Start Publikacje PRZEPIĘCIA WYSTĘPUJĄCE W SYSTEMIE ELEKTROENERGETYCZNYM ZAKŁADU GÓRNICZEGO PODCZAS ZWARĆ DOZIEMNYCH

PRZEPIĘCIA WYSTĘPUJĄCE W SYSTEMIE ELEKTROENERGETYCZNYM ZAKŁADU GÓRNICZEGO PODCZAS ZWARĆ DOZIEMNYCH

Drukuj Email
Wpisany przez dr inż. Bronisław Biel, mgr inż. Jerzy Jakubowski, mgr inż. Agnieszka Jakubowska   
czwartek, 19 lutego 2015

OPA

 

dr inż. Bronisław Biel
ELPRO-7 Sp. z o.o. w Zabrzu

mgr inż. Jerzy Jakubowski
Ośrodek Pomiarów i Automatyki Przemysłu Węglowego S.A.
w Zabrzu

mgr inż. Agnieszka Jakubowska
Politechnika Śląska w Gliwicach

Streszczenie: W artykule zostały przedstawione zagadnienia wyjaśniające przyczynę powstania zjawisk przepięciowych podczas zwarć doziemnych w sieciach elektroenergetycznych SN z nieuziemionym punktem neutralnym. Została również przeprowadzona analiza matematyczna z wykorzystaniem równań falowych stosowanych w analizie związanych z linią długą, a obrazująca charakter powstawania przepięć w fazach niedoziemionych. Przedstawiono również wykresy przebiegów napięcia fazy zdrowej dla różnych parametrów sieci w różnych miejscach linii kablowej oraz dla różnych czasów od chwili powstania zwarcia na końcu tej linii. Na końcu podsumowano przeprowadzoną analizę i zwrócono uwagę na powstałe zagrożenia przepięciowe dla kabli i urządzeń w wyniku powstania zwarcia doziemnego

Słowa kluczowe: sieć z izolowanych punktem neutralnym, zwarcie doziemne, przepięcia, funkcje falowe.

1. WSTĘP

Funkcjonują sprawdzone algorytmy i procedury doboru zabezpieczeń ziemnozwarciowych. Systemy tego typu zabezpieczeń są od wielu lat projektowane i stosowane w praktyce. Są to zabezpieczenia zerowoprądowe, zerowonapięciowe bądź zerowomocowe, czyli zbudowane w oparciu o pomiar składowej zerowej prądu i składowej zerowej napięcia. Generalnie, podczas zwarć doziemnych dochodzi również do powstawania przepięć. Wielkość przepięć uzależniona jest od szeregu czynników, m.in. od długości linii kablowej, napięcia zasilania i mocy zwarciowej systemu elektroenergetycznego (transformatora, sieci). W niniejszym artykule skupiono się na powstawaniu przepięć podczas zwarć doziemnych, które mają ścisły związek z falowym charakterem wzrostu napięcia w fazach niedoziemionych [1]. Falowy charakter zjawiska determinuje metodę wykorzystywaną do analizy, a wyjaśnienie powstających przepięć przedstawiono na przykładzie obliczeniowym oraz w postaci wykresów.

 

2. MODEL FALOWY LINII DŁUGIEJ I JEJ ANALIZA

Jako narzędzie obliczeniowe zaproponowano matematyczny model falowy linii długiej (rys. 2.1).

OPA
Rys.2.1. Schemat zastępczy odcinka linii długiej

 

Fundamentem powyższego modelu matematycznego jest równanie linii długiej [4].

Ogólna postać równania linii długiej:

OPA

(2.1)

OPA

(2.2)

Przekształcając powyższe równania otrzymuje się postać:

OPA

(2.3)

gdzie:

u(x,t)- wartość napięcia w danym miejscu i czasie fazy niedoziemionej,
R, G - rezystancja i konduktancja kabla na jednostkę długości,
C - pojemność rozpatrywanego kabla na jednostkę długości,
L - indukcyjność kabla i transformatora zasilającego na jednostkę długości.

Rozwiązanie równania (2.3) przy zastosowaniu rzeczywistych parametrów rozpatrywanej sieci daje odpowiedź na pytanie o charakter i wielkość przepięć występujących podczas zwarć doziemnych. Równanie (2.3) można rozwiązać dwoma metodami, tj. metodą d’Alamberta i metodą Bernoulliego. Metoda pierwsza dotyczy linii długiej bez ograniczeń. Ponieważ rozpatruje się linię długą rzeczywistą, z tego powodu do rozwiązania równania zastosowano metodę Bernoulliego.

W celu przedstawienia ww. metody obliczeniowej, niezbędne jest wyjaśnienie mechanizmów towarzyszących zwarciu doziemnemu. Wyjaśnienie zostało przedstawiono w oparciu o dostępną literaturę oraz doświadczenie autorów niniejszego artykułu.

W wyniku zwarcia doziemnego w sieci z nieuziemienionym punktem neutralnym dochodzi do zmiany konfiguracji sieci, a zatem występuje również zmiana układu wektorowego napięć i prądów (rys. 2.2).

OPA
OPA
Rys.2.2. Zwarcie jednofazowe (doziemne) w sieci z izolowanym punktem neutralnym: a) brak sieci, b) sieć odbiorcza[2]