Charakteristika a detekční zařízení pro jednofázové zemní vady
1. Charakteristika jednofázových zemních vad
- Centrální alarmové signály:
Zazní poplach a rozsvítí se kontrolka označená “Zemní vada na [X] kV sběrnici [Y]”. V systémech s Petersenovou cívkou (odtlačnou cívkou) zapojenou na neutrální bod, rozsvítí se také kontrolka “Petersenova cívka v provozu”.
- Ukazatele izolačního měřiče napětí:
- Napětí poškozené fáze klesne (při neúplné zemnici) nebo padne na nulu (při pevné zemnici).
- Napětí ostatních dvou fází stoupne - nad normální fázové napětí při neúplné zemnici, nebo do lineárního napětí při pevné zemnici.
- Při stabilní zemnici zůstává ukazatel měřiče napětí stálý; pokud se nepřetržitě pohybuje, je vadějící stav pravidelný (oblouková zemnice).
- V systémech s Petersenovou cívkou:
Pokud je nainstalován měřič posunu neutrálu, ukazuje určité číslo při neúplné zemnici nebo dosahuje fázového napětí při pevné zemnici. Zapíná se také kontrolka upozorňující na zemnici Petersenovy cívky.
- Jevy obloukové zemnice:
Oblouková zemnice generuje přetlaky, což způsobuje výrazné zvýšení napětí na nefázových fázích. To může způsobit vyhoření vysokonapěťových pojistek napěťových transformátorů (VT) nebo dokonce jejich poškození.
2. Rozlišení skutečných zemních vad od falešných poplachů
- Vyhoření vysokonapěťové pojistky VT:
Vyhoření pojistky v jedné fázi VT může aktivovat signál zemní vady. Nicméně:
- Při skutečné zemní vade: napětí poškozené fáze klesne, napětí ostatních dvou fází stoupne, ale lineární napětí zůstane stejné.
- Při vyhoření pojistky: napětí jedné fáze klesne, napětí ostatních dvou fází nestoupne, a lineární napětí klesne.
- Transformátor nabíjející nezatěžovanou sběrnici:
Během energizace, pokud se spínací člen uzavře asynchronně, nerovnoměrná kapacitní vazba k zemi způsobí posunutí neutrálu a asymetrické třífázové napětí, což aktivuje falešný signál zemní vady.
→ Toto nastává pouze během přepínacích operací. Pokud sběrnice a připojené zařízení neukazují žádné nepravidelnosti, je signál falešný. Energozás dodávací linky nebo stanice obvykle eliminuje tento signál.
- Asymetrie systému nebo nesprávné ladění Petersenovy cívky:
Během změn operačního režimu (např. přepínání konfigurací), asymetrie nebo nesprávná kompenzace Petersenovou cívkou může způsobit falešné signály zemní vady.
→ Je potřeba koordinace s dispečinkem: vrátit se k původní konfiguraci, odpojit Petersenovu cívkou, upravit její tap changer, pak znovu energizovat a přepnout režim.
→ Ferrorezonance během energizace nezatěžované sběrnice může také produkovat falešné signály. Okamžité energožení dodávací linky ruší rezonanční podmínky a vyčistí poplach.
3. Detekční zařízení
Systém monitorování izolace typicky zahrnuje třífázový pětikřídlý napěťový transformátor, napěťové relé, signální relé a měřicí přístroje.
- Struktura: Pět magnetických křídel; jeden primární cívek a dva sekundární cívek, všechny namotané na třech středních křídlech.
- Konfigurace spojení: Ynynd (hvězda-primární, hvězda-sekundární s neutrálem a otevřený delta třetí).
Výhody této konfigurace:
- První sekundární cívka měří jak lineární, tak fázové napětí.
- Druhá sekundární cívka je spojena v otevřeném deltě pro detekci nulového sekvence napětí.
Princip fungování:
- V normálním stavu jsou třífázová napětí vyvážená; teoreticky, nulové napětí se objevuje v otevřeném deltě.
- Při pevné jednofázové zemní vade (např. Fáze A), se v systému objeví nulové sekvence napětí, které indukuje napětí v otevřeném deltě.
- I při nepevné (vysoké impedanci) zemnici, se v otevřených koncích indukuje napětí.
- Když toto napětí dosáhne hranice zasahování napěťového relé, oba napěťové a signální relé fungují, což aktivuje akustické a vizuální poplachy.
Operátoři používají tyto signály a čtecí hodnoty voltmeteru k identifikaci výskytu a fáze zemní vady a následně ohlásí dispečinku.
⚠️ Poznámka: Systém monitorování izolace je sdílen pro celou sběrnici.
Příčiny jednofázových zemních vad
- Prolomený vodič, který spadne na zem nebo opře se o nosnou trámovou soustavu;
- Volně připevněné nebo upevněné vodiče na izolátorech, které spadnou na nosnou trámovou soustavu nebo na zem;
- Silný vítr, který způsobí, že vodiče se přiblíží k budovám příliš blízko;
- Prolomený vysokonapěťový vodič z distribučního transformátoru;
- Porucha izolace u 10 kV ochranných přepínačů nebo pojistek na transformátorových platformách;
- Porucha izolace nebo zemnice v jedné fázi vysokonapěťového závitku transformátoru;
- Prolomení nebo proražení izolátoru;
- Porucha izolace u vedlejších vedení pojistek;
- Odpadnutí vztažného vodiče z horní nosné trámové soustavy na vícevodičových stožárech, který se dotýká dolních vodičů;
- Bleskové zásahy;
- Kontakt s stromy;
- Vady způsobené ptáky;
- Cizí objekty (např. plastové plátno, větve);
- Jiné nehodné nebo neznámé příčiny.
Rizika jednofázových zemních vad
- Poškození zařízení v elektrárně:
Po 10 kV zemní vade není v transformátoru napětí detekováno, ale vytváří se nulové sekvence napětí a zvýšený proud v otevřeném deltě. Dlouhodobé fungování může poškodit transformátor.
Kromě toho, ferrorezonanční přetlaky (několikrát vyšší než normální napětí) mohou nastat, což může způsobit poruchu izolace a velké selhání zařízení.
- Poškození distribučního zařízení:
Intermitentní oblouková zemnice a přetlaky mohou prorazit izolaci, což vede k