Značilnosti in naprave za zaznavanje enofaznih ozemljitvenih okvar
1. Značilnosti enofaznih ozemljitvenih okvar
- Centralni alarmni signali:
Zazvoni opozorilni zvon in se prižge kazalna lučka z napisom »Ozemljitvena okvara na [X] kV avtobusu, odsek [Y]«. V sistemih z izgubno tuljavo (tuljavo za ugasitev loka) za ozemljitev srednje točke se prav tako prižge kazalna lučka »Izgubna tuljava v obratovanju«.
- Indikacije voltmetra za nadzor izolacije:
- Napetost okvarjene faze se zmanjša (pri nepopolni ozemljitvi) ali pade na nič (pri trdni ozemljitvi).
- Napetosti drugih dveh faz se povečata – nad normalno fazno napetostjo pri nepopolni ozemljitvi oziroma do vodilne napetosti pri trdni ozemljitvi.
- Pri stabilni ozemljitvi kazalec voltmetra ostane nespremenjen; če pa se stalno nihanja, je okvara prekinjena (luknja ozemljitve).
- V sistemih z ozemljitvijo prek izgubne tuljave:
Če je nameščen voltmeter za merjenje premika nevtralne točke, kaže določeno vrednost pri nepopolni ozemljitvi ali doseže fazno napetost pri trdni ozemljitvi. Prav tako se prižge opozorilna lučka izgubne tuljave.
- Pojav luknje ozemljitve:
Luknja ozemljitve povzroči prenapetosti, zaradi česar se napetost neokvarjenih faz znatno poveča. To lahko povzroči izgorevanje visokonapetostnih varovalk napetostnih transformatorjev (VT) ali celo poškoduje sam VT.
2. Razlikovanje resničnih ozemljitvenih okvar od lažnih alarmov
- Izgorela visokonapetostna varovalka v VT:
Izgorela varovalka v eni fazi VT lahko sproži signal ozemljitvene okvare. Vendar pa:
- Pri dejanski ozemljitveni okvari se napetost okvarjene faze zmanjša, napetosti drugih dveh faz pa se povečata, medtem ko vodilna napetost ostane nespremenjena.
- Pri izgoreli varovalki se napetost ene faze zmanjša, druge dve pa se ne povečata, hkrati pa se vodilna napetost zmanjša.
- Transformator, ki polni neobremenjen avtobus:
Med vklapljanjem, če se stikalo zapre asinhrono, povzroči neuravnoteženo kapacitivno vezavo na zemljo premik nevtralne točke in nesimetrične napetosti vseh treh faz, kar sproži lažen signal ozemljitve.
→ To se pojavi le med preklopnimi operacijami. Če avtobus in priključena oprema ne kažeta nobenih anomalij, je signal lažen. Vklapljanje feiderja ali transformatorja za oskrbo postaje običajno odpravi ta indikator.
- Nesimetričnost sistema ali neustrezno nastavitev izgubne tuljave:
Med spremembo načinov obratovanja (npr. preklop konfiguracij) lahko nesimetričnost ali napačna kompenzacija izgubne tuljave povzročita lažne signale ozemljitve.
→ Potrebna je usklajevanje z dispečerjem: vrnitev v prvotno konfiguracijo, izklop izgubne tuljave, nastavitev njenega tap-changerja ter ponovni vklop in preklop načinov obratovanja.
→ Ferorezonanca med vklapljanjem neobremenjenega avtobusa lahko prav tako povzroči lažne signale. Takojšnje vklapljanje feiderja razbije rezonančne pogoje in izbriše alarm.
3. Naprave za zaznavanje
Sistem za nadzor izolacije običajno sestavljajo trofazni pet-jezgreni napetostni transformator, napetostna releja, signalna releja in nadzorni instrumenti.
- Zgradba: Pet magnetnih jezgre; ena primarna in dve sekundarni navitvi, vse namotani na treh sredinskih jezgrah.
- Povezovalna shema: Ynynd (zvezda na primarni strani, zvezda na sekundarni strani z nevtralno točko in odprti trikotnik na tretji strani).
Prednosti te povezovalne sheme:
- Prva sekundarna navitev omogoča meritve vodilne in fazne napetosti.
- Druga sekundarna navitev je povezana v odprti trikotnik za zaznavanje ničelne zaporedne napetosti.
Načelo delovanja:
- V normalnih pogojih so trofazne napetosti uravnotežene; teoretično se na odprtem trikotniku pojavi ničelna napetost.
- Med trdno enofazno ozemljitveno okvaro (npr. faza A) se v sistemu pojavi ničelna zaporedna napetost, kar povzroči inducirano napetost na odprtem trikotniku.
- Tudi med nenavadno (visokoimpedančno) ozemljitvijo se na odprtih koncih inducira napetost.
- Ko ta napetost doseže mejo aktiviranja napetostnega releja, se aktivirata tako napetostni kot signalni relej, kar sproži zvočne in vizualne alarme.
Operatorji uporabljajo te signale in odčitke voltmetra za identifikacijo nastopa in faze ozemljitvene okvare ter nato sporočijo dispečerju.
⚠️ Opomba: Naprava za nadzor izolacije je skupna celotnemu odseku avtobusa.
Vzroki enofaznih ozemljitvenih okvar
- Pretrgana žica, ki pade na zemljo ali leži na prečnici;
- Nepretrgana ali nepravilno pritrjena žica na izolatorjih, zaradi česar pade na prečnice ali zemljo;
- Prevelik veter, ki povzroči, da se žice preveč približajo stavbam;
- Pretrgana visokonapetostna priključna žica razdelilnega transformatorja;
- Okvara izolacije 10 kV omejevalcev prenapetosti ali varovalk na platformah transformatorjev;
- Preboj izolacije ali ozemljitev v eni fazi visokonapetostnega navitja transformatorja;
- Preskok izolatorja ali njegov preboj;
- Okvara izolacije varovalk na veji;
- Odcepna vlečna žica z zgornje prečnice na večcestnih stolpih, ki se dotakne spodnjih žic;
- Udar strele;
- Stik z drevesi;
- Okvare, povzročene z pticami;
- Tuji predmeti (npr. plastične folije, veje);
- Druge naključne ali neznane vzroke.
Nevarnosti enofaznih ozemljitvenih okvar
- Poškodbe opreme v podpostaji:
Po 10 kV ozemljitveni okvari VT na avtobusu ne zazna toka, a razvije ničelno zaporedno napetost in povečan tok v odprtem trikotniku. Dolgotrajno obratovanje lahko poškoduje VT.
Poleg tega lahko pride do ferorezonančnih prenapetosti (večkrat višjih od normalne napetosti), ki povzročijo preboj izolacije in večje okvare opreme.
- Poškodbe distribucijske opreme:
Prekinjena luknja ozemljitve in prenapetosti lahko povzročita preboj izolacije, kar vodi do kratek stik, izgorelih transformatorjev, ter neuspešnih omejevalcev prenapetosti/varovalk, kar lahko povzroči električne požare.
- Nevarnost za stabilnost regionalnega omrežja:
Hude ozemljitvene okvare lahko destabilizirajo lokalno električno omrežje in sprožijo verižne odpovedi.
- Nevarnost za ljudi in živali:
Padle žice napetostijo zemljo in ustvarijo nevarnost korakalne napetosti. Pešci, elektromonterski delavci (zlasti med nočnimi pregledi) in domače živali v bližini mesta okvare so izpostavljeni tveganju električnega udara ali smrti.
- Vpliv na zanesljivost oskrbe z električno energijo:
- Zahteva ročno izbiro okvarjenega feiderja.
- Feiderji brez okvare se lahko med iskanjem napake nepotrebno izklopijo, kar prekine oskrbo strank, ki niso prizadete.
- Lokalizacija in popravek okvare zahtevata izklop linije, kar je še posebej zahtevno med obdobjem rasti pridelkov, slabim vremenskim razmerjem (veter, dež, sneg), v gorovju ali gozdovih ter ponoči, kar vodi do podaljšanih, široko razširjenih izpadov oskrbe.
- Izgube energije na liniji:
Ozemljitvene okvare povzročajo znatne tokove uhajanja v zemljo, kar predstavlja neposredne izgube energije. Predpisi običajno omejujejo obratovanje z ozemljitveno okvaro na največ 2 uri zaradi izogibanja prekomernim izgubam.
- Količinska ocena izgub električne energije:
Povprečni tok ozemljitvene okvare znaša od 6 do 10 A. Pri tipičnih 10 kV napetostih to povzroči približno 34.560 kWh izgubljene energije na 24-urno obdobje.
Metode in postopki za obravnavo enofaznih ozemljitvenih okvar
- Avtomatske naprave za izbiro feiderjev z majhnimi tokovi ozemljitve:
Namestite avtomatske naprave za izbiro feiderjev z ozemljitvenimi okvarami v podpostajah. Te delujejo skupaj z ničelnimi zaporednimi tokovnimi transformatorji (ZCT) na vsakem izhodu feiderja, da natančno določijo okvarjeni feider pred njegovim izklopom.
- Sistemi za zaznavanje enofaznih ozemljitvenih okvar:
Sodobna distribucijska omrežja uporabljajo vstavitvene generatorje signalov na začetku, sredini in koncu feiderjev. Kazalniki okvar določijo natančno lokacijo okvare in omogočajo hitro reagiranje.