Nowe podejście do lokalizacji uszkodzeń w sieciach rozdzielczych SN

Zaproponowali wykorzystanie pomiarów napięć po stronie nN transformatorów a nie jak dotychczas w sieci SN. W tym celu prze­widziano użycie modułów pomiarowych napięcia zabudowanych w cyfrowych licznikach energii po stronie nN transformato­rów SN/nN. Wartości mierzonych napięć są z nich przesyłane po łączach komunikacji do dyspozycji systemu w celu dalszego przetwarzania. Sposób określania miejsca prze­rwy w przewodzie fazowym SN objaśniono na przykładzie rozbudowanej sieci o strukturze drzewa pokazanej na rysunku 1.

Rys. 1. Schemat jednokreskowy rozdzielczej sieci promieniowej SN o strukturze drzewa

Przy takim rodzaju uszkodzenia pojawia się znacząca niesymetria napięć strony nN przekraczająca wielokrotnie asymetrię na­pięć występującą w normalnych stanach roboczych. Przy dwufazowym zasilaniu ty­powych transformatorów SN/0,4 kV Dyn składowa przeciwna napięć przewodowych po stronie nN wynosi 0,86 x 230 = 198 V. Dla kilku przykładowych lokalizacji przerwy w przewodzie fazowym po stronie SN składowa przeciwna napięć strony nN poszcze­gólnych stacji wynosi, jak podano w tabeli.

Wartości składowej przeciwnej napięć strony nN poszczególnych stacji transformatorów:

Z danych zawartych w tabeli wynika ogól­na prawidłowość. Przy przerwie w fazie linii napięcie składowej przeciwnej w stacjach transformatorowych przyłączonych przed miejscem uszkodzenia ma stosunkowo nie­wielką wartość, a w stacjach przyłączonych za miejscem uszkodzenia przekracza 160 V. W sieciach o innej, bardziej złożonej konfigu­racji zasada ta jest także spełniona. Pewnym utrudnieniem w stosowaniu tej zasady lokali­zacji przerw w przewodzie może okazać się niesymetria napięć strony nN wywołana nie­równomiernym obciążeniem faz tej sieci. Jed­nak występująca w tych anormalnych stanach roboczych składowa przeciwna napięć jest nadal kilkukrotnie mniejsza od podanej warto­ści. Zatem wzrost tego parametru do poziomu większego niż 160 V można wykorzystać do niezawodnego wykrywania i lokalizacji z nie­zbędną czułością wszelkich przypadków prze­rwania przewodu fazowego w sieci SN.

Selektywną lokalizację zwarć jednofazo­wych w sieciach SN z izolowanym punktem neutralnym utrudnia niska wartość prądu zwarcia i niezależność tej wartości od miej­sca uszkodzenia. Jednym z możliwych roz­wiązań tego problemu jest badanie wyższych harmonicznych napięcia. W odróżnieniu od metalicznych zwarć z ziemią, przy łukowych doziemieniach powstają wyższe harmoniczne zawierające tzw. harmoniczne „rezonanso­we”. Zaletą tej metody jest zależność poziomu i częstotliwości tych składowych od miejsca zwarcia. Nowością technologii opracowanej przez autorów publikacji jest przeniesienie analizy napięć na stronę nN. Badania poka­zały, że dla wysokich częstotliwości linie SN wykazują własności linii długich i występuje bezpośredni związek między odległością do miejsca zwarcia i największymi harmoniczny­mi (umownie nazwanymi „rezonansowymi” z powodu ich podwyższonej wartości) zarów­no pod względem ich częstotliwości jak i am­plitudy. Przez porównanie amplitud wyższych harmonicznych można określić, w jakiej czę­ści sieci promieniowej nastąpiło doziemienie, a na podstawie ich częstotliwości uściślić jego położenie. Na rys. 2 pokazano przykładową procentową zawartość poszczególnych wyż­szych harmonicznych napięcia strony 0,4 kV transformatorów T1-T4 przy zwarciu z zie­mią na odcinku 2 (tj. odczepie do T1 - rys. 1).

Rys. 2. Amplitudy wyższych harmonicznych napięcia strony 0,4 kV transformatorów T1-T4 odniesione do amplitudy harmonicznej podstawowej przy doziemieniu na doczepie do T1

Z rysunku 2 wynika, że największe wartości podczas zwarcia łukowego z ziemią przyjmują wyższe harmoniczne napięcia na uszkodzonym odczepie. Właściwość ta umożliwia realizację selektywnego systemu lokalizacji doziemień w sieciach SN izolo­wanych względem ziemi. Zarejestrowane w stacjach transformatorowych wartości harmonicznych napięcia są przesyłane do centralnej dyspozycji sieci w celu dalszego przetwarzania dla lokalizacji zwarcia. Jeżeli stacja nie ma kanału łączności i układu kon­troli jakości energii elektrycznej, konieczne jest użycie specjalistycznego czujnika napię­cia z własnym środkiem komunikacji. Nie­miecki Instytut Nanoelektroniki dostarczył do prób nowej technologii bezstykowe czuj­niki pojemnościowe na bazie mikrokontro­lera. Można je instalować po każdej stronie transformatora. Zaprezentowana metodyka pozwala więc na znaczne skrócenie czasu poszukiwania i usuwania przerw w przewo­dzie i zwarć z ziemią w sieciach promienio­wych SN o strukturze drzewa.