Obrada jednofaznog zemljanskog kvara na distribucijskoj liniji od 35kV

Distribucijske linije: Ključni sastojak sustava snabdijevanja električnom energijom

Distribucijske linije su važan sastojak sustava snabdijevanja električnom energijom. Na busbaru istog nivoa napona povezane su više distribucijskih linija (za unos ili ispis), svaka s mnogo granâ raspoređenih radijalno i povezanih s distribucijskim transformatorima. Nakon smanjenja na niski napon tim transformatorima, struja se dostavlja širokom spektru krajnjih korisnika. U takvim distribucijskim mrežama često se javljaju greške poput prekidova između faza, preopterećenja (prekomjernog toka) i prekida jedne faze na zemlju. Među njima, prekidi jedne faze na zemlju su najčešći, čineći preko 70% ukupnih grešaka u sustavu. Također, mnoge kratične prekide nastaju od prekida jedne faze na zemlju koji se razvijaju u višefazne prekide na zemlju.

Prekidi jedne faze na zemlju odnose se na situacije u kojima bilo koja od tri faze (A, B ili C) na distribucijskoj liniji prekida i pada na tlo, dodiruje drveće, građevine, stubove ili tornjeve, formirajući vodljiv put sa zemljom. Mogu također nastati zbog previsokog napona uzrokovana munjama ili drugim atmosferskim uvjetima, što oštećuje izolaciju opreme za distribuciju, uzrokujući značajno smanjenje otpora izolacije prema zemlji.

Kada se prekid jedne faze na zemlju dogodi u sustavu s malim tokom na zemlju, potpuna petlja greške se ne formira direktno. Kondenzatorski tok na zemlju je znatno manji od opterećenja, a linijski naponi ostaju simetrični, tako da snabdevanje korisnika nije odmah prekinuto. Stoga propisi dopuštaju nastavak rada s jednim prekidom na zemlji do dvije sata. Međutim, napon na neovisnim fazama raste u odnosu na zemlju, stvarajući prijetnju izolaciji. Stoga moraju biti brzo identificirane i riješene linije s postojećim prekidom na zemlji.

I. Identifikacija prekida jedne faze na zemlji na 35kV pomoćnim busbarima

Kada se pojave prekidi jedne faze na zemlji, ferorijezonancija, gubitak faze ili prekid visokonaponskih sigurnosnika u naponskim transformatorima (VT-ovi), promatrani pojave mogu biti slične, ali pažljiva analiza otkriva jasne razlike.

• Prekid jedne faze na zemlji:
  Podružnica i SCADA sustav emitirat će signale poput "Zemljenje 35kV busbara" ili "Aktiviran arčni koil broj X." Reljefna zaštita ne isključuje, ali aktivira alarmne signale. Napon na prekidanu fazu pada, dok se napon druge dvije faze povećava. Indikator VT-a za prekidanu fazu utamnjava, dok se ostala dva osvjetljavaju. U slučaju čvrstog (metalnog) prekida na zemlji, napon na prekidanu fazu pada na nulu, a napon druge dvije faze prema zemlji povećava se √3 puta, dok ostaju nepromijenjeni linijski naponi. Izlaz 3V₀ VT-a čita oko 100V, a indikator supresije harmonika se upali. Arčni koil nosi tok, jednak kompenzacijskom toku odgovarajući postavci stupnjeva. Ako je instaliran selektor linija s malim tokom, on se aktivira i identificira prekidanu liniju. Ako je greška unutar podružnice, fizički znakovi poput vidljivog lukovanja, dima i glasnih električnih zvukova olakšavaju identifikaciju točke greške.

• Ferorijezonancija:
  Generira se neutralni pomak napona, mijenjajući trofazne napone. Obično se napon jedne faze povećava, dok se druge dvije smanjuju, ili obrnuto, i linijski naponi se mijenjaju odgovarajuće. Budući da je neutralni napon neniži, tok teče kroz arčni koil, i može se pojaviti signal "zemljenje busbara" ovisno o veličini pomaka napona.

• Gubitak faze:
  Napon na strani iznad gubitka faze raste na 1,5 puta normalni napon, dok dolazni napon pada na nulu. Tok u prekidanu fazu postaje nula, a napon druge dvije faze blago pada. Linijski naponi ostaju nepromijenjeni. 3V₀ čita oko 50V, arčni koil nosi tok, i emitira se signal zemljenja. Korisnici vjerojatno izvještavaju o prekidima snabdevanja.

• Prekid visokonaponskog sigurnosnika VT-a:
  Napon na prekidanu fazu značajno pada (obično ispod polovice normalnog fazonapona), dok se napon druge dvije faze ne povećava. Linijski naponi postaju neravnomjeran. Svi izlazi na busbaru aktiviraju alarm "Otvorena naponska petlja". 3V₀ čita otprilike 33V, i emitira se signal zemljenja.

Iako ova četiri stanja - prekid jedne faze na zemlji, ferorijezonancija, gubitak faze i prekid visokonaponskog sigurnosnika VT-a - pokazuju slične simptome, temeljita analiza faznih naponova, linijskih naponova, 3V₀, toka arčnog koila, automatskih signala SCADA i izvještaja operatera kontrolne sobe može precizno razlikovati prekid jedne faze na zemlji.

II. Postupak rješavanja prekida jedne faze na zemlji na 35kV pomoćnim busbarima

Kada se pojavi prekid na zemlji na 35kV liniji, 35kV busbar podružnice Wan’an emitira alarm o zemljenju. Osoblje centralne kontrolne sobe treba odmah obavijestiti kako bi provjerili opremu i stanje zaštite u podružnici (uključujući napon 3V₀, status selektora linija s malim tokom, temperaturu/tok arčnog koila itd.), i poslati tim za nadzor linija. Nakon dobivanja povratne informacije od centralne sobe o potvrđenom zemljenju, trebaju se provesti probne isključivanja (probno isključivanje) linija. Prije probnog isključivanja, ključni korisnici moraju biti obaviješteni. 

U sustavima bez uređaja za probno isključivanje moguće je daljinsko isključivanje preko SCADA, ali prvo mora se prebaciti opterećenje na donjim podružnicama. U sustavima s unutrašnjim mostovima, automatski prebacivači (ATS) moraju biti onemogućeni kako bi se spriječilo prebacivanje greške na zdrave dijelove.Kada se specifična linija identificira kao prekidanu, prioritet treba dati prebacivanju njenog opterećenja prije isključivanja prekidanog dijela. Tim za nadzor linija i osoblje centralne sobe treba obavijestiti o patroliranju 35kV linije i inspekciji 35kV opreme u povezanoj 35kV podružnici. 

Da bi se spriječio prelazak greške u prekid između faza - što bi mogao uzrokovati iznenadne prekide - prekidanu opremu treba brzo locirati i izolirati. Također, kako bi se spriječilo pregrejavanje i oštećenje arčnog koila, prekidanu opremu treba obično izolirati unutar dvije sata. Porihtanje temperature koila treba nadgledati i održavati ispod 55°C. Ako se premakne, rad s jednofaznim zemljenjem mora se odmah prestati, a prekidanu opremu isključiti. Ako zemljenje traje duže od dvije sata, situacija mora se izvijestiti nadređenoj upravi.

III. Zaključak

Kada se pojavi prekid jedne faze na zemlji na distribucijskoj liniji, magnituda i faza linijskog naponostaju nepromijenjene, omogućujući kratkotrajno nastavak rada bez isključivanja prekidanog dijela. Iako to poboljšava pouzdanost snabdijevanja, napon na dvije zdrave faze raste na napon među fazama, povećavajući rizik od prekida izolacije i sljedećih prekida između dvije faze i zemlje. To predstavlja značajne rizike za sigurno i ekonomsko funkcioniranje opreme u podružnici i distribucijske mreže. Stoga takve greške trebaju se spriječiti kad god je moguće, a kada se pojave, točka greške mora se brzo locirati i eliminirati kako bi se poboljšala ukupna pouzdanost snabdijevanja električnom energijom.