania wszystkich wersji zabezpieczenia ZŁ polega na sprawdzeniu dwóch podstawowych warunków istnienia zwarcia, a mianowicie: detekcji źródła światła o natężeniu powyżej 40 000 lx, przy jednoczesnym stwierdzeniu  obniżenia się napięcia na szynach chronionej rozdzielnicy.

Energotest oferuje trzy typy zabezpieczeń:

ZŁ-1, w którym detektorem światła łuku elektrycznego są pętle światłowodowe. Zabezpieczenie typu ZŁ-1 wyłącza zasilanie całej rozdzielnicy, niezależnie od miejsca powstania zwarcia. Zabezpieczenie ZŁ-1 jest przeznaczone do stosowania w stacjach transformatorowych oraz w rozdzielnicach typu otwartego, a także może być stosowane w rozdzielnicach typu zamkniętego (średniego i niskiego napięcia) w przypadkach, kiedy nie jest istotne selektywne wyłączanie poszczególnych pól odpływowych. Może chronić również inne urządzenia elektryczne. ZŁ-2 i ZŁ-4, w których detektorem światła łuku elektrycznego są światłowodowe czujniki czołowe, usytuowane w poszczególnych przedziałach pola rozdzielnicy. Takie rozwiązanie detektorów światła umożliwia konfigurowanie zabezpieczeń selektywnie wyłączających poszczególne pola, w zależności od miejsca zwarcia. W przypadku zwarcia na przyłączu kablowym pola odpływowego możliwe jest skuteczne odcięcie zasilania miejsca zwarcia bez potrzeby wyłączania zasilania całej rozdzielni. Zabezpieczenie ZŁ-4 ma strukturę rozproszoną, przez co wygodniejszą do zastosowania w rozdzielnicach wielopolowych, a zarazem tańszą w zastosowaniu.

Zabezpieczenia łukoochronne ZŁ-4 na bloku 858 MW w Elektrowni Bełchatów

W Elektrowni Bełchatów na nowym bloku 858 MW (w budowie) zabezpieczenie rozdzielnic przed skutkami zwarć łukowych rozwiązano w oparciu o zabezpieczenie łukoochronne typu ZŁ-4 produkcji Energotestu. Zabezpieczenie ma strukturę rozproszoną, w skład której wchodzą:

• jednostka centralna ZŁ-4JC,
• jednostki polowe ZŁ-4JP z czujnikami optycznymi,
• zasilacz 24 V, będący źródłem napięcia pomocniczego dla wszystkich elementów zabezpieczenia.

Rys. 1. Widok zabezpieczenia ZŁ-4

Wymiana informacji pomiędzy poszczególnymi elementami zabezpieczenia jest zapewniona poprzez magistralę CAN. W każdym chronionym polu rozdzielnicy umieszczono jednostkę polową ZŁ-4JP (przedział przekaźnikowy) oraz 4 czujniki optyczne montowane bezpośrednio w chronionych przedziałach.  Standardowo czujniki 1 i 2 umieszczono w przedziale szynowym i wyłącznikowym, a czujnik 3 w przedziale przyłączeniowym. Czujnik 4 nie został wykorzystany.

Jednostkę centralną ZŁ-4JC umieszczono w polu zasilania rezerwowego, doprowadzając do niej napięcie zasilające pomiarowe z przekładników napięciowych. Sposób pomiaru napięć na szynach rozdzielń przedstawiono na rysunku 2.

Omawiana aplikacja jest jedną z pierwszych, a zarazem największych aplikacji realizowanych za pomocą przekaźników typu ZŁ-4. Obejmuje ona cztery rozdzielnie potrzeb własnych BBA, BBB, BBC, BBD oraz rozdzielnie BCA, z której za pomocą szynoprzewodów zasilane są pola rezerwowe ww. rozdzielnic. Łącznie obejmuje 98 pól średniego napięcia.

Ze względu na rozwiązania konstrukcyjne – brak przekładników napięciowych w rozdzielni BCA – do jednostek centralnych zainstalowanych na rozdzielni BCA doprowadzono pomiar napięcia 100 V AC z przekładników napięciowych pól zasilania rezerwowego rozdzielni BBA(BBB) i BBC(BBD). Wybór rozdzielni jest realizowany za pomocą przerzutki na przekaźniku R15 4P 110 V AC.