1

Ćw. 2. BADANIE PRZEKAŹNIKÓW RÓŻNICOWYCH

1. Podstawy teoretyczne

Zabezpieczenie różnicowe działa na zasadzie porównania prądów na początku i na końcu

zabezpieczanego obiektu, którym może być linia energetyczna, generator, transformator, blok

generator-transformator, silnik lub szyny zbiorcze. Różnica tych prądów zależy bowiem od

stanu chronionego obiektu. Zabezpieczenie różnicowe wykrywa zwarcia wielkoprądowe

wewnątrz zabezpieczanej strefy, która obejmuje zabezpieczany obiekt oraz doprowadzenia od

niego do przekładników prądowych.

Znane są dwa rodzaje zabezpieczeń różnicowych: wzdłużne i poprzeczne, przy czym te

ostatnie są stosowane stosunkowo rzadko i nie będą dalej omawiane.

Zasadę działania zabezpieczenia różnicowego wzdłużnego przedstawiono na rys. 1.

Rys. 1. Zasada działania zabezpieczenia różnicowego wzdłużnego: a- rozpływ prądów w

stanie normalnej pracy i przy zakłóceniach oraz b- przy zakłóceniach wewnętrznych; 1-

obiekt zabezpieczany, 2- przekładniki prądowe, 3- przekaźnik nadprądowy.

Przekaźnik nadprądowy RI, zainstalowany w gałęzi różnicowej, reaguje na prąd

różnicowy IR określony zależnością:

(1)

W stanie normalnej pracy i podczas zakłóceń zewnętrznych (rys. 1a) zabezpieczenie

różnicowe nie powinno działać, musi więc być spełniony warunek IR=0, czyli:

(2)

2

Prądy pierwotne zabezpieczanego obiektu w stanie normalnej pracy charakteryzuje

współzależność liniowa Ib=oIa, gdzie o- przekładnia prądowa zabezpieczanego obiektu.

Warunek niezadziałania zabezpieczenia w stanie normalnej pracy obiektu i przy zakłóceniach

zewnętrznych będzie więc spełniony, gdy:

ib/ia=o (3)

Najczęściej o = 1 (linie, generatory, silniki) i wtedy na obu końcach obiektu

zabezpieczonego stosuje się przekładniki prądowe o takiej samej przekładni, natomiast w

przypadku transformatorów o ≠ 1,wtedy stosuje się przekładniki o przekładniach tak

dobranych, aby była spełniona zależność (3). Ponadto w tym przypadku występuje zwykle

konieczność wyrównania przesunięcia fazowego prądów wtórnych, co dokonuje się przez

odpowiedni dobór grupy połączeń przekładników prądowych.

Podczas zakłóceń zwarciowych w strefie działania zabezpieczenia ( w obszarze między

przekładnikami prądowymi) pojawia się w gałęzi poprzecznej układu prąd różnicowy IR≠0,

powodujący działanie członu pomiarowego zabezpieczenia (rys.1b). W zależności od tego,

czy obiekt zabezpieczany jest generatorem, czy odbiornikiem i czy współpracuje z systemem,

czy też nie, mogą występować oba prądy Ia oraz Ib lub tylko jeden z nich. Przez gałąź

różnicową zawsze przepływa prąd IR proporcjonalny do całkowitego prądu zwarcia.

Przy zakłóceniach zewnętrznych prąd IR byłby równy zeru tylko w przypadku idealnych

przekładnikach prądowych, jednak w przypadku rzeczywistych przekładników w gałęzi

poprzecznej zabezpieczenia płynie w tych warunkach pewien prąd, zwany prądem

uchybowym. Wartość prądu uchybowego zależy od następujących czynników:

a) stopnia nieidentyczności charakterystyk magnesowania przekładników prądowych,

b) niesymetrii i wartości impedancji obwodów wzdłużnych zabezpieczenia po obu

stronach członu pomiarowego (3), który powinien być zainstalowany w środku

elektrycznym układu,

c) zmian ruchowych przekładni zabezpieczonego obiektu (transformatora).

Przy zwarciach zewnętrznych wartość prądu uchybowego rośnie wraz ze wzrostem prądu

zwarciowego. Wzrost ten jest szczególnie gwałtowny podczas nasycania się przekładników i

dlatego należy stosować przekładniki o dużym współczynniku granicznej dokładności.

Aby zapobiec zbędnemu działaniu zabezpieczenia przy zwarciach zewnętrznych, prąd

rozruchowy przekaźnika należy nastawić na wartość większą od maksymalnej wartości prądu

uchybowego. Zwiększenie wartości prądu rozruchowego prowadzi do zmniejszenia czułości

3

zabezpieczenia. Z tego powodu zabezpieczenia różnicowe z przekaźnikiem nadprądowym w

gałęzi pomiarowej wyszły obecnie niemal całkowicie z użycia.

Czułość zabezpieczenia różnicowego można znacznie zwiększyć dzięki zastosowaniu

przekaźnika różnicowego stabilizowanego. Jest to taki przekaźnik, w którym wartość prądu

rozruchowego zależy od wartości prądu zwarcia. Starsze elektromechaniczne rozwiązania

przekaźników, obecnie rzadko spotykane w eksploatacji, działały na zasadzie

elektromagnetycznej. W najprostszym takim przekaźniku w każdej fazie są dwa

elektromagnesy. Jeden z nich zasilany jest prądem różnicowym IR płynącym w gałęzi

poprzecznej zabezpieczenia i wytwarza moment roboczy, zależny od wartości tego prądu, a

drugi- zasilany prądem płynącym w obwodzie wzdłużnym zabezpieczenia, który zależy od

prądu zwarcia, wytwarza moment hamujący, przeciwdziałający momentowi roboczemu.

Przekaźnik taki zadziała, jeśli moment roboczy będzie większy od sumy momentu

hamującego i momentu wytwarzanego przez sprężynę zwrotną, utrzymując w normalnych

warunkach zestyki przekaźnika w stanie otwarcia. Z tego wynika, że im mniejsza będzie

wartość prądu zwarcia tym mniejszy będzie moment hamujący, a tym samym mniejsza

wartość prądu rozruchowego, co oznacza, że większa będzie czułość przekaźnika.

Właściwości przekaźnika różnicowego stabilizowanego określa charakterystyka,

przedstawiającą zależność prądu rozruchowego IR od prądu hamującego Ih (prądu w gałęzi

wzdłużnej zabezpieczenia, który jest proporcjonalny do prądu zwarcia). Przykładową

charakterystykę rozruchową elektromechanicznego przekaźnika różnicowego pokazano na

rys. 2.

Rys. 2. Charakterystyka rozruchowa elekromagnetycznego przekaźnika różnicowego

stabilizowanego (1) i asymptota tej charakterystyki (2).

4

Przyjmując, że moment roboczy MR jest proporcjonalny do kwadratu prądu różnicowego

IR, a moment hamujący – do kwadratu prądu hamującego Ih, ławo można wykazać, że

charakterystykę rozruchową (1 – rys. 2) takiego przekaźnika opisuje zależność:

(4)

gdzie: kR, kh – stałe współczynniki konstrukcyjne elektromagnesów zależne m.in. od liczby

zwojów,

Ms – moment sprężyny zwrotnej,

k= tg(α) - współczynnik stabilizacji, zwany często współczynnikiem hamowania –

równy tangensowi kąta nachylenia prostej stanowiącej asymptotę charakterystyki

rozruchowej przekaźnika

Przy Ih =0, zależność (4) przyjmuje postać: (5)

Wyrażenie (5) określa progowy prąd rozruchowy (nastawialny w przekaźniku), zależny

od momentu sprężyny zwrotnej (naciągu sprężyny).

Podczas zwarć zewnętrznych w przekaźniku różnicowym stabilizowanym występuje

moment hamujący wytwarzany przez całkowity prąd obiektu, który jest dużo większy od

momentu roboczego wywoływanego prądem uchybowym. Podczas zwarcia wewnętrznego

natomiast moment hamujący, wytwarzany przez część prądu zwarciowego, jest mniejszy, a

duży jest moment roboczy, który wytwarzany jest przez całkowity prąd zwarcia.

Obecnie nie produkuje się przekaźników różnicowych elektromagnetycznych, ale

spotyka się je jeszcze w eksploatacji. Są one wypierane przez przekaźniki półprzewodnikowe

i coraz powszechniej – przez przekaźniki cyfrowe.

Niektóre nowoczesne przekaźniki różnicowe, zwłaszcza dla transformatorów, posiadają

w gałęzi różnicowej filtry przeznaczone do wyodrębniania z prądu różnicowego wyższych

harmonicznych. Sygnały te służą do dodatkowej stabilizacji zabezpieczeń różnicowych, np.

podczas załączania transformatora do pracy jałowej.

Transformatory energetyczne, jako obiekty zabezpieczane, charakteryzują dwie istotne

właściwości:

5

a) posiadają zmienną przekładnię prądową ( przełącznik zaczepów) oraz przekładniki

prądowe o znormalizowanych przekładniach, z reguły niedopasowanych do

znormalizowanej przekładni transformatora (nie jest ściśle spełniony war.(3)),

b) przy załączeniu transformatora pod napięcie występuje udarowy prąd magnesujący.

Pierwsza właściwość powoduje, że podczas zwarć zewnętrznych w gałęzi różnicowej

zabezpieczenia pojawiają się prądy uchybowe o wartościach znacznie większych niż w

zabezpieczeniach różnicowych generatorów, czy silników. Stąd też zabezpieczenia różnicowe

transformatorów muszą mieć współczynnik stabilizacji wyższy (0.2 do 0.6) niż

zabezpieczenia generatorów (0.1 do 0.4). Ponadto przy dość dużych różnicach ilorazu

przekładni przekładników prądowych i przekładni zabezpieczenia transformatora, do ich

obwodów wtórnych należy włączyć przekładniki prądowe wyrównawcze.

Podczas włączania transformatora pod napięcie, w strumieniu magnetycznym pojawia się

składowa nieokresowa. Jej wartość jest największa wówczas, gdy transformator zostaje

włączony w chwili przechodzenia napięcia zasilającego przez wartość zerową. Teoretycznie

składowa ta osiąga średnią wartość, równą amplitudzie składowej okresowej. Chwilowa

wartość strumienia magnetycznego osiąga więc wartość dwukrotnie większą od amplitudy

składowej okresowej, a nawet większą wskutek magnetyzmu szczątkowego.

Rys. 3. Zależność strumienia magnetycznego od prądu magnesującego.

Z wykresu zależności strumienia magnetycznego od prądu magnesującego (rys.3)

wynika, że dwukrotnemu wzrostowi strumienia magnetycznego musi towarzyszyć bardzo

duży wzrost prądu magnesującego, nazywany udarem prądu magnesującego. Występuje w

nim składowa nieokresowa oraz znaczny udział wyższych harmonicznych. Podczas

6

załączania trójfazowego transformatora w stanie jałowym udary prądu magnesującego

występują (wskutek sprzężeń elektromagnetycznych) we wszystkich fazach. Składowa

nieokresowa występuje wyraźnie w jednej lub dwóch fazach, natomiast we wszystkich

fazach występuje udar składowej okresowej. Na rys. 4 pokazano przykładowe oscylogramy

prądu magnesującego pojawiającego się przy załączaniu transformatora na bieg jałowy.

Rys. 4. Oscylogramy prądu magnesującego w fazach A, B i C przy załączaniu transformatora

na bieg jałowy

Maksymalna wartość udarowego prądu magnesującego dochodzi do ok. dziesięciokrotnej

wartości prądu znamionowego transformatora i zależy od jego mocy, własności

magnetycznych blach transformatorowych oraz od odległości uzwojenia magnesującego od

rdzenia. Wyższe wartości tego prądu występują w transformatorach z blachami walcowanymi

na zimno oraz w uzwojeniach dolnego napięcia (bliżej rdzenia).

Udarowy prąd magnesujący transformatora odznacza się dużą zawartością wyższych

harmonicznych. Zawiera 40-60% składowej nieokresowej, 30-70% drugiej harmonicznej oraz

10-30% trzeciej harmonicznej.

Prąd udarowy dość szybko zanika i po upływie 1 s jego wartość nie przekracza zwykle

0.25-0.4% prądu znamionowego transformatora, a całkowity zanik prądu nieustalonego

następuje praktycznie po czasie 5-10 s.

Rozpływ prądów w obwodach wtórnych zabezpieczenia różnicowego podczas załączania

transformatora jest taki sam, jak podczas zwarcia wewnętrznego zasilanego jednostronnie

i biorąc pod uwagę to, że amplituda udarowego prądu magnesującego w początkowej fazie

jest porównywalna z amplitudą prądu zwarciowego- może dochodzić do zbędnego działania

tego zabezpieczenia.

7

W celu odróżnienia prądu magnesującego od prądu zwarcia wewnętrznego wykorzystuje

się obecnie w przekaźnikach różnicowych dla transformatorów filtry drugiej harmonicznej

prądu i niektórych innych harmonicznych (np. piątej). W przypadku występowania

udarowego prądu magnesującego sygnał wyjściowy filtru jest znacznie większy niż podczas

zwarcia. Sygnał ten wykorzystywany jest do zwiększenia wartości współczynnika stabilizacji

przekaźnika.

Zabezpieczenie różnicowe, mimo tej stabilizacji może zbędnie zadziałać, np. podczas

rozruchu generatora współpracującego z zabezpieczanym transformatorem, czy też pracy

transformatora przy podwyższonym napięciu. Jak stwierdzono, w prądzie różnicowym

występuje wówczas znaczna zawartość piątej harmonicznej, którą wykorzystuje się

dodatkowo w niektórych rozwiązaniach (np. przekaźniki krajowe RRTT-6, RRTT-7) do

skuteczniejszej stabilizacji zabezpieczenia różnicowego. W rozwiązaniach

elektromechanicznych do blokady działania przekaźników różnicowych podczas załączania

transformatora wykorzystano zjawisko rezonansu mechanicznego (np. przekaźniki TG), czy

też wprowadzono opóźnienia czasowe (np. RQS-2+RQS-3).

Nowoczesne zabezpieczenia różnicowe oparte są na zaawansowanej technologii cyfrowej

składające się z szeregu układów sterowania, które są bardziej dokładne i czułe. Dodatkowe

funkcje umożliwiają łatwą komunikacje z urządzeniem, rejestrację zakłóceń i ich odczyt,

dzięki którym łatwiej jest stwierdzić rodzaj i miejsce awarii.

Współczesne urządzenia są wyposażone między innymi w dyskryminator nasycenia.

Funkcja ta generuje stabilizujący sygnał blokujący jeżeli prąd różnicowy wystąpi w

konsekwencji nasycenia transformatora przy zewnętrznym zwarciu (w przeciwieństwie do

zwarcia wewnętrznego). Unika się w ten sposób przewymiarowania niezbędnego dla

uniknięcia wyłączenia dla silnych zwarć zewnętrznych. Po przejściu przez zero prądu

magnesowania, układ dyskryminatora nasycenia kontroluje wystąpienie prądu magnesowania.

Dla zwarć w obrębie strefy chronionej, prąd różnicowy pojawia się równocześnie z prądem

hamowania. Dla zwarć poza strefą chronioną, z dużymi prądami powodującymi nasycenie się

przekładników prądowych, prąd różnicowy pojawia się dopiero przy rozpoczęciu nasycania

(np.: MiCOM P631).

8

2. Badanie przekaźników różnicowych elektromechanicznych

Należy wykonać podstawowe badania przekaźnika elektromechanicznego, wskazanego

przez prowadzącego laboratorium. Zakres ćwiczenia obejmuje:

1) Sprawdzenie skali prądowej przekaźników,

2) Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych Ir=f(Ih),

2.1. Opis stanowiska laboratoryjnego

Badania przekaźników różnicowych wykonuje się na stanowisku, którego widok ogólny

przedstawiono na rys. 5. Stanowisko to wyposażone jest w dwa niezależne tory zasilania

prądem sinusoidalnym zmiennym o regulowanej wartości prądów za pomocą

autotransformatorów AT1 i AT2. W obwodzie każdego z torów zainstalowany jest

wielozakresowy przekładnik prądowy zasilający amperomierz. Wyboru zakresu

amperomierzy dokonuje się w każdym torze niezależnie - za pomocą przekładników PIV i

PV. Zaciski wyjściowe tych torów wyprowadzone zostały w górnej części stołu i oznaczone

symbolami Ir oraz Ih. Ponadto stanowisko wyposażono w specjalny układ do wymuszania

sygnału prądowego o zadawanej zawartości drugiej harmonicznej (za pomocą suwaka Yo

zmienia się relacje pomiędzy amplitudami składowej stałej i składowej okresowej sygnału

wprowadzanego na wejście badanego przekaźnika). Układ ten jest wykorzystywany do

sprawdzania skuteczności działania członu blokującego działanie przekaźnika podczas

załączania transformatora. Obecnie do tych celów wykorzystywane są specjalne,

mikroprocesorowe testery zabezpieczeń.

Podstawowe dane techniczne stanowiska:

Znamionowa obciążalność obwodów Ir oraz Ih: 20A,

Prąd znamionowy badanych przekaźników : 5A lub 1A,

Maksymalny pobór prądu stałego : 13A,

Maksymalny pobór prądu zmiennego : 40A,

Stanowisko umożliwia przeprowadzenie następujących badań:

1) Sprawdzenie skali prądowej przekaźników,

2) Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych Ir=f(Ih),

3) Sprawdzenie skuteczności odstrojenia przekaźników od udarowych prądów

magnesowania.

9

Na wieszakach stanowiska zamontowane zostały następujące typy przekaźników

różnicowych:

- elektromechaniczne: RQS-2 firmy AEG, TG-3 firmy Brown Boveri,

- uniwersalne zabezpieczenie różnicowe MiCOM P631 firmy AREVA.

Rys. 5. Widok ogólny stanowiska do badania przekaźników różnicowych

2.2. Opisy wybranych przekaźników różnicowych

2.2.1. Przekaźnik typu RQS-2 (firma AEG)

Przeznaczony jest do zabezpieczenia generatorów (warunkowo – transformatorów). Jest

przekaźnikiem stabilizowanym jednostronnie, człon roboczy, jak i hamujący są wykonane

jako trójfazowe. Części ruchome obwodów magnetycznych obydwu członów są umieszczone

na wspólnej osi. Na ten układ ruchomy, w stanie bezprądowej, działa moment sprężyny

roboczą i hamującą część układu ruchomego są skierowane przeciwnie, poszczególne

ramiona tego układu (odchylone o pewien kąt względem osi biegunów) są bowiem wciągane

pod bieguny magnetyczne cewek. Obrót układu do położenia odpowiadającego zadziałaniu

przekaźnika nastąpi wtedy, kiedy moment wytwarzany przez cewki robocze będzie większy

10

od sumy momentów przeciwstawnych, tj. momentu wytwarzanego przez cewki hamujące

oraz momentu mechanicznego, pochodzącego od siły naciągu sprężyny i siły tarcia. Podczas

obrotu osi następuje zamknięcie zestyku i podanie napięcia na przekaźnik pomocniczy.

Prąd rozruchowy przekaźnika jest regulowany przez zmianę naciągu sprężyny

zwracającej. Współczynnik stabilizacji jest stały i równy k=0.45. Układ połączeń

wewnętrznych przekaźnika RQS-2 jest pokazany na rys. 7.

Dane techniczne przekaźnika RQS-2

Prąd znamionowy In=5A,

Zakres prądu rozruchowego Iro=1.5 do 3 A,

Współczynnik stabilizacji kh=0.45,

Pobór mocy

- cewka robocza: 4VA,

- cewka hamująca: 2.5 VA.

Rys. 6. Układ połączeń wewnętrznych przekaźnika RQS-2

2.2.2. Przekaźnik typu TG-3 (firma BBC)

Przeznaczony jest do ochrony transformatorów. Jest przekaźnikiem stabilizowanym

dwustronnie, mającym również blokadę od udarowych prądów magnesujących,

wykorzystując zjawisko rezonansu mechanicznego. Zbudowany jest z trzech identycznych

zespołów dla każdej z faz. W każdym zespole znajduje się człon mierzący oraz człon

11

zwłoczny. Schemat ideowy przekaźnika TG-3 pokazana na rys. 8a), zaś schemat połączeń

wewnętrznych tego przekaźnika – na rys. 8.b).

Rys. 7. Schemat ideowy przekaźnika TG-3(a)): SW- zestyk wibracyjny, R, C- elementy

zapobiegające iskrzeniu zestyku SW oraz połączeń wewnętrznych(b)).

Układ ruchomy członu mierzącego składa się z dwuch jednakowych kotwic osadzonych

na wspólnej osi przechodzącej przez ich środki ciężkości i ze sprężyny zwracającej oraz

zestyku wibracyjnego. Jedna z kotwic znajduje się w polu magnetycznym wytworzonym

przez prąd płynący w cewce hamującej, która ma wprowadzone odczepy, umożliwiająca

skokową zmianę współczynnika stabilizacji przekaźnika. Prąd rozruchowy przekaźnika jest

nastawialny za pomocą zmiany naciągu sprężyny zwracającej. Warunek zadziałania

przekaźnika jest analogiczny, jak w przypadku przekaźnika RQS-2.

W przekaźniku TG-3 elementy układu ruchomego są tak zaprojektowane, aby wpadł on

w rezonans mechaniczny przy zmiennym momencie napędowym o częstotliwości 50 Hz.

Podczas zwarcia wewnętrznego, dwukierunkowość prądu zwarciowego powoduje, że w

przekaźniku pojawia się moment mechaniczny pulsujący o częstotliwości 100 Hz

(proporcjonalny do i2). Powoduje on obrót kotwicy oraz zamknięcie zestyku. Podczas

załączania transformatora pod napięcie pojawiająca się składowa nieokresowa powoduje, że

na układ ruchomy przekaźnika działa moment pulsujący o częstotliwości 50 Hz. Pod

wpływem tego momentu układ ruchomy wpada w drgania rezonansowe, podczas których

zestyk wielokrotnie kolejno zamyka się i otwiera. Odpowiednio duża stała czasowa obwodu

12

wzbudzającego człon zwłoczny, niepozwalająca na to, aby prąd w tym obwodzie zbyt szybko

wzrósł oraz opóźnienie czasowe nastawione w tym członie, zapobiegają zadziałaniu członu

zwłocznego, a tym samym zbędnemu zadziałaniu zabezpieczenia pod wpływem udarów

prądu magnesującego.

Dane techniczne przekaźnika TG-3

Prąd znamionowy In=5A

Zakres prądu rozruchowego Iro=(0.2-0.4)In,

Współczynnik stabilizacji kh=0.1-0.5,

Opóźnienie czasowe członu zwłocznego 0.05-0.3 s.

2.2.3. Przekaźnik typu MiCOM P631 firmy AREVA

Przewidziany jest dla szybkiego i selektywnego zabezpieczenia zwarciowego dla

transformatorów, silników, generatorów i innych urządzeń z dwoma uzwojeniami.

Zabezpieczenie różnicowe MiCOM P631 ma budowę modułową. Moduły są umieszczone w

aluminiowej obudowie i elektrycznie połączone poprzez analogową i cyfrową magistralę

płytki obwodów drukowanych.

Przekaźnik posiada następujące funkcje:

trójsystemowe zabezpieczenie różnicowe dla ochrony obiektów o dwóch uzwojeniach,

dopasowanie amplitudowe i wektorowe,

filtracja składowej zerowej prądu, oddzielna dla każdego uzwojenia, z możliwością

odstawienia,

trójelementowa charakterystyka wyłączania,

blokada od prądu magnesowania na bazie drugiej harmonicznej, działająca na jeden

lub wszystkie systemy pomiarowe, z możliwością odstawienia,

blokada od zjawisk przewzbudzenia bazująca na piątej harmonicznej, z możliwością

odstawienia,

stabilizacja przejściowa z dyskryminatorem nasycenia,

zabezpieczenie nadprądowe o charakterystyce prądowo-niezależnej trójstopniowe,

selektywne fazowo, z oddzielnymi systemami pomiarowymi dla prądów fazowych i

prądu składowej zerowej i przeciwnej,

zabezpieczenie nadprądowe o charakterystyce prądowo-zależnej, selektywne fazowo,

z oddzielnymi systemami pomiarowymi dla prądów fazowych i prądu składowej

zerowej i przeciwnej,

13

zabezpieczenie przeciążeniowe, cieplne z możliwością wybory modelu cieplnego

względnego lub absolutnego,

kontrola wartości granicznej,

programowalna logika.

Rys. 8. Schemat połączeń MiCOM P631- wewnętrzny schemat połączeń modułu

zestyków

Przed włączeniem zasilania należy sprawdzić:

a) Czy urządzenie jest podłączone z uziemieniem ochronnym w przewidzianym do tego

celu miejscu?

b) Czy napięcie znamionowe baterii jest zgodne ze znamionowym napięciem

pomocniczym urządzenia?

c) Czy prawidłowe jest podłączenie, uziemienie i kolejność faz przekładników

prądowych i napięciowych?

Jeżeli wszystkie kontrole zostały przeprowadzone, to można włączyć napięcie zasilania.

Po podaniu napięcia następuje rozruch urządzenia. Podczas rozruchu przeprowadzane zostają

testy rozruchowe. Wskaźnik LED z opisem ‘HEALTHY’ [sprawny] (H1) i wskaźnik LED z

opisem ‘OUT OF SERVICE’ (H2) [niesprawny] będą się świecić. (Wskaźnik LED - H2 jest

pobudzany od sygnału MAIN: Blocked/faulty [blokada/uszkodzenie]). Po około 15s P631 jest

gotowe do pracy. Przy nastawach fabrycznych lub po ‘zimnym restarcie’ pierwsza linia

wyświetlacza LCD będzie wskazywała typ urządzenia ‘P631’.

14

Dane techniczne Przekaźnika MiCOM P631:

- Wejścia pomiarowe:

Prąd:

Prąd znamionowy Inom: 1 lub 5 A AC (nastawialny)

Pobór znamionowy / fazę: < 0,1 VA przy Inom

Obciążalność:

trwała: 4 Inom

dla 10 s: 30 Inom dla 1 s: 100 Inom

Znamionowy prąd udarowy: 250 Inom

Napięcie:

Napięcie znamionowe Vnom: 50 do 130 V AC (nastawialne)

Pobór znamionowy / przewód: < 0,3 VA przy Unom = 130 V AC

Obciążalność: trwała 150 V AC

Częstotliwość

Częstotliwość znamionowa fnom: 50 Hz i 60 Hz (nastawialna)

Zakres działania: 0.95 do 1.05 fnom

- Wejścia sygnałowe:

Znamionowe napięcie pomocnicze Vin,nom: 48 do 250 V DC.

Zakres roboczy: 0,8 do 1,1 Vin,nom przy tętnieniach resztkowych do 12 % Vin,nom

Do poprawnego wykonania pomiarów MiCOM P631 musi mieć odpowiednio wprowadzone

nastawy, które umożliwią wykonanie ćwiczenia. Poszczególne kroki i kolejność wprowadzania nastaw

przedstawiono w tabeli 1. Każde zakłócenie sygnalizuje zapalenie się czerwonej diody z etykietą

„Wyłączenie”. przed wykonaniem kolejnego pomiaru należy zresetować stan urządzenia kombinacją

przycisków .

15

Tabela 1. Wprowadzanie nastaw dla zabezpieczenia różnicowego:

Kolejność Menu pozycji Pozycja Wartość

1

Grupa funkc.

RONZ 1lub [+]

(= Z)

2

Sterowanie UZ

Tak

BN wybrany UZ

Bank

nastaw 1

(BN1)

3

Uruchomić Tak

Idiff> a*Iref

Idiff>> a*Iref

Idiff>>> a*Iref

IR,m2 a*Iref

I mag(2f0)/I(f0) %

Poz.I(5f0)/I(f0) %

Op.dzial.syg.wyl. s

4

Ogólne

uruchomien.UZ Tak

5

Wyprow.danych

analog

1lub [+]

(= Z)

Ogólne

uruchomien.UZ Tak

6

Przyp.funkc.K901

ROZN

syglan

wylacz

7

Urządzenie załączone Tak

(=zal)

16

Opis wartości wybieranych pozycji:

1) Krok 1

a) Grupa funkc. RONZ - włączanie/wyłączanie grupy funkcyjnej DIFF do/z konfiguracji.

Jeżeli grupa funkcyjna jest skasowana (wyłączona z konfiguracji), to ukryte są

wszystkie skojarzone nastawy i sygnały, za wyjątkiem tej jedne,

2) Krok 2

a) Sterowanie UZ – sterowanie urządzenia z wybranego banku nastaw,

b) BN wybrany UZ - wybór numeru banku nastaw z lokalnego panelu sterowania.

3) Krok 3

a) Uruchomić – nastawa określa czy zabezpieczenie ma być odblokowane w banku

nastaw nr x,

b) Idiff> - wartość operacyjna funkcji zabezpieczenia wyrażona jako krotność

prądu odniesienia do odpowiedniej strony transformatora,

c) Idiff>> - wartość progowa funkcji zabezpieczenia dla deaktywacji stabilizacji

od prądu magnesowania i blokady od przewzbudzenia,

d) Idiff>>> - wartość progowa funkcji zabezpieczenia DIFF dla wyłączenia od

zabezpieczenia różnicowego, niezależnie od prądu hamowania, blokady od

magnesowania, blokady od przewzbudzenia i detekcji nasycenia,

e) IR,m2 - nastawa definiuje drugi punkt przegięcia charakterystyki wyłączania,

f) I mag(2f0)/I(f0) - wartość działania blokady od prądu magnesowania zabezpieczenia

różnicowego, określona jako stosunek składowej drugiej harmonicznej do

podstawowej w prądzie różnicowym, wyrażona w procentach,

g) Poz.I(5f0)/I(f0) - wartość działania blokady od przewzbudzenia wyrażona jako

stosunek składowej piątej harmonicznej do podstawowej w prądzie różnicowym,

h) Op.dzial.syg.wyl. – opóźnienie działania sygnału wyłączenia.

4) Krok 4

a) Ogólne uruchomien.UZ - aktywacja lub blokowanie funkcji.

5) Krok 5

a) Wyprow.danych analog – konfiguracja lub usunięcie grupy funkcyjnej,

b) Ogólne uruchomien.UZ - załączenie lub odstawienie grupy.

6) Krok 6

a) Przyp.funkc.K901 – przypisanie sygnału konfiguracyjnego do wyjścia

przekaźnikowego.

7) Krok 7

a) Urządzenie załączone – odstawienie lub załączenie urządzenia.

17

2.3. Sposób przeprowadzania badań

Przed przystąpieniem do pomiarów należy połączyć zaciski wejściowe obwodu roboczego

przekaźnika z zaciskami „Ir” stołu, zaciski wejściowe obwodu hamującego z zaciskami „Ih”

zgodnie ze schematem pokazany na rys. 9. Ponadto należy zasilić przekaźnik napięciem

pomocniczym, połączyć zestyk zwierny obwodu wyjściowego przekaźnika z zaciskami „P”

stanowiska (sygnalizacja zadziałania) i załączyć wyłączniki główne WI i WII. Obecność

napięcia stałego sygnalizuje zapalenie się lampki LIV oraz wychylenie się woltomierza

oznaczonego „=V”, napięcia zmiennego zaś- zapalenie się lampki podświetlającej przycisk

„wył.” oraz jednej z lampek LI, LII, LIII (zależnie od ustawienia przełącznika PII), a także

wychylenie woltomierza ~V podczas przesuwania w dół suwakiem autotransformatora AT1.

Sprawdzenie skali prądowej przekaźników.

Przełącznik PII należy ustawić w pozycji 1. Powoduje to zapalenie się lampki LI,

sygnalizującej wybór wyjścia Ir – co oznacza, że zasilany jest jedynie człon roboczy

przekaźnika.

Po ustawieniu suwaka autotransformatora AT1 w położeniu zerowym można podać na

układ pomiarowy napięcie przez naciśnięcie przycisku „zał.”– zapala się wtedy podświetlenie

tego przycisku. Następnie przełącznikiem PIII należy wybrać odpowiedni zakres pomiarowy

amperomierza AR i ustalając suwakiem autotransformatora AT1 kolejno pożądane wartości

prądów w obwodzie Ir, sprawdzić skalę prądową przekaźnika. Zadziałanie sprawdzanego

przekaźnika jest sygnalizowane zapaleniem się lampki LV. Wyłączenie układu następuje po

naciśnięciu przycisku „wył.”. Sprawdza się wszystkie wartości rozruchowe przekaźnika

oznaczone na skali liczbą. W przekaźniku TG-3 każdy zespół (fazę) sprawdza się oddzielnie.

18

Rys. 9. Schematy układów pomiarowych do badania przekaźników różnicowych:

a) przekaźnik RQS-2 (zasilanie trzech faz), b) przekaźnik RQS-2 (zasilanie dwóch faz),

c) przekaźnik TG-3, d) przekaźnik MiCOM P631.

Uwaga pomiary przy dowolnej zmianie prądów w obwodach pomiarowych jest

wygodniej wykonać bez włączonego podtrzymania w obwodzie sygnalizacji. Zachowanie się

przekaźnika natomiast przy skokowej zmianie wielkości wejściowych lepiej jest sprawdzać

przy włączonym podtrzymaniu, pozwala to bowiem łatwo stwierdzić nawet krótkotrwałe

pobudzenie się badanego przekaźnika. Należy wówczas wcisnąć przycisk „podtrz.”, co

sygnalizuje zapalenie się podświetlenia obu przycisków ,,podtrz ‘’ i ,,kas’’. Po każdorazowym

pobudzeniu się badanego przekaźnika sygnalizowanym przez lampkę LV, należy nacisnąć

przycisk ,,kas’’ w celu odwzbudzenia układu sygnalizacji. Nie powoduje to wyłączenia

podtrzymania. Podtrzymanie wyłącza się przez powtórne naciśnięcie przycisku ,,podtrz’’.

Przekaźnik RQS-2, ze względu na sumowanie momentów mechanicznych działających

na układ ruchomy przekaźnika, powinien być badany przy zasilaniu trójfazowym. W

laboratorium, w celu uproszczenia pomiarów, przekaźnik jest badany przy zasilaniu

jednofazowym, przy szeregowym połączeniu cewek roboczych albo wszystkich trzech faz

19

(dwie cewki zgodnie, jedna przeciwsobnie – rys. 9a), albo tylko dwóch faz (cewki połączone

przeciwsobnie – rys. 9b). W związku z tym wyniki pomiarów uzyskane po badaniu

przekaźnika RQS-2 prądem jednofazowym należy przeliczyć na prąd trójfazowy zgodnie z

zależnościami:

- przy zasilaniu trzech cewek: (6)

- przy zasilaniu dwóch cewek: (7)

Tabele wyników powinny zawierać: nastawioną wartość rozruchową prądu (Irn), wartości

rozruchowe zmierzone (Ir), wartość średnią (Ir śr) oraz uchyb podziałki.

Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych Ir=f(Ih). Przełącznik PII należy ustawić w

pozycji 2, co jest sygnalizowane zapaleniem się lampek LI i LII i oznacza, że zasilany jest

zarówno człon roboczy przekaźnika, jak i człon hamujący. Charakterystykę Ir = f(Ih)

sprawdza się tylko dla jednego, wybranego nastawienia wartości rozruchowej prądu. Pomiar

polega na określeniu wartości rozruchowej prądu dla przynajmniej sześciu wartości prądu

hamującego przyjmowanego w zakresie od Ih= 0 do trzykrotnej wartości prądu

znamionowego badanego przekaźnika.

Podobnie jak poprzednio, dla przekaźników RQS-2 należy za prąd rozruchowy przyjmować

wartości zmierzone przy zasilaniu jednofazowym, odpowiednio przeliczone na prąd

trójfazowy (I3r). Na podstawie wykreślonej charakterystyki określa się rzeczywistą wartość

współczynnika stabilizacji.