Energetický partner

číslo 5, rok 2014, ročník II

Ing. Eduard_BERÁNEK[1]

Návrh a nastavení elektrických ochran pro vn rozvodnu

Abstrakt

Hlavním cílem článku je ukázat praktický příklad návrhu a nastavení elektrických ochran pro vn rozvodnu v průmyslovém podniku. Pro správný návrh a nastavení ochran je nutné znát teorii chránění a rozvodnu samotnou. Popis rozvodny je uveden dále v článku. Je proveden výpočet zkratových poměrů. Ve zkratce jsou popsány použité ochrany a následně je proveden výpočet pro nastavení nadproudového a zkratového stupně ochrany.

Klíčová slova

Ochrana, nadproudová ochrana, zkrat, napětí, proud, zkratový proud, rozvodna.

1 Úvod

Ochrany jsou nedílnou součástí elektrizační soustavy. Úlohou elektrických ochran je vzhledem ke vstupním informacím a nastaveným parametrům vyhodnotit provozní stav. Vznikne-li na chráněném objektu k poruše, musí ochrana tento poruchový stav bezpodmínečně rozpoznat a zamezit dalšímu šíření poruchy. Od elektrických ochran se tedy vyžaduje spolehlivé působení a selektivní vypínání, aby následky poruch byly eliminovány na co nejmenší míru.

2 Výpočet zkratových poměrů na rozvodně

Pro návrh a nastavení ochran musíme znát zkratové poměry na rozvodně. Je potřeba znát jak minimální dvoufázový zkratový proud , který je nezbytný pro nastavení ochran na nejmenší možný zkratový proud, tak i maximální rázový trojfázový zkratový proud , který se počítá z hlediska kontroly zařízení na oteplení a zároveň pro nastavení maximálního přípustného času na ochraně, do kdy se musí chráněné zařízení odpojit. [1]

2.1 Popis rozvodny průmyslového podniku

Rozvodná soustava průmyslového podniku je napájena z rozvodny Lískovec R 110 kV dvěma linkami 607 a 608 přes transformátory 110/10,5 kV TH1 a TH2 na rozvodny 41.03 RX1 a 41.03 RX2. Na těchto rozvodnách se nacházejí synchronní generátory TG1 a TG2 a také synchronní motory MA2 a MA. Z rozvodny 41.03 RX1 je dále napájena nová rozvodna 22.12 E RX1 a rozvodna 40.12 RX1, na které je připojen asynchronní motor MA21. Z rozvodny 41.03 RX2 je napájena nová rozvodna 22.12 E RX2 a dvě starší rozvodny 40.12 RX2 a 20.06 RX1, na kterých se nacházejí další asynchronní motory.

V případě výpadku jednoho z napájecích transformátorů nebude omezen provoz. Případnou poruchovou situaci lze řešit změnou zapojení ve vnitřních rozvodech průmyslového podniku. Při běžném provozu jsou rozvodny napájeny se spojkami v rozepnutém stavu. [1]

2.2 Schéma zapojení

Obr. 1: Schéma zapojení rozvodny průmyslového podniku

Pro výpočet maximálních zkratových poměrů je uvažován provoz na maximální výkon. Počítáme s příspěvky obou generátorů G1 a G2, synchronních motorů vn umístěných na rozvodnách 41.03 RX1 a 41.03 RX2, příspěvky asynchronních motorů v podružných rozvodnách 40.12 RX1, 40.12 RX2 a 20.06 RX1 a v neposlední řadě příspěvek z nadřazené soustavy.

Pro výpočet minimálních zkratových poměrů je uvažován provoz na minimální výkon, což představuje provoz pouze jednoho z transformátorů (TH1), bez příspěvků generátorů G1 a G2, synchronních motorů vn umístěných na rozvodnách 41.03 RX1 a 41.03 RX2 a bez příspěvků asynchronních motorů v podružných rozvodnách 40.12 RX1, 40.12 RX2 a 20.06 RX1. Počítáme pouze s příspěvkem z nadřazené soustavy R 110 kV Biocel.

Výpočet byl proveden podle platné normy ČSN EN 60909-0 [3]. Výsledky jsou uvedeny v Tab. 1.

Tab. 1: Shrnutí výpočtů zkratových poměrů

provozní varianta | místo zkratu |  |  |
[MVA] | [kA] | [kA]
maximální | - | 454,9 | 26,26 | -
minimální | 1 | 126,26 | 7,29 | 6,31
2 | 82,62 | 4,77 | 4,13
průchozí | za TM1 | - | - | 1,377
průchozí | za TM2 | - | - | 1,377
průchozí | za TS1 | - | - | 0,462

3 Návrh a nastavení ochran

3.1 Použité ochrany

Ke chránění vn rozvodny byly použity ochrany REF615 a REU615. Tyto ochrany patří k výrobkům produktové řady 615 skupiny Relion® firmy ABB.

Jsou to specifické IED (inteligentní elektronické zařízení) určené pro chránění, ovládání, měření a monitorování vývodů jak rozvoden energetických společností, tak i v energetických systémech průmyslových společností, včetně radiálních, okružních a zauzlených distribučních sítí s distribuovanou výrobou i bez výroby elektrické energie. Hlavními charakteristickými vlastnostmi výrobků řady 615 je jejich snadné použití, kompaktní provedení a výsuvné řešení s množstvím dostupných montážních metod. Mohou fungovat v mnoha různých konfiguracích.

IED REF615 je určeno především pro chránění venkovních vedení a kabelových vývodů v distribučních sítích, ale je také možné jej použít pro záložní chránění v aplikacích, kde je požadován nezávislý a redundantní systém ochran. [2]

Obr. 2: Ochrana REF615

3.2 Nastavení ochran

Návrh a nastavení ochran je proveden pro rozvodny 22.12 E RX1 a 22.12 E RX2.

Obr. 3: Jednopólové schéma rozvoden 22.12 E RX1 a 22.12 E RX2

Pro ochranu před přetížením je použita funkce PHLPTOC, 3I > s charakteristikou IEC Normal Inverse a pro ochranu před zkraty funkce PHHPTOC, 3I >>. Nastavení ochran přívodů na rozvodny 22.12 E RX1 a 22.12 E RX2 zohledňuje nastavení nadřazených ochran z důvodu selektivního působení ochran.

Jako příklad uvádím nastavení ochrany na rozvodně 22.12ERX1 na poli číslo šest, což je přívod z nadřazené rozvodny 41.03RX1. Chráněným objektem je tedy kabel a nastavuji ochranu REF615.

Je použita nesměrová nadproudová funkce a nastavuji nadproudový stupeň a zkratový stupeň ochrany.

Chráněný objekt:

· Kabel Al 2x3x240 mm2, Idov = 660 A

· MTP: 400/1/1 A

· Ochrana: REF615

Nadproudový stupeň PHLPTOC, 3I >

(1)

kde:

– koeficient bezpečnosti (volí se v rozmezí 1,1 až 1,35),

– přídržný poměr (typická hodnota digitální ochrany ABB je 0,96),

– jmenovitý převod proudových transformátorů.

Zkratový stupeň PHHPTOC, 3I >>

(2)

kde:

– koeficient citlivosti (volí se na základě praktických zkušeností 1,5).

Při nastavení však musíme brát ohled na nastavení nadřazené ochrany a na přístrojový transformátor proudu, takže v konečném nastavení jsou rozběhové hodnoty nižší u obou stupňů.

Tab. 2: Nastavení ochrany na poli čís.6

Funkce ochrany | Rozběhová hodnota Ir x In | Časový faktor k | t [ms] | Reálná hodnota proudu I [A]
Nadproudový stupeň PHLPTOC, 3I> | 1,1 | 0,4 | - | 440
Zkratový stupeň PHHPTOC, 3I>> | 6 | - | 400 | 2400

4 Závěr

V současnosti jsou kladeny mnohem vyšší požadavky na spolehlivost dodávky elektrické energie a v případě vzniku poruchy její okamžité eliminaci. Ke zmírnění následků poruch slouží právě elektrické ochrany.

Navržený systém chránění je plně funkční.

Nastavení parametrů ochran zcela vyhovuje požadavkům selektivního vypínání.

K ověření správnosti řešení je provedena kontrola průřezu přívodů k rozvodnám 22.12 E RX1 a 22.12 E RX2 na oteplení při zkratu. Tyto hodnoty musí být respektovány při nastavení vypínacího času zkratových stupňů. Oba přívody vyhovují svým průřezem na oteplení při zkratu.

Poděkování

Příspěvek byl zpracován za podpory výzkumného projektu Studentské grantové soutěže SP2014/187.

Literatura

[1] BERÁNEK, E.: Diplomová práce - Návrh a nastavení ochran pro rozvodnu vn průmyslového podniku, 2013.

[2] Popis a technická data výrobku, IED pro chránění a ovládání vývodu REF615, REU615, ABB, 18. 2. 2011.

[3] ČSN EN 60909-0: Zkratové proudy v trojfázových střídavých soustavách, Květen 2002.

[4] GRYM, R.: Chránění II, 1. vyd. Havířov: IRIS, 2004. 305 s. ISBN 80-903540-0-9

Proposal and Setting of Electric Protections of MV Switching Station

Keywords

Electric Protection, Overcurrent Electric Protection, Short-circuit, Voltage, Current, Short-circuit current, Substation.

Summary

The aim of this article is shown the practical example of proposal and setting of electric protections of MV switching station. For the correct proposal and setting of electric protections is necessary to know the theory of protection and switching station itself. Description of switching station is shown in the article. It's calculated short-circuit currents. In a nutshell is description of the used protections and then performs a calculation for setting the overload and short circuit protection stage.

[1] Ing. Eduard Beránek, Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB-Technická univerzita Ostrava, 17. listopadu, 708 33 Ostrava - Poruba, tel.: (+420) 597 325 240, e-mail: eduard.beranek.st@vsb.cz.