ebook Sieci średnich napięć Witold Hoppel

Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania: 2017

W elektrotechnice znana jest dobrze jedna z najważniejszych zasad: „Bezpieczeństwo ludzi jest najważniejsze w każdej instalacji elektrycznej”. Układy automatyki zabezpieczeniowej w sieciach elektrycznych to skomplikowane urządzenia techniczne, obecnie wykonywane prawie wyłącznie z wykorzystaniem techniki mikroprocesorowej, które umożliwiają maksymalną ochronę przed skutkami zakłóceń. Chociaż zabezpieczenia nie są środkiem ochrony od porażeń i innych oddziaływań na ludzi, to ich prawidłowa konstrukcja i nastawienia przyczyniają się do technicznego bezpieczeństwa urządzeń, a przez to do bezpieczeństwa ludzi.

Książka dr. inż. Witolda Hoppela traktuje właśnie o tym istotnym zagadnieniu. Jest też zwieńczeniem jego wieloletniej pracy zawodowej – jako wybitnego nauczyciela akademickiego – całe życie związanego z Politechniką Poznańską, ale również praktyka. Był jednym z głównych twórców systemu zabezpieczeń CZIP powszechnie stosowanego w polskich sieciach SN. Autor jest także wieloletnim szkoleniowcem koncernów energetycznych.

Autor w książce zebrał swój cały dorobek naukowy oraz praktyczny i opisał problematykę sieci średnich napięć na 3 płaszczyznach:
1) sposoby pracy punktu neutralnego sieci SN,
2) ochrona od porażeń przy dotyku pośrednim,
3) dobór nastaw zabezpieczeń.

Prezentowana książka znajdzie z pewnością uznanie i wielu Czytelników pośród projektantów i użytkowników sieci elektroenergetycznych, inżynierów elektryków, dystrybutorów energii elektrycznej, ale także wśród studentów kierunków elektrotechnika czy energetyka.

Spis treści ebooka Sieci średnich napięć

Wykaz ważniejszych oznaczeń XIII
Spis tablic XVII

1. Wstęp 1

2. Definicje 3
2.1. Wyjaśnienia 3
2.2. Pojęcia ogólne i związane z sieciami elektroenergetycznymi 4
2.3. Pojęcia związane z ochroną przed porażeniami, punktem neutralnym i sposobem jego pracy 6
2.4. Definicje z zakresu elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej 15
2.4.1. Klasyfikacja przekaźników 15
2.4.2. Stany przekaźników 18
2.4.3. Wielkości charakteryzujące przekaźniki 19
2.4.4. Definicje związane z zabezpieczeniami 23

3. Zwarcia doziemne jako zjawisko fizyczne 25
3.1. Pojęcia związane z rozdziałem 25
3.2. Podstawy 25
3.3. Przyczyny zwarć 26
3.4. Zwarcia doziemne 27

4. Obliczanie wielkości ziemnozwarciowych metodą składowych symetrycznych 29
4.1. Elementy sieci 29
4.2. Schemat zastępczy 31
4.3. Zastosowanie metody składowych symetrycznych 37
4.4. Ocena wielkości ziemnozwarciowych 39
4.4.1. Sieć wybrana do analizy 39
4.4.2. Wpływ rezystancji przejścia 40
4.4.3. Wpływ odległości miejsca zwarcia od początku linii 47
4.4.4. Wpływ impedancji transformatora uziemiającego 49
4.5. Wpływ rezystancji uziemiającej w punkcie neutralnym na ustalone przepięcia ziemnozwarciowe 51
4.6. Praktyczna metoda składowych symetrycznych 52

5. Uproszczone metody obliczania wielkości ziemnozwarciowych 54
5.1. Wstęp 54
5.2. Schemat bez uwzględniania impedancji wzdłużnej linii 54
5.3. Schemat z uwzględnieniem impedancji wzdłużnej linii doziemionej 62
5.4. Wybrane wykresy i porównanie metod uproszczonych 63

6. Podstawy ochrony przed porażeniami 70
6.1. Uwagi wstępne 70
6.2. Powstawanie niebezpiecznych napięć rażeniowych 71
6.3. Określone uznane środki M 79
6.4. Zespolona instalacja uziemiająca 82
6.5. Czas trwania zwarcia doziemnego 84

7. Wymagania dla sieci i instalacji nn 87
7.1. Wprowadzenie 87
7.2. Wymagania ogólne 87
7.2.1. Sieć TN 87
7.2.2. Sieć TT 93

8. Ochrona przed porażeniami przy dotyku pośrednim w stacjach SN/nn 94
8.1. Stacja SN/nn jako obiekt szczególny 94
8.2. Skutki zwarcia po stronie SN 95
8.3. Prąd uziomowy a prąd ziemnozwarciowy 104
8.4. Znormalizowany algorytm projektowania instalacji uziemiającej ze względu na napięcie dotykowe rażeniowe 116
8.5. Stacja SN/nn bez rozdzielonych uziemień zasilająca sieć w systemie TN 118
8.6. Stacja SN/nn z rozdzielonymi uziemieniami zasilająca sieć w systemie TN 121
8.7. Stacja SN/nn zasilająca sieć w systemie TT 126

9. Ochrona przed porażeniami przy dotyku pośrednim w liniach SN 127
9.1. Uwagi wstępne 127
9.2. Algorytm oceny zagrożenia przy słupach bez aparatury łączeniowej 127
9.3. Wyjątki od algorytmu 139
9.4. Zmodyfikowane algorytmy oceny układu uziomowego słupów 144
9.4.1. Sieć o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor lub układem równoległym 144
9.4.2. Sieć z izolowanym punktem neutralnym, skompensowana lub z dekompensacją 147
9.5. Określenie rezystywności gruntu 149
9.6. Słup z aparaturą łączeniową 153
9.7. Słup z głowicą kablową 154
9.8. Wykonanie uziemień przy słupach betonowych 155

10. Asymetria sieci i określenie pojemnościowego prądu zwarcia doziemnego 158
10.1. Uwagi wstępne 158
10.2. Asymetria w sieci 158
10.3. Metody określania pojemnościowego prądu zwarcia 161
10.3.1. Przydatność 161
10.3.2. Obliczanie 161
10.3.3. Zwarcie pomiarowe 163
10.3.4. Miernik MPZ 163
10.3.5. Badanie krzywej rezonansowej w sieci z dławikiem zaczepowym 165
10.3.6. Regulator dławika 167
10.3.7. Metody bazujące na rzeczywistych zwarciach 167

11. Ogólne wiadomości o sposobach pracy punktu neutralnego sieci średnich napięć 168
11.1. Główne cechy sieci z nieskutecznie uziemionym punktem neutralnym 168
11.2. Uwarunkowania historyczne w Polsce 169
11.3. Ochrona przed porażeniami 171
11.4. Prąd graniczny gaszenia łuku 172
11.5. Nieustalone przepięcia ziemnozwarciowe 175
11.6. Zabezpieczenia ziemnozwarciowe 177
11.7. Sposoby pracy p.n. rzadko stosowane w Polsce 177
11.8. Sieć o izolowanym p.n. 179
11.9. Sieć skompensowana 181
11.10. Sieć z punktem neutralnym uziemionym przez rezystor 184
11.11. Układ równoległy dławika i rezystora 186
11.12. Właściwości szczegółowe 186
11.13. Wybór sposobu pracy punktu neutralnego 191

12. Rozwiązania techniczne dla poszczególnych sposobów pracy punktu neutralnego 196
12.1. Sieć skompensowana 196
12.2. Sieć o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor 210

13. Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa w sieciach średnich napięć 216
13.1. Wprowadzenie 216
13.2. Wyposażenie pól w zabezpieczenia i automatyki 220
13.3. Kody zabezpieczeń 226
13.4. Struktura sieci SN 227
13.5. Obliczanie prądów zwarciowych 230
13.6. Wytrzymałość zwarciowa transformatorów 236
13.7. Charakterystyki prądowo-czasowe zabezpieczeń nadprądowych 238

14. Zabezpieczenia przed skutkami przetężeń fazowych w polach rozdzielni SN 241
14.1. Wstęp 241
14.2. Pole liniowe 243
14.2.1. Schemat przyłączenia 243
14.2.2. Zabezpieczenie przed skutkami przeciążeń linii 245
14.2.3. Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne przed skutkami zwarć międzyfazowych 246
14.2.4. Zabezpieczenie nadprądowe zwarciowe 251
14.2.5. Zabezpieczenie przed skutkami załączenia linii na zwarcie 257
14.3. Pole łącznika szyn 258
14.3.1. Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne 258
14.3.2. Zabezpieczenie zwarciowe 259
14.4. Pole transformatora potrzeb własnych 259
14.4.1. Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne 259
14.4.2. Zabezpieczenie zwarciowe 261
14.5. Pole baterii kondensatorów 262
14.5.1. Wstęp 262
14.5.2. Wybrane definicje 263
14.5.3. Dobór zabezpieczeń 264
14.5.4. Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne przed skutkami przeciążeń 265
14.5.5. Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne 268
14.5.6. Zabezpieczenia nadnapięciowe 269
14.5.7. Zabezpieczenie podnapięciowe 270
14.5.8. Zabezpieczenie przed skutkami zwarć wewnętrznych baterii 271
14.5.9. Zabezpieczenie przed załączeniem nierozładowanej baterii 275
14.6. Pole strony SN transformatora zasilającego 276
14.6.1. Zabezpieczenie przed skutkami przeciążeń 276
14.6.2. Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne 276
14.6.3. Zabezpieczenie zwarciowe 277
14.7. Funkcje zapobiegające zbędnym zadziałaniom zabezpieczeń przed skutkami zwarć międzyfazowych po zamknięciu wyłącznika 278

15. Zabezpieczenia nadprądowe zwarciowe dla linii 281
15.1. Wprowadzenie 281
15.2. Dobór nastawy prądowej z punktu widzenia selektywności 282
15.3. Ochrona początkowego odcinka linii 284
15.4. Zagrożenia przy działaniu zabezpieczenia zwłocznego 290
15.5. Określenie wartości nastawczych z punktu widzenia zjawisk cieplnych przy przepływie prądu zwarciowego 292
15.6. Blokada SPZ od zadziałania I>> 293
15.7. Metodyka doboru nastawy 294

16. Inne zabezpieczenia i automatyki 296
16.1. Uwagi wstępne 296
16.2. Zabezpieczenie szyn zbiorczych 296
16.2.1. Zasada działania 296
16.2.2. Dobór nastaw 300
16.3. Lokalna rezerwa wyłącznikowa 303
16.4. Automatyka SPZ 305
16.5. Automatyka SZR 308
16.5.1. Uwagi wstępne 308
16.5.2. Układ pierwotny stacji 309
16.5.3. Sposób przyłączenia 310
16.5.4. Działanie 312
16.5.5. Nastawy 315
16.6. Automatyka SCO 316

17. Zabezpieczenia ziemnozwarciowe 317
17.1. Zakres tematyki 317
17.2. Historia 319
17.3. Działanie na wyłączenie czy sygnalizację 319
17.4. Wyposażenie pól rozdzielni w zabezpieczenia ziemnozwarciowe 321
17.5. Współpraca i rezerwowanie zabezpieczeń ziemnozwarciowych 330
17.6. Automatyka wymuszania składowej czynnej lub biernej 333
17.7. Podstawa działania zabezpieczeń zerowoprądowych i admitancyjnych 337
17.8. Błędy układu zabezpieczeń wpływające na dobór nastaw 339
17.9. Dobór nastaw dla linii 343
17.9.1. Uwagi wstępne 343
17.9.2. Zabezpieczenie zerowoprądowe 343
17.9.3. Zabezpieczenie konduktancyjne 346
17.9.4. Zabezpieczenie admitancyjne 347
17.9.5. Zabezpieczenie susceptancyjne kierunkowe 348
17.9.6. Zabezpieczenie porównawczo-admitancyjne 349
17.9.7. Zabezpieczenia kierunkowe 349
17.9.8. Zerowonapięciowe zabezpieczenie autonomiczne i jako człony rozruchowe zabezpieczeń ziemnozwarciowych 350
17.9.9. Nastawy czasowe zabezpieczeń ziemnozwarciowych w polach liniowych 351
17.9.10. Uwarunkowania dla łączników w głębi sieci 352
17.10. Dobór nastaw w polu podłużnego łącznika szyn ( łącznika sekcyjnego) 355
17.11. Dobór nastaw zabezpieczeń i automatyki AWSCz w polu transformatora uziemiającego 357
17.11.1. Uwagi wstępne 357
17.11.2. Sieć o p.n. uziemionym przez rezystor 358
17.11.3. Sieć skompensowana z dławikami zaczepowymi 361
17.11.4. Sieć skompensowana z dławikami regulowanymi 363
17.11.5. Zabezpieczenie różnicowe zerowoprądowe 367
17.12. Dobór nastaw zabezpieczeń w polu baterii kondensatorów równoległych (BKR) 368
17.13. Dobór nastaw zabezpieczeń w polu SN transformatora mocy 110 kV/SN 370
17.14. Dobór nastaw w polu pomiaru napięcia 372
17.15. Zakres wykrywanych rezystancji przejścia w miejscu zwarcia 372
17.16. Przyczyny nieprawidłowego działania zabezpieczeń ziemnozwarciowych 374

18. Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa dla sieci ze źródłami lokalnymi 377
18.1. Wstęp 377
18.2. Rodzaje elektrowni lokalnych i sposoby przyłączeń 383
18.3. Wymagania ogólne 385
18.4. Zwarcia międzyfazowe 387
18.5. Zwarcia doziemne w sieci SN 395
18.6. Inne zabezpieczenia i automatyki 397
18.7. Linia bez odbiorców 401
18.8. Automatyka SZR 403
18.9. Wnioski 406

19. Przykłady obliczeniowe 408
Uwagi ogólne do przykładów 408
P.1. Dobór urządzeń w punkcie neutralnym sieci i wymagań dla uziemień (rezystor) 409
P.2. Dobór urządzeń w punkcie neutralnym sieci i wymagań dla uziemień (sieć napowietrzno-kablowa) 414
P.3. Dobór urządzeń w punkcie neutralnym sieci i wymagań dla uziemień (sieć napowietrzno-kablowa, dławik zaczepowy) 422
P.4. Dobór urządzeń w punkcie neutralnym sieci i wymagań dla uziemień (sieć napowietrzno-kablowa, dławik regulowany) 427
P5. Linia jednolita bez źródeł z zabezpieczeniem tylko na początku 435
P6. Linia jednolita bez źródeł zasilająca RS 439
P7. Linia jednolita bez źródeł, zasilająca RS przyłączoną do szyn współpracujących z EL 449
P8. Linia niejednorodna zasilająca na końcu odbiorcę wyposażonego w zabezpieczenie 458
P9. Linia jednolita z reklozerem w ciągu głównym 464
P10. Linia jednolita z reklozerem w odpływie 471
P11. Linia jednolita z dwoma reklozerami w ciągu głównym 475
P12. Linia z reklozerem zbyt blisko szyn zbiorczych 485
P13. Zabezpieczenia ziemnozwarciowe w liniach sieci o izolowanym punkcie neutralnym. Przykład prosty. 491
P14. Zabezpieczenia ziemnozwarciowe w liniach sieci o izolowanym punkcie neutralnym (przykład z komplikacjami) 494
P15. Zabezpieczenia ziemnozwarciowe w liniach sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez rezystor 498
P16. Zabezpieczenia ziemnozwarciowe w liniach sieci o punkcie neutralnym uziemionym przez dławik z płynną regulacją 505
P17. Pole potrzeb własnych w sieci skompensowanej. Dławik zaczepowy 512
P18. Pole potrzeb własnych w sieci skompensowanej. Dławik zaczepowy 519
P19. Pole potrzeb własnych w sieci skompensowanej. Dławik z płynną regulacją 522
P20. Zabezpieczenia w polu SN transformatora 110 kV/SN i sprzęgła podłużnego 530
P21. Linia z odbiorcami i elektrownią wiatrową 536
P22. Zabezpieczenie szyn zbiorczych 545
P23. Zabezpieczenia ziemnozwarciowe w reklozerach 549

Załącznik nr 1. Wybrane parametry elektryczne linii napowietrznych i kablowych 554

Załącznik nr 2. Obliczanie minimalnego prądu zwarcia międzyfazowego 565
Z2.1. Podstawy 565
Z2.2. Model matematyczny 566
Z2.3. Skala zjawiska 568
Z2.4. Analiza szczegółowa 569
Z2.5. Wnioski 575

Załącznik nr 3. Transformacja prądów zwarciowych 578

Literatura 580
Artykuły, książki, patenty 580
Normy 583
Katalogi, instrukcje, raporty 584