Aukštos įtampos komutacinių aparatų pavaros principai ir apsaugos reikalavimai

Aukštos įtampos komutaciniai aparatai yra kritiškai svarbūs elektros sistemų saugumui ir patikimumui. Šiame straipsnyje aptarsime pagrindinius jų pavaros principus, parinkimo reikalavimus ir relinės apsaugos ypatumus, vadovaujantis galiojančiais Lietuvos Respublikos teisės aktais ir techniniais standartais.

Elektros įrenginių relinės apsaugos ir automatikos taisyklės

Elektros įrenginių relinės apsaugos ir automatikos įrengimo taisyklės (toliau - Taisyklės) yra parengtos vadovaujantis Lietuvos Respublikos energetikos įstatymu ir yra privalomos elektros energijos gamintojams, visuomeniniams elektros energijos tiekėjams, perdavimo ir skirstomojo tinklo operatoriams bei elektros energijos vartotojams. Šios Taisyklės netaikomos atominių elektrinių elektros įrenginių ir aukštosios įtampos nuolatinės srovės perdavimo įrenginių apsaugoms.

Kitos Taisyklėse vartojamos sąvokos suprantamos taip, kaip jos apibrėžtos Energetikos įstatyme, Lietuvos Respublikos elektros energetikos įstatyme ir Elektros tinklų kodekse.

Apsaugos įtaisų išdėstymas ir reikalavimai

Apsaugai turi būti naudojami automatiniai jungikliai arba saugikliai. Kiekvienas apsaugos įtaisas privalo turėti užrašą su įrašytomis jo atkabiklio nuostato ar lyduko vardinės srovės vertėmis. Apsaugos įtaisus reikia išdėstyti priežiūrai prieinamose vietose, apsaugant nuo mechaninio pažeidimo.

Apsaugos įtaisai turi būti įrengiami saugomų laidininkų prijungimo prie maitinimo linijos vietose. Prireikus daromas intarpas tarp maitinimo linijos ir apsaugos įtaiso; intarpo ilgis turi neviršyti 6 metrų.

• Sunkiai prieinamų vietų (pavyzdžiui, esančių dideliame aukštyje) atšakose apsaugos įtaisai įrengiami iki 30 metrų atstumu nuo atšakos taško patogioje priežiūrai vietoje (pavyzdžiui, skirstomajame punkte, elektros imtuvo paleidimo įrenginyje ir t. t.).
• Atšakos laidininkų skerspjūvis turi būti didesnis arba lygus skerspjūviui, kurį lemia skaičiuotinos srovės, ir turėti ne mažesnį kaip 10 proc. atsargą.
• Atšakų laidininkai su degiu išoriniu apvalkalu arba izoliacija turi būti tiesiami vamzdžiuose, metalinėse žarnose arba kanaluose; kitais atvejais - atvirai ant konstrukcijų, jei jie yra apsaugoti nuo galimų mechaninių pažeidimų.

Saugikliai turi būti įrengiami visuose neįžemintuose poliuose arba fazėse. Automatinių jungiklių, saugančių tinklus su tiesiogiai įžeminta neutrale, atkabikliai turi būti įrengiami visuose neįžemintuose laidininkuose. Šis reikalavimas netaikomas dvilaidėms linijoms su nuliniu laidininku, nutiestoms sprogiosiose zonose. Šiose linijose atkabikliai įrengiami faziniame ir nuliniame laidininke.

Trilaidžiuose trifazės srovės izoliuotosios neutralės tinkluose automatinių jungiklių atkabikliai įrengiami dviejose fazėse, o dvilaidžiuose vienfazės arba nuolatinės srovės tinkluose - vienoje fazėje (poliuje).

Neturi būti įrengti apsaugos įtaisai tose maitinimo linijos vietose, kur prijungtos valdymo, signalizacijos ir matavimo grandinės, kurių išjungimas sukeltų pavojingų pasekmių (gaisrinių siurblių, ventiliatorių, saugančių nuo sprogiųjų mišinių susidarymo, elektrinių savųjų reikmių kai kurių mechanizmų sustabdymą ir t. t.). Tokių grandinių laidininkai visais atvejais turi būti tiesiami vamzdžiuose arba privalo turėti nedegų apvalkalą.

Aukštosios įtampos (virš 1000 V) įrenginių relinė apsauga

Šio skyriaus reikalavimai taikomi elektros sistemos objektų, pramonės ir kitų elektros įrenginių, kurių įtampa yra aukštesnė kaip 1000 V - elektros generatorių, transformatorių (autotransformatorių), generatoriaus ir transformatoriaus blokų, elektros linijų, šynų ir sinchroninių kompensatorių - relinės apsaugos įtaisams nepriklausomai nuo jų konstrukcijos, elementų bazės ir įrengimo. Relinės apsaugos įtaisai būna elektromechaniniai, elektroniniai su analoginėmis mikroschemomis, mikroprocesoriniai ar kitokie.

Relinės apsaugos įtaisai turi išjungti komutavimo aparatus (jungtuvus) ir likviduoti trumpuosius jungimus per kuo trumpesnį laiką, išsaugodami nepažeistos sistemos dalies nenutrūkstamą veikimą. Relinė apsauga, išjungianti jungtuvus, turi veikti selektyviai.

Pagrindinė ir rezervinė apsauga

Kiekvienam elektros sistemos objektui turi būti numatyta pagrindinė apsauga, greičiausia suveikianti atsiradus trumpiesiems jungimams saugomame elektros įrenginyje. Jei pagrindinė apsauga yra absoliučiai selektyvi (pavyzdžiui, aukštadažnė apsauga, išilginė ar skersinė srovių diferencinės apsaugos), objektas privalo turėti rezervinę apsaugą, atliekančią ne tik tolimojo, bet ir artimojo rezervavimo funkcijas, t. y. suveikiančią sugedus šio objekto pagrindinei apsaugai arba ją išjungus.

Įrengiant atskirą rezervinės apsaugos komplektą, būtina numatyti galimybę atskirai tikrinti pagrindinių ir rezervinių apsaugų veikimą arba jas remontuoti veikiant saugomam objektui.

Jautrumo reikalavimai

• Linijų maksimaliosios fazių srovės apsaugos, turinčios keletą skirtingų suveikimo srovių ir laikų pakopų, skirtų rezervavimui, srovės ir įtampos elementų jautrumo koeficientas turi būti ne mažesnis kaip 1,3, jei apsauga turi pakopą, skirtą toliau einančių linijų apsaugoms rezervuoti, kurios jautrumo koeficientas ne mažesnis kaip 1,5.
• Generatorių ir transformatorių diferencinės apsaugos jautrumas turi būti tikrinamas esant trumpojo jungimo režimui jų išvaduose.
• Apsaugos suveikimo srovė hidrogeneratoriams ir turbogeneratoriams, kurių apvijų laidininkai aušinami tiesiogiai, turi būti parenkama mažesnė už generatoriaus vardinę srovę nepriklausomai nuo jautrumo koeficiento verčių.
• Suveikimo srovę, nevertinant stabdymo, autotransformatoriams ir aukštinamiesiems transformatoriams, kurių galia - 63 MVA ir didesnė, reikia parinkti mažesnę už vardinę (autotransformatoriams - mažesnę už srovę, atitinkančią tipinę galią).
• Generatoriaus, prijungto prie skirstomųjų šynų, statoriaus apvijos apsaugos nuo vienfazio įžemėjimo, duodančios išjungimo komandą, jautrumas nustatomas pagal suveikimo srovę, kuri turi būti ne didesnė kaip 5 A.
• Apsaugų su kintamąja operatyviąja srove, sudarytų pagal schemą su išjungimo ričių dešuntavimu, jautrumą reikia tikrinti įvertinant srovės transformatoriaus faktinę srovės paklaidą po dešuntavimo. Minimalioji išjungimo ričių jautrumo koeficiento vertė, nustatoma įvertinant patikimo suveikimo sąlygą, privalo būti apie 20 proc.
• Jei arčiau maitinimo šaltinio esančio objekto apsauga gali suveikti dėl to, kad toliau esančio objekto apsauga nesuveikia dėl nepakankamo jos jautrumo, tai šios apsaugos jautrumą būtina suderinti.

Srovės transformatorių naudojimas

Srovės transformatorių, prie kurių prijungta relinė apsauga, sudėtinė arba srovės paklaida turi neviršyti 10 proc. Didesnės šių paklaidų vertės leidžiamos naudojant apsaugas (pavyzdžiui, šynų diferencinė apsauga su stabdymu), kurių tinkamas veikimas esant didesnėms paklaidoms užtikrinamas naudojant specialias priemones.

Relinės apsaugos ir elektros matavimo prietaisų (įskaitant elektros energijos skaitiklius) srovės grandinės turi būti prijungtos prie skirtingų srovės transformatoriaus apvijų. Išimtiniais atvejais relinė apsauga ir matavimo prietaisai prijungiami prie tų pačių srovės transformatoriaus apvijų, kai tenkinami apsaugos ir matavimo prietaisų tikslumo ir patikimo veikimo reikalavimai.

Apsaugoms nuo trumpųjų jungimų naudotini ir saugomo objekto srovės transformatoriai kaip operatyviosios srovės šaltinis. Operatyviosios srovės šaltiniams taip pat naudojami įtampos transformatoriai arba savųjų reikmių transformatorius.

Generatorių apsaugos

Iki 1 MW galios ir aukštesnės kaip 1000 V įtampos generatoriai

Iki 1 MW galios ir aukštesnės kaip 1000 V įtampos generatorių, veikiančių lygiagrečiai su kitais generatoriais arba su elektros sistema, statorių apvijų apsaugai nuo tarpfazių trumpųjų jungimų turi būti įrengta greitaveikė srovės atkirta, prijungiama prie generatoriaus išvadų srovės transformatorių, esančių skirstomųjų šynų pusėje.

Aukštesnės kaip 1000 V įtampos generatoriai

Aukštesnės kaip 1000 V įtampos generatoriams turi būti įrengta statoriaus apvijos apsauga nuo vienfazių įžemėjimų, kai talpinė įžemėjimo srovė lygi ar didesnė nei 5 A (nepaisant, ar kompensacija yra, ar jos nėra). Šiai apsaugai prijungti prie generatoriaus išvadų įrengiami nulinės sekos srovės transformatoriai. Apsauga turi neveikti nuo pereinamųjų procesų srovių.

Generatorių, kurių apvijų laidininkai aušinami tiesiogiai, apsauga privalo turėti keletą suveikimo srovių ir laiko pakopų arba priklausomą nuo srovės suveikimo laiko charakteristiką.

Atvirkštinės sekos srovės apsauga, išjungianti generatorių, privalo turėti papildomą jautresnį nepriklausomo uždelsimo elementą, įjungiantį signalizaciją. Apsaugos suveikimo srovė turi būti apie 1,3-1,5 karto didesnė už vardinę srovę, o suveikimo įtampa turi būti apie 50-60 proc. vardinės įtampos.

Didesnės nei 1 ir iki 30 MW galios generatorių apsaugai nuo išorinių simetrinių trumpųjų jungimų turi būti naudojama maksimaliosios srovės apsauga su minimaliosios įtampos paleidimu. Iki 1 MW galios ir aukštesnės kaip 1000 V įtampos generatorių apsaugai nuo išorinių trumpųjų jungimų turi būti naudojama maksimaliosios srovės apsauga, prijungta prie srovės transformatorių, esančių neutralės pusėje. Apsaugos suveikimo srovė parenkama didesnė už apkrovos srovę numatant būtiną atsargą.

Turbogeneratorių apsaugos

Turbogeneratorių žadinimo grandinės apsauga nuo antrojo taško įžemėjimo įrengiama kiekvienam arba kaip vienas komplektas keliems (bet ne daugiau kaip trims) generatoriams, kurių žadinimo grandinių parametrai artimi. Turbogeneratoriams, kurių apvijų laidininkai aušinami tiesiogiai, reikia įrengti apsaugą nuo asinchroninio veikimo režimo, netekus žadinimo.

Iki 1 MW galios ir žemesnės kaip 1000 V įtampos su neįžeminta neutrale generatorių apsaugą nuo visų rūšių trumpųjų jungimų ir nenormalių veikimo režimų reikia įrengti prijungiant prie išvadų automatinį jungiklį su maksimaliosios srovės atkabikliais arba jungtuvą su dvifaze maksimaliosios srovės apsauga.

Transformatorių apsaugos

Neįžemintos neutralės transformatoriai, turintys susilpnintą apvijos izoliaciją nulinio išvado pusėje (veikiantys tiesiogiai įžemintos neutralės tinkle), turi būti apsaugoti nuo neutralės įtampos pakilimo. Tinkluose, saugomuose tik nuo trumpojo jungimo srovių, trumpojo jungimo srovės kartotinumo tikrinti nėra būtina.

Tiesiogiai įžemintos neutralės tinkluose turi būti parinktas toks galios transformatorių neutralių įžeminimo režimas.

Blokinių įrenginių (generatorius-transformatorius) apsaugos

Blokuose su 30 MW ir didesnės galios generatoriais turi būti įrengta generatoriaus įtampos grandinių apsauga nuo vienfazių įžemėjimų, apimanti visą statoriaus apviją (100 proc.). Blokuose su 30 MW ir mažesnės galios generatoriais reikia įrengti apsaugos įtaisus, saugančius ne mažiau kaip 85 proc. statoriaus apvijos. Apsauga turi išjungti (ts ≤ 0,5 sekundės) blokus, neturinčius išsišakojusio generatoriaus įtampos tinklo ir turinčius atšakas į savųjų reikmių transformatorius.

Esant bloke dviem transformatoriams, arba kai du ar daugiau generatorių, neturinčių jungtuvų, prijungti prie vieno transformatoriaus (sustambintas blokas), kiekvienam generatoriui bei 125 MVA ir didesnės galios transformatoriui turi būti įrengta atskira išilginė diferencinė apsauga. Nesant srovės transformatorių galios transformatorių žemesniosios įtampos pusės įvaduose, naudojama bendra abiejų bloko transformatorių diferencinė apsauga.

Blokui su generatoriumi, kurio apvijų laidininkai aušinami tiesiogiai, turi būti įrengta atskira generatoriaus išilginė diferencinė apsauga. Aukštesniosios įtampos pusėje transformatoriaus (bloko) diferencinė apsauga kartais prijungiama prie srovės transformatorių, įmontuotų bloko transformatoriaus įvaduose.

Blokams su 160 MW ir didesnės galios generatoriais, kurių apvijų laidininkai aušinami tiesiogiai, turi būti įrengiama apsauga nuo atvirkštinės sekos srovės perkrovos, su priklausoma nuo srovės suveikimo laiko charakteristika, atitinkančia saugomo generatoriaus leistinųjų perkrovų atvirkštinės sekos srovėmis charakteristiką.

Blokams su mažesnės nei 160 MW galios generatoriais, kurių apvijų laidininkai aušinami tiesiogiai, taip pat blokams su didesnės nei 30 MW galios hidrogeneratoriais, kurių apvijų laidininkai aušinami netiesiogiai, atvirkštinės sekos srovės apsaugą reikia įrengti su keliomis suveikimo srovės bei laiko pakopomis arba su atvirkščiai priklausoma nuo srovės suveikimo laiko charakteristika.

Blokų, turinčių didesnės nei 30 MW galios generatorius, apsaugai nuo išorinių simetrinių trumpųjų jungimų naudojama maksimaliosios srovės apsauga su minimaliosios įtampos paleidimu. Pirmoji šios apsaugos pakopa, kuri atlieka artimąjį rezervavimą, privalo turėti uždelsimą (ts ≤ 1 sekundė), švytavimų blokuotę ir veikti pagal Taisyklių 143.3 punkto reikalavimus. Ši pakopa turi visiškai apimti bloko transformatorių ir veikti selektyviai.

Didinant tolimojo rezervavimo efektyvumą, tikslinga įrengti dviejų pakopų distancinę apsaugą esant rezervinei diferencinei apsaugai. Apsaugą nuo išorinių trumpųjų jungimų blokams, turintiems 30 MW ir mažesnės galios generatorius, reikia įrengti pagal Taisyklių 96 punkto reikalavimus. Apsauga turi išjungti bloko transformatorių.

Hidroelektrinėse, kuriose nėra nuolat budinčių operatyvinių darbuotojų, greta simetrinių perkrovų signalizacijos turi būti įrengta maksimaliosios srovės apsauga su ilgesniu uždelsimu, išjungianti bloką (generatorių), ir su trumpesniu uždelsimu - sumažinanti apkrovą.

Jungtuvų pavaros ir parinkimas

Jungtuvų komutavimo savybių pagerinimui lygiagrečiai gesinimo kamerų kontaktams prijungiami talpiniai įtampos dalytuvai - kondensatoriai arba ominiai įtampos dalytuvai - ominės varžos. Jungtuvų pavaros turi būti greitaveikės, patikimai veikti ir apsaugotos nuo klaidingų ir daugkartinių komutacijų. Pavara ir lanko gesinimo kamera sujungti mechaniniu ar pneumatiniu kinematiniu mechanizmu.

Komutacinių įrenginių virš 1000 V bendri parinkimo reikalavimai

Parenkant elektros įrenginius ir laidininkus virš 1000 V turi būti atsižvelgiama į:

• Izoliacijos atsparumą ilgalaikio darbo metu ir trumpalaikių viršįtampių darbo metu.
• Laidininkams, kurie yra naudojami 35 kV ir didesnėje įtampoje, turi būti atliktas patikrinimas karūnavimo sąlygomis.
• Pavaros variklio, valdymo ir šildymo grandinių maitinimo šaltinio pobūdį bei įtampą.

Parinkimas atliekamas atsižvelgiant į nominalius srovės ir įtampos dydžius ir pastatymo vietą, konstruktyvinį išpildymą ir komutacinius gebėjimus. Parinkti įrenginiai tikrinami esant trumpam jungimui, terminiai srovei ir elektrodinaminiam atsparumui.

tags: #aukstos #itampos #komutaciniu #aparatu #pavaros #principus