Карактеристике и уређаји за откривање једнофазних земљних кратких спојева
1. Карактеристике једнофазних земљних кратких спојева
- Централни алармски сигнали:
Звонце за упозорење звучи, а индикаторска лампица означена „Земљни кратки спој на [X] кВ шинском одељку [Y]“ се укључује. У системима са земљним везивањем нулте тачке преко Петерсенове калемске спирале (калем за гашење лука), такође се укључује индикатор „Петерсенова калемска спирала у раду“.
- Показивања волтметра за надзор изолације:
- Напон погођене фазе опада (у случају непотпуног земљног споја) или пада на нулу (у случају чврстог земљног споја).
- Напони остале две фазе повећавају се — изнад нормалног фазног напона у случају непотпуног земљног споја, или порасту до линијског напона у случају чврстог земљног споја.
- У стабилном земљном споју показивач волтметра остаје сталан; ако се континуирано осцилује, кратки спој је пресекнут (луковити земљни спој).
- У системима са земљним везивањем преко Петерсенове калемске спирале:
Ако је инсталиран волтметар за мерење помераја нулте тачке, он показује одређену вредност у случају непотпуног земљног споја или достигне фазни напон у случају чврстог земљног споја. Такође се активира алармска лампица за земљни спој Петерсенове калемске спирале.
- Појаве луковитог земљног споја:
Луковити земљни спој генерише пренапоне, што узрокује значајан пораст напона непогођених фаза. Ово може довести до прегоревања високонапонских осигурача напонских трансформатора (НТ) или чак до оштећења самих НТ-ова.
2. Разликовање стварних земљних кратких спојева од лажних аларма
- Прегорео високонапонски осигурач у НТ-у:
Прегоревање осигурача у једној фази НТ-а може изазвати сигнал земљног кратког споја. Међутим:
- У стварном земљном кратком споју: напон погођене фазе опада, напони остале две фазе расту, али линиски напон остаје непромењен.
- У случају прегорелог осигурача: напон једне фазе опада, напони остале две фазе се не повећавају, а линиски напон опада.
- Прикључивање трансформатора на празну шину:
Током укључивања, ако се прекидач затвори асинхронно, неуравнотежено капацитивно спајање са земљом узрокује померај нулте тачке и асиметричне трофазне напоне, што изазива лажни сигнал земљног споја.
→ Ово се дешава само током комутационих операција. Ако шина и повезана опрема не показују аномалије, сигнал је лажан. Прикључивање фидера или трансформатора за службене потребе станице обично елиминише тај индикатор.
- Асиметрија система или неправилно подешавање Петерсенове калемске спирале:
Током промена режима рада (нпр. пребацивање конфигурација), асиметрија или неправилна компензација Петерсенове калемске спирале могу изазвати лажне сигнале земљног споја.
→ Неопходна је координација са диспечерском службом: враћање на првобитну конфигурацију, искључивање Петерсенове калемске спирале, подешавање њеног регулационог преводника, а затим поновно укључивање и поновно пребацивање режима.
→ Ферорезонанца током укључивања празне шине такође може произвести лажне сигнале. Одмах укључивање фидера прекида услове резонанце и уклања аларм.
3. Уређаји за откривање
Систем за надзор изолације обично се састоји од трофазног петојезгреног напонског трансформатора, напонских релеја, сигнализационих релеја и надзорних инструмената.
- Структура: Пет магнетних језгара; једна примарна намотаја и две секундарне намотаје, све намотане на три централна језгра.
- Шема прикључивања: Ynynd (звезда-примарно, звезда-секундарно са нулом и отворени троугао терцијарно).
Предности ове шеме прикључивања:
- Прва секундарна намотаја мери како линијске тако и фазне напоне.
- Друга секундарна намотаја повезана је у отвореном троуглу за откривање нултог реда напона.
Принцип рада:
- У нормалним условима, трофазни напони су уравнотежени; теоријски, на отвореном троуглу се појављује нулти напон.
- Током чврстог једнофазног земљног кратког споја (нпр. фаза А), у систему се појављује напон нултог реда, што индукује напон на отвореном троуглу.
- Чак и током нечврстог (високоотпорног) земљног споја, на отвореним крајевима се индукује напон.
- Када овај напон достигне праг активирања напонског релеја, активирају се и напонски и сигнализациони релеј, што покреће звучне и визуелне аларме.
Оператори користе ове сигнале и показивања волтметра да би идентификовали појаву и фазу земљног кратког споја, а затим пријаве диспечеру.
⚠️ Напомена: Уређај за надзор изолације дели се на цео шински одељак.
Узроци једнофазних земљних кратких спојева
- Прекинути проводник који пада на земљу или лежи на попречном носачу;
- Лоше везани или фиксирани проводници на изолаторима, који пађу на попречне носаче или земљу;
- Прекомеран ветар који доводи до превеликог прилаза проводника зградама;
- Прекинути високонапонски вод са дистрибутивног трансформатора;
- Пропадање изолације у 10 кВ уређајима за заштиту од пренапона или осигурачима на платформама трансформатора;
- Пропадање изолације или земљни спој у једној фази високонапонске намотаје трансформатора;
- Прескок или пробијање изолатора;
- Пропадање изолације у осигурачима на бочним линијама;
- Ослобођени завезни жичани ужета са горњег попречног носача на стубовима са више линија који додирују доње проводнике;
- Удар молње;
- Додир дрвећа;
- Кварови изазвани птицама;
- Страна тела (нпр. пластичне плоче, гране);
- Други случајни или непознати узроци.
Опасности једнофазних земљних кратких спојева
- Оштећење опреме у подстаницама:
Након 10 кВ земљног кратког споја, напонски трансформатор на шини не детектује струју, али развија напон нултог реда и повећану струју у отвореном троуглу. Дуже време рада може оштетити НТ.
Додатно, ферорезонантни пренапони (више пута већи од нормалног напона) могу се појавити, узрокујући пробијање изолације и велика оштећења опреме.
- Оштећење дистрибутивне опреме:
Пресекнути луковити земљни спој и пренапони могу пробити изолацију, што доводи до кратких спојева, прегорелих трансформатора и неисправних уређаја за заштиту од пренапона/осигурача, што потенцијално може изазвати електричне пожаре.
- Опасност по стабилност регионалне мреже:
Озбиљни земљни кратки спојеви могу дестабилизовати локалну електроенергетску мрежу, што изазива каскадна оштећења.
- Ризик по људе и животиње:
Прекинути проводници који су под напоном електрификују земљу, стварајући опасност од корака напона. Пешаци, линијски радници (посебно током ноћних патрола) и стока у близини места кратког споја ризикују електрични ударац или електрокуцију.
- Утицај на поузданост снабдевања електричном енергијом:
- Захтева ручну селекцију погођеног фидера.
- Непогођени фидери се могу непотребно искључити током дијагностике, чиме се прекида снабдевање неоштећених потрошача.
- Локализација и поправка кратког споја захтева искључивање линије, што је посебно изазовно током периода узгоја житарица, неповољних временских услова (ветар, киша, снег), у планинским/шумским пределима и ноћу, што доводи до продужених, широких прекида снабдевања.
- Губици енергије у линији:
Земљни кратки спојеви изазивају значајне струје утеца у земљу, што представља директан губитак енергије. Прописи обично ограничавају рад у режиму земљног кратког споја на највише 2 сата да би се избегао превелики губитак.
- Квантификовање губитака електричне енергије:
Просечна струја земљног кратког споја креће се од 6 до 1