Egyfázisú földzárlatok jellemzői és érzékelő eszközei
1. Egyfázisú földzárlatok jellemzői
- Központi riasztójelek:
A figyelmeztető csengő megszólal, és az „[X] kV buszszakasz [Y] földzárlata” feliratú jelzőlámpa világítani kezd. Petersen-kör (ívföltöltés-kiegyenlítő tekercs) által földelt semlegespontú rendszerekben a „Petersen-kör működésben” jelzőlámpa is megvilágosodik.
- Szigetelés-ellenőrző feszültségmérő jelei:
- A hibás fázis feszültsége csökken (részleges földelés esetén) vagy nullára esik (teljes földelés esetén).
- A másik két fázis feszültsége növekszik – részleges földelés esetén a normál fázisfeszültség fölé, teljes földelés esetén a vonali feszültség szintjére emelkedik.
- Stabil földelés esetén a feszültségmérő mutatója állandó marad; ha folyamatosan ingadozik, a hiba időszakos (ívföldelés).
- Petersen-körrel földelt rendszerekben:
Ha semleges eltolódás-mérő feszültségmérőt szereltek fel, az részleges földelés esetén bizonyos értéket mutat, teljes földelés esetén pedig a fázisfeszültség szintjét éri el. A Petersen-kör földelési riasztójelző lámpája szintén bekapcsol.
- Ívföldelési jelenségek:
Az ívföldelés túlfeszültséget generál, amely miatt a hibamentes fázisok feszültsége jelentősen emelkedik. Ez a feszültségemelkedés kiválthatja a feszültségátalakítók (VT-k) nagyfeszültségű biztosítékainak kiolvadását, sőt magukat a VT-ket is tönkreteheti.
2. Valódi földzárlatok és hamis riasztások megkülönböztetése
- VT nagyfeszültségű biztosítékának kiolvadása:
Egy fázisban kiolvadt VT-biztosíték földzárlati jelet válthat ki. Azonban:
- Valódi földzárlat esetén a hibás fázis feszültsége csökken, a másik két fázis feszültsége emelkedik, de a vonali feszültség változatlan marad.
- Kiolvadt biztosíték esetén egy fázis feszültsége csökken, a másik két fázis feszültsége nem emelkedik, és a vonali feszültség csökken.
- Transzformátor üresjáratú buszszakasz táplálása:
A bekapcsolás során, ha a megszakító aszinkron módon záródik, az egyensúlytalan kapacitív csatolás a földhöz semleges eltolódást és aszimmetrikus háromfázisú feszültségeket eredményez, amely hamis földzárlati jelet vált ki.
→ Ez csak kapcsolási műveletek során fordul elő. Ha a buszszakasz és a hozzá kapcsolt berendezések nem mutatnak rendellenességet, a jel hamis. Egy tápláló vezeték vagy állomássegéd-transzformátor bekapcsolása általában megszünteti a jelzést.
- Rendszer-aszimmetria vagy helytelen Petersen-kör-beállítás:
Működési módváltások (pl. konfiguráció-váltások) során az aszimmetria vagy a Petersen-kör helytelen kompenzációja hamis földzárlati jeleket eredményezhet.
→ Koordinációra van szükség a diszpécserrel: térjenek vissza az eredeti konfigurációra, kapcsolják ki a Petersen-kört, állítsák be a szabályozótekercsét, majd kapcsolják be újra és végezzék el újból a módváltást.
→ Üresjáratú buszszakasz bekapcsolásakor fellépő ferrorezonancia szintén hamis jeleket eredményezhet. Azonnali tápláló vezeték bekapcsolása megszünteti a rezonancia feltételeit és eltávolítja a riasztást.
3. Érzékelő eszközök
Az szigetelés-ellenőrző rendszer általában egy háromfázisú ötlábú feszültségátalakítóból, feszültségrelékből, jelrelékből és ellenőrző műszerekből áll.
- Felépítés: Öt mágneses láb; egy primer tekercs és két szekunder tekercs, mindegyik a három középső lábra van tekerve.
- Csatlakozási kialakítás: Ynynd (csillag-kapcsolású primer, csillag-kapcsolású szekunder nullavezetővel és nyitott delta harmadlagos).
Ennek a csatlakozásnak az előnyei:
- Az első szekunder tekercs mind a vonali, mind a fázisfeszültséget méri.
- A második szekunder tekercs nyitott delta kapcsolásban van, hogy érzékelje a nullasorozatú feszültséget.
Működési elv:
- Normál üzemi körülmények között a háromfázisú feszültségek kiegyensúlyozottak; elméletileg nulla feszültség jelenik meg a nyitott delta kapcsain.
- Egy teljes egyfázisú földzárlat esetén (pl. A fázis), a rendszerben nullasorozatú feszültség jelenik meg, amely feszültséget indukál a nyitott delta kapcsain.
- Még nem teljes (magas impedanciájú) földelés esetén is feszültség indukálódik a nyitott végpontokon.
- Amikor ez a feszültség eléri a feszültségrelé aktiválási küszöbértékét, a feszültségrelé és a jelrelé is működésbe lép, hang- és fényriasztást indítva.
A kezelők ezen jelek és a feszültségmérő leolvasásai alapján azonosítják a földzárlat bekövetkezését és érintett fázisát, majd jelentést tesznek a diszpécsernek.
⚠️ Megjegyzés: A szigetelés-ellenőrző eszköz a teljes buszszakaszra közös.
Egyfázisú földzárlatok okai
- Törött vezeték leesése a földre vagy a kereszttartóra való lehullása;
- A vezetékek lazán rögzítése vagy rögzítetlen kötése az izolátorokon, ami miatt lehullanak a kereszttartóra vagy a földre;
- Erős szél miatti vezetékek túlzott közeledése épületekhez;
- Elosztó transzformátor nagyfeszültségű vezetékének letörése;
- 10 kV-os túlfeszültség-védők vagy biztosítékok szigetelés-hibája transzformátoros oszlopon;
- A transzformátor nagyfeszültségű tekercsének egy fázisában bekövetkező szigetelés-hibás leföldelés;
- Izolátor ívképződése vagy átütése;
- Ágvezetékek biztosítékainak szigetelés-hibája;
- Többvezetékes oszlopok felső kereszttartójáról levált feszítőkötél érintkezése az alsó vezetékekkel;
- Villámcsapás;
- Fák érintése;
- Madarak által okozott hibák;
- Idegen tárgyak (pl. műanyag fóliák, ágak);
- Egyéb véletlenszerű vagy ismeretlen okok.
Egyfázisú földzárlatok veszélyei
- Alállomási berendezések károsodása:
Egy 10 kV-os földzárlat után a buszszakaszhoz csatlakozó VT nem érzékel áramot, de nullasorozatú feszültséget és megnövekedett áramot érzékel a nyitott delta kapcsain. Hosszabb ideig tartó üzem során a VT károsodhat.
Ezen felül ferrorezonancia-túlfeszültségek (a normál feszültség többszöröse) léphetnek fel, szigetelés-átütést okozva és súlyos berendezés-hibákat provokálva.
- Elosztóberendezések károsodása:
Az időszakos ívföldelés és a túlfeszültségek szigetelés-átütést okozhatnak, ami rövidzárlatokhoz, megégett transzformátorokhoz, valamint meghibásodott túlfeszültség-védőkhöz/biztosítékokhoz vezethet, és potenciálisan elektromos tűzveszélyt is okozhat.
- Régiós villamosenergia-rendszer stabilitásának fenyegetése:
Súlyos földzárlatok destabilizálhatják a helyi villamosenergia-rendszert, láncreakciós hibákat okozva.
- Emberek és állatok életének és egészségének veszélyeztetése:
A leesett vezetékek energizálják a földet, így lépésköz-feszültségi veszélyt teremtenek. Gyalogosok, villamosmunkások (különösen éjszakai ellenőrzés során) és a hibahely közelében tartózkodó állatok kockázatot futnak elektromos sokk vagy meggyilkolás veszélyének.
- A villamosellátás megbízhatóságára gyakorolt hatás:
- Kézi hibás táplálóvezeték-kiválasztás szükséges.
- A hibamentes táplálóvezetékek is feleslegesen kikapcsolhatók a hibaelhárítás során, ami megszakítja az ellátást a hibátlan ügyfeleknek.
- A hibahely meghatározása és javítása vezetékkihúzást igényel, amely különösen nehézkes a növénytermesztési évszakokban, rossz időjárási körülmények (szél, eső, hó), illetve hegyvidéki/erdős területeken és éjszaka is, ami hosszabb ideig tartó, széles körű kieséseket eredményez.
- Vezetékek energia-veszteségei:
A földzárlatok jelentős földelési szivárgási áramokat okoznak, amelyek közvetlen energia-veszteséget jelentenek. A szabályozások általában korlátozzák a földzárlatos üzemet legfeljebb 2 órára a túlzott veszteség elkerülése érdekében.
- Elektromos energia-veszteség mennyiségi meghatározása:
Az átlagos földzárlati áram 6–10 A között mozog. Tipikus 10 kV-os feszültségszinten ez kb. 34 560 kWh veszteséget eredményez 24 óra alatt.
Egyfázisú földzárlatok kezelésének módszerei és eljárásai
- Kisáramú földzárlat automatikus kivá