Distanční ochrana v přenosové síti – vlivy na přesnost lokalizace poruchy

(paralelní vedení, boční napájení atd.)

OZS

Jakub Marek Václav Kořený

Distanční ochranyZákladní popis:• Ochrana zejména ZVN a VVN

• Výhoda možnosti selektivního nastavení v kombinaci s využívanou funkcí vzdáleného zálohování

• Využití na chránění generátorů, transformátorů

Princip:Využívá principu měření impedance zkratové smyčky. Ochrana měří proud Ik a napětí Uk při zkratu jsou obě tyto veličiny vázány vztahem:

Uk=Zk*Ik

, kde Uk napětí v místě ochrany, Ik proud v místě ochrany, Zk je impedance zkratové smyčky. Veličiny Uk a Ik určují impedanci zkratové smyčky a tím i vzdálenost d zkratu od ochrany.

Obr. 1. Impedance zkratové smyčky

Charakteristiky distanční ochrany:Jde o množinu bodů (u distančních ochran v impedanční Gaussově rovině), které

tvoří hranici mezi působením a blokováním ochran.

x = d*λ

r =d*ρ

Kde je: d – délka zkratovaného vedení [km]λ – indukční reaktance 1km vedení [Ω/km]ρ – činný odpor 1km vedení [Ω/km]x – reaktance zkratovaného úseku vedení [Ω]r – činný odpor zkratovaného úseku vedení [Ω]

Posuvný zkrat na vedení se tedy v impedanční rovině pohybuje po přímce se směrnicí tgφk, kde φk je tzv. zkratový úhel vedení.

Specifické vlivySprávné měření, určení druhu a vzdálenosti poruchy distanční ochranou je

ovlivněno do určité míry negativními specifickými vlivy.

Boční napájení:

Bez bočního napájení Ib vidí distanční ochrana Zd = Zab + Zbp a vyměřuje správně vzdálenost zkratu.

Nyní uvažujeme v rozvodně B boční napájení dle obr.3. je zřejmé, že boční napájení Ib zvyšuje úbytek napětí na poruchové impedanci Zbp. Proto distanční ochrana v rozvodně A vyměří při poruše vyšší napětí, než by naměřila bez bočního napájení. Důsledkem zvětšení impedance je ovšem také zvýšení měřené impedance.

Obr. 2. Zkrat na vedení s bočním napájením

S bočním napájením tedy ochrany vidí zkrat o dále.

Pokud je Ib<<Iv, pak se blíží nule a distanční ochrana správně vyměřuje místo poruchy.

Se zvyšujícím se poměrem Ib/Iv jev bočního napájení nabývá na významu. Hrozí vypnutí ochrany ve vyšší impedanční zóně, tedy s delším časem.

Pro Ib>>Iv již ochranu nelze selektivně vůbec nastavit.

Boční napájení lze částečně eliminovat vhodnou úpravou měřící charakteristiky, nebo kombinací distanční a srovnávací ochrany. Výsledky nejsou vždy uspokojivé neboť poměry proudů se může během dne měnit podle druhu zapojeni el. Soustavy.

Impedanční nesymetrie přenosových a distribučních sítí:

Velikost impedančních nesymetrie je dána zejména:

- konfigurací vodičů

- vzájemné vzdálenosti

- vzdálenosti od zemnících lan

- u paralelních vodičů také na vzájemné vzdálenosti vodičů mezi paralelními potahy

Důvody tohoto nepříznivého stavu jsou zejména následující:

- neprovádění transpozic vodičů

- instalace vodivějších zemnících lan

Těchto stavů většinou docílíme zásahy do již vybudované sítě výstavbou nových rozvoden, či výměnnou starých zemnících lan…

Příklad bude ukázán na stožárech typu „Soudek“ a „Donau“ :

- Vedení je tvořeno 2 fázovými potahy a 1 zemnícím lanem. Vzájemné vazby u tohoto vedení můžeme vyjádřit následujícím maticovým zápisem:

V rozepsané impedanční matici jsou diagonální prvky vlastní impedance smyček, mimodiagonální prvky jsou vzájemné impedance impedance smyček.

U zemnících lan se zpravidla přijímá, že jsou uzemněna spojitě, tj. v každém místě podél vedení, nikoliv jen na stožárech. Tento předpoklad poskytuje:

V maticovém zápise je pak neznámá matice , tj. fázory proudů v zemnících lanech. S využitím výše uvedeného předpokladu můžeme maticový zápis rozepsat. Pak si vyjádříme proudy a dostáváme vztah:

Tímto postupem lze tedy obecně zjistit proudy v zemnících lanech, které jsou indukovány proudy tekoucími ve fázových vodičích a lze obecně použít pro jakýkoliv n-vodičový systém s libovolným počtem zemnících lan.

Paralelní vlivy:Paralelně provozovaná vedení působí na měřený obvod svojí vzájemnou

impedancí.

Do měřené smyčky jsou indukována přídavná napětí, která mohou podstatně ovlivňovat naměřené hodnoty.

Obr. 3. Velikost vzájemné nulové reaktance pro paralelní vedení typu „Soudek“ a různá zemnící lana

Velikost vzájemné nulové reaktance je ovlivněna typem zemnícího lana.

Čím je impedance zemnícího lana menší, tím je větší proud kterým jím teče a je větší i magnetický tok vyvolaný jeho proudem.

Vliv odporu poruchy:Pokud vznikne oblouk, je jeho impedance Robl v sérii se Z. Impedance oblouku

Robl má odporový charakter a celková impedance zkratové smyčky je Zobl.

Obecně můžeme mluvit o odporu poruchy Rp, který zahrnuje jak odpor oblouku Robl, tak například odpor konstrukce a uzemnění stožáru při jednopólových poruchách.

Obr. 4. Náhradní schéma ES s odporem poruchy napájeným ze dvou stran

Na obrázku bylo znázorněno náhradní schéma ES s odporem poruchy napájeným ze dvou stran. Dle tohoto schématu lze určit následující poměr poruchových proudů:

Pro uvedené schéma je zde znázorněna velikost odporu vedení Rv a odporu poruchy Rp pro danou vzdálenost x/l či daný poměr reaktancí X/Xv.

Obr. 5. Závislost odporu vedení Rv a odporu poruchy Rp pro posuvný zkrat

Děkujeme za pozornost.

Použitá literatura:Chránění III; Grym,Hochman, Chmelík, Toman, Hanuš,

Machoň; Iris 2005

Digitálne ochrany v elektrizačnej sústavě; Janíček, Chladný, Beláň, Eleschová; Slovenská technická Univerzta v Bratislavě