Poprawa niezawodności zasilania odbiorców niskiego napięcia (nN) wymaga skracania przerw w pracy sieci rozdzielczych średniego napięcia (SN). Złożoność struktury sieci SN, w której jedna linia może zasilać większą liczbę stacji transformatorowych SN/nN utrudnia szybką lokalizację zwarć z ziemią lub przerw w przewodzie. Wdrażanie cyfrowych układów pomiaru energii, dostępność rozmaitych czujników napięcia i prądu w linii oraz kanałów łączności radiowej otwiera nowe możliwości dla usprawnienia technologii lokalizacji uszkodzeń w sieciach SN. Innowacyjne podejście do tego ważnego zagadnienia opracowali naukowcy z Uniwersytetu Energetycznego w Kazaniu przy współpracy Instytutu Nanoelektroniki we Fraunhoferze (Niemcy).
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.
Przerwa na odcinku | Składowa przeciwna napięć [V] po stronie 0,4 kV transformatorów 1-4 |
1 | U1=U2=U3=U4>160 |
2 | U1>160, U2=U3=U4<160 |
3 | U1<160, U2=U3=U4>160 |
4 | U1<160, U2>160, U3=U4<160 |
5 | U1=U2<160, U3=U4>160 |
6 | U1=U2=U4<160, U3>160 |
7 | U1=U2=U3<160, U4>160 |
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.
Na podstawie artykułu Fiedotow A. i in.: „Opriedielenije miest obrywa i odnofaznych zamykanij na ziemliu w raspriedielitielnych elektriczeskich sietiach po parametram rieżima na storonie 0,4 kV poniżajuszczich podstancij”. Promyszlennaja Energetika 4/2016 - opracował Piotr Olszowiec.
REKLAMA |
REKLAMA |