Automatyka SPZ (samoczynnego ponownego załączania) jest automatyką zabezpieczeniową restytucyjną (EAZr). Po eliminacji zakłócenia (stan pozakłóceniowy) automatyka EAZr doprowadza układ elektroenergetyczny do poprawnej pracy wykorzystując odpowiednie czynności łączeniowe. W skład automatyki restytucyjnej poza wyżej wymienioną automatyką SPZ wchodzi również automatyka samoczynnego załączenia rezerwy (SZR) [2].
Automatyka SPZ powstała z faktu występowania w liniach napowietrznych zwarć przemijających. W elektroenergetycznych liniach napowietrznych ok. 90 % zwarć ma charakter przemijający – wiąże się to z zakłóceniami spowodowanymi przez wyładowania atmosferyczne, wiatr oraz zwieranie przewodów przez ptaki, spadające gałęzie itp. [2,5].
W zwarciach przemijających dochodzi do zapalenia się łuku między przewodem, a częścią przewodzącą uziemioną lub między przewodami fazowymi – po wyłączeniu linii łuk zaczyna gasnąć. Gdy czas przerwy beznapięciowej będzie wystarczająco długi, by nastąpiła dejonizacja przestrzeni połukowej, przy ponownym załączeniu linii łuk nie zapali się, a linia zostaje załączona ponownie i na stałe [2]. W momencie gdy łuk zapali się ponownie, następuje kolejne wyłączenie linii. Dlatego wyróżnia się układy jednokrotnego, dwukrotnego lub wielokrotnego SPZ, w przypadku zwarcia trwałego następuje definitywne wyłączenie linii poprzez automatykę zabezpieczeniową eliminacyjną (mówi się wtedy o nieudanym cyklu SPZ) [2,4,5,6]. Krótkie zwarcia łukowe nie powodują trwałych uszkodzeń linii napowietrznych, natomiast zwarcia powstające w kablach prowadzą do uszkodzeń izolacji stałej i mają często charakter zwarć trwałych, co prowadzi do nieskutecznego działania automatyki SPZ w tych liniach [2,4,5,6].
Stosowanie urządzeń SPZ jest korzystne ze względu na:
• zwiększenie niezawodności zasilania odbiorów energii elektrycznej,
• poprawienie się warunków pracy równoległej transformatorów,
• poprawiają się warunki pracy zabezpieczeń sieciowych,
• niedopuszczenie przekształcenia się zwarć przemijających w trwałe [2,4,5,6].
Automatykę SPZ można podzielić w następujący sposób:
• ze względu na szybkość działania – na SPZ szybki (od 0,4 do 1,5s) i powolny (od 2s do 30min),
• ze względu na liczbę wykonywanych łączeń – na jednokrotny i wielokrotny,
• ze względu na liczbę faz wyłączanych i załączanych w czasie cyklu
SPZ – na jednofazowy SPZ (JSPZ) i trójfazowy SPZ (TSPZ) [2,4,5,6].
Skuteczność działania automatyki SPZ zależy przede wszystkim od właściwego doboru tzw. czasu przerwy bezprądowej. Jest to czas, jaki upływa od od chwili zgaszenia łuku między stykami otwierającego się wyłącznika. do chwili jego ponownego załączenia, przynajmniej w jednym z przewodów linii przesyłowej [2,4,5,6]. Czas przerwy bezprądowej powinien być jak najkrótszy, ale musi być dostatecznie długi, aby czas przerwy beznapięciowej wystarczył do zgaszenia łuku [2].
Przez czas przerwy beznapięciowej linii należy rozumieć czas w trakcie cyklu W-tp-Z, w ciągu którego linia znajduje się w stanie beznapięciowym. To pojęcie odnosi się do trójfazowego SPZ [5,6].
W sieciach średnich napięć (SN) stosowana jest automatyka trójfazowego SPZ, z wielokrotnymi łączeniami [1,2,3,4]. Najczęściej stosowany jest dwukrotny SPZ, który po pierwszej przerwie bezprądowej (od 0,4 do 1,5 s) eliminuje ok. 60÷80 % zwarć wielkoprądowych, a po drugiej przerwie (od 10 do 20 s) kolejne 10÷20 % [2].
W liniach rozdzielczych średniego napięcia jednostronnie zasilanych automatyka SPZ może współpracować z zabezpieczeniami nadprądowymi zwłocznymi w następujący sposób:
• bez skrócenia zwłoki czasowej zabezpieczenia,
• ze skróceniem zwłoki czasowej zabezpieczenia przed cyklem SPZ,
• ze skróceniem zwłoki czasowej zabezpieczenia po cyklu SPZ [1,2,3,4].
Jednokrotny SPZ (najczęściej o szybkim działaniu) stosuje się w sieciach rozdzielczo-przesyłowych i przesyłowych, a gdy jest możliwość wyłączania jednobiegunowego, stosuje się SPZ jednofazowy (najczęściej w sieciach powyżej 220 kV), w innym wypadku stosowany jest SPZ trójfazowy [1,2,3,4].
Automatyka ponownego załączania (SPZ) w sieciach rozdzielczo-przesyłowych i przesyłowych współpracuje z zabezpieczeniami:
• w liniach rozdzielczo-przesyłowych z zabezpieczeniem odległościowym,
• w liniach przesyłowych dwustronnie zasilanych z zabezpieczeniem odległościowym, jak również z zabezpieczeniem różnicowo-prądowym [1,2,3,4].
Podczas współpracy z zabezpieczeniem odległościowym następuje tzw. skracanie wydłużonej pierwszej strefy. Zabezpieczenie odległościowe przed działaniem automatyki SPZ ustawione jest na 115% strefy pierwszej (gdy nie ma współpracy z SPZ zabezpieczenie ustawia się na 85%), podczas wykrycia zwarcia wyłączenie linii, podczas przerwy beznapięciowej następuje skracanie strefy pierwszej do 85%, po czym następuje ponowne załączenie. W momencie wystąpienia zwarcia przemijającego po kilku sekundach zabezpieczenie odległościowe powraca do wydłużonej pierwszej strefy (115%), w przypadku wystąpienia zwarcia trwałego następuje definitywne wyłączenie linii [1,2,3,4].
W liniach dwustronnie zasilanych automatykę SPZ wyposaża się dodatkowo w układy kontroli napięcia i kontroli synchronizmu napięć [1,2,3,4].
LITERATURA
[1] Brozi A.: Scilab w przykładach. Wydawnictwo NAKOM, Poznań, 2007.
[2] Korniluk W., Woliński K. W.: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa. Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej, Białystok, 2009.
[3] Mrozek B., Mrozek Z.: MATLAB 5.x SIMULINK 2.x. Poradnik użytkownika. Wydawnictwo PLJ, Warszawa, 1998.
[4] Plenzler G.: Zabezpieczenia i automatyka elektroenergetyczna. Automatyka i telemechanika w elektroenergetyce. Część 1. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 1986.
[5] Żydanowicz J., Namiotkiewicz M.: Automatyka zabezpieczeniowa w elektroenergetyce. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1983.
[6] Żydanowicz J.: Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa. T. 3. Automatyka prewencyjna i restytucyjna. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1987.
Autor: Radosław Ciemniewski
Dyrektor Działu Technicznego firmy EG System Sp. z o.o. Sp. k.