Nr 167 3 mgr inż. Franciszek GŁADYKOWSKI Margot

Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze
mgr inż. Franciszek GŁADYKOWSKI
Margot – Engineering Sp.J.
Oddział Bydgoski SEP
ZABEZPIECZENIE ZWARCIOWE
TRANSFORMATORÓW ROZDZIELCZYCH SN/nN
PRZY UŻYCIU BEZPIECZNIKÓW TOPIKOWYCH
Większość transformatorów rozdzielczych o mocach od 20 do 1000 kVA jest
zabezpieczona od zwarć bezpiecznikami topikowymi. Są to bezpieczniki bądź z gasiwem piaskowym, bądź w osłonie z rury gazo-wydmuchowej, gdzie elementem gaszącym są powstające gazy w rurze osłonowej topika. Bezpieczniki gazo-wydmuchowe użytkowane są w słupowych stacjach transformatorowych, gdzie po zadziałaniu
bezpiecznika wymienia się tylko topik, a obudowa jest wykorzystywana kilka, a nawet kilkanaście razy. Bezpieczniki gazo-wydmuchowe stosuje się tylko na zewnątrz
z uwagi na niezbędną strefę gazo-wydmuchową.
Wydawałoby się, że dobór prądu znamionowego bezpiecznika związany jest tylko z prądem znamionowym i mocą zwarciową. Ale tak nie jest, gdyż przy załączeniu
transformatora pojawia się bardzo duży prąd załączenia, który może spowodować zadziałanie bezpiecznika. Największy prąd załączenia występuje przy włączaniu transformatora bez obciążenia. Stosunek prądu załączenia transformatorów o mniejszych
mocach znamionowych w stosunku do prądów znamionowych transformatorów jest
większy dla transformatorów o mniejszych mocach znamionowych. Ocenia się, że
prąd załączenia transformatorów osiąga wartość od 150 do 300 razy większą od prądu biegu jałowego. W transformatorach trójfazowych wielokolumnowych w skutek
współdziałania strumieni wywołanych napięciami przyłożonymi do uzwojeń fazowych wartość prądu łączeniowego jest mniejsza niż dla transformatora jednofazowego.
Jak już wspomniano prąd załączania transformatora obciążonego jest mniejszy
niż transformatora bez obciążenia. W najbardziej niekorzystnym przypadku obciążenia indukcyjnego równy jest dwukrotnej wartości prądu ustalonego wynikającego
z wartości obciążenia. Dotyczy to transformatorów o większych mocach znamionowych, gdyż dla mniejszych wartości ta jest większa. Przebieg prądu załączenia transformatora podano na rys. nr 1 i trzeba zaznaczyć, że jego wielkość zależy od fazy
załączenia, tzn. czy następuje ona przy Umax czy przy U=0. Największa wartość prądu
załączenia wystąpi przy U = 0.
Polska literatura nie podaje informacji na temat prądów załączania z wyjątkiem
pozycji „Maszyny dla Elektroenergetyki” Wacław Matulewicz, wydanie I 1985 i dalsze oraz Podręcznik Inżyniera Elektryka tom II. Krajowe tabele doboru bezpieczników po stronie zasilania (SN) nie zawsze uwzględniają prądy załączenia bądź dla
Nr 167
3
Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze
transformatorów najmniejszych, bądź dla transformatorów o większych mocach.
Stosunkowo dobre wielkości są podane przez VDE dla transformatorów od 100 do
1000 kVA. Natomiast dla transformatorów mniejszych i bezpieczników gazo-wydmuchowych prawidłowe wielkości bezpieczników podają twórcy tych bezpieczników – prof. Stefan Grudziecki z Politechniki Gdańskiej. Poniżej podano dwie tabele
doboru bezpieczników: pierwsze dla bezpieczników z gasiwem piaskowym, a drugi
dla bezpieczników gazo-wydmuchowych i uznaje się je jako prawidłowe.
Stosowanie bezpieczników o mniejszych prądach znamionowych nie uwzględniających prądów załączania powoduje zadziałanie bezpieczników w momencie załączenia, co prawda najczęściej na jednej fazie, ale układ zasilania jest niesprawny
i stwarza duże kłopoty eksploatacyjne. Zostały opracowane bezpieczniki gazo-wydmuchowe podwójne, gdzie po zadziałaniu pierwszej wkładki włącza się druga. To
rozwiązanie nie przyjęło się do powszechnego stosowania. Zastosowanie prawidłowych wkładek ułatwia zachowanie ciągłości zasilania odbiorców, co jest bardzo pożądane z uwagi na takie wymagania wiele procesów produkcyjnych.
Rys. 1. Przebieg prądu załączania nieobciążonego transformatora: a – jednofazowego, b – trójfazowego
4
Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze
1. Ochrona nadprądowa transformatorów mocy przy użyciu zabezpieczeń topikowych
Tabela 1. Dobór nominalnych natężeń prądu wkładek topikowych w A dla transformatorów
o różnych mocach znamionowych w kVA.
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
30 kV
6
(1,9)
10
(2,4)
10
(3,1)
16
(3,8)
16
(4,8)
20
(6,1)
25
(7,7)
25
(9,6)
32
(12,1)
40
(15,4)
40
(19,2)
400 V
125
(144)
125
(180)
200
(232)
200
(289)
300
(362)
300
(455)
300
(577)
300
(722)
600
(910)
(1155)
(144,3)
20 kV
10
(2,9)
10
(3,6)
16
(4,6)
16
(5,8)
16
(7,2)
25
(9,1)
25
(11,5)
32
(14,4)
40
(18,2)
63
(23,1)
63
(28,9)
400 V
100
125
125
125
224
224
224
355
355
15 kV
10
(3,9)
16
(4,8)
16
(6,2)
16
(7,7)
16
(9,6)
25
(12,1)
32
(15,4)
40
(19,3)
63
(24,2)
63
(30,8)
80
(38,5)
400 V
125
160
160
160
160
300
300
300
500
10 kV
16
(5,8)
16
(7,2)
20
(9,2)
25
(11,5)
32
(14,5)
40
(18,2)
50
(23,1)
63
(28,9)
80
(36,4)
100
(46,2)
125
(57,7)
400 V
125
125
125
125
200
200
355
355
500
6 kV
20
(9,6)
25
(12,0)
32
(15,4)
40
(19,2)
50
(24,0)
63
(30,3)
80
(38,5)
100
(48,1)
125
(60,6)
160
(77,1)
160
(96,3)
400 V
125
125
125
125
160
224
300
355
425
Dla lepszej orientacji podano także w nawiasach wartości nominalne natężenia
prądu transformatorów (wg VDE 0670 Teil 402).
2. Ochrona nadprądowa trójfazowych transformatorów mocy na słupowych
stacjach transformatorowych bezpiecznikami topikowymi w osłonie rury
gazowydmuchowej
Tabela 2. Dobór minimalnych natężeń prądu wkładek topikowych bezpieczników BGO-12
w osłonie z rury gazo-wydmuchowej po stronie SN.
Napięcie
Moc transf.
[kVA]
20
25
30
40
50
63
Nr 167
6 kV
Itr
[A]
1,90
2,40
2,80
3,85
4,81
6,06
15 kV
Ibn
[A]
6,3
6,3
10
10
10
16
Itr
[A]
0,76
0,96
1,115
1,54
1,92
2,42
20 kV
Ibn
[A]
4
4
4
4
6,3
6,3
Itr
[A]
0,57
0,72
0,86
1,15
1,44
1,82
Ibn
[A]
2,5
2,5
2,5
4
4
6,3
5
Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze
Napięcie
Moc transf.
[kVA]
75
100
125
160
200
250
315
400
6 kV
Itr
[A]
7,21
9,63
12,04
15,40
19,20
24,00
30,30
38,50
15 kV
Ibn
[A]
16
20
25
32
40
—
—
—
Itr
[A]
2,88
3,85
4,81
6,16
7,70
9,63
12,10
15,40
20 kV
Ibn
[A]
10
10
16
16
16
20
25
32
Itr
[A]
2,16
2,89
3,61
4,62
5,78
7,22
9,10
11,56
Ibn
[A]
6,3
10
10
16
16
16
25
25
UWAGA:
W tabeli podano minimalne wartości prądów znamionowych wkładek bezpiecznikowych uwzględniające prąd załączenia transformatorów.
3. Literatura:
1. Matulewicz Wacław: Maszyny Elektryczne dla Elektroenergetyków – 1985 r.
Politechnika Gdańska.
2. Matulewicz Wacław: Maszyny Elektryczne w Energetyce i Przemyśle – 2012 r.
Politechnika Gdańska.
3. Praca zbiorowa: prof. Michał Jabłoński, doc. Jerzy Kulikowski: Podręcznik Inżyniera Elektryka. PWNT 2007 r., rozdział „Transformatory”, wyd. 3 tom 2.
4. Doemeland Schutz: technik Handbuch VDE Verlag Technik 2006 r., wyd. 8.
5. prof. dr inż. Stefan Grudziecki, dr inż. Benedykt Kacprzak Politechnika Gdańska, mgr inż. Jacek Pastuszko, inż. Józef Sebociński ZWAR: Wysokonapięciowe napowietrzne bezpieczniki gazo-wydmuchowe o samoczynnym otwarciu
– Energetyka nr 1 z 1985 r.
6