Opis konstrukcji i podstawowe dane techniczne.

ZCR 4E ZCS 4E ZZN 4E ZRL 4E.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
jj-09-tt
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe
o opóźnieniach inwersyjnych.
1. ZASADA DZIAŁANIA.......................................................................................................................................1
2. SCHEMAT FUNKCJONALNY.........................................................................................................................4
3. PARAMETRY ZABEZPIECZENIA ZIEMNOZWARCIOWEGO...............................................................5
Zabezpieczenia :
ZCS 4E od v 3.7
ZCR 4E od v 5.1
ZZN 4E od v 4.3
ZRL 4E od v 4.5
Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11
1
ZCR 4E ZCS 4E ZZN 4E ZRL 4E.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
jj-09-tt
1. Zasada działania.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe działa w oparciu o pomiar
dwóch wielkości
analogowych: - 3Io i 3Uo. Jeżeli wartości: napięcia 3Uo oraz prądu 3Io są wystarczco duże
do prawidłowego określenia kąta pomiędzy nimi, to następuje określenie kierunku miejsca
wystąpienia doziemienia.
Dwa niezależnie nastawiane człony dokonują porównania nastawionych wartości z modułem
prądu - 3Io. Równocześnie następuje porównanie wartości przesunięcia kąta pomiędzy
prądem i napięciem (z wartością zadaną) i stosownie do ustawionego typu charakterystyki
kątowej określany zostaje kierunek miejsca wystąpienia doziemienia.
Możliwe są dwa kierunki przepływu prądu doziemnego. Na poniższym rysunku
przedstawiono symbolicznie układ pracy zabezpieczenia oraz kierunki przepływu możliwych
prądów doziemnych: Iz-t ( tył ) i Iz-p ( przód ).
Układ pracy zabezpieczenia ziemnozwarciowego.
Przykładowe wskazy napięć i prądów w czasie: normalnej pracy linii oraz w przypadku
wystąpienia doziemienia fazy R, przedstawia poniższy rysunek.
W warunkach normalnej pracy linii, wskazy przyjmują postać zgodną z rys. A. W przypadku
doziemienia w kierunku “do przodu”, zależności wektorowe napięcia i prądu są takie jak
przedstawia to rysunek C, a dla zwarcia w kierunku “do tyłu”, takie jak na rysunku B.
Podczas doziemienia w kierunku linii, kąt wektora prądu -3Io ( względem napięcia 3Uo )
może przyjmować wartości od: 0 do – 90[°], przy czym w praktyce prawie nigdy nie
wychodzi on poza zakres: 0 do – 45 [°].
W tym przypadku wektor -3Io “wyprzedza” wektor 3Uo.
Podczas doziemienia w kierunku szyn ( do tyłu ), kąt pomiędzy wektorami: 3Uo i -3Io
zawiera się w granicach od: 90[°] do: 180[°], ale w praktyce nie wychodzi poza zakres: 135[°]
do 175[°]. Jest to przypadek, gdy wektor 3Uo wyprzedza wektor -3Io conajmniej o kąt 90[°].
Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11
2
ZCR 4E ZCS 4E ZZN 4E ZRL 4E.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
jj-09-tt
Wskazy: napięć i prądów przed i podczas pojedynczego doziemienia fazy R.
Najważniejszym elementem poprawnego przyłączenia zabezpieczenia jest prawidłowe
podanie mu: napięcia 3Uo oraz prądu 3Io, a dokładniej zachowanie odpowiedniej
biegunowości. Należy zwrócić uwagę na fakt iż, zabezpieczeniu podajemy prąd: -3Io, czyli
wektor odwrócony o 180 [°] w stosunku do wektora otrzymywanego z prostego sumowania
prądów fazowych.
Na poniższym rysunku przedstawiono przyłączenie wejść prądowych zabezpieczenia oraz
zależności wektorowe „widziane” przez zabezpieczenie.
Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11
3
ZCR 4E ZCS 4E ZZN 4E ZRL 4E.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
jj-09-tt
Uwaga !
Zaciski złączy PA, odpowiadają numeracji wersji ZCS 4E/3U oraz ZCR 4E/3U ( do zabudowy w
szafie).
Dla obudów OP3U oraz zabezpieczenia ZZN 4E patrz rozdział „Schematy przyłączeniowe
zabezpieczeń”.
Przyłączenie zabezpieczenia do obwodów wtórnych.
2. Schemat funkcjonalny.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe kierunkowe jest elementem funkcjonalnym, którego
działanie warunkują:
1. funkcje wejściowe zał/wył pierwszy ( IoK1 ) oraz drugi stopień ( IoK2) zabezpieczenia,
2. sygnały pomiarowe: 3Uo i 3Io oraz te, określające poprawność ich pomiarów,
3. parametry robocze, nastawianyme przez użytkownika.
W wyniku działania zabezpieczenia generowane są :
1. funkcje wyjściowe: pobudzenia, startu i gotowości poszczególnych stopni zabezpieczenia,
2. sygnały żądające wyłączenia oraz sygnał wewnętrznego pobudzenia automatyki SPZ,
z podaniem numeru żądanego programu do wykonania.
Schemat funkcjonalny modułu przedstawia poniższy rysunek.
Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11
4
ZCR 4E ZCS 4E ZZN 4E ZRL 4E.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
jj-09-tt
3. Parametry zabezpieczenia ziemnozwarciowego.
Poniżej przedstawiono parametry zabezpieczenia ziemnozwarciowego, wyposażonego w dwa
niezależne stopnie oraz w charakterystyki kątowe dwóch typów: prostokątnego
i cosinusoidalnego.
1. Aktywność I stopnia kierunkowego:
2. Wejście sterujące:
3. Poziom załączający:
4. Nastawa prgu prądowego: Iok1>
5. Nastawa zwłoki czasowej Iok1 > T:
6. Typ charakterystyki czasowej dla I stopnia:
7. Aktywność II stopnia kierunkowego:
8. Wejście sterujące:
9. Poziom załączający;
10. Nastawa progu prądowego: Iok2>
11. Nastawa zwłoki czasowej Iok2 > T:
Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11
[ Tak, Nie ],
[RZKi , ZCSi, SWEi , FXLi],
[ 0 , 1 ],
[ 0.10 - 25.00 ] [Ie/Ien],
[ 0.00 - 32.00] [s],
[ L, I1 , I2, I3],
[ Tak, Nie ],
[RZKi , ZCSi, SWEi , FXLi],
[ 0 , 1 ],
[ 0.10 - 25.00 ] [Ie/Ien],
[ 0.00 - 32.00] [s],
5
ZCR 4E ZCS 4E ZZN 4E ZRL 4E.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
12. Typ charakterystyki działania dla II stopnia
13. Minimalne napięcie dla określenia kier. Ue
14. Minimalny czas opóźnienia działania:
15. Kąt kierunku Φ:
16. Zakres kąta ( char. prostokątna ) β
17. Typ charakterystyki kątowej
18. Współczynnik zwielokrotnienia czasu
19. Numer programu automatyki SPZ:
jj-09-tt
[ L, I1, I2, I3],
[ 0.05 - 0.20 ] [Ue/Un],
[ 0 - 2.5 ] [s],
[ 0 - 90 [°] ],
[ 0 - 180 [°] ],
[ cosinusoidalna, prostokątna],
[ 10 - 100 ] [%],
[ 0 - 6 ],
Prąd -3Io jest opóźniony w stosunku do napięcia 3Uo o kąt równy kątowi składowej zgodnej
impedancji linii. Dla sieci z uziemionym punktem neutraln,ym kąt ten zawiera się,
praktycznie, w granicach: 40 [°] – 80 [°].
W zależności od wybranego typu charakterystyki kątowej, zabezpieczenie ( parametr 17)
pracuje wg. następujących zależności :
dla charakterystyki cosinusoidalnej;
Iok ≤ 3Io * cos ( ϕ - α ) ;
dla charakterystyki prostokątnej:
Io ≥ Iok
i
(α-β) ≤ ϕ ≤ (α+β)
gdzie :
Iok - ustawiany próg zadziałania prądu doziemnego (parametr 4 i 10 ),
Φ - nastawiany kąt środkowy kierunku charakterystyki ( parametr 15 ),
β - nastawiany zakres kątowy działania charakterystyki ( parametr 16 ),
Io – zmierzony przez zabezpieczenie prąd doziemny,
ϕ - kąt pomiędzy wektorami: -3Io oraz 3Uo.
Jeżeli moduł Uo jest mniejszy niż zadeklarowany próg ( parametr 13 ), wtedy zabezpieczenie
kierunkowe jest blokowane z powodu braku możliwości określenia kierunku. Istnieje
możliwość powiązania tego zabezpieczenia z automatyką SPZ ( parametr 19 ). Każdy ze
stopni może być także indywidualnie sterowany wybranym wejściem dwustanowym.
Opóźnienia czasowe nastawiać można w trzech trybach odliczania, niezależnie dla
poszczególnych stopni:
L (liniowy) - opóźnienie naliczane jest liniowo ( naturalnie, niezależnie od wartości prądu ),
I1 (inwersyjny) - "normal invers" wg. IEC 255 - 3,
0.14 ∗ k/100
t = ∗ Top
( (Ip/Ie) ^0.02 - 1 )
I2 (inwersyjny) - "very invers" wg. IEC 255 - 3,
13.5 ∗ k/100
t = ∗ Top
( (Ip/Ie) - 1 )
I3 (inwersyjny) - "extremely inverse" wg. IEC 255 - 3.
80 ∗ k/100
Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11
6
ZCR 4E ZCS 4E ZZN 4E ZRL 4E.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
jj-09-tt
t = ∗ Top
( (Ip/Ie) ^2 - 1 )
gdzie :
k - współczynnik zwielokrotnienia czasu w procentach ( 10 [%] to wartość domyślna ),
Ip/Ie - wielokrotność prądu zmierzonego Io w stosunku do ustawionej wartości: Iok1> lub
Iok2>,
Top – ustawiony czas opóźnienia.
Wykresy zamieszczone na następnych stronach przedstawiają zależności pomiędzy
ustawionym czasem opóźnienia stopni kierunkowych ( Top ), a czasem opóźnień reakcji
zabezpieczenia ( oś Y ) wynikającym z wielokrotności prądu zmierzonego Io w stosunku do
wartości nastawianej ( oś X ). Kolejne wykresy odpowiadają poszczególnym typom
charakterystyk : „normal invers”, „very invers” i „extremely invers”.
Dla wszystkich wykresów przyjęto współczynnik zwielokrotnienia czasu równy: 10 [%], stąd
wzory opisujące wykresy posiadają postać jak na rysunkach.
Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11
7
ZCR 4E ZCS 4E ZZN 4E ZRL 4E.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11
jj-09-tt
8
ZCR 4E ZCS 4E ZZN 4E ZRL 4E.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11
jj-09-tt
9
ZCR 4E ZCS 4E ZZN 4E ZRL 4E.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11
jj-09-tt
10
ZCR 4E ZCS 4E ZZN 4E ZRL 4E.
Zabezpieczenie ziemnozwarciowe
Computers & Control Sp.j. Katowice, ul. Porcelanowa 11
jj-09-tt
11